Đồ án Môn học công trình trên hệ thống thủy lợi thiết kế cống ngầm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM MÃ ĐỀ: 56 TÀI LIỆU CHO TRƯỚC Nhiệm vụ công trình Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái và phục vụ du lịch. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối: Một đập chính ngăn sông. Một đường tràn tháo lũ. Một công đặt dưới đập để lấy nước. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản: Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập. Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1.Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5¸ 1m. Vật liệu xây dựng: Đất: xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3, cự ly 800m); B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1. Điều kiện khai thác bình thường. Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm. Đá: khai thác ở vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lí : = 23o; n = 0,35(của đống đá); gk = 2,5 T/m3 Cát, sỏi: khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc. Cấp phối như ở bảng 2. Bảng 1- Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liêu đắp đập Chỉ tiêu Loại Hệ số rỗng n Độ ẩm W(%) j (độ) C (T/m2) gk (T/m3) k (m/s) Tự nhiên Bão hoà Tự nhiên Bão hoà Đất đắp đập (chế bị) 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10-5 Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 4.10-9 Cát 0,40 18 30 27 0 0 1,60 10-4 Đất nền 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 Bảng 2- Cấp phối của các vật liệu đắp đập d (mm) Loại d10 d50 d60 Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08 Cát 0,05 0,35 0,4 Sỏi 0,50 3,00 5,00 4. Đặc trưng hồ chứa: - Mực nước dâng bình thường: 31.4 m. - Mực nước chết: 11.4m - Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m. - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%: P% 2 3 5 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 Đề số Đặc trưng hồ chứa Mực nước hạ lưu(m) Q cống (m3/s) MN đầu kênh (m) D(km) MNC (m) MNDBT (m) Bình thường Max Khi MNC (Qtk) Khi MNDBT 56-A 3.1 11.4 31.4 7.7 9.2 4 3.5 11.05 5- Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng thiết kế lấy ứng với MNDBT: Qcống = 3,5 m3/s và MNC Qtk = 4 m3/s. - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Zkt = 11.05 m. - Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025:độ dốc đáy i = (35).10-4 NỘI DUNG THIẾT KẾ Những vấn để chung Nhiệm vụ, cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế Nhiệm vụ Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch Cấp công trình Theo nhiệm vụ công trình: theo bảng 2.1 TCXDVN 285-2002 thì cấp công trình là cấp III Theo chiều cao công trình: =MNLTK + 3m = MNDBT + 6m = 31.4 + 6 = 37.4m Theo bảng 2.2 TCXDVN 285-2002 thì cấp công trình là cấp II Vậy cấp thiết kế của công trình là cấp II Chỉ tiêu thiết kế Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau: Tần suất mực nước lớn nhất trong hồ: P = 0.5% Tần suất gió lớn nhất: Pg = 20% Hệ số tin cậy: kn = 1.2 Chọn tuyến và hình thức cống Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất nền và quan hệ với các công trình khác. Ở đây vì đường tràn đổ sang lưu vực khác nên có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được. Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Vì tầng phủ khá dầy nên ta đặt cống trên nền đất. - Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bùn cát lắng đọng và thấp hơn mực nước chết trong hồ. Hình thức cống - Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp. - Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật. - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. Sơ bộ bố trí cống Cao trình đỉnh đập: Ñđđ = +37.4(m) Bề rộng đỉnh đập: B = 5m Chiều cao đập: H = 37.4 – 2.5 = 34.9 m Độ dốc: Mái thượng lưu m1=3,5 Mái hạ lưu m2 = 3 Phía dưới cơ đập độ dốc m3= 3,25 Cơ đập: bố trí cơ đập phía hạ lưu ở cao trình + 27.4m rộng 3m Căn cứ vào việc chọn tuyến cống như trên sơ bộ trọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1.4m. Vậy cao trình đáy cống là +10m và vị trí tháp cống ở giữa mái thượng lưu đập. Sơ bộ ta có: L = 189m Thiết kế kênh hạ lưu cống Thiết kế mặt cắt kênh Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng Q = 4 m3/s Chọn sơ bộ Độ dốc đáy kênh: i=0.0002 Độ nhám lòng kênh: n=0.025 Hệ số mái kênh: m=1.5 Xác định bề rộng đáy kênh và chiều sâu nước trong kênh Sơ bộ xác định vận tốc không xói VKX = KQ0.1 = 0,53.40.1 = 0.61 m/s Chiều sâu nước theo công thức kinh nghiệm: Bán kính thủy lực lợi nhất: Tra phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực ta được: => b=3.78m Kiểm tra điều kiện: => Không thỏa mãn điều kiện. Chọn lại b = 2.5m => Tra phụ lục ta được: => h=1.5 Kiểm tra điều kiện: thỏa mãn điều kiện Vậy sơ bộ chọn: b = 2,5m và h = 1,5m Kiểm tra điều kiện không xói Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế: Vmax < VKX Trong đó Vmax: lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Qmax = KQ = 1,2.4 = 4,8 m3/s Tra phụ lục => => h=1.69m Diện tích mặt cắt ướt tương ứng với chiều sâu h: => thỏa mãn điều kiện Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng Tính toán theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta có: Ứng với MNDBT: Q = 3.5m3/s Tra phụ lục => => h=1.45m Ứng với MNC: Q = 4m3/s => h = 1.5m Thiết kế khẩu diện cống Trường hợp tính toán Khẩu diện cống tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nỏ và hạ lưu lấy với lượng nước tương đối lớn. thường tính với trường hợp mực nước chết (MNC) ở thương lưu còn hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu: [DZ] = MNC - Zđk = 11,4 – 11.05 = 0,35 (m) Lúc này để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán như hình vẽ: Trong đó: Z1 _ Tổn thất cột nước đầu vào. Zp _ Tổn thất do khe phai. Zl _ Tổn thất qua lưới chắn rác. Zv _ Tổn thất qua tháp van. Z2 _Tổn thất ở cửa ra. Tính bề rộng cống bc Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Qtk khi chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu [DZ] đã khống chế tức phải đảm bảo điều kiện: Trong đó: Ở đây: i – độ dốc dọc cống, L – tổng chiều dài cống Trị số bc được tính bằng phương pháp thử đúng dẫn hay phương pháp đồ thị. Các bước thực hiện: Giả thiết bc, tính toán các tổn thất thủy lực, lập bảng và lựa chọn bc. Với mỗi giá trị bc, các tổn thất được tính như sau: Tổn thất cửa ra Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. Khi đó: Trong đó: + Q = 4 m3/s + b: chiều rộng cuối bể tiêu năng, chọn