Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 1 Ngành : Công trình LỜI CẢM ƠN. Sau thời gian mười bốn tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự cố gắng của bản thân và được sự hướng dẫn nhiệt tình, khoa học của thầy giáo TS. Nguyễn Cảnh Thái – Bộ môn Thuỷ Công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Với đề tài : “ Thiết kế hồ chứa nước Ngành 2 – Huyện Lương Sơn – Tỉnh Hòa Bình “. Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học trong 5 năm tại trường, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết đã được học vào thực tế và làm quen với công việc của một kĩ sư thiết kế công trình thuỷ lợi. Những điều đó đã giúp em có thêm hành trang kiến thức chuyên ngành để chuẩn bị cho tương lai và giúp em đỡ bỡ ngỡ khi bước vào nghề với công việc thực tế của một kĩ sư thuỷ lợi sau này. Đồ án đã đi vào sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, (Công trình hồ chứa nước Ngành), vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học. Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyết được đầy đủ và sâu sắc các trường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, chính xác hơn, giúp cho kiến thức chuyên môn của em được hoàn thiện. Để đạt được kết quả này em đã được các thầy các cô trong trường ĐHTL, từ các thầy các cô ở các môn học cơ sở đến các thầy các cô ở các môn chuyên nghành dạy bảo tận tình, truyền đạt tất cả những tâm huyết của mình cho em được có ngày trở thành một kỹ sư thực thụ. Em xin chân thành cảm ơn các thầy các cô. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy Công đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2007 Sinh viên thực hiện : Lê Ngọc Diệp. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 2 Ngành : Công trình MỤC LỤC. LỜI CẢM ƠN. Trang PHẦN 1....................................................................................................................4 TÌNH HÌNH CHUNG.............................................................................................4 CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN.................................................................4 1.1 Vị trí địa lý....................................................................................................4 1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo..........................................................................4 1.3 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn.....................................................................4 1.4 Điều kiện địa chất.........................................................................................8 1.5 Tình hình vật liệu xây dựng.......................................................................10 CHƯƠNG 2 :.........................................................................................................11 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ CỦA KHU VỰC.........................................11 2.1 Tình hình dân sinh, kinh tế của khu vực..................................................11 2.2 Hiện trạng các công trình thủy lợi............................................................14 2.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội...................................................15 2.4 Các phương án sử dụng nguồn nước và nhiệm vụ công trình................16 CHƯƠNG 3............................................................................................................ 18 CÁC HẠNG MỤC VÀ QUY MÔ CỦA CÔNG TRÌNH....................................18 3.1 Các giải pháp công trình để sử dụng nguồn nước....................................18 3.2 Các hạng mục công trình của hồ chứa......................................................19 3.3. Lựa chọn các thành phần dung tích hồ chứa..........................................20 3.4 Quy mô công trình và các chỉ tiêu thiết kế...............................................21 PHẦN 2..................................................................................................................23 THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH...................................23 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ......................................................23 4.1 Mục đích ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ và các yếu tố ảnh hưởng.....23 4.2 Nguyên lý và các phương pháp tính toán điều tiết lũ..............................24 4.3 Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp pôtapốp....................................26 4.4 Tính toán điều tiết lũ cho các phương án khác nhau...............................29 CHƯƠNG 5............................................................................................................ 32 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT.................................................32 5.1 Xác định cao trình đỉnh đập......................................................................32 5.2 Cấu tạo các chi tiết đập..............................................................................36 CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN THUỶ LỰC TRÀN................................................39 6.1. Hình thức bố trí tràn.................................................................................39 6.2 Tính toán thuỷ lực dốc nước......................................................................41 6.3 Tính toán thuỷ lực bậc nước......................................................................46 6.4 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn...............................................................54 CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG, GIÁ THÀNH .............................60 CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH....................................................................60 7.1 Mục đích tính khối lượng, giá thành.........................................................60 7.2 Tính toán khối lượng và giá thành công trình..........................................60 7.3 Phân tích lựa chọn Btr kinh tế...................................................................63 PHẦN 3..................................................................................................................64 THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHƯƠNG ÁN CHỌN.................................................64 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 3 Ngành : Công trình CHƯƠNG 8 : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT...................................................................64 8.1 Tính toán điều tiết lũ. ................................................................................64 8.2 Xác định cao trình đỉnh đập......................................................................68 8.3 Cấu tạo các chi tiết đập..............................................................................69 8.4 Tính toán thấm qua đập và nền.................................................................75 8.5 Tính toán ổn định đập đất.........................................................................98 8.6 Tính toán lún.............................................................................................104 CHƯƠNG 9 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ..........................................................111 9.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn...................................111 9.2 Tính toán thủy lực tràn xả lũ...................................................................113 9.3 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn.............................................................126 9.4 Tính toán ổn định và kết cấu các bộ phận tràn. ....................................133 CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT CỐNG NGẦM.................................140 10.1 Những vấn đề chung...............................................................................140 10.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống......................................................................142 10.3 Tính toán thuỷ lực cống.........................................................................146 10.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng..................................154 10.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống......................................................................162 PHẦN 4................................................................................................................165 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT.................................................................................165 CHƯƠNG 11 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM.................................165 11.1 Mục đích và trường hợp tính toán........................................................165 11.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế........................................................166 11.3 Xác định các lực tác dụng lên cống.......................................................168 11.4 Xác định nội lực cống ngầm...................................................................174 11.5 Tính toán cốt thép...................................................................................181 11.6 Tính toán và kiểm tra nứt......................................................................194 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN......................................................................................198 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................199 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 4 Ngành : Công trình PHẦN 1. TÌNH HÌNH CHUNG. CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN. 1.1 Vị trí địa lý. - Hồ chứa nước Ngành thuộc xã Tiến Sơn huyện Lương Sơn tỉnh Hoà Bình.Vị trí công trình ở tọa độ 2048’06’’ vĩ Bắc, 10536’20’’ kinh Đông. - Nằm trong địa hình cao, cách thị trấn huyện Lương Sơn 8,5 km về phía Nam. 1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo. Lương Sơn là huyện thuộc địa hình núi thấp có độ cao trung bình 250 m, đỉnh cao nhất 1050 m. Địa hình nghiêng dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Có dãy núi Viên Nam, Vua Bà (giáp Ba Vì) qua đỉnh núi Voi về dãy Trường Sơn. Qua đỉnh 833 của dãy Đồi Bù về tới xã Tiến Sơn. Toàn bộ dãy núi này chạy từ Bắc xuống Nam và nghiêng từ Tây sang Đông tạo nên các lòng chảo là khu trồng lúa của huyện. Có thể chia huyện Lương Sơn thành ba vùng rõ rệt : - Vùng phía Bắc : Gồm 5 xã Yên Quang, Yên Trung, Yên Bình, Tiến Xuân . Đặc điểm của vùng này là phía Tây Tây Bắc có dãy núi cao với đỉnh Vua Bà, phía Nam có những dãy núi thấp và hình thành một vùng lúa rộng nhất của huyện, xen kẽ có những đồi thấp thích hợp với trồng chè cây ăn qủa và bãi chăn thả gia súc. - Vùng trung tâm huyện : Gồm tám xã Nhuận Trạch, Cư Yên, Hợp Hoà, Cao Răm, Tân Vinh, Lâm Sơn, Hoà Sơn, Trường Sơn và Thị Trấn. Đặc điểm vùng này là : Phía Tây và Nam có dãy Núi Cao xen kẽ là núi đá vôi, phía Đông là những cánh đồng bằng phẳng xen kẽ có những gò đồi thấp. Đây là vùng trọng tâm kinh tế văn hoá và thương mại của cả huyện. - Vùng phía Nam : Gồm bốn xã Tiến Sơn,Trung Sơn, Liên Sơn và Thành Lập. Đặc điểm của vùng này chủ yếu là núi đất cao và núi đá vôi, xen kẽ là những cánh đồng vừa và nhỏ. 1.3 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn. 1.3.1 Đặc điểm của sông ngòi khu vực : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 5 Ngành : Công trình Trên địa bàn huyện Lương Sơn không có suối lớn mà chỉ có hai con sông nhỏ nhưng thực chất đó chỉ là suối. Đó là sông Bùi có chiều dài 12 km, bắt nguồn từ dãy núi cao Trường Sơn chảy qua Cao Răm, Tân Vinh, Thị Trấn, Nhuận Trạch và chảy ra Chương Mỹ tỉnh Hà Tây, lưu lượng kiệt hàng năm là 900 lít/s. Đây là con sông nhỏ, ngắn dốc nên thường gây ra lũ quét hàng năm. Sông Cò bắt nguồn từ xã Yên Quang chảy qua Yên Trung, Yên Bình và đổ ra đập Đồng Mô, Ngải Sơn, lưu lượng kiệt là 400l/s. Ngoài ra còn có 18 con suối lớn, nhỏ được phân bố khắp ba vùng, và thường bắt nguồn từ dãy núi theo hướng Tây Bắc chảy xuống Đông Nam. Các suối này thường ngắn và dốc, mùa cạn thường không có nước hoặc có rất ít, còn mùa mưa lượng nước lại lớn thường gây ra lũ, rửa trôi đất làm ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp. Hồ Ngành xây tại suối làng Ngành, một nhánh của sông Bến Gõ, một chi lưu của sông Tích đổ ra cửa Phúc Lâm, hợp với sông Đáy. Suối bắt nguồn từ dãy núi thấp thuộc xã Tiến Sơn – Lương Sơn, đỉnh cao trên 480 m, chảy theo hướng Tây Đông, độ dốc suối khoảng 45o/oo, về mùa lũ nước tập trung nhanh, mùa kiệt khô cạn, ít nước. 1.3.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn : 1.3.2.1 Chế độ khí hậu, gió, bốc hơi : Trạm khí hậu gần vị trí công trình và có địa hình đồi núi giống lưu vực là trạm Hoà Bình, cách tuyến công trình 30 km. Nằm trong khu vực đồi núi thấp Hoà Bình tương đối khuất gió bởi các đồi núi thấp. - Nhiệt độ trung bình nhiều năm : 23,3 o C - Nhiệt độ cao nhất trung bình tháng(tháng 6,7) : 28,4o C - Nhiệt độ thấp nhất trung bình ( tháng 1) : 16,4o C - Nhiệt độ thấp nhất : 1,9° C Nằm trong vùng núi hướng gió phụ thuộc vào địa hình, tốc độ gió trung bình từ 0,9 đến 1,0 m/s. Tốc độ gió mạnh nhất có thể trên 28 m/s. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 6 Ngành : Công trình Bảng 1-1: Tốc độ gió trung bình, tốc độ gió lớn nhất và hướng gió thịnh hành của các tháng trong năm. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 Vtb(m/s) 1.1 1.0 1.1 1.1 1.1 0.9 1.0 0.9 Vmax(m/s) 12 14 18 28 23 24 24 28 Hướng N NH N N SW W SW N Độ ẩm tương đối trung bình các tháng thay đổi 9 10 11 12 Năm 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 24 20 16 17 28 NE N NH NE N từ 83,2% đến 86,1%, trung bình năm là : 84%. Lượng bốc hơi khá lớn, theo số liệu đo bằng ống Piche trung bình là 784,7 mm, lớn nhất vào các tháng đầu mùa mưa, độ ẩm cao, nhiệt độ cao. Bảng 1-2 : Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm. Tháng Z(mm) Tháng Z(mm) Tháng 1 52.5 5 84.7 9 2 49.1 6 81.5 10 3 57.5 7 79.8 11 4 66.2 8 66.8 12 Năm 1.3.2.2 Chế độ mưa : Z(mm) 63.9 63.4 60.3 59.0 784.7 Khu vực Lương Sơn nói chung, tại khu vực xây dựng công trình nói riêng khí hậu phân thành hai mùa rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa chiếm 85% - 85,5% lượng mưa năm. Tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 8, 9. Lượng mưa tháng lớn nhất trung bình có thể đạt 290 – 330 mm. Mùa ít mưa từ tháng 12 đến tháng 2. Lượng mưa ngày lớn nhất có thể đạt 295 – 366 mm. Lượng mưa trung bình nhiều năm : 1624 mm. Bảng 1-3 : Lượng mưa trung bình nhiều năm. Tháng 1 2 3 4 T.bình (mm) 21.0 15.0 38.3 82.0 Tháng T.bình (mm) Tháng 5 181.1 9 6 233.7 10 7 277.1 11 8 297.1 12 Năm 1.3.3 Các đặc trưng thuỷ văn thiết kế : T.bình (mm) 214.2 181.9 70.0 13.1 1624.2 1.3.3.1 Dòng chảy năm thiết kế : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 7 Ngành : Công trình Tài liệu dòng chảy năm thiết kế Hồ Chứa Ngành được tính toán dựa vào dòng chảy của lưu vực tương tự (Trạm Lâm Sơn). Các thông số dòng chảy năm thiết kế như sau : Cv = 0,43 ; Cs = 2 Cv Q0 = 0,255 (m3/s). Q50% = 0,211 (m3/s). Q75% = 0,155 (m3/s). Bảng 1 – 4 : Phân phối dòng chảy tần suất 75% (l/s). Tháng 1 2 3 4 T.bình (l/s) 66.9 66.9 63.3 58.7 Tháng T.bình (l/s) Tháng T.bình (l/s) 5 94.0 9 141.8 6 211.8 10 101.7 7 585.2 11 76.6 8 337.7 12 55.4 Năm 155 1.3.3.2. Dòng chảy lũ thiết kế : Hồ chứa Ngành là hồ có diện tích lưu vực nhỏ, việc tính toán lũ thiết kế được tính toán từ mưa. - Đỉnh lũ theo công thức cường độ giới hạn. - Tổng lượng lũ theo công thức mưa ngày. - Quá trình lũ được coi là dạng tam giác, tỷ số giữa thời gian lũ lên (T l) và thời gian lũ xuống (Tx) là β = Tx/Tl = 2. ⇒ Ta có số liệu dòng chảy lũ thiết kế như sau : Bảng 1-5 : Dòng chảy lũ thiết kế. Lưu lượng lũ Q1%(m3/s) 265.9 1.3.3.3 Bùn cát : Tổng lượng lũ W1% (m3) 1985000 Thời gian lũ lên Tl (phút) 83 Thời gian lũ xuống Tx ( phút ) 160 Tham khảo số liệu đo đạc bùn cát tại các trạm thuỷ văn trong vùng, độ đục trung bình nhiều năm ρ (g/m3). Lấy ρ = 298 g/m3; trọng lượng riêng bùn cát γ1 = 0,9 T/m3; tỷ lệ phù sa di đẩy lấy bằng 30% phù sa lơ lửng, tỷ lệ bùn cát lơ lửng giữ lại trong hồ là 80%. Kết quả tính được các đặc trưng bùn cát như sau : Bảng 1-6 : Các đặc trưng bùn cát. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ρ (g/m3) Trang 8 Ngành : Công trình Q (m3/s) R (kg) Wll (T/n) Wdđ (T/n) Wbc (T/n) Vbc (m3/n) 220 0.225 1.3.3.4 Tốc độ gió : 0.0495 1559.3 467.8 1715.2 1905.8 Tính toán tốc độ gió lớn nhất hàng năm theo tài liệu trạm Hoà Bình. Vì chế độ gió trong các thung lũng hẹp rất phụ thuộc vào hướng núi, do đó trong tính toán đã dùng đặc trưng vô hướng của gió để thiết kế. Kết quả tính toán tần suất gió lớn nhất nhu trong bảng 1-5. Bảng 1 – 7 : Tốc độ gió lớn nhất ứng với các tần suất. Vmax(m/s) 17,9 Cv 0,25 Cs 1,00 1 31,5 2 29,3 Tần suất p% 4 5 27,1 26,3 30 19,7 50 17,2 1.4 Điều kiện địa chất. 1.4.1 Địa chất khu vực : Theo bản đồ địa chất 1 : 200.000 đất đá trong vùng thuộc đới Ninh Bình, có các loại đất đá sau : 1.4.1.1 Hệ tầng Viên-Nam (P2 – T1 vn – Hệ Pecmi thống trên và triat thống dưới) : Hệ tầng này phân bố ở khu vực thượng lưu hồ chứa, thành phần gồm đá phiến, sét than, cát kết, đá vôi bazan, pofirit. Từ dưới lên trên hệ này gồm : - Phần dưới : Đá phiến sét màu đen có xen ít lớp đá phiến than, chuyển lên cát kết màu xám phân lớp. - Phần giữa : Đá vôi màu xám phân lớp mỏng chuyển lên đá vôi phân lớp dày, chứa sét. - Phần trên chủ yếu pofirit, bazan, xpilit. Tổng chiều dày : 1000 m. 1.4.1.2 Điệp tân lạc ( T1 tl) : Phân bố ở khu vực chính của hồ, công trình đầu mối, có thể nằm chỉnh hợp trên hệ tầng Viên Nam. Từ dưới lên : - Cuội kết xen cát kết dày : 400 m. - Bột kết màu đỏ chuyển lên đá phiến sét màu đen, dày 120 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 9 Ngành : Công trình - Sét vôi xen đá vôi màu đen phân lớp mỏng với các lớp phiến sét, dày 70 – 80m. - Phiến sét màu tím, đỏ nâu xen đá sét vôi và đá vôi phân lớp mỏng, dày 70 m. - Đá phiến sét chuyển lên đá vôi màu phớt lục xen kẽ đá vôi chứa sét, chuyển lên đá phiến sét màu đen xen bột kết xám dày 220 m. 1.4.1.3 Hệ đệ tứ (Q) : Bao gồm bồi tích lòng sông và tàn tích phủ trên các sườn đồi. * Kiến tạo : Cấu trúc vùng hình thành nếp lõm, lồi ngắn bị các đứt gãy chia thành nhiều khối cắt kiến tạo. Đứt gãy lớn có hướng Tây Bắc - Đông Nam ở phía thượng lưu cũng như đứt gãy nhỏ hướng Tây Bắc - Đông Nam ở hạ lưu, đều cách xa vùng xây dựng. Như vậy vùng công trình không có đứt gãy đi qua. Động đất : Theo phân vùng của Viện KHVN vùng công trình có động đất cấp bảy. * Địa chất thủy văn : Nước dưới đất nằm trong hai phức hệ : - Chứa trong lỗ rỗng của đất : Phân bố hẹp, bề dày mỏng nên kém phong phú. - Chứa trong khe nứt của đá : Nằm dưới sâu mức độ thay đổi tuỳ vùng. Hai loại nước trên ảnh hưởng ít đến thi công. 1.4.2 Điều kiện địa chất các hạng mục công trình : Địa chất vùng xây dựng công trình tương đối phức tạp. Qua tài liệu khảo sát nghiên cứu ta có : 1.4.2.1 Lòng hồ : Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 300 m, đáy hồ phủ các lớp pha tàn tích á sét dày 1,0 ÷ 10 m, hệ số thấm nhỏ (10 -5 ÷ 10-6cm/s) ngăn giữ được nước. Chỉ có hỗn hợp cát + cuội sỏi dày 3,8 ÷ 4 m là thấm mạnh, cần xử lý. 1.4.2.2 Tuyến đập : Có hai loại địa hình : loại tích tụ phân bố ở khe suối, rộng trung bình 20 – 30 m. Địa hình xâm thực ở hai vai đập tương đối dốc : 300 ÷ 400. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 10 Ngành : Công trình - Lớp bồi tích lòng suối rộng 54 m, dày 3,8 – 4,0 m là hỗn hợp cát, cuội, sỏi. Cát sỏi thành phần là fenspat, thạch anh, thỉnh thoảng gặp cuội của đá riolít cứng. - Lớp pha tàn tích á sét mầu nâu gụ lẫn 15 ÷ 20% sỏi sạn, vụn đá : kết cấu kém chặt đến chặt vừa, dẻo mềm, ở bờ trái càng lên cao càng dày (2,7 ÷ 5,2 m). - Lớp pha tàn tích á sét nâu vàng lẫn ít sỏi sạn phân bố ở vai trái, lớp này chặt vừa, dẻo mềm đến cứng, chiều dày 3,3 ÷ 5,8 m. - Lớp pha tàn tích dăm sạn lẫn màu nâu xám ở vai phải dày 1 ÷1,5 m. Các lớp pha tàn tích có : C = 0,22 ÷ 0,33 kg/cm2. ϕ = 11040 ÷ 15045. K = (7,64 ÷ 9,36).10-6 cm/s. - Lớp đá phong hoá mạnh, yếu đến vừa : là đá riolit màu xám, xám nâu. 1.4.2.3 Tuyến cống và tràn : Tuyến tràn và tuyến cống ở vai đập, móng đặt lên lớp pha tàn tích và đá riôlít phong hoá mạnh. 1.5 Tình hình vật liệu xây dựng. Vật liệu xây dựng công trình có thể khai thác tại hai vị trí khác nhau : 1.5.1 Vật liệu đất : 1.5.1.1 Bãi vật liệu A : Ở sườn đồi bờ phải tuyến đập, chiều dài 400 m, chiều rộng 200 m, chiều dày khai thác 2 m, bề dày bóc bỏ 0,5 m. Trữ lượng khai thác : 400x200x2 = 160000 (m3). Khối lượng bóc bỏ : 400x200x0,5 = 40000 (m3). Cự ly vận chuyển : 250 (m). Đất sét trung, màu vàng, xẫm, ẩm, dẻo cứng kết cấu khá chặt, chứa 5 ÷ 10% sạn sỏi thạch anh, cát, có lẫn tảng lăn lớn (đường kính 0,2 ÷ 0,4 m). 1.5.1.2 Bãi vật liệu B : Ở sườn đồi bên trái tuyến đập, ở phía thượng lưu tuyến đập, chiều dài 400 m, chiều rộng 150 m, chiều dày khai thác 2 m, bề dày bóc bỏ 0,5 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 11 Ngành : Công trình Trữ lượng khai thác : 400x150x2 = 120000 (m3). Khối lượng bóc bỏ : 400x150x0,5 = 30000 (m3). Cự ly vận chuyển : 350 (m). Đất sét trung, màu vàng, xẫm, ẩm, dẻo cứng kết cấu khá chặt, chứa 5 ÷ 10% sạn sỏi thạch anh, cát, có lẫn tảng lăn lớn (đường kính 0,2 ÷ 0,4 m). Tổng hợp trữ lượng khai thác của cả hai bãi đươc thể hiện trong bảng. Bảng 1-8 : Tổng trữ lượng khai thác. Bãi đất Trữ lượng khai thác Cự ly vận chuyển (m3) 160000 120000 280000 (m) 250 350 A B Tổng 1.5.2 Vật liệu đá, cát sỏi : 1.5.2.1. Vật liệu đá : Sử dụng mỏ đá ở Chị Cá, cách tuyến công trình khoảng 5 Km, chuyên chở bằng xe tải. 1.5.2.2. Vật liệu cát sỏi : Chuyên trở từ xí nghệp 4 ở Miếu Môn, cách tuyến công trình khoảng 3 Km. CHƯƠNG 2 : ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ CỦA KHU VỰC. 2.1 Tình hình dân sinh, kinh tế của khu vực. 2.1.1 Tình hình dân sinh kinh tế : 2.1.1.1 Đặc điểm khu vực hưởng lợi : Khu vực có dự án thủy lợi Hồ Ngành thuộc xã Tiến Sơn huyện Lương Sơn là một vùng quan trọng nằm trong chiến lược ổn định và phát triển kinh tế của tỉnh Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 12 Ngành : Công trình Hòa Bình. Tại đây có khu tưới diện tích lớn 350 ha. Về mùa khô không đủ nước tưới cho lúa và các nhu cầu dùng nước khác. Để phát triển kinh tế cho huyện Lương Sơn, đảm bảo nước tưới cho lúa, cây công nghiệp, sinh hoạt thì công tác thủy lợi là công tác hàng đầu. Việc tạo thành hồ chứa Ngành là biện pháp công trình nhằm giải quyết yêu cầu nói trên. Mặt khác việc hình thành hồ chứa Ngành là yêu cầu cấp thiết trước mặt tạo điều kiện xoá đói giảm nghèo, giảm nhẹ thiên tai, tăng năng suất cây trồng hàng năm, ổn định đời sống cho nhân dân trong vùng. Với 18 xã, thị trấn, dân số huyện Lương Sơn năm 1995 là 69449 người gồm ba dân tộc Mường, Kinh, Dao. Tỷ lệ tăng dân số năm 1995 là 1,85%. Mật độ dân số bình quân là 193 người/Km2. Tổng số hộ : 13640 hộ, trong đó hộ nông nghiệp 11138 hộ. Toàn huyện có 35100 lao động, chủ yếu là lao động nông nghiệp khoảng 28800 lao động, chiếm 82% tổng lao động, bình quân 4,2 lao động nông nghiệp/ha gieo trồng. 2.1.1.2 Nhu cầu dùng nước : Theo phương hướng phát triển kinh tế xã hội từ năm 2000 đến 2010 của huyện: - Ổn định diện tích trồng lúa đến năm 2010 là 5100 ha. - Dự kiến năm 2000 có 1000 ha lạc, 1000 ha đậu tương, 800 ha mía và năm 2010 có 1500 ha lạc, 1500 ha đậu tương, 1000 ha mía, 1200 ha chè. - Cây ăn quả tăng từ 3000 ha năm 2000 lên 6000 ha năm 2010. Như vậy để thực hiện được mục tiêu tăng cả về diện tích và sản lượng của cây trồng thì yêu cầu về sử dụng nguồn nước cũng phải tăng lên rất nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu về tưới cho cây trồng. - Về nước sinh hoạt : Dự kiến năm 2000, thị trấn và 1/2 xã có nước sạch. Năm 2010 có 100% số xã có nước sạch dùng. 2.1.2 Hiện trạng kinh tế : 2.1.2.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp : Hiện trạng sử dụng đất : - Diện tích canh tác : 7844,84 ha. - Diện tích lúa: 3886,27 ha. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 13 Ngành : Công trình - Diện tích màu : 798,5 ha. - Diện tích cây công nghiệp : 1267,22 ha. Với diện tích đất sử dụng cho nông nghiệp trên việc tăng sản lượng sản xuất hàng năm phụ thuộc vào việc tăng thêm số vụ sản xuất trong năm. 2.1.2.2 Lâm nghiệp : Diện tích đất sử dụng vào sản xuất lâm nghiệp là 11170 ha gồm có : - Đất rừng tự nhiên : 6045,45 ha. - Đất rừng trồng : 5112,29 ha. - Độ che phủ : 21% năm 1994. 2.1.2.3 Công nghiệp và các ngành kinh tế khác : * Công nghiệp : Sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp sau nhiều năm giảm sút nay đã bước đầu khôi phục : xí nghiệp chè Long Phú, Nhà máy cơ điện nông nghiệp 5 , xí nghiệp Vôi Đá Hà Nội, nhà máy gạch Tuy – Nen, nhà máy Xi Măng Lương Sơn… * Giao thông : Hệ thống đường giao thông trên địa bàn huyện hiện có : - Đường trục của huyện quản lý : 70,4 Km. - Tuyến Quán Trắng – Tiến Sơn : 7 Km. - Tuyến Lương Sơn – Cao Răm : 9,4 Km. - Tuyến Lương Sơn – Tân Thành : 27 Km. - Tuyến Đông Xuân – Dốc Bụt : 27 Km. Đường liên xã 68 Km, liên xóm 183 Km. Ngoài ra quốc lộ 6 đi qua địa bàn huyện 13 Km. Tuyến đường Trường Sơn A từ Bãi Lạng đi Kim Bôi 13 Km. Hiện nay đường ô tô đã vào được tất cả các xã trong huyện, đường trục mới nâng cấp được 11 Km bằng vật liệu cứng còn lại là đường đất với nền 4 ÷ 5 m bề mặt 3,5 ÷ 4 m. Nói chung hệ thống giao thông vận tải của huyện Lương Sơn rất thuận lợi cho việc giao lưu hàng hoá, đi lại của nhân dân. 2.1.2.4 Tổ chức sản xuất nông – lâm nghiệp : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 14 Ngành : Công trình Tổ chức sản xuất lâm nghiệp của huyện chủ yếu là các HTX và hai lâm, nông trường : Lương Sơn và Cửu Long. Toàn huyện có 56 HTX trong đó có 9 HTX có quy mô toàn xã, 47 HTX thành xóm bản. Quan hệ giữa tổ chức sản xuất với quản lý khai thác công trình thủy lợi bước đầu đã có những chuyển biến tích cực khi UBND tỉnh có quyết định số 27 ngày 13/5/1998 giao một số công trình cho xã và HTX quản lý khai thác. 2.2 Hiện trạng các công trình thủy lợi. 2.2.1. Phân vùng thủy lợi : Dựa vào đặc điểm địa hình tự nhiên có thể phân vùng thủy lợi thành ba vùng : - Vùng Bắc gồm 5 xã : Yên Quang, Yên Bình, Tiến Xuân, Đông Xuân. - Vùng trung tâm huyện : gồm 8 xã : Hoà Sơn, Cao Răm, Hợp Hoà, Cư Yên, Nhuận Trạch, Trường Sơn, Lâm Sơn, thị trấn Lương Sơn. - Vùng phía Nam : gồm 4 xã : Tiến Sơn, Trung Sơn, Thành Lập, Liên Sơn. 2.2.2. Các công trình thủy lợi phục vụ tưới tiêu ngăn lũ : - Hồ chứa : 22 công trình. Các công trình hồ chứa trong khu vực đều có chiều cao đập lớn hơn 4 m. - Đập dâng ( bãi) 57 công trình bãi tạm, 50 công trình kiên cố. - Trạm bơm điện : 2 công trình. - Trạm thủy luân, thủy điện : 3 công trình. Có hai công trình lớn hồ suối Ong và hồ Đồng Tranh tưới cho 2 ÷ 3 xã còn lai là các công trình nhỏ lẻ phân tán chỉ tưới cho từng HTX. Các công trình hiện có không được đồng bộ nên năng lực tưới không đảm bảo thiết kế. Cho đến nay các công trình thủy lợi mới chỉ phát huy được 50 ÷ 60% năng lực thiết kế. Có nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu là do thiếu vốn, việc đầu tư xây dựng không được hoàn chỉnh từ đầu mối đến kênh mương. Nhiều công trình không phát huy được hiệu quả là do : - Từ khâu lập luận chứng đến thiết kế không xét đến tình hình thực tế, nâng diện tích tưới để công trình có hiệu quả. - Một số công trình khi thi công không giám sát kỹ nên chóng bị hư hỏng xuống cấp. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 15 Ngành : Công trình - Công tác quản lý bảo vệ khai thác công trình chưa được coi trọng đúng mức dẫn tới các công trình không phát huy được hiệu quả. 2.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội. Để khai thác tối đa tài nguyên vùng nghiên cứu nhằm nâng cao năng suất cây trồng, giảm tỷ lệ tăng dân số, xoá đói giảm nghèo, phương hướng phát triển kinh tế xã hội của huyện từ năm 2000 đến 2010 như sau : 2.3.1 Về dân số : Phấn đấu giảm tỷ lệ tăng dân số bình quân từ năm 2000 là 1,5% và đến năm 2010 còn 1,3%. 2.3.2 Về sản xuất nông lâm nghiệp : - Mục tiêu phấn đấu về nông nghiệp : Đưa mức bình quân lương thực hiện tại : 277 kg/người/năm lên 400 kg/người/năm vào năm 2010. + Ổnn định diện tích trồng lúa đến năm 2010 là 5100 ha. + Năm 2000 có 1000 ha lạc, 1000 ha đậu tương, 800 ha mía và vào năm 2010 có 1500 ha lạc, 1500 ha đậu tương, 1000 ha mía, 1200 ha chè. + Trong năm 2000 cây ăn quả dự kiến trồng 3000 ha năm 2010 là 6000 ha. - Tổng sản lượng quy ra thóc : + Năm 1997 : 23616 tấn + Năm 2000 là : 27100 tấn + Đến năm 2010 là : 33000 tấn. - Mục tiêu phấn đấu về lâm nghiệp : + Phấn đấu giữ và phát triển vốn rừng hiện có. + Đến năm 2010 phấn đấu trồng phủ xanh 16500 ha rừng hiện là đồi trọc đưa độ che phủ đạt 43% . 2.3.3. Về nước sinh hoạt : Dự kiến năm 2000 thị trấn và 1/2 số xã có nước sạch. Năm 2010 có 100% số xã có nước sạch. 2.3.4 Về giao thông : Phấn đấu từ năm 2000 tất cả các tuyến được nâng cấp, xây dựng hoàn chỉnh theo đúng cấp của nhà nước. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 16 Ngành : Công trình 2.3.5. Về điện năng : Phấn đấu đạt 100% số xã có điện lưới và trạm biến áp, 95% số hộ có điện sản xuất và sinh hoạt. 2.3.6 Về công nghiệp : Đây là ngành mũi nhọn của huyện nói chung và ngành tiểu thủ công nghiệp nói riêng cần được khai thác phát huy. Phấn đấu đưa giá trị tổng sản lượng của ngành từ 50 – 70% giá trị ngành công nghiệp tiểu thủ công nghiệp của huyện. 2.4 Các phương án sử dụng nguồn nước và nhiệm vụ công trình. 2.4.1 Các phương án quản lý và sử dụng nguồn nước : Huyện Lương Sơn – Hoà Bình tuy hiện tại có 22 hồ chứa, hai trạm bơm và rất nhiều bãi tạm nhưng phân tán không đồng bộ, năng lực phục vụ thực tế nhỏ hơn năng lực thiết kế. Bên cạnh đó các vùng của huyện độc lập về quy hoạch nguồn nước, khả năng mở rộng diện tích tưới của các công trình là rất khó khăn. Tại một số vị trí có nguồn tài nguyên nước phong phú, diện tích lớn nhưng vì không có hồ chứa để điều tiết dòng chảy nên việc xử lý nguồn nước rất khó khăn. Do vậy việc bổ sung nâng cao quy hoạch thuỷ lợi là định hướng và giải pháp chủ yếu trong giai đoạn 2001 – 2010. - Từ năm 2001 tập trung tu bổ sửa chữa, nâng cấp, từng bước kiên cố hoá các công trình đầu mối của các hồ chứa nước và hệ thống kênh mương cấp nước của các hồ, kiên cố hoá các bãi tạm. - Tại những khu vực có nguồn nước mặt, có tiềm năng đất đai để mở rộng diện tích canh tác cần xây dựng hồ đập để khép kín quy hoạch trong toàn vùng. + Xây mới 7 hồ chứa với quy mô nhỏ. + Xây mới 2 hồ quy mô lớn diện tích tưới mỗi hồ 350 ha và 420 ha để tận dụng nguồn nước mặt tại xã Tiến Sơn (Hồ Ngành) và thị trấn Lương Sơn (Hồ Mòng). - Ngoài những nhiệm vụ trên còn cần phải quy hoạch tiêu, ngăn lũ cho từng địa phương, quy hoạch thuỷ điện nhỏ, thuỷ luân cho vùng sâu, vùng xa lưới điện quốc gia. 2.4.2 Mục tiêu nhiêm vụ của dự án xây dựng hồ Ngành : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 17 Ngành : Công trình Tại khu vực xã Tiến Sơn có khu tưới diện tích 350 ha. Về mùa khô tại các khu vực trên không đủ nước tưới cho lúa và các nhu cầu dùng nước khác. Nguồn nước mặt duy nhất có thể sử dụng là suối Ngành thuộc chi lưu sông sông Bến Gõ. Việc tạo thành hồ chứa Ngành là biện pháp công trình nhằm giải quyết những yêu cầu dùng nước. Để làm sáng tỏ nguồn cung cấp, yêu cầu dùng nước cũng như biện pháp công trình để điều tiết dòng chảy tại khu vực trên, tháng 5 năm 2001 Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn đã phê duyệt kế hoạch chuẩn bị đầu tư cho công trình hồ chứa Ngành. Vì vậy mục tiêu nhiệm vụ của dự án là : xây mới hồ chứa Ngành. Xây hồ điều tiết, hệ thống kênh mương bê tông hoá để mở rộng diện tích cây trồng, tăng lúa một vụ thành hai vụ và cấp nước sinh hoạt cho dân cư. Diện tích tưới : - Tưới chiêm xuân, hè thu : 180 ha. - Ngô chiêm xuân, hè thu : 60 ha. - Cây ăn quả, cây công nghiệp : 110 ha. Ngoài các nhiệm vụ trên công trình còn có tác dụng cắt đỉnh lũ, giảm nhẹ thiên tai, góp phần cải tạo đất. Hồ Ngành còn có tác dụng cải tạo khí hậu, hình thành vùng du lịch và kết hợp nuôi trồng thuỷ sản. 2.4.3 Tác động của dự án đến môi trường : Qua kết quả phân tích, đánh giá tác động môi trường của hồ chứa Ngành từ việc chọn tuyến thiết kế thi công đến quản lý vận hành trên cơ sở điều kiện tài nguyên và môi trường của vùng dự án, có thể kết luận : - Thực hiện dự án hồ chứa là đúng đắn và khả thi, đáp ứng được nguyện vọng của cộng đồng vào mục tiêu phát triển kinh tế của địa phương. - Trên quan điểm bảo vệ môi trường thì dự án này có nhiều tác động tốt mà chủ yếu là cấp nước tăng sản lượng nông nghiệp, tạo công ăn việc làm, giảm lũ, ngập cho vùng, cải thiện điều kiện môi trường, tăng nguồn nước mùa kiệt cho vùng nói chung và vệ sinh môi trường nông thôn các xóm nói riêng. - Thực hiện dự án sẽ là tiền đề góp phần vào việc phát triển hạ tầng cơ sở và nâng cao điều kiện cải thiện giáo dục, y tế, văn hoá cho cộng đồng. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 18 Ngành : Công trình - Tuy nhiên thực hiện dự án cũng có một số tác động bất lợi như di dân, tái định cư, mất một số đất tự nhiên, thay đổi sử dụng đất, ô nhiễm môi trường nếu sử dụng quá mức hoá chất thuốc trừ sâu trong canh tác. - Tuy nhiên những tác động bất lợi này có thể khắc phục và giảm thiểu bằng các biện pháp khác nhau. CHƯƠNG 3. CÁC HẠNG MỤC VÀ QUY MÔ CỦA CÔNG TRÌNH. 