ĐA Công trình trê hệ thống TL

Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi lưu, chính diện hạ lưu cống, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết... Trong quá trình thiết kế cống trước hết

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THỦY CÔNG

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ

I.Tài liệu thiết kế :

2 Các lưu lượng và mực nước thiết kế :

Bảng 1.1 : Các lưu lượng và mực nước thiết kế:

3 Tài liệu về kênh tiêu :

Cao trình đáy kênh Zđk = -1,00m

Độ dốc đáy kênh tiêu i = 10-4

Độ dốc mái kênh tiêu m = 1,5

Độ nhám kênh tiêu n = 0,025

4 Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng :

Bảng 1.2 : Tài liệu về gió

Bảng 1.3 : Chiều dài truyền sóng

5 Tài liệu địa chất:

- Đất thịt từ cao trình +1m đến cao trình -1m

- Đất cát pha từ cao trình -1m đến cao trình -20m

- Đất sét từ cao tình -20m đến cao trình -40m

6 Thời gian thi công : 2 năm

Bảng 1.4 : Chỉ tiêu cơ lý của đất

Yêu cầu đố 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 phương pháp dầm trên nền đàn hồi

lưu, chính diện hạ lưu cống, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết

PHẦN II : NỘI DUNG THIẾT KẾ

A GIỚI THIỆU CHUNG :

I Vị trí nhiệm vụ của công trình:

Về địa chất phải chọn nơi có đất nền tốt hoặc không phức tạp để giảmbớt khối lượng xử lý nền, đảm bảo không xảy ra lún không đều gây mất an toàn vàgiảm tuổi thọ công trình, và không gây khó khăn cho thi công, tăng giá thành côngtrình

Trong quá trình thiết kế cống trước hết cần căn cứ vào điều kiện địahình, địa chất thủy van nhiệm vụ thiết kế và các điều kiện cụ thể khác để chọn hìnhthức kết cấu cống Sau đó thông qua tính toán thủy lực tính toán kết cấu mà sửachữa các bộ phận cho hợp lý

- Nhiệm vụ :

Nhiệm vụ chủ yếu của cống l tiêu nước,ngăn triều,giữ ngọt và đảm bảođường giao thông hoạt động bình thường,xe trọng tải 8-10 tấn đi qua được.Diện tíchtiêu là 30000ha

I Cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế:

1 Cấp công trình:

Cấp công trình xác định theo TCXDVN 04-05/2012 theo hai điều kiện

- Chiều cao công trình :

Chiều cao đập < 10m nên công trình cấp IV

Nhiệm vụ công trình:Với nhiệm vụ tiêu cho 30.000 ha.Tra TCVN04-05/2012 công trình cấp II

Từ hai điều kiện trên, để đảm bảo an toàn cho công trình khi làm việc ta

chọn trường hợp thiết kế công trình cấp II.

2 Các chỉ tiêu thiết kế :

Dựa vào cấp công trình ta xác định được:

- Tần suất lưu lượng thiết kế P% =1 %

- Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác P% = 1%

- Hệ số điều kiện làm việc m = 1

1 Trọng lượng bản thân công trình 1,05 (0,95)

4 Áp lực nước trực tiếp lên bề mặt công trình và nền, áp lực sóng,

B TÍNH TOÁN THỦY LỰC ỐNG :

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

I Tính toán kênh hạ lưu:

Kênh hạ lưu là đoạn kênh từ cửa cống đến sông được thiết kế như sau:

- Độ dốc mái kênh: m = 1,5

- Độ dốc đáy kênh: i = 10-4

- Độ nhám lòng kênh: n = 0,025

- Cao trình đáy kênh chọn bằng cao trình đáy kênh tiêu: Zđk = -1,00 m

- Lưu lượng tính toán: Q = Qtiêumax = 65 m3/s

- Độ sâu mực nước trong kênh hh = ZsongTK - Zđk = 3,38 - (-1) = 4,38 m

+ Tìm bề rộng đáy kênh theo phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực

Vmax: Là lưu lượng lớn nhất trong kênh ứng với Qmax

Vmax < Vkx : Vậy kênh thiết kế thoả mãn điều kiện xói lở

* Vì không có tài liệu về hàm lượng phù sa trong nước nên không kiểm trađiều kiện không lắng đọng bùn cát