bằng bề rộng kênh; b=2.5m + hh: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng Q = 4m3/s, hh=1.5m +: hệ số lưu tốc, =0.96 + V: lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng, giả thiết chiều sâu bể d=1m Tổn thất dọc đường từ cửa ra đến tháp van Coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu: h1 = hh+Z2 = 1,5 + 0,042 = 1,542m. Khi đó tổn thất được xác định bằng công thức: iL2 với i là độ dốc dọc cống, L là chiều dài cống đoạn từ cửa ra đến tháp van; L2=141m. Độ dốc dọc cống được xác định như sau: Trong đó tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc và chiều sâu h1 Chọn hệ số nhám của cống n=0,017 Tổn thất cục bộ qua tháp van Do khoảng cách từ tháp van đến cửa ra xấp xỉ bằng chiều dài cống, vì vậy ta có thể lấy chiều sâu cột nước ngay sau cửa van là: hv=h1+iL2 Trong đó: hệ số tổn thất do van, =0,2 với hv=h1+iL2 Tổn thất dọc đường từ tháp van đến lưới chắn rác Tổn thất được xác định bằng công thức: iL1 với Trong đó tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc và chiều sâu h2=hv+Zv+iL2 và L1=48m Tổn thất cục bộ qua lưới chắn rác Zl = xl. Trong đó: + : Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác = 0,2 + Vl = = = . Tổn thất cục bộ qua khe phai Vì ta bố trí 2 khe phai nên: Zp = 2.xp. Trong đó: + : hệ số tổn thất qua một khe phai, = 0,1. + Vp = = = . Với hp = hv+Zv+i.L1+Zl Tổn thất cửa vào Trong đó: +j và e: Hệ số lưu tốc và hệ số co hẹp bên ở cửa vào. e = 0,98. Tra phụ lục 14-8(Các bảng tính thủy lực)được m=0,36. Tra bảng 12QP.TL.C-8 -76(trang 43) với m=0,36 được j=0,96. +w1: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào. w1 = bc.h ứng với: h = hp + Zp = h1+Zv+Zl+Zp+i.L V0: Lưu tốc tới gần: V0 = . Với w=bc.h1 Bảng tính: TT bc Z2 R F C iL2 Zv iL1 Z1 Zp Z1 ∑Z 1 1 0.042 0.378 1.542 30.729 1.005 0.050 0.105 0.022 0.011 0.019 1.255 2 1.1 0.042 0.405 1.696 32.221 0.755 0.051 0.098 0.023 0.011 0.019 0.999 3 1.2 0.042 0.432 1.850 33.612 0.583 0.050 0.089 0.022 0.011 0.019 0.816 4 1.3 0.042 0.457 2.005 34.913 0.461 0.048 0.080 0.021 0.010 0.018 0.681 5 1.4 0.042 0.481 2.159 36.134 0.371 0.045 0.071 0.020 0.010 0.017 0.577 6 1.5 0.042 0.505 2.313 37.283 0.303 0.043 0.063 0.019 0.009 0.016 0.496 7 1.6 0.042 0.527 2.467 38.366 0.252 0.040 0.056 0.018 0.009 0.015 0.432 8 1.7 0.042 0.548 2.621 39.389 0.212 0.037 0.050 0.017 0.008 0.014 0.379 9 1.8 0.042 0.568 2.776 40.359 0.180 0.034 0.044 0.016 0.008 0.013 0.337 10 1.9 0.042 0.588 2.930 41.279 0.154 0.031 0.040 0.014 0.007 0.013 0.301 11 2 0.042 0.607 3.084 42.153 0.133 0.029 0.035 0.013 0.007 0.012 0.272 12 2.1 0.042 0.625 3.238 42.984 0.116 0.027 0.032 0.013 0.006 0.011 0.247 13 2.2 0.042 0.642 3.392 43.777 0.102 0.025 0.028 0.012 0.006 0.010 0.225 14 2.3 0.042 0.659 3.547 44.534 0.090 0.023 0.026 0.011 0.005 0.009 0.207 15 2.4 0.042 0.675 3.701 45.257 0.080 0.022 0.023 0.010 0.005 0.009 0.191 16 2.5 0.042 0.690 3.855 45.948 0.072 0.020 0.021 0.010 0.005 0.008 0.178 Biểu đồ quan hệ ∑Z - bc Chọn bề rộng cống b=2m Xác định cao trình cống và cao trình đặt cống Chiều cao mặt cắt cống hc=h1+ Với h1=1.542m, là độ lưu không, chọn bằng 0.958m -> hc=2.5m. Cao trình đáy cống cửa vào Zv=MNC-h-Zi Trong đó:Zi=0.325-0.042=0.283 h là độ sâu dòng đều khi tháo cống với lưu lượng Q=4m3/s => Tra bảng thủy lực => => h=1.452m => Zv=11.4-0.283-1.452 = 9,665. Chọn cao trình cửa vào Zv = 9,6m Cao trình đáy cống cửa ra: Zr=Zv-iL=9.6-0.184-0.045=9.37 Vậy đặt Zr=9,3m, cao trình đáy kênh trùng với cao trình đáy cống. Khi đó chiều dài của cống là L = 176m, chiều dài trước van L1 = 49m, chiều dài sau van L2=127m. Độ dốc đáy i=0.0002 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van đề lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lương của dòng chảy lớn, dòng chảy ở ngay sau cửa van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước nhảy. Do đó cần tính toán để: Kiểm tra nước nhảy có ở trong cống không. Thường với các mực nước cao ở thượng lưu cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn với mực nước thấp ở hạ lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng của dòng chảy không lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu Hình 2: Sơ đồ tính toán thủy lực khi mực nước cao ở thượng lưu Xác định độ mở cống Tính theo sơ đò chảy tự do qua lỗ Q = j.α.a.bc. Trong đó: - Q = 3,5 m3/s là lưu lượng cần lấy qua cống ứng với MNDBT. - j: hệ số lưu tốc, lấy j = 0,95. - α: hệ số co hẹp đứng. - H: cột nước tính toán trước cửa van: H = H0 - hw = 21,8 – 0.047 = 21,753m. Trong đó: + H0 = H + = MNDBT - Ñđc += 31,4– 9,6 = 21,8(m). (Vì cột nước H cao và cửa vào thuận nên bỏ qua). + hw: tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van: hw = Z1+ Zl + Zp + i.L1 = 0,014+0,008+0,016+0,0002.49=0,047 m. Hệ số co hẹp đứng a phụ thuộc tỷ số a/H, có thể xác định a bằng cách sử dụng bảng quan hệ của Jucốpxki như sau: = ®Tra bảng 15-1 có: tc = 0,004® hc = tc.H = 0,004.21,753= 0,087 (m) Tra bảng 16-1 có: = 0,611 a =0,0065.21,753=0,14 m. ® Q* = 0,95.0,611.0,14.2.=3,36 m3/s DQ = .100% = .100% = 4,2% < 5% Vậy: Giá trị ε = 0,611 và a = 0,14 (m) xác định ở trên có thể chấp nhận được. Kiểm tra nước nhảy trong cống Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr Định tính: cần xác định hc, ho, hk Độ sâu co hẹp sau van: hc=α.a=0,611.0,14=0,085 (m) Độ sâu phân giới: hk = = = 0,678 (m) Độ sâu dòng đều ho tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực Với i=0.0002 => Tra bảng thủy lực => => ho=2,26m Có hc phía sau tháp van là đường nước dâng Định lượng Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ về cuối cống. Mặt cắt co hẹp cách cửa van một khoảng 1,4a = 1,4.0,14 = 0,196m Có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương pháp này thì khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết là: D L = Với: + i=0,0002, + , Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước, tính với chiều dài sau van là L=131- 0,196 = 130,804m Bảng tính toán đường mặt nước trong cống: TT h b V V2/2g E ∆E R C.R1/2 J Jtb i -Jtb ∆L ∑L 1 0.085 2 0.17 20.588 21.604 21.689 0.078 10.770 3.654 2 0.135 2 0.27 12.963 8.565 8.700 -12.990 0.119 14.227 0.830 2.242 -2.242 5.793 5.793 3 0.185 2 0.37 9.459 4.561 4.746 -3.954 0.156 17.055 0.308 0.569 -0.569 6.952 12.746 4 0.235 2 0.47 7.447 2.826 3.061 -1.684 0.190 19.460 0.146 0.227 -0.227 7.425 20.171 5 0.285 2 0.57 6.140 1.922 2.207 -0.855 0.222 21.553 0.081 0.114 -0.114 7.524 27.695 6 0.335 2 0.67 5.224 