Đồ án Thiết kế cống lộ thiên

Đồ án số 5:Thiết kế cống lộ thiên A. Tài Liệu: Cống A. Nhiệm vụ: Cống A xây dựng ven sông X để: Lấy nước tưới cho 60.000 ha ruộng; Ngăn nước sông vào đồng khi có lũ; Kết hợp tuyến đường giao thông với loại xe 8 - 10 tấn đi qua. Các lưu lượng và mực nước thiết kế: (Bảng số liệu và các mức nước cống A). Trường hợp Lấy nước Chống lũ Chỉ tiêu (m3/s) Z đầu kênh (m) Zsôngmin (m) Zsôngmax (m) Zsôngmax (m) Zđồngmin (m) 3 110 3,52 3,75 7,90 8,20 2,70 3. Tài liệu về kênh hạ lưu: Z đáy kênh = 0,00; Độ dốc mái m =1,5; độ nhám n = 0,025; Độ dốc đáy i = 2. 10-4. Tài liệu về gió: Tần suất p% 2 3 45 20 30 50 V (m/s) 28 26 22 18 16 14 Chiều dài truyền sóng: Trường hợp Zsông bình thường Zsông max D (m) 200 300 Tài liệu địa chất: Đất thịt cao độ +3,5 đến 0,5; Đất cát pha từ +0,5 đến -10; Đất sét từ -10 đến -30. Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống: Loại đất Chỉ tiêu Thịt Cát pha Sét gk (T/m3) 1,47 1,52 1,41 gtn (T/m3) 1,70 1,75 1,69 Độ rỗng n 0,40 0,38 0,45 jtn (độ) 19o 23o 12o jbh (độ) 16o 18o 10o Ctn (T/m2) 1,50 0,50 3,50 Cbh (T/m2) 1,00 0,30 2,50 Kt (m/s) 4.10-7 2.10-6 1.10-8 Hệ số rỗng e 0,67 0,61 0,82 Hệ số nén a (m2N) 2,2 2,0 2,3 Hệ số không đều h 8 9 7 7. Thời gian thi công: 2 năm. B. YÊU CầU đồ án: Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng. Chọn cấu tạo các bộ phận cống. Tính toán thấm và ổn định cống. Chuyên đề: Tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Bản vẽ: 1 bản vẽ A1, thể hiện được mặt cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết. Thiết kế cống lộ thiên Đ5.1. Giới thiệu chung: I. Vị trí, nhiệm vụ công trình: Dựa vào địa hình, địa mạo, địa chất và nhiệm vụ của khu vực khảo sát, chúng ta xây dựng cống A ven sông X để đảm bảo nhiệm vụ: - Lấy nước tưới cho 60.000 ha ruộng; - Ngăn nước sông tràn đồng khi có lũ; - Kết hợp tuyến đường giao thông với loại xe 8 - 10 tấn đi qua. II. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 1. Cấp công trình (xác định theo TCXDVN 285 - 2002):Dựa vào 2 kiều kiện: ỉ. Chiều cao công trình: Cao trình công trình: = 8,2 +0,5 = 8,7 d: độ vượt cao an toàn loại công trình bằng bêtông d = 0,50,7. Chọn d = 0,5(m). Vậy Chiều cao công trình: H = ZCT - Zđáy kênh = 8,7 - 0 = 8,7m). Tra phục lục 1-1 TCXDVN 285-2002 với công trình bê tông trên nền đất, ta tra được công trình cấp IV. ỉ. Theo nhiệm vụ của công trình Theo nhiệm vụ tưới cho 60.000 ha (hệ thống thuỷ nông: tưới) > 50.103 ha. Tra bảng 1-2 quy phạm ta xác định được cấp công trình A là công trình thuộc công trình cấp I Vậy từ hai điều kiện trên ta chọn được cấp công trình là cấp I 2. Các chỉ tiêu thiết kế: Với công trình cấp I Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính P = 0,2% Tần suất mực lớn nhất ngoài sông khai thác; Các hệ số: + Các hệ số vượt tải tra Bảng P1- 4. + Hệ số điều kiện làm việc: m = 1, với CT bê tông và bê tông cốt thép trên nền đất. + Hệ số tin cậy: Kn = 1,25. Đ5.2 . Tính toán thuỷ lực cống: Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng I. Tính toán kênh hạ lưu: a) Tính theo PP đối chiếu m/c lợi nhất về thuỷ lực Chọn độ dốc kênh i = 2.10-4 m = 1,5; n = 0,025; Q = =110m3/s; Chiều sâu: h =Zđầu kênh - Zđáy kênh =3,52 - 0,0=3,52 (m) Với m = 1,5 thì 4mo = 8,424 à Tra phụ lục 8-1 được Rln=3,2411 (m) ==1,086 Tra phụ lục 8-3 được =7,005 b=22,7 (m). Chọn b=23 (m). b) Kiểm tra điều kiện không xói Điều kiện : Vmax < áp dụng công thức tính sơ bộ =K.Q0,1 K: hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh, lòng kênh là cát pha lấy K=0.53 Q===88(m3/s) = 0,53.880,1= 0,829 (m/s) Vmax== = = 1,105 (m/s) Ta thấy Vmax > . Vậy kênh không đảm bảo ổn định xói lở cần có biện pháp gia đố sân tiêu năng để phòng xói cho kênh. II. Tính toán khẩu diện cống Trường hợp tính toán: Chọn trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo Qtk Tính khi Zsôngmin= 3,75 (m) Mực nước đầu kênh là mực nước hạ lưu Zđầu kênh= 3,52 (m). Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu = Zsôngmin-Zđáy kênh= 3,75 - 3,52 = 0,23 (m) Lưu lượng thiết kế Qtk= 110 (m3/s) 2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống a) Cao trình ngưỡng: Hình thức ngưỡng cống có ảnh hưởng đến khả năng dẫn nước qua cống, ảnh hưởng đến việc xác định kích thước lỗ cống và một số kết cấu khác của cống. Cống lấy nước tưới và chênh lệch mực nước khống chế nhỏ, nên chọn ngưỡng thấp để tăng khả năng tháo. Cao trình đáy kênh là Zđáy kênh = 0,0 (m), nên chọn cao trình đỉnh ngưỡng là P1= 0,5 (m) b) Hình thức ngưỡng: Ngưỡng thấp có tác dụng như đập tràn đỉnh rộng 3. Xác định bề rộng cống H h h h z hp 0 m 3,75m 3,52m a) Định trạng thái chảy Theo QPTL C8-76, đập chảy ngập khi hn>nH0, Trong đó hn = hh - P1=3,52 - 0,5=3,02 H0= H+ , n-Hệ số, với 0,75(0,83-0,87). V0 : Vận tốc tới gần, V0= =, với cột nước tới gần H= Zsôngmin - P1=3,75-0,5=3,25 (m) V0 = = 1,47 (m/s), H0= 3,25+=3,36 (m) Vậy hn=3,02 > n.H0=(0,75 - 0,87).3,36 Đập chảy ngập b) Tính bề rộng cống: áp dụng công thức tính lưu lượng của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập Q = : Hệ số lưu tốc, lấy theo trị số của hệ số lưu lượng m được =0,96 , sơ bộ chọn =0,95 = 0,5.0,95+0,5= 0,975. Do khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, xảy ra hiện tượng chảy ngập. Độ cao hồi phục Zhp thường nhỏ, bỏ qua nên h=hn=3,02. Thay vào công thức trên tính được bề rộng cống = 15,07 (m) Chọn bề rộng cống = 16(m), số khoang là 4, mỗi khoang rộng 4 (m), mố trụ giữa rộng 1,5 (m), mố bên rộng 1 (m) - Tính lại , theo trị số của m và Với là tổng chiều dày các mố , = 6,5 (m) 0,5.0,71+0,5 = 0,855 Cotg= 0. Tra bảng Cumin m = 0,347, = 0,917 17.98 (m) Chọn =18 .Chọn lại, cống có 4 khoang, mỗi khoang rộng 4,5 (m), mố trụ giữa rộng 1,5 (m), mố bên rộng 1(m) III. Tính tiêu năng phòng xói 1. Trường hợp tính toán: Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn, cống lấy nước, các cửa cống đều mở. 2. Lưu lượng tính toán tiêu năng: Mực nước hạ lưu phụ thuộc lưu lượng lấy. Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng, cần tính với các cấp lưu lượng từ Qmin đến Qmax, với mỗi cấp Q, cần xác định độ mở cửa cống a, độ sâu liên hiệp và độ sâu hạ lưu hh ,Qtt là trị số ứng với (-)max. Cách xác định : Tính bằng phương pháp đối chiếu về mặt cắt thuỷ lực: Tính F(Rln) = , tra bảng 8-1 Rln, lập tỉ số , từ m=1,5 tra bảng được hh= . Tính độ sâu liên hiệp .Giải theo bài toán phẳng; E0 = P + H0 (cống có ngưỡng P = 0,5; H0 =3,36 (m). Từ F()=, .