Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI THIẾT KẾ CỐNG NGẦM ĐỀ 17B A – TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I Nhiệm vụ công trình: Hồ chưa nước H sông S đảm nhiệm nhiệm vụ sau: Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái phục vụ du lịch II Các công trình chủ yếu khu đầu mối: Một đập ngăn sông Một đường tràn xả lũ Một cống đặt duới đập để lấy nước III Tóm tắt số tài liệu Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng song cho bảng Tầng đá gốc rắn mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày 0,5 ÷ 1m Vật liệu xây dựng a, Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A ( Trữ lượng 800,000m , cự ly 800m); B ( Trữ lượng 600,00m 3, cự ly 600m); C ( Trữ lượng 1,000,000m , cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lượng để làm thiết bị chống thấm b, Đá: Khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đấp đập, lát mái Một số tiêu lý: ϕ = 320 , n = 0,35 (của đống đá); γk = 2,5 T/m3 (của đá) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long c, Cát, sỏi: Khai thác bãi dọc song, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc, cấp phối bảng Bảng 1: Chỉ tiêu lý đất vật liệu đắp đập Chỉ tiêu HS rổng Độ ẩm W% 0.35 20 23 20 3.0 2.4 1.62 10-5 0.42 0.40 0.39 22 18 24 17 30 26 13 27 22 5.0 1.0 3.0 0.7 1.58 1.6 1.59 4.10-9 10-4 10-6 Đất đắp đập (chế bị) Sét(Chế bị) Cát Đất ϕ (độ) Tự Bảo nhiên hoà C (T/m3) Tự Bảo nhiên hoà Bảng - Cấp phối vật liệu đắp đập d(mm) Loại Đất thịt pha sét Cát sỏi d10 d50 d60 0.005 0.05 0.50 0.05 0.35 3.00 0.08 0.40 5.00 Đặc trưng hồ chứa: - Mực nước hồ mực nước hạ lưu: bảng Đề số (1) 17 Sơ đồ (2) B Mực nước hạ lưu (m) MNBT Bình Max (m) Thường (5) (6) (7) 89,5 62,5 64,5 Đặc trưng hồ chứa D (km) (3) 3,8 MNC (m) (4) 69,5 Qcống(m3/s) Khi MNC(Qtk) (8) 3,9 Khi MNBT (9) (10) 3.3 69,33 - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Htràn = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%: P% V(m3/s) 32 30 26 20 17 30 14 50 12 - Chiều dài tuyền sóng ứng với MNBT : D ứng với MNDGC : - D’= D + 0.3km=3,8+0.3=4,1 - Mực nước hạ lưu bình thường 62,5(m) - Mực nước hạ lưu max 64,5(m) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười MN đầu kênh Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua 5.Tài liệu thiết kế công : - Mực nước khống chế đầu kênh 69,33(m) - Lưu lượng ứng với MNDBT là: Qcống = 3,3 (m3/s); ứng với MNC là: Qtk = 3,9(m3/s) - Tài liệu kênh : hệ số mái m = 1.5 ; độ nhám n = 0.025 ; độ dốc đáy: i = (3 ÷ 5).10-4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ I Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế Nhiệm vụ: - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân Cấp công trình: - Theo nhiệm vụ: cấp III(Tra bảng QCVN 04-05) - Theo cấp công trình đầu mối: cấp III 3- Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống sau: - Tần suất mực nước lớn trước hồ: P = 1% - Hệ số vượt tải: n - Hệ số độ tin cậy: kn = 1,15 (P1.5) II- Chọn tuyến hình thức cống: 1- Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với công trình khác đường tràn đổ sang