Đề án môn thủy công
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (281.22 KB, 34 trang )
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Đồ án môn học thuỷ công
thiết kế cống lộ thiên
Đề số:66_B
I- Tài liệu:
1- Nhiệm vụ: cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hởng thuỷ triều)
để tiêu nớc, ngăn triều và giữ ngọt. Diện tích tiêu: 30.000 ha.
Cống xây dựng trên tuyến đờng giao thông có loại xe 8 - 10 tấn đi qua.
2- Các lu lợng và mực nớc thiết kế:
a- Tiêu nớc:
- Qtiêumax = 84 m3/s.
- Zđồng khống chế = 3,7 m.
- ZsôngTK = 3,49m.
- Zsôngmin = 0,00 m.
b- Ngăn triều:
- Zsôngmax = 6,60 m.
- Zđồngmin = 0,90 m.
3- Tài liệu về kênh tiêu:
- Zđáy kênh = -1,0 m.
- Độ dốc mái: m = 1,5.
- Độ nhám: n = 0,025.
- Độ đốc đáy: i = 10-4.
4- Tài liệu về gió:
Tần suất P%
2
3
5
20
30
50
V (m/s)
28
26
22
18
16
14
5- Chiều dài truyền sóng:
Trờng hợp
D (m)
Zsông bình thờng
Zsông max
200
300
1
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
6- Tài liệu địa chất:
- Đất thịt từ cao độ +1,00 đến -1,00.
- Đất cát pha từ -1,00 đến -20,00.
- Đất sét từ -20,00 đến -40,00.
Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống
Loại đất
Thịt
Cát pha
Sét
k (T/m3)
1,47
1,52
1,41
tn (T/m3)
1,70
1,75
1,69
Độ rỗng n
0,40
0,38
0,45
tn (độ)
190
230
120
bh (độ)
160
180
100
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)
2,20
2,00
2,30
Hệ số không đều
8,00
9,00
7,00
Chỉ tiêu
7- Thời gian thi công: 2 năm.
II- Yêu cầu của đồ 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 phơng pháp dầm trên nền đàn hồi.
6- Bản vẽ: 1 - 2 bản vẽ khổ A1, thể hiện đợc cắt dọc, mặt bằng, chính diện thợng lu, chính diện hạ lu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.
2
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
thiết kế cống lộ thiên
1- Giới thiệu chung:
1.1- Vị trí, nhiệm vụ công trình:
Tiêu nớc cho 30.000 ha ruộng ,ngăn triều và dữ ngọt.Đồng thời kết hợp với
dờng giao thômg cho loại xe trọng tảI 8 _10 tấn đi qua.
1.2- Cấp công trình:
a- Theo chiều cao công trình:
Hct = Zsôngmax + d - Zđáy kênh = 6,6 + 0,7 - (-1) = 8,3m
Trong đó: d là độ vợt cao an toàn, lấy d = 0,7 m.
Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) tơng ứng với công
trình đập bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV.
b- Theo nhiệm vụ công trình: tra bảng P2-1 TCXDVN 285-2002 với diện tích
tiêu là 30.000 ha ta có cấp công trình là cấp II.
Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II.
1.3- Các chỉ tiêu thiết kế:
- Tần suất lu lợng, mực nớc lớn nhất để tính ổn định, kết cấu:
Bảng 4_2 TCVN 285_2002:P = 1%.
- Tần suất mực nớc lớn nhất ngoài sông khai thác:
Bảng 4_4 TCVN 285_2002: P = 10%.
-Các hệ số vợt tải n tra
Bảng P6_1 TCVN 285_2002:
+ Trọng lợng bản thân công trình:n1= 1,05.
+ áp lực thẳng đứng của trọng lợng đất:n2 =1,10.
+ áp lực bên của đất:n3=1,20
+ áp lực nớc tĩnh, áp lực thấm ngợc, áp lực sóng:n4=1,00
+ Tải trọng do gió: n5=1,30
+ Tải trọng của động đất:n6=1,10
Theo phụ lục B TCVN 285_2002:
- Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,00.
- Hệ số tin cậy: Kn = 1,15.
3
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
B- Tính toán thuỷ lực cống:
Mục đích: xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng.
I- Tính toán kênh hạ lu: theo phơng pháp đối chiều với mặt cắt có lợi nhất về
thuỷ lực.
1- Các tài liệu về kênh tiêu:
- Zđáy kênh = -1,0 m.
- Độ dốc mái: m = 1,5.
- Độ nhám: n = 0,025.
- Độ đốc đáy: i = 10-4.
- Lu lợng tính toán: Q = Qtiêumax = 84m3/s.
2- Tính bề rộng kênh:
* Độ sâu mực nớc trong kênh:
H = ZsôngTK - Zđáy kênh = 3,49 - (-1) = 4,49 m
* Chiều rộng đáy kênh:
Ta có: f(Rln) =
4.m0 . i
8,424. 0,0001
=
= 0,001
Q
84
Tra bảng phụ lục 8-1 (bảng tra thuỷ lực) với n = 0,025 ta có: Rln=3,34 m.
