Đồ án Thiết kế cống lộ thiên phục vụ tiêu cho diện tích 30000ha và cho loại xe 8 - 10 tấn đi qua

p tiêu năng Có thể tiêu năng theo phương pháp đào bể hoặc xây tường hoặc làm bể tường kết hợp. Trong đồ án này ta tiến hành tiêu năng bằng phương pháp làm bể tường kết hợp. Tính toán kích thước bể ở đây, ta tiến xây tường cao tối đa với điều kiện không có nước nhảy phía sau tường, còn thiếu bao nhiêu thì đào bể. Bỏ qua lưu tốc đi tới ở thượng lưu , ta có cột nước thượng lưu so với kênh hạ lưu là: E0 = E = H0 =4,72 m Tra bảng 15–1 (Bảng tra thủy lực) ta có: tc = 0,1279 ị hc = 0,1279 .4,72 = 0,604 (m) tc” = 0,5738 ị hc” = 0,5738 .4,72 = 2,708 (m) s. hc” = 1,05.2,708 = 2,8434(m) Độ sâu liên hiệp với hạ lưu sau tường là: Chiều cao tường tối đa là: Chọn chiều cao tường c = 0,25m Tường trở thành một đập tràn chảy ngập với: hn = hh – c = 1,02 – 0,25 = 0,77 (m) Ta phải tính lại cột nước trên tràn với sn<1 Giả thiết =0,85. Do đó 2/3 = 0,897 Từ tỉ số . Tra bảng 14-1 (Bảng tra thủy lực) ta có =0,855. Vậy kết quả tính ở trên là đúng: H1 = 2,029m c + H1 = 0,25 +2,029 = 2,279(m) Ta cần phải đào bể sâu d sao cho: d + c + H1 = s. hc” Sau khi dào bể thì giá trị của hc” cũng tăng lên, ta tạm lấy giá trị s. hc” = 2,9 (m) Độ sâu bể cần đào là: d = s. hc” – c – H1 = 2,9– 0,25 – 2,029 = 0,621(m) Ta cần đào bể sâu 0,7m là được. Vậy ta chọn được: Chiều cao tường c = 0,25m Chiều sâu bể d = 0,7m Chiều dài của bể tiêu năng là: LBT = Lrơi + b.Lnn Trong đó: Lrơi = Với độ sâu hk ằ Thay vào ta có: Lrơi = Lnn = 5. (hc” –hc) = 5 . (2,708 – 0,604) = 10,52(m) b: Hệ số, chọn b=0,8 Vậy chiều dài bể tiêu năng là: LBTN = 4,77+ 0,8. 10,52 = 13,186(m) Vậy cần xây bể tiêu năng có chiều dài LBTN = 13,2m Bố trí các bộ phận cống Thân cống Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó. Cửa van Do lỗ cống tương đối lớn nên chọn bố trí cửa van cung. Vì vây, chọn thân cống dài 15m để có đủ chiều dài bố trí càng van. Tường ngực Tường ngực được bố trí để giảm chiều cao van cà lực đóng mở. Các giới hạn của tường ngực Cao trình đáy tường ngực: Zđt = Ztt + d Trong đó: Ztt: Mực nước tính toán khẩu diện cống, ứng với trường hợp khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là chảy không áp ị Ztt = 3,72m d : Độ lưu không, lấy bằng 0,5m Vậy cao trình đáy tường ngực là: Zđt = 3,72 + 0,5 = 4,22 (m) Cao trình đỉnh tường: Cao trình đỉnh tường được lấy bằng cao trình đỉnh cống. Zdinh = Zsông bình thường + Dh + hs + a Z’dinh = Zsông max + Dh’ + h’s + a’ Trong đó: ẹh và ẹh' là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. hs và hs' là độ dềnh cao nhất của sóng ( có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. a và a' là độ vượt cao an toàn. * Xác định ẹh và hs ứng với gió lớn nhất v. - Xác định ẹh : ẹh = 2.10-6. cos b v : Vận tốc gió tính toán lớn nhất. v= 28(m/s) (P=2%) D : Chiều dài truyền sóng ứng với Zsông bình thường . D = 200m. g : Gia tốc trọng trường. g = 9,81 m/s2. H : Chiều sâu cột nước dưới cống. H = Zsông TK - Dđáy = 3,55 – (-1) = 4,55 (m) b: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. b=0o Vậy ta tính được : ẹh = 2.10-6. cos 0o = 0,007(m) - Xác định hs hs = khs . h Trong đó : khs : Tra đồ thị P(2-3), khs = h : Chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm. H : Chiều sâu cột nước trước cống l : Chiều dài sóng . Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5 l ). == 7567,71 t: thời gian gió thổi liên tục. Do không có tài liệu nên ta lấy t = 6h. == 3,754 Tra hình P 2- ứng với các giá trị và ta có: ứng với = 7567,71 ta có : = 0,075 (1) = 3,74 ứng với = 3,754 ta có : = 0,0039 (2) = 0,6 So sánh (1) và (2) ta chọn cặp giá trị (2). Ta tính được các giá trị: h = ==0,312 (m) t === 1,71(s) l === 4,568 (m) Vậy ta có: H = 4,55m > 0,5 = 2,284m Vậy điều kiện giả thiết là đúng. . Tính chiều cao sóng h ứng với mức bảo đảm 5% : hs5% = K5% . h Tra đồ thị P2 - 2 ứng với = 3,754 ta có : K1%= 1,71 hs5% = 1,71. 0,312 = 0,5335(m) Từ giá trị hs1% và l ta tra được giá trị khs : 1,004 Từ đó ta tra được khs = 1,23 Vậy ta tính được : hs = khs . h = 1,23. 0,5335= 0,6562(m) Vậy : ẹđỉnh= 3,55+ 0,007+ 0,6562 + 0,7= 4,9132(m) * Xác định ẹh' và hs' ứng với gió bình quân lớn nhất v. - Xác định ẹh' : ẹh' = 2.10-6. cosb v : Vận tốc gió bình quân lớn nhất. v= 14(m/s) (P=50%) D : Chiều dài sóng ứng với Zsông max . D = 300m. g : Gia tốc trọng trường. g = 9,81 m/s2. H' : Chiều sâu cột nước dưới cống. H' = Zsông max - Dđáy = 6,25 – (-1) = 7,25 (m) b : Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. b=0o Vậy ta tính được : ẹh' = 2.10-6. cos 0o = 0,0017(m) - Xác định hs' hs' = k'hs . h' Trong đó : k'hs : Tra đồ thị P(2-3), k'hs = h' : Chiều cao sóng. H' : Chiều sâu nước sông l' : Chiều dài sóng . Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H' > 0,5 l ). == 15135 t: thời gian gió thổi liên tục. Do không có tài liệu nên ta lấy t = 6h. == 15,015 Tra hình P 2- ứng với các giá trị và ta có: ứng với = 15135 ta có : = 0,117 (1') = 5,1 ứng với = 15,015 ta có : = 0,014 (2') = 1,32 So sánh (1') và (2') ta chọn cặp giá trị (2'). Ta tính được các giá trị: h = == 0,28(m) t === 1,88(s) l === 5,521(m) Vậy ta có: H = 7,25m > 0,5l = 2,7605m Vậy điều kiện giả thiết là đúng. . Tính chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 5% : hs5% = K5% . h Tra đồ thị P2 - 2 ứng với = 15,015 ta có : K5%=1,72 hs5% = 1,72.0,28 = 0,4816(m) Từ giá trị hs5% và l ta tra được giá trị khs : Từ đó ta tra được khs = 1,205 Vậy ta tính được : hs = khs . h = 1,205. 0,28 = 0,3374 (m) Vậy : ẹ’đỉmh= 6,25 + 0,0017+ 0,3374 + 0,5= 7,0891 (m) Chọn cao trình đỉnh tường ngực ẹĐ = max(ẹ1, ẹ2 ) Vậy chọn đỉnh tường ngực có cao trình là : ẹĐ= ẹ+7,1 Kết cấu tường Gồm bản mặt và các dầm đỡ. Chiều cao tường ngực là: Htường = ẹđỉmh - ẹđt = 7,1 – 4,22 = 2,88(m) Cần bố trí hai dầm đỡ (ở đỉnh và đáy tường). Bản mặt được đổ liền khối với dầm, sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là 0,3m. Cầu công tác Cầu công tác là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác cần tính toán để đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí của cống khi cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống. Kích thước các