lưu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Đặt cống đá Tuy nhiên tầng phủ dầy đặt cống đất - Đáy cống thượng lưu chọn cao mực nước bùn cát lắng đọng thấp mực nước chết hồ SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long 2- Hình thức cống: - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nước không áp - Vật liệu làm cống bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp có bố trí van công tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thượng lưu vị trí đặt cống 3- Sơ bố trí cống: Từ vị trí đặt cống mặt cắt đập đất có, sơ bố trí cống để từ xác định chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm cho việc tính toán thuỷ lực cống Để sơ xác định chiều dài cống, chọn cao trình đáy cống thấp MNC (m) Cao trình đáy cống xác hoá tính toán thuỷ lực sau III Thiết kế kênh hạ lưu cống: Kênh hạ lưu thiết kế để làm cho việc tính toán thuỷ lực Thiết kế mặt cắt kênh : Mặt cắt kênh tính toán với lưu lượng thiết kế Qtk = 3,9 (m3/s), tức lưu lượng lớn (theo tài liệu cho) Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (trong đồ án cho đất cát pha), sơ chọn tiêu sau : + Độ dốc đáy kênh (từ 1/3000 ÷ 1/5000) : Chọn i = 1/5000 = 2.10 −4 + Độ nhám lòng kênh n = 0,025; + Hệ số mái kênh m = 1,5 Tiếp theo cần xác định bề rộng đáy kênh (b) chiều sâu nước kênh (h) Có thể giải theo trình tự sau : a, Sơ xác định vận tốc không xói theo công thức : Vkx = K × Q0,1 (m/s) Trong : Q : Lưu lượng kênh, Q = Qtk = 3,9 (m3/s); K : Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha : K = 0,53 Thay số : SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Vkx = 0,53 × 3,90,1 = 0,607(m/s) b, Sơ định chiều sâu h theo công thức : h = 0,5 × (1 + Vkx ) × Q = 0,5 × (1 + 0,607 ) × 3,9 = 1,265 (m) c, Từ Q, h, xác định b theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực : Tính thông số : f(Rln) = × m0 × i 8,424 × 2.10 −4 = = 0,0305 Q 3,9 Tra phụ lục (8-1) (Bảng tra thuỷ lực ) với f(Rln) = 0,0305 n = 0,025 ⇒ Rln = 0,93 → h 1,265 = = 1,36 Tra phụ lục (8-3) : Rln 0,93 b = 4,4 Rln b ⇒ b = R × Rln = 4,4x0,93 =4,092(m) ln Lấy b = 2,5 (m), tính tương tự ta : f(Rln) = × m0 × i 8,424 × 2.10 −4 = = 0,0305 Q 3,9 Tra phụ lục (8-1) BTTL với f(Rln) = 0,0305 n = 0,025 ⇒ Rln = 0,93 → b 2,5 h = = 2,688 Tra phụ lục (8-3) : = 1,648 Rln 0,93 Rln h ⇒ h = R × Rln = 1,648x0,93 = 1,533 (m) , ta chọn h = 1,55 (m) ln - Kiểm tra thấy 2,5 b = = 1,613 ∈ (0,5 ÷ 2) ⇒ Như b, h tìm h 1,55 hợp lý Vậy chọn bề rộng kênh ; b = 2,5 (m), Và chiều sâu nước kênh ; h = 1,55 (m), 2, Kiểm tra điều kiện không xói : Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống chế : Vmax < Vkx Trong : Vmax : Lưu tốc lớn kênh, tính với lưu lượng Qmax; SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Qmax = K × Q = K × Qtk K : Hệ số phụ thuộc Q, lấy K = 1,2; ⇒ Qmax = 1,2 × 3,9 = 4,68 (m3/s) Để xác định Vmax biết Qmax mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu h tương ứng kênh (Bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi thủy lực) từ ta có ; f(Rln) = × m0 × i 8,424 × 2.10 −4 = = 0,0255 Q 4,68 Tra phụ lục (8-1) (Bảng tra thuỷ lực) với f(Rln) = 0,0255 n = 0,025 ⇒ Rln = 0,99 → h b 2,5 = = 2,525 Tra phụ lục (8-3) : = 1,679 Rln 0,99 Rln h ⇒ h = R × Rln = 1,679x0,99 = 1,662 (m) ; ln Vmax = Qmax ϖ Với : ω = (b + m × h) × h = (2,5+ 1,5 × 1,662) × 1,662 = 8,298 (m2); ⇒ Vmax = → 4,68 = 0,564 (m/s) < Vkx = 0,607 (m/s) 8,298 Thoả mãn Điều kiện không xói mặt cắt hợp lí Vậy mặt cắt kênh hạ lưu có đặc trưng sau : b = 2,5 m , m = 1,5 , i = 2.10 −4 Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng : Trong tài liệu cho số cấp lưu lượng để tính toán cống với trường hợp khác Ứng với cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng tương ứng kênh, tức xác định quan hệ Q~h Bài toán giải theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi thủy lực, Trong đồ án cho hai cấp lưu lượng : a, Khi MNC : Q = Qtk = 3,9 (m3/s); từ ta có h = 1,55 m b Khi MNDBT : b Q = 3,3 (m3/s) , b =2,5 m → f(R ln ) = 0,036 → R ln = 0,875 m → R = 2,857 ln h h Tra bảng (8-3) ta có : R = 1,628 m → h = R R ln =1,628x0,875 = 1,425 m ln ln SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long IV, Tính diện cống : Trường hợp tính toán : Khẩu diện cống tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ lưu lượng lấy nước tương đối lớn Thường tính với trường hợp MNC thượng lưu, hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Z kc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu : [∆Z] = MNC - Zkc = 69,5 – 69,33 = 0,17 (m) Lúc để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van Sơ đồ tính toán (Hình vẽ III - 1) : Hình 4.1 Sơ đồ tính toán thủy lực xác đinh diện cống Trong : Z1 : Tổn thất cột nước cửa vào; Zp : Tổn thất khe phai ; ZL : Tổn thất qua lưới chắn rác; Zv : Tổn thất qua tháp van; Z2 : Tổn thất cột nước cửa Tính bề rộng cống bc : Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Q chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện : ∑Zi ≤ [Z] Trong : ∑Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long i : Độ dốc dọc cống; L : Tổng chiều dài cống; Theo đồ án thiết kế đập đất ta có ∇ ĐĐ = 96,2 m , mái thượng lưu m =4,25, hạ lưu m =3,75 Chiều rộng đỉnh B = m ; chiều rộng b = m → L dap = H.4,25 + B +H.3,75 + = 229,6 (m) ; (H = ∇ ĐĐ - MNC -1 = 96,2 –( 69,5-1) =27,7 m ) Đoạn từ vào đến tháp van có chiều dài L1 = 60m Đoạn từ tháp van đến có chiều dài L2 = 169,6m + Tổn thất cửa : Dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu sơ dồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, : α × Vb2 Q2 − Z2 = 2× g × g × ( ϕ n × b × hh ) Trong b : Bề rộng cuối bể tiêu năng, b = bkênh = 2,5 (m); hh : Chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Qtk ; ϕn : Hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập), lấy ϕn = 0,96; Vb : Lưu tốc bình quân bể tiêu tính sau : Ta giả thiết chiều sâu bể lấy sau : Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 m ; bb = bk = 2,5 (m), hh = h0 = 1,55(m) Ứng với Qtk = 3,9 (m3/s) Vb = Q , ω = b.hb , hb = d + h = 0,5+1,55 = 2,05 (m ) ωb Vb = 3,9 = 0,761(m/s) 2,5 × 2,05 Z2 = 3,9 0,7612 − = 0,027(m) 2.9,81.