Đồ án Thiết kế cống lộ thiên cho diện tích tiêu 30000 ha

àn đỉnh rộng) là chảy ngập ị Sơ đồ tính toán là sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. b) Tính bề rộng cống Sb: Từ công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: (II-1) Trong đó: jn,jg - Hệ số lưu tốc lấy theo trị số của hệ số lưu lượng m (tra theo bảng tra thuỷ lực của Cumin) Sơ bộ lấy m = 0,36 tra bảng 14-13(BTTL) ị jn = 0,96 jg - Hệ số co hẹp bên, jg = 0,5e0 + 0,5. Trình tự xác định khẩu diện cống : Giả thiết e0 = 0,98 ị jg= 0,5.0,98 + 0,5 = 0,99.Thay vào (II-1) ị ChọnSb = 7,5 m. Phân cống làm 3 khoang, bề rộng mỗi khoang là 2,50m, Hai mố bên lượn tròn có xmb= 0,7. Hai mố trụ giữa đầu tròn có xmt= 0,45: Chiều dày mố d = 1 (m) Hình 2. b = 2,5m d = 1m B=10,5 m Với Sd là tổng chiều dày các mố, Sd = 2m ị jg = 0,5.e0 + 0,5 = 0,5.0,79 + 0,5 = 0,895 Tính jn = f(m) Tra bảng (14-8 BTTL) được m = 0,361 Với m = 0,361 tra bảng (14-13 BTTL) được jn= 0,96.Thay vào (II-1) và tính lại Sb : Ta được Suy ra lấy Sb = 7,5m. - Kiểm tra lại trạng thái chảy : hh = hn = 4,32 ị V0 = m/s Từ đó ị H0 = H + = 4,5 + 0,121 = 4,671 m. Lưu lượng đơn vị: Tra (PL9-1), với a = 1 ị độ sâu phân giới hk =1,655m = 0,87 = 1,4 Vậy trạng thái chảy trong cống vẫn là chảy ngập III. Tính toán tiêu năng phòng xói : 1. Trường hợp tính toán: Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn. Tức là trong trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất Zsôngmin = 0,00 m, ở phía đồng là mực nước đã khống chế Zđồngkc =3,5 m. Trường hợp này thường tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng thiết kế. Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài. 2. Lưu lượng tính toán tiêu năng: Vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc vào lưu lượng tháo qua cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất ứng với các mực nước tính toán đã chọn ở trên , Qtt = Qmaxtiêu = 50 m3/s . Mặt cắt kênh thượng lưu thiết kế có: Chọn i = 1.10-4; m = 1,5 ; n = 0,025; Q = 50 (m3/s); hh = 4,32 m Theo phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: Tra PL8-1(BTTL) ị Rln= 2,75 (m) Tra (PL 8-3 BTTL) ị ị b = m. Chọn bK = 9 m 3. Tính toán thiết bị tiêu năng : a) Chọn hình thức tiêu năng: Do cống đẳt trên nền đất nên ta chọn biện pháp tiêu năng là đào bể tiêu năng là hợp lý nhất, vì kinh tế và không làm ảnh hưởng tới khả năng tháo nước qua cống b)Tính toán kích thước bể: * Chiều sâu bể được tính theo công thức : d = - (hn+Z2) (II-3) Trong đó: s - là hệ số ngập , s = 1,05 - độ sâu liên hiệp sâu nước nhảy, xác định như sau: E0 = H0 + d = H += 4,57 + d (II-4) Giả thiết d = 0,5(m) ị E0 = 5,07 (m) Tra (PL16-1 BTTL) có tc = 0,150 ị hc = tc. E0 = 0,76 m tc” = 0,605 ị hc”= tc”.E0 = 3,067 m Z2 - Chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh tính như đập tràn đỉnh rộng chảy ngập Z2 = Z2 = (II-5) - Xác định hh: Vẽ đường mặt nước trong kênh từ cửa ra của kênh đổ vào sông đến ngưỡng cống bằng phương pháp cộng trực tiếp. Tuy nhiên ở đây lưu lượng tiêu năng lại ứng với khả năng tháo lớn nhất nên hh = 1,2 m, thay vào (II-5) ị Z2 =1,5 m. Thay