1.391 1.726 -0.481 0.251 23.402 0.050 0.065 -0.065 7.364 35.059 7 0.385 2 0.77 4.545 1.053 1.438 -0.288 0.278 25.055 0.033 0.041 -0.041 6.991 42.050 8 0.435 2 0.87 4.023 0.825 1.260 -0.178 0.303 26.545 0.023 0.028 -0.028 6.423 48.473 9 0.485 2 0.97 3.608 0.664 1.149 -0.111 0.327 27.897 0.017 0.020 -0.020 5.665 54.138 10 0.535 2 1.07 3.271 0.545 1.080 -0.068 0.349 29.133 0.013 0.015 -0.014 4.716 58.854 11 0.585 2 1.17 2.991 0.456 1.041 -0.039 0.369 30.267 0.010 0.011 -0.011 3.571 62.425 12 0.635 2 1.27 2.756 0.387 1.022 -0.019 0.388 31.313 0.008 0.009 -0.009 2.220 64.646 13 0.678 2 1.356 2.581 0.340 1.018 -0.005 0.404 32.150 0.006 0.007 -0.007 0.659 65.305 Ta thấy với chiều dài L=65,305m chiều cao dòng nước h = 0,768 = hk => có nước nhảy ở trong cống. Tại cửa ra không bố trí bậc nên sau nước nhảy là dòng chảy đều ho=2,26m và hn=1,5m > hk => hr =1,5m Xác định vị trí nước nhảy: Vận dụng lý thuyết về sự nối tiếp, trước nước nhảy là đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt (I-I) có độ sâu h’. Sau nước nhảy là dòng chảy êm theo đường nước hạ b1 bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu h’’ đến mặt cắt cửa ra có độ sâu hr Cách xác định vị trí nước nhảy: + Vẽ đường nước dâng CI: Bắt đầu từ mặt cắt co hẹp (c-c) có độ sâu hc đến mắt cắt (I-I) có độ sâu h’ + Vẽ đường e-e có độ sâu liên hiệp với đường CI: bằng cách lấy từng điểm trên CI (độ sâu tương ứng h’) và tính độ sâu liên hiệp của từng điểm đó + Lùi đường (e-e) về phía hạ lưu một đoạn bằng chiều dài nước nhảy tương ứng ln=4,5h’’ ta được đường (f-f) Lập bảng tính theo công thức: ; X = ln + L Trong đó: + L: giá trị lấy từ bảng tính đường mặt nước trong cống + l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến măt cắt (I-I) có độ sâu trước nước nhảy tương ứng + L+ln: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến mặt cắt (II-II) có độ sâu sau nước nhảy Hình 7-3: Sơ đồ tính toán nước nhảy trong cống II II a hh ln Bảng tính đường mặt nước (e-e) và (f-f) h' L h'' Ln X 0.085 0 2.428 12.006 12.006 0.135 5.793 2.084 9.379 15.172 0.185 12.746 1.747 7.861 20.607 0.235 20.171 1.517 6.825 26.996 0.285 27.695 1.344 6.050 33.745 0.335 35.059 1.208 5.436 40.495 0.385 42.050 1.095 4.929 46.979 0.435 48.473 1.000 4.501 52.973 0.485 54.138 0.918 4.130 58.268 0.535 58.854 0.845 3.804 62.659 0.585 62.425 0.781 3.515 65.941 0.635 64.646 0.724 3.257 67.902 0.678 65.305 0.679 3.054 68.359 Ta thấy, độ sâu lớn nhất là 2.428m nước nhảy không chạm trần cống. Vẽ đường nước đổ bI trong cống: Sau nước nhảy bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu liên hiệp h’’ và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr = 1,5m và vẽ ngược lên thượng lưu. Đường nước đổ bI về phía hạ lưu xuất phát từ độ sâu hh của kênh ngay tại cửa ra của cống h=1,5m, tính với hmax=h’’ = 2,428 là độ sâu liên hiệp của hc. Lập bảng tính theo phương phá cộng trực tiếp với L=130,804 là đoạn tính từ mặt cắt co hẹp (c-c) tới cuối cống. Kết quả tính như sau: TT h b w V V2/2g E DE R C.R1/2 J Jtb i -Jtb D L SL X 1 1.5 2 3 1.167 0.069 1.569 0.600 41.846 0.001 130.804 2 1.497 2 2.994 1.169 0.070 1.567 -0.003 0.600 41.823 0.001 0.001 -0.001 4.698 4.698 126.106 3 1.494 2 2.988 1.171 0.070 1.564 -0.003 0.599 41.801 0.001 0.001 -0.001 4.664 9.362 116.744 4 1.491 2 2.982 1.174 0.070 1.561 -0.003 0.599 41.779 0.001 0.001 -0.001 4.629 13.991 102.753 5 1.488 2 2.976 1.176 0.070 1.558 -0.003 0.598 41.756 0.001 0.001 -0.001 4.595 18.585 84.167 6 1.485 2 2.97 1.178 0.071 1.556 -0.003 0.598 41.733 0.001 0.001 -0.001 4.560 23.146 61.022 7 1.483 2 2.966 1.180 0.071 1.554 -0.002 0.597 41.718 0.001 0.001 -0.001 3.021 26.167 34.855 8 1.477 2 2.9544 1.185 0.072 1.549 -0.005 0.596 41.674 0.001 0.001 -0.001 8.677 34.844 0.011 Chọn cấu tạo cống: Cửa vào, cửa ra Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu. Thường bố trí tường hướng dòng theo hình thức mở rộng dần. Góc chum của hai tường hướng dòng ở cửa vào là 20o, ở cửa ra là 10o để tránh hiện tượng tách dòng. Các tường cánh làm hạ thấp dần theo mái. Hình 3: Bố trí mặt bằng cửa vào Hình 3: Bố trí mặt bằng cửa vào Thân cống Mặt cắt Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lưc, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo: Trong đó: H là cột nước lớn nhất; H=MNDBT - ∆dc=31,4-9,6=21,8m là gradien thấm cho phép của vật liệu. Với bê tông cốt thép thông thường =15 Do quá dày nên chọn t=0,5m. Khi chế tạo có sử dụng phụ gia chống thấm và được tính chính xác sau khi tính toán kết cấu. Hình 4: Mặt cắt thân cống Phân đoạn cống Do cống có chiều dài lớn nên cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lun không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, chọn bằng 10m Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước. thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo như hình 5: a. Tấm nối đứng b. Tấm nối ngang 1: Bao tải tẩm nhựa đường. 4: Tấm kim loại phẳng. 2: Nhựa đường. 5: Vữa đổ sau. 3: Tấm kim loại hình W. Hình 5: Khớp nối thân cống. Nối tiếp thân cống với nền Cống hộp có thể đổ trực tiếp lên nền hoặc trên lớp bê tông lót dày 10÷15cm. Khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy để hạn chế áp suất đáy móng. Ở đây ta đổ 1 lớp bê tông lót dày 10cm ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền Nối tiếp thân cống với đập Dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày 0,5m. Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất được tốt hơn Tháp van Vị trí tháp van nằm ở khoảng giữa mái thượng lưu và kiểm tra nó thông qua tính toán thủy lực cống. Trong tháp van bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi khi cần thiết Mặt cắt ngang tháp van thường làm dạng chữ nhật, làm bằng BTCT. Chiều dày thành được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường làm tháp có chiều dày thay đổi theo sự thay đổi áp lực ngoài Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập hoặc bờ. Tính toán kết cấu cống Mục đích tính toán Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn. Trường hợp tính toán Cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác nhau Khi mới thi công xong, cống chưa có nước Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng Khi có lực động đất …. Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập), cho một trường hợp: Khi thượng lưu là MNDBT, cống đóng. Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống hộp, tính cho 1 mét dài) Sơ đồ các lực tác dụng lên trần cống Áp lực đất Trên đỉnh q1 = k. å gi.Zi Trong đó: - Zi: chiều dày các lớp đất đắp trên đỉnh cống. - gi: dung trọng các lớp đất đắp trên đỉnh cống. - k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống: k = , tra bảng với loại đất nền là cát trung bình , đất thịt chặt vừa, sét dẻo, cống đặt trên nền đất và ta được: k = 1,25. Với: + H: khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp: H = 37,4 – 9,45 – 3 = 25,05 (m). + B: bề rộng mặt cắt cống; B = 3m Vậy trên đỉnh cống có 2 loại đất: Lớp đất trên đường bão hòa: + Z1 = + g1 = γk.(1 + ω) = 1,62.(1+ 0,2) = 1,944 (T/m3 ). Lớp đất dưới đường bão hòa: + Z2 = 16,7m + g2 = γđn = 1,944 – 1= 0,944(T/m3 ). Lớp đất sét nện chặt : + Z = 0,5(m). + g = γk.(1 + ω) = 1,58.(1+ 0,22) = 1,93 (T/m3 ) γđn = 1,93- 1 = 0,93(T/m3 ) q1 = 1,25.(1,944.8,35+0,944.16,7+0,93.0,5 = 40,58 (T/m). Hai bên Biểu đồ áp lực có dạng hình thang p1 = q1. tg2(45o - ) p1’ = q1’. tg2(45o - ) q1’ = q1 + gđ. H = 40,58 +0,944.3,5=43,88 (T/m). Với gđ là dung trọng đẩy nổi của đất đắp đập, do đất bên thành cống dưới đường bão hòa, H là chiều cao mặt cắt cống. H = 2,5+2.0,5 =3,5(m). ® p1 = 40,58.tg2(45o - ) = 20 (T/m). p1’ = 43,88. tg2(45o - ) = 21,51 (T/m). Áp lực nước Áp lực nước gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống. Áp lực nước ngoài cống tác dụng ở trên đỉnh, hai bên và dưới đáy cống. Áp lực nước bên trong tác dụng ở hai bên và trên đáy cống. Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thủy tĩnh. Trên đỉnh q2 = gn.Z2 = 1.16,7= 16,7(T/m) Hai bên p2 = gn. Z2 = 1.16,7=16,7 (T/m). p2’ = gn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m). Dưới đáy q3= gn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m). Trọng lượng bản thân Tấm nắp q4 = gb.tn = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m). Tấm bên q5 = gb.tb = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m). Tấm đáy q6 = gb.tđ = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m). Phản lực nền Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống, thường phân bố không đều, song khi tính toán xem gần đúng là phân bố đều. Khi đó phản lực nền r được tính như sau: r = q1 + q2 + q4 + q6 - q3 + 2.q5. = 40,58+16,7+1,2+1,2-20,2+2.1,2. = 41,48 (T/m) Sơ đồ lực cuối cùng trong trường hợp cống không có nước Các lực thẳng đứng Phân bố trên đỉnh q = q1 + q2 + q4 = 40,58 + 16,7 + 1,2 = 58,48 (T/m) Phân bố 2 bên thành q5 = 1,2 (T/m) Phân bố dưới đáy qn = r - q6 + q3 = 41,48 – 1,2 + 20,2 =60,48 (T/m) Các lực nằm ngang Bộ phận đều: p = p1 + p2 = 20 + 16,7 = 36,7 (T/m) Bộ phận tuyến tính Tại vị trí đáy: pt = p1’ + p2’ - p1 - p2 = 21,51+ 20,2 – 20 – 16,7 = 5,01 (T/m) Sơ đồ lực cuối cùng Giá trị các lực: Loại lực Tên lực Giá trị (T/m) Lực thẳng đứng Trên đỉnh q 58,48 q1 40,58 q2 16,7 q4 1,2 Hai bên thành q5 1,2 q5 1,2 Dưới đáy qn 62,88 r 41,48 q6 1,2 q3 20,2 Lực nằm ngang Phân bố đều p 36,7 p1 20 p2 16,7 Tuyến tính pt 5,01 p1' 21,51 p2' 20,2 Kết luận Nội dung chính của đồ án gồm 6 phần: Phần 1 : Những vấn đề chung. Phần 2 : Thiết kế kênh hạ lưu. Phần 3 : Tính khẩu diện cống. Phần 4 : Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng. Phần 5 : Chọn cấu tạo cống. Phần 6 : Tính toán lực tác dụng lên cống và kết cấu cống.