Đề án môn thủy công

2- Lu lợng tính toán tiêu năng: Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nớc hạ lu ứng với các mực nớc tính toán đã chọn ở trên... Trờng hợp cống đang thiết kế có

Đồ án môn học thuỷ công thiết kế cống lộ thiên

Đề số:66_B

I- Tài liệu:

1- Nhiệm vụ: cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hởng thuỷ triều)

để tiêu nớc, ngăn triều và giữ ngọt Diện tích tiêu: 30.000 ha

Cống xây dựng trên tuyến đờng giao thông có loại xe 8 - 10 tấn đi qua

5- Chiều dài truyền sóng:

6- Tài liệu địa chất:

7- Thời gian thi công: 2 năm.

II- Yêu cầu của đồ án:

1- Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

2- Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng

3- Chọn cấu tạo các bộ phận cống

4- Tính toán thấm và ổn định cống

5- Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phơng pháp dầm trên nền đàn hồi.6- Bản vẽ: 1 - 2 bản vẽ khổ A1, thể hiện đợc cắt dọc, mặt bằng, chính diện th-ợng lu, chính diện hạ lu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết

Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) tơng ứng với công trình đập bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV.

b- Theo nhiệm vụ công trình: tra bảng P2-1 TCXDVN 285-2002 với diện tích

tiêu là 30.000 ha ta có cấp công trình là cấp II

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II

+ Tải trọng của động đất:n6=1,10

Theo phụ lục B TCVN 285_2002:

- Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,00

- Hệ số tin cậy: Kn = 1,15

B- Tính toán thuỷ lực cống:

Mục đích: xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng.

I- Tính toán kênh hạ lu: theo phơng pháp đối chiều với mặt cắt có lợi nhất về

49,4

= 1,344 Tra bảng 8-3 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta có:

II- Tính khẩu diện cống:

1- Trờng hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ, cần

3- Xác định bề rộng cống:

a- Xác định trạng thái chảy:

Hình 1: Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngỡng đỉnh rộng

Theo QPTL c8-76 ,đập chảy ngập khi hn >n.Ho

2 0

α = (Zđồng khống chế - Zđáy kênh) = 3,7 - (-1) = 4,7 m

ε0 = ∑b+b∑d

∑

=

210

→ϕn = 0,98

0 h H g h

g

q

3 2

81,9

4,8.1

III- Tính toán tiêu năng và phòng xói cho hạ lu:

1- Trờng hợp tính toán: khi tháo lu lợng qua cống với chênh lệch mực nớc

thợng hạ lu là lớn nhất

Cống tiêu vùng triều, trờng hợp mực nớc triều hạ xuống thấp nhất (chân triều); ở phía đồng là mực nớc đã khống chế Trờng hợp này thờng tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lu lợng tiêu qua cống có thể lớn hơn lu lợng tiêu thiết kế Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài

2- Lu lợng tính toán tiêu năng:

Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nớc hạ lu

ứng với các mực nớc tính toán đã chọn ở trên

Qtt = Qtiêumax = 84 m3/s

Kiểm tra trạng thái chảy:

=1,787

-H0=4,7+

81,9.2

787,1

7,4

Vậy đập tràn thoả mãn chảy ngập

=

⇒

E b

,0

76,25679

,0

c c

c c

-Chiều sâu hạ lu:hh=1m

-Chiều sâu liên hiệp với chiều sâu hạ lu:

1.16.81,9

84.1.812

11.81

2 3

2 0

=

h

h h

h g

q h

2 -Vận tốc trung bình tại mặt cắt co hẹp sau tờng:

h

q v

h

922,1.16

84,

, = = =

-Cột nớc toàn phần E01 trớc tờng (trong bể) so với đáy hạ lu:

95,0.81,9.2

731,2922,1

2

2

2 , ,

ϕ

g

v h

h

-Giả thiết tờng làm việc theo đập tràn thực dụng chảy tự do,không ngập: ⇒σn =1 chọn :m’=0,42.Cột nớc toàn phần trên đỉnh tờng tiêu năng la`:

81,9.2.42,0.16

842

'