3.1 Các giải pháp công trình để sử dụng nguồn nước. Như đã phân tích điều kiện tự nhiên và nhiệm vụ công trình tại khu vực hồ chứa Ngành với diện tích lưu vực 7,3 km 2 có lượng nước đến hàng năm phong phú nhưng phân bố không đều. Từ tháng 1 đến tháng 4 yêu cầu dùng nước nhiều nhưng lượng nước đến ít không đủ cung cấp. Các bãi tạm ở thượng nguồn lòng suối chỉ cung cấp nước tưới cho diện tích nhỏ, không đảm bảo. Các khu tưới ở phía hạ Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 19 Ngành : Công trình nguồn không có nước tưới khi mùa vụ tới gần, đó là khu vực xung quanh trụ sở UBND xã Tiến Sơn. Mùa mưa lượng nước phong phú – lượng nước đến hồ chứa Ngành với tần suất 75% khoảng 5 triệu m 3. Mặt khác thượng lưu của khu vực có địa hình có thể làm hồ chứa. Toàn bộ diện tích lúa có thể tưới tự chảy, hiện đã có các mương nhỏ từ các bãi tạm có thể lấy nước tưới. Các khu tưới ở cao chủ yếu là hoa màu, cây công nghiệp hoặc nước sinh hoạt có thể tạo nguồn bằng các bể chứa dọc theo tuyến kênh để bơm lên bằng bơm nhỏ hoặc vận chuyển bộ. Vì vậy giải pháp duy nhất là điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa. 3.2 Các hạng mục công trình của hồ chứa. 3.2.1 Đầu mối : 3.2.1.1. Đập ngăn suối : Qua khảo sát địa hình, địa chất, và vật liệu xây dựng chon hình thức đập là đập đất. Tuyến đập được bố trí tại vị trí hẹp nhất giữa hai sườn núi. Phần sườn núi nhô ra theo đường đồng mức không dài vì vậy khó dịch chuyển tuyến về phía thượng hoặc hạ lưu. Mặt khác, tại tuyến này dễ bố trí đường tràn. 3.2.1.2 Đường tràn : Bố trí bên trái đập vuông góc với tuyến đập, tuy nhược điểm là độ dốc địa hình theo chiều dọc tràn lớn nhưng không có phương án chọn tốt hơn. Vì hồ không lớn, quá trình lũ đến lại ngắn, yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu không đặc biệt lớn nên ta chọn hình thức tràn là tràn đỉnh rộng, chảy tự do, không có cửa van, cao trình ngưỡng bằng MNDBT của hồ, cao trình đất tự nhiên tại vị trí và điều kiện địa chất thích hợp với loại này. Nối tiếp sau tràn là dốc nước kết hợp bậc nước sau đó đổ ra kênh tháo và thoát xuống hạ lưu. 3.2.1.3 Cống lấy nước : Hình thức cống không áp có van điều tiết lưu lượng và tháp đóng mở. Cống được bố trí ở bên phải đập để nối tiếp với kênh đầu khu tưới. 3.2.2 Hệ thống kênh : Do địa hình kênh hẹp theo chiều ngang, nếu mở rộng về phía các sườn đồi thì khối lượng đào đắp lớn. Mặt cắt kênh thích hợp là hình chữ nhật, kết cấu bê tông cốt thép – kết cấu này phù hợp kiên cố hoá kênh mương hiện nay. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 20 Ngành : Công trình 3.3. Lựa chọn các thành phần dung tích hồ chứa. 3.3.1 Dung tích chết và mực nước chết : Dung tích chết ( Vc ) là phần dung tích nằm dưới cùng của kho nước, không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy. Mực nước chết ( Zc ) là mực nước tương ứng với dung tích chết Vc. Căn cứ vào nhiệm vụ chính của hồ chứa là : + Phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình, tức là : Vc ≥ Vb.T Trong đó : Vb là thể tích bồi lắng hàng năm của bùn cát (V b = 1906 m3/năm). T là thời gian hoạt động của công trình (tuổi thọ của công trình T = 75 năm). + Theo nhiệm vụ tưới tự chảy, mực nước chết không được nhỏ hơn mực nước tối thiểu để có thể đảm bảo tưới tự chảy : Zc ≥ Zmin Trong đó : Zc là cao trình mực nước chết. Zmin là mực nước thấp nhất đảm bảo tưới tự chảy. Mực nước chết : Zc = Zbc + h, lấy h = 1,9 m ( do địa hình khu tưới cao ), ta được : Zc = 113.09 + 1.9 = 115 m, ( tương ứng Zb = 113.09 m ). Tra biểu đồ quan hệ địa hình kho nước Z ~ V ta được dung tích chết V c = 0,261x106 m3. 3.3.2 Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường : Dung tích hiệu dụng ( Vhd ) là phần dung tích nằm trên dung tích chết, đây là phần dung tích tham gia vào quá trính điều tiết dòng chảy. Mực nước dâng bình thường ( Z bt ) là mực nước tương ứng với dung tích hiệu dụng. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 21 Ngành : Công trình Lựa chọn MNDBT cần căn cứ vào những điều kiện cân bằng nước, tính toán điều tiết để xác định. Ngoài ra cần phân tích các chỉ tiêu về kinh tế và các ràng buộc về môi trường, các vấn đề về chính trị, xã hội ... . Trong phạm vi của đồ án này, theo nhiệm vụ được giao tính với MNDBT: Zbt=122,5 m. Tra biểu đồ quan hệ Z ~ V ta được Vhd = 0,8395.106 m3. 3.3.3Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao : Dung tích siêu cao là phần dung tích nằm ngay trên phần dung tích hiệu dụng, có nhiệm vụ tích một phần nước lũ khi có lũ lớn để giảm lưu lượng tháo xuống hạ lưu, nhằm giảm quy mô kích thước của công trình tháo lũ hoặc đảm nhiệm nhiệm vụ phòng lũ cho hạ lưu (khi có yêu cầu). Mực nước siêu cao ( Zsc ) là mực nước khống chế toàn bộ phần dung tích kho nước bao gồm phần dung tích chết, dung tích hiệu dụng và dung tích siêu cao. Z sc được tra từ biểu đồ quan hệ Z ~ V khi biết các thành phần dung tích Vc , Vhd và Vsc. Lựa chọn các thành phần dung tích và các mực nước tương ứng phải thông qua phân tích các điều kiện về kỹ thuật và các điều kiện về kinh tế, điều kiện về chính trị - an ninh quốc phòng. 3.4 Quy mô công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 3.4.1 Xác định cấp bậc công trình : Cấp của công trình được xác định từ hai điều kiện : 3.4.1.1 Theo chiều cao công trình và loại nền : - Xác định chiều cao đập : Để xác định chiều cao đập sơ bộ xác định cao trình đỉnh đập theo công thức : Zđđ = MNLTK + d (3-1) Trong đó : d - Chiều cao an toàn có thể lấy d = 1,5 ÷3 m. Chọn d = 3 m MNLTK - Mực nước lũ thiết kế. Vì MNLTK chưa biết nên có thể sơ bộ chọn : MNLTK = MNDBT + 2,5 m = 122,5 + 2,5 = 125 ( m ). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư => Trang 22 Ngành : Công trình Zđđ = MNLTK + d = 125 + 3 = 128 ( m ). Vậy chiều cao đập : Hđ = Zđđ – Zđáy Với : (3-2) Zđáy = 102 m (khi đã bóc bỏ 0,5 m đất phong hoá). => Hđ = 128 – 102 = 26 ( m ). Đập được đặt trên nền nhóm B : Nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng. Theo TCXDVN 285 : 2002 với đập có chiều cao Hđ = 26 m ∈ ( 15÷35 ) m Nền thuộc nhóm B => Ta xác định được cấp công trình là cấp III. 3.4.1.2 Theo nhiêm vụ của công trình : Công trình có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 350 ha đất nông nghiệp => Theo bảng 2-1, TCXDVN 285 : 2002 ta xác định được cấp của công trình là cấp IV. Kết hợp cả hai điều kiện trên ta xác định được cấp của công trình là cấp III. 3.4.2 Xác định các chỉ tiêu thiết kế : Từ cấp của công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế : 3.4.2.1 Mức bảo đảm thiết kế của công trình (%) : Theo Bảng 4.1 TCXDVN 285 : 2002. Với công trình cấp III phục vụ tưới thì mức bảo đảm thiết kế của công trình là P% = 75%. 3.4.2.2 Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra (%) : Theo bảng 4.2 TCXDVN 285 : 2002 với cụm đầu mối công trình cấp III thì : - Tần suất thiết kế là : Ptk = 1 %. - Tần suất kiểm tra là : Pkt = 0,2 %. 3.4.2.3. Hệ số vượt tải n : Theo TCXDVN 285: 2002 khi tính ổn định công trình và độ bền công trình, do công trình chủ yếu chịu tác dụng của trọng lượng bản thân nên lấy : Hệ số vượt tải n = 1,05. 3.4.2.4. Hệ số độ tin cậy Kn : Theo TCXDVN 285: 2002 với công trình cấp III : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 23 Ngành : Công trình - Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất : Lấy hệ số Kn = 1,15. - Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số Kn = 1,00. 3.4.2.5. Hệ số tổ hợp tải trọng nc : Theo TCXDVN 285: 2002. - Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất : Lấy hệ số : nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản. nc = 0,9 - đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt. nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa. - Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số nc = 1,00. 3.4.2.6 Hệ số điều kiện làm việc m : Theo phụ lục B - TCXDVN 285: 2002. Công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền đất và đá nửa cứng => Hệ số điều kiện làm việc m = 1,00. Các mái dốc tự nhiên và nhân tạo => m = 1,00. 3.4.2.7 Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập đất [K] : Theo bảng TCVN 5060 - 90 Công trình cấp III : + Tải trọng chủ yếu [K] = 1,20. + Tải trọng đặc biệt [K] = 1,10. 3.4.2.8 Mức đảm bảo vận tốc gió lớn nhất P% khi xác định cao trình đỉnh của các công trình có mái và giới hạn của lớp gia cố mái : Theo TCVN 5060 - 90 với công trình cấp III : + Với MNDBT, p% = 4%. + Với MNDGC, p% = 50%. 3.4.2.9 Tần suất lũ thiết kế dẫn dòng và lấp dòng mùa kiệt : P% = 10 %. 3.4.2.10 Tuổi thọ công trình ( Năm ) : T = 75 năm. ( Theo bảng 7.1 TCXDVN 285 : 2002). PHẦN 2. THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH. CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ. 4.1 Mục đích ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ và các yếu tố ảnh hưởng. 4.1.1 Mục đích ý nghĩa : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành : Công trình Điều tiết lũ là phân bố lại dòng chảy lũ đến sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra như yêu cầu an toàn cho công trình, yêu cầu phòng chống lũ cho hạ lưu, yêu cầu về tổng hợp lợi dụng nguồn nước … Điều tiết lũ là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng mùa lũ và nâng cao lưu lượng mùa kiệt. Điều tiết dòng chảy lũ là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng mùa lũ, lưu lượng đỉnh lũ vượt lớn. Mục đích của điều tiết lũ là thông qua tính toán tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất như : xác định dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước, phương thức vận hành công trình, quy mô công trình xả lũ hay kích thước đường tràn. 4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính toán điều tiết : - Ảnh hưởng của đường quá trình lũ đến. - Ảnh hưởng của công trình xả lũ : loại công trình, kích thước công trình… . - Ảnh hưởng của địa hình kho nước. 4.2 Nguyên lý và các phương pháp tính toán điều tiết lũ. 4.2.1 Nguyên lý tính toán : Dựa vào đặc điểm : Dòng chảy là dòng không ổn định tuân theo hệ phương trình cơ bản sau :  ∂Q ∂A  ∂x + ∂t = 0    ∂Z 0 = ∂h + v . ∂v + 1 . ∂v.Q. Q  ∂x ∂x g ∂x g K 2 ∂t (1) (4-1) (2) Trong đó : Q : là lưu lượng. x : là khoảng cách. A : diện tích mặt cắt ướt. t : thời gian. Z0 : là cao trình đáy. h : độ sâu dòng chảy. v : vận tốc dòng chảy. K : Mô đun lưu lượng. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 25 Ngành : Công trình Trong trường hợp điều tiết lũ bằng hồ chứa thì có những đặc điểm sau : - Mặt cắt mở rộng đột ngột. - Độ dốc mặt nước nhỏ. - Độ sâu dòng chảy rất lớn. - Vận tốc dòng chảy rất nhỏ. Khi đó phương trình (1) được viết dưới dạng đơn giản là : Qdt – qdt = Fdh (4-2) Với : Q : lưu lượng đến kho nước. q : lưu lượng xả khỏi kho nước. F : diện tích mặt thoáng của kho nước. t : thời gian. h : cột nước trên công trình tháo lũ. Phương trình (4-2) tương đương với phương trình : (Q – q)dt = dV (4-3) Đưa phương trình (4-3) về dạng sai phân ta được : ⇔ QΔt − qΔt = ΔV = V2 − V1 (4-4) Q1 + Q 2 q + q2 )Δt − ( 1 )Δ t = V2 − V1 2 2 (4-4’) ( Trong đó : ∆ t : là thời đoạn tính toán. Q1 , Q2 : là lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn tính toán. q1, q2 : là lưu lượng xả đầu và cuối thời đoạn tính toán. V1, V2 : là thể tích nước trong kho đầu và cuối thời đoạn tính toán. Với mục đích tìm đường quá trình xả lũ q ~ t thì phương trình (4-4’) chưa thể giải trực tiếp được vì có hai số hạng chưa biết là : q 2, và V2. Vậy chúng ta cần một phương trình nữa, đó chính là phương trình thuỷ lực của công trình xả lũ với dạng tổng quát : q = f( Z t , Z h , C ) (4-5) Trong đó : Zt , Zh : mực nước thượng lưu, hạ lưu công trình xả lũ. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 26 Ngành : Công trình C : tham số đặc trưng cho công trình. Như vậy nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc kết hợp giải phương trình cân bằng nước dạng (4-4’) và phương trình thuỷ lực (4-5) . 4.2.2 Các phương pháp tính : Từ nguyên lý cơ bản của tính toán điều tiết lũ như trên. Người ta đã đưa ra các phương pháp tính toán sau : - Phương pháp thử dần. - Phương pháp Pôtapôp. - Phương pháp kotrêrin. Trong đó phương pháp pôtapôp là phương pháp sử dụng thuận tiện và thích hợp hơn cả trong trường hợp này. 4.3 Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp pôtapốp. 4.3.1 Cơ sở của phương pháp : Dựa vào phương trình :  Q1 + Q 2   q + q2   Δt −  1 Δt = V2 − V1 2    2  (4-4’) q = f(Z t , Z h , C) (4-5) Trong đó : Q1 , Q2 : là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toán. q1, q2 : là lượng xả tương ứng. V2, V1 : là lượng nước có trong kho ở cuối và đầu thời đoạn ∆t. Zt : là mực nước thượng lưu công trình xả lũ. Zh : là mực nước hạ lưu. C : tham số đặc trưng cho công trình. Biến đổi phương trình (4-4’) về dạng : ( V2 V + 0,5q 2 ) = 0,5(Q1 + Q 2 ) + ( 1 − 0,5q 1 ) Δt Δt (4-6) Như vậy ở đây với bất kỳ thời đoạn ∆t nào thì vế phải đều đã biết và có : q = f1 ( Sinh viên : Lê Ngọc Diệp V − 0,5q 1 ) Δt , q = f2 ( V + 0,5q 2 ) Δt Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 27 Ngành : Công trình Hai qua hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ. Thay chúng vào công thức (4-6) ta có : _ f 2 = Q+ f1 (4-7) 4.3.2 Ưu nhược điểm : - Ưu điểm của phương pháp tính điều tiết lũ bằng phương pháp pôtapôp là đơn giản và thông dụng cho các bài toán điều tiết với công trình điều xả lũ tự do. - Hạn chế của phương pháp này là : thời đoạn tính toán ∆ t là hằng số, không thuận tiện khi công trình xả có cửa van điều tiết vì khi đó q không chỉ phụ thuộc vào cột nước tràn H mà còn phụ thuộc vào độ mở cửa van. 4.3.3 Nội dung của phương pháp : 4.3.3.1 Các tài liệu cho trước : - Hình thức xả lũ : tràn đỉnh rộng chảy tự do không có cửa van điều tiết lưu lượng. Do đó lưu lượng chảy qua tràn được tính theo công thức : q = ε.m.B. 2g .H 3/2 0 (4-8) Trong đó : - ε : Hệ số co hẹp bên, sơ bộ chọn ε = 1. - m : Hệ số lưu lượng của tràn , m = 0,36. - B : Bề rộng qua nước của tràn. - H0 : Cột nước trên tràn. - Đường quá trình lũ đến Q ~ t : Đường quá trình lũ đến ứng với tần suất thiết kế và tần suất kiểm tra, với công trình cấp III : Tần suất lưu lượng, mực nước thiết kế là P = 1%. Tần suất lưu lượng, mực nước thiết kế là P = 0,2 %. - Quan hệ đặc tính lòng hồ : Quan hệ Z ~ F và quan hệ Z ~ V của hồ chứa. 4.3.3.2 Các bước tính toán : - Bước 1: Xây dựng biểu đồ phụ trợ : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 28 Ngành : Công trình + Lựa chọn bước thời gian tính toán ∆t, sau đó giả thiết nhiều trị số mực nước trong kho để tính lưu lượng xả tương ứng (tính theo các công thức thuỷ lực đập tràn). + Dựa vào quan hệ Z ~ V ứng với các mực nước giả thiết ở trên tìm ra dung tích kho tương ứng là Vk và từ đó tìm được V = V k – Vtl (trong đó Vtl là dung tích kho ứng với trước khi lũ đến). + Tính giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên rồi vẽ lên biểu đồ như hình vẽ : q f1 f2 q2 q1 Q 0 f1 , f 2 Hình 4-1 : Biểu đồ quan hệ phụ trợ. - Bước 2 : Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết : _ + Với mỗi thời đoạn ∆t, tính Q = 0,5.(Q1 + Q 2 ) . _ + Từ q1 đã biết tra trên biểu đồ được giá trị f1 và tính f 2 = Q+ f1 . + Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2. Đó chính là lưu lượng xả lũ ở cuối mỗi thời đoạn. - Bước 3 : Lặp lại bước 2 cho các thời đoạn sau cho đến khi kết thúc. - Bước 4 : Từ quá trình lũ đến và xả ta có thể xác định được dung tích cắt lũ và mực nước lớn nhất trong kho . 4.3.4 Đặc điểm của quá trình xả lũ : - Quá trình xả lũ (điều tiết lũ) là quá trình biến đổi đường quá trình lũ đến có đỉnh lũ lớn và thời gian lũ ngắn thành đường quá trình lưu lượng xả xuống hạ lưu có lưu lượng nhỏ trong thời gian dài nhằm đáp ứng yêu cầu phòng lũ cho hạ lưu. - Đặc điểm của quá trình xả lũ : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 29 Ngành : Công trình Ở thời điểm ban đầu mực nước trong hồ là MNDBT, khi có lũ về với cường độ và lưu lượng lớn công trình xả lũ bắt đầu làm việc. Trong thời gian đầu khi lưu lượng lũ đến rất lớn ( đường quá trình lũ tăng nhanh ) Q > q một phần lượng nước lũ được trữ lại trong hồ chứa. Đến thời điểm t 1 khi lũ đến giảm (đường quá trình lũ đi xuống) Q = q khi đó lượng nước được trữ lại trong hồ trước đó bắt đầu được xả xuống hạ lưu cùng với lưu lượng lũ đến. Sau thời gian lũ mực nước trong hồ lại trở về MNDBT. Hình 4-2: Quá trình điều tiết lũ. 4.4 Tính toán điều tiết lũ cho các phương án khác nhau. Ta tính toán điều tiết lũ cho các phương án chiều rộng tràn khác nhau để chọn đuợc phương án Btr kinh tế nhất. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 30 Ngành : Công trình Nếu Btr nhỏ cột nước siêu cao lớn, diện tích ngập lụt lớn, chiều cao đập lớn khối lượng đất đắp đập lớn. Nhưng khối lượng đào đắp tràn nhỏ. Ngược lại B tr lớn cột nước siêu cao nhỏ diện tính ngập lụt nhỏ khối lượng đào đắp đập nhỏ, khả năng cắt lũ tốt, nhưng khối lượng làm tràn lớn. Do vậy ta phải chọn B tr hợp lí để vừa thoả điều kiện kinh tế và kĩ thuật. Trong phạm vi của đồ án chỉ tính toán với 3 trường hợp Btt và chọn ra Btr kinh tế nhất. Ta tính toán với các Btr : Btr1 = 15 m, Btr2 = 20 m, Btr3 = 25 m. Do khối lượng tính toán lớn, mặt khác trong quá trình thực tập tốt nghiệp đã tính toán điều tiết lũ khá nhiều. Vì vậy trong đồ án được tính bằng phần mềm tính toán điều tiết lũ. Trong đồ án này dùng phần mềm tính toán điều tiết lũ DTL/XD. 4.4.1 Giới thiệu phần mềm điều tiết lũ DTL/XD : Các tính toán dựa trên cơ sở : phương trình cân bằng nước qua hồ chứa; các công thức tính khả năng tháo qua công trình của các quy phạm trong nước và nước ngoài có cập nhật những thay đổi mới. Quá trình tính toán có xét đến sự thay đổi hệ số lưu lượng theo cột nước, theo kết cấu công trình, ảnh hưởng của mực nước hạ lưu và giá trị lưu lượng biến thiên trong thời đoạn tính toán. Chương trình điều tiết lũ được lập bằng ngôn ngữ DELPHI. Chạy trong môi trường Win 9x - 32 Bit. DELPHI là ngôn ngữ lập trình theo hướng đối tượng trên cơ sở ngôn ngữ PASCAL, là ngôn ngữ biên dịch, lập trình có cấu trúc chặt chẽ, tốc độ tính cao, bộ nhớ lớn, có nhiều công cụ tạo giao diện mạnh, phong phú rất phù hợp dùng giải các bài toán kỹ thuật. 4.4.2 Tính toán cụ thể : 4.4.2.1 Các thông số đầu vào : - Quan hệ đặc tính lòng hồ Z ~ V : Z (m) 104 6 3 V (10 m ) 0 Z (m) 113 6 3 V (10 m ) 0.16 Z (m) 122 6 3 V (10 m ) 0.786 105 0.007 114 0.214 123 0.893 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp 106 0.014 115 0.261 124 1.037 107 0.026 116 0.312 125 1.160 108 109 110 111 112 0.033 0.053 0.074 0.102 0.127 117 118 119 120 121 0.373 0.445 0.518 0.60 0.674 126 127 128 129 130 1.359 1.60 1.920 2.235 2.521 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 31 - Đường quá trình lũ đến : Q (m3/s) Lũ đến có dạng tam giác t (giờ) Q (m3/s) 0 0 1,383 265,9 4,15 Ngành : Công trình 265,90 0 - Các thông số của tràn xả lũ : 0 1,383 t (h) 4,15 Hình 4-3 : Đường quá trình lũ đến. + Tràn đỉnh rộng chảy tự do không có cửa van điều tiết. + Cao trình ngưỡng tràn : Ngưỡng = MNDBT = 122,5 m. + Chiều rộng tràn : Các Btràn giả thiết, Btr1 = 15 m, Btr2 = 20 m, Btr3 = 25 m. + Hệ số lưu lượng : m = 0,36. + Hệ số co hẹp bên : ε = 1. 4.4.2.2 Kết quả tính toán : Kết quả tính toán điều tiết và đường quá trình xả lũ của hồ chứa Ngành ứng với các Btràn = 15; 20; 25 m đựơc thể hiện trong các bảng (4-1), (4-2), (4-3) và các hình (4-4), (4-5), (4-6), phụ lục 1. Kết quả tổng hợp như sau : Bảng 4-4 : Kết quả tổng hợp tính toán điều tiết lũ cho các phương án. Phương án Btràn (m) MNDBT (m) MNDGC (m) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp 1 15 122.5 127.13 2 20 122.5 126.4 3 25 122.5 125.91 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 32 qxả max (m3/s) 238 Ngành : Công trình 246 251 CHƯƠNG 5. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT. 5.1 Xác định cao trình đỉnh đập. 5.1.1 Mục đích, ý nghĩa : Đập là một hạng mục công trình quan trọng nhất trong cụm công trình đầu mối, nó chiếm một khối lượng không nhỏ về mặt vốn đầu tư. Kích thước cũng như cao trình đỉnh đập có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc an toàn và giá thành của đập. Khi xác định cao trình đỉnh đập, một mặt cần bảo đảm trong các trường hợp xảy ra lũ và sóng vỗ nước vẫn không tràn qua đỉnh đập được, nhưng mặt khác cần xác định được hợp lý các trường hợp có khả năng xảy ra sự cố, để cao trình đỉnh đập đã được xác định không quá thấp hoặc quá cao. Nếu quá thấp sẽ không đảm bảo an toàn cho đập, còn nếu quá cao thì sẽ gây lãng phí. Mục đích của việc tính toán cao trình đỉnh đập là để tìm ra được một cao trình đỉnh đập hợp lý nhất thoả mãn các yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật. 5.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập : Trong thiết kế sơ bộ cao trình đỉnh đập được xác định từ 2 điều kiện : - Xác định theo MNDBT : Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (5-1) - Xác định theo MNLTK : Z2 = MNLTK + ∆h’ + hsl’+ a’ (5-2) Trong đó : - MNDBT : Mực nước dâng bình thường. - MNLTK : Mực nước lũ thiết kế ( MNDGC). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 33 Ngành : Công trình ∆h và ∆h’ : độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và - gió bình quân lớn nhất. hsl và hsl’ : chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với - gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. a và a’ - độ vượt cao an toàn, tra bảng (5-1)- trang 93- Giáo - trình thuỷ công tập I ta có : a = 0,5 m; a’ = 0,4 m. Cao trình đỉnh đập được chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính theo (5-1) và (5-2). §Ønh ®Ëp a MN hsl h Hình 5-1: Sơ đồ tính toán cao trình đỉnh đập. 5.1.2.1. Xác định ∆h và hsl ứng với gió lớn nhất V : *. Xác định ∆h : ∆h được xác định theo công thức : V 2 .D Δh = 2.10 cosα s g.H −6 (5-3) Trong đó : - V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất lấy với tần suất p = 4%. Theo tài liệu thủy văn khu vực ta có VP = 4% = 27,1(m/s). - D : Đà sóng ứng với MNDBT (m), (được xác định bằng cách đo trực tiếp trên bình đồ lòng hồ). - g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). - H : Chiều sâu nước trước đập (m). H = MNDBT – Zđáy . - αs : Góc kẹp giữa trục dọc của đập và hướng gió. *. Xác định hsl : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 34 Ngành : Công trình Theo quy phạm C1 – 78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau : hsl 1% = K1.K2.K3.K4.hs 1%. (5-4) Trong đó : - hs 1% : chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1%. - K1, K2, K3, K4 : Các hệ số. + hs 1% được xác định như sau ( theo QPTL C1 – 78) : - Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0,5λ (5-5) - Tính các đại lượng không thứ nguyên gt gD , V V2 Trong đó : t - Thời gian gió thổi liên tục (s), do không có tài liệu nên ta có thể lấy t = 6 giờ. - Tra đường bao đồ thị hình P2-1 (GT. Đồ án môn học Thuỷ Công), ta xác định được các đại lượng không thứ nguyên g h g.τ , . V2 V - Chọn trị số nhỏ trong 2 trị số tra được ở trên. Từ đó xác định được các giá trị: h , τ , λ như sau :  gh  V 2 h =  2 . V  g (5-6)  gτ  V τ =  . V g (5-7) 2 g.τ λ= (m) 2π (5-8) - Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo (5-5) Nếu thoả mãn => ta tính tiếp : (-) Tính hs 1% : h s 1% = K 1% .h (5-9) Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 35 Ngành : Công trình - K1% - Hệ số ứng với mức bảo đảm 1%, tra ở đồ thị hình P2-2 ( Đồ án môn học Thủy công ) ứng với đại lượng (-) Tính τ : τ=τ (-) Tính λ : λ=λ gD . V2 Nếu không thoả mãn thì sóng là sóng nước nông : (-) Nếu độ dốc đáy hồ iđh ≥ 2/1000 : Xác định các đặc trưng trung bình của sóng nước sâu h , τ , λ . Tính h1% : h1% = Kp.Kt.Kn.K1%. h (5-10) Trong đó : K1% : Hệ số ứng với mức bảo đảm 1%. Kp : Hệ số khúc xạ. Kt : Hệ số biến dạng. Kn : Hệ số tổn thất. Các hệ số trên tra trong các bảng quy phạm liên quan. Tính τ=τ Tính λ λ =  .λ λ Với : λ - Chiều dài sóng trung bình của sóng nước sâu. λ   : Tra theo đồ thị QPTL C1 – 78. λ (-) Nếu độ dốc đáy hồ iđh ≤ 1/1000 : Các bước tính toán giống trường hợp sóng nước sâu, chỉ khác là khi tra các đại lượng không thứ nguyên ta không tra theo đường bao mà ta tra theo đường gH tương ứng. V2 - Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2-3 ( GT. ĐATC ) phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 36 Ngành : Công trình Ở đây ta chọn hình thức gia cố mái bằng tấm bê tông và độ nhám tương đối ∆/hs1% < 0,002 => K1 = 1,00 và K2 = 0,90. - Hệ số K3 tra ở bảng P2-4 (GT. ĐATC) phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m. Ở đây tính với vận tốc gió lớn nhất ứng với tần suất 4% => V 4% = 27,1(m/s) > 20 (m/s) và sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu của đập là : m = 3 => K3 = 1,5. - Hệ số K4 tra ở dồ thị hình P2-3, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số λ h s1% . 5.1.2.2 Xác định ∆h’ và hsl’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’ = V50% : Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất V’ và đà sóng ứng với mực nước dâng gia cường D’. 5.1.2.3 Tính toán cụ thể : Ta xác định các cao trình đỉnh đập tương ứng với các trường hợp B tràn khác nhau. Với mỗi Btràn ta sẽ xác định được một cao trình đỉnh đập. Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện trong Bảng 5-1 (phụ lục 1). Kết quả tổng hợp như sau : Bảng 5-2 : Kết quả tổng hợp. Phương án Zđđ (m) Hđ (m) 15 128.3 26.3 Btràn (m) 20 127.6 25.6 25 127.1 25.1 5.2 Cấu tạo các chi tiết đập. 5.2.1 Cấu tạo đỉnh đập : Việc lựa chọn, kích thước, cấu tạo, và hình thức gia cố phụ thuộc vào điều kiện làm việc của đập, điều kiện thi công và các yêu cầu về giao thông. Ở đây đỉnh đập không có yêu cầu về giao thông nên theo điều kiện cấu tạo và thi công ta chọn chiều rộng đỉnh đập là Bđ = 6,0 (m). Kết cấu đỉnh đập bao gồm : trên mặt rải một lớp đá dăm cấp phối dày 25 cm, phía dưới là một lớp cát đệm dày 10 cm. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 37 Ngành : Công trình 3, m1= 0 40 i=3% i=3% §¸ d¨m cÊp phèi dµy 25 cm 70 C¸t lãt dµy 10 cm 30 20 20 50 600 m= 2 2,5 TÊm bªt«ng dµy 10cm D¨m sái dµy 15 cm §Êt mÇu trång cá dµy 10 cm C¸t lãt dµy 10 cm Hình 5-2 : Cấu tạo chi tiết đỉnh đập. 5.2.2 Mái đập và cơ đập : Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền… Khi thiết kế phải thông qua tính ổn định để chọn mái. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án ta có thể tính toán hệ số mái dốc của đập theo công thức : Mái thượng lưu : mtl = 0,05H + 2,00. Mái hạ lưu : mhl = 0,05H + 1,50. Trong đó : H – Chiều cao đập (m). Cơ đập được bố trí ở cả mái thượng lưu và hạ lưu : Cơ thượng lưu đặt ở cao trình 114, rộng 3 m để đảm bảo cho thi công cơ giới. Cơ hạ lưu đặt ở cao trình 115, rộng 3 m. 5.2.3 Thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước : Thiết bị chống thấm trong thân đập chọn là hình thức lõi giữa, đất làm thiết bị chống thấm cũng là đất đắp đập. Thiết bị thoát nước hạ lưu chọn hình thức là lăng trụ bằng đá đổ. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 38 Ngành : Công trình m' = 2 3,0 200 3 §Êt ®¾p ®Ëp γk = 1,32 T/m 104,5 m C¸t th« 15 cm D¨m sái dµy 20 cm = m3 4 0 1, = 1, 5 §¸ héc xÕp D¨m sái dµy 20 cm C¸t th« 15 cm Hình 5-3 : Cấu tạo chi tiết lăng trụ thoát nước. 5.2.4 Bảo vệ mái thượng, hạ lưu : - Bảo vệ mái hạ lưu : Với 3 phương án B tr khác nhau ta đều chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ. Phủ một lớp đất mầu dày 10 cm, trên đó trồng các ô cỏ nằm giữa có hệ thống các rãnh thoát nước mái hạ lưu. Các ô cỏ là các hình vuông có kích thước 5 x 5(m). - Bảo vệ mái thượng lưu : Để đảm bảo ổn định cho đập, tránh sự va đập của sóng, mái đập thượng lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông lát. Phạm vi bảo vệ từ cao trình đỉnh đập đến cao trình thấp hơn MNC một đoạn Z = 2.h s1% , đến cao trình 114m. 0 50 0 50 0 50 20 20 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 39 Ngành : Công trình Hình 5-4 : Bảo vệ mái hạ lưu. Bảng 5-3 : Kết cấu chi tiết của đập đất. Phương án Zđđ (m) Hđ (m) Bđỉnh (m) Mái TL Cơ TL ∇cơ Bcơ Mái HL Cơ HL ∇cơ Bcơ TB chống thấm TB thoát nước Bảo vệ mái TL Bảo vệ mái HL 15 128,3 26,3 6,0 3,5 - 3 114 3,0 3 – 2,5 115 3,0 Đập đồng chất Lăng trụ Tấm BT Trồng cỏ Btràn (m) 20 127,6 25,6 6,0 3,5 - 3 114 3,0 3 – 2,5 115 3,0 Đập đồng chất Lăng trụ Tấm BT Trồng cỏ 25 127,1 25,1 6,0 3,5 – 3 114 3,0 3 – 2,5 115 3,0 Đập đồng chất Lăng trụ Tấm BT Trồng cỏ CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN THUỶ LỰC TRÀN. 6.1. Hình thức bố trí tràn. 6.1.1 Vị trí tuyến tràn : Căn cứ vào bình đồ khu vực đầu mối sau khi lựa chọn tuyến đập. Ta bố trí tuyến tràn ở bên bờ trái của đập bởi nếu bố trí bên phải do địa hình bờ bên phải dốc rất nhiều do đó khối lượng đào đắp sẽ rất lớn mặt khác nếu bố trí tuyến tràn bên phải thì chiều dài tràn sẽ rất lớn. Do đó ta bố trí tuyến tràn ở bên trái là hợp lý. Tuyến tràn được bố trí vuông góc với tuyến đập. 6.1.2. Hình thức tràn : Chọn hình thức tràn là tràn đỉnh rộng do địa hình tự nhiên tại cao trình đặt tràn tương đối thoải đồng thời điều kiện địa chất tại đó cũng rất phù hợp với loại tràn này. - Theo tài liệu thuỷ văn, lũ của lưu vực nhỏ chịu ảnh hưởng của mưa rào, lũ lên nhanh trong thời gian ngắn đồng thời phía hạ lưu không có giới hạn lưu lượng xả vì vậy ta để tràn xả tự do khi mực nước trong hồ vượt quá MNDBT. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 40 Ngành : Công trình - Chiều rộng tràn : Theo số liệu được giao trong đò án này tính với 3 trường hợp chiều rộng tràn : 15, 20, 25 (m). - Ngưỡng tràn : chọn chiều dài ngưỡng tràn là Lng = 14 (m), chiều dày 0,8 m. - Cao trình ngưỡng : do tràn không có cửa van điều tiết nên ta lấy cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT = 122,5 (m). - Trước ngưỡng tràn có đoạn nối tiếp thượng lưu dài 50 m. Để giảm bớt khối lượng đào vào trong núi, ta bố trí đoạn nối tiếp thượng lưu lượn cong. 6.1.3 Nối tiếp tràn với hạ lưu : Nối tiếp tràn với hạ lưu có thể chọn theo các phương án bố trí sau : + Phương án I : Nối tiếp sau tràn là dốc nước. + Phương án II : Nối tiếp sau tràn là bậc nước. + Phương án III : Nối tiếp sau tràn là dốc nước kết hợp với bậc nước. Ở đây theo mặt cắt dọc tự nhiên của tuyến tràn ta thấy dọc theo tuyến tràn độ dốc mặt đất tự nhiên có hai sự thay đổi lớn : + Đoạn đầu có độ dốc rất nhỏ gần như nằm ngang, đoạn này có chiều dài khoảng 40 đến 50 m. + Đoạn tiếp theo có độ dốc lớn, độ chênh cao khoảng 23 m trên chiều dài 100 m, độ dốc địa hình i = 22,41%. + Đoạn cuối tràn (nối tiếp về hạ lưu) có độ dốc nhỏ, độ chênh cao khoảng 3 m trên chiều dài 100 m. - Phương án I nối tiếp sau tràn là dốc nước độ dốc tự nhiên khoảng i 0 = 17,3% là tương đối lớn nên khối lượng đào đắp là rất lớn và điều kiện ổn định khó bảo đảm. - Phương án II nối tiếp sau tràn là bậc nước có ưu điểm là dòng chảy được tiêu năng trên các bậc, kết cấu chắc chắn, ổn định, tuy nhiên chi phí xây dựng cao. Ở cả hai phương án trên do độ dốc địa hình thay đổi lớn (từ độ dôc nhỏ sang độ dốc lớn) do đó khối lượng đào sẽ rất lớn nếu chỉ đơn thuần theo từng phương án => chi phí xây dựng công trình tăng lên rất nhiều. - Phương án III nối tiếp sau tràn là dốc nước kết hợp với bậc nước. Dốc nước được bố trí trên đoạn có độ dốc nhỏ ngay sau ngưỡng tràn, tiếp theo là bậc nước được bố trí trên đoạn có độ dốc lớn, cuối cùng là đoạn kênh tháo đặt trên địa hình Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 41 Ngành : Công trình có độ dốc nhỏ. Phương án này tuy có nhược điểm là khối lượng tính toán lớn, bố trí thi công phức tạp nhưng nó lại có nhiều ưu điểm hơn so với hai phương án trên (khắc phục được các nhược điểm của 2 phương án trên) : Đảm bảo an toàn do đoạn dốc ngắn có độ dốc nhỏ, phía sau là bậc nước do đó dòng chảy được tiêu năng trên các bậc, kết cấu chắc chắn, ổn định, giảm được số lượng bậc => giảm chi phí xây dựng. Mặt khác việc bố trí như vậy rất hợp lý vì khối lượng đào sẽ giảm đi rất nhiều => chi phí xây dựng công trình cũng giảm đi nhiều. Từ những phân tích như trên ta quyết định chọn phương án III là phương án đảm bảo được cả hai yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật. * Bố trí cụ thể như sau : - Tuyến dốc thẳng có chiều dài Ld = 50 m, độ dốc i = 5%. - Bậc nước gồm 5 bậc. - Cuối bậc là bể tiêu năng. - Kênh hạ lưu dài 100 m, mặt cắt hình thang hệ số mái m = 1,5, độ dốc i = 0,000125. Ng­ìng trµn dµi 14 m Dèc n­íc dµi 50 m, i = 5% 1 2 BËc n ­í 3 c 4 Kªnh th¸o h¹ l­u 5 Hình 6-1 : Bố trí tuyến tràn. 6.2 Tính toán thuỷ lực dốc nước. 6.2.1 Khái niệm chung về dốc nước : Dốc nước là một đoạn kênh hở có độ dốc lớn nối tiếp sau ngưỡng tràn để đưa nước xuống hạ lưu. Dốc nước có các bộ phận sau : - Cửa vào : cửa vào của dốc nước thường là đập tràn đỉnh rộng, đập tràn thực dụng, đập tràn khe hở. - Đoạn chuyển tiếp : là đoạn nối giữa cửa vào và thân dốc, thường có mặt cắt thu hẹp dần và có độ dốc đáy bằng độ dốc đáy của thân dốc. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 42 Ngành : Công trình - Thân dốc : thường có mặt cắt chữ nhật hoặc hình thang, độ dốc đáy tuỳ thuộc vào vật liệu làm thân dốc thường lấy khoảng từ 0,01÷ 0,2. - Bộ phận tiêu năng : là bộ phận tiêu huỷ hết năng lượng thừa mà dòng chảy mang theo và đảm bảo hạ lưu không bị xói lở. Trong đồ án này em thiết kế dốc nước có cửa vào là đập tràn đỉnh rộng, không có đoạn chuyển tiếp trong dốc, thân dốc có mặt cắt hình chữ nhật độ dốc i = 5% và bộ phận tiêu năng ngay sau thân dốc là bậc nước. 6.2.2 Mục đích tính toán thuỷ lực dốc nước : Tính toán thuỷ lực trên dốc nước chủ yếu xác định được đường mặt nước trong dốc, hoặc là chiều sâu của nước trong dốc, để từ đó thiết kế chính xác được chiều cao của tường bên, tính được lưu tốc trên dốc, điều kiện thủy lực trước khi vào bậc nước từ đó tính toán thuỷ lực của bậc nước xác định được các kích thước của bậc nước. 6.2.3 Nguyên lý tính toán : Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước trong dốc là : d∋ =i− j dl (6-1) Nếu sai phân hoá phương trình trên ta được : _ Δ∋ =i− j Δl Δl = hay (6-2) Δ∋ (6-2’) _ i− j Trong đó : ∆l : chiều dài đoạn tính toán. i : độ đốc đáy kênh. ∆ ∋ : hiệu số tỷ năng của hai mặt cắt ở hai đầu đoạn ∆l. Δ ∋=∋ i +1 − ∋ i = (h i +1 + αv i2+1 αv 2 ) − (h i + i ) 2g 2g (6-3) _ J : Độ dốc thuỷ lực trung bình. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 43 _ J= Ngành : Công trình Q2 (6-4) − 2 K Với : (6-5) K = ω.C R 6.2.4 Các bước tính toán : Ở đây dốc nước không có đoạn chuyển tiếp thu hẹp dần do đó ta chỉ trình bày các bước tính toán đối với dốc nước có bề rộng không đổi. 6.2.4.1 Định tính xác định dạng đường mặt nước trên dốc : + Tại cửa vào, nếu cửa vào không có ngưỡng ta kiểm tra độ dốc của dốc tại mặt cắt cửa vào. Nếu i > ik thì dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết mà ngưỡng tràn thường có độ dốc rất nhỏ hoặc bằng không nên dòng chảy qua tràn là dòng chảy êm, vì vậy khi dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy êm sang trạng thái chảy xiết thì dòng chảy sẽ qua trạng thái phân giới. Do đó độ sâu dòng chảy tại đầu dốc bằng độ sâu phân giới hk. Trường hợp i < ik thường không xảy ra đối với dốc nước. + Trường hợp cửa vào có ngưỡng thấp. Trong trường hợp này độ sâu co hẹp sau ngưỡng hc > h0 nên trong dốc có đường nước đổ bII. + Trường hợp cửa vào có ngưỡng cao. Khi đó độ sâu co hẹp sau ngưỡng h c < h0 nên trong dốc có đường nước dâng và độ sâu dòng chảy ở đầu dốc là độ sâu co hẹp hc. 6.2.4.2 Tính toán cụ thể và vẽ đưòng mặt nước trong dốc : Đối với dốc nước, dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết nên đường mặt nước được tính từ đầu dốc về đến cuối dốc. - Cách tính : + Tính độ sâu dòng đều h0và độ sâu phân giới hk trên dốc. + Chia dốc thành nhiều đoạn nhỏ để tính. + Có độ sâu dòng chảy tại mặt cắt đầu dốc h 1, giả thiết độ sâu dòng chảy tại mặt cắt sau h2. + Dùng phương trình cơ bản tính được Δl tt = Δ∋ _ i− j , lấy h2 đó làm giá trị độ sâu đầu đoạn sau và tính toán tương tự như đối với đoạn 1 tính như vậy đến khi tổng chiều dài tính toán Σ∆li bằng chiều dài dốc nước Ld thì dừng lại. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 44 Ngành : Công trình Có các giá trị độ sâu dòng chảy tại các mặt cắt ta vẽ được đường mặt nước trên dốc. 6.2.5 Tính toán cụ thể : Ta tính toán với 3 phương án B tràn , với lưu lượng xả lấy là q xả max trong tính toán điều tiết lũ. K N K hk N Hình 6-2 : Sơ đồ tính toán thuỷ lực dốc. 6.2.5.1 Tính toán với Btr = 15 (m) : * Kiểm tra dạng đường mặt nước và độ sâu đầu đoạn dốc : - Độ sâu phân giới tại mặt cắt cửa vào của dốc. hk = 3 αQ 2 1.238 2 3 = = 2,9496(m) B 2 .g 15 2.9,81 (6-6) - Xác định độ sâu dòng đều trong dốc : Dùng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tính : f(R ln ) = 4.m o i 4.2. 0,05 = = 0,00752 Q 238 (6-7) Trong đó : m o = 2 1 + m 2 − m = 2 1 + 0 − 0 = 2 (6-8) Tra phụ lục 8-1 (Các bảng tính thuỷ lực) với f(R ln ) = 0,00752 và n = 0,014 => ta được Rln = 1,2627. Lập tỷ số b 15 = = 11,8793 . R ln 1,2627 Với m = 0 tra phụ lục 8-3 (các bảng tính thuỷ lực) ta được => h0 = ( Sinh viên : Lê Ngọc Diệp h = 0,8312 . R ln h ) .Rln = 0,8312.1,2627 = 1,0496 (m). R ln Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 45 Ngành : Công trình Ta thấy hk = 2,9496 (m) > h0 = 1,0496 (m) => Dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết và đường mặt nước trong dốc là đường nước hạ bII. Ngưỡng tràn nằm ngang => dòng chảy trên ngưỡng là dòng chảy êm. Dòng chảy từ trạng thái chảy êm chuyển sang trạng thái chảy xiết trên dốc phải qua trạng thái phân giới. Do đó độ sâu dòng chảy tại đầu dốc (cửa vào) là độ sâu phân giới h1= hk = 2,9496 (m). * Tính và vẽ đường mặt nước trên dốc : + Chia dốc thành nhiều đoạn nhỏ để tính. + Có độ sâu dòng chảy tại mặt cắt đầu dốc h 1 = hk = 2,9496 m, giả thiết độ sâu dòng chảy tại mặt cắt sau là h2. + Dùng phương trình cơ bản tính được Δl tt = Δ∋ _ i− j , lấy h2 đó làm giá trị độ sâu đầu đoạn sau và tính toán tương tự như đối với đoạn 1 tính như vậy đến khi tổng chiều dài tính toán Σ∆li bằng chiều dài đoạn dốc nước Ld = 50 m thì dừng lại. Ở đây ta chọn các độ sâu đó là: 2,4; 2,2; 2,0; 1,9; 1,8; 1,75; 1,7; 1,65; và 1,618 m. Có các giá trị độ sâu dòng chảy tại các mặt cắt ta vẽ được đường mặt nước trên dốc. Sau khi tìm được hcd = 1,618 m, kiểm tra tốc độ lớn nhất ở cuối dốc : Vcd = Q 238 = = 9,81(m/s) < [V] = 20 m/s . ω 24,27 (6-9) Kết quả tính toán và đường mặt nước được thể hiện trong bảng (6-1), phụ lục 1. 6.2.5.2 Tính toán với các Btr = 20 m và Btr = 25 m : Tính toán tương tự như với Btr = 15 m. Kết quả tính toán và đường mặt nước được thể hiện trong bảng (6-2); (6-3) phụ lục 1. Bảng 6-4: Tổng hợp kết quả tính toán đmn trong dốc nước. Phương án Chiều sâu dòng chảy tại các mặt cắt (m) Kiểm tra M/C vào M/C ra Vcd (m/s) [V] (m/s) 15 2.9496 1.618 9.81 20 Btr 20 2.4891 1.310 9.39 20 25 2.174 1.108 9.06 20 6.2.5.3 Tính toán đường mặt nước trong dốc có kể đến hàm khí : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 46 Ngành : Công trình Dòng chảy trên thân dốc có tốc độ tương đối lớn, do đó mặt nước bị trộn khí và chiều sâu dòng chảy có tăng lên một ít. Tính đường mặt nước có hàm khí nhằm mục đích xác định chiều cao tường, đảm bảo không cho nước tràn ra hai bên tường. Dòng chảy trong thân dốc có kể đến hàm khí tính theo công thức đơn giản sau đây : h hk = h.(1 + v ) 100 (6-10) Trong đó : h – chiều sâu dòng chảy trên thân dốc. v – tốc độ dòng chảy tại mặt cắt tính toán. Từ công thức trên ta tính được chiều sâu dòng chảy có trộn khí tại các mặt cắt với các phương án tràn khác nhau như sau : Bảng 6-5 : Đường mặt nước trong dốc nước có kể đến hàm khí. PA MC 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6 7-7 8-8 9-9 10-10 11-11 h (m) 2.950 2.365 2.176 2.048 1.95 1.872 1.806 1.749 1.7 1.657 1.618 Btr = 15 m V(m/s) hhk(m) 5.38 3.11 6.71 2.52 7.29 2.33 7.75 2.21 8.14 2.11 8.48 2.03 8.79 1.96 9.07 1.91 9.33 1.86 9.58 1.82 9.81 1.78 h (m) 2.489 1.959 1.791 1.678 1.593 1.525 1.469 1.421 1.379 1.343 1.310 Btr = 20 m V(m/s) hhk(m) 4.94 2.61 6.28 2.08 6.87 1.91 7.33 1.80 7.72 1.72 8.07 1.65 8.37 1.59 8.66 1.54 8.92 1.50 9.16 1.47 9.39 1.43 h (m) 2.174 1.684 1.532 1.431 1.355 1.295 1.246 1.204 1.168 1.136 1.108 Btr = 25 m V(m/s) 4.62 5.96 6.55 7.02 7.41 7.75 8.06 8.34 8.60 8.84 9.06 hhk(m) 2.27 1.78 1.63 1.53 1.46 1.40 1.35 1.30 1.27 1.24 1.21 6.3 Tính toán thuỷ lực bậc nước. 6.3.1 Khái niệm chung : Bậc nước là một trong những hình thức công trình nối tiếp, nó bao gồm nhiều bậc nước nối tiếp nhau để đưa nước từ ngưỡng tràn xuống hạ lưu. Các bậc nước đó còn có tác dụng tiêu hao năng lượng trong suốt chiều dài dòng chảy và bộ phận tiêu năng cuối cùng cũng được thiết kế đơn giản hơn. Bậc nước bao gồm các bộ phận sau : Phần vào, bậc và phần ra. - Phần vào : Thường là ngưỡng tràn đỉnh rộng hoặc là phần cuối dốc nước. Phần vào có tường cánh kéo dài về thượng lưu (1 ÷1,5)H. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 47 Ngành : Công trình - Bậc : Bậc nước gồm nhiều cấp. Cần phải thiết kế làm sao để trong mỗi cấp đều có nước nhảy ngập ổn định. Vì vậy, cuối mỗi cấp thường có tường tiêu năng, làm việc như một bể tiêu năng. Trong mỗi cấp còn có tường đứng, bản đáy và tường biên. Tường đứng làm việc như một đập tràn, là loại tường trọng lực có khe lún tách khỏi bản đáy. Bản đáy trong mỗi bậc làm nhiệm vụ như bản đáy của bể tiêu năng còn tường biên thường là tường trọng lực. - Phần ra : Phần ra là cấp cuối cùng. Cấu tạo của nó về cơ bản giống các cấp ở giữa. Nhưng để thuận lợi cho tiêu năng thì bể tiêu năng cuối cùng này thường làm có dạng khuếch tán trong bể có thể đặt mố hoặc làm tường cuối bể (tùy theo địa hình cụ thể). Hình 6-3 : Bậc nước nhiều cấp. 1 Tường nước đổ; 2 Phần nước đổ xuống; 3 Giếng tiêu năng; 4 Tường dọc. 6.3.2 Mục đích : Mục đích của tính toán thủy lực bậc nước là xác định được kích thước của mỗi cấp với điều kiện thủy lực có lợi. 6.3.3 Trình tự tính toán : Hình 6-4 : Sơ đồ tính toán bậc nước. * Giả thiết số cấp N và chiều cao tường d của mỗi cấp : Chiều cao mỗi cấp xác định theo công thức : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 48 P= Ngành : Công trình P0 +d N (6-11) Trong đó : P0 – Tổng độ chênh về địa hình từ đầu cấp thứ nhất đến cấp cuối cùng. N – Số cấp. d – Chiều sâu trước bậc tính toán. * Xác định độ sâu co hẹp h1 : v1 = ϕ 2g(H o + P − h 1 ) (6-12) q = ϕ .h 1 2g(H o + P − h 1 ) (6-12’) Trong đó : v1 – Vận tốc ngang ở chỗ tia dòng đổ xuống. q – Lưu lượng đơn vị. P – Chiều cao của tường nước đổ. α.v 2 H0 = H + - Độ sâu của nước trên ngưỡng vào của bậc 2g nước có tính đến cột nước lưu tốc tới gần. ϕ - Hệ số lưu tốc. Với q đã biết sẽ tính được h1. * Tính độ sâu liên hiệp h2 của h1 :  h h1  h2 = 1 + 8 k 2   h1  3    − 1    (6-13) Trong đó : hk - Độ sâu phân giới của dòng chảy trong bể. hk = 3 Kiểm tra tỷ lệ αq 2 g (6-14) h2 > 2 (nếu không thoả mãn thì phải giả thiết lại P). h1 * Chọn chiều cao của tường d : d được chọn sao cho : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 49 H1 + d > h 2 Ngành : Công trình (6-15) Theo kinh nghiệm của giáo sư V.A. saupman, với điều kiện d ≥ 0,25h2 và d + H1 = 0,9h2 thì trong bể có nước nhảy ổn định và ở cấp cuối cùng mới cần chọn (d + H1) ≥ (1,1 ÷ 1,15)h2 để bảo đảm an toàn cho dòng chảy vào kênh tháo phía sau (trong đó H1 – cột nước trên đỉnh tường). * Xác định chiều dài bể : Chiều dài bể gồm chiều dài phun xa của luồng nước và chiều dài nước nhảy : l = l1 + β.ln (6-16) Trong đó : l1 – Chiều dài phun xa của luồng nước. ln – Chiều dài nước nhảy. β - là hệ số, lấy từ 0,7 ÷ 0,8. + Chiều dài phun xa của luồng nước l1 được xác định theo công thức : l1 = v 2y g (6-17) Trong đó : v - vận tốc trung bình trên ngưỡng, xác định theo công thức : v= q H1 (6-18) y - được xác định theo công thức : y = P + 0,5H1 (6-19) + Xác định chiều dài nước nhảy ln : ln = 3,2h2. (6-20) (Theo tài liệu sách thiết kế và thi công hồ chứa nước loại vừa và nhỏ NXB Nông nghiệp Hà Nội, trang 360). 6.3.4 Tính toán cụ thể : Ở đây ta tính toán thủy lực bậc nước tương ứng với 3 phương án chiều rộng tràn khác nhau : Btr = 15; 20; 25 (m). Với trường hợp này do bậc nước được làm nối tiếp sau dốc nước do đó độ sâu dòng chảy ngay trước khi vào bậc thứ nhất được lấy là độ sâu dòng chảy ở cuối dốc. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 50 Ngành : Công trình 6.3.4.1 Tính toán với phương án Btr = 15 m : * Các số liệu cho trước : - Chiều rộng bậc nước = chiều rộng tràn = chiều rộng dốc nước = 15 (m). - Lưu lượng tháo : Q = 238 (m3/s). - Cột nước trước khi vào bậc = cột nước cuối dốc , H = h cd = 1,618 (m). - Lưu tốc tại mặt cắt cuối dốc : v= Q 238 = = 9,806(m/s) B.H 15.1,618 (6-21) - Cột nước toàn phần : Ho = H + α.v 2 1.9,806 2 = 1,618 + = 6,519(m) . 2g 2.9,81 * Xác định chiều cao mỗi cấp : Chọn chiều cao các bậc bằng nhau P1 = P2 = … = Pn = P. Với độ chênh địa hình là P0 = 23 (m). Giả thiết số bậc N = 5. Chiều sâu hố của mỗi cấp (chiều cao tường) d = 2,0 (m). Chiều cao mỗi cấp xác định theo công thức (6-8) : P 23 P = o +d = + 2,0 = 6,60 (m) . N 5 * Tính toán với cấp thứ nhất : + Độ sâu co hẹp h1 được xác định theo công thức (6-12’) : q = ϕ .h 1 2g(H o + P − h 1 ) Trong đó : q – Lưu lượng đơn vị, q = Q 238 = = 15,867 (m3/s.m). B 15 P – Chiều cao của tường nước đổ, P = 6,60 m . Ho – Cột nước toàn phần trên tràn, Ho = 6,519 m . ϕ - Hệ số lưu tốc, tra đồ thị hình 10-23.a – trang 159 (sổ tay tính toán thuỷ lực) với h cd 1,618 = = 0,25 . P 6,60 => ta được ϕ = 0,82 . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư => Trang 51 Ngành : Công trình 15,867 = 0,82.h 1 . 2.9.81(6,519 + 6,60 − h 1 ) . Giải phương trình trên ta được h1 = 1,277 (m). + Tính độ sâu liên hiệp h2 theo công thức (6-13) : 2   h1  8 q    − 1 h2 = 1+  2  g.h 1  h 1     2  1,277  8  15,867  = 1+   − 1 = 5,73(m).  2 9,81.1,277  1,277    + Kiểm tra điều kiện chảy ngập và kinh tế : h2 5,73 = = 4,49 . h 1 1,277 Thoả mãn điều kiện ngập lặng và kinh tế. + Tính cột nước ở trên ngưỡng tràn cuối cấp thứ nhất (trên đỉnh tường tiêu năng). q H o1 =   M 2/3 (6-22) Ở đây hệ số lưu lượng M = 1,86 lấy như đối với đập tràn đỉnh nhọn. => H o1 q  =  M 2/3  15,867  =   1,86  2/3 = 4,175(m) . 2 Do đó αV 2 1  15,867  H 1 = H o1 − 1 = 4,175 −   = 3,784(m) . 2g 2.9,81  5,73  + Tính chiều sâu bể (chiều cao của tường tiêu năng) : d = h 2 − H 1 = 5,73 − 3,784 = 1,95(m) . Vậy d < dgt => chiều sâu bể giả thiết là hợp lý. + Tính chiều sâu nước trong hố : h b = d + H 1 = 2,0 + 3,784 = 5,78(m) . Hệ số an toàn về chiều sâu là : h b 5,78 = = 1,01 . h 2 5,73 * Tính toán cấp thứ hai và các cấp tiếp theo : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ta có Trang 52 Ngành : Công trình Ho1 = 4,175 (m).  H 01 4,175  = = 0,63  Tra đồ thị hình 10-23.b – 6,60  P  ϕ = 0,83 ,  trang159 (sổ tay tính toán thủy lực). Tính toán tương tự như trên ta được : h1 = 1,420 (m). h2 = 5,345 (m). Kiểm tra điều kiện ngập lặng và kinh tế : h 2 5,345 = = 3,77 . h 1 1,420 Thoả mãn điều kiện ngập lặng và kinh tế. + Chiều sâu cột nước trên ngưỡng cuối bậc thứ hai : H o2 = H 01 = 4,175(m) . 2 H 2 = H o2 Do đó αV22 1  15,867  − = 4,175 −   = 3,726(m) . 2g 2.9,81  5,345  + Chiều sâu bể : d = h 2 − H 2 = 5,345 − 3,726 = 1,62(m) . Vậy dtt < dgt => chiều sâu bể giả thiết là hợp lý => chọn d = dgt = 2,0 (m). + Tính chiều sâu nước trong hố : h b = d + H 2 = 2,0 + 3,726 = 5,73(m) . Hệ số an toàn về chiều sâu là : h b 5,726 = = 1,07 . h 2 5,345 + Tính chiều dài bể (theo công thức 6-16) : lbể = l1 + β.ln l1 = q 2(P + 0,5.H 1 ) 15,867 2(6,60 + 0,5.3,784) . = . = 5,52(m) . H1 g 3,784 9,81 l n = 3,2.h 2 = 3,2.5,345 = 17,10(m) . β - hệ số chọn từ 0,7 ÷ 0,8 , chọn β = 0,8. => lbể = 5,52 + 0,8.17,10 = 19,20 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 53 Ngành : Công trình Ta chọn chiều dài của bể là lbể = 19,5 m. * Tính toán cấp cuối cùng : Kênh tháo hạ lưu có chiều rộng Bk = 30 m. Bể tiêu năng của cấp cuối cùng được nối tiếp vào kênh hạ lưu. + Các thông số của kênh hạ lưu : Bề rộng kênh Bk = 30 m. Hệ số mái kênh : m = 1,5. Độ dốc đáy kênh : i = 0,000125. Độ nhám lòng kênh : n = 0,025. + Tính độ sâu dòng đều trong kênh : Sử dụng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực ta được : f(R ln ) = 0,000396 . Rln = 4,7341 (m). Lập tỷ số b 30 = = 6,337 . R ln 4,7341 Với m = 1,5 phụ lục 8-3 ta được => h0 = ( h = 1,1408 . R ln h ) .Rln = 1,1408.4,7341 = 5,4006 (m) = hh. R ln + Xác định độ chênh cột nước Z tại chỗ ra của bể tiêu năng khi chiều sâu nước trong kênh tháo là hh = 5,4006 (m) : Zo = => Q ϕ .B k .h h 2g = 238 0,95.30.5,4006. 2.9,81 = 0,3491 (6-23) Zo = 0,1219 (m) . + Lưu tốc dòng chảy khi ra khỏi bể : vo = Cho nên => Q 238 = = 1,07(m/s) . B k (d + h h ) 30.(2,0 + 5,4006) v o2 1,07 2 Z = Zo − = 0,1219 − = 0,06(m) . 2g 2.9,81 (6-24) (6-25) + Chiều sâu nước trong bể : hb = d + hh + Z = 2,0 + 5,4006 + 0,06 = 7,46 (m) . (6-26) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 54 Ngành : Công trình Hệ số an toàn về chiều sâu : hb 7,46 = = 1,40 . Vì độ an toàn về chiều sâu khá lớn nên h 2 5,338 có thể giảm chiều sâu của bể dưới. Ta có thể chọn chiều sâu của bể dưới cùng d = 1,70 m 6.3.4.2 Tính toán với phương án Btr = 20 m và Btr = 25 m : Tính toán tương tự như trường hợp Btr = 15 m . Kết quả cụ thể được thể hiện trong bảng (6-6) Phụ lục 1. Bảng 6-7 : Tổng hợp kết quả. Btr Số bậc N d (m) 15 20 25 5 5 5 P (m) (m) 2.0 1.8 1.6 6.6 6.4 6.2 Chiều dài bể (m) Tính toán 19.2 16.81 15.12 Chọn TK 19.5 17 15.5 B Kênh hạ lưu i m n (m) 30 40 50 0.000125 0.000125 0.000125 1.5 1.5 1.5 0.025 0.025 0.025 6.4 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn. Dựa vào địa hình vùng tuyến tràn và hình thức tràn ta thấy khối lượng đào đắp và vật liệu xây dựng của kênh dẫn và tường cánh sẽ không thay đổi nhiều đối với các phương án Btr. Vì vậy, trong phần thiết kế sơ bộ này chỉ thiết kế phần ngưỡng tràn, đoạn nối tiếp và tiêu năng để tính toán so sánh lựa chọn phương án. 6.4.1 Ngưỡng tràn : - Cao trình ngưỡng tràn : ∇Ngưỡng = +122,5(m). - Chiều dài ngưỡng tràn theo chiều dòng chảy : Theo quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL. C8 – 76, chiều dài ngưỡng tràn cần thỏa mãn điều kiện : (2 ÷ 3 ).H ≤ d ≤ (8 ÷ 10).H Với : (6-27) H : cột nước tràn. Chọn d = (3 ÷ 4).H Bảng 6-8 : Sơ bộ chọn chiều dài ngưỡng ứng với các Btr. Btr (m) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Htr (m) δ (m) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 55 Ngành : Công trình 15 4,63 14 20 3,90 14 25 3,41 14 - Bản đáy được làm bằng bê tông cốt thép mác M200 (BTCT M200) dày 0,8 (m); hai đầu tràn có chân khay. 50 ht 40 40 80 140 120 30 120 80 1400 250 Bản đáy ngưỡng Tường bên Hình 6-5 : Cấu tạo ngưỡng tràn. - Độ dốc đáy: i = 0. - Chiều cao ngưỡng P = 0. - Mặt cắt cơ bản của tràn là hình chữ nhật. - Tường bên làm bằng BTCT M200, có kích thước như hình vẽ, cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập. 6.4.2 Dốc nước : - Dốc nước có độ dốc i = 5%. - Chiều rộng dốc không đổi và bằng chiều rộng tràn. - Chiều dài dốc Ld = 50 m. - Mặt cắt ngang của dốc có dạng hình chữ nhật, chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên phụ thuộc vào chiều sâu của dòng nước trong dốc và địa chất nền. - Trong thiết kế sơ bộ có thể xác định chiều cao tường bên theo công thức : ht = hhk + a Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp (6-28) hhk – Chiều sâu dòng nước trong dốc có kể đến hàm khí. Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 56 Ngành : Công trình a - Độ cao an toàn, a = 0,5 m. Tại đầu dốc để nối tiếp với tường dọc trên ngưỡng => ta chọn chiều cao tường bên tại đầu dốc bằng chiều cao tường bên trên ngưỡng tràn. - Chiều dày bản đáy của dốc nước có thể tính sơ bộ theo công thức : t = (0,030 ÷ 0,035)α .v. h . (6-29) Trong đó : v – Lưu tốc trung bình của dòng chảy (m/s). h – Chiều sâu dòng chảy (m). α - Hệ số phụ thuộc vào nền, với nền là cát, á cát chọn α = 1,5. Kết quả tính toán chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên của dốc nước được thể hiện trong bảng (6-9) Phụ lục 1. Hình 6-6 : Sơ đồ tính toán chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên. Tổng hợp chiều cao tường bên và chiều dày bản đáy của dốc nước với ba phương án Btràn : Bảng 6-10 : Chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên của dốc nước. L B =15 m B = 20 m B = 25 m ht ttk ht ttk ht ttk (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 0 3.6 0.60 3.1 0.60 2.8 0.60 10 2.8 0.60 2.4 0.60 2.1 0.60 20 2.6 0.60 2.2 0.60 2.0 0.60 30 2.5 0.60 2.1 0.60 1.8 0.60 40 2.4 0.60 2.0 0.60 1.8 0.60 50 2.3 0.60 1.9 0.60 1.7 0.60 - Tường bên chọn loại tường bản chống bằng BTCT M200. - Chiều dày đỉnh tường t1 = 0,3 m. - Chiều dày chân tường t2 = 2,20 m. Để đảm bảo ổn định cho tường theo phương ngang, cứ 5 m ta bố trí một tường sườn dày 0,4 m. (đối với những đoạn tường có chiều cao ht > 2,0 m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 57 Ngành : Công trình Bt 30 30 T¦êng s¦ên T¦êng bªn ht 30 60 30 130 100 100 130 B¶n ®¸y 220 220 Hình 6-7 : Mặt cắt ngang dốc nước. 6.4.3 Bậc nước : Cả ba phương án tràn đều bố trí 5 bậc nước, tất cả các bậc có chiều dài bằng nhau và có chiều cao bằng nhau P = 6,60 m (với B tr = 15 m); P = 6,40 m (Với Btr = 20 m); và P = 6,20 (với Btr = 25 m). Kết cấu của bậc nước như sau : - Chiều rộng của bậc nước = Chiều rộng dốc nước = chiều rộng tràn . - Chiều dày bản đáy : Bản đáy được làm bằng BTCT M200. Chiều dày bản đáy bậc nước sơ bộ được tính theo công thức sau : (6-30) t = 0,25 q. P Trong đó : P – Chiều cao mỗi cấp. q – Lưu lượng đơn vị, tuỳ thuộc vào chiều rộng tràn . Ta được kết quả tính toán như sau : Bảng 6-11 : Chiều dày đáy bậc nước với các phương án Btr khác nhau. (m) (m3/sm) (m) (m) (m) 15 15.867 6.6 1.596 1.60 20 12.30 6.4 1.395 1.40 25 10.04 6.2 1.250 1.25 - Tường bên : Tường bên là một phần tương đối nặng của công trình và truyền ứng suất xuống nền, do đó nó được xây tách riêng với bản đáy bằng khe lún. Tường bên của bậc nước thường làm là loại tường trọng lực. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 58 Ngành : Công trình - Chiều cao tường bên của bậc nước phải đảm bảo điều kiện không cho nước tràn qua, hình thức tường đơn giản để thuận lợi cho việc thi công. + Trong thiết kế sơ bộ chiều cao tường có thể được xác định theo công thức sau : htb = hb + a Trong đó : (6-31) hb – Chiều sâu nước trong hố. a - Độ cao an toàn, thường a = 0,5 ÷0,7 m, chọn a = 0,5 m. + Tường được làm bằng BTCT M200. Chiều dày trên đỉnh tường : t1 = 0,4 m. Chiều dày đáy tường : t2 = 2,5 m. Bt 40 40 T¦êng bªn ht 250 30 t 30 t + 40 140 B¶n ®¸y Hình 6-8 : Mặt cắt ngang bậc nước. 250 - Tường đứng ( tường nước đổ) : Tường đứng làm việc như một đập tràn, nước từ cấp phía trên tràn vượt qua tường đứng rơi xuống cấp dưới. Vì vậy, tường đứng là một loại tường trọng lực, có khe lún tách khỏi bản đáy. Trong mỗi cấp đều bố trí lỗ tháo nước kích thước 20x20 cm. Chọn kết cấu tường đứng như sau : Chiều cao : htđ = P + t + 0,5 (m). Chiều dày đỉnh tường : t1 = 1,0 m. Hình 6-9 : Mặt cắt ngang tường đứng. Chiều dày đáy tường : t2 = 4,5 m . => Chiều dài mỗi bậc là : lbậc = lbể + t1. - Bể tiêu năng : Bể tiêu năng là bậc cuối cùng có chiều rộng mở rộng dần, kích thước bể bằng kích thước các bậc trên. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 59 Ngành : Công trình Ta có bảng tổng hợp kích thước các kết cấu của bậc nước ứng với các phương án Btr (Bảng 6-12). Bảng 6-12 : Các kích thước của bậc nước với các phương án Btr. P/A Btr (m) 15 20 25 P (m) 6,60 6,40 6,20 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp tTK (m) 1,60 1,40 1,25 hb (m) 5,78 5,01 4,39 htb (m) 6,28 5,51 4,89 htb TK (m) 6,30 5,60 5,0 htđ (m) 8,70 8,30 7,95 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 60 Ngành : Công trình CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG, GIÁ THÀNH CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH. 7.1 Mục đích tính khối lượng, giá thành. Để lựa chọn được phương án thiết kế xây dựng công trình đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế, ta tiến hành tính toán khối lượng của các hạng mục công trình trong hệ thống công trình đầu mối ứng với các phương án B tr xả lũ khác nhau làm cơ sở phân tích lựa chọn được phương án tối ưu. Trong phần tính toán sơ bộ ta đã xác định được kích thước cơ bản của các hạng mục công trình cho từng phương án. Trên cơ sở đó, ta tính toán khối lượng các hạng mục công trình chủ yếu, tìm ra tổng vốn đầu tư cho từng phương án, qua đó xác định được phương án tối ưu là phương án có giá thành hạ, đạt yêu cầu về kỹ thuật. Để đơn giản trong tính toán nhưng vẫn đảm bảo được mức độ tin cậy, ta có thể bỏ qua những hạng mục công trình có khối lượng thay đổi không nhiều và đơn giá thấp vì giá thành không chênh lệch nhiều lắm giữa các phương án không làm ảnh hưởng lớn đến chênh lệch giá thành chung của công trình thì ta không xét đến như : Cống ngầm lấy nước, đập phụ, cầu công tác, cầu giao thông, … . 7.2 Tính toán khối lượng và giá thành công trình. 7.2.1 Tính khối lượng đập đất : 7.2.1.1 Khối lượng đất đắp đập : Dựa vào bình đồ vị trí xây dựng công trình, ta vẽ mặt cắt dọc đập. Ta chia đập thành n đoạn ngắn có chiều dài Li sao cho mỗi đoạn ở địa hình nền đập tương đối bằng phẳng (mặt cắt đập ít thay đổi). Sau đó vẽ mặt cắt ngang đập tại các mặt cắt đó, tính diện tích tại các mặt cắt rồi tính diện tích trung bình mặt cắt ngang của đoạn đập Li. Cuối cùng khối lượng đất đắp đập được tính theo công thức : n V = ∑ Fi L i i =1 (7-1) Với mỗi phương án Btr khác nhau ta sẽ tính được khối lượng đất đào, đắp đập cụ thể. 7.2.1.2 Các bộ phận đi kèm : * Khối lượng đất bóc móng : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 61 Ngành : Công trình Đất bóc bỏ làm móng được bóc sâu 0,5 m tại mặt sườn đồi, tại mặt cắt lòng sông bóc sâu 1 m, riêng tại vị trí làm chân khay bóc bỏ hết lớp phủ tàn tích thấm nước mạnh và bóc bỏ lớp đất trên sườn đồi làm chân khay cấu tạo. Khối lượng bóc bỏ móng được xác định bằng cách lấy khối lượng đất đắp đập khi đã bóc móng trừ đi khối lượng đất đắp đập khi chưa bóc móng. * Diện tích trồng cỏ mái hạ lưu : Chia đập mặt chính diện hạ lưu đập thành các dải có chiều cao bằng h i, đo chiều dài đập ứng với các dải đó li , tính chiều dài trung bình của từng dải : ltb = 0,5.( li + li+1 ) Tính diện tích từng dải : Fi = hi . ltb i (7-2) (7-3) Diện tích thực tế trên mặt nghiêng là : Fthuc i = Fi . 1 + m 2 (7-4) Với : mhl – hệ số mái hạ lưu đập. Tổng diện tích cỏ bảo vệ mái hạ lưu là : Fcỏ = ∑ Fthực i (7-5) Để trồng cỏ ta phủ một lớp đất dày 10 cm lên mái hạ lưu đập, khối lượng đất mầu này là : Vđất mầu = Fcỏ.0,1 (m3). (7-6) * Khối lượng bêtông bảo vệ mái thượng lưu : - Diện tích mái thượng lưu bảo vệ bằng bê tông được tính toán tương tự như diện tích trồng cỏ mái hạ lưu. - Khối lượng bêtông là : Vbt = Fbt.d (m3) (7-7) Với : d – là chiều dầy của lớp bê tông bảo vệ, d = 30 cm. * Thiết bị thoát nước của đập : Hình thức thoát nước sau thân đập là lăng trụ thoát nước có cao trình đỉnh lăng trụ là 104,5 m, bề rộng đỉnh lăng trụ B ltr = 2 m, mái lăng trụ về phía tiếp giáp với đập m1' = 1, còn về phía hạ lưu m '2 = 1,5 . Tiếp giáp giữa đập với thiết bị thoát nước làm tầng lọc. Phần mặt cắt sườn đồi thoát nước kiểu áp mái; trên mái có bố trí các Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 62 Ngành : Công trình rãnh dọc, các rãnh ngang tập trung nước và thoát nước; trong thiết kế sơ bộ chưa tính đến khối lượng của phần này. Khối lượng lăng trụ thoát nước cũng được xác định tương tự như xác định khối lượng đất đắp đập. Khối lượng của đập đất được trình bày cụ thể trong các bảng 7-1, 7-1’, 7-2, 7-3, 7-3’, 7-4, 7-5, 7-5’, 7-6, 7-7, 7-8, 7-9, 7-10, 7-11, 7-12 Phụ lục 1. 7.2.2 Tính toán khối lượng tràn xả lũ : Trong phần tính toán khối lượng tràn xả lũ, ta cần xác định được tổng khối lượng đào, đắp đất đá, khối lượng bê tông, cốt thép tại tuyến tràn. Dựa vào bình đồ bố trí tổng thể, các mặt cắt dọc, mặt cắt ngang tại tuyến tràn để xác định được các lớp đất, đá cần đào đắp ứng với các phương án B tr khác khau. Sau khi đã sơ bộ xác định được kích thước cơ bản của tràn gồm các bộ phận chủ yếu như cửa vào, ngưỡng tràn, dốc nước, bậc nước, bể tiêu năng, kênh xả thì tiến hành tính khối lượng bê tông cốt thép xây dựng tràn. Khối lượng bê tông cốt thép thi công tràn được chọn là loại M200 bao gồm khối lượng bê tông sân trước, ngưỡng tràn, dốc nước, bậc nước, bể tiêu năng. Ngoài ra còn bê tông lót M100 dày 10 cm được đổ ở phía dưới lớp bê tông cốt thép ở sân trước, ngưỡng tràn, dốc nước, bậc nước và bể tiêu năng. Do tính khối lượng để so sánh và chọn ra phương án tối ưu cả về kỹ thuật và kinh tế nên ta chỉ chú trọng tính những bộ phận có nhiều sai khác còn những bộ phận chênh lệch không nhiều giữa các phương án thì có thể bỏ qua không đề cập đến. Khối lượng của tràn xả lũ được trình bày cụ thể trong bảng phụ lục 7-13, 714, 7-15, 7-16, 7-17 Phụ lục 1. 7.2.3 Tính toán giá thành của từng phương án : Sau khi tính toán khối lượng các hạng mục công trình của từng phương án, căn cứ vào đơn giá xây lắp của tỉnh Hoà Bình. Ta tính toán giá thành công trình của từng phương án. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng: (7-18); (7-19); (7-20) Phụ lục 1. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 63 Ngành : Công trình Kết quả tổng hợp như sau : Giá thành (106 đồng) 15 14799,378 Btr (m) 20 15260,620 25 15732,209 7.3 Phân tích lựa chọn Btr kinh tế. Sau khi tiến hành tính toán sơ bộ kích thước cơ bản các hạng mục công trình và xác định khối lượng và giá thành công trình cho từng phương án Btr. Ta lập biểu đồ quan hệ giữa chiều rộng tràn (Btr ) và giá thành công trình (K). Từ biểu đồ đó ta xác định được giá trị Btr mà ứng với nó giá thành xây dựng công trình là nhỏ nhất đồng thời vẫn đảm bảo được điều kiện về mặt kỹ thuật. Ở đây các phương án đều có hình thức bố trí giống nhau, chỉ khác nhau về chiều rộng tràn nước. Do đó, căn cứ vào đồ thị (Btr ~ K) ta xác định được chiều rộng Btr = 15m là giá trị có giá thành xây dựng công trình nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 64 Ngành : Công trình PHẦN 3. THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHƯƠNG ÁN CHỌN. CHƯƠNG 8 : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT. 8.1 Tính toán điều tiết lũ. 8.1.1 Khả năng tháo nước của đập tràn : Trong phần tính toán sơ bộ chọn phương án, ta đã tính toán điều tiết lũ cho phương án Btr = 15 (m) với điều kiện chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng của lưu tốc tới gần, hệ số co hẹp bên và hệ số lưu lượng trong tính toán. Ở phần này ta phải tính toán cụ thể các yếu tố trên và xác định khả năng tháo của tràn. Lưu lượng chảy qua tràn đỉnh rộng tính theo công thức : Q = ε.m.B tr . 2.g .H 3/2 (8-1) o Trong đó : ε - Hệ số co hẹp bên. m - Hệ số lưu lượng. Ho - Cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần. Btr - Tổng chiều rộng các khoang tràn. Sau đây ta đi xét ảnh hưởng của các yếu tố trên. 8.1.1.1 Ảnh hưởng của lưu tốc tới gần đến khả năng tháo : Cột nước trên ngưỡng tràn có kể đến lưu tốc tới gần : H o = H tr + α.V 2 (8-2) 0 2.g Trong phần thiết kế sơ bộ ta đã bỏ qua đại lượng : α.V02 2.g . Theo QPTL C8 – 76 điều kiện để xét đến lưu tốc tới gần là : Ωt < 4.( Btr . Htr ) (8-3) Trong đó : Ωt - Diện tích mặt cắt ướt thượng lưu. Ωt = ( B + m.H ).H Sinh viên : Lê Ngọc Diệp (8-4) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 65 Ngành : Công trình m - Hệ số mái kênh thượng lưu, kênh thượng lưu có mặt cắt hình thang với hệ số mái m = 1,5. H - Cột nước trên tràn, H = 4,63 m. B - Bề rộng kênh thượng lưu. Kênh thượng lưu được nối tiếp với ngưỡng tràn theo tuyến cong và với hình thức mở rộng dần từ ngưỡng tràn về thượng lưu. Chiều rộng kênh thượng lưu, chọn B = 30,5 m. Ωt = ( 30,5 + 1,5.4,63). 4,63 = 173,37 (m2). Vậy : 4.( Btr.Htr ) = 4 . 15 . 4,63 = 277,8 (m2). Ta thấy : Ωt < 4.( Btr.Htr ) nên phải kể tới lưu tốc tới gần. Vo = Q max Ωt (8-5) Trong đó: Qmax = 238 (m3/s) – Tính toán ở chương 4. 238 = 1,373 (m/s). 173,37 => Vo = => H o = 4,63 + 1.1,373 2 = 4,726 (m) . 2.9,81 8.1.1.2 Ảnh hưởng của co hẹp bên : Tràn xả lũ là dạng đập tràn đỉnh rộng, để tiện bố trí cầu công tác ta chia ngưỡng thành 3 khoang phân chia bởi 2 trụ pin. Chọn chiều dày trụ pin d = 0,75 (m). Btr = ∑b + ∑d = 15 + 2.0,75 = 16,5 (m). (8-6) Trong đó: ∑b - Tổng chiều rộng tràn nước của tất cả các khoang tràn. ∑d - Tổng chiều dày của tất cả các mố trụ. Với tràn đỉnh rộng có các mố trụ chia khoang. Theo quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL C8 – 76. Hệ số co hẹp ngang do các mố trụ gây nên được tính theo công thức sau : ε= Sinh viên : Lê Ngọc Diệp B tr − ∑ d B tr = 16,5 − 1,5 = 0,9091 16,5 (8-7) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 66 Ngành : Công trình 8.1.1.3 Chọn lại hệ số lưu lượng : Trường hợp đập không có ngưỡng, khi H ≤ 2 thì hệ số lưu lượng m xác ∑b định theo bảng 6 QPTL C8 – 76. Hệ số lưu lượng m phụ thuộc vào tỷ số β = Với : ∑B . Bk ∑ B = 15 (m) : Bề rộng tràn nước. Bk = 30,5 (m) : Bề rộng kênh thượng lưu. ⇒ β = 0,492. Với chiều dài đoạn sân trước (đoạn cửa vào ) lcv = 20 m, góc thu hẹp đoạn cửa vào Cotgθ = 2,857. => Tra bảng 6 – trang 37 (QPTL C8 – 76) có m = 0,3581. 8.1.2 Tính toán điều tiết lũ : Sau khi xác định lại các hệ số co hẹp bên ε, hệ số lưu lượng m của đập tràn. Ta tính toán lại điều tiết lũ cho hồ chứa ứng với hai tổ hợp lũ là lũ thiết kế (p = 1 %) và lũ kiểm tra (p = 0,2%). Các số liệu đầu vào như sau : 8.1.2.1 Các thông số của tràn : - Cao trình ngưỡng tràn : ∇ngưỡng = MNDBT = 122,5 m. - Chiều rộng tràn : Btr = 15 m. - Số khoang tràn : n = 3. - Hệ số lưu lượng tràn : m = 0,3581. - Hệ số co hẹp bên : ε = 0,9091. 8.1.2.2 Quan hệ đặc tính lòng hồ Z ~V : Z (m) 104 105 106 6 3 V (10 m ) 0 0,007 0,014 Z (m) 113 114 115 V (106m3) 0,16 0,214 0,261 Z (m) 122 123 124 6 3 V (10 m ) 0,786 0,893 1,037 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp 107 0,026 116 0,312 125 1,160 108 0,033 117 0,373 126 1,359 109 0,053 118 0,445 127 1,60 110 0,074 119 0,518 128 1,920 111 112 0,102 0,127 120 121 0,60 0,674 129 130 2,235 2,521 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 67 8.1.2.3 Đường quá trình lũ đến : Ngành : Công trình Q (m3/s) * Trường hợp lũ thiết kế : Tần suất lũ TK p = 1%. 265,90 Đường quá trình lũ đến có dạng tam giác : t (giờ) Q (m3/s) 0 0 0 1,383 265,9 Hình 8-1 : Đường quá trình lũ thiết kế. 4,15 0 1,383 t (h) 4,15 Q (m3/s) * Trường hợp lũ kiểm tra : Tần suất lũ p = 0,2 %. 319,08 Đường lũ đến có dạng tam giác : t (giờ) Q (m3/s) 0 0 1,66 319,08 4,98 0 0 1,66 t (h) 4,98 Hình 8-2 : Đường quá trình lũ kiểm tra. Dùng phần mềm tính toán điều tiết lũ DTL/XD của trường ĐHXD tính toán. Kết quả tính toán điều tiết và đường quá trình xả lũ của hồ chứa Ngành với B tr = 15 m được thể hiện trong bảng (8-1), (8-2) và hình ( 8-3), (8-4) (Phụ lục 2). Kết quả tổng hợp như sau : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 68 Ngành : Công trình Bảng 8-3 : Kết quả tổng hợp tính toán điều tiết lũ với các tổ hợp lũ. Tổ hợp Lũ thiết kế (p = 1 %) Lũ kiểm tra (p = 0,2 %) MNDBT (m) 122,5 122,5 MNDGC (m) 126,57 127,24 qxả max (m3/s) 178,2 224,1 8.2 Xác định cao trình đỉnh đập. Cao trình đỉnh đập trong thiết kế kỹ thuật được xác định từ 3 điều kiện : - Xác định theo MNDBT : Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (8-8) - Xác định theo MNLTK : Z2 = MNLTK + ∆h’ + hsl’+ a’ (8-9) - Xác định theo MNLKT : Z3 = MNLKT + a’’ Với : (8-10) MNLKT : Mực nước lũ kiểm tra. Cao trình đỉnh đập được chọn là trị số lớn nhất trong các kết quả tính theo các công thức (8-8); (8-9); (8-10). Các bước tính toán (8-8); (8-9) tương tự như ở 5.1 (phần 2). Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện trong Bảng 8-4 (phụ lục2). Với trường hợp tính theo lũ kiểm tra ta có : Z3 = MNLKT + a’’ = 127,24 + 0,2 = 127,44 (m) (a’’ độ vượt cao an toàn, đối với trường hợp MNLKT : a’’ = 0,2 m “ tra theo bảng 4-1 trang 19 : 14TCN 157 – 2005 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN ”). Kết quả tổng hợp như sau : Bảng 8-5 : Kết quả tổng hợp các cao trình đỉnh đập ứng với các mực nước. Thông số Zđđ (m) Hđ Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Mực nước MNDBT 124,346 22,346 MNLTK 127,80 25,80 MNLKT 127,44 25,44 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 69 Ngành : Công trình Từ bảng kết quả tổng hợp trên ta chọn cao trình đỉnh đập là : Zđđ = 127,80 (m). Chiều cao đập : Hđ = Zđđ - Zđáy = 127,8 – 102 = 25,8 (m). 8.3 Cấu tạo các chi tiết đập. 8.3.1 Hình thức đập : Căn cứ vào các điều kiện đã có ta chọn hình thức đập là đập đồng chất có chân răng cắm sâu vào nền chống thấm. Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập như sau : Dung trọng khô : γc = 1,32 (g/cm3). Tỷ trọng : ∆ = 2,74. Hệ số rỗng : ε = 1,19. Độ rỗng : n = 54,19 %. Độ ẩm tốt nhất : WTN = 36,84 %. Góc ma sát trong : ϕ = 16o15’. Lực dính : C = 0,38 (kg/cm2). Hệ số thấm : K = 1,89x10-6 (cm/s). 