Đồ an môn học cống lộ thiên đề a5

I VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH : Cống A được xây dựng ven sông X để nước tưới cho 60.000 ha ruộng . Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ . Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua. II CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ : 1 Cấp công trình được xác định theo TCXDVN 285:2002 : Căng cứ vào quy phạm 2002 với đối tượng là đập bê tông trên nền đất ở trạng thái bão hòa nước và chiều cao đập 8m là công trình cấp IV Căn cứ vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tưới cho 60.000 ha ta có công trình thuộc cấp II là chủ yếu,cấp III thứ yếu. 2 Các chỉ tiêu thiết kế : Căn cứ vào cấp công trình đã chọn là công trình cấp II, ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau : Tần suất lưu lượng : P% = 0,5% Hệ số vượt tải : (Bảng P 1 – 4) + Trọng lượng bản thân công trình n = 1.05 + Áp lực đứng của trọng lượng đất n = 1.20 + Áp lực bên của đất n = 1.20 + Áp lực tĩnh, áp lực sóng, áp lực thấm ngược n = 1.00 + Tải trọng do gió n = 1.30 Hệ số tin cậy : Kn = 1.2 (Bảng P 1 – 6 )

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

( Đề số : A – 5 )

I/- NHIỆM VỤ :

Cống A xây dựng ven sông X để:

- Lấy nước tưới cho 60.000ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn

đi qua

II/- CÁC LƯU LƯỢNG VÀ MỰC NƯỚC THIẾT KE Á :

Lấy nước:

Qmax lấy = 100 m3/s ; Zđầu kênh =3,50 m

Zmax sông = 7.50m ; Zmin

sông =3.70 m

Chống lũ:

Zsông max = 8.60 m ; Zđồng min =2.50 m

III/- TÀI LIỆU KÊNH HẠ LƯU :

Zđáy kênh = 0,00 m ; Độ nhám n =0,025

Độ dốc mái m = 1,5 ; Độ dốc đáy

V/- CHIỀU DÀI TRUYỀN SÓNG :

VI/- TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT :

- Đất thịt cao độ : + 3.50 đến + 5.00

- Đất cát pha : +0.50 đến – 10.00

- Đất sét : -10.00 đến – 30.00

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

Hệ số nén

3- Chọn cấu tạo các bộ phận cống

4- Tính toán thấm và ổn định cống

5- Tính toán bản đáy cống theo phương phápdầm trên nền đàn hồi

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

I- VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH :

- Cống A được xây dựng ven sông X để nước tướicho 60.000 ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn điqua

II- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ :

1- Cấp công trình được xác định theo TCXDVN 285:2002:

-Căng cứ vào quy phạm 20-02 với đối tượng là đậpbê tông trên nền đất ở trạng thái bão hòa nước vàchiều cao đập 8m là công trình cấp IV

-Căn cứ vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tưới cho60.000 ha ta có công trình thuộc cấp II là chủ yếu,cấpIII thứ yếu

2- Các chỉ tiêu thiết kế :

Căn cứ vào cấp công trình đã chọn là công trìnhcấp II, ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho việcthiết kế cống như sau :

- Tần suất lưu lượng : P% = 0,5%

- Hệ số vượt tải : (Bảng P 1 – 4)

+ Trọng lượng bản thân công trình

- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1.0 (Bảng P

1 – 5)

PHẦN II : TÍNH TOÁN THỦY

LỰC CỐNGI-

TÍNH TOÁN KÊNH HẠ LƯU :

Cao trình mực nước thiết kế = 3.45 m

1- Trường hợp tính toán : Khi cần tháo lưu lượng Qtưới =

120 m3/s với chênh lệch mực nước thượng lưu nhỏ Z sôngmin

=3.7 m ; Zđầu kênh = 3.45 m ; Z = 0.25 m

2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :

- Cao trình ngưỡng : Chọn bằng cao trình đáy kênh Z =0.00 m

- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộngkhông ngưỡng P = 0

3- Xác định bề rộng cống :

a Xác định trạng thái chảy : Theo quy phạm QPTL

C8-76 , đập chảy ngập khi hn > nHo

* Tính hn :

n : gọi là chỉ số ngập

n = (hn/H0)pg  0,75  0,8 Sơ bộ chọn n = 0,8

Trong đó :