3 / 2 3

/ 2

Q H

-Chiều cao tờng tới hạn để không có nớc nhảy phóng xa ở dới tờng,dòng chảy qua tờng là dòng chảy không ngập,nớc nhảy sau tờng là nớc nhảy ngập:

C0=E10-H10=2,343-2=0,343

-Để có hiện tợng nớc nhảy ngập ,lấy:c=(0,90ữ0,95)c0 =0,32(m)

-Cao trình đỉnh tờng tiêu năng:

Tra bảng tra 14_1 ta co:σn =0,987

-Vậy tờng thành một đập tràn chảy ngập

-Chiều sâu bể tiêu năng đợc xác định theo công thức:

,,.h c H

84 3 / 2 3 / 2 0

Q

ϕτ

,0

931,25152

,

,,

c c

c c

2

2 2

2 2

10

g

v H

Vậy chiều sâu đào bể là:d=0,83 m

•Tính toán chiều dài bể tiêu năng:

Chiều dài bể tiêu năng đợc tính theo công thức:

Lb=L1+β.Ln

-Ln:chiều dài nớc nhảy hoàn chỉnh,không ngập Ta có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:L n =4,5(h c,,−h c)=4,5(2,931−0,55) =10,715

-L1:Chiều dài nớc rơI từ ngỡng xuống sân tiêu năng có thể tính theo công thức của Trectôxốp:L1 =2 h k(P+0,35h k)

Với hk=2/3 H0=3,24

P là chiều cao ngỡng cống so với bể P=d=0,83

⇒L1 =2 3,24(0,83+0,35.3,24) ≈5,045

⇒L b =5,045+0,8.10,715=13,62( )m

Vậy chiều dài bể tiêu năng là Ln=14(m)

• Nh vậy ta bố trí tiêu năng cho cống là bể tờng kết hợp với các số liệu sau: Chiều cao tờng :c=0,32

Chiều sâu của bể:d=0,83

Chiều dài của bể:Lb=14m

C- Bố trí các bộ phận cống:

I- Thân cống: Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.

1- Cửa van:Cửa cửa van phẳng hoặc cửa van cung Trong trờng hợp này

ta chọn cửa van phẳng vì cua cống không lớn lắm

Chiều dài thân cống chọn bằng 15 m để bố trí càng van và cầu giao thông

2- Tờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.

a- Giới hạn của tờng:

* Cao trình đáy tờng:

D v

α

cos

.2

Trong đó:

D: đà gió ứng với Zsông bình thờng, D = 200 m

H: chiều sâu cột nớc dới cống, H = ZsôngTK - Zđc = 3,49 - (-1) = 4,49 m

αs: góc kẹp giữa trục dọc cống với hớng gió, αs = 00

2

0cos.49,4.81,9

.200.28

h H f

=

28

21600.81,9

85,3

28

200.81,9

= 2,5

282

= 0,24 (m)Chiều dài bớc sóng trung bình:

→ λ =

π

τ

.2

2

14,3.2

51,1.81,

= 3,56 (m)

Ta thấy: H = 4,49 m >

2

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo i = 1%:

24,0

79,049,4

56,3

D v

α

cos.'

'.'2

Trong đó:

- D': đà gió ứng với Zsông max, D' = 300 m.

- H': chiều sâu cột nớc dới cống:

H' = Zsôngmax - Zđc = 6,6- (-1) = 7,6 m

- β: góc kẹp giữa trục dọc cống với hớng gió, β = 00

6,7.81,9

.300.1810

h H f

18

21600.81,

2

'

'

v

D g

18

300.81,9

'

23,4'

'

'

78,0'

'

18.78,0'78,

18.0058,0

'0058,0

2 2

→ λ' =

π

τ

.2

' 2

g

14,3.2

43,1.81,

42,0,06,7

19,3''

Chiều cao tờng ngực:

Ht = ∇đỉnh tờng - ∇đáy tờng = 7,6 - 4,2 = 3,4 m

3- Cầu công tác:

Là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van Chiều cao cầu công tác đợc tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đa van ra khỏi vị trí cống khi cần Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống Kích thớc các bộ phận:

- Chiều cao cầu: 4 m

- Bề rộng: 3m

- Kích thớc cột chống: 30x40 cm

- Chiều cao lan can: 0,8 m

4- Khe phai và cầu thả phai:

Bố trí ở phía đầu và phía cuối cống để ngăn nớc giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa Trên cầu thả phai cần bố trí đờng ray cho cần cẩu thả phai.