8.3.2 Cấu tạo đỉnh đập : Cấu tạo chi tiết của đỉnh đập được thể hiện như trong hình vẽ : m1= 3,0 40 i=3% i=3% §¸ d¨m cÊp phèi dµy 25 cm 70 C¸t lãt dµy 10 cm 30 20 20 50 600 m= 2 2,5 TÊm bªt«ng dµy 10cm D¨m sái dµy 15 cm §Êt mÇu trång cá dµy 10 cm C¸t lãt dµy 10 cm Hình 8-5 : Cấu tạo chi tiết đỉnh đập. 8.3.3 Mái đập và cơ đập : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 70 Ngành : Công trình Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp, tính chất nền v.v… độ dốc mái phải chọn sao cho phải đảm bảo sự ổn định của đập trong quá trình làm việc. Theo giáo trình Thủy Công tập I, chiều cao đập H đ không quá 40 m, mái đập có thể được xác định theo công thức đơn giản sau : Mái thượng lưu : mtl = 0,05Hđ + 2,00 (8-11) Mái hạ lưu : mhl = 0,05Hđ + 1,50 (8-12) Trong đó : Hđ – Chiều cao đập, Hđ = 25,8 (m) . => mtl = 0,05.25,8 + 2,00 = 3,29 mhl = 0,05.25,8 + 1,50 = 2,79 Ta chọn hệ số mái đập như sau : Mái thượng lưu : + Trên cơ : m1 = 3,0 . + Dưới cơ : m1’ = 3,5 . Mái hạ lưu : + Trên cơ : m2 = 2,5 . : + Dưới cơ : m1’ = 3,0 . Cơ đập được bố trí ở cả mái thượng lưu và hạ lưu : + Cơ thượng lưu đặt thấp hơn mực nước chết một đoạn bằng 2.h s1% = 1,5 m ở cao trình 113,5 m là giới hạn dưới của lớp gia cố chính, tạo thành gối đỡ cần thiết cho lớp bê tông gia cố mái. Chiều rộng của cơ thượng lưu rộng 3 m để đảm bảo thi công cơ giới được dễ dàng. + Cơ hạ lưu đặt ở cao trình 115, rộng 3 m. 8.3.4 Thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước : 8.3.4.1 Chống thấm thân và nền đập : Theo tài liệu địa chất khu vực xây dựng công trình, tài liệu địa chất tuyến đập ta thấy nền đập là các lớp bồi tích và tàn tích có hệ số thấm lớn đặc biệt là khu vực lòng suối, chiều dày trung bình khoảng từ 3 ÷ 4 m. Vì thế để ngăn giữ nước cần sử lý tốt lớp thấm nước mạnh này. Để chống thấm cho nền đập ta căn cứ vào điều kiện địa chất nền từng khu vực của tuyến đập. Cụ thể như sau : - Khu vực lòng suối có lớp bồi tích (aQ) rộng 54 m, chiều dày 3,8 ÷ 4m là lớp hỗn hợp cát cuội sỏi thấm nước mạnh (có hệ số thấm K = 10 -3 cm/s). Do đó ta chọn hình thức đập ở đoạn này là đập đồng chất có tường răng bằng vật liệu làm đập, Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 71 Ngành : Công trình cắm xuống nền đến tận tầng không thấm để chống thấm cho nền. Theo tài liệu “ Thiết kế đập đất ” của Nguyễn Xuân Trường thì vị trí hợp lý nhất của tường răng ở trong nền là ở khu vực giữa thân đập, ở đây ta chọn vị trí tường răng ở vị trí giữa đập. Kích thước của tường răng phải đảm bảo không sinh ra xói ngầm dưới tác dụng của građien thấm. Chân răng cắm sâu vào trong tầng không thấm 0,5 m. - Khu vực sườn đồi : + Bên bờ phải : địa chất nền là lớp 4 lớp pha tàn tích (edQ) kết cấu kém chặt, thấm nước mạnh, lớp này dày từ 1 ÷ 1,5 m. phía dưới là lớp đá phong hoá khá cứng chắc và ít thấm nước. Vì vậy ở bên bờ phải khi đắp đập ta bóc bỏ toàn bộ lớp 4 và đập được đặt trên nền đá phong hoá. Hình thức đập là đập đồng chất đặt trên nền không thấm, có làm chân khay cấu tạo để nối tiếp giữa đập và nền. + Bên bờ trái : bờ trái địa chất nền 3 lớp tương đối tốt, hệ số thấm nhỏ, do đó khi đắp đập ta chỉ cần bóc bỏ khoảng 0,5 ÷ 1 m đất phong hoá ở lớp trên cùng (lớp 2) mà không cần có hình thức chống thấm đặc biệt cho nền. Hình thức đập là đập đồng chất đặt trên nền tự nhiên, có làm chân khay cấu tạo để nối tiếp giữa đập và nền. 8.3.4.2 Thiết bị thoát nước thân đập : * Đoạn lòng sông : Hạ lưu có nước, chiều sâu nước hạ lưu nhỏ (h hmax = 0,7 m) nên ta chọn thoát nước kiểu lăng trụ. Cao trình đỉnh lăng trụ cao hơn cao trình mực nước hạ lưu (MNHL)max một khoảng d = 1,0 ÷ 2,0 m, để đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hoà không chọc ra mái hạ lưu. Chọn d = 1,3 m. Theo tài liệu thủy văn ta có : ∇MNHL max = 102,7 m. => ∇đỉnh lâng trụ = ∇MNHL max + d = 102,7 + 1,3 = 104 (m). Chiều rộng đỉnh lăng trụ chọn Blt = 2 m. Hệ số mái thượng lưu m1’= 1, hệ số mái hạ lưu m2’= 1,5. Mặt tiếp giáp giữa lăng trụ với đập và nền có tầng lọc ngược để tránh hiện tượng xói ngầm, cuốn trôi đất thân đập vào vật thoát nước. Kết cấu tầng lọc ngược gồm 3 lớp tăng dần từ phía thân đập đến vật thoát nước. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 72 Ngành : Công trình m' = 2 3 ,0 200 3 §Êt ®¾p ®Ëp γk = 1,32 T/m C¸t th« 15 cm = 3 D¨m sái dµy 20 cm m 104,5 m 0 1, 4 =1 ,5 §¸ héc xÕp D¨m sái dµy 20 cm C¸t th« 15 cm Hình 8-6 : Cấu tạo thiết bị thoát nước đoạn lòng sông. * Đoạn sườn đồi : Ứng với trường hợp hạ lưu không có nước h h = 0, ta chọn thoát nước kiểu áp mái. Mặt tiếp giáp giữa vật liệu áp mái và đập đất có làm tầng lọc ngược. m' = 2 3, 0 §¸ x©y 30 §¸ héc l¸t khan dµy 30 cm D¨m sái dµy 20 cm C¸t th« 15 cm 75 5060 100 40 3 §Êt ®¾p ®Ëp γk = 1,32 T/m Hình 8-9 : Cấu tạo thiết bị thoát nước đoạn sườn đồi. 8.3.5 Bảo vệ mái thượng, hạ lưu : - Bảo vệ mái hạ lưu : dưới tác dụng của gió, mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưu cho nên cần phải bảo vệ. Chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ. Phủ một lớp đất mầu dày 10 cm, trên đó trồng các ô cỏ, các ô cỏ có dạng là các ô hình vuông có kích thước 5 x 5(m). Giữa các ô cỏ có hệ thống các rãnh thoát nước mái hạ lưu, rãnh thoát nước này đặt xiên với mặt đập một góc 45 0 để tăng độ thoải cho rãnh nhằm tránh hiện tượng rãnh bị xói do lưu tốc lớn trong rãnh, các rãnh có chiều rộng 20 cm, trong các rãnh có phủ lớp cấp phối cuội sỏi để thoát nước. Để tiêu nước mặt của mái hạ lưu, ta làm các rãnh tập trung nước ở cơ và các rãnh dẫn nước đổ xuống thân đập. Khoảng cách giữa các rãnh dẫn nước từ 40 đến 50 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 73 Ngành : Công trình Kích thước rãnh tập trung nước ở cơ 30x30 cm. Kích thước rãnh dẫn nước : 30x30 cm. Vật liệu các rãnh tập trung nước và dẫn nước bằng đá xây chít mạch mác M100. Độ dốc dọc cơ về hai phía rãnh dẫn nước i = 0,005. Độ dốc ngang cơ về phía rãnh tập trung nước i = 0,03. 0 50 0 50 0 50 20 20 Hình 8-10 : Trồng cỏ bảo vệ mái hạ lưu. m= 300 2,5 30 30 2 75 50 60 100 30 30 30 §Êt mÇu trång cá dµy 10cm D¨m sái dµy 20cm ,0 3 γk = 1,32 Τ/m 30 §¸ héc l¸t khan dµy 30cm 40 §¸ x©y v÷a XM M100 m2' = 3 §¸ x©y C¸t th« 15cm Rãnh tiêu nước chân đập. Rãnh tập trung nước. Hình 8-11 : Cấu tạo rãnh tiêu nước hạ lưu. - Bảo vệ mái thượng lưu : Để đảm bảo ổn định cho đập, tránh các hiện tượng bất lợi do tác dụng của sóng gió lên mái đập, mái đập thượng lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông lắp ghép, kích thước 1,5x1,5 m, phía dưới có lớp đệm gồm lớp dăm sỏi dày 15 cm và lớp cát lọc dày 10 cm, kết cấu theo hình thức tầng lọc ngược. Phạm vi gia cố chính từ cao trình đỉnh đập đến cao trình thấp hơn MNC một đoạn Z = 2.h s1% (đến cao trình 113,5m), phạm vi từ cao trình 113,5 đến cao trình thấp hơn một Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 74 Ngành : Công trình khoảng bằng chiều cao sóng trung bình h = 0,38 m tức là đến cao trình 113 ta gia cố nhẹ . Chiều dày của lớp bê tông bảo vệ mái được xác định theo công thức của I.M.Lipinxky : 0,11.h 1+ m2 d = η. . b m (γ − γ n ) B b (8-13) Trong đó : h - Chiều cao sóng ( h = 0,374 m ). γn - Dung trọng nước ( γn = 1T/m3). γb - Dung trọng bê tông ( γb = 2,4T/m3). B - Kích thước của bản đo thẳng góc với mép nước (m)(B=1,5m). m - Hệ số mái ( m = 3,0 ). η - Hệ số an toàn lấy bằng 1,25 ÷ 1,5 ( Chọn η = 1,5 ). Thay các giá trị trên vào công thức ta có : 0,11.0,374 1 + 32 d = 1,5. . = 0,038 (m) = 3,8 (cm) . b 3 (2,4 − 1) 1,5 Vậy chọn chiều dày bản bê tông lát mái thượng lưu là db = 10 (cm). Tại điểm gẫy giữa cơ và mái, để đỡ khối bê tông lát ta làm một mố tựa kích thước mố tựa như hình vẽ. Phần cuối lát bê tông bảo vệ của mái thượng lưu cũng làm mố đỡ kích thước mố đỡ xem hình vẽ. m 1= 300 3,0 m 1= 3,5 60 30 40 60 Gèi tùa bªt«ng TÊm bªt«ng dµy 10 cm D¨m sái dµy 15cm C¸t lãt dµy 10cm 3 §Êt ®¾p ®Ëp γk = 1,32 Τ/m 40 Hình 8-12 : Bê tông lát bảo vệ mái thượng lưu. 8.3.6 Nối tiếp đập với bờ : 8.3.6.1 Nối tiếp giữa mái thượng lưu đập với bờ : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 75 Ngành : Công trình Vì cột nước trước đập thay đổi nên dễ gây ra xói ở chân của mái đập với bờ, mặt khác tạo điều kiện thuận lợi cho khai thác quản lý ta làm một đường đá có chiều rộng b = 1,5 m nối tiếp với bờ. 8.3.6.2 Nối tiếp giữa mái hạ lưu với bờ : Đường viền nối tiếp đập với bờ ta làm rãnh tập trung nước bằng đá lát, bên dưới có làm lớp lọc để dòng thấm khỏi mang đất từ nền đi. Rãnh có mặt cắt hình thang, kích thước như hình vẽ 8-11 ở trên. 8.4 Tính toán thấm qua đập và nền. 8.4.1 Mục đích, ý nghĩa và các trường hợp tính toán : 8.4.1.1 Ý nghĩa của nghiên cứu tính toán thấm qua đập đất : Đập đất là một loại công trình dâng nước và làm bằng vật liệu xốp (đất), khi làm việc đập chịu tác dụng của cột nước lớn và hình thành dòng thấm đi xuyên qua đập và nền từ thượng lưu về hạ lưu. Sự xuất hiện của dòng thấm qua đập đất gây nên những tác hại rất lớn về mặt tổn thất lưu lượng cũng như về tính bền vững của công trình. Do đó trong thiết kế và xây dựng đập đất vấn đề nghiên cứu, đánh giá những đặc trưng cơ bản của dòng thấm là một khâu quan trọng và không thể thiếu được. 8.4.1.2 Mục đích tính toán thấm qua đập đất : Tính toán thấm qua đập đất nhằm giải quyết những vấn đề sau : - Xác định lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất nước trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa, đồng thời trên cơ sở tính toán đó mà quyết định những hình thức chống thấm cho thân đập và nền. - Xác định vị trí của đường bão hoà để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự ổn định của mái. Việc xác định vị trí của đường bão hoà còn có mục đích lựa chọn hình thức thoát nước thích hợp cùng kích thước của nó nhằm nâng cao ổn định mái dốc hạ lưu. - Tính toán građiên thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầm cục bộ nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của thân đập, của những kết cấu chống thấm, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược. 8.4.1.3 Các trường hợp tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 76 Ngành : Công trình Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với các trường hợp làm việc bất lợi khác nhau của đập : - Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng, thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường. - Thượng lưu là MNDGC (MNLTK), hạ lưu là mực nước max tương ứng. - Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột. - Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường. - Trường hợp thiết bị chống thấm bị hỏng. Trong phạm vi đồ án này yêu cầu tính toán cho hai trường hợp đầu. 8.4.1.4 Các mặt cắt tính toán : Khi tính thấm qua đập đất, cần chia đập ra nhiều đoạn mà trong mỗi đoạn có những đặc trưng về kích thước, vật chống thấm và tình hình phân bố địa chất của nền đều giống nhau. Đối với mỗi đoạn có thể xác định được lưu lượng thấm, vị trí đường bão hoà, građiên thấm v.v… và trên cơ sở đó mà đánh giá về lưu lượng nước bị tổn thất và sự ổn định về thấm của công trình. Ta chia đập thành 5 đoạn để tính toán, với mỗi đoạn ta tính thấm với mặt cắt ở giữa đoạn. Khi đó lưu lượng thấm của toàn bộ đập là : 5 Q= ∑ q l i=1 i i (8-14) Trong đó : qi - Lưu lượng thấm đơn vị của đoạn thứ i (lưu lượng qua mặt cắt thứ i) li - Chiều dài của đoạn thứ i. I III II IV I II III IV V V Hình 8-13 : Các mặt cắt tính toán thấm. 8.4.2 Tính thấm cho các mặt cắt lòng sông : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 77 Ngành : Công trình Với mặt cắt lòng sông ta phải tính toán với hai hai trường hợp là : - Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng. - Trường hợp thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max tương ứng. 8.4.2.1 Các thông số cần thiết để tính toán : - MNDBT = 122,5 (m). - MNDGC = 126,57 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 102 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất có chân răng. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). - Hệ số thấm nền đập : Kn = 10-3 (cm/s) = 10-5 (m/s). - Chiều dày tầng thấm : T = 4,0 (m). 8.4.2.2 Xác định kích thước hợp lý của tường răng : Thiết kế chiều rộng tường răng cần thoả mãn điều kiện sau : JCD ≤ [JCD ] (8-15) Trong đó : JCD – Grđiên thấm lớn nhất tại mặt cắt nhỏ nhất của tường răng. Trị số JCD có thể xác định theo công thức kinh nghiệm : JCD = α.(0,665 − 0,467. λ + 0,617. λ − 0,4 ) β (8-16) Trong đó : α - Hệ số phụ thuộc vào kn/kđ và vị trí tường răng. Với : kn /kđ = 529,101. X2/L2 = 6,998/80,948 = 0,09. Theo đồ thị hình 2-42 (trang 142) Tài liệu “ Thiết Kế Đập Đất ” của Nguyễn Xuân Trường ta thấy giá trị kn/ kd vượt ra ngoài đồ thị, ta sẽ lấy giá trị α nhỏ nhất : α = 1,0. λ : hệ số được tính theo công thức : kn k d 24,57 + 4.529,101 = 67,82 . = H+T 24,57 + 4 H + T. λ= Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Với : Trang 78 Ngành : Công trình H - cột nước trước đập tính trường hợp MNDGC . H = 24,57 (m) . β : hệ số tính theo công thức : β= l . H l - chiều rộng đáy tường răng chọn . Thay tất cả các giá trị tìm được ở trên vào điều kiện 8-15 ta được : JCD = 1.(0,665 − 0,467. 67,82 + 0,617. 67,82 − 0,4 β ) ≤ [JCD] (8-15’) [JCD] – Građiên thấm cho phép tại mặt cắt tiếp xúc CD. Theo tài liệu “ Ví dụ tính toán đập đất ” của Vụ kỹ thuật Thủy Lợi trang 13, với đập đất đồng chất làm chân răng đất á sét thì [JCD] = 4 ÷ 10. Giải điều kiện 8-15’ ta được : β ≥ 0,148 ⇒ l ≥ 3,63 (m). Chọn chiều rộng chân răng tiếp xúc với nền l = 4 m, là đảm bảo điều kiện không bị xói tiếp xúc. Hệ số mái chân răng chọn bằng 1,5 ta được kích thước chân răng như sau : Chiều rộng chân răng tiếp xúc với nền : l1 = 4 m. Chiều rộng chân răng tiếp xúc với thân đập : l2 = 16 m. Chiều sâu chân răng cắm vào tầng không thấm : 0,5 m. Để đảm bảo an toàn về thấm, tránh bị xói tiếp xúc giữa chân răng với nền và thân đập với nền thì phía hạ lưu phần tiếp giáp giữa thân đập với nền và chân răng với nền ta rải một lớp cát thô dày 15 cm, sau đó rải một lớp vải lọc TS700 lên trên như hình vẽ. H k® A T 0.5 m l2 C l D 1 B kn Líp v¶i läc TS700 Líp c¸t th« dµy 15 cm Hình 8-14 : Cấu tạo chân răng chống thấm. 8.4.2.3. Trình tự tính toán : * Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 79 Ngành : Công trình + Sơ đồ tính toán : Theo tài liệu tính toán thủy văn của hồ Ngành thì khi thượng lưu là MNDBT thì hạ lưu không có nước. Sơ đồ tính toán hình 8-15. Đường nét đứt là mặt cắt đập thực tế. Đường nét liền là sơ đồ mặt cắt đập để tính toán thấm. y' y A' n' H a A n m' k' O' k® p' kn T O m l' k s' d b p s B t' t c C x L' Tb® k® L Hình 8-15 : Sơ đồ tính toán thấm. + Tính toán cụ thể : - Xác định lưu lượng thấm : Với đập đồng chất có tường răng cắm xuống tầng không thấm K R = Kđ . Dùng phương pháp biến đổi đưa đập đồng chất có tường răng trên nền thấm nước thành một đập đồng chất trên nền không có tường răng mà hệ số thấm của đập và nền giống nhau. Để đơn giản mái dốc của tường răng có thể coi như thẳng đứng với chiều rộng trung bình l’= 0,5(l1 + l2) = 0,5.(4 + 16) = 10 m và cột đất nằm giữa hai đường thẳng đứng ad và bc được xem là một lõi giữa có hệ số thấm k 1 bằng hệ số thấm thân đập (k1 = kđ = 1,89.10-8 m/s) . Biến đổi nền thấm nước có hệ số thấm k n = 10-5 m/s và chiều dày T ra hệ số thấm giống như thân đập. Do đó chiều dày nền phải thay đổi và trị số chiều dày biến đổi của nền Tbđ được tính theo công thức sau : k T = T. n bd k d (8-17) Với T, kn , kđ đã có ta tính được : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 80 Ngành : Công trình k 10 −5 T = T. n = 4. = 2116,4 (m) . bd k 1,89.10 −8 d Tính hệ số thấm của lõi khi chiều dày nền thay đổi : Khi chiều dày nền thay đổi thì hệ số thấm của lõi cũng thay đổi do lõi giữa bây giờ đã bị kéo dài cùng với nền biến đổi và hệ số thấm biến đổi của lõi tính bằng : H' H' 1 (K ) = K . =K . 1 l bd l H '' d H '' 1 1 (8-18) Trong đó : H1’ = H1 + T = 20,5 + 4 = 24,5 (m). H1’’ = H1 + Tbd = 20,5 + 2116,4 = 2136,9 (m). Với : H1 – Cột nước trước đập, H1 = MNDBT - ∇đáy = 122,5 – 102 = 20,5 (m). Biến đổi về trường hợp đập và nền đồng chất (không có lõi giữa). Cần biến đổi lõi giữa có hệ số thấm (k1)bđ thành một lõi tượng trưng có hệ số thấm bằng hệ số thấm thân đập với chiều rộng : '' 'l = l ' . K d = l ' . H1 bd (K ) H' l bd 1 (8-19) Cuối cùng ta có sơ đồ tính toán là đập và nền đồng chất. Đối với trường hợp này phương trình tính lưu lượng thấm có dạng : H 1' '2 − H '2'2 2q H1' '2 − H '2'2 = = Kd L bd    H1' '  '' 0,4H 1 + l'. ' − 1 + L   H1    (8-20) Trong đó : H ''2 = H 2 + T + a o bd Với : ao – Chiều cao hút nước. Do tỷ số k n/kđ = 529,101 khá lớn do đó có thể bỏ qua giá trị ao, ao = 0. H2 – Chiều cao nước hạ lưu : H2 = 0 ( hạ lưu không có nước). => H2” = 0 + 2116,4 + 0 = 2116,4 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 81 Ngành : Công trình L – Khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến chân đống đá thoát nước. Với MNDBT = 122,5 m => L = 86,675 (m). => 2q 2136,9 2 − 2116,4 2 = = 48,343 Kd    2136,9  . − 1 + 86,675 0,4.2136,9 + 10.  24,5    => 48,343.K d 48,343.1,89.10 −8 q= = = 45,684.10 2 2 −8 (m3/s.m). - Xác định vị trí của đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà của đập tượng trưng là : 2q y = (H + T ) 2 − x −T 1 bd bd K d (8-21) = 2136,9 2 − 48,343x − 2116,4 Kết quả tính toán vị trí đường bão hoà theo toạ độ y’O’x của đập tượng trưng được ghi trong bảng sau : Bảng 8-6 : Toạ độ đường bão hòa của đập tượng trưng. x 0 300 600 900 1200 1500 1650 1778.4 y 20.5 17.10 13.70 10.30 6.88 3.46 1.75 0.29 ∇ 122.50 119.10 115.70 112.30 108.88 105.46 103.75 102.29 Vẽ đường bão hoà của đập tượng trưng sau đó ta đưa đường bão hoà của đập tượng trưng về đường bão hoà của đập thực theo trình tự sau : + Giữ nguyên đoạn đoạn BC (đoạn này trùng giữa đập thực và đập tượng trưng). + Thay đoạn A’B bằng đoạn AB. Với B là điểm uốn của đường bão hoà. Xác định B như sau : (*) Xác định L’ là khoảng cách từ giữa chân khay đến chân lăng trụ thoát nước, L’ = 66,45 (m). (*) Lập tỷ số : (*) Lập tỷ số : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp l' 2L' = 10 = 0,0752 . 2.66,45 H 1 ' ' 2136,9 = = 87,22 . H1 ' 24,5 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 82 Ngành : Công trình Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân Trường ta được : B' 1 = 0,1 L' => B1’ = 0,1.66,45 = 6,65 (m). Vậy điểm B có toạ độ là : XB = 1718,61 m. YB = 0,97 m. Trên đoạn A’B ta lấy các điểm n’ , m’ , k’... bất kỳ. Sau đó xác định các điểm n, m, k.. tương ứng với các điểm n’, m’, k’... theo tỷ lệ tương ứng sao cho khoảng cách của các đoạn nn’ , mm’ , kk’ .. tỷ lệ với đoạn thẳng AA’ nghĩa là sao cho các hình BAA’, Bnn’, Bmm’, Bkk’ … đồng dạng với nhau. Nối các điểm A, n, m, k, …,B ta có đoạn đường bão hoà thực AB. Toạ độ đường bão hoà của dòng thấm trong đập thực được thể hiện trong bảng dưới đây : Bảng 8-7 : Bảng chuyển đường bão hoà đập tượng trưng về đập thực. A' n' m' k' p' s' t' B C x 0 300 600 900 1200 1500 1650 1718.6 1778.4 y 20.5 17.10 13.70 10.30 6.88 3.46 1.75 0.97 0.29 ∇ 122.50 119.10 115.70 112.30 108.9 105.46 103.75 102.97 102.29 A N m k p s t B C x 1691.7 1695.3 1700.8 1705.8 1710.4 1714.1 1716.1 1718.6 1778.4 y 20.50 17.10 13.70 10.30 6.88 3.46 1.75 0.97 0.29 ∇ 122.50 119.10 115.70 112.30 108.88 105.46 103.75 102.97 102.29 Tọa độ đường bão hòa của đập thực trong hệ trục toạ độ yOx với trục Oy đi qua mép nước thượng lưu như sau : Bảng 8-8 : Toạ độ đường bão hoà của đập thực. A n m x 0 3.57 9.02 y 20.5 17.1 13.7 ∇ 122.5 119.1 115.7 + Kiểm tra độ bền thấm : k 14.04 10.3 112.3 p s t B C 18.66 22.4 24.32 26.87 86.66 6.88 3.46 1.75 0.97 0.29 108.88 105.46 103.75 102.97 102.29 Với đập đất độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước, mặt tiếp giáp giữa thân Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 83 Ngành : Công trình đập và nền. Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kì trong thân đập hay nền : Với thân đập cần đảm bảo điều kiện : J dk < [ Jk]đ (8-22) Trong đó: J dk - Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đập, được tính theo công thức : J dk = Với : ΔH L tt (8-23) ∆H - Độ chênh cột nước thượng hạ lưu. ∆H = H1 – H2 = 20,5 – 0 = 20,5 (m). H1, H2 - Cột nước thượng, hạ lưu. Ltt – Chiều dài tính toán của dòng thấm : Ltt = L + 0,4H1 + m1’.H2 = 86,675 + 0,4.20,5 + 1.0 = 94,875 (m). L - khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến chân lăng trụ thoát nước. m1’- hệ số mái lăng trụ thoát nước ở phía trong đập, m1’= 1. => J dk = 20,5 = 0,216 . 94,875 [Jk]đ : Građiên thấm cho phép trong thân đập phụ thuộc loại đất đắp và các cấp công trình, có thể lấy theo số liệu của Trugaep bảng P 3-3 trang 117 (ĐAMHTC) ứng với công trình cấp III và đất đắp đập là đất á sét ⇒ [ Jk]đ = 1,25. => J dk = 0,216 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. Với nền đập cần đảm bảo điều kiện : J nk ≤ [ J k ] n (8-24) Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 84 Ngành : Công trình J nk : Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của nền. Được xác định theo công thức sau : J nk = Với : H1 − H 2 L tt (8-25) H1 – Cột nước thượng lưu, H1 = 20,5(m). H2 – Chiều sâu nước hạ lưu, H2 = 0. Ltt = Lđ + 0,88T – m1’.H2 = 153,29 + 0,88.4 = 156,81 (m). Với Lđ - Khoảng cách từ mép đáy thượng lưu đập đến mép đáy lăng trụ thoát nước , Lđ = 153,29 (m). J nk = => 20,5 = 0,131 . 156,81 [Jk]n – Građiên thấm cho phép của nền đập, phụ thuộc vào loại đất nền và cấp công trình. Có thể lấy theo Trugaep bảng P3-2 Trang 117 (ĐAMHTC) với loại nền là cát hạt lớn và công trình cấp III, ta có [Jk]n = 0,4. Vậy, J nk = 0,131 < [ J k ] n = 0,4 . Kết luận : Nền đập không bị xói ngầm cơ học. * Trường hợp thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước lớn nhất tương ứng : Theo tài liệu tính toán thuỷ văn của hồ chứa Ngành thì ứng với trường hợp thượng lưu là MNDGC thì mực nước hạ lưu là H2 = 0,7 m. + Sơ đồ tính toán : y' y A' n' H1 a A n m' O' T Tb® k' k® kn p' O m s' d l' k b p s B t' t c C H2 x L' k® L Hình 8-16 : Sơ đồ tính toán thấm. + Tính toán cụ thể : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 85 Ngành : Công trình Trình tự tính toán tương tự như với trường hợp (a) chỉ khác là mực nước thượng lưu là MNDGC, H1 = 24,57 m, và hạ lưu có nước H2 = 0,7 m. - Xác định lưu lượng thấm : Ta có : Tbđ = 2116,4 (m). H1’’ = H1 +Tbđ = 24,57 + 2116,4 = 2140,97 (m). H1’ = H1 + T = 24,57 + 4 = 28,57 (m) . H2’’ = H2 + Tbđ + a0 = 0,7 + 2116,4 = 2117,1 (m); ( a0 = 0 ). L = 73,45 (m). → 2q = Kd 2140,97 2 − 2117,12 = 60,89 2140,97 . 0,4.2140,97 + 10.( − 1) + 73,75 28,57 Ta được : q = 0,5.60,89.Kđ = 0,5. 60,89. 1,89.10-8 = 5,75.10-7 (m3/s.m). - Xác định vị trí đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà của đập tượng trưng : 2q y = (H + T ) 2 − x −T 1 bd bd K d = 2140,97 2 − 60,89x − 2116,4 . Toạ độ đường bão hoà của đập tượng trưng được ghi vào bảng sau : Bảng 8-9 : Toạ độ đường bão hoà của đập tượng trưng. x 0 300 600 900 1200 1500 1650 1660.22 y 24.57 20.30 16.02 11.73 7.44 3.13 0.98 0.83 ∇ 126.57 122.30 118.02 113.73 109.44 105.13 102.98 102.83 Xác định vị trí điểm B : L’ = 66,45 m. l' 2L' = 10 = 0,0752 . 2.66,45 H 1 ' ' 2140,97 = = 74,94 . H1 ' 28,57 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 86 Ngành : Công trình Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân Trường ta được : B' 1 = 0,1 L' => B1’ = 0,1.66,45 = 6,65 (m). Toạ độ điểm B là : XB = 1600,42 (m). YB = 1,69 (m). Kết quả chuyển toạ độ đường bão hoà của đập tượng trưng về đập thực : Bảng 8-10 : Bảng chuyển đường bão hoà đập tượng trưng về đập thực. x y ∇ x y ∇ A' n' m' k' p' s' t' B C 0 300 600 900 1200 1500 1550 1600.4 1660.2 24.57 20.30 16.02 11.73 7.44 3.13 2.41 1.69 0.83 126.57 122.30 118.02 113.73 109.44 105.13 104.41 103.69 102.83 A n m k p s t B C 1586.8 1588.6 1591.1 1593.8 1596.6 1599.2 1599.6 1600.4 1660.2 24.57 20.30 16.02 11.73 7.44 3.13 2.41 1.69 0.83 126.57 122.30 118.02 113.73 109.44 105.13 104.41 103.69 102.83 Toạ độ của đường bão hoà của đập thực trong hệ trục yOx với trục Oy đi qua mép nước thượng lưu : Bảng 8-11 : Toạ độ đường bão hoà của đập thực trong hệ trục yOx. A n m k p s t B C x 0 1.79 4.36 7.07 9.84 12.4 12.82 13.65 73.45 y 24.57 20.3 16.02 11.73 7.44 3.13 2.41 1.69 0.83 ∇ 126.57 122.3 118.02 113.73 109.44 105.13 104.41 103.69 102.83 + Kiểm tra độ bền thấm : Với thân đập cần đảm bảo điều kiện : J dk < [ Jk]đ J dk = ΔH L tt Ta có : [ Jk]đ = 1,25 => => J dk = 23,87 = 0,284 . 83,98 J dk = 0,284 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. Với nền đập cần đảm bảo điều kiện : J nk ≤ [ J k ] n Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 87 J nk = H1 − H 2 L tt => Ngành : Công trình J nk = 24,57 = 0,157 . 156,11 Ta có : [Jk]n = 0,4. Vậy, J nk = 0,157 < [ J k ] n = 0,4 . Kết luận : Nền đập không bị xói ngầm cơ học. 8.4.3 Tính toán cho mặt cắt sườn bên phải : Sườn bên phải đập được đặt trên nền không thấm và có làm chân khay cấu tạo chống thấm, để đơn giản ta coi như nền không có chân khay, hình thức tiêu nước là hình thức áp mái. Với mặt cắt sườn đồi ta tính toán với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT và hạ lưu là mực nước min tương ứng (hạ lưu không có nước, H2 = 0 m). Sườn đồi bên phải ta tính cho 2 mặt cắt : I – I, II - II. 8.4.3.1 Tính cho mặt cắt II-II : * Các thông số tính toán : - MNDBT = 122,5 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 110,41 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). * Sơ đồ tính toán : y A A' 5 2 , =3 B m = 2 2, 75 m1 H1 O C ∆L ao x L Hình 8-17 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt II-II. * Tính toán cụ thể : + Tính toán lưu lượng thấm : Trường hợp này lưu lượng thấm qua đập có thể xác định theo công thức Đupuy dưới dạng : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 88 Ngành : Công trình q H12 − a 02 = k 2L 0 (8-26) Mặt khác lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu xác định như sau : q= k.a 0 0,5 + m 2 (8-27) Trong đó : a0 : độ cao hút nước. q : lưu lượng đơn vị (lưu lượng thấm qua 1m chiều dài của đập). k : hệ số thấm của đập, k = 1,89.10-8 (m/s). m2 : hệ số mái tại vị trí đường thấm thoát ra, m 2 = 2,75 (Hệ số mái trung bình của mái hạ lưu). L0 = ∆ L + L – m2.a0. ∆ L : chiều dài quy đổi mái thượng lưu. Theo C.K.Mikhai-lốp ta có : ΔL = m1 .H 1 3,25.12,09 = = 5,24 (m). 2.m1 + 1 2.3,25 + 1 H1 : chiều cao cột nước thượng lưu. H1 = MNDBT - ∇đáy = 122,5 – 110,41 = 12,09 (m). L : chiều dài tính từ mép nước thượng lưu đến chân mái hạ lưu, L = 71,05 (m). Từ (8-26) và (8-27) ta có phương trình sau : a0 H12 − a 02 = 0,5 + m 2 2(∆L + L − m 2 .a 0 ) Đưa phương trình về dạng : (0,5 − m 2 ).a 02 + 2(∆L + L).a 0 − (0,5 + m 2 ).H12 = 0 (8-28) Thay số vào ta được : - 2,25.a02 + 152,58.a0 - 475,0463 = 0 Giải ra và chọn nghiệm hợp lý ta được : a0 = 3,27 (m). => Lưu lượng thấm qua mặt cắt là : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư q= Trang 89 Ngành : Công trình k.a 0 1,89.10 −8.3,27 = = 1,902.10 −8 (m3/s.m). 0,5 + m 2 0,5 + 2,75 + Xác định vị trí đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà theo hệ trục toạ độ Oxy như hình vẽ có dạng sau: y= H 12 − 2.q .x = 146,17 − 2,013x k (8-29) Phương trình trên chỉ xác định được đường bão hoà A ’BC trong đó đoạn A’B là đoạn bão hoà của đập tượng trưng. Muốn có đường bão hoà thực ABC cần nối đoạn AB với đường A’BC sao cho nó thẳng góc với mái dốc tại điểm A và tiếp tuyến với đường A’BC tại điểm B. Điểm B là điểm uốn của đường bão hoà, nó có tung độ : YB ≥ H1 - q = 11,08 (m). k Kết quả tính toán toạ độ đường bão hoà tượng trưng được thể hiện trong bảng: Bảng 8-12 : Toạ độ các điểm của đường bão hòa tượng trưng qua mặt cắt II-II. x y ∇ 0 5 10 20 30 45 60 12.09 11.67 11.23 10.29 9.26 7.46 5.04 122.50 122.08 121.64 120.70 119.67 117.87 115.45 67.30 3.27 113.68 + Xác định chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : Qua tính toán đường bão hoà ra mái hạ lưu với trường hợp MNDBT, ta sơ bộ xác d 0 = 0,5 m a0 định cao trình bảo vệ mái hạ lưu trong đoạn Hình 8-18 : Cao trình bảo vệ mái hạ lưu. mặt cắt II-II. Cao trình đường bão hoà ra mái : 110,41 + 3,27 = 113,68 . Theo quy phạm của Liên Xô quy định khoảng cách an toàn d0 ≥ 0,5 m, ở đây ta chọn d0 = 0,5 m. + Kiểm tra độ bền thấm : Độ bền thấm đặc biệt trong thân đập cần đảm bảo điều kiện : Jkđ < [ Jk]đ Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 90 Ngành : Công trình Trong đó: Jkđ = H 1 − a 0 12,09 − 3,27 = = 0,131. L0 67,30 L0 = ∆L + L – m2.a0 = 5,24 + 71,05 - 2,75.3,27 = 67,30 (m). Với : [ Jk]đ = 1,25 => Jkđ = 0,131 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. 8.4.3.2 Tính cho mặt cắt I-I : * Các thông số tính toán : - MNDBT = 122,5 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 120,34 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). * Sơ đồ tính toán. y A A' H1 m = 2 2, 5 B =3 m1 O C ∆L ao L Hình 8-19 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt I-I. * Tính toán cụ thể : Với mặt cắt I-I ta tính toán tương tự như mặt cắt II-II. Ta được kết quả như sau : ∆L = m1 .H1 3.2,16 = = 0,93 (m) . 2m1 + 1 2.3 + 1 H1 = MNDBT - ∇đáy = 122,5 – 120,34 = 2,16 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 x Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 91 Ngành : Công trình L = 40,55 (m). => ao = 0,17 (m). - Lưu lượng thấm : q = 0,107.10-8 (m3/s.m) . - Phương trình đường bão hoà : y = 2,16 2 − 0,113x . Điểm uốn B của đường bão hoà có tung độ : YB ≥ H1 - q = 2,103 (m). k - Tọa độ các điểm của đường bão hoà tượng trưng : Bảng 8-13 : Toạ độ các điểm của đường bão hoà tượng trưng qua mặt cắt I-I. x y ∇ 0 2.16 122.50 5 2.02 122.36 10 1.88 122.22 20 1.55 121.89 30 1.13 121.47 40 0.38 120.72 41.04 0.17 120.51 - Chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : 120,34 + 0,17 + 0,5 = 121,01, ở đây ta chọn chiều cao an toàn d0 = 0,5 m. - Kiểm tra độ bền thấm : Građiên thấm đặc biệt trong thân đập cần đảm bảo điều kiện : Jkđ < [ Jk]đ Trong đó : Jkđ = H1 − a 0 2,16 − 0,17 = = 0,05. ΔL + L − m 2 a 0 0,93 + 40,55 − 2,5.0,17 [ Jk]đ = 1,25. => Jkđ = 0,05 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 92 Ngành : Công trình 8.4.4 Tính thấm cho sườn đồi bên trái : Sườn đồ bên trái có địa chất nền gồm hai lớp tàn tích là : Lớp 2 dày 2,7 ÷ 5,2 m, có hệ số thấm là kn1 = 7,64.10-6 cm/s = 7,64.10-8 m/s . Lớp 3 dày 3,3 ÷ 5,8 m, có hệ số thấm là kn2 = 9,36.10-6 cm/s = 9,36.10-8 m/s . Trong tính toán ta có thể quy hai lớp đất trên về một lớp đất có hệ số thấm là k td = k n1 .T1 + k n2 .T2 T1 + T2 (8-30) Sườn đồi bên trái cũng làm chân khay cấu tạo để chống thấm, để đơn giản trong tính toán ta coi như không có chân khay trong nền. Hình thức tiêu nước của đập bên sườn trái là hình thức áp mái. Đối với mặt cắt sườn đồi ta tính toán với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, mực nước hạ lưu là mực nước min nhất (hạ lưu không có nước). 8.4.4.1. Tính cho mặt cắt IV-IV : * Thông số tính toán : - MNDBT = 122,5 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 112,23 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền thấm nước. - Hệ số thấm thân đập : Kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). - Hệ số thấm nền đập : k td = = k n1 .T1 + k n2 .T2 T1 + T2 7,64.10 −8.2,76 + 9,36.10 −8.3,53 = 8,61.10-8 (m/s). 2,76 + 3,53 - Chiều dày tầng thấm : T = T1 + T2 = 2,76 +3,53 = 6,29 (m). * Sơ đồ tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 93 Ngành : Công trình y A A' 3,25 m 1= k® H1 k td T B m = 2 2, 75 O ao C ∆L L x Hình 8-20 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt IV-IV. * Tính toán cụ thể : - Lưu lượng đơn vị thấm qua mặt cắt : Lưu lượng đơn vị qua mặt cắt được xác định thông qua hệ phương trình sau :  H 12 − a 02 H1 − a 0 q = k . + k td .T.  d 2(L bd − m 2 a 0 ) L bd − (0,5 + m 2 )a 0   a0 q = k . a 0 + k td .T. d  0,5 + m 2 (0,5 + m 2 )a 0 + 0,4T (8-31) Trong đó : Lbđ = L + ∆L ΔL = η= ηa + a a 3 η+a 1 2 - chiều dài biến đổi mái thượng lưu. 1 H1 1,32 mH kn + − 1 ; a 2 = 1 1 ; a3 = m1H1 + 0,4T. ; a1 = 2m1. kd T m1 2m1 + 1 8,61.10 - 8 η= = 2,134 ; 1,89.10 - 8 a1 = 2.3,25. 10,27 1,32 + − 1 = 10,019 ; 6,29 3,25 a2 = 3,25.10,27 = 4,450 ; a3 = 3,25.10,27 + 0,4.6,29 = 35,894. 2.3,25 + 1 ΔL = 2,134.35,894 + 10,019.4,45 = 9,97 (m) . 2,134 + 10,019 L - khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến điểm thoát ra của đường bão hoà trên mái hạ lưu, L = 66,04 – a0.m2. Thay các số liệu đã có vào hệ phương trình (8-30) và giải ra ta được : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 94 Ngành : Công trình a 0 = 0,74 (m)  q = 8,589.10 −8 (m 3 /s.m) - Xác định đường bão hoà : Phương trình đường bão hoà xác định theo công thức sau : y = 2. k k q .(L − m 2 a 0 − x) + ( td T + a 0 ) 2 − td T kd kd kd (8-32) Thay số vào phương trình (8-31) ta được : y = 1536,483 − 9,09.x − 28,654 . Toạ độ các điểm của đường bão hoà của đập tượng trưng : Bảng 8-14 : Toạ độ các điểm trên đuờng bão hòa tượng trưng mặt cắt IV-IV. x 0 5 10 20 30 45 60 73.97 y 10.27 9.96 9.37 8.15 6.90 4.92 2.83 0.74 ∇ 122.50 122.19 121.60 120.38 119.13 117.15 115.06 112.97 - Xác định chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : Cao trình đường bão hoà ra mái hạ lưu : 112,23 + 0,74 = 112,97. Cao trình bảo vệ mái hạ lưu : 112,97 + 0,5 = 113,47 ; d 0 độ vượt cao an toàn, d 0 ≥ 0,5 m; Ở đây ta chọn d0 = 0,5 m. - Kiểm tra độ bền thấm : Đối với thân đập : Cần thoả mãn điều kiện : Jkđ < [ Jk]đ Trong đó : Jkđ : Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt trong thân đập, được xác định theo công thức : J dk = H1 − a 0 10,27 − 0,74 = = 0,129 . L + ΔL − m 2 a 0 66,04 + 9,97 − 2,75.0,74 [ Jk]đ : Građiên thấm đặc biệt cho phép trong thân đập, [ Jk]đ = 1,25. => Jkđ = 0,129 < [ Jk]đ = 1,25. Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học. Với nền đập : Cần thoả mãn điều kiện : J nk ≤ [ J k ] n Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 95 Ngành : Công trình Jkn : Građiên kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của nền, được xác định theo công thức sau : J nk = Với : H1 − H 2 L tt H1 – Cột nước thượng lưu, H1 = 10,27 (m). H2 – Chiều sâu nước hạ lưu, H2 = 0. Ltt = L0 + 0,88T = 99,42 + 0,88.6,29 = 104,96 (m). L0 - Chiều rộng đáy đập tính từ thượng lưu đến vật thoát nước, L0 = 99,42 m. J nk = => 10,27 − 0 = 0,098 . 104,96 [Jk]n – Građiên thấm cho phép của nền đập, [Jk]n = 0,45. Vậy Jkn = 0,098 < [Jk]n => Nền đập đảm bảo không bị xói ngầm cơ học. Kiểm tra građiên tại điểm ra hạ lưu đập (Jra) : Trị số građiên tại điểm ra hạ lưu đập được tính theo công thức : J ra = q − q0 1 .( ) k td π.l T. e T − 1 (8-33). Jra Trong đó : q - là lưu lượng thấm qua thân và nền đập. 1m Hình 8-21 : Kiểm tra građiên tại điểm ra. Theo kết quả tính toán ở trên q = 8,589.10-8 (m3/s.m). q 0 = k td . T.a 0 (0,5 + m 2 ).a 0 + H 2 .m 2 + 0,44T = 8,61.10 −8. 6,29.0,74 = 7,748.10 −8 (m 3 /s.m) . (0,5 + 2,75).0,74 + 0,44.6,29 l - là khoảng cách từ chân đập đến điểm cần nghiên cứu. Cách chân đập 1 m ta có làm rãnh thoát nước, ta sẽ tính Jra tại điểm đó : J ra = Sinh viên : Lê Ngọc Diệp 1 3,14.1 6,29. e 6,29 − 1 8,589.10 - 8 − 7,748.10 - 8 .( ) = 0,0193 . 