Đồ an môn học cống lộ thiên đề c1

I. THUYẾT MINH: 1 Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 2 Tính toán thủy 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 II. BẢN VẼ: Từ 1 đến 2 bản khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết. Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

B - Yêu cầu đồ án

I Thuyết minh:

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

2/ Tính toán thủy lực xác định chiều rộng cống và giải quyếttiêu năng

Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

CHƯƠNG I : GiớI THIệU CHUNG

I Vị TRí, NHIệM VU CôNG TRìNH:

Cống C đợc xây dựng ven sông Z để làm nhiệm vụ dâng nớc

t-ới cho 35000ha ruộng, tiêu nớc cho khu vực trên và ngăn lũ từ sôngvào Đồng thời cống đợc xây dựng trên trục đờng giao thông choloại xe 8 -10 tấn đi qua

II CấP CôNG TRìNH VΜ CáC CHỉ TIêU THIếT Kế:

1/ Cấp c ông trình: (xác định theo TCXD VN 285:2002)

Cấp công trình đợc xác định từ 2 điều kiện sau:

a- Theo chiều cao công trình và loại nền: căn cứ vào các sốliệu về mực nớc, kênh tiêu đã cho trớc nhận xét thấy chiều cao côngtrình ở vào khoảng từ (5-10)m, với nền là đất thịt và đất cát phatra bảng 2.2 (TCXD VN 285:2002)  công trình thuộc cấp IV

b- Theo nhiệm vụ công trình: Với nhiệm vụ tới, tiêu cho35000ha tra bảng 2.1 (TCXD VN 285:2002)  công trình thuộc cấp

II

* Kết luận: Từ 2 điều kiện trên, chọn cấp của công trình làcấp II

2 Các chỉ tiêu thiết kế: Tơng ứng với công trình cấp II ta xác

định đợc các chỉ tiêu thiết kế nh sau: (theo TCXD VN 285:2002)

- Tần suất lu lợng, mực nớc lớn nhất để tính ổn định và kếtcấu (bảng 4.2) P = 0,5%

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất tính toándựa theo QPTL C1-78

Tần suất gió lớn nhất P2%  V2% = 28 m/s

Tần suất gió bình quân lớn nhất P50%  V50% = 14 m/s

- Hệ số điều kiện làm việc: m = 1 (phụ lục B)

- Hệ số tin cậy: Kn= 1,20

Ch

ơng II : Tính toán thủy lực cống

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

- Lu lợng tính toán Q = Qtiêumax = 95 m3/s

- Cao trình đáy kênh Zđáykênh = +1.00 m

- Cao trình mực nớc sông thiết kế ZsôngTK = 4.95 m

 hh = ZsôngTK - Zđáykênh = 4.95-1 = 3.95 m

Ta tìm đợc chiều rộng đáy kênh b theo phơng pháp mặt cắt

có lợi nhất về mặt thuỷ lực bằng cách thử dần ta có kết quả nhsau:

Với kết quả bảng tính trên ta có Vmax = V = 0,83 m/s

[Vkx ] : tốc độ không xói cho phép, phụ thuộc chất đất nơituyến kênh đi qua đợc xác định theo công thức kinh nghiệm [Vkx ]

= k.Q0,1

max

* Qmax = Q = 80 m3/s: lu lợng lớn nhất chảy trong kênh

* k: hệ số phụ thuộc chất đất nơi tuyến kênh đi qua, với

đất thịt tra đợc k = 0,57

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 4

 [Vkx ] = 0,57*800,1 = 0,90 m/s.

Vậy Vmax < Vkx  kênh đảm bảo ổn định

II Tính toán khẩu diện CốNG

1/ Tr ờng hợp tính toán: Chọn khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu

nhỏ Zmin, cần tháo lu lợng thiết kế Theo tài liệu cho trớc, chọn ờng hợp tính toán là:

tr-+ Lu lợng thiết kế: QTK = Qtiêumax = 80 m3/s

+ Chênh lệch mực nớc: Zmin = Zđồngmin - ZsôngTK = 5.10-4.95 =0,15 m

2/ Chọn loại và cao trình ng ỡng cống:

+ Cao trình ngỡng cống: Để tăng khả năng tháo của cống, khichênh lệch mực nớc khống chế nhỏ  Chọn ngỡng thấp có cao trìnhbằng cao trình đáy kênh tiêu Zngỡng = Zđáykênh = +1.00 m

 n.Ho = 0.8*4.135 = 3.30 m

So sánh hn = 3.95 m > n.Ho = 3.30 m  trạng thái chảy ngập.b- Tính bề rộng cống: từ công thức tính lu lợng qua đậptràn đỉnh rộng chảy ngập Qn.g.b.h 2gHo h