II Tính toán khẩu diện cống

1 Trường hợp tính toán :

Chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ

Cần tháo Qtk = 65 m3/s

2 Chọn loại cống và cao trình ngưỡng cống:

Cao trình ngưỡng cống có thể chọn bằng hoặc cao hơn đáy kênh Trong đồ

án này là cống tiêu nên ta chọn ngưỡng cống ngang cao trình đáy kênh tiêu để tăngkhả năng tháo

Hình thức ngưỡng, chọn loại ngưỡng đập tràn đỉnh rộng

3 Xác định bề rộng cống:

Theo TCVN 9147: 2012, đập chảy ngập khi hn > n.Ho

Chiều dày mố d = 1 (m) , mố bên dày 0,5m

H là mực nước trước cống.

Ls =5H= 5 1,85= 9 m

m phụ thuộv vào chiều cao ngưỡng P , độ co hẹp , va dạng mố m tra bảng14.8 ( bảng tra thủy lực)

Tra bảng 14.9 – bảng tra Thủy Lực được mtt = 0,36

và tính lại b

Vậy lấy b = 9 m

= 0,9

= 0,96 0,95 9 4,38 = 71,336 m3/s

* Kiểm tra lại trạng thái chảy:

Lưu lượng đơn vị:

Vậy trạng thái chảy trong cống vẫn là chảy ngập.

4 Tính toán tiêu năng phòng xói:

4.1 Trường hợp tính toán:

Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn.Tức là trong trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất Zsôngmin = 0,3 m, ở phía

mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng thiết kế.Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài

Mực nước thượng lưu : = 3,56 m => H= H0 = 3,56 – (-1)= 4,56 m

Mực nước hạ lưu : = 0,3 m => hh = 0,3 – ( -1 ) =1,3 m

4.2 Lưu lượng tính toán tiêu năng:

Vì cống đặt gần sông nên mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc vào lưu

tính toán đã chọn ở trên , Qtt = Qmax

Lưu lượng đơn vị qua cống :

Năng lượng đơn vị E0 = H0 = 4,589m

Ta xác định độ mở của cống như sau :

4.3.2 Tính toán kích thước bể

* Chiều sâu bể được tính theo công thức:

2 2 ''

2 2

2 2

1

12)(2 2

c h

n c

h

q h

g

q h

2 2 ''

2 2

2 2

1

12)(2 2

c h

n c

h

q h

g

q h

Vậy ta chọn chiều sâu bể tiêu năng là d= 0,843 m

Chiều dài bể tiêu năng Lb = L1 + Ln

Trong đó :

L1 : chiều dài từ ngưỡng xuống sân tiêu năng , có thể tính theo Trectouxop

L1=2 h kP 0 , 35h k

4,589 =3,059 m

P: Chiều cao ngưỡng cống so với bể P = 0

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

1 Cửa van : có thể chọn van phẳng hay van cung Van cung thích hợp

khi kích thước lỗ cống lớn , van phẳng hay dùng với các lỗ cống nhỏ hơn Trongthực tế thường phải thông qua so sánh kinh tế – kĩ thuật để chọn phương án hợp lý Trường hợp bài toán ta chọn cửa van phẳng

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

2.1 Các giới hạn của tường ngực :

- Cao trình đáy tường ngực :

Trong đó :

trường hợp này, khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là không áp : Ztt = 3,56 m

- Cao trình đỉnh tường lấy bằng cao trình đỉnh cống

Tính toán cao trình đỉnh cống và tường ngực theo trường hợp bất lợi nhất làngăn triều ứng với mực nước sông lớn nhất và chịu vận tốc gió tính toán lớn nhất

đỉnh = ZS + h + S + a

Trong đó:

8216:2009 cho đập đất đàm nén) a= 0,5 , a’ = 0,4

o Xác định cao trình ống ứng với trường hợp mực nước dâng bình thường :

* Tính toán độ dềnh do gió h:

gH

D V

2 6







Trong đó:

+ Giả thiết sóng nước sâu < H

+ tính các đại lượng không thứ nguyên =

 hi5% : chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 5% , tra PL 2-2 => i% =5%

Giả thiết là sóng nước sâu và tính các trị số không thứ nguyên,

+ Với t là thời gian gió thổi liên tục t = 6s = 21600 s

9,81.21600

7567,7 28

gt

=> = 3,75 ; = 0.075

=> thoả mãn điều kiện sóng nước sâu.