8,61.10 - 8 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 96 Ngành : Công trình [Jra ] – građiên cho phép của đất, xác định [J ra ] dựa vào bảng 2-16 trang 124 Thiết kế đập đất của Nguyễn Xuân Trường : Với công trình cấp III nền á sét ta được [Jra ] = 0,85. → Jra = 0,0193 < [Jra ] = 0,85. Như vậy bảo đảm an toàn không bị xói ngầm tại hạ lưu đập. 8.4.4.2 Tính cho mặt cắt V-V : * Thông số tính toán : - MNDBT = 122,5 (m). - Cao trình đáy : ∇đáy = 121 (m). - Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Hình thức đập : Đập đất đồng chất trên nền không thấm. - Hệ số thấm thân đập : kđ = 1,89 .10-6 (cm/s) = 1,89.10-8 (m/s). - Hệ số thấm nền đập : k td = = k n1 .T1 + k n2 .T2 T1 + T2 7,64.10 −8.3,14 + 9,36.10 −8.4,67 = 8,67.10-8 (m/s). 3,14 + 4,67 - Chiều dày tầng thấm : T = T1 + T2 = 3,14 + 4,67 = 7,81 (m). * Tính toán như mặt cắt IV-IV ta được : a 0 = 0,11 (m)  q = 2,34.10 −8 (m 3 /s.m) - Đường bão hoà thấm : Phương trình đường bão hoà có dạng : y = 1393,95 − 2,48.x − 35,83 Toạ độ của các điểm trên đường bão hoà tượng trưng : Bảng 8-15 : Toạ độ các điểm trên đuờng bão hòa tượng trưng mặt cắt V-V. x 0 5 10 20 25 30 35 41.39 y 1.50 1.34 1.17 0.84 0.67 0.50 0.32 0.11 ∇ 122.50 122.34 122.17 121.84 121.67 121.50 121.32 121.11 - Chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : Cao trình đường bão hoà ra mái hạ lưu : 121 + 0,11 = 121,11. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 97 Ngành : Công trình Cao trình bảo vệ mái hạ lưu : 121,11 + 0,5 = 121,61 ; d0 độ vượt cao an toàn, d0 ≥ 0,5 m; Ở đây ta chọn d0 = 1 m. - Kiểm tra độ bền thấm : Với thân đập : Jkđ = 0,034 < [Jk ]đ = 1,25. => Thân đập đảm bảo không bị xói ngầm cơ học. Với nền đập : Jkn = 0,032 < [Jn ]n = 0,45. => Nền đảm bảo không bị xói ngầm cơ học. Građiên tại điểm ra của mái hạ lưu : Jra = 0,007 < [Jra ] = 0,85. => Không bị xói ngầm tại hạ lưu đập. 8.4.5 Tính tổng lượng nước thấm qua đập đất : Mục đích : Nhằm xác định tổng lượng nước thấm qua đập trong một thời gian nào đó có vượt quá giá trị cho phép không, và kiểm tra xem hình thức đập như thế đã hợp lý chưa để đưa ra được biện pháp xử lý hợp lý. Điều kiện đảm bảo là : Wth < [Wth ] (8-34) Trong đó : Wth – Tổng lượng nước thấm qua đập trong một thời gian nào đó : Wth = Q.T Với : Q – Tổng lưu lượng nước thấm qua đập đất. i=n Q = ∑ q i .L i i=1 qi – lưu lượng đơn vị qua mặt cắt thứ i. Li – Chiều dài đoạn thứ i. Ở đây ta chia đập làm 5 đoạn, tính lưu lượng thấm cho mặt cắt giữa của các đoạn ứng với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min tương ứng ta có bảng tổng hợp sau : Bảng 8-16 : Lưu lượng thấm đơn vị qua các mặt cắt. TT Mặt cắt Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Li (m) qi (10-8 m3/s.m) qi.Li (10-8m3/s) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 1 2 3 4 5 I-I II-II III-III IV-IV V-V ∑ => Trang 98 i=5 36.13 23.37 54.09 47.16 90.34 251.09 Ngành : Công trình 0.107 1.902 45.684 8.589 2.340 58.622 3.87 44.45 2471.05 405.06 211.40 3135.82 Q = ∑ q i .L i = 3135,82.10 - 8 (m 3 /s) . i=1 Ta tính cho thời đoạn là 1 năm ( T = 365 ngày = 31536000 s ). => Tổng lượng nước tổn thất do thấm qua đập trong một năm là : Wth = Q.T = 3135,82.10-8.31536000 = 988,91 (m3). [Wth] – Tổng lượng nước thấm cho phép, theo kinh nghiệm thường lấy [Wth] = (1÷2)%Whồ. Ta chọn [Wth] = 2Whồ . Whồ – là dung tích của hồ chứa, theo tài liệu tính toán điều tiết hồ Ngành, ứng với MNDBT = 122,5 m thì dung tích của hồ chứa là : Whồ = 839500 (m3). → 2%Whồ = 0,02.839500 = 24,1916790 (m3). Wth = 988,91 (m3) < 2%Whồ = 16790 (m3). Như vậy : đập thiết kế đảm bảo được yêu cầu về chống thấm và hình thức đập như đã chọn là hợp lý. 8.5 Tính toán ổn định đập đất. 8.5.1 Mục đích, ý nghĩa, các trường hợp tính toán ổn định : 8.5.1.1 Mục đích, ý nghĩa : Đập đất là một loại công trình dâng nước trọng lực làm bằng vật liệu địa phương có khối lượng lớn, cho nên không có khả năng mất ổn định về lật đổ và trượt theo mặt nền như các công trình trọng lực bằng bê tông khác. Đối với đập đất vấn đề mất ổn định thường chỉ xảy ra dưới dạng trượt mái dốc thượng, hạ lưu khi việc lựa chọn kích thước mặt cắt chưa thật hợp lý. Do đó, mục đích của việc tính toán ổn định là trên cơ sở tính toán mà xác định được một cách hợp lý nhất nghĩa là lựa chọn một mặt cắt đập sao cho bảo đảm ổn định trong mọi điều kiện và rẻ tiền nhất. 8.5.1.2 Các trường hợp tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 99 Ngành : Công trình * Cho mái hạ lưu : Khi kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu, cần kiểm tra với các trường hợp sau : - Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc bình thường ( tổ hợp cơ bản). - Khi thượng lưu là MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại ( tổ hợp đặc biệt). * Cho mái thượng lưu : - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp cơ bản). - Khi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập) – tổ hợp cơ bản. - Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt). Do thời gian có hạn nên trong đồ án này chỉ giới hạn tính ổn định cho mái hạ lưu với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước tương ứng (H2 = 0 m). 8.5.2 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt : 8.5.2.1 Tìm vùng tâm có cung trượt nguy hiểm : Để tìm vùng tâm có cung trượt nguy hiểm, có nhiều phương pháp của nhiều tác giả khác nhau, trong đồ án này ta sử dụng kết hợp hai phương pháp : * Phương pháp Filennít : Tâm cung trượt nằm ở lân cận đường MM 1 như trên hình vẽ. Các trị số α, β phụ thuộc độ dốc mái, tra bảng (6-5), giáo trình thủy công tập I. Với hệ số mái hạ lưu là : m2 = 2,75 => ta tra được : α = 35o ; β = 25o. * Phương pháp Fanđêep : Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong bcde như trên hình vẽ. Các trị số bán kính r và R phụ thuộc vào hệ số mái m và chiều cao đập Hđ , tra ở bảng (6-6), giáo trình thủy công tập I. Với hệ số mái hạ lưu là m 2 = 2,75 và chiều cao đập H đ = 25,8 m => ta tra được: R/Hđ = 2,1625 => R = 55,79 (m). r/Hđ = 0,9375 => r = 24,19 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 100 Ngành : Công trình Kết hợp cả hai phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả định các tâm O 1, O2, O3 … Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q 1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3 cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi , ta xác định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng M 1M. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó, kẻ đường N-N vuông góc với đường M1M. Trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung cũng đi qua điểm Q 1 ở chân đập, tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O, ta xác định được trị số K min cho mái đập. Với các điểm Q1, Q2 … ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, ta cũng tìm được trị số Kmin tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki min với các điểm ra của cung Qi, ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập. Trong phạm vi của đồ án này, do thời gian có hạn nên chỉ tính K min min đối với mặt cắt lòng sông. B c b A H Hd O 55, 7 r= 24, 19 m e R= d 9m M K min min Q1 Q2 Q3 T Hd M1 4,5.H d Hình 8-22 : Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm. 8.5.2.2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ : Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, có nhiều công thức xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định lực thấm. Trong đồ án này sử dụng công thức Ghecxêvanốp với giả thiết xem khối Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 101 Ngành : Công trình trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm. Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b (như hình vẽ) theo điều kiện : b= R m (8-35) Trong đó : R – bán kính cung trượt (m). m – số nguyên dương thường lấy bằng m = 10 đến 20. B c b O1 A d e R H Z2 Z3 T Z1 O Q1 Wn Gn Nn Tn Hình 8-23 : Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập đất theo phương pháp Ghecxevanôp. Ta có công thức tính toán sau : K= ∑ (N n − Wn )tgϕ n + ∑ C n l n ∑ Tn (8-36) Trong đó : ϕn , Cn – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n. b ln – Bề rộng đáy dải thứ n, l n = . Cosα n Wn - Áp lực thấm ở đáy dải thứ n. Wn = γn.hn.ln (8-37) hn – chiều cao cột nước, từ đường bão hoà đến đáy dải. Nn và Tn – Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nn = Gn.cosαn ; Trang 102 Ngành : Công trình Tn = Gn.sinαn. Với : Gn = b.(∑γi.Zi )n. Zi – Là chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng là γi. + Đối với đất trên đường bão hoà lấy với dung trọng tự nhiên : γtn. + Đối với đất dưới đường bão hoà lấy với dung trọng bão hoà nước : γbh. - Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và nền : + Đất đắp đập : Độ ẩm tự nhiên w = 36,78% ; Dung trọng khô γk = 1,32 T/m3. Tỷ trọng ∆ = 2,74 ; Hệ số rỗng ε = 1,19 ; Độ rỗng n = 54,19%. Độ bão hoà G = 84,53% ; Góc ma sát trong ϕ = 16015’ ; ϕbh = 90. Lực dính C = 3,8 T/m2 ; Cbh = 1,9 T/m2 ; Hệ số thấm k = 1,89.10-8 cm/s. Dung trọng tự nhiên : γ tn = γ k .(1 + w ) = 1,32.(1+0,3678) = 1,81 (T/m3). Dung trọng bão hoà : γ bh = γ k + n.γ n = 1,32 + 0,5419.1 = 1,86 (T/m3). + Đất nền : γbh = 2,2 (T/m3) ; C = 0 ; ϕ = 350 ; + Đá làm thiết bị thoát nước : C = 0; ϕ = 320; n = 0,35 ; γđá tn = 2,5T/m3; γbh= 2,85T/m3. Các bảng tính ổn định của các cung trượt được trình bày trong bảng 8-17(817.1, 8-17.2, 8-17.3, 8-17.4, 8-17.5, 8-17.6), 8-18( 8-18.1, 8-18.2, 8-18.3, 8-18.4, 818.5), 8-19( 8-19.1, 8-19.2, 8-19.3, 8-19.4, 8-19.5), 8-20( 8-20.1, 8-20.2, 8-20.3, 820.4, 8-20.5), 8-21( 8-21.1, 8-21.2, 8-21.3, 8-21.4); và các hình : hình 8-24( 8-24.1 đến 8-24.5), 8-25 (8-25.1 đến 8-25.5), 8-26 (8-26.1 đến 8-26.5), 8-27 (8-27.1 đến 827.5), 8-28 (8-28.1 đến 8-28.4) trong Phụ lục 2. Kết quả tổng hợp tính toán ổn định của đập được thống kê như sau : Bảng 8-22 : Tổng hợp kết quả tính toán ổn định trượt. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 103 Điểm chân trượt Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Ngành : Công trình Tâm trượt Hệ số ổn định K O1 O2 O3 O4 O5 O6 O1 O2 O3 O4 O5 O1 O2 O3 O4 O5 O1 O2 O3 O4 O5 O1 O2 O3 O4 2.13 1.881 1.684 1.508 1.445 1.742 2.219 1.967 1.656 1.559 1.724 1.973 1.732 1.435 1.714 1.937 1.414 1.524 1.429 1.704 1.373 1.942 2.556 1.857 3.08 Kmin 1.559 1.435 1.373 Kết luận : Hệ số ổn định nhỏ nhất ở chân mái hạ lưu K min min = 1,373. 8.5.3 Đánh giá tính hợp lý của mái : Mái dốc được chọn là hợp lý khi thoả mãn các điều kiện sau : * Điều kiện kỹ thuật : Theo TCXDVN 285 – 2002. Mái dốc ổn định nếu thoả mãn điều kiện : K min min ≥ [ K ] (8-38) Trong đó : [K] – Hệ số an toàn ổn định trượt cho phép của mái đập, phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng. Theo bảng 46 trang 37 của 14TCN 157-2005 Tiêu chuẩn thiết kế đập Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 104 Ngành : Công trình đất đầm nén, với tổ hợp lực cơ bản và công trình cấp III thì hệ số ổn định cho phép [K] = 1,30. => K min min = 1,373 > [K] = 1,30. Kết luận : mái dốc đảm bảo điều kiện kỹ thuật (mái hạ lưu đập không bị trượt). * Điều kiện kinh tế : Để đảm bảo điều kiện về kinh tế, cần khống chế : K min min ≤ 1,15[K] (8-39) K min min = 1,373. [K] = 1,30 => 1,15[K] = 1,495. => K min min = 1,373 < 1,15[K] = 1,495. Kết luận : mái dốc đảm bảo điều kiện về kinh tế. Như vậy hệ số mái đập đã chọn là hợp lý, đảm bảo điều kiện ổn định mái dốc và đồng thời đảm bảo điều kiện kinh tế. 8.6 Tính toán lún. 8.6.1 Đặt vấn đề tính toán : 8.6.1.1 Lún của đập bao gồm lún do nền (Sn) và lún thân đập (St) : S = Sn + St (8-40) Theo quy phạm QPTL 6-70 quy định đập có chiều cao H đ ≤ 25 m thì không tính lún thân đập mà lấy độ lún = 1% chiều cao đập. Nền đập là loại đất có tính ép co rất khác nhau, tại đoạn lòng sông nền đất cát cuội sỏi đất không bị ép co, đoạn thềm phải là nền đá cũng không ép co nhưng thềm trái là đất sét có tính ép co lớn. Vì vậy tiến hành tính toán lún của nền nhằm biết độ lún của mỗi điểm để phòng độ lún dự trữ khi thi công và biết được chênh lệch độ lún tại mặt cắt lòng sông và bên bờ để có biện pháp thích hợp khi thi công để tránh nứt nẻ. 8.6.1.2 Phương pháp tính toán lún nền đập : Xem tải trọng tác dụng lên nền với cường độ : q = γ.h (8-41) Trong đó : γ là dung trọng của đất đắp đập. h là độ cao từ nền đến mặt đập. 8.6.1.3 Mặt cắt đập tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 105 Ngành : Công trình Tính toán với mặt cắt bờ trái (vì lòng sông là cuội sỏi không xảy ra lún và bờ phải là nền đá không lún), trong đó ta tính cho 3 lát cắt : Cơ thượng lưu, đỉnh đập và cơ hạ lưu đập. 8.6.1.4 Địa chất nền đập và tài liệu để tính toán : Tại mặt cắt lòng sông lớp bồi tích (aQ), hỗn hợp cuội sỏi có bề dày 3,8 – 4 m có các chỉ tiêu cơ lý : γbh = 2,2 T/m3 ; C = 0 ; ϕ = 350. Tại mặt cắt bờ trái, nền gồm hai lớp : + Lớp 2 pha tàn tích (edQ) á sét màu nâu gụ lẫn 15-20% sỏi sạn, vụn đá. Chiều dày khi lên cao tăng dần từ 2,7 – 5,2 m . Có chỉ tiêu cơ lý : γw = 1,77 T/m3 ; γk = 1,31 T/m3 ; C = 2 T/m3 ; ϕ = 11040’ ; ε1 = 1,06 ; a = 0,025 cm2/Kg ; k = 7,64.10-6 cm/s = 240,94 cm/năm. + Lớp 3 tàn tích (edQ) đất sét màu nâu vàng lẫn ít sỏi sạn, vụn đá. Lớp 3 nằm dưới lớp 2, bề dày tăng dần khi lên cao từ 3,3 – 5,8 m . Có các chỉ tiêu cơ lý : γw = 2,01 T/m3 ; γk = 1,32 T/m3 ; C = 3,3 T/m3 ; ϕ = 15045’ ; ε1 = 1,06 ; a = 0,02 cm2/Kg ; k = 9,36.10-6 cm/s = 295,18 cm/năm. Tại mặt cắt bờ phải, đã bóc bỏ hết lớp 4 pha tàn tích (edQ), nền là nền đá. Nước ngầm nằm trong hỗn hợp cát cuội sỏi ở phần lòng sông vì vậy toàn bộ phần lòng sông chịu áp lực đẩy nổi, còn phần bờ không chịu áp lực đẩy nổi. 8.6.1.5 Trường hợp tính toán và phương pháp tính toán : - Trường hợp tính toán : Khi tính toán lún thân đập và nền đập nói chung ta chia ra làm hai trường hợp : + Lún hoàn toàn (đã cố kết hoàn toàn) ứng với trường hợp đất đã nén chặt hoàn toàn. + Lún theo thời gian (đang cố kết) ứng với trường hợp đất đang xảy ra quá trình nén chặt . Tính lún thay đổi theo thời gian chỉ tiến hành với các loại đất dính có tính thấm nước bé với hệ số cố kết Cv ≤1.10-7 cm2/năm. Với số liệu đã cho ta thấy hệ số thấm của lớp đất nền mặt cắt tính toán bên thềm trái nhỏ, lại có hệ số cố kết : Lớp 2 : C v = k.(1 + ε ) 240,94.(1 + 1,06) 1 = = 1,99.10 − 5 (cm/năm) > 1.10-7(cm/năm) 9 a.γ n 0,025.10 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Lớp 3 : C v = Trang 106 Ngành : Công trình k.(1 + ε ) 295,18.(1 + 1,06) 1 = = 3,04.10 − 5 (cm/năm) > 1.10-7(cm/năm) 9 a.γ n 0,02.10 Do vậy ta không cần tính lún theo thời gian mà chỉ quan tâm đến tính lún ổn định. Vì hồ xây dựng xong chưa chứa nước ngay mà sau một thời gian lâu nữa thì hồ mới chứa đầy nước, vì vậy ta tính lún cho trường hợp mới thi công xong. - Phương pháp tính toán : Ta đưa bài toán về sơ đồ tải trọng dạng hình thang tác dụng. Vì chiều dài đập rất lớn so với chiều rộng, vì vậy ta tình lún của nền theo bài toán phẳng. Độ lún ổn định theo thời gian được tính theo công thức sau : S= a .σ .H z 1+ ε 1 (8-42) Trong đó : S là độ lún ổn định (m) . ε1 là hệ số rỗng của đất tại giữa mỗi tầng ở trạng thái ban đầu. σz là ứng suất tăng thêm trung bình tại độ sâu z so với mặt nền. H là chiều dày tầng bị nén (m). 8.6.2 Tính toán cụ thể : 8.6.2.1 Tính lún thân đập : Do đập có chiều cao ≈ 25 m nên ta có thể lấy độ lún của thân đập = 1% chiều cao đập. Từ đó ta được kết quả sau : Bảng 8-23 : Kết quả tính toán lún thân đập. Mặt cắt Lòng sông Lát cắt tính toán Cơ thượng Tim đập Cơ hạ Bờ trái Cơ thượng Tim đập Cơ hạ Bờ phải Cơ thượng Tim đập Cơ hạ 8.6.2.2 Tính lún nền đập : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Độ dày lớp đất chịu nén (m) 11.5 25.8 13 1.27 15.57 2.77 3.09 17.39 4.59 Sthân (m) 0.12 0.26 0.13 0.01 0.16 0.03 0.03 0.17 0.05 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 107 Ngành : Công trình Ta có sơ đồ bài toán như hình vẽ : L¸t ®Ønh L¸t th¦îng L¸t h¹ §Êt ®¾p ®Ëp Líp 2 §Êt nÒn ®Ëp Líp 3 Hình 8-29 : Sơ đồ mặt cắt tính toán lún (m/c bờ trái). m k d p g f n 1 2 3 4 Z Hình 8-30 : Sơ đồ tải trọng tính toán. Ta chia mỗi lớp nền thành hai lớp, trong lớp nền 2 mỗi lớp dày 1,38 m và lớp nền 3 mỗi lớp dày 1,765 m. Tính ứng suất σz tại điểm giữa mỗi lớp đất do tải trọng truyền xuống : σ z = I.p (8-43) Trong đó : I = f(a/z, b/z) hàm của các giá trị tương đối (a/z và b/z), được xác định theo toán đồ ( hình 3.14 trang 89 Cơ học đất của N.A.Xưtôvich), (a và b là chiều dài ứng với biểu đồ tải trọng tam giác và chữ nhật; z là độ của điểm cần xét). p là tải trọng tác dụng (T/m2). Tính độ lún ổn định của từng lớp theo công thức (8-42). * Tính cho lát cắt đi qua đỉnh đập : Xác định ứng suất σz1 đối với điểm 1 : + Khi tải trọng tác dụng từ phía trái : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ta có : Trang 108 Ngành : Công trình a 44,4 + 5,95 b 3 = = 72,97 và = = 4,35 . z 0,69 z 0,69 Tra toán đồ ta được: Itr = 0,490. + Khi tải trọng tác dụng từ phía phải : a 33,47 + 9,84 b 3 = = 62,77 và = = 4,35 → Iph = 0,486. z 0,69 z 0,69 Như vậy σz1 = (Itr + Iph).p = (0,490 + 0,486).28,182 = 27,51 (T/m2). Trong đó : p = γ wđ.hđ = 1,81.15,57 = 28,182 (T/m2). Tính toán tương tự cho các điểm 2,3 và 4 ta được bảng tổng hợp kết quả như sau: Bảng 8-24 : Kết quả tính toán lún tại các điểm của nền đập của lát cắt đi qua đỉnh đập. Tải trọng tác dụng Phía trái Điểm 1 z (m) 0.69 a (m) 50.35 b (m) 3 a/z 72.97 b/z 4.35 Itr 0.490 Phía phải a (m) 43.31 b (m) 3 a/z 62.77 b/z 4.35 Iph 0.486 p (T/m2) 28.1817 σ (T/m2) 27.51 Độ lún ổn định Sn (m) 0.046 Độ lún của lát cắt đi qua tim đỉnh đập : 2 3 4 2.07 50.35 3 24.32 1.45 0.48 43.31 3 20.92 1.45 0.475 28.1817 26.91 0.045 2.95 50.35 3 17.05 1.02 0.478 43.31 3 14.67 1.02 0.472 28.1817 26.77 0.046 5.41 50.35 3 9.31 0.55 0.47 43.31 3 8.01 0.55 0.466 28.1817 26.38 0.045 Snđ = 0,046 + 0,045 + 0,046 + 0,045 = 0,182 (m). * Tính lún cho lát cắt đi qua cơ thượng lưu đập : Đối với lát cắt đi qua cơ thượng lưu của đập ta đặt vào tải trọng ảo kmn. Xác định ứng suất σz1 đối với điểm 1 : + Khi tải trọng toàn phần (kể cả tải trọng ảo) : Tải trọng tác dụng từ phía trái : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ta có : Trang 109 Ngành : Công trình a 5,95 b 0 = = 8,62 và = = 0 → Itr = 0,457. z 0,69 z 0,69 Tải trọng tác dụng từ phía phải : a 33,47 + 9,84 b 6 + 44,4 = = 62,77 và = = 73,04 → Iph = 0,50. z 0,69 z 0,69 + Khi tải trọng ảo : a 44,4 b 0 = = 64,35 và = = 0 → Iảo = 0,463. z 0,69 z 0,69 Ứng suất truyền lên điểm 1 là : σz1 = Itr.p1 + Iph.p – Iảo.p2 = 0,457.3,33 + 0,50.28,182 – 0,463.24,85 = 4,11 (T/m2). Trong đó : p1 = γ wđ.h1 = 1,81.1,84 = 3,33 (T/m2). p2 = γ wđ.h2 = 1,81.13,73 = 24,85 (T/m2). Tính toán tương tự cho các điểm 2,3 và 4 ta được bảng tổng hợp kết quả sau : Bảng 8-25 : Kết quả tính toán lún tại các điểm của nền đập của lát cắt đi qua cơ thượng lưu đập. Tải trọng tác dụng Phía phải Toàn phần (kể cả tải trọng ảo) Phía trái Tải trọng ảo Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Điểm z (m) a (m) b (m) a/z b/z Iph p (T/m2) a (m) b (m) a/z b/z Itr p1 (T/m2) a (m) b (m) 1 0.69 43.31 50.4 62.77 73.04 0.5 28.182 5.95 0 8.62 0.00 0.457 3.33 44.4 0 2 3 4 2.07 2.95 5.41 43.31 43.31 43.31 50.4 50.4 50.4 20.92 14.67 8.01 24.35 17.07 9.32 0.5 0.5 0.5 28.182 28.182 28.182 5.95 5.95 5.95 0 0 0 2.87 2.02 1.10 0.00 0.00 0.00 0.398 0.354 0.255 3.33 3.33 3.33 44.4 44.4 44.4 0 0 0 a/z b/z 64.35 0 21.45 0 15.04 0 8.21 0 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 110 Iảo Ngành : Công trình 0.463 0.463 0.463 0.445 p2 (T/m2) 24.85 28.182 28.182 28.182 σ (T/m2) 4.11 2.37 2.22 2.40 Độ lún ổn định Sn (m) 0.007 0.004 0.004 0.004 Độ lún của lát cắt đi qua tim thượng lưu đập : Snt = 0,007 + 0,004 + 0,004 + 0,004 = 0,019 (m). * Tính lún cho lát cắt đi qua cơ hạ lưu đập : ta đặt vào tải trọng ảo dgf và tính toán tương tự như đối với trường hợp lát cắt thượng lưu ta được : Bảng 8-26 : Kết quả tính toán lún tại các điểm của nền đập của lát cắt đi qua cơ hạ lưu đập. Tải trọng tác dụng Toàn phần (kể cả Phía tải trọng ảo) trái Phía phải Tải trọng ảo Điểm z (m) a (m) b (m) a/z b/z Iph p (T/m2) a (m) b (m) a/z b/z Itr p1 (T/m2) a (m) b (m) a/z b/z Iảo p2 (T/m2) σ (T/m2) Độ lún ổn định Sn (m) Độ lún của lát cắt đi qua tim cơ hạ lưu đập : 1 2 3 4 0.69 2.07 2.95 5.41 50.35 50.35 50.35 50.35 39.47 39.47 39.47 39.47 72.97 24.32 17.05 9.31 57.20 19.07 13.37 7.30 0.5 0.5 0.5 0.497 28.182 28.182 28.182 28.182 9.84 9.84 9.84 9.84 0 0 0 0 14.26 4.75 3.33 1.82 0.00 0.00 0.00 0.00 0.463 0.433 0.408 0.349 6.41 6.41 6.41 6.41 44.4 44.4 44.4 44.4 0 0 0 0 64.35 21.45 15.04 8.21 0 0 0 0 0.463 0.463 0.463 0.445 21.77 6.98 0.012 21.77 6.78 0.011 21.77 6.62 0.011 21.77 6.55 0.011 Snh = 0,012 + 0,011 + 0,011 + 0,011 = 0,046 (m). 8.6.3 Tính toán lún toàn bộ đập : Độ lún toàn bộ của đập : S = Sth + Sn . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 111 Ngành : Công trình Kết quả tính toán độ lún tổng cộng của đập được ghi vào bảng sau : Bảng 8-27 : Kết quả tính toán độ lún của đập. Mặt cắt Lát cắt tính toán Lòng sông Cơ thượng Tim đập Cơ hạ Bờ trái Cơ thượng Tim đập Cơ hạ Bờ phải Cơ thượng Tim đập Cơ hạ Sthân (m) Sn (m) S (m) 0.12 0.26 0.13 0.01 0.16 0.03 0.03 0.17 0.05 0 0 0 0.019 0.182 0.046 0 0 0 0.12 0.26 0.13 0.03 0.34 0.07 0.03 0.17 0.05 CHƯƠNG 9 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ. 9.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn. 9.1.1 Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn : Trong phần thiết kế sơ bộ ta đã chọn được vị trí tuyến tràn hợp lý là ở bên bờ trái của tuyến đập, tuyến tràn được bố trí thẳng góc với tuyến đập và ở vai trái của đập ăn vào một phần của đập. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 112 Ngành : Công trình Hình thức tràn là đường tràn dọc, ngưỡng đỉnh rộng chảy tự do không có van điều tiết, nối tiếp sau ngưỡng là dốc nước kết hợp với bậc nước cuối cùng là kênh tháo hạ lưu. Loại này làm việc ổn định, an toàn, kết cấu công trình là loại kết cấu hở nên dễ thi công, quản lý và khai thác, bảo dưỡng sửa chữa đại tu dễ dàng, tạo cảnh quan chung đẹp và hùng vĩ rất thích hợp với xu hướng phát triển du lịch hiện nay. 9.1.2 Các bộ phận của đường tràn : 9.1.2.1 Bộ phận kênh dẫn và cửa vào : Theo bình đồ địa hình cụm công trình đầu mối và vị trí của ngưỡng tràn ta thấy điểm có cùng cao độ với ngưỡng tràn nằm khá xa ngưỡng tràn. Do đó dể hướng nước chảy thuận dòng từ hồ chứa vào ngưỡng tràn và giảm những bất lợi khi vào ngưỡng ta cần bố trí kênh dẫn thượng lưu. Nối tiếp giữa kênh dẫn thượng lưu và ngưỡng tràn là tường hướng dòng. * Kênh dẫn thượng lưu : Căn cứ vào điều kiện địa hình khu vực lòng hồ, để nối tiếp dòng chảy được thuận dòng, kênh dẫn thượng lưu được thiết kế dạng cong, thu hẹp dần về phía ngưỡng, độ dốc đáy kênh i = 0. Sân thượng lưu bằng đá xây có chiều dài 40 m. * Tường hướng dòng : Tường hướng dòng nối tiếp kênh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn, nó có nhiệm vụ hướng dòng chảy thuận vào ngưỡng tràn đồng thời bảo vệ mái đất hai bên ở trước ngưỡng. Đoạn tường hướng dòng làm thu hẹp dần từ kênh dẫn đến ngưỡng tràn với góc thu hẹp là θ = 19o17’24’’. Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập, ∇đỉnh tường = ∇đỉnh đập = 127,8 m. Tường được làm dạng tường bản chống bằng bê tông cốt thép mác M200 (BTCT M200). 9.1.2.2 Ngưỡng tràn : - Ngưỡng tràn dạng đỉnh rộng, trên ngưỡng không bố trí cửa van mà bố trí mố, cầu công tác và các thiết bị quan trắc. Tuyến ngưỡng tràn thẳng, chiều dài ngưỡng tràn bằng 14 m. - Cao trình nưỡng tràn : ∇ngưỡng = 122,5 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 113 Ngành : Công trình - Độ dốc đáy ngưỡng : i = 0. - Chiều cao ngưỡng : P = 0 (m). - Mặt cắt cơ bản của ngưỡng tràn là hình chữ nhật. 9.1.2.3 Nối tiếp hạ lưu : Trong phần thiết kế sơ bộ ta đã lựa chọn hình thức nối tiếp sau tràn là dốc nước kết hợp với bậc nước. Dốc nước được bố trí trên đoạn có độ dốc nhỏ ngay sau ngưỡng tràn, tiếp theo là bậc nước được bố trí trên đoạn có độ dốc lớn, cuối cùng là kênh dẫn nước ra lòng sông cũ được đặt trên địa hình có độ dốc nhỏ ( gần như nằm ngang). 9.2 Tính toán thủy lực tràn xả lũ. Khi dòng chảy từ ngưỡng tràn qua dốc nước vào bậc nước, năng lượng của dòng chảy được tiêu hao qua các cấp của bậc nước ( mỗi cấp của bậc nước được coi là một bể tiêu năng). Trừ cấp cuối cùng, tất cả các cấp trên nó đều không bị ảnh hưởng của mực nước hạ lưu vì vậy năng lượng của dòng chảy vào các cấp này tỷ lệ với lưu lượng tháo qua tràn (lưu lượng càng lớn thì năng lượng dòng chảy càng lớn). Do đó lưu lượng dùng để thiết kế các cấp này được chọn là lưu lượng xả lớn nhất Qxả max. Đối với cấp cuối cùng, do có ảnh hưởng của mực nước hạ lưu do đó ta cần kiểm tra với nhiều cấp lưu lượng để tìm ra lưu lượng thiết kế tiêu năng. 9.2.1 Tính toán thuỷ lực kênh dẫn vào ngưỡng tràn : Kênh dẫn vào ngưỡng tràn có đường viền hai bờ dạng cong tròn. Bờ lồi và bờ lõm của kênh là hai đường cong có bán kính r 1 , r2 không đồng tâm, vì vậy tiết diện kênh dẫn thu hẹp dần về phía ngưỡng (hình 9.1). I - I I V0 i=0 hk O2 O1 S1 S1 I Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 114 Ngành : Công trình Hình 9-1 : Sơ đồ tính toán kênh dẫn tuyến cong. Tính toán dạng bờ kênh phải thoã mãn hai yêu cầu : Không có xoáy nước ở phía do lực ly tâm gây nên, tức là dòng chảy phải bám sát bờ ; mặt khác bán kính bờ lồi không được quá lớn, vì nếu r 1 quá lớn, tuy lực ly tâm của dòng chảy giảm, nhưng khối lượng đào kênh sẽ lớn, và do kênh dẫn dài tổn thất cột nước trong kênh cũng tăng thêm. Quan hệ giữa các yếu tố hình học của kênh (bán kính r 1, r2, chiều cao ngưỡng P) với các yếu tố thuỷ lực như sau : r1 r = 1,4Fr (1 + 2 ) 2 h r1 (9-1) Trong đó : r1, r2 - bán kính cong của bờ lồi và bờ lõm. h - chiều sâu dòng chảy của mặt cắt ngưỡng tràn. Fr - hệ số Frout ( = V2 ). gh Biểu thức (9-1) chưa thể xác định được r 1 và r2 (hai ẩn số). Để xác định r1 và r2 người ta dựa vào đường cong quan hệ r0 Bt  P   để cho hệ số lưu lượng lớn H   0 = f nhất và khối lượng kênh là hợp lý nhất. Trong đó : P là chiều cao ngưỡng tràn. H0 là cột nước trước ngưỡng tràn. r +r r0 là bán kính của trục kênh (= 1 2 ). 2 Bt là chiều rộng tràn nước. Với công trình thiết kế cụ thể ở đây thì ta có các thông số : P = 0. Bt = 15 m. H0 = H + Sinh viên : Lê Ngọc Diệp α.V02 2g Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 115 Ngành : Công trình H là cột nước thiết kế trên ngưỡng khi chưa kể tới lưu tốc tới gần (m), như tính toán ở phần trên ta có H = 4,07 m. α0 là hệ số sữa chữa động lượng (α0 = 1). V0 là lưu tốc tới gần (m/s). Vo = Q max Ωt Ωt - Diện tích mặt cắt ướt thượng lưu. Ωt = (B + m.H).H m - Hệ số mái kênh thượng lưu, kênh thượng lưu có mặt cắt hình thang với hệ số mái m = 1,5. B - Bề rộng kênh thượng lưu, kênh thượng lưu được nối tiếp với ngưỡng tràn theo tuyến cong và với hình thức mở rộng dần từ ngưỡng tràn về thượng lưu. Chiều rộng kênh thượng lưu, chọn B = 30,5 m. → Ωt = ( 30,5 + 1,5.4,07). 4,07 = 148,98 (m2). → Vo = Q max 178,2 = = 1,20 (m/s). Ωt 148,98 Trong đó : Qmax = 178,2 (m3/s) – Tính toán ở chương 8. => H o = 4,07 + 1.1,20 2 = 4,14 (m) . 2.9,81  P  r0 r P  ta được 0 = 25 . = f Ta có : H = 0 tra biểu đồ quan hệ H  Bt Bt 0  0 Do đó ta có : r0 r0 = ( ).B t = 25.15 = 375 (m). Bt → r1 + r2 = 750 (9-2) Thay số vào hai phương trình (9-1) và (9-2) giải ra ta được : r1 = 48,71 (m)  r2 = 701,29 (m) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 116 Ngành : Công trình Như vậy bán kính bờ lồi và bờ lõm kênh dẫn vào ngưỡng tràn là : r 1 = 48,71 m và r2 = 701,29 m. 9.2.2 Thiết kế kênh tháo hạ lưu : 9.2.2.1 Mục đích : Sau khi dòng xả đã được tiêu năng không thể đổ trực tiếp vào sông hạ lưu vì sẽ tạo ra nguy hại. Tác dụng của kênh tháo hạ lưu là đảm bảo cho dòng lũ sau khi xả đi vào dòng sông hạ lưu một cách êm thuận, làm cho dòng lũ xả xuống không không ảnh hưởng tới vận hành bình thường của các công trình liên quan. 9.2.2.2 Các thông số thiết kế : Lưu lượng thiết kế : Q = 178,2 (m3/s). Cao trình đầu kênh : Z đáy kênh = 97,4 (m). Độ dốc đáy kênh : i = 0,000125. Hệ số mái kênh : m = 1,5 ( tra bảng 16-1 giáo trình thuỷ công đối với các loại đất cát pha chặt, đất thịt, sét nhẹ ). Chiều rộng đáy kênh : Bk = 30 (m). Hệ số nhám : Kênh là kênh đất, chọn n = 0,025. Chiều dài kênh : L = 105 m. Dòng chảy trong kênh tháo là dòng chảy xiết, trong khi đó dòng chảy trong suối là dòng chảy êm nên tại đoạn nối tiếp giữa kênh và sông là độ sâu phân giới hk. 9.2.2.3 Phương pháp tính toán vẽ đường mặt nước trong kênh : Ta sử dụng phương pháp cộng trực tiếp, dùng phương trình sau để giải : d∋ =i−J dl (9-3) Chuyển phương trình vi phân trên thành phương trình sai phân : Δ∋ =i−J Δl Δl = Hay : Δ∋ i−J (9-4) (9-5) ∆ ∋ là biến thiên năng lượng đơn vị trong đoạn ∆l. J là độ dốc thuỷ lực trung bình của đoạn ∆l. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 117 Ngành : Công trình Chia kênh ra nhiều đoạn nhỏ rồi theo (9-5) tính cho từng đoạn một xong cộng lại sẽ có kết quả cho toàn thể đoạn kênh. 9.2.2.4 Tính chiều sâu phân giới và chiều sâu dòng đều trong kênh : *. Độ sâu phân giới hk được tính toán theo công thức : h = k 3 α.( Q 2 178,2 2 ) 1.( ) B (m) 3 30 k = = 1,53 g 9,81 (9-6) *. Tính độ sâu dòng đều h0 : Sử dụng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực ta được : => f(R ln ) = 0,000528 ; Rln = 4,247 (m). b = 7,064 R ln ; h = 1,078 . R ln h ho = ( R ) .Rln = 1,078.4,247 = 4,578 ≈ 4,58 (m). ln 9.2.2.5 Tính toán đường mặt nước trong kênh : Với số liệu và trình tự tính toán trên ta tính được kết quả đường mặt nước trong kênh. Kết quả được thể hiện trong bảng sau : Bảng 9-1 : Kết quả tính toán đường mặt nước trong kênh tháo. Mặt cắt 1-1 2-2 h (m) 1.53 1.88 ω (m2) 45.90 56.35 V (m/s) 3.88 3.16 αV2/2g 0.77 0.51 ∋ (m) 2.298 2.388 ∆∋ (m) -0.09 χ (m) 33.06 33.76 R (m) 1.39 1.67 C 42.25 43.57 2 2 j = V /C R 0.0061 0.0032 Jtb 0.0046 ∆Ltt (m) 20.00 Σ∆L (m) 0.00 20.00 9.2.2.6 Kiểm tra khả năng xói của kênh xả : 3-3 4-4 5-5 6-6 1.99 2.07 2.14 2.21 59.66 62.14 64.17 66.31 2.99 2.87 2.78 2.69 0.45 0.42 0.39 0.37 2.443 2.490 2.532 2.578 -0.06 -0.05 -0.04 -0.05 33.98 34.14 34.28 34.42 1.76 1.82 1.87 1.93 43.94 44.20 44.41 44.62 0.0026 0.0023 0.0021 0.0019 0.0029 0.0025 0.0022 0.0020 20.00 20.00 20.00 25.00 40.00 60.00 80.00 105.00 Điều kiện không xói của kênh là : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 118 Ngành : Công trình V < [Vkx ] (9-7) Trong đó : V – Lưu tốc của dòng chảy trong kênh (m/s). V= Q Q 178,2 = = = 2,42 (m/s) . ω (b + m.h h ).h h (30 + 1,5.2,21).2,21 [Vkx ] – Lưu tốc không xói cho phép trong kênh. Ta có thể xác định lưu tốc không xói cho phép theo công thức : [Vkx ] = K.Q0,1 . K – Hệ số phụ thuộc vào tính chất đất nơi kênh đi qua, tra bảng 8-7 (GT Thủy nông tập I) với kênh đất, K = 0,75. => [Vkx ] = 0,75. 178,20,1 = 1,26 (m/s). Vậy V = 2,42 m/s > [Vkx ] = 1,26 m/s nên kênh tháo bị xói, do đó cần bảo vệ chống xói bằng biện pháp đá xây M100 dày 30 cm sau bể tiêu năng. 9.2.2.7 Tính chiều sâu dòng đều trong kênh ứng với một số cấp lưu lượng : Xác định chiều sâu dòng đều trong kênh ứng với một số cấp lưu lượng nhằm mục đích phục vụ tính toán tiêu năng. Ở đây ta tính toán với 3 cấp lưu lượng : Q tk ; 0,7Qtk và 0,3Qtk. Tính toán tương tự như trên, kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 9-2, 9-3 phụ lục 2. 9.2.3 Tính toán thủy lực dốc : 9.2.3.1 Các thông số thiết kế : - Chiều rộng dốc nước B = Chiều rộng tràn + ∑d = 15 + 2.0,75 = 16,5 (m). - Độ dốc đáy dốc : - Hệ số nhám : i = 5%. n = 0,014 (Dốc nước làm bằng BTCT). - Tuyến dốc thẳng có chiều dài Ld = 50 (m). - Lưu lượng thiết kế : Qtk = 178,2 (m3/s). - Cao trình đầu dốc = cao trình ngưỡng tràn = 122,5 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 119 Ngành : Công trình Hình 9-2 : Sơ đồ tính toán thuỷ lực dốc nước. 9.2.3.2 Kiểm tra dạng đường mặt nước trên dốc : - Độ sâu phân giới tại mặt cắt cửa vào của dốc được xác định theo công thức : hk =3 αQ 2 B 2 .g =3 1.178,2 2 16,5 2.9,81 = 2,282 (m) . - Xác định độ sâu dòng đều trong dốc : Dùng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tính toán, ta có : f(R ln ) = 0,010038 ; Rln = 1,133. b = 14,563 R ln ; h = 0,725 . R ln h => h0 = ( R ) .Rln = 0,725.1,133 = 0,821 (m). ln Ta thấy hk = 2,282 (m) > h0 = 0,821 (m) => Dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết và đường mặt nước trong dốc là đường nước hạ bII. Vì kênh dẫn vào tương đối ngắn, có độ dốc bằng “ 0 ” và ngưỡng tràn nằm ngang nên dòng chảy trên ngưỡng là dòng chảy êm. Dòng chảy từ trạng thái chảy êm chuyển sang trạng thái chảy xiết trên dốc nên phải qua trạng thái phân giới. Do đó độ sâu dòng chảy tại đầu dốc (cửa vào dốc) là độ sâu phân giới hđd = hk = 2,282 (m). 9.2.3.3 Tính và vẽ đường mặt nước trên dốc : Tính toán tương tự như 6.2 (phần 2). Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện trong bảng 9-4 Phụ lục 2. 9.2.3.4 Kiểm tra khả năng xói của dốc nước : Điều kiện để dốc nước không bị xói là : Vmax < [V] (9-8) Trong đó : Vmax – Lưu tốc lớn nhất trong dốc nước (m/s). Theo bảng kết tính toán đường mặt nước trong dốc nước ta thấy lưu tốc dòng chảy lớn nhất trong dốc là lưu tốc tại cuối dốc nước, Vmax = Vcd = 9,15 (m/s). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 120 Ngành : Công trình [V] – Lưu tốc cho phép của vật liệu làm dốc, theo sổ tay tính toán thủy lực bảng 11-9 trang 203 thì với vật liệu là bêtông [V] = 18 (m/s). Vậy Vmax = 9,15 (m/s) < [V] = 18 (m/s) => dốc nước không bị xói. 9.2.3.5. Vấn đề hàm khí trong dốc nước : Dòng chảy trên thân dốc có tốc độ tương đối lớn, do đó mặt nước bị trộn khí và chiều sâu dòng chảy có tăng lên một ít. Tính đường mặt nước có hàm khí nhằm mục đích xác định chiều cao tường, đảm bảo không cho nước tràn ra hai bên tường. Dòng chảy trong thân dốc có kể đến hàm khí tính theo công thức đơn giản sau đây : h hk = h ( 1 + V ) 100 (9-9) Trong đó : h – chiều sâu dòng chảy trên thân dốc (m). V – tốc độ dòng chảy tại mặt cắt tính toán (m/s). Từ công thức trên ta tính chiều sâu của dòng chảy có trộn khí tại các mặt cắt, ta được kết quả tính toán như sau : Bảng 9-7 : Chiều sâu dòng chảy tại các mặt cắt có kể tới hàm khí. MC 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6 7-7 8-8 h (m) 2.28 1.78 1.62 1.52 1.44 1.38 1.32 1.28 V(m/s) 4.73 6.07 6.66 7.12 7.51 7.85 8.16 8.43 9-9 10-10 11-11 1.24 8.69 1.21 8.93 1.18 9.15 hhk(m) 2.39 1.89 1.73 1.63 1.55 1.48 1.43 1.39 1.35 1.32 1.29 9.2.3.6 Tính toán thuỷ lực dốc nước ứng với một số cấp lưu lượng : Tính toán tương tự như tính toán đường mặt nước ở trên. Ở đây ta tính toán cho 3 cấp lưu lượng : Qtk ; 0,7Qtk ; 0,3Qtk. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 9-4; 9-5; 9-6 Phụ lục 2. 