Lập tỷ số
H
4,49
=
= 1,344
Rln
3,34
Tra bảng 8-3 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta có:
B
= 4,56 B = 15,23 m
Rln
Vậy nếu ta chọn bề rộng kênh B = 16 m.
Thì sẽ thoả mãn điều kiện: 2 <
B
<5
H
Vậy chọn B = 16 m
II- Tính khẩu diện cống:
1- Trờng hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ, cần
tháo Q thiết kế.
- QTK = Qtiêumax = 84 m3/s.
- Z = Zđồng khống chế - ZsôngTK = 3,7 - 3,49 = 0,21 m.
2- Chọn loại và cao trình ngỡng cống:
a- Cao trình ngỡng: để tăng khả năng tháo ta chọn ngỡng cống ngang với đáy
kênh thợng lu, Znc = -1,0 m.
b- Hình thức ngỡng: đập tràn đỉnh rộng.
4
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
3- Xác định bề rộng cống:
a- Xác định trạng thái chảy:
Hình 1: Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngỡng đỉnh rộng
Theo QPTL c8-76 ,đập chảy ngập khi hn >n.Ho
Trong đó
- hn = hh - P1 = hh = 4,49 m
.v 02
- H0 = H +
= (Zđồng khống chế - Zđáy kênh) = 3,7 - (-1) = 4,7 m.
2.g
(Coi vo= o)
-n là hệ số sơ bộ có thể lấy 0,75 n ( 0,83 ữ 0,87 )
Chọn n=0,8
n.Ho =0,8.4,7=3,76
b- Tính bề rộng cống b:
* Ta có:
Q = n.g.b.h. 2.g .( H 0 h)
Trong đó:
- n: hệ số lu tốc, chọn m = 0,35 n = 0,93.
- g: hệ số co hẹp bên, g = 0,50 + 0,5 = 0,5.0,95 + 0,5 = 0,975.
Q
84
b = . .h. 2.g.( H h) =
= 9,71
0,93.0,975.4,7. 2.9,81.(4,7 4,49)
n
g
0
m
Chọn b = 10 m và chia cống thành 2 khoang, mỗi khoang rộng 5 m; mố trụ
dày 1 m; mố bên lợn tròn dày 0,5 m.
Tính lại n, g theo trị số của m và 0:
5
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
0 =
b
10
=
= 0,83
b + d 10 + 2
g = 0,5. 0 + 0,5 = 0,5.0,83 + 0,5 = 0,915
Với
r
= 0,1 và
b
b 10
=
=0,625
B
16
Tra bảng phụ lục ta có m = 0,355
n = 0,98
Q
84
b = . .h. 2.g.( H h) =
= 9,82 (m)
0,98.0,915.4,7. 2.9,81.(4,7 4,49)
n
g
0
Vậy ta chọn cống có 2 khoang, mỗi khoang rộng 5 m; mố trụ dày 1 m ; mố
bên lợn tròn dày 0,5 m.
Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập:
q=
hk =
Q
84
=
= 8,4 (m2/s)
b
10
3
.q 2
=
g
3
1.8,4 2
= 1,93 m
9,81
hn
hn
4,49
=
= 2,33 > ( )pg = (1,2 ữ 1,4)
hk
1,93
hk
thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập
III- Tính toán tiêu năng và phòng xói cho hạ lu:
1- Trờng hợp tính toán: khi tháo lu lợng qua cống với chênh lệch mực nớc
thợng hạ lu là lớn nhất.
Cống tiêu vùng triều, trờng hợp mực nớc triều hạ xuống thấp nhất (chân
triều); ở phía đồng là mực nớc đã khống chế. Trờng hợp này thờng tranh thủ mở hết
cửa van để tiêu, lu lợng tiêu qua cống có thể lớn hơn lu lợng tiêu thiết kế. Tuy
nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài.
2- Lu lợng tính toán tiêu năng:
Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nớc hạ lu
cống không phụ thuộc lu lợng tháo qua cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất
ứng với các mực nớc tính toán đã chọn ở trên.
Qtt = Qtiêumax = 84 m3/s
Kiểm tra trạng thái chảy:
6
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
- H = Zđồng khống chế - Zđáy kênh = 3,7 - (-1) = 4,7 m.
V0 2
- H0=H+
2g
-Vo=
84
Q
=
=1,787
10.4,7
-H0=4,7+
1.1,787 2
=4,86
2.9,81
- hh = Zsôngmin - Zđáy kênh = 0,00 - (-1) = 1,00 m.
hn
hn
4,7
=
=0,967>
H 0 4,86
H0
= 0,7 ữ 0,85
pg
Vậy đập tràn thoả mãn chảy ngập.
3- Xác định kích thớc kết cấu tiêu năng:
Cống xây trên nền đất nên không thể đào bể sâu đợc vì vậy ta chọn biện pháp
đào bể và kết hợp tơng tiêu năng là hợp lý hơn.
E0=H0= 4,86
Chọn hệ số lu tốc: = 0,95
F ( c ) =
Q
( b )E0
3/ 2
=
84
=0,5158
16.0,95.4,86 3 / 2
Tra bảng ta có:
' ' c = 0,5679 hc ,, = 2,76
c = 0,1245 hc = 0,605
Xác định tờng tiêu năng:
-Chiều sâu hạ lu:hh=1m
-Chiều sâu liên hiệp với chiều sâu hạ lu:
,
hh =
1
q2
1.84 2
1
1 + 8 0 3 1 = 1 + 8.