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo 5%

2 6







Trong đó:

* Tính toán độ dềnh do sóng s , trường hợp H ở mực nước bình thường

s = k.s.hi5%

Trong đó:

+ Giả thiết sóng nước sâu < H

+ tính các đại lượng không thứ nguyên =

 hi5% : chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 5% , tra PL 2-2 => i% =5%

Giả thiết là sóng nước sâu và tính các trị số không thứ nguyên,

+ Với t là thời gian gió thổi liên tục t = 6s = 21600 s

Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu:

H = 7,8 m > 0,5= 1,816 m

=> thoả mãn điều kiện sóng nước sâu

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo 5%

Vậy ta chọn cao trình ngưỡng cống là Zngưỡng = Z2 = 8,04 m

Chiều cao tường ngực là : Htn = = 8,04 – 4,2 = 3,84 m

3,9

1

0,3

2.2 Kết cấu tường :

Gồm bản mặt và các dầm đỡ

- vì chiều cao tường không lớn

- Chỉ cần bố trí 2 dầm đỡ ở 2 đỉnh và đáy tường

- Bản mặt đổ liền khối với dầm

- Chiều dày bản mặt chọn khoảng 0,3m

Việc tính toán được chính xác hóa bở bảng kết cấu sau này

3 Cầu công tác :

Là nơi dặt máy đóng mở và thao tác van Chiều cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van rakhi cần thiết Kết cấu cấu cầu bao gồm: bản mặt, dầm đỡ và các trụ chống

Cao trình đỉnh cầu công tác là

Zcầu ct = Zdinh cv +L+d+a

0.3 0.6

0.3

0.15 0.3

Với a là chiều cao an toàn chọn bằng 0,5m, d =(1-1,5)

L là chiều cao cửa van =Zday tn-Zdc=4,2 - 0,5= 3,7 (m)

Zdinh cv =Zday tn = 3,7 (m)

→ Vậy Zcầu ct = 8,04 + 3,7 +1 +0,5 =13 ,24 (m)

hct =13,24 -8,04 = 5,2 m

4 Khe phai và cầu thả phai :

Thường được bố trí phía đầu va2 cuối cống để ngăn nước giữ cho khoancống khô ráo khi sửa chữa

Với các cống lớn kết hợp cầu công tác đóng mở cửa van với cầu thả phai.Làm đường ray cẩu khe phai và cửa van

Với các cống nhỏ , việc thả phai cần bố trí đường ray

Khe phai được bố trí phía bên đồng, nằm trong cự ly của cẩu trên cầu côngtác

5m

0.5m0.5m

0.5m

0.3m1m

2.4m

5 Cầu giao thông:

Cao trình mặt cầu chọn cao hơn cao trình đỉnh cống khoảng (50100) cmnên chọn cao trình đặt cầu là +8,5 m, bề rộng và kết cấu cầu đáp ứng yêu cầu giaothông cho xe 8-10 tấn đi qua nên chọn bề rộng cầu là 7 m , gồm 2 lề đi bộ mỗi bên1m

Vị trí đặt cầu không ảnh hưởng tới việc thao tác van và phai

6 Mố cống:

Bao gồm mố giữa và mố bên, trên mố bố trí, khe phai, khe van, chiều dày

mố khi dùng van phẳng cần lớn hơn khi dùng van cung

Chiều dày mố bên cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang

Hình dạng đầu mối giữa cần đảm bảo điều kiện thuận dòng , thường chọndạng nửa tròn < lưu tuyến hoặc tam giác

Chiều cao mố có thể thay đổi từ thượng lưu về hạ lưu tùy theo mực nước caothấp ở mỗi phía Theo tính toán khẩu diện cống ta chọn :

Chiều dày mố : dmg = 1m ,

Chiều dày mố bên dmb= 0,8m

7m

Mố giữa có đầu lượn tròn để giảm tổn thất thuỷ lực.

7 Khe lún

Khi cống rộng cần dùng khe lún phân cống thành từng mảng độ lập Bề rộngmỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền , thường không vượt quá 15-20 cm

Mỗi mảng có thể gồm 1,2 hoặc 3 khoang Các mảng nên bố trí giống nhau

để tiện thiết kế, thi công và quản lí

Khe lún thường bố trí ở mố giữa mố có chứa khe lún và mố kép

Trên khen lún cần bố trí thiết bị chống rò nước , lỗ để đổ nhựa đường

Do ống không rộng lắm, (chỉ có 2 khoang) nên không cần bố trí khe lún

 = 1m (chiều dày này sẽ được kiểm tra lại bằng tính toán kết cấu bản đáy)

Ta có thể sơ bộ chọn chiều dài bản đáy theo điều kiện thủy lực sau :

[2  3]H < Lbđ < [8  10]H

V y ta ch n : Lâ ọ bđ = 20m

Chi u day b n đáy t ch n theo đi u ki n ch u l c ề a ọ ề ệ ị ự Ta ch n nh trên hình vẽ.ọ ư

t = 1m

II Đ ườ ng vi n th m : ề ấ

Bao g m b n đáy c ng, sân trồ a ô ươc, các b n c , chân khay Kích tha ừ ươc

được ch n theo các đi u ki n sau :ọ ề ệ

1 Sân tr ướ c :

V t li u lam sân đây la dùng v t li u bê tông c t thép.â ệ ơ â ệ ô

Chi u dai sân trề ươc co th ch n s b nh sau :ể ọ ơ ô ư

Chi u day c a sân trề ủ ươc được lam b ng v t li u bê tông c t thép nên coằ â ệ ô

th thi t k cho chi u day c a sân không thay đ i t đ u sân đ n cu i sân Taể ế ế ề ủ ổ ừ ầ ế ô

ch n chi u day c a sân la t = 0,6 mọ ề ủ

Chiều dày cuối sân xác định theo yêu cầu chống thấm : t2 ≥

t = 1,2m

Trong đó :

– độ chênh lệch cột nước ở 2 mặt sân ( trên và dưới )

[ J ] – Gradien thấm cho phép, phụ thuộc vào vật liệu làm sân

2.2 Chiều sâu đóng cư :

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

Vì tầng thấm không dày nên ta đóng cừ cắt ngang tầng thấm (cừ

chống) Cừ chính đóng ở mép thượng lưu bản đáy ta chọn :

3.1 Thoát nước thấm :

Các lỗ thoát nước thấm thường bố trí ở sân tiêu năng; dưới sân khi đó phải bố trí tầng lọc ngược Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược

3.2 Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm :

thấm Chọn : m= 1,5 Ta có sơ đồ đường viền thấm dưới đáy công trình cho như hình vẽ

III Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu :

1 Nối tiếp thượng lưu :

2 Góc mở của tường : về phía trước , chọn với tg =

3 Hình thức tường cánh :

Phụ thuộc quy mô cống, ở đây ta chọn hình thức tường thẳng

- Đoạn đáy nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây khandày 0,3 m)

Chiều dài lớp phủ khoảng ( 3 – 5 ) H1 trong đó H1 là chiều sâu nước nhảy vàocống

- Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm dăm cát dày 10-15 (cm)

4 Nối tiếp hạ lưu :

Tường cánh: hình thức có thể chọn như tường cánh thượng lưu, song góc mởq1 nhỏ hơn, thường tg =

- Sân tiêu năng : thường bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước.Chiều dáy sân có thể xác định theo công thức Đômbrốpxki:

Trong đó :

q – lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng q = 5,632 m3/m.s

ΔH – chênh lệch cột nước thượng hạ lưu ΔH =5.95 (m)

K – hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh Với đất cát pha K = 10

Vậy Lss = 10 =37,06 m

D TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG.

I Những vấn đề chung :

1 Mục đích :

thấm J Ở đây do đặc điểm của cống, chỉ yêu cầu xác định Wt và J

Lưới thấm có thể được xây dựng theo phương pháp vẽ đúng dần Để kiểm tra

độ chính xác của lưới thấm cần dựa vào các điều kiện sau :

- Tất cả các đường dòng và thế phải trực giao nhau

- Các ô lưới phải là hình vuông cong

- Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ các điểm góc của đường viền phảitrùng với phân giác của góc đó

- Các giới hạn của lưới thấm :