9.2.4 Tính toán thủy lực bậc nước : 9.2.4.1 Các thông số thiết kế : - Chiều rộng bậc nước = Chiều rộng dốc nước : Bb = Bd = 16,5 (m). - Lưu lượng tháo : Q = QTK = 178,2 (m3/s); - Cột nước trước khi vào bậc = Cột nước cuối dốc. - Lưu tốc tại mặt cắt cuối dốc : V = Vcd. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 121 Ngành : Công trình - Cột nước toàn phần (có kể tới lưu tốc tới gần) : H0 = H + α.V 2 (m). 2g Hình 9-3 : Sơ đồ tính toán bậc nước. 9.2.4.2 Kết quả tính toán : Tính toán tương tự như ở 6-4, chỉ khác là tính chiều dài bể ở cấp thứ nhất. Ở đây do bậc nối tiếp với dốc nước nên để giảm bất lợi về thuỷ lực, đoạn nối tiếp ta làm cấu tạo giống như dạng đập có mặt cắt thực dụng hình cong Ophixêrôp. Khi đó chiều dài của bể chính bằng chiều dài nước nhảy. lbể = ln (9-10) ln = 5( h2 – h1 ). Ta tính toán cho các cấp lưu lượng khác nhau Q = 0,7QTK; Q = 0,3QTK. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau : Bảng 9-8 : Kết quả tính toán thuỷ lực bậc nước. Cấp tính toán Thông số q H N Po Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Q (m3/s) Đơn vị 3 (m /s.m) (m) (m) 178.20 10.80 1.18 5.00 23.00 124.74 7.56 0.88 5.00 23.00 53.46 3.24 0.45 5.00 23.00 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 122 d (m) 1.60 P (m) 6.20 Ho (m) 5.45 0.78 ϕ h1 (m) 0.96 h2 (m) 4.53 h2/h1 4.74 Cấp thứ nhất Ho1 (m) 3.23 H1 (m) 2.94 d (m) 1.59 hb (m) 4.54 hb/h2 1.00 v (m/s) 9.15 lb (m) 17.88 Cấp thứ hai và Ho1 (m) 3.23 các cấp tiếp 0.83 ϕ h1 (m) 1.01 h2 (m) 4.37 h2/h1 4.31 Ho2 (m) 3.23 H2 (m) 2.92 d (m) 1.45 hb (m) 4.52 hb/h2 1.03 v (m/s) 3.67 l1 (m) 4.59 ln (m) 13.97 lb (m) 15.77 9.2.4.3 Tính toán cấp cuối cùng ( bể tiêu năng ) : Ngành : Công trình 1.60 6.20 4.62 0.72 0.75 3.59 4.81 2.55 2.32 1.27 3.92 1.09 8.56 14.24 2.55 0.82 0.74 3.63 4.94 2.55 2.33 1.30 3.93 1.08 3.26 3.99 11.62 13.28 1.60 6.20 3.09 0.60 0.41 2.09 5.12 1.45 1.33 0.77 2.93 1.40 7.20 8.42 1.45 0.77 0.35 2.30 6.53 1.45 1.35 0.95 2.95 1.28 2.44 2.89 7.35 8.77 * Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng : Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng ta giả thiết một số cấp lưu lượng từ Qtk đến Qmin . Thiết bị tiêu năng phải giải quyết tốt vấn đề tiêu năng cho mọi cấp lưu lượng có thể trong phạm vi ấy. Trong tính toán thiết kế tiêu năng ta tính toán theo lưu lượng nào gây bất lợi nhất. Ở đây ta tính toán với 3 cấp lưu lượng Q tk ; 0,7Qtk ; 0,3Qtk. - Ta coi dòng chảy vào cấp cuối cùng của bậc nước như dòng chảy qua đập tràn đỉnh nhọn mặt cắt hình thang. Tính toán, so sánh các giá trị (h c’’ – hh) và Qtn là cấp lưu lượng ứng với ( hc’’ – hh )max. + Tính hc’’ : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 123 Ngành : Công trình Tính giá trị F(τc) : F(τ c ) = q ϕ.E 3/2 0 (9-11) Trong đó : q – Lưu lượng đơn vị (m3/s.m). ϕ - Hệ số lưu tốc, theo bảng 15-1- Giáo trình Thủy lực trang 56, đối với dòng chảy qua các bậc nước không có cửa van thì : ϕ = 1,00. E0 – Năng lượng của dòng chảy so với đáy kênh hạ lưu . E0 = H0 + P. (9-12) Với : H0 – Cột nước trên ngưỡng có kể tới lưu tốc tới gần ở cuối cấp q 2/3 thứ 4, H 0 = ( ) . M (9-13) q - Lưu lượng đơn vị vào bể tiêu năng (m3/s.m). M - hệ số lưu lượng, đối với đập tràn đỉnh nhọn M = 1,86. P - Chiều cao của tường tiêu năng đối với đáy kênh hạ lưu P = 4,6 m. Có F(τc) => tra phụ lục 15-1 (Bảng tra thủy lực) ta được τc”. Có τc” ta tính được hc” = τc”.E0. (9-14) Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau : Bảng 9-9 : Quan hệ Q ~ (hc’’ – hh). TT 1 2 3 Q q H0 3 2 (m /s) (m /sm) (m) 178.2 10.80 3.23 124.74 7.56 2.55 53.46 3.24 1.45 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp P (m) 4.6 4.6 4.6 τc" E0 F(τc) hc" hh (m) (m) (m) 7.83 0.493 0.59 4.62 2.21 7.15 0.396 0.538 3.85 1.81 6.05 0.218 0.413 2.50 1.15 hc" - hh (m) 2.41 2.04 1.35 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 124 Ngành : Công trình Từ bảng tính toán trên ta thấy lưu lượng tính toán tiêu năng là Q tn = Qtk = 178,2 m3/s. * Thiết kế bể tiêu năng : Kênh tháo hạ lưu có chiều rộng Bk = 30 m. Bể tiêu năng của cấp cuối cùng được nối tiếp vào kênh hạ lưu. Bể tiêu năng của cấp cuối cùng làm theo dạng miệng loa mở rộng dần trong mặt bằng từ chiều rộng b = 16,5 m đến B = 30 m. Chiều sâu bể chọn : d = 2 m. Theo kết quả tính toán của phần trên, hạ lưu với Q = 178,2 (m 3/s) thì hh = 2,21 (m). - Xác định độ chênh cột nước Z tại chỗ ra của bể tiêu năng khi chiều sâu nước trong kênh tháo là hh = 2,21 (m) : Zo = => Q 178,2 = = 0,64 ϕ .B .h 2g 0,95.30.2,21. 2.9,81 k h Z0 = 0,8 (m). - Lưu tốc đến gần tại mặt cắt ra của bể : Q 178,2 v = = = 1,41 (m/s) . 0 B (d + h ) 30.(2 + 2,21) k h Do đó => v2 1,412 Z = Z − 0 = 0,8 − = 0,7 (m) . 0 2g 2.9,81 - Chiều sâu mực nước trong bể : hb = d + hh + Z = 2,0 + 2,21 + 0,7 = 4,91 (m). Hệ số an toàn về chiều sâu : h b = 4,91 = 1,12 . h 4,37 2 - Chiều dài bể tiêu năng : lbể = l1 + β.ln Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 125 Ngành : Công trình Chiều dài nước rơi l1 trong trường hợp rơi từ trên bậc nước có thể tính theo công thức : l1 = P + hk. Hình 9-4: Sơ đồ tính toán bể tiêu năng. P = 6,2 (m). hk = 3 → α.q 2 3 1.1,08 2 = = 0,49 (m). g 9,81 l1 = 6,2 + 0,49 = 6,69 (m). Chiều dài nước nhảy ln có thể tính toán theo công thức sau : ln = 4,5.hc’’ = 4,5.1,441 = 6,49 (m). Chọn hệ số kinh nghiệm β = 0,8 ta được chiều dài bể tiêu năng là : lbể = 6,69 + 0,8.6,49 = 11,9 (m). Chọn chiều dài thiết kế của bể là : lbể = 12 m. - Sân sau thứ hai : bể tiêu năng mới chỉ tiêu hao được một phần lớn năng lượng thừa. Phần còn lại tồn tại ở dạng động năng, mạch động … và phải được tiêu hao trên một đoạn đủ dài sau bể. Đó là sân sau thứ hai. Kết cấu của nó dễ biến dạng thích nghi với địa chất nền hạ lưu, dễ thấm nước. Chiều dài sân sau thứ hai có thể tính theo công thức : L s = K. q. ΔH (m) Trong đó: (9-15) ∆H : là chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m). q : là lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng (m3/sm). K là hệ số phụ thuộc vào địa chất nền lòng dẫn. Phạm vi sử dụng của công thức (9-15) là q. ∆Η = 1 ÷ 9 . Với ∆H = 126,57 – (94 + 2,02) = 32,55 (m). q = 5,94 (m3/sm). → q. ∆Η = 5,94. 32,55 = 5,82 . Địa chất nền là đất sét cứng thì K = 6 ÷ 7. Ta có thể lấy K = 6. Khi đó chiều dài sân sau thứ hai là : Ls = 6.5,82 = 34,92 (m). Chọn chiều dài thiết kế sân sau thứ hai : Ls = 35 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 126 Ngành : Công trình 9.3 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn. 9.3.1 Tường cánh thượng lưu : Tường cánh thượng lưu có tác dụng nối tiếp ngưỡng tràn với kênh dẫn vào nhằm bảo vệ bờ và tạo dòng chảy thuận ở thượng lưu đập tràn. Đoạn tường thượng lưu kéo dài 20 m, chiều cao tường 5,9 m (đáy tường ở cao trình 121,9 m, đỉnh tường ở cao trình 127,8 m). Tường loại tường bản chống bằng bê tông cốt thép M200, được chia làm 5 khoang với 6 bản chống; chiều dày bản mặt thay đổi, trên đỉnh là 0,3 m, xuống dưới đáy là 0,5 m, chiều dày bản đáy là 0,6 m và chiều dày bản chống là 0,4 m. Cấu tạo chi tiết tường cánh thượng lưu như hình vẽ. A A Hình 9-5 : Cấu tạo tường cánh thượng lưu. 9.3.2 Ngưỡng tràn : Cao trình ngưỡng tràn : ∇Ngưỡng = +122,5 (m). Chiều dài ngưỡng tràn theo chiều dòng chảy : Theo quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL. C8 – 76, chiều dài ngưỡng tràn cần thỏa mãn điều kiện : (2 ÷ 3).H ≤ δ ≤ (8 ÷ 10).H (9-16) Với : H - Cột nước tràn, H = 4,07 (m). => (8,14 ÷ 12,21) ≤ δ ≤ (32,56 ÷ 40,7) (m). Chọn chiều dài ngưỡng tràn δ = 14 (m). - Bản đáy được làm bằng bê tông cốt thép mác M200 (BTCT M200) dày 0,8(m); hai đầu ngưỡng tràn có chân khay. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 127 - Độ dốc đáy: i = 0. - Chiều cao ngưỡng P = 0. - Mặt cắt cơ bản của tràn là hình chữ nhật. Ngành : Công trình A A - Hình 9-6 : Cấu tạo ngưỡng tràn. Tường bên làm bằng BTCT M200, cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập (127,8 m); vì chiều cao tường lớn, bề rộng của tràn tương đối lớn nên làm tường bên tách rời với bản đáy, hơn nữa địa chất cũng cho phép cấu tạo tách rời. Ngay giữa tường bên của bản đáy làm một sườn chống dày 0,5 m để tăng ổn định theo phương ngang. Kích thước như hình 9-6. - Ngưỡng tràn được chia làm 3 khoang bởi hai trụ pin, mỗi khoang rộng 5 m. - Trụ pin làm bằng BTCT M200, dày d tr = 0,75 m; chiều dài trụ pin bằng chiều dài ngưỡng bằng 14 m, hai đầu lượn tròn bán kính r = 0,375 m; cao trình đỉnh trụ pin bằng cao trình đỉnh đập (127,8 m). Hình 9-7 : Kích thước trụ pin. 9.3.3 Dốc nước : - Dốc nước có độ dốc i = 5%. - Cao trình đầu dốc bằng cao trình ngưỡng tràn = 122,5 (m). - Dốc nước có chiều rộng không đổi Bd = 16,5 (m). - Chiều dài dốc ld = 50 m. - Mặt cắt ngang của dốc có dạng hình chữ nhật, chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên phụ thuộc vào chiều sâu của dòng nước trong dốc. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 128 Ngành : Công trình - Chiều cao tường bên và chiều dày bản đáy được xác định theo công thức (628) và (6-29). Kết quả tính toán chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên của dốc nước được thể hiện trong bảng 9-10 . Bảng 9-10 : Tính toán chiều dày bản đáy và chiều cao tường bên. Đoạn Mặt cắt L V h t tchọn Zđáy ht Zđỉnh tường 1-1 (m) 0 (m/s) 4.73 (m) 2.39 (m) 0.38 (m) 0.60 (m) 122.50 (m) 2.89 (m) 125.39 2-2 10 6.66 1.73 0.46 0.60 122.00 2.23 124.23 3-3 20 7.51 1.55 0.49 0.60 121.50 2.05 123.55 4-4 30 8.16 1.43 0.51 0.60 121.00 1.93 122.93 5-5 40 8.69 1.35 0.53 0.60 120.50 1.85 122.35 6-6 50 9.15 1.29 0.55 0.60 120.00 1.79 121.79 1 2 3 4 5 Hình 9-8 : Sơ đồ bố trí tường bên của dốc và bậc nước. * Bản đáy : Theo tính toán ở trên, chiều dày bản đáy không thay đổi dọc theo dốc nước, t = 0,6 m. Bản đáy được làm bằng BTCT M200, chiều dày t = 0,6 m. Trên bản đáy dọc theo dốc nước ta có đục lỗ kích thước φ5 cm cách nhau 1 m, theo phương vuông góc với dốc các lỗ cách nhau 1,5 m để giảm áp lực đẩy ngược lên bản đáy, các lỗ được bố trí theo hình hoa mai, phía dưới làm tầng lọc ngược để tránh hiện tượng đùn đất từ dưới nền lên trên . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 129 Ngành : Công trình Bản đáy được tách ra làm 3 đoạn, đoạn đầu dài 10 m hai đoạn sau dài 20 m và giữa các đoạn được nối với nhau bằng khớp nối đồng để tránh khi nền lún không đều làm hư hỏng bản đáy. * Tường bên : Tường bên được làm bằng BTCT M200, tường bên có dạng tường trọng lực gắn liền với bản đáy. Dọc theo tường, cách đáy dốc 0,5 m ta bố trí một hàng lỗ kích thước φ5 (cm), các lỗ cách nhau 2 m ; cứ lên cao trên hàng lỗ 0,5 m lại bố trí thêm 1 hàng lỗ thoát nước nữa để tăng khả năng thoát nước. Tường bên cũng được chia thành các đoạn theo bản đáy, tại đoạn tiếp giáp được xử lý bằng khớp nối. Kích thước được thể hiện trên hình 9-9. Hình 9-9 : Mặt cắt ngang dốc nước. 9.3.4 Bậc nước : Bậc nước gồm 5 cấp, chiều cao mỗi cấp P = 6,2 m; bậc thứ nhất có chiều dài lớn nhất là 18 m, các bậc tiếp theo có chiều dài bằng nhau và bằng 16 m. Chiều rộng của bậc nước = Chiều rộng dốc nước : Bb = Bd = 16,5 (m). 9.3.4.1 Bản đáy : Chiều dày bản đáy bậc được tính theo công thức sau : t = 0,25. q. P (9-17) Trong đó : P – Chiều cao mỗi cấp, P = 6,2 m. q – Lưu lượng đơn vị, q = 10,80 (m3/sm). => t = 0,25 q. P = 0,25 10,80. 6,2 = 1,30 (m) . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 130 Ngành : Công trình Chọn chiều dày bản đáy t = 1,5 m. Với chiều dày bản đáy tính toán ta thiết kế bản đáy bậc nước bằng đá xây vữa M100. Trên bản đáy có bố trí các hàng lỗ thoát nước φ5cm, cách nhau 1,5 m theo chiều vuông góc với dòng chảy và cách nhau 1 m theo chiều dòng chảy để giảm áp lực thấm đẩy ngược lên bản đáy; phía dưới đáy tiếp giáp với nền được xử lý bằng lớp đệm cát sỏi theo kết cấu tầng lọc ngược. 9.3.4.2 Tường bên (tường dọc) : - Tường bên là một phần tương đối nặng của công trình và truyền ứng suất xuống nền, do đó nó được xây tách riêng với bản đáy bằng khe lún. Tường bên của bậc nước thường làm là loại tường sườn trọng lực, cách 4 m theo chiều dòng chảy ta bố trí một tường sườn dày 0,4 m để tăng độ ổn định. - Chiều cao tường bên của bậc nước phải đảm bảo điều kiện không cho nước tràn qua, hình thức tường đơn giản để thuận lợi cho việc thi công. + Trong thiết kế chiều cao tường có thể được xác định theo công thức sau : ht = hb+ t + a (9-18) Trong đó : hb – Chiều sâu nước trong hố, hb = 4,54 (m). t - Chiều dày bản đáy, t = 1,5 (m). a - Độ cao an toàn lấy a = 0,5 ÷1,0 m, chọn a = 0,6 (m). => ht = 4,54 + 1,5 + 0,6 = 6,64 (m). Chọn chiều cao tường là ht = 6,7 (m). + Tường được làm bằng BTCT M200. Hai bên thành đục lỗ thoát nước cách đáy bể 1,6 m, lên cao 0,6 m đục thêm một hàng lỗ nữa để tăng khả năng thoát nước; dọc theo chiều dòng chảy các lỗ cách nhau 2 m. + Kích thước của tường như hình vẽ : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 131 Ngành : Công trình Hình 9-10 : Mặt cắt ngang bậc nước. 9.3.4.3 Tường đứng ( tường nước đổ) : Đối với cấp thứ nhất, để giảm chiều dài của giếng ta làm tường đứng dạng đập tràn thực dụng dạng hình cong Ophixêrốp có bề rộng đáy là 4,5 m như hình vẽ. Các cấp còn lại, tường đứng làm việc như một đập tràn đỉnh nhọn, nước từ cấp phía trên tràn vượt qua tường đứng rơi xuống cấp dưới. Vì vậy, tường đứng là một loại tường trọng lực, có khe lún tách khỏi bản đáy. Trong mỗi cấp đều bố trí lỗ tháo nước kích thước 20x20 cm, mỗi lỗ cách nhau 2m để tháo nước khỏi giếng trong thời gian bậc nước không làm việc. Cấp thứ nhất Các cấp còn lại Hình 9-11 : Tường đứng của bậc nước. Cách đáy tường 3 m bố trí các lỗ thoát nước, kích thước φ5 cm, mỗi lỗ cách nhau 1,5 m và trước mỗi lỗ cũng bố trí tầng lọc ngược để tránh đất bị cuốn trôi theo dòng thấm. Chọn kết cấu tường đứng như sau : Chiều cao : htđ = P + t + 0,5 (m) = 6,2 + 1,5 + 0,5 = 8,2 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 132 Ngành : Công trình Chiều rộng đỉnh tường : t1 = 1,0 m. Chiều rộng đáy tường : t2 = 4,5 m. => Chiều dài mỗi bậc là : lbậc = lbể + t1 = 16 + 1 = 17 (m). 9.3.4.4 Bể tiêu năng : Bể tiêu năng là bậc cuối cùng có chiều rộng mở rộng dần từ B b = 16,5 (m) đến Bk = 30 (m). Góc mở rộng tangβ = 1 rồi nối tiếp mở rộng bằng cung lượn tròn bán 10 kính R = 5,45 m. Chiều dài bể tiêu năng Lb = 12 (m). Chiều sâu bể tiêu năng dbể = 2,0 (m). - Bản đáy : Bản đáy bể làm bằng BTCT M200, đục lỗ thoát nước có đường kính φ5 cm, mỗi lỗ cách nhau 1,5 m theo phương vuông góc với dòng chảy cách nhau 1 m theo phương dòng chảy, bên dưới có bố trí tầng lọc ngược theo điều kiện cấu tạo. - Tường bên : Chiều cao tường bên của bể tiêu năng. ht = hb + t + a = 4,91 + 1,5 + 0,59 = 7,0 (m). Tường bên cũng làm dạng tường trọng lực tách rời với bản đáy, cứ cách 4 m bố trí một sườn chống dày 0,4 m. Do tường cao nên cũng đục lỗ thoát nước bên hông tường, lỗ thoát nước có kích thước φ5 cm, hàng lỗ cách nhau 2 m cách đáy 2 m, lên cao 0,5 m lại bố trí thêm 1 hàng lỗ thoát nước để đảm bảo thoát nước tốt cho tường bên, giảm áp lực nước làm bất lợi cho công trình. 9.3.4.5 Kênh xả hạ lưu : Kênh xả hạ lưu được thiết kế như sau : - Chiều rộng đáy : Bk = 30 (m). - Cao trình đáy kênh : Zđáy kênh = 97,4 (m). - Độ dốc đáy kênh : i = 0,000125. - Kênh mặt cắt hình thang có hệ số mái m = 1,5. - Độ sâu dòng chảy trong kênh : hh = 2,21 (m). - Cao trình bờ kênh : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 133 Ngành : Công trình Zbờ = Zđáy kênh + hh + a (9-19) Với : a - Độ cao an toàn lấy a = 0,5 ÷1,0 m; chọn a = 0,59 m. => Zbờ = 97,4 + 2,21 + 0,59 = 100,20 (m). Trên đoạn kênh ngay sau bể tiêu năng được gia cố bằng lớp đá xây M100 dày 30 cm, bên dưới lớp gia cố rải một lớp cấp phối cát sỏi có cấu tạo dạng tầng lọc ngược. 9.4 Tính toán ổn định và kết cấu các bộ phận tràn. 9.4.1 Mục đích : Tính toán ổn định và kết cấu các bộ phận tràn nhằm mục đích kiểm tra các khả năng mất ổn định của chúng trong mọi điều kiện làm việc bất lợi nhất như khả năng trượt, lật của ngưỡng tràn, tường bên của ngưỡng, của dốc nước hay của bậc nước ... . Từ đó đưa ra kết luận xem kích thước, cấu tạo cuả các bộ phận đó đã hợp lý chưa. Nếu chưa hợp lý thì phải chọn lại kích thước hoặc phải đề nghị các biện pháp xử lý cụ thể. Khi kích thước các bộ phận kết cấu thoã mãn tiến hành bố trí cốt thép cho các bộ phận đó. Trong đồ án này yêu cầu tính ổn định cho một đoạn tường bên có chiều cao lớn nhất. Trong 9-3 ta đã xác định được chiều cao tường bên của các đoạn trên tuyến tràn, trong đó đoạn tường bên của bể tiêu năng có chiều cao lớn nhất h t = 7 m, mặt khác địa chất ở vị trí này thường rất xấu, vậy ta chọn đoạn tường bên của bể để tính toán kiểm tra ổn định. 9.4.2 Các trường hợp tính toán : Cần phải tính toán kiểm tra cho các trường hợp làm việc bình thường và bất lợi nhất của công trình có thể xảy ra : - Trường hợp công trình vừa được thi công xong (tổ hợp cơ bản). - Trường hợp vừa xả lũ xong trong bể mực nước thấp nhất, còn mực nước ngầm bên ngoài chưa kịp hạ xuống (tổ hợp đặc biệt). - Trường hợp công trình vừa thi công xong nhưng gặp trời mưa làm cho đất bão hoà nước (tổ hợp cơ bản). - Trường hợp sửa chữa, có máy móc thi công ở trên. Trường hợp do động đất… . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 134 Ngành : Công trình Trong phạm vi đồ án này, ta chỉ tính cho một trường hợp. Trường hợp 2. 9.4.3 Phương pháp tính toán : 9.4.3.1 Điều kiện ổn định về lật : M K = cl > [ K ] 1 M gl Trong đó : (9-20) K1 – Hệ số an toàn về lật. Mcl – Tổng mômen chông lật. Mgl – Tổng mômen gây lật. [K] – Hệ số an toàn cho phép về ổn định lật. Với công trình cấp III, tổ hợp lực cơ bản lấy [K] = 1,2. Tổ hợp lực đặc biệt [K] = 1,1. 9.4.3.2 Điều kiện ổn định về trượt : Theo sơ đồ bố trí và điều kiện địa chất mặt cắt dọc tuyến tràn ta thấy bậc nước được đặt trên nền đá gốc phong hoá nhẹ do đó tường chỉ có khả năng xảy ra trượt phẳng theo mặt tiếp xúc giữa tường và nền. Điều kiện để công trình không bị trượt là : K= ∑ P.f o + B.C ≥ Kc ∑N (9-21) Trong đó : ΣP – Tổng các lực tác dụng theo phương thẳng đứng (vuông góc với mặt trượt kể cả lực đẩy nổi). ΣN – Tổng các lực gây trượt chủ động. fo và C – Các đặc trưng chống trượt của nền đá. B – Bề rộng mặt trượt. Kc - Hệ số an toàn ổn định cho phép. n .k Kc = c n m Với : (9-22) nc – Hệ số tổ hợp tải trọng. n = 1 đối với tổ hợp tải trọng cơ bản. n = 0,9 đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 135 Ngành : Công trình m – Hệ số điều kiện làm việc, Theo TCXDVN 285-2002, với công trình bê tông cốt thép trên nền đá, khi mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bê tông và nền đá, lấy m = 0,95. kn – Hệ số độ tin cậy, với công trình cấp III, lấy kn = 1,15. 9.4.4 Các thông số tính toán : - Tường làm bằng bê tông cốt thép M200, γbt = 2,5 (T/m3) = 25 (kN/m3). - Đất đắp sau tường : Ta lấy đất đào mở móng của tuyến tràn (lớp 2) để đắp sau lưng tường. Các chỉ tiêu cơ lý như sau : γk = 1,33 (T/m3) = 13,3 (kN/m3). γtn = 1,8 (T/m3) = 18,0 (kN/m3). n = 0,5113. γbh = γk + n.γn = 13,3 + 0,5113.10 = 18,41 (kN/m3). γđn = γbh - γn = 18,41 -10 = 8,41 (kN/m3). ϕtn = 12030’ ; ϕbh = 80. Ctn = 23 (kN/m2) ; Cbh = 16 (kN/m2). K = 7,8.10-6 (cm/s). - Chỉ tiêu cơ lý của nền đá : + Hệ số ma sát : f = 0,63. + Các đặc trưng chống cắt : f0 = 0,61 ; C = 150 kg/cm2 = 150 (kN/m2). + Cường độ chịu nén giới hạn : R = 1400 kg/cm2. 9.4.5 Tính toán cụ thể : 9.4.5.1 Sơ đồ tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 136 Ngành : Công trình Hình 9-12 : Sơ đồ tính toán ổn định tường bên bậc tiêu năng. 9.4.5.2 Trình tự tính toán : Giả thiết cắt ra 1m dài của tường dọc theo chiều dòng chảy để tính toán (đoạn không chứa sườn chống). Khi đó ta xét bài toán là bài toán phẳng. Các lực tác dụng lên tường bao gồm : *. Trọng lượng của khối đất sau tường lên móng : P1 = 2,5.5.1.γbh (kN) P2 = 0,5.2,5.0,9.1.γbh (kN) P3 = 0,5.5.0,182.1.γbh (kN) *. Trọng lượng của tường : P4 = 0,3.5,5.1.γbt (kN) P5 = 0,5.0,2.5,5.1.γbt (kN) P6 = 0,9.1.1.γbt (kN) P7 = 0,5.0,9.2,5.1.γbt (kN) P8 = 3,5.0,6.1.γbt (kN) *. Áp lực đất lên tường : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 137 Ngành : Công trình Do có áp lực thấm nên ứng suất theo phương ngang tác dụng lên lưng tường được tính theo công thức : σ c = γ*.Z.λ c − 2c λ (9-23) c Trong đó : γ* = γbh - γn + J.γn (9-24) J – Građien thấm lớn nhất trong khối đất đắp, khi đó dòng thấm sẽ thấm qua đoạn đường thấm ngắn nhất đoạn CBA. J= ΔH 3,0 = = 0,3 . ΔL 6,5 + 3,5 (9-25) λc = tg2(45o - ϕbh/2) = tg2(45o – 0,5.80 ) = 0,756. => γ* = 18,41 – 10 + 0,3.10 = 11,41 (kN/m3). => σ c = 8,63Z − 27,82 ( kN/m2 ). => Z0 = 3,22 (m). Áp lực đất lên tường : 1 E c = .( H − Z ).(γ *.H.λc − 2c. λ ) 0 c 2 (9-26) 1 = .(6,5 - 3,22).(11,41.6,5.0,756 - 2.16. 0,756 ) 2 = 46,32 (kN). Điểm đặt của Ec cách đáy móng một khoảng là : y= H−Z 0 = 6,5 - 3,22 = 1,09 (m) . 3 3 (9-27) *. Áp lực nước trong bể : W1 = 1 1 γ n .(3,5) 2 = .10.(3,5) 2 = 61,25 ( kN ) . (9-28) 2 2 Điểm đặt của W1 cách đáy một khoảng bằng : 3,5 = 1,17 (m) . 3 *. Áp lực nước từ phía đất đắp : W2 = 1 1 γ n .(6,5) 2 = .10.(6,5) 2 = 211,25 ( kN ) . 2 2 Điểm đặt của W2 cách đáy tường một khoảng bằng 6,5 = 2,17 (m) . 3 *. Áp lực đẩy nổi : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 138 Ngành : Công trình W3 = γn. AB .(3,5) = 10.3,5.3,5 = 122,5 (kN). Điểm đặt của W3 cách điểm A một khoảng AB /2 = 3,5/2 = 1,75 (m). *. Áp lực thấm : W4 = 1 .γ .AB.(H + H B ) A 2 n (9-29) Trong đó : HA – cột nước thấm tại điểm A dưới chân móng của tường. HB – cột nước thấm tại điểm B dưới chân móng của tường. AB - chiều rộng đáy tường. HA = 0. HB = J. AB = 0,3.3,5 = 1,05 (m). Với J = 0,3 đã tính ở trên. => W4 = 0,5.10.3,5.1,05 = 18,375 (kN). Điểm đặt của W4 cách điểm A một khoảng 2AB 2.3,5 = = 2,33 (m) . 3 3 Ta lập được bảng tổng hợp các lực tác dụng và mô men đối với điểm A ở mép biên bên trái của đáy móng tường. Bảng 9-11 : Tổng hợp các lực tác dụng lên tường và mômen của chúng đối với điểm mép biên bên trái của đáy móng (điểm A) : TT (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 12 13 Lực tác dụng (2) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 W1 W2 Mômen đối với điểm A (kNm) Trị số (kN) Đứng (3) 230.125 20.71125 8.37655 41.25 13.75 22.5 28.1 52.5 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Ngang (4) -61.25 211.25 Tay đòn (m) (5) 2.25 2.67 0.939 0.65 0.867 0.5 1.833 1.75 1.17 2.17 Chống lật (6) 517.78 55.30 7.87 26.81 11.92 11.25 51.55 91.88 71.46 Gây lật (7) 457.70833 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 14 15 16 W3 W4 Ec Σ Trang 139 -122.5 -18.375 46.32 196.32 276.46 Ngành : Công trình 1.75 2.33 1.09 965.82 214.375 42.875 50.49 765.45 - Kiểm tra điều kiện toàn về lật : K= M cl = 965,82 = 1,26 > [K] = 1,1. M 765,45 gl Vậy tường đảm bảo không bị lật. - Kiểm tra điều kiện an toàn trượt phẳng : + Tổng các lực gây trượt : ΣN = 196,32 (kN). + Tổng các lực tác dụng theo phương thẳng đứng : ΣP = 276,46 (kN). + Chiều rộng của mặt trượt B = 3,5 m. => Hệ số ổn định trượt phẳng của tường là : K= ∑ P.f o + B.C 276,46.0,61 + 3,5.150 = = 3,53 . 196,32 ∑N Hệ số an toàn ổn định cho phép : n .k 0,9.1,15 Kc = c n = = 1,09 . m 0,95 Vậy K = 3,53 > Kc = 1,09 => Tường đảm bảo điều kiện an toàn về trượt . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 140 Ngành : Công trình CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT CỐNG NGẦM. 10.1 Những vấn đề chung. 10.1.1 Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế : 10.1.1.1 Nhiệm vụ công trình : Cống lấy nước có nhiệm vụ chuyển nước từ hồ chứa Ngành xuống hạ lưu để cung cấp nước tưới cho khu vực xã Tiến Sơn và các xã lân cận nằm trong vùng hưởng lợi. Ngoài ra còn cung cấp nước sinh hoạt, cung cấp nước để duy trì mực nước hạ lưu đảm bảo các vấn đề về môi trường - cảnh quan và đồng thời dẫn dòng trong quá trình thi công công trình; cống còn làm nhiệm vụ tháo lũ trong trường hợp có sự cố xảy ra. Tổng diện tích cung cấp cho tưới là 350 ha đất canh tác 2 vụ gồm các loại cây trồng như lúa, hoa mầu, cây công nghiệp, cây ăn quả. Theo kết quả tính toán thuỷ nông thì lưu lượng cần lấy qua cống lớn nhất là Q = 0,58 m3/s. 10.1.1.2 Cấp của công trình : - Theo điều kiện về nhiệm vụ của cống : Do cống cấp nước tưới cho 350 ha đất canh tác, nên theo TCXDVN 285-2002 ta tra được cấp công trình là cấp IV. - Theo cấp chung của công trình đầu mối : vì cống là một trong ba công trình chủ yếu trong cụm công trình đầu mối nên ta cũng thiết kế cống theo cấp chung của toàn bộ công trình đầu mối. Theo điều kiện này ta có cấp công trình là cấp III. Kết hợp hai điều kiện trên ta có cấp công trình là cấp III. 10.1.1.3 Các chỉ tiêu thiết kế : Các chỉ tiêu về thiết kế được xác định tương tự như ở trong phần 1 đối với công trình cấp III. 10.1.2 Chọn tuyến và hình thức cống : 10.1.2.1 Vị trí công trình : Căn cứ vào nhiệm vụ công trình, tài liệu khảo sát địa hình, địa chất tại khu vực xây dựng tuyến đập. Ta thấy tại bên phía bờ phải của tuyến đập địa hình dốc dần về hạ lưu với các đường đồng mức chạy dài và song song nhau, đồng thời ở phía thượng lưu đập có phần nhô ra của sườn đồi rất thuận lợi để đặt cửa vào của cống. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 141 Ngành : Công trình Mặt khác do đoạn đầu khu tưới kênh đi bên phải. Vì vậy tuyến cống được bố trí ở bên phải để nối tiếp với tuyến kênh. Do địa hình hạn chế nên tuyến cống được đặt xiên góc với tuyến đập. Ở bên bờ phải của tuyến đập đất sau khi bóc bỏ phong hoá, đất thổ nhưỡng khoảng 1 ÷ 1,5 m, ở phần sườn đồi là lớp đá phong hoá càng dịch về phía thượng, hạ lưu cống lớp đá này càng nằm sâu và được phủ các lớp đất sét, á sét kết cấu kém chặt đến chặt vừa, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, chiều dày thay đổi từ 2 ÷ 4 m do đó đảm bảo điều kiện cống được đặt trên nền đất đá tốt. Cao trình đáy cống ở thượng lưu đặt thấp hơn cao trình MNC và cao hơn cao trình bùn cát lắng đọng để tránh bùn cát lắng đọng làm tắc cống. 10.1.2.2 Hình thức cống : - Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu thay đổi lớn từ MNDBT = 122,5 m đến MNC = 115 m, nên hình thức hợp lý là cống ngầm không áp có tháp van điều tiết. - Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép M200, mặt cắt ngang cống là mặt cắt chữ nhật đảm bảo thi công đơn giản và tiện lợi. - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp van bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp van sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. 10.1.2.3 Sơ bộ bố trí cống : Sơ bộ chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1 m, khi đó : Zđáy cống = MNC – 1 = 115 - 1 = 114 (m). Tuyến cống được bố trí xiên góc 750 với tuyến đập và đi men theo đường đồng mức để tránh phải đào lớn. Tháp van nếu bố trí lùi vào trong thân đập thì điều kiện làm việc của tháp tốt hơn như lún ít chênh lệch so với bộ phận thân cống vì lực chịu tương đối đều, tháp tránh được sóng gió, cầu công tác giảm được chiều dài, song bộ phận phía trước cống làm việc có áp, khó kiểm tra tu sửa, yêu cầu nối tiếp tháp với đập phải tốt, tránh gây thấm ở mặt tiếp xúc, bất lợi cho sự làm việc của đập. Ngược lại nếu ta bố Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 142 Ngành : Công trình trí tháp van ở về phía chân đập. Do vậy vị trí tháp van bố trí ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. Từ vị trí đặt cống, cao trình đặt cống sơ bộ ở trên ta xác định được các chiều dài của cống như sau : Chiều dài đoạn cống trước cửa van : L1 = 21 (m). Chiều dài đoạn cống sau cửa van : L2 = 64 (m). Tổng chiều dài cống : L = 85 (m). Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thủy lực sau này. 10.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống. Kênh hạ lưu cống có nhiệm vụ dẫn nước từ hạ lưu cống đến khu tưới, kênh hạ lưu được thiết kế sao cho đảm bảo dẫn được lưu lượng tưới đồng thời vẫn đảm bảo làm việc an toàn, không bị xói lở. Kênh hạ lưu được thiết kế trước để làm căn cứ cho tính toán thuỷ lực cống. 10.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh : Mặt cắt kênh hạ lưu cống được tính toán với lưu lượng thiết kế Q tức lưu lượng dùng nước lớn nhất, theo tài liệu đã cho Q = QTK = 0,58 m3/s. Căn cứ vào điều kiện địa chất tuyến kênh đi qua là đất sét pha ta sơ bộ chọn các chỉ tiêu thiết kế như sau : - Mặt cắt kênh có dạng hình thang, hệ số mái kênh m = 1,5. - Độ dốc đáy kênh i = 2,5.10-4. - Độ nhám lòng kênh n = 0,025 ( theo TCVN 4118 – 85 ). 10.2.1.1 Xác định bề rộng đáy kênh b và chiều sâu mực nước trong kênh h : Để xác định bề rộng đáy kênh b và chiều sâu mực nước trong kênh h ta có thể giải theo trình tự như sau : + Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức : Vkx = K.Q0,1 (m/s) (10-1) Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 143 Ngành : Công trình K- Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, tra bảng 13 (trang 28) TCVN 4118 – 85 ta được, với đất cát pha vừa K = 0,62. Q- Lưu lượng thiết kế của kênh, Q = 0,58 (m3/s). ⇒ Vkx = 0,62.0,580,1 = 0,59 (m/s). + Sơ bộ xác định chiều cao h0 theo công thức kinh nghiệm : h = 0,5(1 + Vkx). 3 Q (10-2) = 0,5.(1 +0,59). 3 0,59 = 0,67 (m). + Có Q, h xác định b theo phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực : f(R ln ) = 4.m . i 0 = 0,2296 . Q ⇒ Rln = 0,4354 (m). h 0,67 Lập tỷ số : R = 0,4354 = 1,54 , với m = 1,5 ⇒ Tra phụ lục 8-3 ( Bảng ln b tra thuỷ lực ) ta được R = 3,2664 . ln b ⇒ b = R ln .( R ) = 0,4354.3,2664 = 1,422 (m) . ln Chọn b = 1,5 (m) . Tính lại chiều sâu mực nước trong kênh h. b 1,5 Lập lại tỷ số : R = 0,4354 = 3,45 . ln h Tra phụ lục 8-3 ( Bảng tra thuỷ lực ) ta được R = 1,51 . ln h => h = R ln .( R ) = 0,4354.1,51 = 0,66 (m). ln 10.2.1.2 Kiểm tra tính hợp lý của mặt cắt : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 144 Kênh có mặt cắt hợp lý nếu tỷ số Ta có Ngành : Công trình b = 0,5 ÷ 2 . h b 1,5 = = 2,27 → Không thoả mãn điều kiện khống chế ở trên. Do vậy h 0,66 ta phải định lại chiều rộng đáy kênh b rồi tính lại chiều sâu dòng nước trong kênh h tương ứng. Giả thiết lại chiều rộng đáy kênh là 1,2 m. Ta có : b 1,2 = = 2,76 R ln 0,4354 h → Tra phụ lục 8-3 ( Bảng tra thuỷ lực ) ta được R = 1,634 . ln => h h = R ln .( R ) = 0,4354.1,634 = 0,71 (m). ln => b 1,2 = = 1,7 → Thoả mãn điều kiện khống chế ở trên. h 0,71 10.2.2 Kiểm tra điều kiện không xói : Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa, hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ nên không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng nhưng cần phải kiểm tra điều kiện xói lở. Điều kiện kênh không bị xói là : Vmax < Vkx (10-3) Trong đó : Vkx - lưu tốc không xói trong kênh, Vkx = 0,59 (m/s). Vmax - lưu tốc lớn nhất trong kênh; Vmax được xác định ứng với lưu lượng : Qmax = K.Q. Q- lưu lượng thiết kế của kênh, Q = 0,58 (m3/s). K- hệ số phụ thuộc vào Q, có thể lấy K = 1,2. ⇒ Qmax = K.Q =1,2.0,58 = 0,696 (m3/s). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 145 Ngành : Công trình Để xác định Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu mực nước h tương ứng trong kênh bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. Ta có : f(R ln ) = 0,1913 . ⇒ Rln = 0,4662 (m) => b 1,20 → R = 0,4662 = 2,574 . ln h h = 1,671 → h = R ln .( ) R ln R ln = 0,78 (m). Như vậy với Q max = 0,696 (m3/s) ta xác định được độ sâu tương ứng trong kênh là : h = 0,78 (m). ω = (b + m.h).h = (1,2 + 1,5.0,78).0,78 = 1,85 (m2). Từ đó ta có : Vmax = Q max 0,696 = = 0,38 (m/s). ω 1,85 ⇒ Vmax = 0,38 < Vkx = 0,59 (m/s) ⇒ thoả mãn điều kiện không xói. Vậy các thông số của kênh hạ lưu cống được thiết kế như sau : - Bề rộng đáy kênh : bk =1,2 m. - Độ dốc lòng kênh : i = 2,5.10-4. - Hệ số mái kênh : m = 1,5. - Hệ số nhám : n = 0,025. - Cao trình đáy đầu kênh : Zđáy kênh = Zkc – h = 114,5 – 0,71 = 113,79 (m). - Cao trình bờ kênh : Zbờ = Zkc + a ( a là hệ số an toàn , a = 0,5 m ) Zbờ = 114,5 + 0,5 = 115 (m). - Chiều rộng bờ kênh : bbờ = 1 (m). 10.2.3 Tính độ sâu dòng chảy trong kênh ứng với các cấp lưu lượng : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 146 Ngành : Công trình Xác định quan hệ (Q ~ h) của kênh dẫn hạ lưu cống ứng với các cấp lưu lượng khác nhau để phục vụ cho việc tính toán tiêu năng sau này. Độ sâu dòng đều trong kênh được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực (như đã trình bày ở trên). Ứng với mỗi cấp lưu lượng ta xác định được độ sâu dòng đều tương ứng trong kênh. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau : Bảng 10-1 : Kết quả tính toán quan hệ (Q~h ) của kênh hạ lưu cống. Q (m3/s) QTK = 0,58 0,7QTK = 0,406 0,3QTK = 0,174 ho (m) 0,71 0,6 0,38 10.3 Tính toán thuỷ lực cống. 10.3.1 Xác định lưu lượng thiết kế cống : Khi xác định lưu lượng thiết kế cống cần xét về hai yêu cầu : lưu lượng cần tưới và lưu lượng cần xả nước trong khi thi công. 10.3.1.1 Lượng nước cần cho tưới : Căn cứ vào lượng nước yêu cầu ở hạ lưu ta xác định được lưu lượng cần tưới. Khi thiết kế, ngoài việc tính diện tích tưới trong phạm vi hiện có, ta còn phải xét tới khả năng tưới có thể mở rộng sau này. Ngoài ra còn phải xét đến lượng nước duy trì mực nước ở hạ lưu đảm bảo điều kiện về môi trường sinh thái, cung cấp nước sinh hoạt cho hạ lưu … . 10.3.1.2 Tính lưu lượng xả lũ trong khi thi công : Trong thời gian thi công cần dùng cống ngầm để xả lũ thì phải xét đến khả năng xả lũ của nó, lưu lượng xả lũ tính theo tiêu chuẩn xả lũ khi thi công (lấy với lượng mưa ngày lớn nhất với tần suất 10% trong thời kỳ thi công), và thường giả thiết dòng chảy của lượng mưa lớn nhất trong một ngày được tháo đi đều đặn trong 24 giờ. 10.3.1.3 Nếu cống cần xả lũ hoặc yêu cầu tháo vợi hồ chứa trong một thời gian nhất định : thì lưu lượng thiết kế cần phải căn cứ vào nhiệm vụ xả lũ do cống đảm nhiệm hoặc thời gian tháo vợi dung tích hồ chứa để quyết định. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 147 Ngành : Công trình Căn cứ vào tài liệu thiết kế đã cho, với nhiệm vụ được giao, lưu lượng tính toán thiết kế cống là : QTK = 0,58 m3/s. 10.3.2 Tính toán khẩu diện cống : 10.3.2.1 Trường hợp tính toán : Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng lấy tương đối lớn. Ta tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn hạ lưu lấy với mực nước khống chế đầu kênh tưới, Z kc = 114,5 m. Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi đó là : ΔZ = MNC − Z kc = 115,0 − 114,5 = 0,5 (m). (10-4) 10.3.2.2 Sơ đồ tính toán : Trong trường hợp lấy đủ được lưu lượng thiết kế Q tk với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ thì lúc này cửa van được mở hoàn toàn. Sơ đồ tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống như sau : Trong đó : Z1 - tổn thất cột nước ở cửa vào. Zp - tổn thất do khe phai. ZL- tổn thất qua lưới chắn rác. Zv - tổn thất qua tháp van. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 148 Ngành : Công trình Z2 - tổn thất ở cửa ra. Σ Zi [ Σ Z] O Z1 Zp ZL bc bc Zv h2 Z2 h1 d Zh hh Hình 10-1 : Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định khẩu diện cống. 10.3.2.3 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 lưu [∆Z] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện : Trong đó : Ở đây : ∑ Z ≤ [ ΔZ] i (10-5) ∑ Zi = Zl + Zp + ZL+ Z v + Z2 + i.L (10-6) i : Độ dốc dọc cống. L : Tổng chiều dài cống, L = 85 m. Trị số bc được xác định bằng phương pháp giải đúng dần (hay phương pháp đồ thị) : - Ta giả thiết các giá trị bc. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 149 Ngành : Công trình - Với mỗi trị số bc, ta xác định các tổn thất cột nước dọc theo chiều dài cống (tính toán ngược từ hạ lưu lên), sau đó tính tổng tổn thất ΣZi , lập quan hệ bc~ ΣZi. Từ [∆Z] tra quan hệ ta tìm được bc. Trình tự tính toán cụ thể như sau : * Tính tổn thất ở cửa ra : Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đó : Z = 2 Q2 2.g.(ϕ .b .h ) 2 n b − α. h Vb2 2.g (10-7) Trong đó : bb : Bề rộng cuối cống lấy bằng bề rộng cuối bể tiêu năng chính là bằng bb = bk = 1,2 (m). hh : Chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán QTK ta có : hh = 0,71 (m). ϕ n : Hệ số lưu tốc, lấy theo Đ.I.Kumin ta được : ϕ n = 0,96. Vb : Lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng. Vb= Q Q = b b .h b b .(h + d) b (10-8) Giả thiết trước chiều sâu bể tiêu năng d = 0,5 m. => Tổn thất ở cửa ra Z2. * Tổn thất dọc đường : Coi dòng chảy trong cống là dòng đều với độ sâu : h1 = h h + Z 2 (10-9) Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống là i.L với độ dốc i là độ đốc dọc cống xác định như sau : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 150  Q i =   ω.C. R    Trong đó : ω = b c .h1 ; R = Ngành : Công trình 2 (10-10) ω 1 1 ; χ = b c + 2.h1 ; C = .R 6 . χ n n : hệ số nhám của lòng cống, với bê tông chọn n = 0,014. => Tổn thất dọc đường i.L. * Tổn thất qua khe van : Tổn thất qua khe van được tính theo công thức α.Vv2 Z1v = ξ v . 2.g (10-11) Ở đây ta bố trí có 2 khe van (một khe van sửa chữa , một khe van công tác). Do đó tổng tổn thất qua 2 khe van là : Z v = 2.ξ v . α.Vv2 2.g Trong đó : - Vv : Lưu tốc dòng chảy ngay sau cửa van, ở đây ta coi dòng chảy trong cống là dòng đều với độ sâu h 1 nên có thể coi chiều sâu dòng chảy ngay sau cửa van là hv = h1. Vv = Q Q Q = = ω b c .h v b c .h1 (10-12) - ξv : Hệ số tổn thất qua khe van xác định theo quy phạm “Tính toán thuỷ lực cống dưới sâu QPTL C-1-75”. + bv ≤ 0,1 ⇒ Lấy ξv = 0,05. bc + bv ≥ 0,2 ⇒ Lấy ξv = 0,1. bc bv ≤ 0,2 => Nội suy ở 2 giá trị trên. + 0,1 ≤ bc (bv : Bề rộng khe van bv = 0,25 ÷ 0,3 m; Chọn bv = 0,3 m) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 151 Ngành : Công trình => Tổn thất qua khe van Zv. * Tổn thất qua lưới chắn rác : Tổn thất qua lưới chắn rác tính theo công thức : α.VL2 ZL = ξ L . 2.g (10-13) Trong đó : t 4 - ξL : Hệ số tổn thất qua lưới : ξ L = β.sinθ.( ) 3 (10-14) b +β : Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc tấm lưới chắn rác. Lưới làm bằng thanh tròn. Tra phụ lục III trang 122 “ Bài tập và đồ án môn học trạm bơm ” ⇒ β = 1,79. + t : Độ dày của tấm lưới (mm), t = 10 mm. + b : Khoảng trống (mm), b = 100 mm. + α : Góc nghiêng lưới chắn rác α = 750. ZL t b ° 75 Hình 10-2 :Xác định tổn thất qua lưới chắn rác. 4  10  3 0 ξ L = 1,79.sin75 . = 0,08 .   100  - VL : Vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác (m/s). VL = Q Q Q = = ω L b c .h b c .(h1 + Z v ) 2 (10-15) => Tổn thất qua lưới chắn rác ZL. * Tổn thất qua khe phai : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 152 Ngành : Công trình Tổn thất cột nước qua mỗi khe phai được tính theo công thức : α.Vp2 Z1p = ξ p . 2.g (10-16) Theo cách bố trí ta có 2 khe phai. Do đó tổng tổn thất qua cả 2 khe phai là : Z p = 2.ξ p . α.Vp2 2.g - ξ p : là hệ số tổn thất đối với khe phai, xác định tương tự như đối với khe van. - Vp : Vận tốc dòng chảy ngay sau khe phai. Vp = Q Q Q = = ω p b .h p b c .(h + Z + Z ) c 1 v L (10-17) => Tổn thất qua khe phai Zp. * Tổn thất cửa vào : Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. Z = 1 Q2 2.g.(ε.ϕ .ω ) 2 − α.. V02 2.g (10-18) ϕ : Hệ số lưu tốc ở cửa vào, tra bảng 12 QPTL C8-76 khi chọn m = 0,36 ta được ϕ = 0,96. ε : Hệ số co hẹp bên ở cửa vào, ở đây nước được dẫn ngay từ hồ vào nên ta có thể lấy ε = 1. ωcv : Diện tích mặt cắt ướt tại ngay sau cửa vào. ωcv = bc.hcv = bc.( h1 + Zv + ZL + Zp ) (10-19) V0 : Lưu tốc tới gần tính theo công thức : V0 = Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Q Q = ω b c .(h + Z v + Z L + Z p ) 1 (10-20) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 153 Ngành : Công trình => Tổn thất tại cửa vào Z1. - Với các giá trị của bc đã giả thiết ta có kết quả thể hiện ở bảng 10-2 – Phụ lục2. Vẽ quan hệ giữa bc ~ ∑ Zi ta được : Hình 10 – 3 : Đồ thị quan hệ bc ~ ΣZi. Từ quan hệ trên hình 10 – 3, có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống khống chế [∆Z] = 0,5 m ta tra được giá trị bc = 0,5 (m). Mặt khác theo điều kiện cấu tạo cần khống chế b c ≥ 1 ÷ 1,2 m để tiện kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo điều kiện thi công. Khẩu diện cống bc thuận lợi cho việc chuẩn hoá và khả năng lắp lẫn khi cần thiết quy định trong điều 7.4 TCXDVN 285-2002. Do vậy ta chọn bc = 1 (m). 10.3.2.4Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống : * Chiều cao mặt cắt cống : Hc = h1 + ∆ (10-21) Trong đó : h1 : là độ sâu dòng chảy trong cống, trên hình 10-1 : h1 = hh + Z2 = 0,71 + 0,0175 = 0,73 (m). ∆ : là độ lưu không, có thể chọn từ 0,5 ÷ 1 m. Ở đây ta chọn ∆ = 1 m. => Hc = h1 + ∆ = 0,73 + 1 = 1,73 (m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 154 Ngành : Công trình Ngoài ra Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, thường khống chế Hc ≥ 1,6 m để tiện kiểm tra sửa chữa và phù hợp với TCXDVN 285-2002. Do đó ta chọn Hc = 1,75 (m). * Cao trình đặt cống : Cao trình đặt cống ở cửa ra : Z r = Z kc − h h (10-22) Trong đó : Zkc : Cao trình mực nước khống chế ở kênh hạ lưu cống ứng với lưu lượng thiết kế, Zkc = 114,5 m. hh : Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu ứng với lưu lượng thiết kế, hh = 0,71 m. => Zr = 114,5 – 0,71 = 113,79 (m). Cao trình đặt cống ở cửa vào : Z v = Z r + i.L = 113,79 + 6,3.10-4.85 = 113,84 (m) (10-24) 10.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng. 10.4.1 Trường hợp tính toán : Khi mực nước thượng lưu cao chỉ mở một phần cửa van để lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ngay sau cửa van thường là dòng 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 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 với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ nguy kiểm không đáng kể. Do yêu cầu dùng nước trong các tháng là khác nhau vì vậy lưu lượng lấy nước trong các thời kỳ cũng khác nhau. Vì vậy để kiểm tra trạng thái chảy và tính toán Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 155 Ngành : Công trình tiêu năng cho cống ta cần tính với một số cấp của lưu lượng lấy lớn nhất ứng với trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT, sau đó so sánh và tìm ra lưu lượng tính toán tiêu năng. Theo tài liệu tính toán ứng với mực nước thượng lưu là MNDBT thì lưu lượng lấy lớn nhất thiết kế là Qmax = 0,58 (m3/s). Trong phạm vi đồ án này tính với 3 cấp lưu lượng là : Q = Qmax = 0,58 (m3/s). Q = 0,7Qmax = 0,406 (m3/s). Q = 0,3Qmax = 0,174 (m3/s). Với mỗi cấp lưu lượng ta đã tính được chiều sâu dòng đều trong kênh hạ lưu tương ứng (Bảng 10-1, ở phần trên). 10.4.2 Sơ đồ tính toán : MNDBT H1 Z2 hc a hr L2 d Lb Hình 10-4 : Sơ đồ tính toán thủy lực cống khi thượng lưu là MNDBT. 10.4.3 Trình tự tính toán : Với mỗi cấp lưu lượng ta đều tính toán với trình tự sau : 10.4.3.1 Xác định độ mở cống (a) : Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ : Q = ϕ .α .a.b. 2g.(H '0 − α.a) Sinh viên : Lê Ngọc Diệp (10-25) Lớp 44C4 hh Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trong đó : Trang 156 Ngành : Công trình ϕ- hệ số lưu tốc, tra bảng 15-1 Bảng tra thuỷ lực đối với trường hợp chảy từ các lỗ ở đáy ta được ϕ = 0,95. α- hệ số co hẹp đứng, α = f(a/H). H0’- cột nước tính toán trước cửa van. H0’ = H0 - hw hw - tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van. hw = Z1 + Zp + ZL + i.L1 H0 = H + α.V02 2.g V0- lưu tốc tới gần. Vì mực nước cao và được dẫn trực tiếp vào từ hồ chứa nên ta bỏ qua lưu tốc tới gần, V0 = 0. => H0 = H = MNDBT - Zđáy cống = 122,5 – 113,84 = 8,66 (m). Xác định a bằng cách sử dụng bảng quan hệ Jucôpki (GTTL tập II) như sau : Tính F(τc) : F(τ c ) = Q ϕ .b c .H 'o 3/2 (10-26) Có F(τ c ) tra bảng 16-1 (Các bảng tính thủy lực) ta được các giá trị a và α, từ H đó ta có : h a a = ( ).H '0 ; hc = α.a ; τ c = c' H0 H (10-27) Với a và α như trên thay vào (10-25) ta được giá trị Qtt. ∆Q = Tính sai số : Với : Q - Q tt .100% . Q Q : Lưu lượng thực tế cần lấy. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 157 Ngành : Công trình tt Q : Lưu lượng tính toán ứng với độ mở a. - Nếu ∆Q ≤ 5 % thì độ mở cống tính toán được là hợp lý. - Nếu ∆Q > 5 % cần phải các định lại độ mở cống a. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 10 –3. Bảng 10-3 : Tính toán độ mở cống a ứng với từng cấp lưu lượng. ϕ = 0.95 bc = 1 m H = 8.66 m F(τc) α Q hw Ho' a/H a hc Qtt 3 (m /s) (m) (m) (m) (m) (m3/s) 0.580 0.025 8.635 0.0241 0.6114 0.0091 0.079 0.048 0.593 0.406 0.021 8.639 0.0168 0.6113 0.0064 0.055 0.034 0.416 0.174 0.017 8.643 0.0072 0.6111 0.0027 0.024 0.014 0.178 ∆Q (%) 2.29 2.36 2.45 10.4.3.2 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống : Kiểm tra trạng thái chảy trong cống, ta vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr. Để vẽ được đường mặt nước trong cống ta phải xác định được các đại lượng : độ sâu dòng đều trong cống h0, độ sâu phân giới hk, và độ sâu co hẹp hc. * Xác định dạng đường mặt nước : Định tính : - Xác định độ sâu dòng đều trong cống : Phương pháp tính toán : dùng phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực : Tính f(Rln) = 4m 0 . i Q (10-28) Tra phụ lục (8 - 1) -Bảng tra thủy lực ta có được Rln. Lập tỷ số b h , tra phụ lục (8 - 3) bảng tra thủy lực ta có . R ln R ln Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 158  h  R ln Suy ra độ sâu dòng đều : h0 =  Ngành : Công trình  .R ln .  (10-29) - Xác định hk : hk = 3 α.q 2 g Trong đó : q = Q . bc (10-30) Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 10-4. Q (m3/s) 0.58 0.406 0.174 Bảng 10-4 : Tính toán định tính đường mặtt nước trong cống. i = 0.0006 n = 0.014 bc = 1.0 m hc f(Rln) Rln b/Rln h/Rln ho hk Ghi chú (m) (m) (m) (m) 0.048 0.3462 0.3003 3.33 2.424 0.728 0.325 Đường CI 0.034 0.4946 0.2627 3.8066 2.103 0.552 0.256 Đường CI 0.014 1.154 0.1912 5.2301 1.556 0.298 0.146 Đường CI Từ kết quả tính toán ta thấy hc < hk < h0 nên dạng đường mặt nước sau cửa van là đường nước dâng CI. Định lượng xác định đường mặt nước trong cống : Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C cách cửa van một đoạn l = 1,4.a có chiều sâu co hẹp hc đến cửa ra của cống. Chiều dài đoạn cống từ mặt cắt co hẹp C–C đến cửa ra của cống là : Lc = L2 – 1,4.a (10-31) Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. - Khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết là : ∆L = Δ∋ i− j (10-32) Trong đó : + ∆ ∋ - Năng lượng đơn vị giữa 2 mặt cắt có độ sâu hi và hi+1. ∆ ∋ = ∋2 - ∋1. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 159 Ngành : Công trình α.Vi2 ∋i = hi + 2g với : αV22 α.V12 → ∆ ∋ = (h2 + ) - (h1 + ). 2.g 2g + j = J 2 + J1 2 ;  Vi Ji =   C i . R i    (10-33) 2 (10-34) Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với các cấp lưu lượng được thể hiện trong các bảng 10-5, 10-6, 10-7 Phụ lục 2. Từ bảng kết quả tính tính toán đường mặt nước trong cống ta thấy : Với tất cả các cấp lưu lượng tính toán, chiều dài của đường nước dâng CI tính từ mặt cắt co hẹp C-C đến vị trí có độ sâu bằng độ sâu phân giới h k là Lk đều nhỏ hơn chiều dài đoạn cống tính từ vị trí co hẹp C-C đến cửa ra của cống L c và Lk giảm dần khi lưu lượng qua cống giảm dần. => Kết luận : Với mọi cấp lưu lượng qua cống thì đều có nước nhảy trong cống. 10.4.3.3 Xác định vị trí nước nhảy trong cống : * Mục đích : Xác định vị trí nước nhảy trong cống nhằm xác định xem nước nhảy có chạm trần cống hay không để từ đó có các biện pháp xử lý thích hợp. - Nước nhảy chạm trần cống, trường hợp này rất nguy hiểm do khi nước nhảy chạm trần cống sinh ra chân không tại vùng có nước nhảy gây rung động lớn làm mất an toàn cho cống. Nếu gặp trường hợp này thì có các biện pháp xử lý sau : + Thay đổi độ dốc đáy cống để đẩy nước nhảy ra khỏi cống. + Dịch vị trí tháp van về phía hạ lưu để đẩy nước nhảy ra khỏi cống. + Tăng chiều cao trần cống để nước nhảy không chạm trần cống. - Nước nhảy không chạm trần cống : trường hợp này ít nguy hiểm hơn nên có thể chấp nhận để nước nhảy trong cống mà không cần có biện pháp xử lý đặc biệt, chỉ cần gia cố tốt các khớp nối tại vị trí có nước nhảy. * Nguyên tắc : Vận dụng lý luận về sự nối tiếp. Trước nước nhảy là một đoạn chảy xiết theo đường nước dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu h c đến mặt cắt I – I có độ Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 160 Ngành : Công trình sâu h’. Sau nước nhảy là đoạn chảy êm theo đường nước hạ b I bắt đầu từ mặt cắt IIII có độ sâu h” và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr. * Sơ đồ tính toán : MNDBT I II r CI'' CI' Hc hc CI a bI h'' hk h' hr d Lb L2 I hh II r Hình 10-5 : Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống. * Cách xác định : - Vẽ đường mặt nước CI bắt đầu từ mặt cắt ( C-C ) có độ sâu h c đến mặt cắt có độ sâu hk. Trên đường nước dâng CI ta dựng một số mặt cắt => ta có các giá trị độ sâu tương ứng h1’, h2’ .... - Lấy đó làm các giá trị độ sâu liên hiệp trước nước nhảy, tính chiều sâu liên hiệp sau nước nhảy và chiều dài nước nhảy tương ứng theo các công thức sau :  h'  α.q 2 h = . 1 + 8 '3 − 1 2  gh  (10-35) ln = 4,5.h” (10-36) '' - Từ đó dựng được đường CI’ liên hiệp với đường nước dâng CI. - Ứng với mỗi cặp (hi”; ln i) ta xác định được một điểm di , nối các điểm di lại ta có đường CI”. - Có chiều sâu nước trong kênh hạ lưu tại cửa ra, dùng phương pháp cộng trực tiếp vẽ đường mặt nước từ hạ lưu lên => ta có đường nước đổ bI. - Đường CI” và đường bI cắt nhau tại O => O là vị trí sau nước nhảy mà ta cần xác định. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 161 Ngành : Công trình - Với vị trí O đã xác định ta có chiều sâu h 0” => tính độ sâu liên hiệp trước nước nhảy h0’ và chiều dài nước nhảy L n 0 => ta xác định được vị trí trước nước nhảy L. Ta tính toán xác định vị trí nước nhảy với các cấp lưu lượng trên. Kết quả tính toán được thể hiện trong các bảng từ bảng 10 -8 đến bảng 10-13 và các hình 10-6, 10-7, 10-8, phụ lục 2. Tổng hợp các kết quả tính toán ta xác định được vị trí nước nhảy cụ thể của từng cấp lưu lượng bảng 10-14. Bảng 10-14 : Vị trí của nước nhảy ứng với từng cấp lưu lượng. Q (m3/s) 0.580 0.406 0.174 Trong đó : h'' (m) 0.712 0.608 0.401 L0 (m) 14.97 9.02 3.11 h' (m) 0.116 0.080 0.035 Ln 0 (m) 3.204 2.736 1.805 L (m) 11.766 6.284 1.306 h’ : Chiều sâu trước nước nhảy. h’’ : Chiều sâu sau nước nhảy. L0 : Khoảng cách từ điểm O đến mặt cắt co hẹp C-C. Ln 0 : chiều dài nước nhảy. L : Khoảng cách từ vị trí bắt đầu nước nhảy đến mặt cắt C-C. 10.4.3.4 Kết luận : Sau khi xác định được vị trí nước nhảy trong cống ta thấy chiều cao nước nhảy lớn nhất là ho’’ = 0,712 (m) ứng với cấp lưu lượng Q = Q max = 0,58 (m3/s) mà chiều cao cống là Hc = 1,75 m. Như vậy : nước nhảy không chạm trần cống, do đó ta chấp nhận có nước nhảy trong cống và phải gia cố tốt các khớp nối trong đoạn có nước nhảy để đảm bảo cho cống làm việc an toàn. 10.4.4 Tính toán tiêu năng : Do có nước nhảy trong cống và dòng chảy được tiêu năng nga trong cống nên ta không cần tính toán tiêu năng mà thiết kế tiêu năng theo điều kện cấu tạo. Sau cống làm bể tiêu năng cấu tạo để dòng chảy ra hạ lưu cống được an toàn. Kích thước bể tiêu năng được chọn như sau : Chiều sâu bể : d = 0,5 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 162 Ngành : Công trình Chiều dài bể : Lb = 5 m. 10.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống. 10.5.1 Bộ phận cửa vào và cửa ra : Cửa vào và cửa ra phải đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận lợi với thượng và hạ lưu cống. - Cửa vào được bố trí tường hướng dòng hình thức thu hẹp dần. Góc chụm của hai tường là 2θ = 21,80 ( tg 2θ = 0,4 ). Tường cánh được làm bằng BTCT M200, chiều cao tường làm thấp dần theo mái. - Cửa ra : Cửa ra được bố trí được bố trí mở rộng dần từ chiều rộng cống b c = 1 m đến chiều rộng đáy kênh hạ lưu b k = 1,2 m và nối tiếp với kênh bằng bể tiêu năng. Góc mở rộng θ = 1,640 ( tg θ = 0,1/3,5 ). Tường hướng dòng ( tường bên của bể tiêu năng ) được làm bằng BTCT M200, chiều cao tường thấp dần từ đỉnh cống xuống bờ kênh. - Sau bể tiêu năng là một đoạn kênh được bảo vệ bằng đá lát khan dày 30 cm với chiều dài đoạn bảo vệ được tính theo công thức của Vưdơgo : Lsn = 0,4. hh n (10-37) Trong đó : n : hệ số nhám lòng dẫn, với đáy là đá xây => n = 0,017. hh : Độ sâu dòng chảy trong kênh hạ lưu, hh = 0,71 m. => L sn = 0,4. 0,71 = 16,71 (m) => chọn Lsn = 20 (m). 0,017 10.5.2 Thân cống : 10.5.2.1 Mặt cắt thân cống : Cống được làm bằng BTCT M200 đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang của thân cống có dạng khung cứng, phía trong được làm vát góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo điều kiện : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 163 t≥ Ngành : Công trình H [ J] (10-38) Trong đó : H : Cột nước lớn nhất. H = MNDBT – Zcv = 122,5 – 113,84 = 8,66 (m). [J] : Građiên thấm cho phép của bêtông. [J] = 15. t≥ => 8,66 = 0,58 (m) . 15 Theo điều kiện cấu tạo ta chọn t = 0,4 (m). Do t = 0,4 (m) nhỏ hơn yêu cầu chống thấm nên ta xử lý bằng cách ở bên ngoài cống đắp thêm một lớp đất đắp đập được đầp nện kỹ bằng thủ công dày 0,5 m. 315 335 10 10 175 305 255 Líp sÐt dµy 50 cm 280 180 100 Bª t«ng lãt M100 dµy 10 cm Hình 10-9 : Cắt ngang thân cống. 10.5.2.2 Phân đoạn cống : Với chiều dài cống L = 85,00 (m), để tránh hiện tượng rạn nứt do lún không đều, ta phân cống thành 7 đoạn, mỗi đoạn dài 12 m, đoạn đầu dài 13 m được phân thành hai đoạn nhỏ. Các đoạn được nối với nhau bởi khớp nối. Tại các khe nối có đặt các thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò làm bằng tấm kim loại phẳng cho tấm đứng và tấm kim loại hình Ω cho tấm nối ngang. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 164 Ngành : Công trình Cấu tạo của khớp nối được thể hiện trên hình 10-10. 5 3 2 4 2 1 1 Khớp nối ngang ; Khớp nối đứng ; Hình 10-10 : Cấu tạo khớp nối cống. 1. Bao tải tẩm nhựa đường. 3. Tấm kim loại hình Ω. 2. Đổ nhựa đường. 4. Tấm kim loại hình phẳng. 5. Vữa bê tông đổ sau. 10.5.2.3 Nối tiếp thân cống với nền : Để nối tiếp giữa cống và nền, trước khi đổ bê tông cống ta rải một lớp bê tông lót M100 dày 10 cm ở mặt tiếp xúc giữa cống và nền. 10.5.2.4 Nối tiếp thân cống với đập : Dùng đất đắp đập được đầm nện kỹ bằng thủ công bao quanh cống dày 0,5m. Tại chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp giữa cống với đập được tốt hơn. 10.5.3 Tháp van : Tháp van được bố trí ở mái thượng lưu đập, cách cửa ra của cống một đoạn khoảng 64 (m), cách cửa vào của cống một đoạn khoảng 21 (m). Trong tháp van bố trí một van sửa chữa và một van công tác, có lỗ thông hơi ở phía sau van công tác để tránh hiện tượng chân không trong cống khi nước nhảy trong cống xấp xỉ tới trần cống. Ngoài ra trong tháp van còn bố trí cầu thang lên xuống kiểm tra. Mặt cắt ngang tháp van có dạng hình chữ nhật, được làm bằng BTCT M200. Chiều dày thành tháp van thay đổi dật cấp, chiều dày phía dưới 0,7m, phía trên 0,4 m. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 165 Ngành : Công trình Phía trên tháp van có nhà để đặt thiết bị đóng mở và thao tác van. Cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập có chiều rộng bằng 2 m, lan can cầu cao 1,2 m. PHẦN 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT. CHƯƠNG 11 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM. 11.1 Mục đích và trường hợp tính toán. Cống ngầm lấy nước trong thân đập là một hạng mục công trình quan trọng được xây dựng để dẫn nước qua thân đập. Cống ngầm được thiết kế đặt trong thân đập, mặt dưới tiếp xúc với nền đập, các mặt còn lại tiếp xúc với thân đập. Trong quá trình làm việc cống chịu nhiều loại lực phức tạp như : trọng lượng bản thân cống, áp lực nước bên trong và bên ngoài cống, áp lức đất bên ngoài cống, ... . Do vậy để cống ngầm đảm bảo điều kiện ổn định trong mọi trường hợp làm việc ta phải tính toán cấu tạo, kết cấu các bộ phận của cống ngầm. 11.1.1 Mục đích tính toán : Mục đích của việc tính toán kết cấu cống ngầm là 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 hợp lý chiều dày của thành cống, kết cấu của cống ngầm phải đảm bảo về yêu cầu chịu lực và cấu tạo theo cả phương ngang và phương dọc cống . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 166 Ngành : Công trình 11.1.2 Trường hợp tính toán : Tính toán kết cấu cống ngầm nhằm đảm bảo điều kiện ổn định trong mọi trường hợp làm việc, ta thường tính toán trong các trường hợp sau : - Khi công trình mới thi công xong, cống chưa có nước . - Khi công trình làm việc bình thường, mực nước thượng lưu là MNDBT cống mở để lấy nước ứng với lưu lượng thiết kế . - Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng không lấy nước . - Khi có lực động đất ... . Trong phạm vi đồ án này ta chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt ở giữa đỉnh đập), cho một trường hợp làm việc của cống là trường hợp mực nước thượng lưu là MNDGC, cống đóng . Trong phạm vi đồ án này ta sẽ tính toán kết cấu cống theo phương ngang cống, tính toán cho mặt cắt giữa đỉnh đập. Cống là cống hộp nên ta tính cho 1 m dài của cống . 11.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế. 11.2.1 Tài liệu cơ bản : 11.2.1.1 Vị trí và kết cấu cống ngầm : Cống ngầm được đặt ở phía bờ phải của đập, tuyến cống được bố trí xiên một góc 75o với tuyến đập và được chạy men theo đường đồng mức để giảm khối lượng đào đắp lớn . Cửa vào của cống cách tuyến đập 25 m, cửa ra của cống cách tuyến đập 60 m . Đáy cửa vào của cống được đặt ở cao trình + 113,84 m, đáy cửa ra của cống được đặt ở cao trình + 113,79 m, tổng chiều dài của cống là 85 m . Cống dạng cống hộp, được làm bằng bê tông cốt thép M200 có mặt cắt ngang dạng hình chữ nhật, tại các góc có làm vát để giảm ứng suất tập trung. Mặt cắt ngang có các kích thước như hình 11-1 . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 167 Ngành : Công trình 10 10 255 175 180 100 Hình 11-1 : Cắt ngang thân cống. 11.2.1.2 Lực tác dụng lên cống trong trường hợp tính toán : * Các lực tác dụng : Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng không lấy nước, các lực tác dụng lên cống với mặt cắt giữa đỉnh đập bao gồm : - Trọng lượng bản thân cống . - Áp lực đất . - Áp lực nước bên ngoài cống . * Số liệu và chỉ tiêu tính toán : - Tại mặt cắt tính toán ta có các thông số sau : + Cao trình đặt cống : ∇đặt cống = 113,82 (m). + Cao trình đỉnh cống :∇đỉnh cống = 115,97 (m). + Cao trình đất đắp ( cao trình đỉnh đập ) : ∇đỉnh đập = 127,8 (m). - Đất đắp đập có các chỉ tiêu cơ lý như sau : γk = 1,32 T/ m3. γtn = 1,81 T/ m3. γbh = 1,86 T/ m3. C = 0,38 kg/cm2. ϕ = 16015'. - Đất nền có các chỉ tiêu cơ lý sau : nền đá, có : + Hệ số ma sát : f = 0,6. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 168 Ngành : Công trình + Các đặc trưng chống cắt, f 0 = 0,55 ; C = 0,2kg/cm 2 = 20 (kN/m2). + Cường độ chịu nén giới hạn : R = 1200 kg/cm 2. - Bê tông M200 có : γb = 2,4 T/m3. Rn = 90 daN/cm2. Rk = 7,5 daN/cm2. Eb = 2,4.10-5 daN/cm2. mb = 1,0. - Cốt thép : Dùng cốt thép nhóm CII có : Ea = 2,1.10-6 daN/cm2. Ra = Ra’= 2700 daN/cm2. ma = 1,1. µmin = 0,1%. - Hệ số độ tin cậy kn ( với công trình cấp III ), kn = 1,15. 11.2.2 Yêu cầu thiết kế : Khi tính toán thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu sau : - Công trình và nền của nó phải đảm bảo an toàn về ổn định và biến dạng. - Kết cấu cống phải đủ khả năng chịu lực ( không vượt quá giới hạn về cường độ và ổn định ) trong quá trình làm việc. - Kết cấu cống không vượt quá giới hạn cho phép về biến dạng, khe nứt cho phép [an] trong quá trình làm việc. - Bố trí cốt thép phải hợp lý và kinh tế. 11.3 Xác định các lực tác dụng lên cống. Xét một đoạn cống có chiều dài 1 m, sơ đồ các lực tác dụng lên cống được thể hiện ở hình 11-2. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 169 Ngành : Công trình MÆt ®Êt ®¾p Z1 Mùc n¦íc ngÇm p2 q1 q2 q4 p1 q5 t p2' Z2 p1 p2 q5 bc p1' H p1' B p2' q6 q3 r Trong đó : Hình 11-2 : Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên cống. + q1 : áp lực đất trên đỉnh cống. + q2 : áp lực nước trên đỉnh cống. + q3 : áp lực nước dưới đáy cống. + q4 : trọng lượng bản thân tấm nắp trên cống. + q5 : trọng lượng bản thân tấm bên cống. + q6 : trọng lượng bản thân tấm đáy cống. + p1, p1' : áp lực đất bên thành cống. + p2, p2' : áp lực nước bên ngoài tác dụng lên tấm bên cống. + r : phản lực nền. Sau đây ta sẽ lần lượt xác định giá trị các lực trên : 11.3.1 Áp lực đất : 11.3.1.1 Áp lực đất trên đỉnh cống : q 1 = K.∑ γ i .Z i (11-1) Trong đó : + Zi và γi là chiều dày và dung trọng của lớp đất đắp trên đỉnh cống. (Phần trên đường bão hoà tính theo dung trọng tự nhiên, phần nằm dưới đường bão hoà tính theo dung trọng đẩy nổi ). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 170 Ngành : Công trình Dựa vào sơ đồ tính thấm qua đập đất với các mặt cắt ở sườn đồi bên phải ta sẽ xác định được đường bão hoà, từ đó xác định được các Zi và γi tương ứng. Ta thấy vị trí đặt cống rất gần với mặt cắt II-II khi tính thấm. Để đơn giản tính toán có thể coi gần đúng phương trình đường bão hoà của mặt cắt dọc cống như đường bão hoà của mặt cắt II-II. => Phương trình đường bão hoà : y = 261,15 − 4,634x (11-2) Ta xác định chiều cao của đường thấm tại mặt cắt giữa mái hạ lưu đập : Xác định khoảng cách từ gốc toạ độ đến mặt cắt giữa đỉnh đập x = 14 (m). Thay vào phương trình đường bão hoà ta được : y = 261,15 − 4,634.14 = 14,01 (m). Cao trình đường bão hoà tại mặt cắt tính toán : ∇đbh = ∇đáy đập + 14,01 = 110,41 + 14,01 = 124,42 (m). - Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà : Z1 = ∇đỉnh đập -∇đbh = 127,8 – 124,42 = 3,38 (m). - Chiều cao của đường bão hoà đến đỉnh cống : Z2 = ∇đbh - ∇đỉnh cống = 124,42 – 115,97 = 8,45 (m). - Dung trọng tự nhiên của đất đắp đập : γtn = 1,81 (T/m3). - Dung trọng đẩy nổi của đất đắp : γđn = γbh - γn = 1,86 – 1,0 = 0,86 (T/m3). + K : là hệ số tập trung áp lực đất, phụ thuộc vào tính chất đất nền, phương pháp đặt cống, chiều sâu chôn cống và tỷ số H . Trong đồ án này cống D1 được đặt một phần trong nền. Đối với cống cứng thì hệ số K lấy theo bảng 15-4 (Giáo trình thủy công tập II trang 169). Với : H là chiều cao cột đất trên đỉnh cống. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 171 Ngành : Công trình H = ∇đỉnh đập - ∇đỉnh cống = 127,8 – 115,97 = 11,83 (m). D1 Chiều rộng của cống, D1 = 1,8 m. H = 6,572 . D1 => → Tra bảng 15-4, với cống đặt trên nền đá ta được K = 1,73. => q1 = 1,73.(1,81.3,38 + 0,86.8,45) = 23,16 (T/m). 11.3.1.2 Áp lực đất hai bên thành cống ( p1, p2 ) : Biểu đồ áp lực 2 bên có dạng hình thang : p1 = q1 tg2(45o – ϕ/2) , ( trên đỉnh ) (11-3) p1’= q1’tg2(45o - ϕ/2) , ( dưới đáy ) Trong đó : + q1’= q1 + γđđ.H = 23,16 + 0,86.2,55 = 25,35 (T/m). + H : chiều cao cống, H = Hc + 2t = 1,75 + 2.0,4 = 2,55 (m). + γđđ Dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy bằng dung trọng đẩy nổi, γđ = γđn = 0,86 (T/m3). 16 o15' ) = 13,03 (T/m) . 2 16 o15' ' 2 o p1 = 25,35.tg (45 − ) = 14,27 (T/m) . 2 p1 = 23,16.tg 2 (45 o − => 11.3.2 Áp lực nước : 11.3.2.1 Trên đỉnh cống (q2) : q2 = γn.Z2 = 1,0.8,45 = 8,45 (T/m). (11-4) 11.3.2.2 Hai bên thành cống (p2, p2’) : p2 = γn.Z2 = 1,0.8,45 = 8,45 (T/m). p2’ = γn.(Z2 + H) =1,0.(8,45 + 2,55) = 11 (T/m). 11.3.2.3 Dưới đáy cống : q3 = γn.(Z2 + H) =1,0.(8,45 + 2,55) = 11 (T/m). 11.3.3 Trọng lượng bản thân : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 172 Ngành : Công trình 11.3.3.1 Tấm nắp : q4 = γb.tn = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m). (11-5) Với tn là chiều dày nắp cống, tn = 0,4 m. 11.3.3.2 Tấm bên (phân bố theo phương đứng) : q5 = γb.tb = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m). Với tb là chiều dày tấm bên, tb = 0,4 m. 11.3.3.3 Tấm đáy : q6 = γb.tđ = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m) . Với tđ là chiều dày tấm đáy, tđ = 0,4 m. 11.3.4 Phản lực nền r : Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống , thường r không phân bố đều, song trong tính toán ta xem gần đúng là phân bố đều, khi đó : r = q1 + q2 - q3 +q4 + q6 + 2. q 5 . (H − t d − t n ) B r = 23,16 + 8,45 – 11 + 0,96 + 0,96 + 2.0,96. (11-6) (2,55 − 0,4 − 0,4) = 24,4 (T/m). 1,8 Với B = bc + 2tb = 1 + 2.0,4 = 1,8 (m). 11.3.5 Sơ đồ lực cuối cùng : 11.3.5.1 Các lực thẳng đứng : - Phân bố trên đỉnh : Tải trọng tiêu chuẩn : qtc = q1 + q2 + q4 = 23,16 + 8,45 + 0,96 = 32,57 (T/m). Tải trọng tính toán : q = 1,1.q1 + 1.q2 + 1,05.q4 = 34,93 (T/m). Trong đó : các hệ số 1,1; 1 và 1,05 là các hệ số vượt tải được tra trong bảng 6.1 trang 22 TCXDVN 285 – 2002. - Phân bố hai bên thành : Tải trọng tiêu chuẩn : q5 tc = 0,96 (T/m). Tải trọng tính toán : q5 = 1.05.q5 tc = 1,01 (T/m). - Phân bố dưới đáy : Tải trọng tiêu chuẩn : qn tc = r + q3 – q6 = 24,4 + 11 - 0,96 = 34,44 (T/m). Tải trọng tính toán : qn = r + 1.q3 – 1,05.q6 = 34,39 (T/m). Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 173 Ngành : Công trình 11.3.5.2. Các lực nằm ngang : Phân tải trọng ngang làm hai bộ phận, bộ phận đều p, và bộ phận tuyến tính p’. - Bộ phận đều : Tiêu chuẩn : ptc = p1 + p2 = 13,03 + 8,45 = 21,48 (T/m). Tính toán : p = 1,2.p1 +1.p2 = 24,09 (T/m). - Bộ phận tuyến tính : Tiêu chuẩn : p’tc = (p1’ – p1) + (p2’ – p2) = (14,27 -13,03) + (11 – 8,45) = 3,79 (T/m). p’ = 1,2.(p1’ – p1) + 1.(p2’ – p2) = 4,04 (T/m). q (T/m) p (T/m) q5 t bc = 1 m B = 1,8 m p' p q5 (T/m) Tính toán : H p' (T/m) qn (T/m) Hình 11-3 : Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống ngầm. Kết quả tính toán nội lực được ghi ở bảng sau : Bảng 11-1 : Giá trị các lực tác dụng lên cống. q1(T/m) q2(T/m) q3(T/m) q4(T/m) q5(T/m) q6(T/m) p1(T/m) p'1(T/m) p2(T/m) 23.16 8.45 11.00 0.96 0.96 0.96 13.03 14.27 8.45 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp 1.1 1 1 1.05 1.05 1.05 1.2 1.2 1 25.48 8.45 11.00 1.01 1.01 1.01 15.64 17.12 8.45 Áp lực đất trên đỉnh cống Áp lực nước trên đỉnh cống Áp lực nước dưới đáy cống TLBT tấm nắp TLBT tấm bên TLBT tấm đáy Áp lực đất hai bên thành cống Áp lực đất hai bên thành cống Áp lực nước hai bên thành cống Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư p'2(T/m) r (T/m) q (T/m) p (T/m) p' (T/m) 11.00 24.40 32.57 21.48 3.79 Trang 174 1 11.00 24.40 34.93 24.09 4.04 Ngành : Công trình Áp lực nước hai bên thành cống Phản lực nền Lực thẳng đứng trên đỉnh Lực nằm ngang phân bố đều Lực nằm ngang tuyến tính qn (T/m) 34.44 34.39 Lực thẳng đứng dưới đáy ( Các hệ số vượt tải n được tra ở bảng 6.1 ( trang 22 ) TCXDVN 285-2002 ứng với mỗi loại tải trọng ). 11.4 Xác định nội lực cống ngầm. 11.4.1 Mục đích tính toán : Thông qua tính toán nội lực cống ngầm ta sẽ xác định được chính xác các giá trị nội lực ở các vị trí khác nhau của cống, phục vụ cho việc tính toán, bố trí cốt thép sau này. 11.4.2 Phương pháp tính toán : Mặt cắt ngang của cống là một kết cấu siêu tĩnh bậc ba. Để xác định nội lực trong cống ta có một số phương pháp sau : - Phương pháp lực. - Phương pháp chuyển vị. - Phương pháp phần tử hữu hạn. - Phương pháp quang đàn hồi. - Phương pháp tra bảng. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ tin học ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, ta có thể dùng chương trình phần mềm SAP 2000 Version10 để tính toán nội lực cho kết cấu cống. 11.4.3 Giới thiệu về chương trình Sap 2000 : SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (version 6.11) – ĐH Avenue - Mỹ. Đến nay đã phát triển đến version 10. Các phiên bản của SAP 2000 gồm có : + Nonlinear Version : Phiên bản phi tuyến. + Standard Version : Phiên bản chuẩn. + Plus Version : Phiên bản nâng cao. + Education Version : Phiên bản dành cho học tập. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 175 Ngành : Công trình SAP 2000 phân tích kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn (dựa vào mô hình tương thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính được nội lực, ứng suất… của phần tử. 11.4.4 Sơ đồ tính toán : Có rất nhiều cách mô hình tính toán nội lực cống. Để đơn giản mà vẫn đảm bảo được độ chính xác cần thiết ta có thể mô hình tính toán là một khung đơn giản như sau : Chiều dài đoạn 12 = 34 = 1,4 (m) ; Chiều dài đoạn 14 = 23 = 2,15 (m). Hình 11- 4 : Mô hình tính toán nội lực cống bằng chương trình SAP2000. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 176 Ngành : Công trình Hình 11-5 : Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu. + Lực thẳng đứng trên đỉnh q ; + Lực nằm ngang phân bố đều p ; + Lực thẳng đứng dưới đáy qn ; + Lực nằm ngang tuyến tính p’ ; 11.4.5 Kết quả tính toán : 11.4.5.1 Trường hợp tải trọng tác dụng thẳng đứng : Tính toán tải trọng tác dụng thẳng đứng trên đỉnh q và tải trọng tác dụng thẳng đứng dưới đáy qn cho trường hợp cơ bản và trường hợp tính toán ta được kết quả như sau : 11.4.5.1.1 Giá trị mô men uốn M trường hợp tải trọng thẳng đứng : Bảng 11-2 : Giá trị mô men uốn M. Mô men M ( T.m ) M1= M2 M3 = M4 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 3.91 3.82 -3.58 -3.92 M6 = - M7 3.74 3.87 M5 9.61 10.23 M8 -10.04 -10.10 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 177 Trường hợp tải trọng cơ bản Ngành : Công trình Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-6 : Biểu đồ mô men uốn M33 với các trường hợp tải trọng. 