(0,96.2,5.1,55) 2.9,81 + Tổn thất dọc đường : Coi dòng chảy cống dòng chảy với độ sâu hl hl = hh + Z2 = 1,55+ 0,027 = 1,577 (m) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Khi tổn thất dọc đường i.L với i độ sâu dốc cống xác định theo công thức : Q    i=  ω ×c× R  Với : Q = 3,9 (m /s ) ; ω = bc h = bc 1,577 ; c = ωi × R1 / ; R = ; χi n với cống làm BTCT n = 0,014 ω : diện tích mặt cắt cống ứng với bề rộng cống khác χ : chu vi ướt χ = 2.h1 + bc ( m ) → Tổn thất dọc đường : i.L = i 229,6 (m) ; + Tổn thất cục qua tháp van : Do khoảng cách từ tháp van đến cửa xấp xỉ chiều dài cống, ta lấy chiều sâu cột nước sau cửa van : hv = h1 + i.L Từ tính tổn thất qua van :Zv = 2ξ v Chọn ξv = 0,1; Vv = αV 2g Q ; Q = 3,9 (m /s ) ω ω : diện tích mặt cắt ướt chỗ tháp van ω = bc hv + Tổn thất qua lưới chắn rác : α v ZL = ξ L 2g ; V L= Q Q = bc( hv + Z v ) ω ; VP = Q Q = bc ( hv + Z v + Z L ) ω + Tổn thất khe phai : ZP = ξ P α v 2g + Tổn thất cửa vào : Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập SVTH: Nguyễn Đỗ Mười Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học Z1 = GVHD:Nguyễn Hoàng Long Q2 × g × ( ϕ ε b.h1 ) ϕn = 0,95 ; ε = 0,611 ; h1 = hp + zp Thay số vao công thức ta có kết tính diện cống, Bảng 4.1 Bảng tính toán diện cống bc Z2 i i.L VV ZV VL ZL VP ZP V0 Z1 0,8 0,0270 0,0086 1,9724 3,091 2,911 2,851 0,0829 2,719 0,0579 2,27 1,2 0,0270 0,0025 0,5805 2,061 0,097 0,04 0,035 ∑Z 2,006 0,0168 1,985 0,0402 1,938 0,74 1,6 0,0270 0,0011 0,2502 1,546 0,024 1,522 0,0097 1,513 0,0233 1,491 1,8 0,0270 0,1785 1,374 0,019 1,357 0,0077 1,351 0,0186 1,335 2,2 0,0270 0,0008 0,000 0,0294 0,017 0,014 0,1014 1,124 0,013 1,115 0,0126 1,103 0,0270 0,0270 0,0003 0,0002 0,0712 0,0434 0,989 0,824 0,010 0,007 0,983 0,821 0,0098 0,0068 0,975 0,816 0,0095 0,007 0,0052 0,17 2,5 0,0052 1,111 0,004 0,981 0,0028 0,819 Vẽ quan hệ bc ∼ ∑Z i ta Hình 4.2 Đồ thị quan hệ bc ∼ ∑Z i Từ kết tính toán bảng ta vẽ biểu đồ quan hệ ∑ Zi ~ b Từ ta chọn trị số bc = 2,1 (m) vừa đủ để lấy lưu lượng cần thiết với tổng cột nước tổn thất : ∆ Z = 0,16 (m) < [ ∆ Z] = 0,17 (m) Vậy chiều rộng cống : bc = 2,1 (m ) Xác định chiều cao cống cấo trình đặt cống SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 10 Lớp 54LT-C1 i 0,35 0,27 0,13 0,09 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long a, Chiều cao mặt cắt cống Hc = h1 + ∆ Trong : h1 = 1,577 ∆ : Độ lưu không chọn từ 0,5 ÷ (m), chọn ∆ = 0,9476 (m) ⇒ Hc = 1,577 + 0,923 = 2,5 (m) b, Cao trình đặt cống : Cao trình đáy cống cửa vào : Zv = MNC – h - ∑ Zi Trong : h : độ sâu dòng cống tháo Qtk : h = 1,55 (m) ∑ Zi :Tổng tổn thất cụ cửa vào , khe phai , lưới chắn rác , tháp van tháo Qtk ∑ Zi = 0,0095 +0,0126 + 0,0052 + 0,013 = 0,0403 (m) ⇒ Zv = 69,5 – 1,55 – 0,0403 = 67,91 (m) Cao trình đáy cống cửa : Z r = Z v - i L i.L _ tổn thất dọc đường ; i.L = 0,1014 (m) ⇒ Zr = 67,91 – 0,1014 = 67,81(m) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 11 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long V Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu : Trường hợp tính toán: Khi mực nước thượng lưu cao cần mở phần cửa van để lấy lưu lượng cần