các thông số vừa tính trên vào (II-3) ị d = 1,05.3,067 - (1,2 + 1,5) = 0,51 (m) Thấy d ằ dgt . Vậy chiều sâu bể tiêu năng là d = 0,5m *Chiều dài bể tiêu năng được tính theo công thức : lb = l1 + bln. Trong đó: l1 - Chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân bể tiêu năng,tính theo công thức Trectôuxôp: l1= với P - Chiều cao ngưỡng cống so với bể P = 0,7 (m) l1= = 4,64 m. ln - Chiều dài nước nhảy, tính theo công thức kinh nghiệm ln=4,5(hc”- hc) = 4,5(3,067 - 0.76) = 10,38m. Với b = 0,8 ị lb = 4,64 + 0,8.10,38= 12.945 m. Chọn lb = 13 m. C. Bố trí các bộ phận cống I. Thân cống : Thân công bao gồm: bản đáy,trụ và các bộ phận bố trí trên đó như: cầu giao thông và bộ phận dàn van…. 1. Cửa van: Theo tính toán trên ta có bc = 7,5 m ở đây ta chọn cửa van phẳng. Chiều dài thân cống L = 16 m dễ bố trí càng van,đường giao thông. Chiều dày cửa van t = 0,4 2. Tường ngực: Bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở cửa van. a) Các giới hạn của tường ngực - Cao trình đáy tường ngực : Zđt = Ztt + d Trong đó: Ztt - mực nước tính toán khẩu diện cống, tức cần đảm bảo ứng với trường hợp này, khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là không áp : Ztt = 4,32 m d - là độ lưu không, chọn d = 0,6 m ị Zđt = 4,32 + 0,6 = 4,92 (m) - Cao trình đỉnh tường lấy bằng cao trình đỉnh cống ẹđ1 = ZS+ Dh + hS + a (III-1) ẹđ2 = ZSmax+ Dh’ + h‘S + a’ (III-2) Trong đó: a,a’ - độ cao an toàn, phụ thuộc cấp công trình. Với cống công trình cấp II lấy a = 0,7m ; a’= 0,5m Dh, Dh’ - độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. hS,hS’ - độ dềnh do sóng ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. *.Tính Dh : (III-3) Trong đó: V - vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với tần suất P = 3% đ V = 26 m/s g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 H - chiều sâu nước trước cống H = ZTKS - ẹđáy = 3,32 + 1 = 4,32 m D - đà sóng, D = 200 m aB - góc kẹp giữa trục dọc cống và hướng gió, cosaB = 1 Thay vào (III-3) : ị Dh = 0,00638 m. *. Tính hS : hS = khS.h Trong đó: khS - là hệ số phụ thuộc ; tra theo phụ lục P1-3 ở đây: h - chiều cao sóng H - chiều sâu nước sóng l - chiều dài sóng. Giả thiết là sóng nước sâu và tính các trị số không thứ nguyên, với t là thời gian gió thổi liên tục t = 6h = 21600s Tra đồ thi P2-1 với đường bao trên cùng xác định được các trị số không thứ nguyên. Với Với Chọn cặp trị số nhỏ nhất: ; Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu: thoả mãn điều kiện sóng nước sâu Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo 5% .Tra đồ thị P2-2 ị k5% = 1,73 ịh5%=1,73.0,217 = 0,375 (m) Độ dềnh cao nhất của sóng: ,tra đồ thị P2-3 Với ị ị Thay các kết quả vào (III-1) ị ẹđ1= 3,32 + 0,00638 + 0,469 + 0,7 = 4,495 m. *.Tính Dh’ (III-4) Trong đó: V’ - vận tốc gió ứng với P = 30%, V’ = 16m/s D’ - đà sóng, D’ = 300 m. H’ - mực nước trong sông ứng với ZSmax H’ = ZSmax- Zđáy kênh = 6,0 + 1,0 = 7,0 m Thay vào (III-4) : ị Dh’ = 0,00224 m *. Tính hS’ h‘S = k’hS.h’ Trong đó: k’hS - là hệ số phụ thuộc ;tra theo phụ lục P1-3 h’ - chiều cao sóng H’ - chiều sâu