11.4.5.1.2 Giá trị lực cắt Q trường hợp tải trọng thẳng đứng : Trường hợp tải trọng cơ bản Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-7 : Biểu đồ lực cắt Q22 với các trường hợp tải trọng. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 178 Ngành : Công trình Bảng 11-3 : Giá trị lực cắt Q trường hợp tải trọng thẳng đứng. Lực cắt Q (T) Q1 = - Q2 Q3 = - Q 4 Q6 = - Q 7 Q5 Q8 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 31.00 30.95 29.31 31.44 0.13 -0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 11.4.5.2 Trường hợp tải trọng tác dụng nằm ngang : 11.4.5.2.1 Giá trị mô men uốn M trường hợp tải trọng tác dụng ngang : Bảng 11-4 : Giá trị mô men uốn M. Mô men M ( T.m ) M1= M2 = M8 M3 = M4 = M5 M6 = - M7 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Cơ bản Tính toán 7.48 8.36 -7.37 -8.23 -11.57 -12.93 Trường hợp tải trọng cơ bản Ghi chú Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-8 : Biểu đồ mô men uốn M33 với các trường hợp tải trọng. 11.4.5.2.2 Giá trị lực cắt Q trường hợp tải trọng tác dụng ngang : Bảng 11-5 : Giá trị lực cắt Q. Lực cắt Q (T) Q1 = - Q2 Q3 = - Q 4 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Cơ bản Tính toán 30.65 34.20 28.95 32.38 Ghi chú Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Q6 = - Q 7 Q5 Q8 Trang 179 -0.36 0.00 0.00 Trường hợp tải trọng cơ bản Ngành : Công trình -0.38 0.00 0.00 Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-9 : Biểu đồ mô men uốn M33 với các trường hợp tải trọng. 11.4.5.3 Tổng hợp các tổ hợp tải trọng tác dụng thẳng đứng và nằm ngang : Tính riêng cho từng tổ hợp tải trọng tác dụng theo phương đứng và theo phương ngang, sau đó tổ hợp các trường hợp lại ta được kết quả cần tìm. Trong phần mềm tính toán đã có chức năng tổ hợp các trường hợp tải trọng, ta sử dụng chức năng này tổ hợp các trường hợp tải trọng tác dụng sẽ thu được kết quả yêu cầu . 11.4.5.3.1 Giá trị mô men uốn tổng hợp M : Bảng 11-6 : Giá trị mô men uốn tổng hợp M. Mô men M ( T.m ) M1= M2 M3 = M4 M6 = - M7 M5 M8 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 11.39 12.18 -10.94 -12.15 -7.83 -9.06 2.25 1.99 -2.55 -1.75 Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 180 Trường hợp tải trọng cơ bản Ngành : Công trình Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-10 : Biểu đồ mô men uốn tổng hợp M33 với các trường hợp tải trọng . 11.4.5.3.2 Giá trị lực cắt tổng hợp Q : Trường hợp tải trọng cơ bản Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-11 : Biểu đồ lực cắt tổng hợp Q22 với các trường hợp tải trọng. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 181 Ngành : Công trình Bảng 11-7 : Giá trị lực cắt tổng hợp Q. Lực cắt Q (T) Q1 = - Q2 Q3 = - Q 4 Q6 = - Q 7 Q5 = Q8 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán 31.00 30.95 29.31 31.44 -0.23 -0.42 0.00 0.00 11.4.5.3.3 Giá trị lực dọc tổng hợp N : Trường hợp tải trọng cơ bản Trường hợp tải trọng tính toán Hình 11-12 : Biểu đồ lực dọc tổng hợp N với các trường hợp tải trọng. Bảng 11-8 : Giá trị lực dọc tổng hợp N. Lực dọc N (T) N12= N21 = N8 N23 = N14 N32 = N41 N34 = N43 = N5 N6 = N 7 Nội lực ứng với các trường hợp tải trọng Ghi chú Cơ bản Tính toán -30.79 -34.16 -31.76 -34.01 -29.31 -31.44 -28.82 -32.42 -30.54 -32.72 11.5 Tính toán cốt thép. 11.5.1 Số liệu tính toán : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 182 Ngành : Công trình Chọn bê tông mác 200 (M200), cốt thép nhóm CII để tính toán và bố trí cốt thép trong cống. Ta có các chỉ tiêu tính toán như sau : + Rn : cường độ tính toán chịu nén của bê tông theo trạng thái giới hạn I khi nén dọc trục : tra bảng 4 (trang 15) TCVN 4116 - 85 ta được Rn = 90 kg/ cm2. + Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông theo trạng thái giới hạn II khi kéo dọc trục : tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rkc = 11,5 kg/ cm2. + Rk : cường độ tính toán chịu kéo của bê tông đối với trạng thái giới hạn I khi kéo dọc trục : tra theo bảng 3 TCVN 4116 - 85 ta được Rk = 7,5 kg/ cm2. + Kn : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình : tra theo bảng 2 (trang 9) TCVN 4116 - 85 đối với công trình cấp III ta được : Kn = 1,15. + nc : hệ số tổ hợp tải trọng tra bảng 3 TCVN 4116 - 85 với tổ hợp tải trọng cơ bản ta được nc = 1,0. + ma : hệ số điều kiện làm việc của cốt thép : tra theo bảng 9 (trang 22) TCVN 4116 - 85 ta được : ma = 1,1. + Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép: tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được Ra = 2700 kg/ cm2. + Ra’ : cường độ chịu nén của cốt thép : tra theo bảng 8 TCVN 4116 - 85 ta được Ra’ = 2700 kg/ cm2. + Ea : mô đun đàn hồi của cốt thép : tra theo bảng 13 (trang 24) TCVN 4116 85 ta được : Ea = 2,1.106 kg/ cm2. + Eb : mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông Eb = 240.103 kg/ cm2. Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép ở miền kéo và miền nén là a = a' = 6,5 cm. + Chiều cao hữu ích của tiết diện là : h0 = h - a = 40 - 6,5 = 33,5 (cm). + Tra bảng 17 (trang 32) với mác bê tông M200, nhóm cốt thép CII ta được hệ số giới hạn αo = 0,6. => A0 = α0(1 - 0,5. α0) = 0,42. + Chiều dài tính toán của kết cấu l0 =  0,5.H : thành cống.   0,5.B : trần và đáy cống. => l0 =  1,275 m : với thành cống.   0,9 m : với trần cống và đáy cống. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 183 + Độ mảnh λh của cấu kiện: λh = Ngành : Công trình lo < 5. ho + Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin = Fa + Fa ' .100% = 0,05%. (bảng 4 - 1 (trang b.h o 62) giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép ''. + Hàm lượng cốt thép lớn nhất µmax = 3,5%. + Fa, Fa' : diện tích cốt thép ở miền kéo và miền nén của kết cấu. Yêu cầu hàm lượng cốt thép đảm bảo :  Fa , Fa' > µmin.b.h0 .   Fa + Fa' < µmax.b.h0 . 11.5.2 Trường hợp tính toán : Trong phạm vi chuyên đề này ta tính toán và bố trí cốt thép theo phương ngang của cống. Chọn tải trọng tính toán để tính toán và bố trí cốt thép cho cống . Dựa vào bảng kết quả tính toán nội lực ta chọn một trị số nội lực để tính toán và bố trí cốt thép như sau : Biểu đồ mô men uốn M Biểu đồ lực cắt Q Biểu đồ lực dọc N Hình 11-13 : Biểu đồ nội lực tính toán bố trí cốt thép. * Các mặt cắt tính toán : Để thuận tiện cho việc tính toán và bố trí cốt thép theo phương ngang ta tính toán cốt thép cho các mặt cắt sau : + Với trần cống : chọn mặt cắt qua điểm nút (4) (phải) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài trần cống. Chọn mặt cắt qua điểm nút (5) là mặt cắt có giá trị mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong của trần cống . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 184 Ngành : Công trình Mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) (phải) trần cống có : M4 = - 12,15 (T.m) ; Q4 = - 31,44 (T) ; N4 = - 32,42 (T) . Mặt cắt trong qua điểm nút (5) trần cống có : M5 = 1,99 (T.m) ; Q5 = 0 (T) ; N5 = - 32,42 (T) . + Với thành bên : chọn mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài của thành bên. Chọn mặt cắt qua điểm nút (6) là mặt cắt có giá trị mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong cho thành bên của cống . Mặt cắt ngoài qua điểm nút (1) (trên) của thành bên có : M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; N1 = - 34,01 (T) . Mặt cắt trong qua điểm nút (6) thành bên có : M6 = -9,06 (T.m) ; Q6 = -0,42 (T) ; N6 = - 32,72 (T) . + Với đáy cống : chọn mặt qua điểm nút (2) (trái) là mặt cắt có giá trị mô men căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài cho đáy cống. Chọn mặt cắt qua điểm nút (8) là mặt cắt có mô men căng trong lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía trong của đáy cống . Mặt cắt ngoài qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống có : M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T) . Mặt cắt trong qua điểm nút (8) của đáy cống có : M8 = -1,75 (T.m) ; Q8 = 0 (T) ; N4 = - 34,16 (T). 11.5.3 Tính toán cốt thép dọc chịu lực : 11.5.3.1 Tính toán và bố trí cốt thép cho trần cống : 11.5.3.1.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) (phải) của trần cống : M4 = - 12,15 (T.m) ; Q4 = - 31,44 (T) ; N4 = - 32,42 (T) . Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có các kích thước b x h = 100 x 40 (cm) . Dựa vào kết quả tính toán nội lực ta thấy đây là cấu kiện chịu nén lệch tâm . Trình tự tính toán cốt thép cho mặt cắt như sau : - Xét uốn dọc : + l o 0,5.B 0,5.1,8 = = = 2,25 < 10 nên ảnh hưởng của uốn dọc với cấu kiện là h h 0,4 không đáng kể, do đó ta lấy η = 1. + Độ lệch tâm e0 : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 185 e0 = Ngành : Công trình M 12,15 = = 0,375 = 37,5 (cm) . N 32,42 (11-7) Ta thấy η.e0 = 37,5 > 0,3.h0 = 10,05 (cm) nên cấu kiện là cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn . - Tính toán cốt thép : + Sơ đồ ứng suất : Sơ đồ ứng suất của cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn được thể hiện trên hình 1114 . η.eo Hình 11-14 : Sơ đồ ứng suất của cấu kiện chịu nén lệch tâm. Trong đó : e = η.e0 + 0,5.h - a = 51 (cm) : là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa . e' = η.e0 - 0,5.h + a' = 24 (cm) : là khoảng cách từ điểm đặt của lực nén dọc N đến trung tâm cốt thép Fa' . x : chiều cao vùng nén của cấu kiện . + Công thức cơ bản (các phương trình cơ bản) : kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.x + ma.Ra'.Fa' - ma.Ra.Fa kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.x.( h0 - x ) + ma.Ra'.Fa'.( h0- a' ) 2 (11-8) (11-9) + Đây là bài toán xác định Fa và Fa' khi biết các điều kiện b, h, M, N,...của cấu kiện . Chọn x = αo.h0 (α = αo , A = A0) thay vào phương trình (11-9) ta được : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 186 Ngành : Công trình k n .n c .N.e − m b .R n .b.h 02 .A o Fa' = m a .R 'a .(h o − a' ) => 1,15.1.32420.51 − 1.90.100.33,5 2.0,42 Fa' = = - 29,2 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) Vì Fa' < 0 nên ta chọn Fa' theo các điều kiện sau : (1) Điều kiện về hàm lượng cốt thép Fa' = µmin.b.h0 = 0,0005.100.33,5 = 1,675 (cm2) . (2) Điều kiện cấu tạo : Fa' = 5 φ12 = 5,65 cm2 . Vậy ta chọn Fa' = 5φ12 . + Bây giờ bài toán trở thành bài toán xác định F a khi biết Fa' và các điều kiện khác . Đặt A = α.( 1- 0,5.α ), từ phương trình (11-9) ta có : k n .n c .N.e − m a .R 'a .Fa' (h o − a' ) A= = 0,143 m b .R n .b.h 02 (11-10) Có A ta tính được α = 1- 1 − 2.A = 0,155 . 2.a' 13 = = 0,388 . ho 33,5 2.a' + Ta thấy α < h chứng tỏ Fa' chỉ đạt σa' < Ra'. Nên ta lấy x = 2.a' và tính F a o theo công thức : Fa = k n .n c .N.e' 1,15.1.32420.24 = = 11,16 ( cm2 ) . m a .R a (h o − a' ) 1,1.2700.(33,5 − 6,5) Fa > µmin.b.h0 = 1,675 cm2 : thoả mãn yêu cầu đặt ra . 11.5.3.1.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (5) của trần cống : M5 = 1,99 (T.m) ; Q5 = 0 (T) ; N5 = - 32,42 (T) . + Tiến hành tính toán tương tự như mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) ta có : e0 = M 1,99 = = 0,0614 = 6,14 (cm) . N 32,42 Ta thấy η.e0 = 6,14 < 0,3.h0 = 10,05 (cm) nên cấu kiện là cấu kiện chịu nén lệch tâm bé . h η.e0 = 6,14 < 0,2.h0 = 6,7 (cm) → x = h - (1,8 + 2h − 1,4α 0 )η e 0 0 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp (11-11) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 187 = 40 - (1,8 + Ngành : Công trình 40 − 1,4.0,6).6,14 = 30,44 (cm) . 2.33,5 x = 30,44 cm < h0 = 33,5 cm . e = η.e0 + 0,5.h – a = 6,14 + 0,5.40 – 6,5 = 19,64 (cm) . e’ = 0,5h - ηe0 – a’ = 0,5.40 – 6,14 – 6,5 = 7,36 (cm) .  ηe  6,14 σ a = 1 − 0 R a = (1 − ).2700 = 2205,13 (daN/cm2) . h 33 , 5 0   Fa' = = (11-12) k n .n c .N.e − m b .R n .b.x.(h 0 − x/2) m a .R 'a .(h o − a' ) 1,15.1.32420.19,64 − 1.90.100.30,44.(33,5 − 30,44/2) = - 53,32 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) + Ta chọn Fa' = 5φ12 = 5,65 (cm2) theo điều kiện cấu tạo . + Bây giờ bài toán trở thành bài toán xác định F a khi biết Fa' và các điều kiện khác . k n .n c .N.e − m a .R 'a .Fa' (h o − a' ) A= = 0,028 . m b .R n .b.h 02 Có A ta tính được α = 1- 1 − 2.A = 0,0284 . 2.a' 13 = = 0,388 . ho 33,5 2.a' + Ta thấy α < h chứng tỏ Fa' chỉ đạt σa' < Ra'. Nên ta lấy x = 2.a' và tính F a o theo công thức : Fa = k n .n c .N.e' 1,15.1.32420.7,36 = = 4,19 ( cm2 ) . m a .σ a (h o − a' ) 1,1.2205,13.(33,5 − 6,5) Fa > µmin.b.h0 = 1,675 cm2 : thoả mãn yêu cầu đặt ra . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho trần cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 11,16 ; 5,65 ) . => Fngoài = 11,16 (cm2) . Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 5,65 ; 4,19 ) . => Ftrong = 5,65 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho trần cống như sau : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 188 Ngành : Công trình + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . + Cốt thép phía trong cống : Ftrong = 5 φ12 = 5,65 (cm2), a = 20 (cm) . 11.5.3.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho thành bên của cống : 11.5.3.2.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (1) (trên) của thành bên cống : M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; N1 = - 34,01 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt đã tính ở trên ta được kết quả như sau : + l0 = 0,5.H = 0,5.2,55 = 1,275 (m) . + l 0 1,275 = = 3,1875 < 10 → η = 1 . h 0,4 + e0 = 35,81 (cm) . + ηe0 = 35,81 > 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm lớn . + e = 49,31 (cm) . + e' = 22,31 (cm) . + Fa' = - 28,85 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,1461 => α = 0,1587 . + Fa = 10,88 (cm2) . 11.5.3.2.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (6) của thành bên cống : M6 = - 9,06 (T.m) ; Q6 = - 0,42 (T) ; N6 = - 32,72 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt trên ta được kết quả như sau : + e0 = 27,69 (cm) . + ηe0 = 27,69 cm > 0,3.h0 = 10,05 cm → nén lệch tâm lớn . + e = 41,19 (cm) . + e' = 14,19 (cm) . + Fa' = - 33,57 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,1086 => α = 0,1152 . + Fa = 6,66 (cm2) . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho thành bên của cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 5,65 ; 10,88 ) . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 189 Ngành : Công trình => Fngoài = 10,88 (cm2) . Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 6,66 ; 5,65 ) . => Ftrong = 6,66 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho thành bên cống như sau : + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . + Cốt thép phía trong cống : Ftrong = 6 φ12 = 6,79 (cm2), a = 16,67 (cm) . 11.5.3.3 Tính toán và bố trí cốt thép cho bản đáy cống : 11.5.3.3.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống : M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt ở trên ta được kết quả như sau: + l0 = 0,5.B = 0,5.1,8 = 0,9 (m) . + l 0 0,9 = = 2,25 < 10 → η = 1 . h 0,4 + e0 = 35,66 (cm) . + ηe0 = 35,66 > 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm lớn . + e = 49,16 (cm) . + e' = 22,16 (cm) . + Fa' = - 28,82 (cm2) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,1463 => α = 0,1589 . + Fa = 10,86 (cm2) . 11.5.3.3.2 Mặt cắt trong qua điểm nút (8) của đáy cống : M8 = -1,75 (T.m) ; Q8 = 0 (T) ; N4 = - 34,16 (T) . Tiến hành tính toán tương tự như đối với mặt cắt trên ta được kết quả như sau : + e0 = 5,12 (cm) . + ηe0 = 5,12 < 0,3.h0 = 10,05 → nén lệch tâm bé . + x = 32,03 (cm) < h0 = 33,5 (cm) . + e = 18,62 (cm) . + e' = 8,38 (cm) .  ηe  5,12 0 R a = (1 − ).2700 = 2287,34 (daN/cm2) . + σ a = 1 − h 33 , 5 0   Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư + Fa' = Trang 190 Ngành : Công trình k n .n c .N.e − m b .R n .b.x.(h 0 − x/2) m a .R 'a .(h o − a' ) = 1,15.1.34160.18,62 − 1.90.100.32,03.(33,5 − 32,03/2) = - 53,73 (cm2) . 1,1.2700.(33,5 − 6,5) => chọn Fa' = 5 φ12 = 5,65 (cm2) . + A = 0,0276 => α = 0,028 . + Fa = 4,85 (cm2) . * Căn cứ vào kết quả tính toán cốt thép ở hai mặt cắt trên ta chọn và bố trí cốt thép cho bản đáy của cống như sau : Cốt thép phía ngoài cống Fngoài = max( 10,86 ; 5,65 ) . => Fngoài = 10,86 (cm2). Cốt thép phía trong cống Ftrong = max( 5,65; 4,85 ) . => Ftrong = 5,65 (cm2) . Ta tiến hành bố trí cốt thép cho bản đáy cống như sau : + Cốt thép phía ngoài cống : Fngoài = 6 φ16 = 12,06 (cm2), a = 16,67 (cm) . + Cốt thép phía trong cống: Ftrong = 5 φ12 = 5,65 (cm2), a = 20 (cm) . Như vậy ta có kết quả tính toán cốt thép dọc chịu lực của cống ngầm như sau : Bảng 11-9 : Kết quả tính toán cốt thép dọc chịu lực của cống ngầm . Cấu kiện Cốt thép phía trong cống Diện Khoảng tích Loại cách 2 (cm ) thép (cm) φ12 Trần cống 5,65 20 φ12 Thành bên 6,79 16,67 φ12 Đáy cống 5,65 20 11.5.4 Tính toán cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên) : Cốt thép phía ngoài cống Diện Khoảng tích Loại cách 2 (cm ) thép (cm) φ16 12,06 16,67 φ16 12,06 16,67 φ16 12,06 16,67 Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng của cấu kiện có thể được tiến hành theo phương pháp đàn hồi hoặc phương pháp trạng thái giới hạn. Ở đây ta dùng phương pháp trạng thái giới hạn để tính toán . 11.5.4.1 Điều kiện tính toán : Khi thoả mãn điều kiện sau thì cần phải tính toán cốt xiên, cốt đai cho cấu kiện : 0,6.mb4.Rk < σ1 = τ0 = Sinh viên : Lê Ngọc Diệp k n .n c .Q ≤ mb3.Rkc . 0,9.b.h o (11-13) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 191 Ngành : Công trình Trong đó : • Q : lực cắt lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra (kg). • Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông, Rkc = 11,5 (kg/cm2). • Rk : cường độ chịu kéo của bê tông, Rk = 7,5 (kg/cm2). • mb3 : hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép. Tra bảng 5 (trang 16) TCVN 4116 - 85 ta được mb3 = 1,15. • mb4 : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu bê tông không cốt thép. Tra bảng 5 TCVN 4116 – 85 ta được mb4 = 0,9 . • τ0: ứng suất tiếp lớn nhất trên mặt cắt tính toán (kg/cm2). • kn : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình, kn = 1,15. • nc : hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1. 11.5.4.2 Mặt cắt tính toán : Trên cấu kiện ta cần chọn các vị trí có lực cắt lớn để tính toán và bố trí cốt thép ngang cho cống. Do đó ta cần tính toán cho các mặt cắt sau : - Với đáy cống : tính toán cho mặt cắt đi qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống có: M2 = 12,18 (T.m) ; Q2 = - 30,95 (T) ; N2 = - 34,16 (T). - Với thành bên cống : tính toán cho mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) và điểm nút (4) (dưới) của trành bên có : M1 = 12,18 (T.m) ; Q1 = 34,16 (T) ; NB = - 34,01 (T). M4 = 12,15 (T.m) ; Q4 = - 32,42 (T) ; NC = - 31,44 (T). - Với trần cống : tính toán cho mặt cắt qua điểm nút (3) (trái) của trần cống có : M3 = - 12,15 (T.m) ; Q3 = 31,44 (T) ; N3 = - 32,42 (T). 11.5.4.3 Tính toán cốt thép ngang cho đáy cống : Với cốt thép ngang trong cống ta thường chỉ bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta chỉ tính toán và bố trí cốt thép xiên cho cống (không tính toán và bố trí cốt thép ngang cho cống). Thay số ứng với các giá trị nội lực tại mặt cắt qua điểm nút (2) (trái) của đáy cống vào công thức 11-13 ta được : 0,6.mb4.Rk = 0,6.0,9.7,5 = 4,05 (kg/cm2) . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp (11-14) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư τ0 = Trang 192 Ngành : Công trình k n .n c .Q 1,15.1.30950 = = 11,81 (kg/cm2). 0,9.b.h o 0,9.100.33,5 mb3.Rkc = 1,15.11,5 = 13,225 (kg/cm2). Như vậy ta thấy 0,6.mb4.Rk < σ1 = τ0 = (11-15) (11-16) k n .n c .Q ≤ mb3.Rkc nên ta phải tính toán 0,9.b.h o và bố trí cốt thép xiên cho cống. 11.5.4.3.1 Sơ đồ tính toán : Sơ đồ tính toán được thể hiện như trên hình vẽ . 30,95 T Trong đó : Q 30,95 T 180 cm • σ1a: ứng suất chính kéo do cốt Hình 11-15 : Biểu đồ lực cắt. dọc chịu. • σ1x : ứng suất chính kéo do x cốt xiên phải chịu . • σ1= τ0 : ứng suất chính kéo σ = τ 1 0 do cốt xiên và cốt dọc phải σ1x 0,6.m b4.Rk σ1a chịu. 90 cm Hình 11-16 : Phân bố ứng suất chính kéo. 11.5.4.3.2 Tính toán cốt xiên cho đáy cống : - Do biểu đồ ứng suất chính kéo có dạng tam giác nên ứng suất chính do cốt dọc chịu được tính theo công thức : σ1a = 0,225. σ1 = 0,225.11,81 = 2,66 (kg/cm2) . - (11-17) Ứng suất chính kéo do cốt xiên phải chịu : σ1x = σ1 - σ1a = 11,81 - 2,66 = 9,15 (kg/cm2) . x 11,81 − 4,05 = => x = 59,14 (cm) . 90 11,81 (11-18) (11-19) - Đặt cốt xiên nghiêng với trục cấu kiện một góc 45 o, diện tích cốt xiên được tính theo công thức : Fx = Ω X .b m a .R ax . 2 Sinh viên : Lê Ngọc Diệp = 0,5.59,14.9,15.100 1,1.2700. 2 = 6,44 (cm2) . (11-20) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 193 Ngành : Công trình 11.5.4.3.3 Chọn và bố trí cốt thép : Với Fx = 6,44 (cm2) ta chọn 6 thanh φ12 có F = 6,79 (cm 2) để bố trí cốt xiên cho cống. Ta bố trí các thanh cốt xiên thành một lớp. Vị trí các thanh cốt xiên được xác định như sau : + Xác định trọng tâm của phần diện tích thép xiên ΩX . + Từ trọng tâm của của phần diện tích thép xiên này dóng lên trục dầm ta xác định được vị trí của lớp thép xiên . Hình 11-17 : Sơ đồ xác định vị trí thép xiên. + Gọi khoảng cánh từ mép ngoài trục cấu kiện tới vị trí thép xiên là x1 thì : x1 ≈ x = 19,71 (cm). 3 (11-21) 11.5.4.4 Tính toán cốt thép ngang cho trần cống và thành bên cống : Tính toán tương tự như cho bản đáy cống ta được kết quả như sau : 11.5.4.4.1 Với trần cống (mặt cắt qua điểm nút 3) : τ0 = 11,99 (kg/cm2) . σ1a = 2,70 (kg/cm2) . σ1x = 9,29 (kg/cm2) . x = 59,60 (cm) . x1 = 19,87 (cm) . Fx = 6,6 (cm2) . 11.5.4.4.2 Với thành bên cống : - Mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) : τ0 = 13,03 (kg/cm2) . σ1a = 2,93 (kg/cm2) . σ1x = 10,10 (kg/cm2) . Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 194 Ngành : Công trình x = 62,03 (cm) . x1 = 20,68 (cm) . Fx = 7,46 (cm2) . - Mặt cắt qua điểm nút (4) (dưới) : τ0 = 12,37 (kg/cm2) . σ1a = 2,78 (kg/cm2) . σ1x = 9,59 (kg/cm2) . x = 60,53 (cm) . x1 = 20,18 (cm) . Fx = 6,91 (cm2) . Để thuận tiện cho việc bố trí thép xiên cho cống ở các mặt cắt trên ta chọn mặt cắt có diện tích thép xiên lớn nhất để bố trí cho các mặt cắt trên. Do đó ta chọn diện tích thép xiên là Fx = 5φ14 = 7,69 (cm2). Vị trí và khoảng cách các thanh thép xiên ở các vị trí như sau : Bảng 11-10: Diện tích và vị trí các thanh thép xiên. Cấu kiện Loại thép x1 (cm) Trần cống Thành bên Đáy cống φ 14 φ 14 φ 14 19,87 20,68 19,71 Khoảng cách (cm) 20 20 20 11.6 Tính toán và kiểm tra nứt. 11.6.1 Mặt cắt tímh toán : Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính toán và kiểm tra nứt cho kết cấu, chọn mặt cắt có mô men lớn nhất (ứng với tải trọng tiêu chuẩn) để tính toán và kiểm tra nứt cho kết cấu, đó là mặt cắt qua điểm nút (1) (trên) của thành bên cống có các giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn như sau : M1 = 11,39 (T.m) ; Q1 = 30,79 (T) ; N1 = -31,76 (T). 11.6.2 Tính toán và kiểm tra nứt : 11.6.2.1 Xác định các đặc trưng qui đổi : - Chiều cao vùng nén : xn = Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Sqd Fqd . (11-22) Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 195 Ngành : Công trình Trong đó: + Sqđ: mô men tĩnh qui đổi của tiết diện. Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a'.Fa' + Fa.h0) . (11-23) + Fqđ: diện tích qui đổi của tiết diện . Fqđ = Fb + n.(Fa + Fa') (11-24) - Mô men quán tính qui đổi của tiết diện : Jqđ = b 3 .(x n + (h − x n ) 3 ) + n.Fa' (x n − a' ) 2 + n.Fa .(h o − x n ) 2 . 3 (11-25) - Mô đun chống uốn của tiết diện : Wqđ = J qd h − xn . (11-26) Hình 11-18 : Sơ đồ tính toán các giá trị quy đổi. Trong đó: b = 100 (cm) ; h = 40 (cm) ; a = a' = 6,5 (cm) ; h0 = 33,5 (cm) ; Fa = 12,06 (cm2) ; Fa' = 6,79 (cm2) ; n = E a 2100 = = 8,75 . Eb 240 - Thay số vào các công thức trên ta được : + Fqđ = 100.40 + 8,75.(12,06 + 6,79) = 4164,94 (cm2) . + Sqđ = 0,5.100.402 + 8,75.(6,5.6,79 + 12,06.33,5) = 83921,27 (cm2) . + xn = 20,15 (cm) . + Jqđ = 100 .(20,153 + (40 − 20,15) 3 ) + 8,75.6,79.(20,15 − 6,5) 2 + 3 + 8,75.12,06.(33,5 − 20,15) 2 = 563300,15 (cm4) . + Wqđ = 563300,15 = 28377,84 (cm3) . 40 − 20,15 11.6.2.2 Khả năng chống nứt của tiết diện : Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả năng chống nứt của tiết diện được xác định theo công thức : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 196 Ngành : Công trình γ 1 .R ck Nn = e o − 1 . Wqd (11-27) Fqd Trong đó : + Nn là lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện có thể chịu được ngay trước khi khe nứt thẳng góc xuất hiện . + γ1 = γ.mh = 1.1,75 = 1,75 là hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo . + mh là hệ số tra phụ lục 13 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được m h = 1. + γ là hệ số tra phụ lục 14 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được γ = 1,75 . + Độ lệch tâm của lực nén dọc tiêu chuẩn : e0 = M C 1139000 = = 35,86 (cm) . 31760 NC + Rkc = 11,5 (kg/ cm2) . Thay số vào công thức trên ta được : 1,75.11,5 = 19661,72 1 Nn = 35,86 − (kg) . 28377,84 4164,94 11.6.2.3 Kiểm tra nứt : Điều kiện không xuất hiện khe nứt thẳng góc : nc.Nc < Nn . (11-28) Ta thấy nc.Nc = 31760 (kg) > Nn nên cấu kiện (thành cống) bị nứt theo phương dọc cống . Ta cần xác định bề rộng khe nứt xem nó có thoả mãn điều kiện cho phép không (an ≤ an gh ). Nếu bề rộng khe nứt không thoả mãn điều kiện này thì kết cấu bị mất ổn định trong quá trình làm việc do nứt gây ra. 11.6.2.4 Tính bề rộng khe nứt : - Bề rộng khe nứt được xác định theo công thức kinh nghiệm : an = k.c.η. σa − σo .7.(4 − 100 .µ). d . Ea (11-29) Trong đó : Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 197 Ngành : Công trình + k : hệ số phụ thuộc trạng thái và tình trạng tác dụng của tải trọng, với cấu kiện chịu nén lệch tâm k = 1. + c : hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, với tải trọng dài hạn c = 1,3. + η: hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, với thép có gờ η = 1. + µ = Fa /(b.h0) = 12,06/(100.33,5) = 3,6.10-3 < 2% : thoả mãn yêu cầu. + σo : ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, với kết cấu ngâm trong nước thì σo = 200 ( kg/ cm2 ) . + σa : ứng suất trong cốt thép : Với cấu kiện chịu nén lệch tâm : N C .(e − Z1 ) σa = . Fa .Z1 (11-30) • e : khoảng cách từ lực dọc lệch tâm đến trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo Fa , e = η.e0 + 0,5.h - a = 1.35,86 + 0,5.40 – 6,5 = 49,36 (cm) . • Fa : diện tích cốt thép dọc chịu kéo, Fa = 12,06 (cm2) . • Z1 : khoảng cách từ trong tâm cốt thép dọc chịu kéo đến điểm đặt của hợp lực miền nén tại tiết diện có khe nứt. Z 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm : Z1 = η.h0 . (11-31) Với η là hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cốt thép chịu kéo, tra bảng 5-1 (trang 70) giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta được η = 0,85 . => Z1 = 0,85.33,5 = 28,475 (cm) . => σa = 31760.( 49,36 − 28,475) = 1931,54 (kg/cm2) . 12,06.28,475 Thay số vào công thức trên ta được : an = 1.1,3.1. 1931,54 − 200 .7.(4 − 100.3,6.10 −3 ) 16 = 0,11 (mm) . 2,1.10 6 - Bề rộng khe nứt cho phép an gh : Tra bảng 18 (trang 52) TCVN 4116 - 85 ta được bề rộng khe nứt giới hạn : an gh = 0,25.1,6 = 0,4 (mm). Vậy an < an gh nên kết cấu đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình làm việc khi khe nứt xuất hiện. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 198 Ngành : Công trình PHỤ LỤC TÍNH TOÁN. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 199 Ngành : Công trình TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1] Giáo trình thuỷ công, tập I + II, NXB Xây dựng 2005. [2] Đồ án môn học thuỷ công Trường Đại Học Thuỷ Lợi – 2004. [3] Giáo trình thuỷ lực, tập I + II + III NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp – 1987. [4] Bài tập thuỷ lực, tập I + II NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp – 1979. [5] Giáo trình thuỷ văn công trình NXB Nông nghiệp – 1993. [6] Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng NXB Khoa học và Kỹ thuật – 1977. [7] Thiết kế đập đất Nguyễn Xuân Trường – Xuất bản 1972. [8] Ví dụ tính toán đập đất, Vụ kỹ thuật 1977. [9] Cơ sở tính toán các công trình thuỷ lợi bằng đất NXB Khoa học và thuật 1971. [10] Thiết kế và thi công hồ chứa nước loại vừa và nhỏ NXB Nông nghiệp. [11] Hồ chứa vùng đồi, Hà Nội 1976. [12] Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước PGS . TS. Phạm Ngọc Quý – Trường Đại Học Thủy Lợi. NXB Xây Dựng – 2003. [13] Sổ tay tính toán thủy lực NXB Nông Nghiệp. [14] Hướng dẫn sử dụng phần mềm địa kỹ thuật GEO – SLOPE 5.0 GS. Nguyễn Công Mẫn. [15] Công trình thuỷ lợi, các quy định chủ yếu về thiết kế TCXDVN 285:2002. [16] Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén, 14 TCN 157 - 2005. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 200 Ngành : Công trình [17] Quy phạm tính toán Thủy lực đập tràn QPTL C8 – 76. [18] Ví dụ thiết kế tràn máng phun. [19] Quy phạm thiết kế tràn xả lũ SJD 341 – 89, Hà Nội 1999. [20] Quy phạm tải trọng tác dụng lên công trình thủy lợi QPTL C1-78. [21] Thiết kế cống, Trịnh Bốn – Lê Hoà Xướng NXB Nông Thôn 1988. [22] Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép, Trường đại học thuỷ lợi. [23] Bài tập và đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép. [24] Quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu QPTL C1 – 75,Vụ kỹ thuật 1976. [25] Các bảng tính thuỷ lực, trường Đại Học Thuỷ Lợi – 1995. [26] TCVN 4253 – 86 Nền các công trình thuỷ công, Hà Nội 2003. [27] TCVN 4118 – 85 Tiêu chuẩn thiết kế kênh tưới. [28] Giáo trình cơ học đất, Trường đại học thuỷ lợi Nhà Xuất Bản Xây Dựng 2003. [29] Hướng dẫn sử dụng SAP 2000, Bộ môn kết cấu công trình. [30] TCVN 4116 – 85 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép. [31] Giáo trình thuỷ nông tập I NXB Nông thôn 1970. Sinh viên : Lê Ngọc Diệp Lớp 44C4 [...]... 0.007 114 0 .21 4 123 0.893 Sinh viờn : Lờ Ngc Dip 106 0.014 115 0 .26 1 124 1.037 107 0. 026 116 0.3 12 125 1.160 108 109 110 111 1 12 0.033 0.053 0.074 0.1 02 0. 127 117 118 119 120 121 0.373 0.445 0.518 0.60 0.674 126 127 128 129 130 1.359 1.60 1. 920 2. 235 2. 521 Lp 44C4 ỏn tt nghip k s Trang 31 - ng quỏ trỡnh l n : Q (m3/s) L n cú dng tam giỏc t (gi) Q (m3/s) 0 0 1,383 26 5,9 4,15 Ngnh : Cụng trỡnh 26 5,90 0... MNLTK + d (3-1) Trong ú : d - Chiu cao an ton cú th ly d = 1,5 ữ3 m Chn d = 3 m MNLTK - Mc nc l thit k Vỡ MNLTK cha bit nờn cú th s b chn : MNLTK = MNDBT + 2, 5 m = 122 ,5 + 2, 5 = 125 ( m ) Sinh viờn : Lờ Ngc Dip Lp 44C4 ỏn tt nghip k s => Trang 22 Ngnh : Cụng trỡnh Z = MNLTK + d = 125 + 3 = 128 ( m ) Vy chiu cao p : H = Z Zỏy Vi : (3 -2) Zỏy = 1 02 m (khi ó búc b 0,5 m t phong hoỏ) => H = 128 1 02 = 26 ... nm 20 10 + nn nh din tớch trng lỳa n nm 20 10 l 5100 ha + Nm 20 00 cú 1000 ha lc, 1000 ha u tng, 800 ha mớa v vo nm 20 10 cú 1500 ha lc, 1500 ha u tng, 1000 ha mớa, 120 0 ha chố + Trong nm 20 00 cõy n qu d kin trng 3000 ha nm 20 10 l 6000 ha - Tng sn lng quy ra thúc : + Nm 1997 : 23 616 tn + Nm 20 00 l : 27 100 tn + n nm 20 10 l : 33000 tn - Mc tiờu phn u v lõm nghip : + Phn u gi v phỏt trin vn rng hin cú + n... Da vo phng trỡnh : Q1 + Q 2 q + q2 t 1 t = V2 V1 2 2 (4-4) q = f(Z t , Z h , C) (4-5) Trong ú : Q1 , Q2 : l lu lng n u v cui thi on tớnh toỏn q1, q2 : l lng x tng ng V2, V1 : l lng nc cú trong kho cui v u thi on t Zt : l mc nc thng lu cụng trỡnh x l Zh : l mc nc h lu C : tham s c trng cho cụng trỡnh Bin i phng trỡnh (4-4) v dng : ( V2 V + 0,5q 2 ) = 0,5(Q1 + Q 2 ) + ( 1 0,5q 1 ) t t (4-6)... tng hp nh sau : Bng 4-4 : Kt qu tng hp tớnh toỏn iu tit l cho cỏc phng ỏn Phng ỏn Btrn (m) MNDBT (m) MNDGC (m) Sinh viờn : Lờ Ngc Dip 1 15 122 .5 127 .13 2 20 122 .5 126 .4 3 25 122 .5 125 .91 Lp 44C4 ỏn tt nghip k s Trang 32 qx max (m3/s) 23 8 Ngnh : Cụng trỡnh 24 6 25 1 CHNG 5 CC KCH THC C BN CA P T 5.1 Xỏc nh cao trỡnh nh p 5.1.1 Mc ớch, ý ngha : p l mt hng mc cụng trỡnh quan trng nht trong cm cụng trỡnh... 4-3 : ng quỏ trỡnh l n + Trn nh rng chy t do khụng cú ca van iu tit + Cao trỡnh ngng trn : Ngng = MNDBT = 122 ,5 m + Chiu rng trn : Cỏc Btrn gi thit, Btr1 = 15 m, Btr2 = 20 m, Btr3 = 25 m + H s lu lng : m = 0,36 + H s co hp bờn : = 1 4.4 .2. 2 Kt qu tớnh toỏn : Kt qu tớnh toỏn iu tit v ng quỏ trỡnh x l ca h cha Ngnh ng vi cỏc Btrn = 15; 20 ; 25 m c th hin trong cỏc bng (4-1), (4 -2) , (4-3) v cỏc hỡnh (4-4),... thit k : 3.4 .2. 1 Mc bo m thit k ca cụng trỡnh (%) : Theo Bng 4.1 TCXDVN 28 5 : 20 02 Vi cụng trỡnh cp III phc v ti thỡ mc bo m thit k ca cụng trỡnh l P% = 75% 3.4 .2. 2 Tn sut lu lng, mc nc ln nht thit k v kim tra (%) : Theo bng 4 .2 TCXDVN 28 5 : 20 02 vi cm u mi cụng trỡnh cp III thỡ : - Tn sut thit k l : Ptk = 1 % - Tn sut kim tra l : Pkt = 0 ,2 % 3.4 .2. 3 H s vt ti n : Theo TCXDVN 28 5: 20 02 khi tớnh n nh... cỏc giỏ tr q va tớnh trờn ri v lờn biu nh hỡnh v : q f1 f2 q2 q1 Q 0 f1 , f 2 Hỡnh 4-1 : Biu quan h ph tr - Bc 2 : S dng biu tớnh toỏn iu tit : _ + Vi mi thi on t, tớnh Q = 0,5.(Q1 + Q 2 ) _ + T q1 ó bit tra trờn biu c giỏ tr f1 v tớnh f 2 = Q+ f1 + T f2 tra biu ngc li s c q2 ú chớnh l lu lng x l cui mi thi on - Bc 3 : Lp li bc 2 cho cỏc thi on sau cho n khi kt thỳc - Bc 4 : T quỏ trỡnh l... ta c : Qt qt = V = V2 V1 (4-4) Q1 + Q 2 q + q2 )t ( 1 ) t = V2 V1 2 2 (4-4) ( Trong ú : t : l thi on tớnh toỏn Q1 , Q2 : l lu lng n u v cui thi on tớnh toỏn q1, q2 : l lu lng x u v cui thi on tớnh toỏn V1, V2 : l th tớch nc trong kho u v cui thi on tớnh toỏn Vi mc ớch tỡm ng quỏ trỡnh x l q ~ t thỡ phng trỡnh (4-4) cha th gii trc tip c vỡ cú hai s hng cha bit l : q 2, v V2 Vy chỳng ta cn mt phng... 193 ngi/Km2 Tng s h : 13640 h, trong ú h nụng nghip 11138 h Ton huyn cú 35100 lao ng, ch yu l lao ng nụng nghip khong 28 800 lao ng, chim 82% tng lao ng, bỡnh quõn 4 ,2 lao ng nụng nghip/ha gieo trng 2. 1.1 .2 Nhu cu dựng nc : Theo phng hng phỏt trin kinh t xó hi t nm 20 00 n 20 10 ca huyn: - n nh din tớch trng lỳa n nm 20 10 l 5100 ha - D kin nm 20 00 cú 1000 ha lc, 1000 ha u tng, 800 ha mớa v nm 20 10 cú 1500 ... 0 .26 1 124 1.037 107 0. 026 116 0.3 12 125 1.160 108 109 110 111 1 12 0.033 0.053 0.074 0.1 02 0. 127 117 118 119 120 121 0.373 0.445 0.518 0.60 0.674 126 127 128 129 130 1.359 1.60 1. 920 2. 235 2. 521 ... MNDGC (m) Sinh viờn : Lờ Ngc Dip 15 122 .5 127 .13 20 122 .5 126 .4 25 122 .5 125 .91 Lp 44C4 ỏn tt nghip k s Trang 32 qx max (m3/s) 23 8 Ngnh : Cụng trỡnh 24 6 25 1 CHNG CC KCH THC C BN CA P T 5.1 Xỏc... 1-1 2- 2 3-3 4-4 5-5 6-6 7-7 8-8 9-9 10-10 11-11 h (m) 2. 950 2. 365 2. 176 2. 048 1.95 1.8 72 1.806 1.749 1.7 1.657 1.618 Btr = 15 m V(m/s) hhk(m) 5.38 3.11 6.71 2. 52 7 .29 2. 33 7.75 2. 21 8.14 2. 11