bộ phận của cầu công tác có thể được chọn như sau: Chiều cao cầu: 4m Bề rộng cầu: 3m Kích thước cột chống: 30 x 40cm Chiều cao lan can: 0,8m Khe phai và cầu thả phai Thường bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Với các cống lớn, trên cầu thả phai cần bố trí đường ray cho cần cẩu thả phai. Cầu giao thông Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh cống. Dầm cầu cao 50cm, bề dày của mặt cầu là 30cm. Zmặt cầu = 7,1 + 0,5 + 0 ,3 = 7,9(m) Theo yêu cầu về giao thông, bề rộng mặt cầu là 6m. Cầu giao thông được đặt ở vị trí sao cho không ảnh hưởng đến việc thao tác van và phai. Mố cống Bao gồm mố giữa và các mố bên. trên mố bố trí khe phai và bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van). Mố bên có chiều dày phải đủ lớn để có thể chịu được áp lực đất nằm ngang, chọn d’=0,5m. Chiều cao mố bên là: hmố = ẹđỉmh - ẹđáy = 7,1 – (-1) = 8,1(m) Mố giữa cũng có chiều cao là 8,1m, chọn mố giữa có chiều dày d =1m. Hình dạng đầu mố đựpc lượn tròn để đảm bảo điều kiện thuận dòng. Khe lún Do cống rộng nên cần dùng khe lún để phân cống thành từng mảng độc lập. Bề rộng mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, song thường không vượt quá 15á20m. Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang. Các mảng được bố trí giống nhau để tiện thiết kế, thi công và quản lý. Khe lún thường được bố trí ở mố giữa, mố có chứa khe lún là mố kép. Trên khe lún có bố trí các thiết bị chống rò nước, lỗ để đổ nhựa đường. Bản đáy Chiều dài bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thủy lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí bên trên. Ta thường chọn chiều dài bản đáy theo yêu cầu bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và độ bền của nền. Sơ bộ chọn L = 15m. Chiều dày bản đáy được chọn theo điều kiện chịu lực_ nó phụ thuộc vào bề rộng khoang cống, tải trọng bên trên và tính chất đất nền. Chiều dày bản đáy thường đợc chon theo kinh nghiệm, sau đó được chính xác hoá bằng tính kết cấu bản đáy. Sơ bộ chọn chiều dày bản đáy d = 1m. Đường viền thấm Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản đáy cống có thể chọn như trên, còn kích thước của các bộ phận khác có thể chọn như dưới đây. Sân trước Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum. * Sân có chiều dài được xác định theo công thức: Ls Ê (3 á 4)H Trong đó: H: Cột nước tác dụng lên cống H = 3,7m Vậy chiều dài sân trước phải thỏa mãn: Ls Ê (3 á 4).3,7 = (11,1 á 14.8)m Chọn sân trước có chiều dài là 10m. *Chiều dày của sân trước: Khi sân bằng đất sét hay á sét thường được làm chiều dày thay đổi từ đầu đến cuối sân. chiều dày ở đầu sân thường được lấy theo điều kiện cấu tạo: t1 ³ 0,6m. Chiều dày ở cuối sân được xác định theo yêu cầu chống thấm: t2 ³ Trong đó: DH: Độ chênh lệch cột nước ở 2 mặt sân (trên và dưới) [J]: Gradien thấm cho phép, [J] = 4 á 6 Sơ bộ chọn chiều dày của sân trước là ở đoạn đầu là 0,5m. Bản cừ Vị trí đặt Khi cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều, thường đóng cừ ở đầu bản đáy. Khi cống chịu tác dụng của đầu nước hai chiều thì có thể đóng cừ ở phía đầu nước cao hơn. Đồ án này thiết kế cống tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt nên cống chỉ chịu tác dụng của đàu nước một chiều, ta có thể đóng cừ ở phía đầu bản đáy. Song ta cũng có thể không cần đóng cừ nếu thấy không cần thiết, điều này cần được luận chứng bằng tính toán ổn định cống và kiểm tra độ bền thấm của nền. Chiều sâu đóng cừ Tùy theo chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều kiện thi công mà ta đóng cừ với các chiều sâu khác nhau. Theo tài liệu địa hình địa chất của vùng xây dựng ta so chiều dày tầng thấm là: h = (-1) – (-20) = 19(m) >10m Do đó ta chọn cách đóng cừ lơ lửng. Đóng hai cừ ở đầu và cuối bản đáy cống. Đầu bản đáy cống được đóng cừ S1 = 4m Cuối bản đáy cống được đóng cừ S2 = 6 m. Chân khay ở hai đàu bản đáy cần làm chan khay cắm ssau vào nền để tăng ổn định và góp phần kéo dài đường viền thấm. Thoát nước thấm Các lỗ thoát nước thấm thường bố trí ở sân tiêu năng; dưới sân khi đó phải bố trí tầng lọc ngược. Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm Theo công thức: Ltt ³ C.H Trong đó: Ltt: Chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo phương pháp của Len. Ta có công thức tính toán Ltt thep phương pháp Len: Ltt = Lđ + Với: Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn hơn hoặc bằng 450. Lđ = 0,5+ 0,5 + 4 + 4 + 0,5 + 0,5 + 6 + 6 = 22(m) Ln: Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các doạn xiên góc nhỏ hơn hoặc bằng 450. Ln = 10 + 15 = 25(m) Do có hai hàng cừ nên hệ số m = 2 Vậy chiều dài tính toán của đường viền thấm là: Ltt = 22 + = 34,5(m) Cột nước lớn nhất tác dụng lên cống là: H = Zsông max – Zđồng min = 6,25 – 1,1 = 5,15(m) C: Hệ số phụ thuộc loại đất nền. Tra bảng P3-1 ta có C= 4 Vậy Ltt = 34,5m > C.H = 4.5,15 = 20,6m ị Thỏa mãn điều kiện về độ dài đường viền thấm. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu Nối tiếp thượng lưu Góc mở của tường về phía trước, chọn với tgq = á; hình thức tường cánh là tường thẳng nối tiếp với kênh thượng lưu. Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây khan hoặc xây hồ dày 0,3á0,5m). Chiều dày lớp phủ khoảng (3-5)H1, trong đó H1 ;là chiều sâu nước chảy và cống. Trường hợp có sân phủ chống thấm thì lớp bảo vệ ít nhất phải dày bằng sân chống thấm. Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm bằng dăm cát dày 10-15cm. Nối tiếp hạ lưu Tường cánh: Chọn phương án tường cánh thẳng. Chọn góc mởt nhỏ hơn so với góc mở tuòng cánh thượng lưu, chọn tgq1 = ị q1 = Sân tiêu năng: Thường bằng tường bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dày sân có thể xác định theo công thức Đômbrôpxki: t = Trong đó: h1: Chiều sâu tại chỗ đầu đoạn nước nhảy. h1 = s. hc” = 2,8434m V1: Lưu tốc tại chỗ đầu đoạn nước nhảy. V1 = Vậy chiều dày sân tiêu năng là: t = Sân sau: Làm bằng đá xếp hoặc tấm bê tông có đục lỗ thoát nước, phia dưới có tầng đệm làm theo hình thức lọc ngược. Chiều dài sân sau được xác định theo kinh nghiệm: Lss = Trong đó: q: Lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng q= DH: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu. DH = 3,72 – 0,02 = 3,7(m). K: Hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh. Đất lòng kênh là đát cát pha nên K = 10 Vậy cần xây sân sau có chiều dài là: Lss = Tính toán thấm dưới đáy cống Những vấn đề chung Mục đích Mục đích của tính toán thấm là đẻ xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩ ngược lên đáy cống Wt và gradien thấm J. Do đặc điẻm của cống nên chỉ cần xác định Wt và J Trường hợp tính toán Đồ án này tính thấm với trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. DH = Zsông max – Zđồng min = 6,25 –1,1 = 5,15(m) Phương pháp tính Đồ án này tiến hành tính thấm theo phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. Tính thấm cho trường hợp đã chọn Vẽ lưới thấm Đường dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ như hình vẽ. Đường dòng cuối cùng là đường biên của lớp đất sét. Đường thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu . Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang. Theo hình vẽ ta có: Số dải đường thế: n = 19 Số ống dòng: m = 6 Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng dòng thấm Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải đường thế là: Dh = Tổn thất cột nước tại điểm x cách đường thế cuối cùng i dải là: hx = i. Dh = Điểm A: hA = 18,63.0,271 = 5,05 (m) Điểm B: hB = 16,09.0,271 = 4,36 (m) Ta có sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên công trình: áp lực thấm đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình là: Wth (T/m) áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình là: Xác định Gradien thấm: JTB Tại điểm 1: Jtb1 = 0,3969 (DS = 0,5467m) Tại điểm 2: Jtb2 = 0,182 (DS = 1,489m) Tại điểm 3: Jtb3 = 0,1296 (DS = 2,091m) Tại điểm 4: Jtb4 = 0,09897 (DS = 2,7382m) Tại điểm 5: Jtb5 = 0,08083 (DS = 3,3527m) Ta vẽ được biểu đồ gradien thấm tại cửa ra, từ đó xác định được Jra max = 0,3969 Kiểm tra độ bền thấm của nền Kiểm tra độ bền thấm chung Trong đó: JTB: gradien cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán. Jktb: gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán. Lấy theo bảng P3-2 (đồ án môn học Thủy Công) ta có: Jktb = 0,35 Kn: Hệ số tin cậy, Kn = 1,2 Trị số JTB được xác định theo phương pháp của viện VNIIG: Với : H: Cột nước tác dụng Ttt: Chiều sâu tính toán của nền. ồxi: Tổng hệ số sức cản của đường viền thấm tính theo phương pháp Trugaép. MNTL MNHL xn2 xv xra xcừ xn1 Theo sơ đồ ta có: Lo: Hình chiếu ngang của đường viền thấm, Lo = 26,5m So: Hình chiếu đứng của đường viền thấm, So = 7,5m Ta có tỷ lệ Tra bảng 3-1 (GTTC tập 1), ta được Ttt = 2,5.So = 2,5.7,5= 18,75(m) Ta có: Sx= xv + xn1 + xcừ + xn2 + xra xv = Khoảng cách giữa 2 hàng cừ L = 15m > . Vậy, ta có: xn1 = Ta có: T1 = T2 =18m nên thỏa mãn điều kiện và Vậy: xcừ Chiều dài sân trước là L= 10m >.Vậy ta có: xn2 Tại cửa ra ta có: xra Vậy: Sx= xv + xn1 + xcừ + xn2 + xra = 0,979 + 0,556 + 0,494 + 0,444 + 0,466 =2,939 Vậy . Thỏa mãn điều kiện trên. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ Kiểm tra theo công thức :JraJk Trong đó: Jra: Trị số gradien cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả tính ở trên, Jra = 0,3969 Jk: Trị số gradien tới hạn cục bộ, phụ thuộc vào hệ số không đều hạt h, tra phụ lục P3-1, ta có Jk = 0,51. Vậy Jra< Jk, thỏa mãn điều kiện trên. Tính toán ổn định cống Mục đích và trường hợp tính toán Mục đích Kiểm tra ổn định của cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong đồ ân này chỉ tiến hành tính toán kiểm tra ổn định trượt. Trường hợp tính toán Các trường hợp bất lợi có thể xảy ra với cống là: Mới thi công xong, trong cống chưa có nước. Mực nước phía đồng lớn nhất, mực nước phía sông nhỏ nhất Mực nước phía sông lớn nhất, mực nước phía đồng nhỏ nhất. Trong đồ án này tiến hành tính toán kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. Trong thực tế, khi cống phân thành nhiều mảng bởi các khớp lún thì cần kiểm tra cho tất cả các khớp lún đó. Trong đồ án này chỉ kiểm tra cho 1 mảng. Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán Các lực đứng Các lực thẳng đứng tác dụng lên thân đập bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cửa van, tường ngực, mố cống, bản đáy cống, nước trong cống (nếu có), phần đất giữa 2 chân khay (trong phạm vi khối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm, thủy tĩnh). a1. Trọng lượng bản đáy cống Chiều rộng bản đáy cống: B = Sb + Sdg + Sdb = 9 + 2 +1 = 12(m) Diện tích mặt cắt ngang: F = 15.1 + = 18(m) Thể tích bê tông: V = F.B = 12.18 = 216(m3) Khối lượng bản đáy: G1 = gb . V = 2,4.216 = 518,4 (T) a2. Trọnglượng trụ pin: Trụ giữa: Diện tích mặt cắt ngang: F1 = F2 = Trọng lượng trụ pin: G21 = G22= gbt.(F1.htrụ1+F2.htrụ2) = 2,4.(10,893.5,5 + 3,893.8,1)= 219,468(T) 235,788 Trụ bên: Chiều dài trụ bên: L =15m Diện tích mặt cắt đứng: Thể tích bê tông đổ trụ: V = F.L = 2,75.11 + 4,05.4 = 46,45 (m2) Trọng lượng trụ bên: G’21 = G’22 = gbt.V = 2,4.46,45 =111,48 (T) a3. Trọng lượng cầu giao thông: Chiều dài của cầu: L = 13m Thể tích bê tông: Trọng lượng cầu giao thông: G3 = gbt.V = 2,4.36,933 = 88,6392 (T) a4. Trọng lượng tường ngực: Chiều dài tường ngực: L = Sb =9m Diện tích mặt cắt đứng: F = 2,88.0,3 + 2.0,3.0,3 = 1,044 (m2) Thể tích bê tông: V = L.F = 9.1,044 = 9,396 (m3) Trọng lượng tường ngực: G4 = 3.gbt.V = 3.2,4.9,396 = 67,6512 (T) a5. Trọng lượng cầu công tác: Chiều dài của cầu công tác: L = 12m Diện tích mặt cắt đứng của cầu công tác: F = 3.0,3 + 2.0,3.2,7 + 2.0,3 = 3,12 (m2) Thể tích bê tông của cầu công tác: V = F.L =12.3,12 = 37,44 (m3) Trọng lượng cầu công tác: G5 = gbt.V = 2,4.37,44 = 89,856 (T) a6. Trọng lượng cửa van: Được xác định theo công thức thực nghiệm: G6 = 3.g.lo.H Trong đó: l0: Chiều rộng cửa van l0 = 3,4m H: Chiều cao cửa van H = 5,5m g: Trọng lượng cho 1m2 diện tích cửa van (N/m2) Ho: Cột nước tính đến trung tâm lỗ. Ho = 4,64m l: Chiều rộng của lỗ. l = 3m Tổng trọng lượng cửa van là : G6 = 3.1481,636.3,4.5,5=83119,7796(N) ị G6 = 8,473 T a7. Trọng lượng nước trong cống: Trọng lượng nước trong thân cống phía thượng lưu: G71 = gn.V hl= 1.9.7,25.2,5 =163,125 (T) Trọng lượng nước trong thân cống phía hạ lưu: G72 = gn.Vtl = 1.9.2,1.12,48 =235,872 (T) a8. Trọng lượng phần đất giữa hai chân khay: Thể tích khối đất: Trọnglượng riêng của đất bão hoà: Trọng lượng của khối đất: G8 =gbh.V = 1,9.144 = 273, (T). a9. Các lực đẩy ngược: áp lực thấm đẩy ngược: G9= Wth.(Sb +Sd) = 70,575.12 = 846,9 (T) áp lực thủy tĩnh đẩy ngược: G10 = Wtt.(Sb +Sd) = 46,5.12 = 558 (T) 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: Xác định theo áp lực thủy tĩnh G11 Điểm đặt cánh tay đòn cách tâm O là áp lực nước hạ lưu: Xác định theo áp lực thủy tĩnh G12 Điểm đặt cánh tay đòn cách tâm O là áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu: Xác định theo nguyên lý tường chắn đất của Rankin Ta có: qn = gn.HT = 1.7,25 = 7,25 (T/m2) lc= tg2(45o - j/2) = tg2(45o – 18o/2) = tg236o = 0,528 c = 0,3 T/m2 Vậy Ta có biểu đồ áp lực chủ động như sau: Pc = g.z. lc - Tổng áp lực chủ động của đất lên chân khay phía thượng lưu: áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu: Ta có: qn = gn.Hhl = 1.2,1 = 2,1(T/m2) lb = tg2(45o + j/2) = tg2(45o + 18o/2) = 1,894 c = 0,3 T/m2 = 0,8257 T/m2 lb.q = 3,9774 T/m2 Do lb.q > nên biểu đồ áp lực có dang như hình vẽ: Tổng áp lực bị động tác dụng lên đất chân khay phía hạ lưu là: Xác định áp lực đáy móng Bảng tổng hợp áp lực đáy móng tác dụng lên công trình TT Lực tác dụng Ký hiệu Trị số Mô men đối với tâm O (+)P (T) (+)Q (T) Cánh tay đòn (m) Mo (T.m) 1 Bản đáy G1 518,4 0 0 2 Trụ giữa 1 G21 219,468 0,616 135,192 3 Trụ giữa 2 G22 219,468 0,616 135,192 4 Trụ bên 1 G’21 111,48 0,616 68,672 5 Trụ bên 2 G’22 111,48 0,616 68,672 6 Cầu giao thông G3 88,6392 -2,55 -226,03 7 Tường ngực G4 67,6512 5,408 365,878 8 Cầu công tác G5 89,856 5 449,28 9 Cửa van G6 8,473 5 42,365 10 Nước trong cống ở TL G71 163,125 6,25 1019,3125 11 Nước trong cống ở HL G72 235,872 -1,26 -297,1987 12 Đất chân khay G8 273,6 0 0 13 áp lực thấm đẩy nổi G9 -846,9 0,917 -776,6073 14 áp lực thủy tĩnh đn G10 -558 0 0 15 áp lực nước Tl G11 -236,531 2,917 -689,961 16 áp lực nước HL G12 19,845 1,2 23,814 17 áp lực đất chủ động 1 Ecd1 -81,408 0,5 -40,704 18 áp lực đất chủ động 2 Ecd2 -25,153 0,833 -20,952 19 áp lực đất bị động 1 Ebd1 115,274 0,5 57,637 20 áp lực đất bị động 2 Ebd2 86,14 0.833 71,755 Tổng 702,6124 -121,833 386,322 Theo sơ dồ nén lệch tâm, ta có: Trong đó: : Tổng các lực đứng : tổng mômen của các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm đáy mảng O W: Môdun chống uốn của đáy mảng F: Diện tích đáy mảng, F = B.L = 12.15 =180 (m2) e0: Độ lệch tâm, Vậy: Ta có sơ đồ : Phán đoán khả năng trượt Để phán đoán khả năng trượt của bản đáy cống người ta xét 3 điều kiện. Chỉ số mô hình hoá: (1) Trong đó: B: Chiều rộng mảng tính toán( chiều song song với lực đẩy trượt), B = 15m gđn: Dung trọng nền đất (dung trọng đẩy nổi), gđn = 0,9T/m2 Nolim: Chuẩn số không thứ nguyên, lấy bằng 1 với cát chặt và bằng 3 với các loại đất khác. Ta có: Nolim = 3 Vậy điều kiện (1) được thỏa mãn. Chỉ số kháng trượt: (2) j1, C1: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đấtnền tương ứng khi tính nền theo nhóm trạng thái giới hạn I, j1 = 18o, C1= 03T/m2 stb :ứng suất đáy móng bình quân. stb = 3,903T/m2 Vậy điều kiện (2) không được thỏa mãn. Hệ số mức độ cố kết: (3) Trong đó: kt : Hệ số thấm, kt =2.10-6(m/s) e: Hệ số rỗng của đất, e = 0,61 to: Thời gian thi công công trình(s), to = 2.366.24.60.60=63244800(s) gn : Dung trọng nước, gn = 10000N/m3 ho : Chiều dày tính toán của lớp cố kết, lấy bằng chiều dày của lớp đất sét h1 (nhưng không lớn hơn B), h1 = 15m. a : Hệ số nén của đất, a= 2(m2/N) Vậy điều kiện (3) không dược thỏa mãn. Kết hợp cả 3 điều kiện ta thấy bản đáy cống có khả năng xảy ra trượt phẳng, trượt sâu hoặc trượt hỗn hợp. Trong đồ án này ta chỉ tiến hành tính toán kiểm tra trượt phẳng. Tính toán trượt phẳng ổn định cống về trượt phẳng được đảm bảo khi thỏa mãn điều kiện: (4) Trong đó: nc: Hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1 m : Hệ số điều kiện làm việc, m = 1 Kn : Hệ số tin cậy, Kn = 1,2 Ntt và R : Giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và lực chống trượt giới hạn. Ntt = Ttl + Ec.t1 -Thl R = P.tgj + m.Eb.h1 +F.c Trong đó: Ttl , Thl : Tổng giá trị các thành phần nằm ngang của các lực tác dụng vào thượnghạ lưu công trình (trừ áp lực đất) Ec.t1 , Eb.h1 : các giá trị áp lực chủ độngvà bị động ở thượng hạ lưu công trình P : Tổng các thành phần tải trọng thẳng đứng (kể cả áp lực đẩy ngược) m : Hệ số xét đến quan hệ áp lực bị động và chuyển vị ngang của công trình, m =0,7 j, c : Góc ma sát trong và lựcdính đơn vị của nền. j = 18o, c = 0,3 Ntt = Ttl + Ec.t1 – Thl = 236,531 + 106,561 - 19,845 = 323,247(T) R = 702,6124.tg18o + 0,7.201,414 + 12.15.0,3 = 423,282(T) Vậy điều kiện (4) được thỏa mãn, bản đáy cống ổn định về trượt phẳng. Tính toán kết cấu bản đáy cống Mở đầu Mục đích Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy cống. Trong đồ án này chỉ tiến hành xác định sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Trường hợp tính toán Trong đồ án này chỉ tiến hành tính toán với một trường hợp bất lợi nhất, trường hợp chênh lệch mực nước thượnghạ lưu lớn nhất. Chọn băng tính toán Việc tính toán bản đáy cống cần tiến hành cho các băng khác nhau (phần cống có chiều rộng b_ thường bằng 1m_ giữa 2 mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống). Trong dồ án này chỉ tiến hành tính toán cho 1 băng ở sau cửa van Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn Trường hợp cống chỉ có 1 mảng thì chia băng để tính. Trường hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách nhau bởi các khớp lún thì việc tính kết cấu cũng tiến hành tính toán cho từng mảng độc lập. Trên một 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. Lực tập trung truyền từ các mố Đây chính là tổng hợp của áp lực đáy tác dụng lên các mố trong phạm vi của băng đang xét. Thường xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính toán cho một mố như sau: Từ sơ dồ ta thấy cần phải xác định các lực: G1, G2: trọng lượngcác phần của mố. G3 : Trọnglượng tường ngực G4 : Trọng lượng cầu công tác G5 : Trọnglượng cầu giao thông G6 : tải trọng do người và xe cộ trên cầu T1,