Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van đề lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lương của dòng chảy lớn, dòng chảy ở ngay sau cửa van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước nhảy. Do đó cần tính toán để:
- Kiểm tra nước nhảy có ở trong cống không. Thường với các mực nước cao ở thượng lưu cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn với mực nước thấp ở hạ lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng của dòng chảy không lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể
- Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu
28 trang |
Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 9793 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế cống ngầm cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
THIẾT KẾ CỐNG NGẦM
MÃ ĐỀ: 56
TÀI LIỆU CHO TRƯỚC
Nhiệm vụ công trình
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau:
Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái và phục vụ du lịch.
Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối:
Một đập chính ngăn sông.
Một đường tràn tháo lũ.
Một công đặt dưới đập để lấy nước.
Tóm tắt một số tài liệu cơ bản:
Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập.
Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng sông cho ở bảng 1.Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5¸ 1m.
Vật liệu xây dựng:
Đất: xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m3, cự ly 800m); B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m3, cự ly 1km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1. Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm.
Đá: khai thác ở vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lí : = 23o; n = 0,35(của đống đá); gk = 2,5 T/m3
Cát, sỏi: khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc. Cấp phối như ở bảng 2.
Bảng 1- Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liêu đắp đập
Chỉ tiêu
Loại
Hệ số
rỗng n
Độ ẩm
W(%)
j (độ)
C (T/m2)
gk
(T/m3)
k
(m/s)
Tự
nhiên
Bão
hoà
Tự
nhiên
Bão
hoà
Đất đắp đập
(chế bị)
0,35
20
23
20
3,0
2,4
1,62
10-5
Sét (chế bị)
0,42
22
17
13
5,0
3,0
1,58
4.10-9
Cát
0,40
18
30
27
0
0
1,60
10-4
Đất nền
0,39
24
26
22
1,0
0,7
1,59
10-6
Bảng 2- Cấp phối của các vật liệu đắp đập
d (mm)
Loại
d10
d50
d60
Đất thịt pha cát
0,005
0,05
0,08
Cát
0,05
0,35
0,4
Sỏi
0,50
3,00
5,00
4. Đặc trưng hồ chứa:
- Mực nước dâng bình thường: 31.4 m.
- Mực nước chết: 11.4m
- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m.
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%:
P%
2
3
5
20
30
50
V(m/s)
32
30
26
17
14
12
Đề số
Đặc trưng hồ chứa
Mực nước hạ lưu(m)
Q cống (m3/s)
MN đầu kênh (m)
D(km)
MNC (m)
MNDBT (m)
Bình thường
Max
Khi MNC (Qtk)
Khi MNDBT
56-A
3.1
11.4
31.4
7.7
9.2
4
3.5
11.05
5- Tài liệu thiết kế cống:
- Lưu lượng thiết kế lấy ứng với MNDBT: Qcống = 3,5 m3/s và MNC Qtk = 4 m3/s.
- Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Zkt = 11.05 m.
- Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025:độ dốc đáy i = (35).10-4
NỘI DUNG THIẾT KẾ
Những vấn để chung
Nhiệm vụ, cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế
Nhiệm vụ
Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác
Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân
Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch
Cấp công trình
Theo nhiệm vụ công trình: theo bảng 2.1 TCXDVN 285-2002 thì cấp công trình là cấp III
Theo chiều cao công trình:
=MNLTK + 3m = MNDBT + 6m = 31.4 + 6 = 37.4m
Theo bảng 2.2 TCXDVN 285-2002 thì cấp công trình là cấp II
Vậy cấp thiết kế của công trình là cấp II
Chỉ tiêu thiết kế
Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau:
Tần suất mực nước lớn nhất trong hồ: P = 0.5%
Tần suất gió lớn nhất: Pg = 20%
Hệ số tin cậy: kn = 1.2
Chọn tuyến và hình thức cống
Tuyến cống:
Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất nền và quan hệ với các công trình khác. Ở đây vì đường tràn đổ sang lưu vực khác nên có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được.
Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý:
- Vì tầng phủ khá dầy nên ta đặt cống trên nền đất.
- Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bùn cát lắng đọng và thấp hơn mực nước chết trong hồ.
Hình thức cống
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp.
- Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật.
- Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống.
Sơ bộ bố trí cống
Cao trình đỉnh đập: Ñđđ = +37.4(m)
Bề rộng đỉnh đập: B = 5m
Chiều cao đập: H = 37.4 – 2.5 = 34.9 m
Độ dốc:
Mái thượng lưu m1=3,5
Mái hạ lưu m2 = 3
Phía dưới cơ đập độ dốc m3= 3,25
Cơ đập: bố trí cơ đập phía hạ lưu ở cao trình + 27.4m rộng 3m
Căn cứ vào việc chọn tuyến cống như trên sơ bộ trọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1.4m. Vậy cao trình đáy cống là +10m và vị trí tháp cống ở giữa mái thượng lưu đập. Sơ bộ ta có: L = 189m
Thiết kế kênh hạ lưu cống
Thiết kế mặt cắt kênh
Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng Q = 4 m3/s
Chọn sơ bộ
Độ dốc đáy kênh: i=0.0002
Độ nhám lòng kênh: n=0.025
Hệ số mái kênh: m=1.5
Xác định bề rộng đáy kênh và chiều sâu nước trong kênh
Sơ bộ xác định vận tốc không xói
VKX = KQ0.1 = 0,53.40.1 = 0.61 m/s
Chiều sâu nước theo công thức kinh nghiệm:
Bán kính thủy lực lợi nhất:
Tra phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực ta được: => b=3.78m
Kiểm tra điều kiện: => Không thỏa mãn điều kiện.
Chọn lại b = 2.5m =>
Tra phụ lục ta được: => h=1.5
Kiểm tra điều kiện: thỏa mãn điều kiện
Vậy sơ bộ chọn: b = 2,5m và h = 1,5m
Kiểm tra điều kiện không xói
Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế:
Vmax < VKX
Trong đó Vmax: lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng
Qmax = KQ = 1,2.4 = 4,8 m3/s
Tra phụ lục => => h=1.69m
Diện tích mặt cắt ướt tương ứng với chiều sâu h:
=> thỏa mãn điều kiện
Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng
Tính toán theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta có:
Ứng với MNDBT: Q = 3.5m3/s
Tra phụ lục => => h=1.45m
Ứng với MNC: Q = 4m3/s => h = 1.5m
Thiết kế khẩu diện cống
Trường hợp tính toán
Khẩu diện cống tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nỏ và hạ lưu lấy với lượng nước tương đối lớn. thường tính với trường hợp mực nước chết (MNC) ở thương lưu còn hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới
Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu:
[DZ] = MNC - Zđk = 11,4 – 11.05 = 0,35 (m)
Lúc này để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán như hình vẽ:
Trong đó:
Z1 _ Tổn thất cột nước đầu vào.
Zp _ Tổn thất do khe phai.
Zl _ Tổn thất qua lưới chắn rác.
Zv _ Tổn thất qua tháp van.
Z2 _Tổn thất ở cửa ra.
Tính bề rộng cống bc
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Qtk khi chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu [DZ] đã khống chế tức phải đảm bảo điều kiện:
Trong đó:
Ở đây: i – độ dốc dọc cống, L – tổng chiều dài cống
Trị số bc được tính bằng phương pháp thử đúng dẫn hay phương pháp đồ thị. Các bước thực hiện: Giả thiết bc, tính toán các tổn thất thủy lực, lập bảng và lựa chọn bc.
Với mỗi giá trị bc, các tổn thất được tính như sau:
Tổn thất cửa ra
Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. Khi đó:
Trong đó:
+ Q = 4 m3/s
+ b: chiều rộng cuối bể tiêu năng, chọn bằng bề rộng kênh; b=2.5m
+ hh: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng Q = 4m3/s, hh=1.5m
+: hệ số lưu tốc, =0.96
+ V: lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng, giả thiết chiều sâu bể d=1m
Tổn thất dọc đường từ cửa ra đến tháp van
Coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu:
h1 = hh+Z2 = 1,5 + 0,042 = 1,542m.
Khi đó tổn thất được xác định bằng công thức: iL2 với i là độ dốc dọc cống, L là chiều dài cống đoạn từ cửa ra đến tháp van; L2=141m.
Độ dốc dọc cống được xác định như sau:
Trong đó tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc và chiều sâu h1
Chọn hệ số nhám của cống n=0,017
Tổn thất cục bộ qua tháp van
Do khoảng cách từ tháp van đến cửa ra xấp xỉ bằng chiều dài cống, vì vậy ta có thể lấy chiều sâu cột nước ngay sau cửa van là:
hv=h1+iL2
Trong đó:
hệ số tổn thất do van, =0,2
với hv=h1+iL2
Tổn thất dọc đường từ tháp van đến lưới chắn rác
Tổn thất được xác định bằng công thức: iL1 với
Trong đó tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc và chiều sâu h2=hv+Zv+iL2 và L1=48m
Tổn thất cục bộ qua lưới chắn rác
Zl = xl.
Trong đó: + : Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác = 0,2
+ Vl = = = .
Tổn thất cục bộ qua khe phai
Vì ta bố trí 2 khe phai nên:
Zp = 2.xp.
Trong đó: + : hệ số tổn thất qua một khe phai, = 0,1.
+ Vp = = = .
Với hp = hv+Zv+i.L1+Zl
Tổn thất cửa vào
Trong đó:
+j và e: Hệ số lưu tốc và hệ số co hẹp bên ở cửa vào. e = 0,98.
Tra phụ lục 14-8(Các bảng tính thủy lực)được m=0,36.
Tra bảng 12QP.TL.C-8 -76(trang 43) với m=0,36 được j=0,96.
+w1: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào. w1 = bc.h
ứng với: h = hp + Zp = h1+Zv+Zl+Zp+i.L
V0: Lưu tốc tới gần: V0 = . Với w=bc.h1
Bảng tính:
TT
bc
Z2
R
F
C
iL2
Zv
iL1
Z1
Zp
Z1
∑Z
1
1
0.042
0.378
1.542
30.729
1.005
0.050
0.105
0.022
0.011
0.019
1.255
2
1.1
0.042
0.405
1.696
32.221
0.755
0.051
0.098
0.023
0.011
0.019
0.999
3
1.2
0.042
0.432
1.850
33.612
0.583
0.050
0.089
0.022
0.011
0.019
0.816
4
1.3
0.042
0.457
2.005
34.913
0.461
0.048
0.080
0.021
0.010
0.018
0.681
5
1.4
0.042
0.481
2.159
36.134
0.371
0.045
0.071
0.020
0.010
0.017
0.577
6
1.5
0.042
0.505
2.313
37.283
0.303
0.043
0.063
0.019
0.009
0.016
0.496
7
1.6
0.042
0.527
2.467
38.366
0.252
0.040
0.056
0.018
0.009
0.015
0.432
8
1.7
0.042
0.548
2.621
39.389
0.212
0.037
0.050
0.017
0.008
0.014
0.379
9
1.8
0.042
0.568
2.776
40.359
0.180
0.034
0.044
0.016
0.008
0.013
0.337
10
1.9
0.042
0.588
2.930
41.279
0.154
0.031
0.040
0.014
0.007
0.013
0.301
11
2
0.042
0.607
3.084
42.153
0.133
0.029
0.035
0.013
0.007
0.012
0.272
12
2.1
0.042
0.625
3.238
42.984
0.116
0.027
0.032
0.013
0.006
0.011
0.247
13
2.2
0.042
0.642
3.392
43.777
0.102
0.025
0.028
0.012
0.006
0.010
0.225
14
2.3
0.042
0.659
3.547
44.534
0.090
0.023
0.026
0.011
0.005
0.009
0.207
15
2.4
0.042
0.675
3.701
45.257
0.080
0.022
0.023
0.010
0.005
0.009
0.191
16
2.5
0.042
0.690
3.855
45.948
0.072
0.020
0.021
0.010
0.005
0.008
0.178
Biểu đồ quan hệ ∑Z - bc
Chọn bề rộng cống b=2m
Xác định cao trình cống và cao trình đặt cống
Chiều cao mặt cắt cống
hc=h1+
Với h1=1.542m, là độ lưu không, chọn bằng 0.958m -> hc=2.5m.
Cao trình đáy cống cửa vào
Zv=MNC-h-Zi
Trong đó:Zi=0.325-0.042=0.283
h là độ sâu dòng đều khi tháo cống với lưu lượng Q=4m3/s
=> Tra bảng thủy lực =>
=> h=1.452m
=> Zv=11.4-0.283-1.452 = 9,665. Chọn cao trình cửa vào Zv = 9,6m
Cao trình đáy cống cửa ra:
Zr=Zv-iL=9.6-0.184-0.045=9.37
Vậy đặt Zr=9,3m, cao trình đáy kênh trùng với cao trình đáy cống. Khi đó chiều dài của cống là L = 176m, chiều dài trước van L1 = 49m, chiều dài sau van L2=127m. Độ dốc đáy i=0.0002
Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng
Trường hợp tính toán:
Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van đề lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lương của dòng chảy lớn, dòng chảy ở ngay sau cửa van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước nhảy. Do đó cần tính toán để:
Kiểm tra nước nhảy có ở trong cống không. Thường với các mực nước cao ở thượng lưu cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn với mực nước thấp ở hạ lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng của dòng chảy không lớn nên mức đọ rung động nguy hiểm không đáng kể
Xác đinh chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu
Hình 2: Sơ đồ tính toán thủy lực khi mực nước cao ở thượng lưu
Xác định độ mở cống
Tính theo sơ đò chảy tự do qua lỗ
Q = j.α.a.bc.
Trong đó: - Q = 3,5 m3/s là lưu lượng cần lấy qua cống ứng với MNDBT.
- j: hệ số lưu tốc, lấy j = 0,95.
- α: hệ số co hẹp đứng.
- H: cột nước tính toán trước cửa van:
H = H0 - hw = 21,8 – 0.047 = 21,753m. Trong đó:
+ H0 = H + = MNDBT - Ñđc += 31,4– 9,6 = 21,8(m).
(Vì cột nước H cao và cửa vào thuận nên bỏ qua).
+ hw: tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van:
hw = Z1+ Zl + Zp + i.L1
= 0,014+0,008+0,016+0,0002.49=0,047 m.
Hệ số co hẹp đứng a phụ thuộc tỷ số a/H, có thể xác định a bằng cách sử dụng bảng quan hệ của Jucốpxki như sau:
=
®Tra bảng 15-1 có: tc = 0,004® hc = tc.H = 0,004.21,753= 0,087 (m)
Tra bảng 16-1 có: = 0,611
a =0,0065.21,753=0,14 m.
® Q* = 0,95.0,611.0,14.2.=3,36 m3/s
DQ = .100% = .100% = 4,2% < 5%
Vậy: Giá trị ε = 0,611 và a = 0,14 (m) xác định ở trên có thể chấp nhận được.
Kiểm tra nước nhảy trong cống
Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr
Định tính: cần xác định hc, ho, hk
Độ sâu co hẹp sau van: hc=α.a=0,611.0,14=0,085 (m)
Độ sâu phân giới: hk = = = 0,678 (m)
Độ sâu dòng đều ho tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực
Với i=0.0002
=> Tra bảng thủy lực =>
=> ho=2,26m
Có hc phía sau tháp van là đường nước dâng
Định lượng
Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ về cuối cống. Mặt cắt co hẹp cách cửa van một khoảng 1,4a = 1,4.0,14 = 0,196m
Có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương pháp này thì khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết là:
D L =
Với: + i=0,0002,
+
,
Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước, tính với chiều dài sau van là
L=131- 0,196 = 130,804m
Bảng tính toán đường mặt nước trong cống:
TT
h
b
V
V2/2g
E
∆E
R
C.R1/2
J
Jtb
i -Jtb
∆L
∑L
1
0.085
2
0.17
20.588
21.604
21.689
0.078
10.770
3.654
2
0.135
2
0.27
12.963
8.565
8.700
-12.990
0.119
14.227
0.830
2.242
-2.242
5.793
5.793
3
0.185
2
0.37
9.459
4.561
4.746
-3.954
0.156
17.055
0.308
0.569
-0.569
6.952
12.746
4
0.235
2
0.47
7.447
2.826
3.061
-1.684
0.190
19.460
0.146
0.227
-0.227
7.425
20.171
5
0.285
2
0.57
6.140
1.922
2.207
-0.855
0.222
21.553
0.081
0.114
-0.114
7.524
27.695
6
0.335
2
0.67
5.224
1.391
1.726
-0.481
0.251
23.402
0.050
0.065
-0.065
7.364
35.059
7
0.385
2
0.77
4.545
1.053
1.438
-0.288
0.278
25.055
0.033
0.041
-0.041
6.991
42.050
8
0.435
2
0.87
4.023
0.825
1.260
-0.178
0.303
26.545
0.023
0.028
-0.028
6.423
48.473
9
0.485
2
0.97
3.608
0.664
1.149
-0.111
0.327
27.897
0.017
0.020
-0.020
5.665
54.138
10
0.535
2
1.07
3.271
0.545
1.080
-0.068
0.349
29.133
0.013
0.015
-0.014
4.716
58.854
11
0.585
2
1.17
2.991
0.456
1.041
-0.039
0.369
30.267
0.010
0.011
-0.011
3.571
62.425
12
0.635
2
1.27
2.756
0.387
1.022
-0.019
0.388
31.313
0.008
0.009
-0.009
2.220
64.646
13
0.678
2
1.356
2.581
0.340
1.018
-0.005
0.404
32.150
0.006
0.007
-0.007
0.659
65.305
Ta thấy với chiều dài L=65,305m chiều cao dòng nước h = 0,768 = hk => có nước nhảy ở trong cống.
Tại cửa ra không bố trí bậc nên sau nước nhảy là dòng chảy đều ho=2,26m và hn=1,5m > hk => hr =1,5m
Xác định vị trí nước nhảy:
Vận dụng lý thuyết về sự nối tiếp, trước nước nhảy là đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt (I-I) có độ sâu h’. Sau nước nhảy là dòng chảy êm theo đường nước hạ b1 bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu h’’ đến mặt cắt cửa ra có độ sâu hr
Cách xác định vị trí nước nhảy:
+ Vẽ đường nước dâng CI: Bắt đầu từ mặt cắt co hẹp (c-c) có độ sâu hc đến mắt cắt (I-I) có độ sâu h’
+ Vẽ đường e-e có độ sâu liên hiệp với đường CI: bằng cách lấy từng điểm trên CI (độ sâu tương ứng h’) và tính độ sâu liên hiệp của từng điểm đó
+ Lùi đường (e-e) về phía hạ lưu một đoạn bằng chiều dài nước nhảy tương ứng ln=4,5h’’ ta được đường (f-f)
Lập bảng tính theo công thức:
; X = ln + L
Trong đó: + L: giá trị lấy từ bảng tính đường mặt nước trong cống
+ l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến măt cắt (I-I) có độ sâu trước nước nhảy tương ứng
+ L+ln: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp c-c đến mặt cắt (II-II) có độ sâu sau nước nhảy
Hình 7-3: Sơ đồ tính toán nước nhảy trong cống
II
II
a
hh
ln
Bảng tính đường mặt nước (e-e) và (f-f)
h'
L
h''
Ln
X
0.085
0
2.428
12.006
12.006
0.135
5.793
2.084
9.379
15.172
0.185
12.746
1.747
7.861
20.607
0.235
20.171
1.517
6.825
26.996
0.285
27.695
1.344
6.050
33.745
0.335
35.059
1.208
5.436
40.495
0.385
42.050
1.095
4.929
46.979
0.435
48.473
1.000
4.501
52.973
0.485
54.138
0.918
4.130
58.268
0.535
58.854
0.845
3.804
62.659
0.585
62.425
0.781
3.515
65.941
0.635
64.646
0.724
3.257
67.902
0.678
65.305
0.679
3.054
68.359
Ta thấy, độ sâu lớn nhất là 2.428m nước nhảy không chạm trần cống.
Vẽ đường nước đổ bI trong cống: Sau nước nhảy bắt đầu từ mặt cắt II-II có độ sâu liên hiệp h’’ và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr = 1,5m và vẽ ngược lên thượng lưu.
Đường nước đổ bI về phía hạ lưu xuất phát từ độ sâu hh của kênh ngay tại cửa ra của cống h=1,5m, tính với hmax=h’’ = 2,428 là độ sâu liên hiệp của hc. Lập bảng tính theo phương phá cộng trực tiếp với L=130,804 là đoạn tính từ mặt cắt co hẹp (c-c) tới cuối cống. Kết quả tính như sau:
TT
h
b
w
V
V2/2g
E
DE
R
C.R1/2
J
Jtb
i -Jtb
D L
SL
X
1
1.5
2
3
1.167
0.069
1.569
0.600
41.846
0.001
130.804
2
1.497
2
2.994
1.169
0.070
1.567
-0.003
0.600
41.823
0.001
0.001
-0.001
4.698
4.698
126.106
3
1.494
2
2.988
1.171
0.070
1.564
-0.003
0.599
41.801
0.001
0.001
-0.001
4.664
9.362
116.744
4
1.491
2
2.982
1.174
0.070
1.561
-0.003
0.599
41.779
0.001
0.001
-0.001
4.629
13.991
102.753
5
1.488
2
2.976
1.176
0.070
1.558
-0.003
0.598
41.756
0.001
0.001
-0.001
4.595
18.585
84.167
6
1.485
2
2.97
1.178
0.071
1.556
-0.003
0.598
41.733
0.001
0.001
-0.001
4.560
23.146
61.022
7
1.483
2
2.966
1.180
0.071
1.554
-0.002
0.597
41.718
0.001
0.001
-0.001
3.021
26.167
34.855
8
1.477
2
2.9544
1.185
0.072
1.549
-0.005
0.596
41.674
0.001
0.001
-0.001
8.677
34.844
0.011
Chọn cấu tạo cống:
Cửa vào, cửa ra
Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu. Thường bố trí tường hướng dòng theo hình thức mở rộng dần. Góc chum của hai tường hướng dòng ở cửa vào là 20o, ở cửa ra là 10o để tránh hiện tượng tách dòng. Các tường cánh làm hạ thấp dần theo mái.
Hình 3: Bố trí mặt bằng cửa vào
Hình 3: Bố trí mặt bằng cửa vào
Thân cống
Mặt cắt
Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lưc, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo:
Trong đó: H là cột nước lớn nhất; H=MNDBT - ∆dc=31,4-9,6=21,8m
là gradien thấm cho phép của vật liệu. Với bê tông cốt thép thông thường =15
Do quá dày nên chọn t=0,5m.
Khi chế tạo có sử dụng phụ gia chống thấm
và được tính chính xác sau khi
tính toán kết cấu.
Hình 4: Mặt cắt thân cống
Phân đoạn cống
Do cống có chiều dài lớn nên cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lun không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, chọn bằng 10m
Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước. thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo như hình 5:
a. Tấm nối đứng
b. Tấm nối ngang
1: Bao tải tẩm nhựa đường. 4: Tấm kim loại phẳng.
2: Nhựa đường. 5: Vữa đổ sau.
3: Tấm kim loại hình W.
Hình 5: Khớp nối thân cống.
Nối tiếp thân cống với nền
Cống hộp có thể đổ trực tiếp lên nền hoặc trên lớp bê tông lót dày 10÷15cm. Khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy để hạn chế áp suất đáy móng. Ở đây ta đổ 1 lớp bê tông lót dày 10cm ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền
Nối tiếp thân cống với đập
Dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày 0,5m. Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất được tốt hơn
Tháp van
Vị trí tháp van nằm ở khoảng giữa mái thượng lưu và kiểm tra nó thông qua tính toán thủy lực cống.
Trong tháp van bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi khi cần thiết
Mặt cắt ngang tháp van thường làm dạng chữ nhật, làm bằng BTCT. Chiều dày thành được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường làm tháp có chiều dày thay đổi theo sự thay đổi áp lực ngoài
Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập hoặc bờ.
Tính toán kết cấu cống
Mục đích tính toán
Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn.
Trường hợp tính toán
Cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác nhau
Khi mới thi công xong, cống chưa có nước
Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước
Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng
Khi có lực động đất ….
Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập), cho một trường hợp: Khi thượng lưu là MNDBT, cống đóng.
Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống hộp, tính cho 1 mét dài)
Sơ đồ các lực tác dụng lên trần cống
Áp lực đất
Trên đỉnh
q1 = k. å gi.Zi
Trong đó:
- Zi: chiều dày các lớp đất đắp trên đỉnh cống.
- gi: dung trọng các lớp đất đắp trên đỉnh cống.
- k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống: k = , tra bảng với loại đất nền là cát trung bình , đất thịt chặt vừa, sét dẻo, cống đặt trên nền đất và ta được: k = 1,25.
Với: + H: khoảng cách từ đỉnh cống đến mặt đất đắp:
H = 37,4 – 9,45 – 3 = 25,05 (m).
+ B: bề rộng mặt cắt cống; B = 3m
Vậy trên đỉnh cống có 2 loại đất:
Lớp đất trên đường bão hòa:
+ Z1 =
+ g1 = γk.(1 + ω) = 1,62.(1+ 0,2) = 1,944 (T/m3 ).
Lớp đất dưới đường bão hòa:
+ Z2 = 16,7m
+ g2 = γđn = 1,944 – 1= 0,944(T/m3 ).
Lớp đất sét nện chặt :
+ Z = 0,5(m).
+ g = γk.(1 + ω) = 1,58.(1+ 0,22) = 1,93 (T/m3 ) γđn = 1,93- 1 = 0,93(T/m3 )
q1 = 1,25.(1,944.8,35+0,944.16,7+0,93.0,5 = 40,58 (T/m).
Hai bên
Biểu đồ áp lực có dạng hình thang
p1 = q1. tg2(45o - )
p1’ = q1’. tg2(45o - )
q1’ = q1 + gđ. H = 40,58 +0,944.3,5=43,88 (T/m).
Với gđ là dung trọng đẩy nổi của đất đắp đập, do đất bên thành cống dưới đường bão hòa, H là chiều cao mặt cắt cống. H = 2,5+2.0,5 =3,5(m).
® p1 = 40,58.tg2(45o - ) = 20 (T/m).
p1’ = 43,88. tg2(45o - ) = 21,51 (T/m).
Áp lực nước
Áp lực nước gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống. Áp lực nước ngoài cống tác dụng ở trên đỉnh, hai bên và dưới đáy cống. Áp lực nước bên trong tác dụng ở hai bên và trên đáy cống. Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thủy tĩnh.
Trên đỉnh
q2 = gn.Z2 = 1.16,7= 16,7(T/m)
Hai bên
p2 = gn. Z2 = 1.16,7=16,7 (T/m).
p2’ = gn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m).
Dưới đáy
q3= gn.(Z2+H) = 1.(16,7+3,5) = 20,2(T/m).
Trọng lượng bản thân
Tấm nắp
q4 = gb.tn = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m).
Tấm bên
q5 = gb.tb = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m).
Tấm đáy
q6 = gb.tđ = 2,4.0,5 = 1,2 (T/m).
Phản lực nền
Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống, thường phân bố không đều, song khi tính toán xem gần đúng là phân bố đều. Khi đó phản lực nền r được tính như sau:
r = q1 + q2 + q4 + q6 - q3 + 2.q5.
= 40,58+16,7+1,2+1,2-20,2+2.1,2.
= 41,48 (T/m)
Sơ đồ lực cuối cùng trong trường hợp cống không có nước
Các lực thẳng đứng
Phân bố trên đỉnh
q = q1 + q2 + q4 = 40,58 + 16,7 + 1,2 = 58,48 (T/m)
Phân bố 2 bên thành
q5 = 1,2 (T/m)
Phân bố dưới đáy
qn = r - q6 + q3 = 41,48 – 1,2 + 20,2 =60,48 (T/m)
Các lực nằm ngang
Bộ phận đều:
p = p1 + p2 = 20 + 16,7 = 36,7 (T/m)
Bộ phận tuyến tính
Tại vị trí đáy:
pt = p1’ + p2’ - p1 - p2 = 21,51+ 20,2 – 20 – 16,7 = 5,01 (T/m)
Sơ đồ lực cuối cùng
Giá trị các lực:
Loại lực
Tên lực
Giá trị (T/m)
Lực thẳng đứng
Trên đỉnh
q
58,48
q1
40,58
q2
16,7
q4
1,2
Hai bên thành
q5
1,2
q5
1,2
Dưới đáy
qn
62,88
r
41,48
q6
1,2
q3
20,2
Lực nằm ngang
Phân bố đều
p
36,7
p1
20
p2
16,7
Tuyến tính
pt
5,01
p1'
21,51
p2'
20,2
Kết luận
Nội dung chính của đồ án gồm 6 phần:
Phần 1 : Những vấn đề chung.
Phần 2 : Thiết kế kênh hạ lưu.
Phần 3 : Tính khẩu diện cống.
Phần 4 : Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng.
Phần 5 : Chọn cấu tạo cống.
Phần 6 : Tính toán lực tác dụng lên cống và kết cấu cống.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 56.doc