= 1,92 2
9,81.16 2.1
g.hh
2
hh
2
-Vận tốc trung bình tại mặt cắt co hẹp sau tờng:
,
vh =
q
hh
,
=
84
= 2,731( m / s )
16.1,922
-Cột nớc toàn phần E01 trớc tờng (trong bể) so với đáy hạ lu:
2
E10 = hh, +
v h,
2,7312
=
1
,
922
+
= 2,343
2.g . 2
2.9,81.0,95 2
7
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
-Giả thiết tờng làm việc theo đập tràn thực dụng chảy tự do,không ngập:
n = 1 chọn :m=0,42.Cột nớc toàn phần trên đỉnh tờng tiêu năng la`:
H 10
Q
=
b.m'. 2 g
2/3
84
=
16.0,42. 2.9,81
2/3
=2
-Chiều cao tờng tới hạn để không có nớc nhảy phóng xa ở dới tờng,dòng chảy
qua tờng là dòng chảy không ngập,nớc nhảy sau tờng là nớc nhảy ngập:
C0=E10-H10=2,343-2=0,343
-Để có hiện tợng nớc nhảy ngập ,lấy:c= ( 0,90 ữ 0,95) c0 = 0,32 (m)
-Cao trình đỉnh tờng tiêu năng:
Zt=-1+0,32=-0,68(m)
-Kiểm tra lại:Cột nớc hạ lu trên đỉnh tờng tiêu năng:
Hn=0-(-0,68)=0,68>0+
hn,
0,68
=
= 0,34
H 10
2
Tra bảng tra 14_1 ta co: n = 0,987
-Vậy tờng thành một đập tràn chảy ngập.
Xác định chiều cao tờng tiêu năng:
-Chiều sâu bể tiêu năng đợc xác định theo công thức:
d = .hc,, c H 1
-Do H1 và hc phụ thuộc vào chiều sâu bể d nên bài toán này đợc giai theo phơng pháp tính gần đúng:Giả thiết d=0,83
Eo=Ho+d=4,86+0,83=5,69
F ( c ) =
Q
84
=
= 0,4071
3/ 2
( b ).E 0
16.0,95.5,69 3 / 2
c,, = 0,5152 hc,, = 2,931
c = 0,0967 hc = 0,55
-Mặt khác :
.vb2
84 2
H 1 = H 10
= 2 2
= 1,852
2
2g
16 .2.9,81(1,05.2,931)
d 1 = .hc,, H 1 c = 1,05.2,931 1,852 0,32 = 0,82
d 1 d gt
Vậy chiều sâu đào bể là:d=0,83 m
Tính toán chiều dài bể tiêu năng:
8
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Chiều dài bể tiêu năng đợc tính theo công thức:
Lb=L1+ .Ln
Trong đó:- là hệ số kinh nghiệm lấy bằng :0,70 ữ 0,80.Chọn =0,80
-Ln:chiều dài nớc nhảy hoàn chỉnh,không ngập .Ta có thể tính theo công
thức kinh nghiệm sau: Ln = 4,5( hc,, hc ) = 4,5( 2,931 0,55) = 10,715
-L1:Chiều dài nớc rơI từ ngỡng xuống sân tiêu năng có thể tính theo
công thức của Trectôxốp: L1 = 2 hk ( P + 0,35hk )
Với hk=2/3 H0=3,24
P là chiều cao ngỡng cống so với bể .P=d=0,83
L1 = 2 3,24( 0,83 + 0,35.3,24 ) 5,045
Lb = 5,045 + 0,8.10,715 = 13,62( m )
Vậy chiều dài bể tiêu năng là Ln=14(m)
Nh vậy ta bố trí tiêu năng cho cống là bể tờng kết hợp với các số liệu sau:
Chiều cao tờng :c=0,32
Chiều sâu của bể:d=0,83
Chiều dài của bể:Lb=14m
C- Bố trí các bộ phận cống:
I- Thân cống: Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.
1- Cửa van:Cửa cửa van phẳng hoặc cửa van cung .Trong trờng hợp này
ta chọn cửa van phẳng vì cua cống không lớn lắm .
Chiều dài thân cống chọn bằng 15 m để bố trí càng van và cầu giao thông.
2- Tờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.
a- Giới hạn của tờng:
* Cao trình đáy tờng:
Zđ = Ztt + = 3,7 + 0,5 = 4,2 m.
Trong đó:
Ztt: mực nớc tính toán khẩu diện cống (ứng với trờng hợp này, khi mở hết cửa
van chế độ chảy qua cống phải là không áp).
Ztt = Zđồng khống chế = 3,7 m
: độ lu không, chọn = 0,5 m.
* Cao trình đỉnh tờng:
Zđỉnh1 = Zsông bình thờng + h + s + a
9
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Zđỉnh2 = Zsông max + h' + 's + a'
Trong đó:
- h, s :Độ dềnh cao nhất của mặt nớc và sóng tính với vận tốc gió tính
toán lớn nhất.