nước sóng l‘ - chiều dài sóng. Giả thiết là sóng nước sâu và tính các trị số không thứ nguyên, với t là thời gian gió thổi liên tục t = 6h = 21600s Tra đồ thi P2-1 với đường bao trên cùng xác định được các trị số không thứ nguyên. Với Với Chọn cặp trị số nhỏ nhất: ; Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu: thoả mãn điều kiện sóng nước sâu Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo 5% .Tra đồ thị P2-2ị k5%=1,73 ị h’5%=1,73.0,196 = 0,339 (m) Độ dềnh cao nhất của sóng: ,tra đồ thị P2-3 với ị Thay các kết quả vào (III-2) ị ẹđ2= 7,0 + 0,00224 + 0,424 + 0,5 = 7.926 m Vậy chọn ẹ đỉnh tường là +8,00 m b) Kết cấu tường: Kết cấu tường gồm bản mặt và các dầm đỡ. Chiều cao tường: Ht = Zđ2-Zđáy= 8,00 - 4,92 = 3,08 m Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh và đáy tường. Bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày bản mặt chọn bằng 0,3 m. 3. Cầu công tác: Là nơi dặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khi cần thiết. Kết cấu cấu cầu bao gồm: bản mặt, dầm đỡ và các trụ chống. Kích thước các bộ phận chọn như sau: Chiều cao cầu: 4,5m Bề rộng cầu : 4 m Kích thước cột chống: 30x40 cm Chiều cao lan can: 0,8 m 4. Khe phai và cầu thả phai: Bố trí ở đầu và cuối cống để ngăn nước và giữ cho khoang cống khô ráo khi sửa chữa. Vì đây là cống lớn nên trên trên cầu thả phai bố trí đường ray cho cầu thả phai. 5. Cầu giao thông: Cao trình mặt cầu chọn cao hơn cao trình đỉnh cống khoảng (50á100) cm nên chọn cao tình đặt cầu cao bằng đỉnh tường là +7m, bề rộng và kết cấu cầu đáp ứng yêu cầu giao thông cho xe 8-10 tấn đi qua nên chọn bề rộng cầu là 6 m. Vị trí đặt cầu chọn sao cho không ảnh hưởng tới việc thao tác van và phai. 6. Mố cống: Bao gồm mố giữa và mố bên, trên mố bố trí, khe phai, khe van, chiều dày mố trụ chọn là 1m. Chiều dày mố bên cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang, chọn chiều dày mố bên là 0,8 m. Mố giưã có đầu lượn tròn để giảm tổn thất thuỷ lực. 7. Khe lún: Do ống không rộng lắm, (chỉ có 3 khoang) nên không cần bố trí khe lún. 8. Bản đáy: Chiều dày bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thuỷ lực, ổn định của côngvà yêu cầu bố trí kết cấu bên trên. Sơ bộ chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí các kết cấu bên trên là L = 15m (chiều dài này sẽ được kiểm tra lại bằng tính toán ổn định cống và độ bền của nền). Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng khoang cống,tải trọng bên trên và tính chất đất nền, thường chọn theo kinh nghiệm d = 1m. (chiều dày này sẽ được kiểm tra lại bằng tính toán kết cấu bản đáy). II. Đường viền thấm : Đường viền thấm bao gồm bản đáy cống, sân trước, bản cừ và chân khay, kích thước bản đáy cống chọn như trên, kích thước các bộ phận khác chọn như sau: 1.Sân trước: Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum, nên cố gắng chọn vật liệu tai chỗ để giảm kinh phí. Chiều dài sân : Ls (3 - 4)H với H - cột nước tác dụng lên cống, H = 4,50 m. Thường chọn Ls =1,5H = 1,5.4,50 = 6,75 m. Chiều dày sân chọn theo đièu kiện cấu tạo t0,6 m, ở đây chọn t =1m. 2.Bản cừ: a. Vị