- Đường thế đầu tiên : mặt nền thấm phía thượng lưu

- Đường thế cuối cùng : mặt nền thấm phía hạ lưu

- Đường dòng đầu tiên : đường viền thấm dưới đáy công trình

- Đường dòng cuối cùng : mặt tầng không thấm

Miền thấm giữa 2 đường thế liền nhau gọi là dải, giữa 2 đường dòng kề nhaugọi là ống dòng

Ta có sơ đồ lưới thấm như hình vẽ :

- Tổn thất cột nước qua mỗi dải thế :

+ Jtb: gradien c t nô ươc trung bình trong vùng tính toán;

+ JtbK: gradien c t nô ươ ơ ac t i h n trung bình tính toán l y theo b ng b ng 2â a a

+ H: c t nô ươc tác d ng lên c ng lúc ngăn lũ ụ ô

H = Zsôngmax+-Zđ ng ồ min-= 6,8 – 0,85 = 5,95 m

+ Ttt: chi u sâu tính toán c a n n.ề ủ ề

+ Trong đo: a1 = t =1,06 m - đ cao c a b c t i c a ra.ô ủ â a ư

T0 = 19 m- đ day t ng th m ô ầ â

B ph n gi a (b ph n 3 trên hình vẽ)ô â ư ô â

Với điều kiện : 0,5 va 0

=>

B ph n co đô â ường vi n n m ngang (b ph n 2 va 4 trên hình vẽ):ề ằ ô â

Ta co kho ng cách La 1 gi a 2 hang c Sư ừ 1 , S tho mãn đi u ki n :a ề ệ

+ Jgh – la gradien th m c c b t i h n Ph thu c vao h s không đ u h t=â ụ ô ơ a ụ ô ệ ô ề a

9 được tra đ th c a V.S.Ixtônmina (ĐT P3-1) ta đô ị ủ ược : Jgh = 0,6

+ m – la h s an toan lam vi c ệ ô ệ Ch n m = 1,5ọ

Thay t t c vao đi u ki n trên ta đâ a ề ệ ược :

J =0,217 <

V y đi u ki n th m qua n n đâ ề ệ â ề ược đ m b oa a

E.TÍNH TOÁN N Đ NH C NG Ổ Ị Ố

I M c đích và tr ụ ườ ng h p tính toán: ợ

1 M c đích: ụ Ki m tra n đ nh c a c ng v trể ổ ị ủ ô ề ượ ât, l t, đ y n i Trong đẩ ổ ồ

án nay ch gi i h n ph n tính toán trong vi c ki m tra n đ nh trỉ ơ a ầ ệ ể ổ ị ượt

2 Tr ườ ng h p tính toán: ợ Nêu các trường h p b t l i co th x y ra ợ â ợ ể a Ơđây yêu c u tính v i m t trầ ơ ô ường h p la khi chênh ch ch m c nợ ệ ự ươc

thượng h l u c ng l n nh t (tra ư ô ơ â ường h p đã tính th m trên) Khiợ â ơ

c ng phân thanh nhi u m ng b i các kh p lún, c n ki m tra n đ nh choô ề a ơ ơ ầ ể ổ ị

t t c các m ng Trong đ án nay, yêu c u tính cho 1 m ng.â a a ồ ầ a

V i các MN sau : Zơ sôngmax = 6,8 m Zđ ng ồ min = 0,85 m

II Tính toán n đ nh tr ổ ị ượ t cho tr ườ ng h p đã ch n ợ ọ :

1 Xác đ nh các l c tác d ng lên m ng tính toán : ị ự ụ ả

I.1 Các l c th ng đ ng : ự ẳ ứ Bao g m tr ng lồ ọ ượng c u giao thông, c uầ ầcông tác, c u th phai, c a van, tầ a ư ường ng c, m c ng, b n đáy, tr ng lự ô ô a ọ ượng

nươc trong c ng (phía thô ượng l u c ng va h l u c ng), tr ng lư ô a ư ô ọ ượng ph nầ

đ t gi a 2 chân khay ( trong ph m vi kh i trâ ư a ô ượt) va các l c đ y ngự ẩ ược(th m,â

th y t nh).ủ ỉ

+Tr ng l ọ ượ ng c u giao thông : ầ

V i thi t k c u cho xe co t i tr ng 8 –10 t n đi qua, thi t k c u BTCT coơ ế ế ầ a ọ â ế ế ầ

tr ng lọ ượng la 100T