- h', 's :Độ dềnh cao nhất của mặt nớc và sóng tính với vận tốc gió tính
toán bình quân lớn nhất.
- a, a':Độ vợt cao an toàn phụ thuộc vào cấp công trình. Công trình cấp II
nên a = 0,7 m; a' = 0,5 m.
* Tính h và s:
h = 2.10-6.
v 2 .D
. cos s
g .H
Trong đó:
V: vận tốc gió ứng với tần suet P=2% V = 28 m/s.
D: đà gió ứng với Zsông bình thờng, D = 200 m.
H: chiều sâu cột nớc dới cống, H = ZsôngTK - Zđc = 3,49 - (-1) = 4,49 m.
s: góc kẹp giữa trục dọc cống với hớng gió, s = 00.
28 2.200.
. cos 0 0 = 0,007 m
h = 2.10 .
9,81.4,49
-6
s = k s .h
Trong đó:
k s :hệ số tra từ đồ thị P2_3
h
hs = f ,
H
h: là chiều cao sóng.
H:chiều sâu nức sóng.
:chiều dài sóng.
Vì cha biết nên giả thiết ở đây là trờng hợp sóng nớc sâu,với thời gian gió
thổi liên tục t=6 h.Ta có
g.t
9,81.21600
=
= 7568
v
28
g .
= 3,85
v
Tra đồ thị hình 2-1 ta có:
g.h = 0,074
v 2
g.D
9,81.200
=
= 2,5
2
v
28 2
10
(1)
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
g.
= 0,53
v
Tra đồ thị hình 2-1 ta có:
g.h = 0,003
v 2
(2)
Chọn cặp có giá trị bé trong 2 cặp giá trị (1) và (2). Ta có:
= 0,53.
v
28
= 0,53.
= 1,51 (s)
g
9,81
v2
28 2
= 0,003.
= 0,24 (m)
h = 0,003.
g
9,81
Chiều dài bớc sóng trung bình:
=
2
9,81.1,512
g.
=
= 3,56 (m)
2.3,14
2.
Ta thấy: H = 4,49 m >
= 1,78 m thoả mãn điều kiện sóng nớc sâu.
2
Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo i = 1%:
H1% = K1%. hs
Tra đồ thị hình 2-2 ta có: K1% = 2,04
h1% = 2,04.0,24 = 0,49 m
Độ dềnh cao của sóng: s = ks.h5%.
3,56
H = 4,49 = 0,79
h = 0,24 = 0,067
3,56
Tra phu luc P2_4 ks = 1,17
s = 1,17.0,49 = 0,57 m
Thay các giá trị vừa tính toán đợc vào trên ta tính đợc cao trình đỉnh trong trờng hợp này là:
Zđỉnh 1= 3,49+0,007+0,57+0,7=4,77 (m)
* Tính h' và 's:
v ' 2 .D'
. cos s
h' = 2.10 .
g.H '
-6
Trong đó:
- V': vận tốc gió ứng với tần suất P=20% V = 18 m/s.
11
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
- D': đà gió ứng với Zsông max, D' = 300 m.
- H': chiều sâu cột nớc dới cống:
H' = Zsôngmax - Zđc = 6,6- (-1) = 7,6 m.
- : góc kẹp giữa trục dọc cống với hớng gió, = 00.
6
h' = 2.10
18 2.300.
. cos 0 0 = 0,003
9,81.7,6
s ' = k 's .h'
Trong đó:
h
,
H
,
- k 's :hệ số tra trên đồ thị P2_3 ta có ks = f
-h :là chiều cao sóng.
-H2:Chiều sâu sóng
- ' :chiều dài sóng
Vì ta cha biết cho nên ta giả thiết sóng trong trờng hợp này là sóng nớc
sâuvới thời gian gió thổi liên tục t=6h ta co các chỉ số không thứ nguyên:
g.t
9,81.21600
= 11772
=
v'
18
g .D'
9,81.300
= 9,1
=
2
v'
18 2
g. '
= 4,23
v
'
Tra đồ thị hình 2-1 ta có:
g.h' = 0,08
v' 2
g. '
= 0,78
v
'
Tra đồ thị hình 2-1 ta có:
g.h' = 0,0058
v' 2
(1)
(2)
Chọn cặp có giá trị bé trong 2 cặp giá trị trên. Ta có:
' = 0,78
v ' 0,78.18
=
= 1,43 (m)
g
9,81
v' 2
18 2
= 0,0058.
= 0,19 (m)
h' = 0,0058
g
9,81
Chiều dài bớc sóng trung bình :
' =
9,81.1,43 2
g. ' 2
= 3,19 (m)
=
2.3,14
2.
12
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Ta thấy: H' = 7,6 m >
'
= 2,771 m thoả mãn điều kiện sóng nớc sâu.giả
2
thiết là đúng.
Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo i= 1%: h'1% = K1%. h' s1%
Tra đồ thị hình 2-2 ta có: K1% = 2,04
h'1% = 2.04.0,19 = 0,39( m)
Ta có:
' 3,19
H ' = 7,6 = 0,0,42
k's = 1,15
h' = 0,19 = 0,06
' 3,19
's = 1,15.0,39 = 0,45( m)
Thay các giá trị vừa tính toán đợc vào trên ta tính đợc cao trình đỉnh trong trờng hợp này là:
Zđỉnh2 = 6,6 + 0,003 + 0,45 + 0,5 = 7,553( m)
So sánh 2 trờng hợp ta chọn cao trình đỉnh cống hay là cao trình đỉnh của t-
ơng ngực là: dc = max( Z1 , Z 2 ) = 7,553( m )
Vậy, chọn cao trình đỉnh tờng là DC = 7,6( m )
b- Kết cấu tờng ngực:
Gồm bản mặt và các dầm đỡ do chiều cao tờng không lớn ta chỉ cần bố trí 2
dầm đỡ (ở đỉnh và ở đáy tờng).Bản mặt đổ liền khối với dầm ,chiều dày bản mặt
chọn từ 0,1 ữ 0,3 m và đợc chính xác hoá tính toán kết cấu sau này.
Chiều cao tờng ngực:
Ht = đỉnh tờng - đáy tờng = 7,6 - 4,2 = 3,4 m
3- Cầu công tác:
Là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác đợc tính
toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đa van ra
khỏi vị trí cống khi cần. Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống.
Kích thớc các bộ phận:
- Chiều cao cầu: 4 m.
- Bề rộng: 3m.
- Kích thớc cột chống: 30x40 cm.
- Chiều cao lan can: 0,8 m.
4- Khe phai và cầu thả phai:
13
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Bố trí ở phía đầu và phía cuối cống để ngăn nớc giữ cho khoang cống khô ráo
khi cần sửa chữa. Trên cầu thả phai cần bố trí đờng ray cho cần cẩu thả phai.
5- Cầu giao thông:
Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tờng ngực. Dầm cầu cao 50 cm,
mặt cầu dầy 30 cm.
Cao trình mặt cầu: mặt cầu = 7,6 + 0,5 + 0,3 = 8,4 m.
Bề rộng cầu, theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 m.
6- Mố cống:
Bao gồm mố giữa và các mố bên. Trên mố bố trí khe phai . Chiều dày mố
bên cần đủ lớn để chịu áp lực đất nằm ngang. Chọn d' = 0,7 m.
Chiều cao mố = đỉnh tờng - đáy = 7,6 - (-1) = 8,6 m. Đầu mố nối tiếp thuận với
tờng hớng dòng.
Mố giữa: cao 8,6 m; dày d = 1m; đầu mố lợn tròn.
Mố bên:cao 8,6 m day d=0,7 m
7- Khe lún:
Khi cống rộng cần dùng khe lún để phân cống thành từng mảng độc lập. Bề
rộng mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, thờng không vợt quá 15 - 20
m. Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang.
Trờng hợp cống đang thiết kế có địa chất nền tơng đối đồng đều chiều rộng
10m tơng đối nhỏ nên không cần bố trí khe lún mà thi công thành một khối với bản
đáy.
8- Bản đáy:
Chiều dài bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống và
yêu cầu bố trí kết cấu bên trên. Thờng chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí
các kết cầu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và độ bền
của nền. Sơ bộ chọn L = 15 m.
Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng
khoang cống, trải trọng trên nó và tính chất đất nền. Theo kinh nghiệm ta chọn
chiều dày bản đáy cống = 1,2 m, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán kết cấu bản
đáy.
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. Kích thớc các bộ phận có thể chọn nh sau:
1- Sân trớc:
14
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Có tác dụng kéo dài đờng viền thấm về phía thợng lu,ngăn ngừa những tác hại
dòng thấm qua nền công trình gây ra,giảm áp lực thấm dới bản đáy công trình và
giảm lu lợng qua nền công trình.
Vật liệu làm sân trớc có thể chọn là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép
hay bitum. khi có sẵn vật liệu tại chỗ (sét, á sét) thì tận dụng vật liệu này.
Chiều dài sân: Ls ( 3 ữ 4 ) H
Trong đó :H là cột nớc tác dụng lên cống.H=4,7m
Lấy :Ls=16m
Chiều dày sân trớc :Do sân làm bằng đát sét nên ta làm chiều dày thay đỏi từ
đàu sân đến cuối sân.Chiều dày ở đầu sân thờng đợc lấy theo điều kiện cấu tạo t 1
0,6 m ta chọn t1=0,8 m.
Chiều dày ở đầu sân thờng đợc lấy theo yêu cầu chống thấm:
T2
H
[J]
Trong đó : H:Chênh lệch cột nớc ở 2 mặt sân(trên và dới)
[ J ] :Građien thấm cho phép . [ J ] = 4 ữ 6
Chọn chiều dày sơ bộ cuối sân là :t2=1,2
2- Bản cừ:
a- Vị trí đặt:
Khi cống làm nhiêm vụ tiêu nớc ,ngăn triều và dữ ngọt nên cống chịu tác
dụng nớc 2 chiều ta đóng cừ ở cả thợng lu và hạ lu bản đáy cống ,cừ ở phía có đầu
nớc cao hơn đợc đóng sâu hơn và đóng vai trò là hàng cừ chính.Khi đó ta cần kiểm
tra sự ổn định ủa cống khi chiều cao cột nớc thay đổi (cừ làm tăng áp lực đẩy ngợc
dới bản đáy).
b- Chiều sâu đóng cừ:
Phụ thuộc chiều dày tầng thấm vật liệu làm cừ và điều kiện thi công.