trí đặt cừ: Cống vùng triều chịu đầu nước hai chiều nên đóng cừ ở cả hai đầu của bản đáy b. Chiều sâu đóng cừ: Chiều sâu đóng cừ phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều kiện thi công. ở đây, chiều dày tầng thấm là 19m, tương đối dày nên làm cừ lơ lửng (cừ treo). Chiều sâu đóng cừ là S1 = 6m, S2 = 4m. 3. Chân khay: Hai đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào trong đất 1m để tăng ổn định và góp phần kéo dài đường viền thấm. 4. Thoát nước thấm: Các lỗ thoát nước thấm được bố trí ở sân tiêu năng, dưới sân khi đó phải bố trí tầng lọc ngựơc. Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đấu có tầng lọc ngược. Do cống làm việc với cột nước 2 chiều nên sử dụng một đoạn sân tiêu năng không đục lỗ (đoạn giáp với bản đáy). đoạn này đóng vai trò như một sân trước ngắn khi cột nước đổi chiều. 5. Sơ đồ kiểm tra chiều dài đường viền thấm: Theo công thức : Ltt C.H Trong đó: Ltt - chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo phương pháp của Len . Ltt = Ld + Ld - chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên góc có góc nghiêng so với phương ngang > 45o Ld = 1+ 1 + 6.2 + 4.2 + 2 = 24 m Ln - chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang, Ln = 6,75 + 16 = 22,75 m. m - số hàng cừ có trông sơ đồ đường viền thấm, với 2 hàng cừ, m = 2,0. ị Ltt = 24 + = 35,735 m. C - hệ số phụ thuộc loại đất nền tra bảng P3.1ị C = 5,0. H - cột nước lớn nhất của cống, H = ZSMax- Zđk = 6,0 + 1 =7,0 m. Ltt = 39,33 > C.H = 7,0 . 5 = 35,0 m , thoả mãn điều kiện. 16 m 14 m 6,755 m 1 m 1 m 0,5 m Hình 3. III. Nối tiếp công với thượng, hạ lưu : 1.Nối tiếp thượng lưu: Góc mở của tường về phía trước,chọn với , tường thẳng. Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu phủ xốp chống xói bằng đá xây khan dày 0,5m. Chiều dài lớp phủ khoảng (3á5).H1, với H1 là chiều sâu nước chảy vào cống , H1 = 7,0 m ị Chọn LP = 30m. Phía dưới lớp đá bảo vệ còn có tầng đệm bằng dăm cát dày 10cm. 2. Nối tiếp hạ lưu: - Tường cánh thẳng - Sân tiêu năng: Bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dày sân xác định theo công thức Đômbrôpxki: t = Trong đó: V, h1 - lưu tốc và chiều sâu đoạn có nước nhảy V = (m/s) h1 = s.hc" Với: (m). Chọn t = 0,5 m - Sân sau: làm bằng tấm đá xếp có đục lỗ thoát nước, phía dưới có tầng đệm theo hình thức lọc ngược. Chiều dài sân sau được xác định theo công thức kinh nghiệm: LSS =K. Trong đó: q - lưu lượng đơn vị cuối sân tiêu năng, q = = 5,556 (m2/s) DH - chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, DH = ZSMax - Zđmin = 6,0 - 1,0 = 5,0 m K - hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh, K=10 ị LSS = 35,25 m. Chọn LSS = 35 m. D.tính toán thấm dưới đáy cống : I. Những vấn đề chung : 1. Mục đích: Xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt và građien thấm J. ở đây, do đặc điểm cống, chỉ yêu cầu tính Wt và J. 2. Trường hợp tính toán: Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu rất lớn (DH = 6,25m). 3. Phương pháp tính thấm: Có nhiều phương pháp tính thấm nhưng ở đây trình bày phương pháp tính thấm bằng đồ giải vẽ lưới thấm bằng tay. II. Tính thấm cho trường hợp đã chọn: Vẽ lưới thấm: Lưới thấm có 18 dải và 6 ống dòng. 2. Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng dòng thấm: Wt, Jra. Số dải lưới thấm n =18 dải. Cột nước thấm tổn thất qua mỗi giải là: ; trong đó H = H1 - H2 = ZSmax - ZSmin = 6,00 - 0,00 = 6,00 m Vậy Cột nước thấm tại điểm x nào đó cách đường thế cuối cùng i dải là: hx = Từ lưới thấm ta tính được: hD = 0,333.9 = 3 m hE = 0,333.6 = 2 m. Từ đây vẽ được biểu đồ áp lực thấm dưới đáy công trình. - Tổng áp lực thấm lên bản đáy: - Xác định građien thấm Građien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn DS sẽ là: (IV-1) Dựa vào công thức (IV-1) ta vẽ được biểu dồ građien thấm tại cửa ra. STT 5 4 3 2 1 DSi 1,25 1,75 2,5 3 4 H/n 0,333 0,333 0,333 0,333 0,333 Jtbi 0,417 0,583 0,833 1,0 1,333 III. Kiểm tra độ bền thấm của nền : 1. Kiểm tra độ bền thấm chung: (IV-2a) Trong đó: JTB- građien cột nước trung bình tại vùng thấm tính toán JTB=. (IV-2b) ở đây: H - cột nước tác dụng, H = 6 m Ttt - chều sâu tính toán của nền Ttt = 19,0m Sxi - tổng hệ số cản của đường viền thấm tính theo phương pháp Trugaep. Ta tính hệ số sức kháng cho từng bộ phận - Bộ phận cửa vào: (IV-3) Tại đây T0 = 19 - 1 = 18 m ; a = 1 m . - Bộ phận cửa ra: (IV-4) - Bộ phận giữa (3) Với điều kiện: thì: (IV-5) - Bộ phận giữa (5) Với điều kiện: thì: (IV-6) -Bộ phận nằm ngang: Khi khoảng cách giữa hai hàng cừ S1, S2 thoả mãn điều kiện: thì: (IV-7) Ta có Lđáy = 16m > 0,5(S1+S2) = 0,5.(4+6) = 5m. Thay các số liệu vào công thức (IV-7) tính được: xn(2) = xn(4) = = =0.611 Từ các kết quả vừa tính toán trên ta có: Sxi = 0,496 + 0,468 + 0,722 + 0,467 + 2 . 0,611 = 3,375 Thay vào (IV-2b) ị JTB== Tra bảng tìm JKTB theo quy phạm, với cát pha hạt thô có JKTB = 0,35. Kn - hệ số tin cậy, Kn=1,15. Thay JTB= 0,017, JKTB = 0,35, Kn = 1,15 vào (IV-2) thấy rằng: JTB=0,017 < 0,35/1,15 = 0,304 thoả mãn điều kiện độ bền thấm chung. 2. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ: Theo công thức: (IV-8) Trong đó:JR- građien thấm cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả tính trên ,JR = 0,278 [J] - građien thấm cho phép, xác định theo biểu đồ Ixtômina, chủ yếu dựa vào hệ số không đều của hạt đất: Tra hình P 3.1 có [J] = 0,6. Vậy JR = 0,278 < 0,6. Thoả mãn điều kiện thấm cục bộ. E. tính toán ổn định cống I. Mục đích và trường hợp tính toán 1. Mục đích: Kiểm tra ổn định cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong phạm vi đồ án này chỉ yêu cầu tính ổn định trượt. 2. Trường hợp tính toán: Tính toán cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất và tính cho một mảng. II. Tính toán ổn định trượt 1. Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán: a) Các lực đứng: Trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa van, tường ngực, mố cống, bản đáy, nước trong cống (nếu có), phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vi khối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm, thuỷ tĩnh). - Trọng lượng bản đáy: Hình 6. db Chiều rộng bản đáy: B = Sb+2dtr+4db = 7,5 + 2.1 + 2.0,5 = 10,5 m Diện tích mặt cắt ngang F=16.1+2.0,5(1+1,5).1 = 18,5m2 Thể tích bản đáy V = F.B = 10,5 . 