Đồ án Thiết kế cống lộ thiên xây dựng ven sông có diện tích tiêu 30000ha

- 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: Trường hợp Zsông bình thường Zsông max D (m) 200 300 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 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) 190 230 120 jbh (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 h 8,00 9,00 7,00 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 phương pháp dầm trên nền đàn hồi. 6- Bản vẽ: 1 - 2 bản vẽ khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng lưu, chính diện hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết. thiết kế cống lộ thiên A- Giới thiệu chung: I- Vị trí, nhiệm vụ công trình: 1- Vị trí: ven sông Y. 2- Nhiệm vụ: - Tiêu nước cho diện tích 30.000 ha. - Ngăn triều và giữ ngọt. II- Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 1- Cấp công trình: a- Theo chiều cao công trình: Hct = Zsôngmax + d - Zđáy kênh = 6,3 + 0,7 - (-1) = 8 m Trong đó: d là độ vượt cao an toàn, lấy d = 0,7 m. Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) tương 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 P2-2 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ công) với diện tích tiêu là 30.000 ha ta có cấp công trình là cấp III. Vậy ta chọn cấp công trình là cấp III. 2- Các chỉ tiêu thiết kế: - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu: P = 1%. - Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác: P = 10%. - Các hệ số vượt tải n: + Trọng lượng bản thân công trình: 1,05. + áp lực thẳng đứng của trọng lượng đất: 1,20. + áp lực bên của đất: 1,20. + áp lực nước tĩnh, áp lực thấm ngược, áp lực sóng: 1,00. + Tải trọng do gió: 1,30. + Tải trọng của động đất: 1,00. - Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,00. - Hệ số tin cậy: Kn = 1,15. B- Tính toán thuỷ lực cống: Mục đích: xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng. I- Tính toán kênh hạ lưu: theo phương 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. - Lưu lượng tính toán: Q = Qtiêumax = 60 m3/s. 2- Tính bề rộng kênh: * Độ sâu mực nước trong kênh: H = ZsôngTK - Zđáy kênh = 3,35 - (-1) = 4,35 m * Chiều rộng đáy kênh: Ta có: f(Rln) = = = 0,0014 Tra bảng phụ lục 8-1 (bảng tra thuỷ lực) với n = 0,025 ta có: Rln = 2,9444 m. Lập tỷ số = = 1,477. Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta có: = 3,626 đ B = 10,6762 m Kiểm tra: ta thấy 2 < = = 2,454 < 5 đ thoả mãn. Vậy: chọn bề rộng kênh B = 11 m. II- Tính khẩu diện cống: 1- Trường hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo Q thiết kế. - QTK = Qtiêumax = 60 m3/s. - DZ = Zđồng khống chế - ZsôngTK = 3,57 - 3,35 = 0,22 m. 2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống: a- Cao trình ngưỡng: để tăng khả năng tháo ta chọn ngưỡng cống ngang với đáy kênh thượng lưu, Znc = -1,0 m. b- Hình thức ngưỡng: đập tràn đỉnh rộng. 3- Xác định bề rộng cống: a- Xác định trạng thái chảy: - hn = hh - P1 = hh = 4,35 m. Hình 1: Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng - H0 = H + = (Zđồng khống chế - Zđáy kênh) = 3,57 - (-1) = 4,57 m. đ = = 0,95 > ()pg = (0,7 á 0,8) đ chảy ngập Do độ cao hồi phục nhỏ nên có thể bỏ qua, lấy h = hn = 4,35 m. b- Tính bề rộng cống ồb: * Ta có: Q = jn.jg.ồb.h. Trong đó: - jn: hệ số lưu tốc, chọn m = 0,35 đ jn = 0,93. - jg: hệ số co hẹp bên, jg = 0,5e0 + 0,5 = 0,5.0,95 + 0,5 = 0,975. đ ồb = = = 7,32 m Chọn b = 8 m và chia cống thành 2 khoang, mỗi khoang rộng 4 m; mố trụ dày 1 m; mố bên lượn tròn. Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập: q = = = 7,5 (m2/s) hk = = = 1,8 m đ = = 2,4 > ()pg = (1,2 á 1,4) đ thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập III- Tính toán tiêu năng và phòng xói cho hạ lưu: 1- Trường hợp tính toán: khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất. Với cống tiêu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất (chân triều); ở phía đồng là là mực nước đã khống chế. Trường hợp này thường tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng tiêu thiết kế. Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài. 2- Lưu lượng tính toán tiêu năng: Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc 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 = Qtiêumax = 60 m3/s Kiểm tra trạng thái chảy: - H0 ằ H = Zđồng khống chế - Zđáy kênh = 3,57 - (-1) = 4,57 m. - hh = Zsôngmin - Zđáy kênh = 0,3 - (-1) = 1,3 m. đ = = 0,28 < ()pg = (0,7 á 0,85) đ chảy tự do đ Q = m.ồb..H = 0,35.8..4,573/2 = 121,14 m3/s 3- Xác định kích thước kết cấu tiêu năng: a- Chọn biện pháp tiêu năng: với cống trên nền đất, biện pháp đào bể là hợp lý hơn. b- Tính toán kích thước bể: * Chiều sâu bể: d = s. h - (hh + Z2) Trong đó: - s: hệ số ngập, chọn s = 1,1. - Z2: chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính như đập tràn đỉnh rộng. Ta có: E0 = H0 + d Giả thiết d0 = 0,7 m đ E0 = H0 + d0 = 4,57 + 0,7 = 5,27 m. đ F(tc) = = = 0,65 Tra bảng ta có: t''c = 0,62; tc = 0,161. đ h''c = t''c.E0 = 0,62.5,27 = 3,27 m hc = tc.E0 = 0,161.5,27 = 0,85 m đ Z2 = = = 1,45 m đ d1 = s. h - (hh + Z2) = 1,05.3,27 - (1,3 + 1,45) ằ 0,69 ằ d0 Vậy, chiều sâu bể chọn bằng 0,7 m. * Chiều dài bể tiêu năng: Lb = L1 + b.Ln Trong đó: - L1: chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng. L1 = 2. - P: chiều cao ngưỡng cống so với bể, P = 0,5 m. - hk = .H0 = = 3,047 m. đ L1 = 2. = 4,37 m - Ln: chiều dài nước nhảy. Ln = 4,5.(h''c - hc) = 4,5.(3,27 - 0,85) = 4,5.2,42 = 10,89 m - chọn b = 0,75. đ Lb = L1 + b.Ln = 4,37 + 0,75.10,89 = 12,54 m Chọn Lb = 13 m. 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: chọn cửa van cung. Chiều dài thân cống chọn bằng 15 m để bố trí càng van và cầu giao thông. 2- Tường ngực: bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở. a- Giới hạn của tường: * Cao trình đáy tường: Zđ = Ztt + d = 3,57 + 0,5 = 4,07 m Trong đó: - Ztt: mực nước tính toán khẩu diện cống (ứng với trường hợp này, khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống phải là không áp). Ztt = Zđồng khống chế = 3,57 m - d: độ lưu không, chọn d = 0,5 m. * Cao trình đỉnh tường: Zđỉnh1 = Zsông bình thường + Dh + hs + a Zđỉnh2 = Zsông max + Dh' + h's + a' Trong đó: - Dh, hs tính với vận tốc gió tính toán lớn nhất. - Dh', h's tính với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất. - a, a': phụ thuộc vào cấp công trình. Công trình cấp III nên a = 0,5 m; a' = 0,4 m. * Tính Dh và hs: Dh = 2.10-6. Trong đó: - V: vận tốc gió tính toán lớn nhất, V = 28 m/s. - D: đà gió ứng với Zsông bình thường, D = 200 m. - H: chiều sâu cột nước dưới cống, H = ZsôngTK - ẹđc = 3,35 - (-1) = 4,35 m. - b: góc kẹp giữa trục dọc cống với hướng gió, b = 00. Dh = 2.10-6. = 0,007 m Giả thiết trường hợp sóng nước sâu, ta có: = = 7567,71 Tra đồ thị hình 2-1 ta có: = = 2,503 Tra đồ thị hình 2-1 ta có: Chọn cặp có giá trị bé trong 2 cặp giá trị trên. Ta có: = 0,53. = 0,53. = 1,51 giây = 0,003. = 0,003. = 0,24 m đ = = = 3,56 m Ta thấy: H = 4,35 m > = 1,78 m đ thoả mãn điều kiện sóng nước sâu. Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo P = 5%: h5% = K5%. Tra đồ thị hình 2-2 ta có: K5% = 1,71 đ h5% = 1,71.0,24 = 0,41 m Độ dềnh cao của sóng: hs = khs.h5%. đ khs = 1,16 đ hs = 1,16.0,41 = 0,476 m * Tính Dh' và h's: Dh' = 2.10-6. Trong đó: - V': vận tốc gió bình quân lớn nhất, V = 16 m/s. - D': đà gió ứng với Zsông max, D' = 300 m. - H': chiều sâu cột nước dưới cống, H' = Zsôngmax - ẹđc = 6,3 - (-1) = 7,3 m. - b: góc kẹp giữa trục dọc cống với hướng gió, b = 00. Dh' = 2.10-6. = 0,0021 m Giả thiết trường hợp sóng nước sâu, ta có: = = 13243,5 Tra đồ thị hình 2-1 ta có: = = 11,5 Tra đồ thị hình 2-1 ta có: Chọn cặp có giá trị bé trong 2 cặp giá trị trên. Ta có: = 0,9. = 0,9. = 1,47 giây = 0,005. = 0,005. = 0,196 m đ = = = 3,37 m Ta thấy: H' = 7,3 m > = 1,68 m đ thoả mãn điều kiện sóng nước sâu. Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảo P = 5%: h'5% = K5%. Tra đồ thị hình 2-2 ta có: K5% = 1,73 đ h'5% = 1,73.0,196 = 0,34 m Độ dềnh cao của sóng: h's = kh's.h'5%. đ kh's = 1,23 đ h's = 1,23.0,34 = 0,42 m đ Zđỉnh1 = 3,35 + 0,007 + 0,476 + 0,5 = 4,333 m Zđỉnh2 = 6,3 + 0,0021 + 0,42 + 0,4 = 7,1221 m Vậy, chọn cao trình đỉnh tường là 7,2 m. b- Kết cấu tường ngực: gồm bản mặt và các dầm đỡ. Chiều cao tường ngực: Ht = ẹđỉnh tường - ẹđáy tường = 7,2 - 4,07 = 3,13 m Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh tường và đáy tường. Bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày chọn 0,3 m. 3- Cầu công tác: là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác được tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần. Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống. Kích thước các bộ phận: - Chiều cao cầu: 4 m. - Bề rộng: 3m. - Kích thước cột chống: 30x40 cm. - Chiều cao lan can: 0,8 m. 4- Khe phai và cầu thả phai: thường bố trí ở phía đầu và phía 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 cầu thả phai. 5- Cầu giao thông: cao trình mặt cầu cần đặt ngang hoặc thấp hơn đỉnh cống. Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tường ngực. Dầm cầu cao 50 cm, mặt cầu dầy 30 cm. Cao trình mặt cầu: ẹmặt cầu = 7,2 + 0,5 + 0,3 = 8 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 và khe van hoặc bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van). Chiều dày mố bên cần đủ lớn để chịu áp lực đất nằm ngang. Chọn d' = 0,5 m. Chiều cao mố = ẹđỉnh tường - ẹđáy = 7,2 - (-1) = 8,2 m. Đầu mố nối tiếp thuận với tường hướng dòng. Mố giữa: cao 8,2 m; dày d = 1m; đầu mố lượn tròn. 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, thường không vượt quá 15 - 20 m. Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang. 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. Thường 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 d = 1 m, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán kết cấu bản đáy. II- Đường viền thấm: Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản đáy cống như đã chọn ở trên. Kích thước các bộ phận có thể chọn như sau: 1- Sân trước: Vật liệu làm sân trước 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 = 2.H = 2.(Zđồng khống chế - Zđáy kênh) = 2.[3,57 - (-1)] = 9,14 m. Chọn Ls = 10 m. Chiều dày sân: chọn t = 1 m. 2- Bản cừ: a- Vị trí đặt: khi cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều thường đóng cừ ở đầu bản đáy. Trường hợp cống chị đầu nước 2 chiều, có thể đóng cừ ở phía có đầu nước cao hơn. Khi đó cần kiểm tra sự ổn định của cống khi đầu nước thay đổi. b- Chiều sâu đóng cừ: phụ thuộc vào vật liệu làm cừ, chiều dày tầng thấm và điều kiện thi công. Chiều dày tầng thấm: T = (-1) - (-15) = 14 m > 10 m. Vậy ta chọn cừ lơ lửng: làm 2 cừ S1 = 6 m, S2 = 4 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 đường viền thấm. 4- 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. 5- Sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm: Ltt ³ C.H Trong đó: - Ltt: chiều dài tính toán của đường viền thấm theo phương pháp của Len. Ltt = Lđ + - Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang ³ 450. Lđ = 1 + 6 + 6 + 4 + 4 + 1 = 22 m - Ln: chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn nghiêng góc so với phương ngang < 450. Ln = 10 + 15 + 0,5 = 25,5 m - m: hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đường viền thấm, lấy m = 1,5. - C: hệ số phụ thuộc loại đất nền, C = 4. - H: cột nước lớn nhất của cống. H = Zsôngmax - ẹđáy cống = 6,3 - (-1) = 7,3 m đ Ltt = 22 + = 39 m > C.H = 4.7,3 = 29,2 m đ thoả mãn III- Nối tiếp cống với thượng hạ lưu: 1- Nối tiếp với thượng lưu: Góc mở của tường về phía trước ta chọn tgq1 = đ q1 = 140. 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 hồ dày 0,3 - 0,5 m). Chiều dài lớp phủ khoảng (3 - 5)H1 với H1 là chiều sâu nước chảy vào cống. Trường hợp làm sân phủ chống thấm thì lớp bảo vệ ít nhất phải dài bằng sân chống thấm. Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm bằng dăm cát dày 10 - 15 cm. 2- Nối tiếp hạ lưu: * Tường cánh: chọn phương án tường thẳng, góc mở tgq2 = đ q2 = 110. * Sân tiêu năng: thường bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dày sân có thể xác định theo công thức Đômbrốpxki: t = 0,15.v1. Trong đó: v1 và h1 là lưu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy. h1 = s.h''c = 1,05.3,27 = 3,43 m v1 = = = 2,18 m/s đ t = 0,15.2,18. = 0,6 m * Sân sau: làm bằng đá xếp có độ gồ ghề lớn để tiêu hao nốt năng lượng còn lại. Dưới lớp đó có thể bố trí tầng lọc ngược. Chiều dài sân sau nối tiếp với kênh hạ lưu được xác định theo công thức kinh nghiệm: Lss = K. Trong đó: - q: lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng. q = m2/s - DH: chênh lệch cột nước thượng lưu, hạ lưu. DH = 3,57 - 0,3 = 3,27 m - K: hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh, K = 10 (cát pha). đ Lss = 10. = 37 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 Wth, gradien thấm J. 2- Trường hợp tính toán: khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất. DH = Zsông max - Zđồng min = 6,3 - 0,9 = 5,4 m II- Tính toán thấm: 1- 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 biên 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 đường thế: n = 19 - Số ống dòng: m = 6. 2 - Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng của dòng thấm: Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải đường thế là: Dh = = = 0,284 m Cột nước thấm tại điểm x cách đường thế cuối cùng i dải: hx = i.Dh = i. Điểm B: hA = 11,5.Dh = 11,5.0,284 = 3,266 m. Điểm B: hB = 8,5.Dh = 8,5.0,284 = 2,414 m. Biểu đồ áp lực thấm tác dụng lên đáy cống gn.hA gn.hB - Tổng áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình là: Wth = gn. = 10. = 426 KN/m - Xác định gradien thấm: JTB = = = Điểm 1 2 3 4 DSi 5 6,5 8 12 JTBi 0,0568 0,0437 0,0355 0,0237 III- Kiểm tra độ bền thấm của nền: JTB Ê Trong đó: - JTB: gradien cột nước trung bình trong vùng thấm. - J: gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán (lấy theo bảng 2). JTB = - H: cột nước tác dụng, H = 5,4 m. - Ttt: chiều sâu tính toán của nền. MNTL MNHL xra xv xn1 xcừ xn2 + Hình chiếu đứng của đường viền: S0 = 7 m. + Hình chiếu bằng của đường viền: L0 = 14 + 10 = 25 m. + Lập tỷ số = = 3,57. Tra bảng 3-1 giáo trình thuỷ công ta có: Ttt = 2,5.S0 = 2,5.7 = 17,5 m. - ồx: tổng hệ số sức cản của đường viềm thấm tính theo Tsugaev: xv = 0,44 + = = 1,29 xn1 = = xcừ = 1,5. + = 1,5. = 0,51 xn2 = = = 0,61 xra = 0,44 + = 0,44 + = 0,497 Vậy, ồx = 1,29 + 0,61 + 0,51 + 0,61 + 0,497 = 3,517. đ JTB = = 0,0877 Tra bảng P3-2 ta có: J = 0,28. JTB = 0,0877 < = = 0,243 đ thoả mãn 2- Kiểm tra thấm cục bộ: Công thức kiểm tra: Jr < Jk. Trong đó: - Jr: gradien thấm ở cửa ra, Jr = 0,0568. - Jk: gradien thấm tới hạn cục bộ. Có thể xác định theo biểu đồ theo thông số không đều của đất. h = = = 8 Tra bảng 3-1 ta có: Jk = 0,63. Vậy Jr = 0,0568 < Jk = 0,63 đ thoả mãn ổn định 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. 2- Trường hợp tính toán: tính với chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống lớn nhất, 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 và các lực đẩy ngược. b- Các lực ngang: áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu, áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu. * Trọng lượng bản đáy cống: - Chiều rộng bản đáy: B = ồb + d + 2.d' = 8 + 1 + 2.0,5 = 10 m - Diện tích mặt cắt ngang: F = 15.1 + 2. = 18 m đ Gbđ = gb.F.B = 2,4.18.10 = 432 T * Trọng lượng mố: Gmố = 2.2,4.1.15.8,2 = 590,4 T * Trọng lượng cầu giao thông: - Chiều dài cầu: Lc = B = 10 m. - Diện tích mặt cắt ngang cầu: F = 2,41 m2. đ Gcầu = gb.F.B = 2,4.2,41.10 = 57,86 m3 * Trọng lượng tường ngực: - Chiều dài tường: Lt = ồb = 8 m. - Diện tích mặt cắt ngang tường: F = Ft = 3,13.0.3 + 2.0,4.0,3 = 1,179 m2 đ Gt = Ft.Lt.gb = 1,179.8.2,4 = 22,64 T * Trọng lượng cầu công tác: - Chiều dài cầu công tác: Lct = B = 10 m. - Diện tích mặt cắt ngang: F1 = 3.0,3 = 0,9 m2 F2 = 2.0,3.3,7 + 2.0,2.2 = 3,02 m2 đ Gct = gb.[F1.Lct + F2.(d + 2.d')] = 2,4.(0,9.10 + 3,02.2) = 36,096 T * Trọng lượng cầu thả phai: - Diện tích mặt cắt ngang: F = 2.0,3.1 = 0,6 m2 đ Gp = gb.F.ồb = 2,4.0,6.8 = 11,52 T * Trọng lượng nước trong cống: - Phía sông: H = Zsông max - Zđáy cống = 6,3 - (-1) = 7,3 m đ GTL = 1.7,3.5.8 = 292 T - Phía đồng: H = Zđồng min - Zđáy kênh = 0,9 - (-1) = 1,9 m đ GHL = 1.1,9.10.8 = 152 T * Trọng lượng phần đất giữa 2 chân khay: gbh = gk + .gn = 1,52 + .1 = 1,9 T/m3 đ Gđck = 1,9. = 182,4 T * Các lực đẩy ngược: - áp lực thuỷ tĩnh: Wtt = (1,9 + 1).15.8.1 =348 T - áp lực thấm: Wth = 42,6.8 = 340,8 T. * áp lực ngang: - áp lực nước phía sông: WS = = = 213,16 T Điểm đặt cánh tay đòn cách đáy 1 đoạn Hs = 2,43 m. - áp lực nước phía đồng: Wđ = = = 14,44 T Điểm đặt cánh tay đòn cách đáy 1 đoạn Hđ = 0,63 m. * Trọng lượng van: Đối với van chuyển động trượt: g = 600.( - 1) Trong đó: - g: trọng lượng trung bình của một m2 cửa van. - H0: cột nước tính đến trung tâm lỗ cống. H0 = = = 3,65 m. - l: chiều rộng lỗ cống, l = 4 m. đ g = 600.() = 1717,85 N/m2 ằ 0,172 T/m2 đ Gv = g.H.ồb = 0,172.7,3.8 = 10,045 T Bảng tổng kết các lực STT Loại lực Lực đứng Lực ngang Tay đòn M0 ¯ (+) ư (-) đ (+) ơ (-) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Gbđ Gm Gc Gt Gct Gp GTL GHL Gđck Wtt Wth Ws Wđ Gv 432 590,4 57,86 22,64 36,096 11,52 292 152 182,4 10,045 -348 -340,8 213,16 -14,44 0 0 4 -4 -3,5 -5 -4,5 2,5 0 0 0,75 2,43 0,63 -2 0 0 231.44 -90.56 -126.34 -57.6 -1314 380 0 0 255.6 517.98 -9.1 -20.09 ồ 1786,96 -688,8 231,16 -14,14 -3217,2 * Tính ứng suất đáy móng: smax,min = - ồP = 1786,96 - 688,8 = 1098,16 T. - ồM0 = 3217,2 T.m. - F = B.H = 10.15 = 150 m2. - W = = = 250 m3. đ smax = = 20,2 T/m2 smin = = 5,55 T/m2 * Phán đoán khả năng trượt theo 3 điều kiện: - Chỉ số mô hình: N = Ê Ns Trong đó: + B: chiều rộng mảng, B = 15 m. + g: dung trọng đất nền, lấy bằng dung trọng đẩy nổi: g = 0,9 T/m3. + Ns = 3. N = = 1,5 < Ns = 3 - Chỉ số kháng trượt: tgy = tgj + ³ 0,45 Trong đó: + sTB = = 12,875 T/m2. + Ci = 0,3 T/m2. + j = 180. đ tgy = tg180 + = 0,35 đ không thoả mãn - Hệ số cố kết: Cv = ³ 4 Trong đó: + Kt: hệ số thấm, Kt = 2.10-6 m/s. + e: hệ số rỗng, e = 0,61. + a: hệ số nén của đất, a = 2 (m2/N). + h0: chiều dày tính toán của lớp cố kết, h0 = 19 m. + t0: thời gian thi công công trình, t0 = 2 năm. đ Cv = 3.10-5 < 4 đ không thảo mãn * Tính toán trượt phẳng: nc.Ntt Ê 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 = 1,15. - Ntt = TTL - THL = 213,16 - 14,14 = 199,02 T. - R = ồP.tgjI + mI.Ebhl + F.CI = 1098,16.0,325 + 0,7.179,84 + 10.15.0,3 = 527,79 T - nc.Ntt = 1,08.199,02 = 214,942 T - = = 458,95 T. đ nc.Ntt < đ ổn định F- Tính toán kết cấu bản đáy cống: I- Mở đầu: 1- 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 yêu cầu xác định sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. 2- Trường hợp tính toán: - Khi mực nước đồng max, mực nước sông min, tháo lưu lượng Qmax. - Khi mực nước sông max, mực nước đồng min, đóng cửa van. - Trường hợp mực nước đồng max, mực nước sông min kết hợp với động đất. - Zsông max = 6,3 m; Zđồng min = 0,9 m. 3- Chọn băng tính toán: Việc tính toán bản đáy cống cần tiến hành cho các băng khác nhau (gọi băng là phần cống có chiều rộng 1m, giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống). Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính một băng ở sau cửa van. II- Tính ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn: 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 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. 1- Lực tập trung truyền từ các mố: Đây chính là tổng hợp của áp lực đáy các mố trong phạm vi đang xét. Thường xét riêng cho từng mố. Mố bên TT Loại lực Ký hiệu Trị số Khoảng cách M0 ¯ (+) đ (+) 1 2 3 4 5 6 7 8 Trọng lượng mố Trọng lượng cầu thả phai Trọng lượng tường ngực Trọng lượng của cầu công tác Trọng lượng của cầu giao thông Trọng lượng của cửa van áp lực nước phía sông áp lực nước phía đồng G1 G2 G3 G4 G5 G6 T1 T2 290,2 1,92 3,77 6,016 9,63 1,67 26,65 1,77 0 1,5 -4 -3,5 -2 4,5 0,73 -2,48 0 2.88 -15.08 -21.06 -19.26 7.52 19.45 -4.39 Tổng 313,2 -29,94 smax = = = 21,68 T/m2 smax = = = 20,08 T/m2 Mố giữa TT Loại lực Ký hiệu Trị số Khoảng cách M0 ¯ (+) đ (+) 1 2 3 4 5 6 7 8 Trọng lượng mố Trọng lượng cầu thả phai Trọng lượng tường ngực Trọng lượng của cầu công tác Trọng lượng của cầu giao thông Trọng lượng của cửa van áp lực nước phía sông áp lực nước phía đồng G1 G2 G3 G4 G5 G6 T1 T2 290,2 3,84 7,54 12,03 19.26 3,34 26,65 1,77 0 1,5 -4 -3,5 -2 4,5 0,73 -2,48 0 5.76 -30.16 -42.11 -38.52 15.03 19.45 -4.39 Tổng 336,21 -24,88 -74,93 smax = = = 24,41 T/m2 smax = = = 20,42 T/m2 Xét một băng ở giữa mố như hình vẽ: smax smin Ta có: pk1 = 20,88 T/m2; pk2 = 22,42 T/m2. Cuối cùng lực của mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung có trị số như sau: P'k = pk.b.d Trong đó: - b: bề rộng của băng tính toán, b = 1 m. - d: chiều dày mố ở bản đáy, d = 1 m. đ P'1 = 20,88.1.1 = 20,88 T. P'2 = 22,42.1.1 = 22,42 T. 2- Các lực phân bố trên băng: P'1 P'2 P'1 - Trọng lượng nước trong cống: q0 = gn.hn.b = 1.7,3.1 = 7,3 T/m - Trọng lượng bản đáy: q1 = gb.t.b = 2,4.1.1 = 2,4 T/m - Lực đẩy nổi: q2 = gn.hđn.b = 1.(1,9 + 2,84).1 = 4,74 T/m - Phản lực nền: q3 = pb.b = 7,5.1 = 7,5 T/m 3- Lực cắt không cân bằngQ: a- Trị số: xác định từ phương trình cân bằng tĩnh: Q + ồPk + 2.l.ồqi = 0 đ Q = -ồPk - 2.l.ồqi = -(2.20,88 + 22,42) - 10.(7,3 + 2,4 - 4,74 - 7,5) = -38,78 T b- Phân phối Q cho mố và bản đáy: - Xác định vị trí trục trung hoà: y0 = = = 3,05 m đ S = 4.1..5,152 = 53,045 (m3) Sc = -1.10.(2,05 + 0,5) = -25,5 (m3) A1 = .5,15.53,045 + .2,05.(53,045 + 25,5) = 217,1 A2 = = 12,75 Phân phối Q cho mố và bản đáy: Qm = Q. = 38,78. = 36,63 T Qđ = Q - Qm = 38,78 - 36,63 = 2,15 T Phân Qm cho các mố theo tỷ lệ diện tích: P''k1 = = = 9,16 T P''k2 = = = 18,31 T Phân Qđ đều cho bản đáy: q4 = = 0,215 T/m 4- Tải trọng bên: - Phạm vi đào đắp: hđ = 9,2 m. - Tải trọng đứng: S = gđ.hđ.b = (1,86 - 1).9,2.1 = 7,912 T/m. - Mô men do áp lực đất nằm ngang gây ra: Mđ = E.yđ.1 = .g.h2.tg2(450 - ..1 = .0,86.9,22.tg2(450 - ). = 58,92 T.m. Tổ