Chiều dày tầng thấm dày :T=19 m nên sử dụng cừ treo.
Độ sâu cừ chính :S1=(0,6 ữ 1)H với H là chênh lệch mực nớc thợng hạ lu
max
min
cống:H= Z song Z dong =6,6-0,9=5,7(m)
Vậy ta chon S1=5 (m).
Độ sâu hàng cừ ở mép thợng lu công trình (đồng)để ngăn biến hình thấm và
bảo vệ móng đập S2 thoả mãn điều kiện sau đây:
15
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
{ S 2 < 1
1
T = (1,3 ữ 1,9 ) m
15 10
ữ
1
1
S 2 < ữ L0 = (1,03 ữ 1,55) m
30 20
S min = ( 2,5 ữ 3) m
L0 :Hinhf chiếu bằng của đờng viền thấm lên phơng ngang L0=31 m
T:Chiều dày tầng thấm.T=19m
Ta chọn chiều sâu của cừ :S2=2,5 m
3- Chân khay:
Tại hai đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào lòng đất 1m để tăng ổn đinh
và góp phần kéo dài đờng viền thấm.
4- Thoát nớc thấm:
Các lỗ thoát nớc thấm thờng bố trí ở sân tiêu năng, dới sân khi đó phải bố trí
tầng lọc ngợc. Đờng viền thấm đợc tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngợc.
Do cống ở đây là cống làm việc với cột nớc 2 chiều ,có thể sử dụng một đoạn
sân tiêu năng không đục lỗ thoát nớc (ở đoạn giáp với bản đáy ).Đoạn này đóng vai
trò nh một sân trớc ngắn khi cột nớc đổi chiều.
5- Sơ bộ kiểm tra chiều dài đờng viền thấm:
Công thức kiểm tra :
Ltt C.H
Trong đó:
- Ltt: chiều dài tính toán của đờng viền thấm theo phơng pháp của Len.
16
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Ltt = Lđ +
Ln
m
- Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc
nghiêng so với phơng ngang 450.
Lđ = 0,8 + 1+ 2,5.2 +1+ 1+ 5.2+1 = 19,8 m
- Ln: chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn nghiêng góc so
với phơng ngang < 450.
Ln = 16-1 + 15-1.2-1+5 = 32 m
- m: hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đờng viền thấm, lấy m =
2.
Ltt=19,8+
32
=35,8
2
- C: hệ số phụ thuộc loại đất nền, Tra bảng P3-1 có C = 5.
- H: cột nớc lớn nhất của cống.
H = Zsôngmax - đáy cống = 6,6 0,9 = 5,7 m
C.H = 5.5,7 = 28,5 m
1- Nối tiếp với thợng lu:
Bộ phận nối tiếp thợng lu phải đảm bảo nớc chảy vào cống ổn định ,xuôi
thuận ,tổn thất cột nớc ít.Bộ phận này có tờng cánh thợng lu để hớng dòng chảy vào
cửa cống xuôi thuận ,tác dụng chống xói chống thấm 2 bên bờ.Góc mở của tờng
phía trớc ,chọn với tg =
1 1
ữ ;hình thức tờng cánh phụ thuộc vào quy mô cống
3 4
,chọn hình thức tờng thẳng nối tiếp với kênh thợng lu.
17
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Chiều dài tờng cánh theo hớng nớc chảy bằng (3 ữ 6)H với H là chiều sâu nớc
qua cống ,chiều dài tờng cánh lấy bằng chiều dài sân phủ thợng lu bằng 16 m.
2- Nối tiếp hạ lu:
Bộ phận nối tiếp hạ lu là đoạn quá độ để dòng chảy từ thân cống chảy ra kênh
đợc dễ dàng và khuếch tán đều dặn.
Tờng cánh hạ lu:Phải đảm bảo hớng dòng chảy từ thân cống ra kênh
thuận,dòng chảy phân bố đều và không tach rời tờng tránh gây ra những bất lợi ở
hạ lu.Chiều dài tờng dựa vào yêu cầu tiêu năng .Hình thức chọn nh tờng cánh thuận
1
4
1
6
lu với góc mở 1 nhỏ hơn:tg 1 = ữ .
Sân tiêu năng: Thờng làm bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nớc.
Chiều dày sân xác định qua tính toán
Chiều dày đợc xác định theo công thức Đômbrốpxki:
tiêu
năng
Lb=14(m)
t = 0,15.v1. h1
Trong đó: v1 và h1 là lu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nớc nhảy.
"
h
h1= c
2
v1 =
2,931
8. .q 2
8.84 2
1
+
1
=
1
+
1 =0,55 m
"3
2
3
2
9,81.16 2,931
g .hc
Q
84
=
=9,55 m/s
b.h1
16.0,55
t = 0,15.9,55. 0,55 = 1,06 m
Lấy t = 1,1 m
Sân sau: NôI kênh hạ lu có tác dụng làm tiêu hao phần năng lợng còn lại và
bảo vệ lòng kênh .Sân sau có cấu tạo làm bằng đá xếp ,phía dới có tầng đệm theo
hình thức lọc ngợc.Chiều dài sân sau đợc xác định theo công thức kinh nghiệm:
Lss = K. q H
Trong đó:
- q: lu lợng đơn vị ở cuối sân tiêu năng.
q=
Q 84
=
= 5,25 m2/s
b 16
- H: chênh lệch cột nớc thợng lu, hạ lu.