18,5 = 194,25 m3 Trọng lượng bản đáy G = V.gb = 194,5 . 2,4 = 466,2 tấn Điểm đặt tại tâm bản đáy. - Trọng lượng mố cống + Mố giữa (2 mố) Diện tích: F = [15,5.1+2.P.(0,5)2].2 = 34,14 m2 Chiều cao trụ pin bằng chiều cao cống bằng 8 m. ịThể tích trụ: V = 34,14 . 8 = 273,12 m3 Trọng lượng mố: GM = V.gb = 273,12 . 2,4 = 655,488 tấn + Mố bên (2 mố): Diện tích: F = 2.0,5 . 15,5 + 4.(0,5)2.3,14 = 18,64 m2 Thể tích: V = 18,64 . 8 = 149,12 m3 Trọng lượng mố bên: Gb = 2,4 . 149,12 = 357,888 tấn Vậy GMC = 1013,376 tấn - Trọng lượng cầu giao thông + Chiều dài cầu L = BC = 10,5 m + Diện tích mặt cắt ngang cầu F = 2.(0,8.0,2+0,2.1+0,2.0,2+0,5.0,7)+4.0,3 = 2,724m2 + Thể tích V =2,724 . 10,5 = 28,6.2 m3 + Trọng lượng GC = 2,4 . 28,6.2 = 68,645 tấn - Trọng lượng tường ngực + Chiều dài tường ngực L =10,5m + Diện tích tường ngực FTN = 2.0,3.0,6+0,3.2,25 = 1,035m2 + Thể tích tường ngực VTN = 10,5.1,035 = 10,868m3 + Trọng lượng tường ngực GTN =2,4. 10,868 = 26,082tấn -Trọng lượng cầu công tác 4,2m Hình 9. + Diện tích cầu công tác FCT = 2.0,3.4,2+2.0,2.2+0,3.3 = 4,22m2 +Thể tích cầu công tác VCT = 4,22 . 10,5 = 44,31 m3 + Trọng lượng cầu công tác GCT = 2,4 . 44,31 = 106,344 tấn - Phần lan can + Diện tích lan can FLC = 2 . 0,2 . 0,6 = 0,24 m2 + Thể tích lan can VLC = F. B = 0,24 . 10,5 = 2,52 m3 + Trọng lượng lan can GLC = V.gb = 2,52 . 2,4 = 6,048 tấn àGcct = GLC+GCT = 106,344 + 6,048 = 112,392 tấn - Trọng lượng cầu thả phai + Diện tích cầu thả phai FCTP = 2.(0,3.0,3 + 0,2.0,5)=0,6m2 + Thể tích cầu thả phai VCTP = F.B = 0,6 . 10,5 = 6,3m3 + Trọng lượng cầu thả phai GCTP = V.gb = 6,3.2,4 = 215,12tấn Trọng lượng nước trong cống - Phía sông (thượng lưu) + Thể tích V = 7,0 . 7,5 . 6 = 315 m3 + Trọng lượng GCTP = V.gn = 315 . 1 = 315 tấn - Phía đồng (hạ lưu) + Thể tích V = 1,0 . 7,5 . 10 = 75 m3 + Trọng lượng GCTP = V.gn = 75 . 1 = 75 tấn - Trọng lượng phần đất giữa hai chân khay + Diện tích F = (m2) gđ = gbh = gk+ n. gn = 1,52+0,38.1 = 1,9T/m3 + Trọng lượng GĐ = F.gbh = 120,75 . 1,9 = 229,425 tấn - áp lực đẩy ngược + áp lực đẩy nổi Wđn = (H2 + td) . Lbđ . B . = (1+ 1) . 16 . 10,5 . 9,81 = 329,616 tấn + áp lực thấm WT = tấn àWđn = 329,616 + 412,02 = 741,636 tấn - Trọng lượng cửa van + Trọng lượng 1 cửa van Theo công thức kinh nghiệm của Laupman Đối với van chuyển động trượt : (V-3) Trong đó: g - trọng lượng trung bình của 1 m2 của van H0 - cột nước tính đến trung tâm lỗ cống : H0 = 7,0/2 = 3,5 m l - chiều rộng lỗ cống: l =2,5 m Thay vào (V-3) ị g = 1149,9N/m2 Ta có trọng lượng toàn bộ cửa van : G = g.H.l0 (V-4) Trong đó: H là chiều cao cửa van H =7,0 m l0 - chiều rộng cửa van l0 = 3,1m Thay vào (V-4) ịG = 24952,88 N + Trọng lượng của hệ thống van: Gvan = G1v.n = 3.24952,88 = 74858,64 N = 7,486 tấn b) Các lực ngang: Các lực ngang bao gồm áp lực nước thượng, hạ lưu, áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu (ECtl), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (EBhl) - áp lực nước thượng lưu (phía đồng) WT = 0,5.gn.H22. Bc = 0,5.9,81.12.10,5 = 51,503 KN Điểm đặt cách đáy đoạn hđ = hd/3 = 0,333m - áp lực nước hạ lưu (phía sông) WH = 0,5.gn.H12.Bc = 0,5.9,81.72.10,5 = 2523,623 KN Điểm đặt cách đáy đoạn hH = hS/3 = 2,333 m - áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu (phía đồng) q = q st + q n Hình 12. Tính theo nguyên lý của tường chắn đất của Rankin: qsân trước = gb.1 = 2,4T/m3 qnước = gn.H2.1 = 1.1,0.1 = 1,0T/m3 q = qsân trước+ qnước = 2,4+1,0 = 3,4 T/m3 kc = , với đất cát pha jbh=18o kc = tg2(45o-9o) = tg2(36o) = 0,7262 > j = 9o kc.q = 0,7272.3,5 = 1,8 T/m2 = ịBiểu đồ áp lực chủ động như hình vẽ (V-1) Thay số liệu vào (V-1) và ịEc = 19,16 KN . ịEcTL= Ec.L = 19,16.10,5 = 201,18 KN -áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (phía sông) q n Hình 13. qh = qn + qbể TN qnước = gn.H1.1 = 1.7,0 .1 = 7,0 T/m2 qTN = gb.1.0,5 = 2,4.1.0,5 = 1,2 T/m2 ịq = 7,0 + 1,2 = 8,2 T/m2 , (V-2) kb = tg2(450+9) = tg2(540) = 1,3762 Thay số liệu vào (V-2) ịEb = 175,48 KN ịEbHL = Ec.L = 175,48.10,5 = 1842,54 KN Bảng 5.:Bảng tổng hợp lực TT Lực tác dụng Kí hiệu Lực đứng P Lực ngang T Tay đòn (m) SM0 (T.m) + - + - 1 Trọng lượng BĐ G1 466,2 0,00 0 2 Trọng lượng MG G2 655,488 1,75 1147.1 3 Trọng lượng MB G3 357,888 5,00 1789.44 4 Trọng lượng CGT G4 68,645 4,00 274.58 5 Trọng lượng TN G5 26,082 5,05 131.714 6 Trọng lượng CCT G6 106,344 2,45 260.543 7 Trọng lượng CTF G7 215,12 2,45 527.044 8 Trọng lượng nước Đ G8 315 5,00 1575 9 Trọng lượng nước S G9 75 3,00 225 10 Trọng lượng ĐGCK G10 229,425 0,00 0 11 AL nước đẩy ngược W11 741,64 0,00 0,000 12 Trọng lượng CV G12 7,486 2,00 14.972 13 ALTT phía sông W13 252,362 2,833 -714.952 14 ALTT phía đồng W14 51,503 0,833 42.902 15 ALĐ chủ động E15 20,118 1,025 20.621 16 ALĐ bị động E16 184,354 1,017 -187.488 S 2522,678 741,64 71,621 436,716 5106.48 Sơ đồ các lực tác dụng như hình 14. O G2 G3 Wđn G1 G10 G8 G9 W13 W14 G4 G6 E16 E15 G5 G12 Hình 14. 2. Xác định áp lực đáy móng: Theo sơ đồ nén lệch tâm: (V-5) Trong đó: SP - tổng áp lực đứng: SP = 2522,678- 741,64= 1781,038 T. SM0 - tổng mô men của các lực tác dụng lên mảng, lấy đối với tâm đáy mảng SM0 = 5106.48T.m F - diện tích đáy móng F = 10.5.16 = 168 m2 W - mô đun chống uốn của đáy mảng: W= m3 Thay vào (V-5) ta tính được: smax= = 22 (T/m2) smin= = 0,797 (T/m2) sTB=T/m2 3.Phán đoán khả năng trượt: Xét 3 điều kiện: a) Chỉ số mô hình: (V-6) Trong đó: B - chiều dài bản đáy: B = L = 16m g1- dung trọng đất nền (lấy bằng dung trọng đảy nổi g1 = gbh- gn= 1,9-1 = 0,9T/m3 NsLim - chuẩn số không thứ nguyên lấy bằng 3 Thay vào (V-6) ta có: N = 1,528 < NsLim = 3: thoả mãn. b) Hệ số kháng cắt nền: (V-7) Trong đó: j1, - góc ma sát trong của đất nền: j1 =18o C1 - lực dính đơn vị của đất nền: C1= 0,3 Thay vào (V-7) ta có: tgy1= 0,35< 0,45: không thoả mãn. c) Hệ số mức đọ cố kết: Trong đó: k - Hệ số thấm của đất nền, k = 2.10-6m/s e1 - hệ số rỗng của đất nền, e1 = 0,61 a - hệ số nén của đất nền, a = 2,0 t0 - thời gian thi công công trình, h0 - chiều dày tính toán của lớp đất cố kết Vì có điều kiện không thoả mãn nên điều kiện trượt phẳng không được