- n : hệ số lưu tốc chảy ngập lấy theo trị sốcủa hệ số lưu lượng m (tra bảng Cumin bảng14-12 GTTL tập III trang 35) ta lấy m = 0.36 ; tra(bảng 14-13) ta được n = 0.96

- g : hệ số lưu tốc phụ thuộc thêm khi có cohẹp ngang

b

Qc  n  g  2 0 

120

=  = 13.9 m 0,96 0,98 3,45  2 9,81 (3.81 -3.45)

Chọn b = 14 m

c Phân chia các khoang và chọn mố :

Phân khoang chọn mố như sau : Chọn 2 cửa mỗi cửa

7 m; 1 mố trụ mỗi mố rộng 1m

d Kiểm tra chiều rộng cống :

Vậy chọn b = 14 m là phù hợp.Như vậy Bc = 15 m

III/- TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI :

1- Trường hợp tính toán :

Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mựcnước thượng, hạ lưu lớn Với cống lấy nước khi Zsông

lớn , Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy , chế độ đóng mởcữa van trong trường hợp này đơn giản là mở đều cáccống

2-Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng :

Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng , cần tínhvới các cấp lưu lượng từ Qmin đến Qmax , với mỗi cấp Q taxác định được độ mở cữa cống a

g h

b

Qc   n  g  2 0 

Qtt là trị số ứng với (hc’’ – hh)max

 : hệ số co hẹp bên, lấy  = 1

 : hệ số lưu tốc, lấy  = 0.95

hc = .a với  là hệ số co hẹp đứng  = 0.61

Ho : cột nước tính toán trước cửa van Ho = 7.6 (bỏ qua lưu tốc tới gần)

Tính Ftc =

2 3

o

c H b

,

Độ sâu liên hiệp hc " = 2,3 m

Mà ta có hh = 1,81 m So sánh các độ sâu ta thấy :

hc = 0,2 m < hk = 1,64 m < hh = 1,81 m < hc" = 2,3 m tức làcống chảy tự do và do hc" > hh nên sau cống có nước nhảy phóng xa Để đảm bảo cho hạ lưu làm việc bình thường ta bố trí thiết bị tiêu năng

40m3/s có trị số (hc’’ – hh) đạt giá trị lớn nhất

Do đó ta chọn lưu lượng tính toán tiêu năng là Qtt =40m3/s

Xác định độ mở cống a :

Có Fc = 0.082 , tra bảng ta có a/H = 0.031m

=> a =a/H *H = 0.031* 7.9 = 0.245m)

3- Tính toán tiêu năng :

Biện pháp tiêu năng ta chọn tường và bể kết hợp + Xác định chiều sâu bể :

Bài toán tính đúng dần

c” = 0,2749  hc” = 0.2749*8.15 = 2.22 mChiều sâu bể tiêu năng xác định theo công thức :

Thay các giá trị vào (*) ta có :

 : Hệ số kinh nghiệm bằng (0,7  0,8) Chọn  = 0.8

l1 : Chiều dài nước rơi được tính theo công thức :

P = d = 1 m là chiều cao ngưỡng cống so với bểChiều dài nước nhảy ln :

ln = 4,5 hc” = 4,5*2.22 = 9.99 m ( Chiều dài nướcnhảy.)

L1  2  0 35 *

L1  2 5 067 1  0 35  5 067  7 5

Phần III : BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG

I/-

THÂN CỐNG : Bao gồm bản đáy, trụ và các

bộ phận trên đó

1- Cửa van :

Chọn cửa van phẳng , cấu tạo bằng thép ,vớidàn đóng mở van quay, đỉnh cữa van cao hơn đáytường ngực 0.2m

2- Tường ngực :

a- Cao trình đáy tường ngực :

Do không yêu cầu giao thông thủy nên ta có thểchọn Zđt theo công thức :

Zđt = Ztt +  = 3,70 + 0,5 = 4,2mTrong đó :

Ztt = 3,7 m : Cao trình mực nước tính toán

 = 0,5 m : Độ lưu không b- Cao trình đỉnh tường : Lấy bằng cao trình đỉnhcống được xác định theo công thức :

Zđc = MNDGC + h’ + s’ + a’ (*)Với :