H = 6,6 - 0,9 = 5,7 m
- K: hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh.Lòng kênh là cát pha K = 10 .
18
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Lss = 10. 5,25.4 5,7 = 35,4 m
Vậy ta chọn chiều dài sân sau :Lss=36 (m).
D- Tính toán thấm dới đáy cống:
I- Những vấn đề chung:
1- Mục đích:
Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên đáy cống Wth, gradien thấm
J.ở đây do đặc điểm của cống chỉ cần yêu cầu xác định Wth và J.
2- Trờng hợp tính toán:
Tính thấm với trờng hợp chênh lệch mực nớc thợng hạ lu là lớn nhất.Khi đó
nớc sẽ thấm qua nền từ sông về đồng.
H = Zsông max - Zđồng min = 6,6 - 0,9 = 5,7( m
3.Phơng pháp tính toán:
Ta sử dụng phơng pháp đồ giảI vẽ lới bằng tay.
II- Tính toán thấm:
13
1
12
2
3
4
5
7
6
8
10
9
11
1
2
3
4
Si
6
6,5
8
13
JTBi
0,073
0,0674
0,0548
0,0337
1- Vẽ lới thấm:
- Đờng dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ nh
hình vẽ.
- Đờng dòng cuối cùng là biên lớp đất sét.
- Đờng thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngợc dới đáy bể hạ lu.
19
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
- Đờng thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang.
Theo hình vẽ ta có:
- Số dải thế: n = 13
- Số ống dòng: m = 5.
2 - Dùng lới thấm xác định các đặc trng của dòng them(Wt,J):
Cột nớc thấm tổn thất qua mỗi dải đờng thế là:
h =
H
5,7
= 0,438(m)
=
n
13
Cột nớc thấm tại điểm x cách đờng thế cuối cùng i dải:
hx = i.h = i.
H
n
Điểm A: hA = 5.h = 5.0,438 = 2,19(m).
Điểm B: hB = 6,8.h =6,8.0,438 = 2,98( m).
Biểu đồ áp lực thấm tác dụng lên đáy cống
n.hB
n.hA
Tổng áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình là:
Wth = n.
2,19 + 2,98
h A + hB
.15 = 387,75 (KN/m)
.Ld = 10.
2
2
Xác định gradien thấm:
JTB =
h
0,438
=
S
S
III- Kiểm tra độ bền thấm của nền:
1.Kiểm tra độ bền thấm chung:
k
J TB
JTB
Kn
Trong đó:
- JTB: gradien cột nớc trung bình trong vùng thấm.
- Kn:Hệ số tin cậy.Kn=1,15
20
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
- J tbk : gradien cột nớc tới hạn trung bình tính toán (Tra bảng P3-2).
JTB =
H
Ttt .
- H: cột nớc tác dụng, H = 5,7 m.
- Ttt: chiều sâu tính toán của nền,phụ thuộc vào tỉ số giữa trị số hình chiếu
ngangL0 và hình chiếu đứng S0 của đờng viền thấm.
+ Hình chiếu đứng của đờng viền: S0 = 7,2(m).
+ Hình chiếu bằng của đờng viền: L0 = 15 + 16 = 31(m).
Ta có tỷ lệ
L0
31
= 4,31
=
S0
7,2
Tra bảng 3-1 (GTTC tập 1), ta đợc Ttt = 2,5.So = 2,5.7,2= 18(m)
Ta có: :Tổng hệ số cản của đờng viền thấm tính theo phơng pháp
Trugaep:
= v + n1 + d1 + d 2 + n2 + r
. Bộ phận cửa vào,cửa ra:
v = 0,44 + 1,5
S
+
T1
0,5.
S
T1
= 0,44 (do cửa vào không có cừ)
S
1 0,75
T1
a
0,8
r = 0,44 + 1 = 0,44 +
= 0,48
T
19
.Bộ phận ở giữa:
Kiểm tra điều kiện:
T2 T3
T3 17,8
17,8
0,5 T ; T 1
0,5 < 18 = 0,99; T = 17,8 = 1
1
2
2
0 S1 ; S 2 0,8 0 < 5 0,28; 2,5 0,14 < 0,8
17,8
17,8
T2 T3
21
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
d 1 = c1 + b1 + b 2 =
a1
S
+ 1,5 1 +
T1
T2
0,5
S1
T2
1 0,75
S1
T2
+
a2
T2
5
1
5
1
17,8
= + 1,5
+
+
0,71
2,5 17,8
18
17,8
1 0,75
17,8
S
0,5 2
T3
a
a
S
d 2 = b 3 + c 2 + b 4 = 2 + 1,5 2 +
+ 3
S
T2
T2
T3
1 0,75 2
T3
0,5
0,4
.Bộ phận nằm ngang:
Kiểm tra điều kiện:
5 + 2,5
= 3,75 . Vậy, ta có:
2
L2 0,5.( S1 + S 2 ) 15 0,5.(5 + 2,5)
=
= 0,63
n1 =
T2
17,8
L 0,5S 2 16 0,5.2,5
n2 = 3
=
= 0,83
T3
17,8
Khoảng cách giữa 2 hàng cừ L = 15m >
Vậy:
=
v
+ d 1 + n1 + d 2 + n 2 + r
= 0,44+0,71+0,63+0,4+0,83+0,48=3,49
JTB =
6,7
= 0,09
18.3,49
k
Tra bảng P3-2 ta có: J TB
= 0,25.