thoả mãn. Do đó ngoài trượt phẳng còn phải xát trượt sâu và trượt hỗn hợp. 4. Tính toán kiểm tra trượt phẳng: ổn định trượt phẳng của cống được đảm bảo khi: .R (V-8) Trong đó : nc - hệ số tổ hợp tải trọng: nc=1,08 m - hệ số điều kiện làm việc m = 1. Kn - hệ số tin cậy Kn = 1,2. Ntt - giá trị tính toán của lực gây trượt Khi mặt trượt nằm ngang: Ntt= Ttl +Ectl-Thl (V-8a) ở đây: Thl - tổng lực ngang tính toán phía sông, Thl = WttS = 5,15 T Ttl - tổng lực ngang tính toán phía đồng Ttl = Wttđ = 252,362T ị Ntt= 252,362 + 20,118 - 5,15 = 267,33 T R - giá trị tính toán của lực chống trượt. R = SPtgj1 + m1. Eb+F.C1 (V-8b) ở đây: m1- hệ số ĐKLV xét đến quan hệ giữa áp lực đất bị động của đất với chuyển vi ngang của cống, m1= 0,7. F- diện tích đáy mảng, F = 168 m2 ị R=1781,038.tg180+0,7.184,254+168.0,3 = 758,072 T. Thay Ntt, R vào (V-8) Vậy cống đảm bảo không bị trượt phẳng. E.tính toán kết cấu bản đáy cống I.Mở đầu : 1.Mục đích: Xác định sơ bộ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy cống. Trong đồ án này chỉ yêu cầu xác định sơ bộ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. 2. Trường hợp tính toán : Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. 3. Chọn băng tính toán : Băng tính toán là phần đáy cống chiều rộng 1m, giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống. Tính cho một băng sau cửa van. II. Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng. Trường hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách bởi các khớp lún thì việc tính kết cấu cũng tiến hành cho từng mảng độc lập. Trên 1 băng của mảng, các ngoại lực tác dụng lên bản đáy bao gồm lực tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và các tải trọng bên. 1. Lực tập trung truyền từ các mố: Lực tập trung truyền từ các mố chính là tổng hợp của các áp lực đáy các mố trong phạm vi băng đang xét. Thường xét cho từng mố. - Sơ đồ lực tác dụng lên mố cống bao gồm: + G1, G2: Trọng lượng các phần của mố + G3 : Trọng lượng tường ngực + G4 : Trọng lượng cầu công tác + G5 : Trọng lượng cầu giao thông + G6 : Trọng lượng do người và xe cộ trên cầu + T1,T2 : áp lực nước ngang từ thượng và hạ lưu truyền qua khe van khi khe van đóng. Sơ đồ như hình 15. Các lực G3,G4,G5,G6,T1,T2 tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửa nhịp cống khi tính cho mố bên, 2 nửa nhịp hai bên khi tính cho mố giữa). Bảng 6. Bảng các lực tác dụng lên mố Loại mố Trị số các lực tác dụng lên mố (T) G1 G2 G3 G4 G5 G6 T1 T2 Mố bên 178,944 4.347 17,724 11,44 1,81 42,06 0,858 Mố giữa 327,744 8,694 35,448 22,882 3,24 84.121 1,717 ứng suất thẳng đứng ở đáy mmó xác định theo công thức nén lệch tâm: Trong đó: SG -Tổng các lực thẳng đứng SM0 - Tổng mô men ngoại lực đối với tâm đáy mố Fm - Diện tích đáy mố Wm - Mô men chống uốn của đáy mố: Thành lập bảng tính như sau: Mố KH Trị số Tay đòn M0(T.m) Mố KH Trị số Tay đòn M0(T.m) B ê n G1 0 0 0.000 G i ữ a G1 327.744 -4.375 -1433.880 G2 178.944 -4.375 -782.880 G2 0 0 0.000 G3 4.347 -5.05 -21.952 G3 8.694 5.05 43.905 G4 17.724 -3.5 -62.034 G4 35.448 3.5 124.068 G5 11.44 4.0 45.760 G5 22.882