H h

g.h

Qb

o g

+ h = hn-Zhp

Zhp: độ cao hồi phục, với đập chảy ngập Zhp rất nhỏ nên có thể

bỏ qua

 h = hn = 3.95 mThay các giá trị trên vào phơng trình (1), ta đợc:

0,93*0,985*3,95* 2*9,81*4,135 3,95 11,45 m

80

- Tính lại b:

+ Tính lần thứ nhất:

* n: với số khoang cống và hình thức mố đã chọn nh trên,tra theo bảng của Cumin nhận thấy hệ số lu lợng m không thay đổilớn, vì vậy có thể giữ nguyên n = 0,93 để tính toán

* g: đợc tính toán lại với 0,833

14,4

12db

12,88d

III - Tính tiêu năng phòng xói

1/ Tr ờng hợp tính toán: Chọn khi tháo lu lợng qua cống với chênh

+ Chênh lệch mực nớc: Zmax = Zđồngmax - Zsôngmin = 6.50-3.00 =3.5 m

+ Lu lơng tiêu thiết kế: QTK = Qtiêumax = 80 m3/s

2/ L u l ợng tính toán tiêu năng: Trong trờng hợp này vì cống đặt

gần sông nên mực nớc hạ lu cống không phụ thuộc lu lợng tháo quacống Do đó lu lợng tiêu năng ở đây chính là khả năng tháo lu lợngtiêu thiết kế của cống QTK = 80 m3/s, ứng với cao trình mực nớc th-ợng lu là Zđồngmax = 6.50 m Vậy lúc này cần xác định độ mở a của

(F

*9,12

*95,0

80)

So sánh ta thấy h" c = 3,46 m > h h = 2,00 m  cống chảy tự do.

* Với chế độ chảy tự do, tra phụ lục 16-1 (các bảng tínhThủy lực) đợc: c = 0,124  hc = c*H = 0,124*5,5 = 0,76 m

80

*1b

.g

Q

2

2 3

3/ Tính toán kích th ớc thiết bị tiêu năng:

a- Chọn biện pháp tiêu năng: Để đảm bảo điều kiện làmviệc ổn định, căn cứ vào tài liệu địa chất nền cống là đất thịtpha cát, chọn biện pháp tiêu năng bằng cách đào bể

c: độ sâu liên hiệp sau nớc nhảy

- Z2: chênh lệch đầu nớc ở cuối bể vào kênh, đợc tính

nh đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

 '2 c

2 2

h

2 n

2 2

h.g2

qh

g2

qZ

'E

q)

(F





 , có F(c ), traphụ lục (15-1) bảng tra thuỷ lực đợc c''  hc'' = c ''.E0  Z2  dtt1:nếu dtt1  dgt1 thì đó là độ sâu bể cần tìm, nếu không giả thiếtlại và thực hiện theo trình tự nh trên cho đến khi nào dtt  dgt là đ-

+ Tính chiều dài bể: theo công thức Lb = L1 + Ln

- L1: Chiều dài nớc rơi từ ngỡng xuống sân tiêu năng, tínhtheo Trectôuxốp L12 hkP0,35hk

* P = 1,20 m: chiều cao ngỡng cống so với bể

* hk  2/3.Ho = 2/3*-5.5 = 3.66 m

 L12 3.66*1,20,35*3,66 6,02m

- Ln: chiều dài nớc nhảy, tính theo công thức kinh nghiệm

Ln = (4,55)(hc - hc)Với F(c ) = 0,393, tra phụ lục (15-1) bảng tra thuỷ lực đợc c =0,093  hc = c .E0 = 0,093*7.3 = 0,68 m

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 8

dụng phổ biến vì cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ, điều tiết lu lợngkhá tốt

Chọn chiều rộng cánh cống b = 4,80 m ( b = 4,3+2*0,25 =4,8m), chiều cao hv = 6-1+0.4 = 5,4m

2 T ờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van do đó giảm đợc

cao trình cầu công tác và lực đóng mở

a- Các giới hạn của t ờng ngực:

+ Cao trình đáy tờng ngực: Zđt = Ztt + 

Trong đó: - Ztt: là cao trình mực nớc khi tính toán khẩu diệncống, tức là cần đảm bảo ứng với trờng hợp này, khi mở hết cửa vanchế độ chảy trong cống phải là không áp, ứng với trờng hợp tínhtoán ở trên ta có:

H0 = 4.13m  Ztt = 4.13+1 = 3.13 (m)

- : độ lu không, thờng lấy  = (0,5-0,7) m; Chọn  =0,57 m

Vậy Z đt = 3.13 + 0.57 = 3.7 m

+ Cao trình đỉnh tờng ngực đợc lấy bằng cao trình đỉnhcống, đợc xác định thông qua tính toán cao trình đỉnh cống ứngvới 2 trờng hợp sau:

Zđc1 = MNDBT + d

Zđc2 = MNDGC + d'

Trong đó:

- MNDBT:cao trình mực nớc sông thiết kế: MNDBT = ZsôngTK =4.95m

- MNDGC: cao trình mực nớc sông lớn nhất ứng với trờng hợp ngăn

lũ (theo nhiệm vụ công trình) MNDGC = Zsôngmax = 6.00 m

- d,d': độ vợt cao của đỉnh đập so với MNDBT và MNDGC đợcxác định nh sau: d = h+ s + a

d' = h'+ '

s + a'

*h, h': độ dềnh của sóng do gió

* s,'

s: độ dềnh cao nhất của sóng

* a, a': độ cao an toàn ứng với cấp công trình

Trong phạm vi đồ án này việc tính toán cao trình đỉnh tờngngực không phải yêu cầu chính, vì thế sơ bộ chọn d, d' theo bảng(5-1) trang 93 Giáo trình Thủy Công tập1, tơng ứng với công trìnhcấp II ta có: d = 1,5 m; d' = 1,0 m

nh sau:

+ Cao trình đáy dầm dọc: Zđd = Zđc+hv+e+

* e: kích thớc của hệ thống đặt ròng rọc kéo van; chọn e

+ Chiều cao lan can: hlc = 0,8 m

4 Khe phai và cầu thả phai:

Đợc bố trí ở đầu và cuối cống để ngăn nớc và giữ cho khoảngkhông khô ráo khi sửa chữa cống Với bề rộng khoang cống khá lớnnên trên cầu thả phai bố trí đờng ray cho cần cẩu thả phai

+ Mố bên: đầu mố vuông góc, chiều dày mố bên cần đủ

để chịu áp lực đất nằm ngang, sơ bộ chọn db= 1,0 m

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 10

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 Lbđ = 15 m

Kích thớc các bộ phận khác sơ bộ chọn nh sau:

1 Sân tr ớc: Chọn hình thức sân trớc bằng đất sét, bên trên

phủ 1 lớp bê tông M200 dày 0,15 m Kích thớc sân đợc chọn nh sau:+ Chiều dài sân: theo kinh nghiệm Ls  (34)H

* H: cột nớc trớc cống H = 7.0-1 = 6.0 m

 Ls  (18,324,4) m Chọn Ls= 20 m

+ Chiều dày sân: thay đổi từ đầu đến cuối sân

* Đầu sân: theo điều kiện cấu tạo chọn t1 = 0,8 m

* Cuối sân: theo yêu cầu chống thấm t2  H/[J]

[J]: gradien thấm cho phép, với sân bằng đất sét chọn [J] =4

H: độ chênh mực nớc ở phía trên và phía dới sân trớc lấybằng chênh lệch mực nớc trớc và sau cống, ứng với trờng hợp tínhtoán ở đây H = 7.0-3.3 = 3.2 m

 t2  3.2/4 = 0.8m; chọn t2 = 1.0 m

2 Chân khay: để tăng ổn địnhvà góp phần kéo dài đờng

viền thấm, bố trí chân khay ở 2 đầu bản đáy

3 Thoát n ớc thấm: bố trí lỗ thoát nớc thấm ở sân tiêu năng theo

hình thức so le nhau, các lỗ cách nhau 2,0m Dới sân tiêu năng bốtrí tầng lọc ngợc bao gồm lớp cát lọc dày 20cm, lớp dăm (sỏi) lọc dày20cm, sân tiêu năng đợc làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 1m

đổ tại chỗ

Sơ đồ đờng viền thấm xem bảng vẽ trang sau:

4 Sơ bộ kiểm tra chiều dài đ ờng viền thấm:

Công thức kiểm tra: Ltt  C.H

Trong đó:

- H: cột nớc lớn nhất của cống; H = 6.0 m

- C: hệ số phụ thuộc vào loại đất nền Tra phụ lục P3-1  C = 5

- Ltt: chiều dài tính toán của đờng viền thấm tính theo phơngpháp của Len Ltt = Lđ + Ln/m

* Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các

đoạn xiên góc có góc nghiêng so với phơng ngang  45o

Lđ = 0,8 + 1,41 + 2,24 = 4,45 m

* Ln: Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các

đoạn xiên góc có góc nghiêng so với phơng ngang < 45o

Ln= 18+1,44+2+11+2 = 34,44 m

* m = (11,5): hệ số phụ thuộc số hàng cừ Chọn m = 1,0

 Ltt= 4,45 + 34,44/1,0 = 38,89 m; C.H = 5*6.0 = 30,5 mVậy Ltt > C.H thoả mãn điều kiện chiều dài đờng viền thấm

III Nối tiếp thợng lu và hạ lu:

1 Nối tiếp th ợng l u: Chọn hình thức tờng cánh nối tiếp là tờng

thẳng, tờng cánh mở rộng dần từ mép trong mố bên cống đến đáykênh thợng lu Kết cấu tờng bằng bê tông cốt thép M200 Chiều dài

đoạn nối tiếp bằng chiều dài sân trớc L = 20 m  góc mở  =

10o03'

2 Nối tiếp kênh hạ l u: Chọn hình thức nối tiếp nh thợng lu

+ Sân tiêu năng: bằng bê tông cốt thép M200, có bố trí lỗ thoátnớc Chiều dày sân có thể xác định nh sau: t 0,15V1 h1

- V1,h1: lu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nớc nhảy

- H: chênh lệch cột nớc thợng hạ lu, H = 7.0-3.3 = 3.7 m

- k: hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng kênh Do đất lòng kênh

là loại đất cát pha nên k = 10 20, lấy k = 10

Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên bản đáy cống

Wt và Gradien thấm J Trong phạm vi đồ án do đặc tính của cốngchỉ yêu cầu xác định Wt và J

2 Tr ờng hợp tính toán: Khi chênh lệch mực nớc thợng - hạ lu lớn

nhất Trong đồ án này chọn trờng hợp khi ngăn lũ có Zsôngmax = 6.40m; Zđồngmin = 2.10 m

3

Ph ơng pháp tính : Vẽ lới thấm bằng tay.

II Tính thấm cho trờng hợp đã chọn:

1 Vẽ l ới thấm:

- Tất cả các đờng dòng và đờng đẳng thế phải trực giaonhau

- Các ô lới là hình vuông cong

- Đờng thế đầu tiên là mặt nền thấm phía thợng lu

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 12

- Đờng thế cuối cùng là mặt nền thấm phía hạ lu

- Đờng dòng cuối cùng là tầng không thấm nớc ở -35

Sơ đồ lới thấm dới công trình xem hình vẽ trang sau

2 Xác định các đặc tr ng của dòng thấm:

a - Tổng áp lực thấm đẩy ng ợc lên bản đáy: Từ hình vẽ lớithấm ta thấy lới thấm có: 5 ống dòng và 10 dải ta có:

+ Cột nớc tổn thất qua mỗi dải: H = H/n

Với H = ZSôngmax - Zđồngmin = 6.0 - 2.0 = 4.0 m  H = 4.0/10 =0.4 m

+ Cột nớc thấm tại một điểm x bất kỳ cách đờng thế cuối cùng

i dải, có cột nớc thấm sẽ là hx = i H Từ đó xác định đợc

hA = 9*0.4 = 3.6 m; hB = 5*0.4 = 2.0 m

Dựa vào hA và hB ta vẽ đợc biểu đồ áp lực thấm dới đáy côngtrình

Biểu đồ áp lực thấm dới đáy công trình xem hình vẽ trang sau

+ Tổng áp lực thấm đẩy ngợc lên bản đáy: đợc xác định nhsau

* 1 2

L h h

Wđn = n (H2+t)Lbđ = 1*(1.1 + 1)*15 = 31.5 (T/m)

 Wt = Wđn+ Wtt = 31.5+ 42.0 = 73.2 (T/m).

b - Xác định Gradien thấm ở cửa ra:

Gradien thấm tại một ô lới bất kỳ có trung đoạn S sẽ là:

S.n

H

Jtb



Dựa vào lới thấm đã vẽ ta có trung đoạn S tại ô lới 10 (ô lới cửa ra)

là S = 2,30 m

0,1873

.2

*10

0.4

Jra 



III Kiểm tra độ bền thấm của nền:

1 Kiểm tra độ bền thấm chung:

Điều kiện:

n

K tb tb

- Jtb: Gradien cột nớc trung bình trong vùng thấm tính toán

+ Trị số Jtb đợc xác định theo phơng pháp của Viện VNIIG

nh công thức sau:





.T

HJ

tt tb

Trong đó:

* H: Cột nớc tác dụng; H = 4.0m

* Ttt: Chiều sâu tính toán của nền Do tầng không thấm nằmrất sâu, với chiều dày tầng thấm thực T = 36m nên chiều sâu tínhtoán của nền đợc xác định theo tỷ số:

517,52

35dungthangdai

chieuchieuhinh

ngangnam

daichieuchieu

hinh





(theo bảng 4-2 thiết kế cống) ta có Ttt = 0,5l0 = 0,5*35 = 17,5m

* : Tổng hệ số cản của đờng viền thấm tính theo phơngpháp của Trugaev:  = v + r + d + n

+ v, r: Hệ số sức kháng ở bộ phận vào và ra, ta coi bộ phậnvào và ra nh nhau và không có cừ

 v = r = 0,44+b = 0,44 + a/Ttt = 0,44+1,0/17,5 = 0,497

+ d = b + c, vì không có cừ nên: d = b= a1/T1 = 2/17,5 =0,114

*5,17

0.4

[J]: gradien thấm cho phép: [J]: = Jgh/m

Jgh: gradien thấm cục bộ tới hạn Theo tiêu chuẩn đã nêu Jgh

cần xác định theo thí nghiệm mô hình hoặc ở hiện trờng.Trong phạm vi đồ án vì cha có tài liệu nh vậy nên tham khảocác trị số của Ixtomina, với Jgh phụ thuộc hệ số không đều hạt 

= d60/d10; theo tài liệu cho trớc = 9 Tra phụ lục P3-1 đợc Jgh =0,51

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 14

I Mục đích và trờng hợp tính toán:

1 Mục đích: Kiểm tra ổn định của cống về trợt, lật, đẩy

nổi Trong phạm vi đồ án này chỉ giới hạn phần tính toán ổn địnhtrợt

2 Tr ờng hợp tính toán: Chọn trờng hợp tính toán khi ngăn lũ, lúc

này chênh lệch mực nớc thợng hạ lu là lớn nhất Z = 4,3m (tơng ứngvới trờng hợp đã tính thấm)

Cống không phân khe lún, vì vậy sơ đồ tính toán là toàn bộbản đáy với tất cả các bộ phận trên nó

+ Trọng lợng cửa van G5: sơ bộ chọn G5 = 50T; a5 = 2,65m

+ Trọng lợng bản đáy:

G6 = 1*15*17,3*2.5 = 648,75 (T); a6 = 0

G6' = 1,5*2*17,3*2.5*2 = 259,5 (T); a6' =  6,75 m+ Trọng lợng nớc phía sông G7

G7 = 10*5,4*12,9*1 = 696,6 (T); a7 = 2,5m+ Trọng lợng nớc phía đồng G8:

G8= 5*1,1*12,9*1 = 70,95 (T); a8 = 5m+ Trọng lợng đất giữa 2 chân khay G9:

G9 = 2*12*17,3*1,75 = 726,6 (T); a9 = 0m+ áp lực thủy tĩnh đẩy ngợc G10:

G10 = Wtt .B = 31,5*17,3 = 544,95(T), a10 = 0

+ áp lực thấm G11:

G11 = n hB .B.L= 1*2,15*17,3*15 = 557,93 (T); a11 = 0

G11' = n (hA - hB).B.L= 1*(3,87-2,15)/2*17,3*15 = 223,17(T);

a11' = 2,5 m

b - Các lực ngang bao gồm: áp lực nớc thợng, hạ lu, áp lực đấtchủ động ở chân khay thợng lu (Ectl), áp lực đất bị động ở chânkhay hạ lu (Ebhl)

đ - Dung trọng của đất, đ = 1,75 T/m3

Hđ - Chiều cao cột đất tác dụng, Hđ = 3 m

Với  =  = 0  c = tg2(45o -/2) = tg2(45o - 18o/2) = 0,528

 Ecđ = 1,75*32*0,528/2 = 4,158 (T/m)

 Toàn bộ chân khay: Ecđ = 4,158*17,3 = 71,93 (T); ycđ = 2,5m

+ áp lực đất bị động ở chân khay hạ lu:

Mo: tổng mô men của các lực tác dụng lên bản đáy cống, lấy

đối với tâm O đáy cống Với lực tác dụng và cánh tay đòn đã xác

định ở trên ta có:

SV: Trần thị Minh Nguyệt – Lụựp TH11 Trang 16