- MNDGC = Zsôngmax = 8,5 m

- h’ : Độ dền do gió tính với trường hợp vậntốc gió bình quân lớn nhất theo công thức :

h’ = 2.10-6 V2 D cos /g.HVận tốc gió bình quân lớn nhất V50% = 14 m/s

D : Đà gió D = 300 m; g = 9,81 m/s2 ;  = 00

H = 8,5 – 0,0 = 8,5 m là chiều sâu dưới đập

 h’ = 2.10-6 (14)2 300 1/9,81 8,5 = 0,0014 m

s’ : Độ dền cao nhất của sóng (công trình cấp II 

P = 1%) Tính s’ theo các bước sau :

Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H

Tra đồ thị P2-1 hướng dẫn đồ án môn học trang 136

ta tra được cặp nhỏ nhất :

Vậy giả thiết ban đầu sóng nước sâu là đúng

* Tính chiều cao sóng theo tần suất P = 1% như sau :

h1% = K1% hs Tra đồ thị P2-2 hướng dẫn đồ án mônhọc thủy công với gD/V2 = 15 tra được K1% = 2,08  h1% =2,08 0,253 = 0,526 m

* Tính độ dềnh cao nhất của sóng :

s’ = kns h1% Tra đồ thị P2-4 với :

Vậy chiều cao tường ngực là : Htường = 9.4 – 4.2 = 5.2m

+ Kết cấu tường gồm bản mặt và các dầm đỡ ,bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày bản = 0,2 m

3- Cầu công tác : Dùng để đi lại thao tác cữa van ,có chiều cao tính toán sao cho đảm bảo khi kéo hết cửavan lên có khoảng không để đưa cửa van ra sửa chữa

4- Cầu giao thông : Bố trí ngang đỉnh cống , để đảmbảo cho xe có tải trọng 8 đến 10 tấn đi qua , chọn mặtcầu rộng 6 m

5- Mố cống : Bao gồm 2 mố bên và 1 trụ pin giữa.Trên mố bố trí khe phai và khe van Chiều dày trụ pin 1m, chiều dày mố bên trên đỉnh cống rộng 0.6m , đáyrộng 2m bằng BTCT liền khối với bản đáy , đầu trụ pinchọn dạng tam giác thượng hạ lưu Chiều dài mố ta chọn

L = 20m

6- Khe lún : Dùng bao tải tẩm nhựa đường 2 lớp

7- Bản đáy cống :

Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn các điều kiệnthủy lực , ổn định kết cấu bên trên , ta chọn bằngchiều dài mố

Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực ,phụ thuộc vào bề rộng khoang cống , tải trọng bêntrên và tính chất nền theo kinh nghiệm chọn bản đáydày 1m

II/- ĐƯỜNG VIỀN THẤM : Bao gồm bản đáy

cống , sân trước , chân khay

1- Sân trước :

a- Chiều dài sân :

Xác định theo công thức :

Ls  (34) H = 4*3.45 = 13.8mChọn Ls = 14 m

b- Chiều dày sân :

Chiều dày sân chọn phải thỏa mãn   H/[J]

Trong đó : - H độ chênh mực nước trước và sau sân , có thể lấy bằng độ chênh mực nước trước và sau cống H = 0.25m

liệu làm sân) = 4

H / [J] = 0.25/4 = 0.063

Vậy ta có thể chọn chiều dày sân trước là 0.25m

Két cấu sân trước ta chọn bằng bê tông đá 1x2 vữa M 150 , lớp lót bằng bê tông đá 4x6 M100

2-Chân khay :

Ở 2 đầu bản đáy cần làm chân khay cắm vàonền để tăng ổn định và kéo dài đường viền thấm Chọn chân khay sâu 1m

3- Thoát nước thấm :

Bố trí các lỗ thoát nước trong phần bể tiêu năng ,bên dưới có bố trí tầng lọc ngược dưới sân

4- Kiểm tra chiều dài đường viền thấm :

- Lđ : chiều dài tổng cộïng của các đoạn thẳngđứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phươngngang  45o

Ln = 14 + 20 = 34.0 m

Ltt = 4.6 +34.0/1 = 38.6 m

C : hệ số phụ thuộc vào tính chất đất nền trabảng P 3-1 có C = 6

H : cột nước thấm lớn nhất = 8.5 – 2.5 = 6.0 m

 Ltt = 38.6 m > C.H = 6*6.0 = 36.0 mVậy công trình đảm bảo điều kiện an toàn vềchiều dài đường viền thấm