JTB <
k
0,25
J TB
= 0,217 thoả mãn
=
1,15
Kn
2- Kiểm tra thấm cục bộ:
Công thức kiểm tra:
Jr < Jgh.
Trong đó:
- Jr: gradien thấm ở cửa ra, Jr = 0,368.
- Jgh: gradien thấm tới hạn cục bộ. Có thể xác định theo biểu đồ theo thông
số không đều của đất.
=
d 60
0,4
=
=9
d10
0,05
22
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Tra bảng 3-1 ta có: Jgh = 0,52.
Vậy Jr = 0,368 < Jk = 0,52 thoả mãn ổn định thấm cục bộ.
E- Tính toán ổn định cống:
I- Mục đích và trờng hợp tính toán:
1- Mục đích:
Kiểm tra ổn định cống về trợt, lật, đẩy nổi.Trong đồ án này ta chỉ giới hạn
phần tính toán trong việc kiểm tra ổn định trợt.
2- Trờng hợp tính toán:
Ta tiến hành tính toán với trờng hợp cống làm việc bất lợi nhất là khi chênh
lệch cột nớc thợng hạ lu cống lớn nhất ( Z song , Z dong ) .Do bề rộng cống không lớn
max
min
lắm nên ta không phân chia cống ra làm nhiều mảng ,để nguyên bản cống đáy
thành một mảng.
II- Tính toán ổn định trợt:
1- Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán:
a- Các lực đứng:
Bao gồm trọng lợng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa van, tờng
ngực, mố cống, bản đáy, nớc trong cống và các lực đẩy ngợc,phần đất giữa 2 chân
khay(trong phạm vi khối trợt).
Trọng lợng bản đáy:
Gbd = Vbd . bt
Trong đó:
bt :Là dung trọng của bê tông bt =2,4 (T/m3)
Vbd :Thể tích bản đáy. Vbd = Fbd .B
Chiều rộng bản đáy:
B=b + d + 2.d' = 10 + 1 + 2.0,7 = 12,4( m).
23
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Diện tích cắt ngang của bản đáy:
Fbd=15.1,2+2.1.1+2.1.1.0,5=21(m)
Gbd = G1=12,4.2,4.21=625 (tấn)
Trọng lợng mố:
-Trọng lợng mố giữa:
Gmg=G2=(14.1+3,14.0,52).8,6.2,4=305,2(tấn).
-Trọng lợng mố bên:
Gmb=
G
=2,4.2.
3
(13,6.0,7+0,5.3,14.0,72 ).8,6=424,7(tấn)
Trọng lợng cầu giao thông:
24
Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Nguyễn văn Kha lớp 46 c3 đại học thủy lợi hà nội
Chiều dài cầu :Lc=B= 16 (m).
Diện tích mặt cắt ngang cầu :
F=0,2.0,5.2+0,5.0,5+6,5.0,3=2,65(m2)
Gc=G4=2,4.16.2,65=101,76(tấn)
Trọng lợng tờng ngực:
-Chiều dài dài tờng ngực :Lt= b=10(m).
-Diện tích mặt cắt ngang tờng:
F1=2.0,4.0,3+0,3.3,4=1,26(m2).
Gt=G5=10.1,26.2,4=30,24(tấn).
Trọng lợng cầu công tác:
-Chiều dài cầu công tác:Lc=B=16(m)
-Diện tích cầu công tác:
F=3.0,3+0,3.3,7.2+2.2.0,2=3,93(m)
Gct=G6=2,4.3,92.16=150,53(tấn).
Trọng lợng cầu khe phai:
- Diện tích mặt cắt ngang: F = 2.0,3.1 = 0,6 m2
Gp =G7= b.F.b = 2,4.0,6.10 = 14,4 (T)
Trọng lợng nớc trong cống:
- Phía sông:
H = Zsông max - Zđáy cống = 6,6 - (-1) = 7,6 m
GTL = 1.7,6.10.4 =304 (tấn)
- Phía đồng:
H = Zđồng min - Zđáy kênh = 0,9 - (-1) = 1,9 m
GHL = 1.1,9.10.11 = 209 (tấn)
Trọng lợng phần đất giữa 2 chân khay:
bh = k +
Gđck = 1,9.
0,61
.n = 1,52 +
.1 = 1,9 T/m3
1 + 0,61
1+
13 + 11
.1.16 = 364,8 (tấn)
2
Các lực đẩy ngợc:
- áp lực thuỷ tĩnh:
Wtt = (1,2 + 0,9).10.1.16 =336(tấn)
25