5- Cầu giao thông:

Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tờng ngực Dầm cầu cao 50 cm, mặt cầu dầy 30 cm

Cao trình mặt cầu: ∇mặt cầu = 7,6 + 0,5 + 0,3 = 8,4 m

Bề rộng cầu, theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 m

rộng mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, thờng không vợt quá 15 - 20

m Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang

Trờng hợp cống đang thiết kế có địa chất nền tơng đối đồng đều chiều rộng 10m tơng đối nhỏ nên không cần bố trí khe lún mà thi công thành một khối với bản

đáy

8- Bản đáy:

Chiều dài bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên Thờng chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí các kết cầu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và độ bền của nền Sơ bộ chọn L = 15 m

Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng khoang cống, trải trọng trên nó và tính chất đất nền Theo kinh nghiệm ta chọn

đáy

II- Đờng viền thấm:

Bao gồm bản đáy cống, sân trớc, các bản cừ, chân khay Kích thớc bản đáy cống nh đã chọn ở trên Kích thớc các bộ phận có thể chọn nh sau:

1- Sân trớc:

Có tác dụng kéo dài đờng viền thấm về phía thợng lu,ngăn ngừa những tác hại dòng thấm qua nền công trình gây ra,giảm áp lực thấm dới bản đáy công trình và giảm lu lợng qua nền công trình.

Vật liệu làm sân trớc có thể chọn là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum khi có sẵn vật liệu tại chỗ (sét, á sét) thì tận dụng vật liệu này

•Chiều dài sân: Ls ≤(3ữ4)H

Trong đó :H là cột nớc tác dụng lên cống.H=4,7m

Lấy :Ls=16m

•Chiều dày sân trớc :Do sân làm bằng đát sét nên ta làm chiều dày thay đỏi từ

[ ]J :Građien thấm cho phép [ ]J =4ữ6

Chọn chiều dày sơ bộ cuối sân là :t2=1,2

2- Bản cừ:

a- Vị trí đặt:

Khi cống làm nhiêm vụ tiêu nớc ,ngăn triều và dữ ngọt nên cống chịu tác dụng nớc 2 chiều ta đóng cừ ở cả thợng lu và hạ lu bản đáy cống ,cừ ở phía có đầu nớc cao hơn đợc đóng sâu hơn và đóng vai trò là hàng cừ chính.Khi đó ta cần kiểm tra sự ổn định ủa cống khi chiều cao cột nớc thay đổi (cừ làm tăng áp lực đẩy ngợc dới bản đáy)

b- Chiều sâu đóng cừ:

Phụ thuộc chiều dày tầng thấm vật liệu làm cừ và điều kiện thi công

cống:H=Z songmax −Z dongmin =6,6-0,9=5,7(m)⇒

Vậy ta chon S1=5 (m)

( )m S

m L

S

m T

S

35,2

55,103,120

1301

9,13,110

1151

min

0 2

T:Chiều dày tầng thấm.T=19m

Ta chọn chiều sâu của cừ :S2=2,5 m

3- Chân khay:

Tại hai đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào lòng đất 1m để tăng ổn đinh

và góp phần kéo dài đờng viền thấm

5- Sơ bộ kiểm tra chiều dài đờng viền thấm:

Ltt = Lđ +

m

L n

nghiêng so với phơng ngang ≥ 450

III- Nối tiếp cống với thợng hạ lu:

1- Nối tiếp với thợng lu:

Bộ phận nối tiếp thợng lu phải đảm bảo nớc chảy vào cống ổn định ,xuôi

thuận ,tổn thất cột nớc ít.Bộ phận này có tờng cánh thợng lu để hớng dòng chảy vào

cửa cống xuôi thuận ,tác dụng chống xói chống thấm 2 bên bờ.Góc mở của tờng

phía trớc ,chọn với tgθ=

4

13

,chọn hình thức tờng thẳng nối tiếp với kênh thợng lu

Chiều dài tờng cánh theo hớng nớc chảy bằng (3ữ6)H với H là chiều sâu nớc qua cống ,chiều dài tờng cánh lấy bằng chiều dài sân phủ thợng lu bằng 16 m.

2- Nối tiếp hạ lu:

Bộ phận nối tiếp hạ lu là đoạn quá độ để dòng chảy từ thân cống chảy ra kênh

đợc dễ dàng và khuếch tán đều dặn

thuận,dòng chảy phân bố đều và không tach rời tờng tránh gây ra những bất lợi ở hạ lu.Chiều dài tờng dựa vào yêu cầu tiêu năng Hình thức chọn nh tờng cánh thuận

lu với góc mở θ1 nhỏ hơn:tgθ1=

6

14

1

•Sân tiêu năng: Thờng làm bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nớc

Chiều dày đợc xác định theo công thức Đômbrốpxki:

84.81

2

931,21

81

Lấy t = 1,1 m

• Sân sau: NôI kênh hạ lu có tác dụng làm tiêu hao phần năng lợng còn lại và

bảo vệ lòng kênh Sân sau có cấu tạo làm bằng đá xếp ,phía dới có tầng đệm theo hình thức lọc ngợc.Chiều dài sân sau đợc xác định theo công thức kinh nghiệm:

→ Lss = 10 5,25.4 5,7 = 35,4 m

Vậy ta chọn chiều dài sân sau :Lss=36 (m)

D- Tính toán thấm dới đáy cống:

I- Những vấn đề chung:

1- Mục đích:

J.ở đây do đặc điểm của cống chỉ cần yêu cầu xác định Wth và J

Ta sử dụng phơng pháp đồ giảI vẽ lới bằng tay

II- Tính toán thấm:

1- Vẽ lới thấm:

- Đờng dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ nh hình vẽ

- Đờng dòng cuối cùng là biên lớp đất sét

- Đờng thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngợc dới đáy bể hạ lu

13 12

11 10

9 8 7 6 5 4

3

2

1

- Đờng thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang.

Theo hình vẽ ta có:

- Số dải thế: n = 13

- Số ống dòng: m = 5

2 - Dùng lới thấm xác định các đặc trng của dòng them(W t ,J):

S

∆

438,0

III- Kiểm tra độ bền thấm của nền:

1.Kiểm tra độ bền thấm chung:

JTB≤

n

k TB

K J

Trong đó:

- JTB: gradien cột nớc trung bình trong vùng thấm

- Kn:Hệ số tin cậy.Kn=1,15

- Jk : gradien cột nớc tới hạn trung bình tính toán (Tra bảng P3-2).

+ Hình chiếu đứng của đờng viền: S0 = 7,2(m)

+ Hình chiếu bằng của đờng viền: L0 = 15 + 16 = 31(m)

31

= Tra bảng 3-1 (GTTC tập 1), ta đợc Ttt = 2,5.So = 2,5.7,2= 18(m)

Ta có:Σξ :Tổng hệ số cản của đờng viền thấm tính theo phơng pháp

.5,05

,144,0

T S T S T

Kiểm tra điều kiện:

5,2

;28,08,17

50

18,17

8,17

;99,018

8,175,08,0

;0

1

;5,0

2 3

3

2

2 1 2

3

1

2

T T

T

S T S T

T T T

4,0

75,01

5,05

,1

71,08,1718,17

5,275,01

8,17

55,08,17

55,1181

75,01

5,05

,1

3 3

3 2 3 2

2

2

2

2 4 2 3 2

2 2

2 1 2 1

2

1

1

1 2 1 1 1

≈

+

−

++

=++

=

+

−

++

=++

=

T a T S T S T

S T

a

T a T S T S T

S T

a

b c b d

b b c d

ξξξξ

ξξξξ

ξn1 = 0,5.( ) 15 0,175.(,85 2,5) 0,63

2

2 1

2 − + = − + =

T

S S L

8,17

5,2.5,0165

,03

2 3

2 = − = − =

T

S L

7,6

=Tra bảng P3-2 ta có: Jk

TB = 0,25

→JTB <

n

k TB

K

J

15,1

25,0

- Jr: gradien thấm ở cửa ra, Jr = 0,368

- Jgh: gradien thấm tới hạn cục bộ Có thể xác định theo biểu đồ theo thông

số không đều của đất

η =

10

60

d d

= 00,05,4 = 9

II- Tính toán ổn định trợt:

1- Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán:

a- Các lực đứng:

ngực, mố cống, bản đáy, nớc trong cống và các lực đẩy ngợc,phần đất giữa 2 chân khay(trong phạm vi khối trợt)

Diện tích cắt ngang của bản đáy:

ChiÒu dµi cÇu :Lc=B= 16 (m).

DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cÇu :

F=0,2.0,5.2+0,5.0,5+6,5.0,3=2,65(m2)

⇒Gc=G4=2,4.16.2,65=101,76(tÊn)

-ChiÒu dµi dµi têng ngùc :Lt=∑b=10(m)

-DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang têng:

1 γn = 1,52 + 1+0,061,61.1 = 1,9 T/m3 → G®ck = 1.16 364,8

2

1113.9,

- ¸p lùc thuû tÜnh:

Wtt = (1,2 + 0,9).10.1.16 =336(tÊn)

- ¸p lùc thÊm:

2

98,219,

= 3,8 m

- l: chiÒu réng lç cèng, l =5 m

→ g = 600.(3 3,8.52 −1=2137,74) (N/m2 )≈ 0,214 (T/m2)

→ Gv = g.H.∑b = 0,214.6,6.10 = 14,12(tÊn)

ΣTrong đó:

600

1057240

14,12

-336-387,75

288,8

-18,05

00 3,25 -3,89 -3,5-3,4-5,5 3,75002,54,51,7-2,89

00330,72117,63-526,86-48,96-1672783,7500-969,381299,6-30,69-40,8

c Phán đoán khả năng trợt theo 3 điều kiện:

+ γ1: dung trọng đất nền, lấy bằng dung trọng đẩy nổi: γ = 0,9 T/m3

+ Nσ :chuẩn số không thứ nguyên lấy =1 đối với cát chặt và lấy = 3 đối với các loại đất khác

N = 0,53

9,0.15

095,

- Chỉ số kháng trợt:

tgψ = tgϕ +

TB i

min max +σ = + =

)

1.(

h a

t e K

63072000)

61,01.(

10

= 2,8.10-5 < 4

2- Trờng hợp tính toán:

Trong đồ án này ta chỉ tính toán với trờng hợp mực nớc đồng max, mực

n-ớc sông min kết hợp với động đất

- Zsông max = 6,6 m; Zđồng min = 0,9 m

3- Chọn băng tính toán:

Việc tính toán bản đáy cống cần tiến hành cho các băng khác nhau (gọi băng

là phần cống có chiều rộng 1m, giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống)

Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính một băng ở sau cửa van

II- Tính ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn:

Trờng hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách bởi các khớp lún thì việc tính kết cấu cũng tiến hành cho từng mảng độc lập Trên một băng của mảng, các ngoại lực

tác dụng lên bản đáy bao gồm lực tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và các tải trọng bên.

Σ

25,26

43,2365

,10

24,260

m T

Mè gi÷a

σmax =

W

M F

Σ

5,37

07,43215

52,520

m T

Σ

5,37

07,43215

52,520

m T

=+

b- Phân phối Q cho mố và bản đáy:

- Xác định vị trí trục trung hoà:

y0 =

d m

d m

F F

y F y F

+Σ

6,0.125,5.64,20

m

=+

1

A A

A

+ = 70,4.238,5 22,32 64,38

5,

F

Σ = 20,4.64,38

02,6

F

Σ = 20,4.64,38

6,8

= 27,14 TPhân Qđ đều cho bản đáy:

q4 =

10

02,6

= 57,96 T.m

Tổng hợp lực cuối cùng: