Đồ án Thiết kế cống ngầm lấy nước dưới đập đất

Thiết kế Cống ngầm Lấy nước dưới đập đất Những vấn đề chung : Nhiệm vụ cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế : Nhiệm vụ : Căn cứ vào tài liệu đã cho, cống có các nhiệm vụ sau : - Cấp nước tưới cho 1650 ha ruộng đất canh tác. - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân. Cấp công trình : Xác định theo 2 điều kiện : - Theo nhiệm vụ ị Công trình cấp IV. - Theo cấp chung của cả công trình đầu mối ta có : Từ Hđập = 45 m và địa chất lòng sông ị Công trình cấp II. Vậy cấp của cả công trình đầu mối là cấp II. Các chỉ tiêu thiết kế : Tần suất mực nước lớn nhất : P% = 0,5; Hệ số tin cậy : Kn = 1.2; Tần suất gió lớn nhất : P = 2% (MNDBT) và P = 20% (MNDGC). Chọn tuyến và hình thức cống : Tuyến cống : Phụ thuộc vào vị trí khu tưới tự chảy, cao 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 đó việc đặt cống ở bờ nào chủ yếu phụ thuộc vào vị trí khu tưới và điều kiện địa chất. Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý : - Cố gắng đặt cống trên nền đá. Tuy nhiên khi tầng phủ đá dày thì cũng có thể đặt cống trên nền đất, khi đó không nên đặt nổi cống trên nền, mà phải có một độ chôn sâu nhất định. - 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 : Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đã có (xem phần đồ án thiết kế đập đất), sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định chiều dài cống (đoạn trước cửa van, đoạn sau cửa van), làm căn cứ cho việc tính toán thủy lực cống sau này. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, có thể chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC từ 1 1,5 m. Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thủy lực sau. Thiết kế kênh hạ lưu cống : Kênh hạ lưu được thiết kế trước để làm căn cứ cho việc tính toán thủy lực cống. Thiết kế mặt cắt kênh : Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng thiết kế Qtk = 3,9 m3/s, tức là lưu lượng lớn nhất (theo tài liệu đã cho). Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (trong đồ án này cho là đất cát pha), sơ bộ chọn được các chỉ tiêu sau : - Độ dốc đáy kênh (từ 1/3000 1/5000) : Chọn i = 1/5000; - Độ nhám lòng kênh n = 0,025; - Hệ số mái kênh m = 1,5. Tiếp theo cần xác định bề rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh (h). Có thể giải theo trình tự sau : - Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức : Vkx = KQ0,1 m/s. Trong đó : Q : Lưu lượng của kênh, Q = Qtk = 3,9 m3/s; K : Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha : K = 0,53. Thay số được : Vkx = 0,533,90,1 = 0,61 m/s. - Sơ bộ định chiều sâu h theo công thức : h = = = 1,27 m. - Từ Q, h, xác định b theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực : Tính các thông số : f(Rln) = = = 0,0305. ị Rln = 0,928 ị b = 4,03 m ị = = 3,17 ẻ (25) ị Như vậy b, h đã tìm được là hợp lý. 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; Qmax = KQ = KQtk K : Hệ số phụ thuộc Q, có thể lấy K = 1,2; ị Qmax = 1,23,9 = 4,68 m3/s. Để xác định Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu h tương ứng trong kênh (Bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực) từ đó ta có ; Vmax = Với : w = (b + mh) h = (4,03 + 1,51,27) 1,27 = 7,534 m2; ị Vmax = = 0,62 m/s > Vkx = 0,602 m/s ị Chọn lại i và tính lại b,h Chọn b = 4 m, lây i = 0.00015 ị h = 1,376 m, w = 8,347 m2 ị = = 2,9 ẻ (25) ị Như vậy b, h đã tìm được là hợp lý. ị Vmax = = 0,56 m/s < Vkx = 0,602 m/s ị b, h thoả mãn Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng : Trong tài liệu cho một số cấp lưu lượng để tính toán cống với các trường hợp khác nhau. ứng với mỗi cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng đều tương ứng trong kênh, tức là xác định quan hệ Q~h. Bài toán này có thể giải theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực, Trong đồ án này cho hai cấp lưu lượng : - Khi MNC : Q = Qtk = 3,9 m3/s; - Khi MNDBT : Q = 3,3 m3/s. Với Q = 3,3 m3/s và b = 4 m ta tìm được h =1,258 m. Tính khẩu diện cống : Trường hợp tính toán : Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy nước tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Zkc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi đó sẽ là : [DZ] = MNC - Zkc = 69,5 – 69,33 = 0,17 m. Lúc này để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán như hình Trong đó : Z1 : Tổn thất cột nước cửa vào; Zp : Tổn thất do khe phai (nếu có); Zl : Tổn thất qua lưới chắn rác; Zv : Tổn thất qua tháp van; Z2 : Tổn thất cột nước cửa ra. Tính bề rộng cống bc : Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [DZ] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện : ồZi Ê [Z] Trong đó : ồZi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL i : Độ dốc dọc cống; L : Tổng chiều dài cống; Tổn thất cửa ra : Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu như sơ dồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đó : Z2 = Trong đó b : Bề rộng ở cuối bể tiêu năng, b = bkênh = 4 m; hh : Chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Qtk ; jn : Hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập), lấy jn = 0,96; Vb : Lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng được tính như sau : Ta giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 m hh = h0 = 1,187 m. ứng với Qtk = 3,9 m3/s. Vb = ,với w = b.hb , hb = d + h, Vb = = 0,52 m/s. Z2 = = 1,4.10-2 Tổn thất dọc đường : Coi dòng chảy trong cống là dòng chảy đều với độ sâu là hl hl = hh + Z2 = 1,376 + 1,4.10-2 = 1,362 m. Khi đó tổn thất dọc đường là i.L với i là độ sâu dốc cống xác định theo công thức : i = w = b.c.hl ; c = L = 198 m; n = 0,01. Tổn thất do tháp van : Chiều sâu cột nước ngay sau cửa van là : hv = h1 + i.L’, với L’ = 144 m Từ đó tính được tổn thất qua van là : Zv = Chọn xv = 0,2; Vv = = Tổn thất qua lưới chắn rác : Z1 = , hl = h1 + i.L + Zv, Vl = = Tổn thất qua phai: Zp = , hp = hl + Zl, Vp = = , xv = 0,2 Tổn thất tại cửa vào : Từ công thức Q = jn . bc . h1 . Zl = jn = 0,95; e = 0,62; h1 = hp + zp Thay số vao các công thức trên ta có kết quả tính khẩu diện cống bgt Z2 wc R c iL hv Vv Zv hl Vl Zl hp Vp Zp h'1 Z1 SZ 3.10 0.014 4.31 0.73 95.0 0.033 1.41 0.89 0.008 1.43 0.88 0.004 1.44 0.88 0.008 1.44 0.112 0.179 3.11 0.014 4.32 0.73 95.0 0.033 1.41 0.89 0.008 1.43 0.88 0.004 1.44 0.87 0.008 1.44 0.111 0.178 3.12 0.014 4.34 0.74 95.0 0.033 1.41 0.88 0.008 1.43 0.87 0.004 1.43 0.87 0.008 1.44 0.110 0.177 3.13 0.014 4.35 0.74 95.0 0.033 1.41 0.88 0.008 1.43 0.87 0.004 1.43 0.87 0.008 1.44 0.110 0.176 3.14 0.014 4.36 0.74 95.0 0.032 1.41 0.88 0.008 1.43 0.87 0.004 1.43 0.87 0.008 1.44 0.109 0.175 3.15 0.014 4.38 0.74 95.1 0.032 1.41 0.88 0.008 1.43 0.87 0.004 1.43 0.86 0.008 1.44 0.108 0.174 3.16 0.014 4.39 0.74 95.1 0.032 1.41 0.87 0.008 1.43 0.86 0.004 1.43 0.86 0.008 1.44 0.108 0.173 3.17 0.014 4.41 0.74 95.1 0.031 1.41 0.87 0.008 1.43 0.86 0.004 1.43 0.86 0.008 1.44 0.107 0.171 3.18 0.014 4.42 0.74 95.1 0.031 1.41 0.87 0.008 1.43 0.86 0.004 1.43 0.86 0.007 1.44 0.107 0.170 3.19 0.014 4.43 0.74 95.2 0.031 1.41 0.87 0.008 1.43 0.86 0.004 1.43 0.85 0.007 1.44 0.106 0.169 3.20 0.014 4.45 0.74 95.2 0.030 1.41 0.86 0.008 1.43 0.85 0.004 1.43 0.85 0.007 1.44 0.105 0.168 Trên bảng ứng với [DZ] = 0,17 m ị bc = 3,17 m ị chọn bc = 3,2 m. Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống : 1/ Chiều cao đặt cống : Hc = h1 + D Trong đó : h1 = 1,362 D : Độ lưu không chọn từ 0,5 á 1 m, ở đây chọn D = 0,6 m. ị Hc = 1,362 + 0,6 = 1,922 m ị chọn Hc = 2 m 2/ Cao trình đặt cống : Cao trình đáy cống cửa vào: Zv = MNC - h1 - SZi = 69,5 - 1,362 - 0,124 = 68 m Cao trình đáy cống cửa ra: Zr = Zv - i L = 68 - 0,03 = 67,97 m 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 để lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lượng dòng chảy lớn dòng chảy ở ngay sau cửa van thường là dòng chảy xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua nước chảy. Do đó cần tính toán để : Kiểm tra xem mức nước nhảy có xảy ra trong cống không. Thường với mực nước thượng lưu cao, cần khống chế cho mực nước trong cống để tránh rung động bất lợi. Còn đối với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước chảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể. Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước chảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở ở bờ kênh hạ lưu. Trong phần đề ra đã giới hạn việc tính toán cho hai trường hợp mực nước cao với các lưu lượng tương ứng. Sơ đồ tính toán cho các trường hợp này như hình vẽ sau. ở bài này tính với trường hợp là MNDBT, tương ứng với lưu lượng Q. Xác định độ mở cống : Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ Q = Trong đó : j : Hệ số lưu tốc lấy j = 0,95; a : Hệ số co hẹp đứng lấy a = 0,611 H0’ : Cột nước tính toán trước cửa vào đến vị trí của van; H0’ = H0 - hw ; H0 = ; V0 = 0 ị H0 = H ị H0’ = H - hw Mà : H = MNDBT - ẹđáy cống = MNDBT - Zv = 89 - 68 = 21 m ị H0’ = 21 - 0,114 = 20,886 m, (Với hw = 0,114 m). Hệ số co hẹp đứng a = fcó thẻ xác định a bằng phương pháp sử dụng bảng hệ của Jalôxki : Tính F(tc) = = = 1,14.10-2 Như vậy ta thấy F(tc) < 0,264 Sử dụng bảng 15-1 tra được tc = 0,0026 và tra bảng 16 - 1 được : a = e = 0,611 ị a = = = 0,089 m Tính lại e và a tương ứng đã chọn : Q = = = 3,34 m3/s; Ta thấy : DQ = = 0,012 = 1,2% ị DQ < 5% . Chấp nhận được. Kiểm tra nhảy trong cống : Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống h Định tính : - Độ sâu co hẹp sau van : hc = a.a = 0,611.0,089 = 0,054 m. - Độ sâu phân giới : hk = = 0,476 m (với q = = 1,03 m). - Độ sâu dòng đều h0 : Tính theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thủy lực : Với Q = 3,3 m3/s, bc = 3,2 m, i = 0.0001515, n = 0,01 ta tính được h0 = 1,11 m. So sánh 3 trị số vừa tìm được thấy : hc < hk < h0 . Vậy đường mặt nước sau van là đường nước dâng. Định lượng : Xuất phát từ mặt cắt co hẹp vẽ về mặt cắt cuối cống. Mặt cắt thường lấy cách cửa van một khoảng : l = 1,4.a = 1,4.0,089 = 0,1246 m. Để kiểm tra xem trong cống có xảy ra nước nhảy hay không ta lập bảng tính toán (trang bên). Ta có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước như đã lập ở bảng trang bên trước đó có độ sâu h1 , h2 sẽ là : Dl = Trong đó : D' = '2 - '1 ; '2 = ; '1= ; j = (j1 + j2)/2 ; j1 = ; j2 = Bảng tính toán hc w V ' c R C J Jtb i-Jtb DL SL 0.037 0.118 27.872 39.631 3.274 0.036 57.506 179.62 0.125 0.052 0.166 19.832 20.098 3.304 0.050 60.769 41.988 110.80 -110.8 0.176 0.301 0.067 0.214 15.392 12.142 3.334 0.064 63.296 14.299 28.143 -28.14 0.283 0.584 0.082 0.262 12.576 8.143 3.364 0.078 65.366 6.084 10.191 -10.19 0.392 0.976 0.097 0.310 10.631 5.858 3.394 0.091 67.123 2.999 4.542 -4.541 0.503 1.479 0.112 0.358 9.208 4.433 3.424 0.105 68.650 1.642 2.321 -2.320 0.614 2.093 0.127 0.406 8.120 3.488 3.454 0.118 70.001 0.972 1.307 -1.307 0.723 2.817 0.142 0.454 7.262 2.830 3.484 0.130 71.213 0.611 0.792 -0.792 0.831 3.647 0.157 0.502 6.568 2.356 3.514 0.143 72.312 0.404 0.508 -0.507 0.934 4.582 0.172 0.550 5.996 2.004 3.544 0.155 73.316 0.277 0.340 -0.340 1.034 5.616 0.187 0.598 5.515 1.737 3.574 0.167 74.240 0.197 0.237 -0.237 1.128 6.743 0.202 0.646 5.105 1.530 3.604 0.179 75.096 0.144 0.170 -0.170 1.215 7.958 0.217 0.694 4.752 1.368 3.634 0.191 75.893 0.107 0.126 -0.125 1.295 9.253 0.232 0.742 4.445 1.239 3.664 0.203 76.639 0.082 0.095 -0.095 1.365 10.618 0.247 0.790 4.175 1.135 3.694 0.214 77.338 0.064 0.073 -0.073 1.426 12.044 0.262 0.838 3.936 1.052 3.724 0.225 77.996 0.050 0.057 -0.057 1.476 13.520 0.277 0.886 3.723 0.983 3.754 0.236 78.618 0.040 0.045 -0.045 1.513 15.033 0.292 0.934 3.532 0.928 3.784 0.247 79.207 0.033 0.036 -0.036 1.536 16.569 0.307 0.982 3.359 0.882 3.814 0.258 79.766 0.027 0.030 -0.030 1.545 18.114 0.322 1.030 3.203 0.845 3.844 0.268 80.298 0.022 0.024 -0.024 1.537 19.652 0.337 1.078 3.060 0.814 3.874 0.278 80.805 0.019 0.020 -0.020 1.512 21.164 0.352 1.126 2.930 0.789 3.904 0.289 81.289 0.016 0.017 -0.017 1.468 22.632 0.367 1.174 2.810 0.769 3.934 0.299 81.752 0.013 0.014 -0.014 1.403 24.034 0.382 1.222 2.700 0.753 3.964 0.308 82.195 0.011 0.012 -0.012 1.316 25.350 0.397 1.270 2.598 0.741 3.994 0.318 82.621 0.010 0.011 -0.010 1.205 26.555 0.412 1.318 2.503 0.731 4.024 0.328 83.029 0.008 0.009 -0.009 1.069 27.624 0.427 1.366 2.415 0.724 4.054 0.337 83.422 0.007 0.008 -0.008 0.906 28.530 0.442 1.414 2.333 0.719 4.084 0.346 83.801 0.006 0.007 -0.007 0.714 29.245 0.457 1.462 2.257 0.717 4.114 0.355 84.165 0.006 0.006 -0.006 0.492 29.737 0.472 1.510 2.185 0.715 4.144 0.364 84.517 0.005 0.005 -0.005 0.237 29.974 0.487 1.558 2.118 0.716 4.174 0.373 84.857 0.004 0.005 -0.005 -0.05 29.921 ị Có nước nhảy trong cống do vậy bằng cach vẽ đượng mặt nước xuất phat tự mặt cắt c-c ta không xác định được độ sâu cuối cống hr, trong phạm vi đồ án này ta tạm lấy hr = hh = 1,376 m Tính độ sâu liên hiệp sau nước nhảy: F (tc) = = = 0,0113 ị tc” = 0,0944 ị hc” = tc”.Eo = 0,0944.21 = 1,9824 m < hcống ị chấp nhận nước nhảy trong cống, làm bể tiêu năng sau cửa ra cống. Tính toán tiêu năng : Chọn d = 0,5 m. E0 = Trong đó : hr ; Vr : Độ sâu lưu tốc bình quân của dòng chảy tại mắt cắt cuối cống. hr = hh = 1,376 m, ị wr = hr . bc = 1,376.3,2 = 4,403 m2, ị Vr = = = 0,749 m/s. ị E0 = = 1,9 m. Tính : F(tc) = = = 0,41 Tra bảng 15 - 1 BTTL với F(tc) = 0,41 và j = 0,95 được : t”c = 0,52 Vậy hc” = tc”. E0 = 0,52.1,9 = 0,988 m. Ta lấy d = 1,05 ị d. hc” = 1,05.0,988 = 1,04 m. ị hb = hh + d = 1,376 + 0,5 = 1,876 m. (Z2 nhỏ có thể bỏ qua) Như vậy hb = 1,876 m > d. hc” = 1,04 m ị thoả mãn. Chiều dài bể được tính theo công thức : Lb = L1 + b.Ln Trong đó : L1 : Chiều dài nước rơi, được tính như qua đập tràn đỉnh rộng; Lrơi = L1 = H0 = = = 1,4 m, p = d = 0,5 m. ị L1 = Lrơi = = 1,77 m. b : Hệ số lấy 0,7 á 0,8; Ln : Chiều dài nước nhảy, tính theo công thức gần đúng sau : Ln = 4,5. hc”= 4,5.0,988 = 4,446 m. Lb = L1 + b.Ln = 1,77 + 0,8.4,466 = 5,34 m ị Lấy Lb = 5,5 m. 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 hình thức mở rộng dần. Góc chụm của 2 tường hướng dòng ở cửa vao lấy khoảng 180 á 230 hoặc lớn hơn, ở đây lấy 200 . Góc chụm ở cửa ra không vượy quá 80 á 120 để tránh hiện tượng tách dòng, ở dây lấy bằng 100 . Các tường cách có thể làm thấp dần theo mái. Cờu tạo cửa ra cần kết hợp với vịec bố trí các thiết bị tiêu năng. Cuối bể tiêu năng cần có bộ phận chuyển tiếp ra kênh hạ lưu (thường bằng đá lát) có chiều dài bằng Lsn xác định theo công thức : Lsn = (2,5 á 3)Ln , chọn bằng 3 ị Lsn = 3.Ln = 3.4,446 = 13,34 m. Thân cống : Mặt cắt : Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang của cống có kết cấu khung cứng, gồm 3 khoang (vì bề rộng cống lớn), thường làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo t ³ Trong đó : H : Cột nước lớn nhất, H = 21,9767 (m), [J] : Gradien cho phép về thấm của vật liệu bê tông, [J] = 10 á 15, ở đây ta chọn [J] = 15. ị t = = = 1,465 m. Chọn theo tính toán là quá lớn vì vậy ta chọn theo cấu tạo t = 0,5 m Phân đoạn cống : Cống dài nên cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn nhỏ để tránh rạn nứtdo lún không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thường từ khoảng 10 á 20 m. Chọn 15 m. Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước, thiết bị chống rò nước được làm bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp. Nối tiếp thân cống với nền : Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên lớp bê tông lót dày khoảng 10 á 15 cm, khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế ứng suất đáy móng. Nối tiếp thân cống với đập : Dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày khoảng 0,5 á 1 m. Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất đắp được tốt hơn. Tháp van : Vị trí tháp van bố trí ở khoảng giữa mái thượng lưu đập để đảm bảo không sinh ra nước nhảy trong cống ứng với các mực nước cao và đảm bảo các yêu cầu khác. Trong tháp bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi vì có nước nhảy trong cống Mặt cắt ngang tháp dạng chữ nhật. Chiều dày thành cũng xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập. 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 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, trong 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 yêu cầu tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập), cho một trường hợp đại biểu (trường hợp thứ 2). Việc tính toán nội lực và bố trí cốt thép không bắt buộc. Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống : áp lực đất : Trên đỉnh : q1 = K . ồgi . Zi Trong đó : gi , Zi : Dung trọng và chiều dày các lớp đất đắp trên đỉnh, Ta có phương trình của đường bão hoà là : Y = = ị Y2 = 676 + 4,96X - Theo phần trước ta bố trí thân cống với đập ta dùng đất sét nện chặt thành một lớp dày z2 = 0,5 m. Từ phương trình bão hoà ta xác định được chiều cao đường bão hoà tại vị trí giữa đập Y = = 20,74 m ị Cao trình mực nước là 70,74 m Cao trình đỉnh cống tại vị trí giữa đập là 69,99 m ị z2’ = 70,74 – 0,5 – 69,99 = 0,25 m; z1 = 95 – 70,74 = 24,26 m. K : Hệ số phụ thuộc vào điều kiện đặt cống. - ống chôn trong hào : K = , ta lấy K = 1. gđtn = 1,944 T/m3; gđđn = 0,97 T/m3; gsđn = 0,96 T/m3; q11 = 1,944.24,26 = 47,16 T/m; q12 = 0,97.0,25 = 0,24 T/m; q13 = 0,5.0,96 = 0,48 T/m ị q1 = q11 + q12 + q13 = 48,18 T/m. Hai bên : Biểu đồ áp lực bên có hình dạng : P1 = q1 . tg2( 450- j/2). Trong đó : j : Góc ma sát trong của đất đắp đập j = 200 ị P1 = 48,18 . tg2( 450- 100) = 23,62 T/m. Và : P1’ = q1’ . tg2( 450- j/2). Trong đó : q1’ = q1 + gđđn . H = 48,18 + 0,97.3 = 51,09 T/m. ị P1’ = 51,09 . tg2( 450- 100) = 25,05 T/m. áp lực nước : Gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống, áp lực nước ngoài cống tác dụng lên đỉnh, hai bên và dưới đáy cống. Cường độ áp lực nước xác định theo qui luật thủy tĩnh. - Trên đỉnh : q2 = gn . (z2 + z2’) = 1.0,75 = 0,75 T/m. - Hai bên : P2 = gn . (z2 + z2’) = 1.0,75 = 0,75 T/m. P2’ = gn . (z2 + z2’ + H) = 1.3,75 = 3,75 T/m. - Dưới đáy : q3 = gn . (z2 + z2’ + H) = 1.3,75 = 3,75 T/m. Trọng lượng bản thân : - Tấm nắp : q4 = g5 . tn = 2,4.0,5 = 1,2 T/m. - Tấm bên : q5 = g5 . tb = 2,4.0,5 = 1,2 T/m. - Tấm nắp : q6 = g5 . td = 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 R phân bố không đều, song trong tính toán xem là phân bố đều : r = q1 + q2 + q3 + q4 + q6 + = 56,22 T/m. Sơ đồ lực cuối cùng trường hợp trong cống có nước : Các lực thẳng đứng : - Phân bố trên đỉnh : q = q1 + q2 + q4 = 48,18 + 0,75 + 1,2 = 50,13 T/m. - Phân bố hai bên : q5 . - Phân bố dưới đáy : qn = r - q6 + q3 = 56,22 - 1,2 + 3,75 = 58,77 T/m. Các lực nằm ngang : - Bộ phận đều : P = P1 + P2 = 23,62 + 0,75 = 24,37 T/m. - Bộ phận tuyến tính : Pt = P1’ + P2’ - P1 - P2 = = 25,05 + 3,75 – 23,62 - 0,75 = 4,43 T/m Sơ đồ cac lực tác dụng lên cống Kết luận Cuối cung em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tân tình của các thầy cô giao bộ môn thuỷ cống đặc biệt là cô Phạm Thu Hương đã giup em hoan thành đồ án nay Tuy rát cố gắng tìm tòi suy nghĩ để hoàn thành nhưng cúng khống thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn. Hà nội ngay 30 tháng 9 năm 2004