III/- NỐI TIẾP THƯỢNG HẠ LƯU :

1- Thượng lưu : Để dòng chảy thuận dòng bố trí

tường cánh dạng loe từ mái kênh đến tường bêncủa cống

2- Hạ lưu : Tường cánh có góc loe tg  =14o

Sân tiêu năng bằng bê tông

+ Chiều dày sân sau : t = 0,15 V1  h1

+ Chiều dài sân sau : Tính theo công thức :

.H = 6 m : Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu

q = QTK/B = 40/18 = 2.222 m/s : Lưu lượng đơn vị cuốisân tiêu năng

K = 8 : Hệ số phụ thuộc nền đất dính

Chọn LSS = 23 m

m h

V

t 0.15 1 1 0.15*11.11 0.2 1.1

H q K

L SS  

m

L SS  10 2 222 6 0  23

PHẦN IV : TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI

ĐÁY CÔNG TRÌNH

I/-XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :

Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay xácđịnh lực đẩy ngược lên đáy công trình Wt và Građienthấm J

Trong đồ án này chỉ tính cho trường hợp khi chênhlệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất ứng với trườnghợp chống lũ

Hmax = Zsôngmax – Zđồngmin = 8.50 – 2.50 = 6.0m

II II/- TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH :

III 1/- Trường hợp tính toán :

lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất

V hmax = Zsôngmax - Zsôngmin = 8.5 – 2.5 = 6.m

2- Vẽ lưới thấm :

Xây dựng lưới thấm : Bằng phương pháp vẽ đúngdần dựa vào các điều kiện sau :

- Tất cả các đường dòng và đường đẳng thế phảitrực giao nhau

- Các ô lưới phải là các đường vuông cong

- Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ cácđiểm góc của đường viền phải trùng với phân giácgóc đó.

- Các giới hạn của lưới thấm :

+ Đường đẳng thế đầu tiên là mặt nền thấmphía thượng lưu

+ Đường thế cuối cùng là mặt nền thấm phíahạ lưu

+ Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm

mặt tầng không thấm nước , ở cao trình –10 (tầng đấtsét)

( Sơ đồ xem hình trang sau ) có 18 dải và 6ống dòng

3- Xác định áp lực thấm :

- Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải đượcxác định theo công thức :

H = H/n = 6/24 = 0.25

- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ xácđịnh theo công thức :

hx = ix * ( H/n ) (1)Trong đó:

- H chênh lệch cột nước thượng hạ lưu = 6.0m

- n số dải của lưới thấm (n = 24)

- Ix số dải tính từ điểm tính toán đến đườngthế cuối cùng

Dựa vào công thức trên ta vẽ được áp lực thấmdưới đáy công trình Từ đó xác định được tổng áplực thấm tác dụng lên bản đáy

* Cột nước thấm tại điểm A cách đường thếcuối cùng 18 dải là :

Wtđ = n (hA + hB )L/2 = 1(4.5 + 1.5) 20/2 = 60 T/m

Wtt = n (hh +t )L = 1(2.5 + 1) 20 = 70.0 T/m

 Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống là :

W = Wtđ + Wtt = 60 + 70 = 130 T/mĐiểm đặt của tổng áp lực đẩy ngược được xácđịnh như sau :

Gọi e là khoảng cách từ điểm đặt lực đến

b = 1.5 + 3.5 = 5.0 m

a = 4.5 +3.5 = 8.0 m

4- Xác định lưu lượng thấm đơn vị :

Gọi m là số ống dòng , n là số dãi của lướithấm.Lưu lượng thấm đơn vị sẽ là :

Trong đó K = 2.10-6 m/s (Đối với đất cát pha)

5- Xác định gradien thấm :

Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là s

6

6 60 3 51024

710

S n

H S

H i

a b

L e

8253

JTB = (0.3215 + 0.2083 + 0.1786 + 0.1389 )/4 = 0.2118

III/- KIỂM TRA ĐỘ BỀN THẤM CỦA NỀN :

Kiểm tra độ bền thấm chung :

Kn

Jk J

tb

tb 

Trong đó Jtb là gradien cột nước trung bìnhtrong vùngthấm tính toán ; Jktb là gradien cột nước tới hạn trung bìnhtính toán, (tra bảmg ta có Jktb = 0.22).Kn : hệ số tin cậy Kn

T

H J

Trong đó : H : cột nước tác dụng : Ttt : chiều sâu tínhtoán của nền

v = r = 0.44+b =0.44 + a/Ttt = 0.44 + 1/8.5 = 0.56

đ = b = a/Ttt = 1/8.5 = 0.12

không có cừ nên n = L/Ttt =34/8.5 = 4

T

H

J = 0 13

24 5 5 8

6

.

So sánh ta thấy Jtb = 0.13 < 0.22/1.15 = 0.191

Kết luận đảm bảo độ bền thấm chung

Kiểm tra độ bền thấm theo điều kiện :

Jra  [Jra]Trong đó : - Jra là Gradien thấm cục bộ (Đã tính

ở trên)

học , được xác định theo biểu đồ Ixtôminaphụ thuộc vào hệ số không đồng đều hạtcủa đất

Với đất nền là cát pha có  = d60/d10 = 9 ,Tratrên biểu đồ (Hình P3-1)

ta được [Jra] = 0.35

Với tính toán trên ta có JTB = 0.2118  [Jra] = 0.35

Do đó độ bền thấm của nền tại cửa ra đảmbảo không bị xói ngầm cơ học Nhưng theo yêu cầucấu tạo ta vẫn làm tầng lọc ngược để tăng khảnăng ổn định cho công trình

PHẦN V : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH

CỐNG

I/- MỤC ĐÍCH :

Kiểm tra ổn định cống bao gồm kiểm tra về trượt,lật, đẩy nổi Giới hạn trong phạm vi đồ án ta chỉ tínhtoán kiểm tra ổn định về trượt của cống

II/- XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :

Tính với trường hợp bất lợi khi mực nước thượng , hạlưu chênh lệch lớn nhất

Căn cứ vào điều kiện làm việc của công trình ; trườnghợp chống lũ mực nước ngoài sông lớn nhất = 8.5 mvà mực nước trong đồng min = 2.5 m Vậy H = 6.0 m

Sơ đồ tính toán là toàn bộ bản đáy với các bộphận đặt lên nó

III/- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT :

1- Xác định các lực tác dụng lên công trình :

a/ Các lực đứng : Bao gồm :

- Trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác

- Cửa van, tường ngực, mố cống , bản đáy

- Nước trong cống

- Phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vikhối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm, thủytĩnh)

 Trọng lượng các mố : Gồm 2 mố bên và1 mốgiữa

P1 = [9.4*1*20*1 + 2*9.4*20(0.6 +2)/2]2.5 = 1692 T

Cánh tay đòn so với bản đáy a1 = 0

*Trọng lượng tường ngực :

Dầm ngang (6 dầm) = (6*0.3*0.3*4)2.5 = 5.4 T

Dầm dọc (2 dầm) = (2*0.4*0.8*16)2.5 = 25.6 THành lang , bậc thang = 20 T

Tổng cộng : P3 = 75 T

a3 = 5.0 m

* Trọng lượng cầu giao thông :

Chọn cầu bê tông cốt thép cho các loại xe có tải trọng 8 _ 10 tấn

Có trọng lượng P4 = 100 T ; a4 = +2.0m

 Trọng lượng cữa van : P5

x F x F

44402

560

4044403025602

1

2 2 1

*

*

*

*

P 0 157 4 0 157 5 14 4 5 14 31 8

* Trọng lượng bản đáy : P6

P6 = [(1.0*19*20) + 2*19(1.0+2.5)/2]2.5 = 1116.25 T

P6 = 1200 T

a6 = 0

* Trọng lượng nước trong cống :

Trọng lượng nước trong cống ứng với trường hợp chống lũ :

- Phần ngoài sông :

P7 = 8.5*15*5*1 = 638 T

a7 = 7.5m-Phần phía đồng :

* Áùp lực nước phía sông :

- H chiều cao cột đất tác dụng

Trong đó: - b cường độ áp lực đất tại điểm đáy chân khay được tính như sau

Theo sơ đồ nén lệch tâm, được xác định bởi côngthức :

đứng (tấn)

- F diện tích đáy móng (m2)

- M Tổng mô men của các lực tác dụnglên móng , lấy đối với tâm đáy móng

W

M F

89 1 3 0