thiết Do lượng dòng chảy lớn , dòng chảy sau cửa van thường dòng chảy xiết Dòng xiết nối tiếp với dòng êm kênh hạ lưu qua nước nhảy Do cần tính toán để : Kiểm tra xem mức nước nhảy có xảy cống không Thường với mực nước thượng lưu cao, cần khống chế cho mực nước cống để tránh rung động bất lợi Còn mực nước thấp thượng lưu, nước chảy cống không tránh khỏi Tuy nhiên lượng dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước chảy sau cửa cống, tránh xói lở bờ kênh hạ lưu Trong phần đề giới hạn việc tính toán cho hai trường hợp mực nước cao với lưu lượng tương ứng Sơ đồ tính toán cho trường hợp hình vẽ sau Ở tính với trường hợp MNDBT, tương ứng với lưu lượng Q tk Xác định độ mở cống : Tính theo sơ đồ chảy tự qua lỗ Q = ϕ.α a.bc 2.g.( H '0 −α a ) Trong : ϕ : Hệ số lưu tốc lấy ϕ = 0,95; α : Hệ số co hẹp đứng lấy α = 0,611 H0’ : Cột nước tính toán trước cửa vào đến vị trí van; H0’ = H0 - h W ; H0 = H + α V02 , 2.g h W : tổn thất cột nước từ cửa vào đến vị trí cửa van : h W ≈ m: Vì vị trí cửa vào (đoạn cống trước van) nước chảy đầy cống w lớn mà lưu lượng QTK không thay đổi nên V nhỏ, mà V tỷ lệ với V hên tổn thất hw không đáng kể bỏ qua SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 12 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long có : H =MNDBT - ∇đáy cống =MNDBT - Zv =113,0 – 90,8 =22,2 (m) ⇒ H0’ = 22,2+0,038 = 22,238 (m), (Với hw ≈ 0) a  có thẻ xác định a phương pháp sử dụng H Hệ số co hẹp đứng α = f  bảng quan hệ Jucốpki Q 4,6 Tính F(τc) = ϕ × b × H / = = 0,0185 0,95 × 2,5 × 22,2383 / Như ta thấy F(τc) < 0,264 Sử dụng bảng (15-1) tra τc = 0,00425 tra bảng (16-1) : α = ε = 0,611 ⇒a = τ c × 22,238 H 0' = 0,00425 × = 0,15 0.611 ε (m) Tính lại ε a tương ứng chọn : Q = ϕ.α a.bc 2.g.( H − α a ) Q = 0,95.0,611.0,15.2,5 2.9,81.(22,238 − 0,611 × 0,15) = 4,54 (m3/s); Ta thấy : ∆Q = 4,6 − 4,54 100% = 1,3% ⇒ ∆Q < 5% Chấp nhận 4,6 3, Kiểm tra chảy cống : Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr a, Định tính : cần xác định hc , ho , h k Trong đó: hc: Độ sâu co hẹp sau van : hc = α.a = 0,611.0,15 = 0,092 (m) hk: Độ sâu phân giới : hk = → hk = 3 4,6 α q với q = = 1,84 (m) 2,5 g 1.1,84 = 0,70(m) 9,81 Độ sâu dòng h0 : Tính theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi thủy lực : Với Q =4,6 (m /s) , bc = 2,5 m , i = 8,4 10 −4 , m = → 4m = , f(Rln) = SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 8.0,02898 4m i = = 0,0504 → Rln = 0,58(m) 4,6 Q 13 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học → GVHD:Nguyễn Hoàng Long b h h = 4,31 → = 1,88 → h = Rln = 1,88.0,58= 1,1(m) Rln Rln Rln So sánh trị số vừa tìm thấy : h c < hk < h0 Vậy đường mặt nước sau van đường nước dâng b, Định lượng : Xuất phát từ mặt cắt co hẹp vẽ mặt cắt cuối cống Mặt cắt thường lấy cách cửa van khoảng : l =1,4.a = 1,4.0,15 = 0,21 (m) Ta dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước theo phương pháp khoảng cách mặt cắt có độ sâu biết h1, h2 : ∆L = ∆∋ i− j Trong : ∆∋ = ∋2 - ∋1 ; ∋2 = h2 + αV22 ; 2g  v1 J = (J1 + J2)/2 ; J1 =   c R1   ; J2 =   ∋1= h1 +  v2  c R      αV12 ; 2g ∆L: Khoảng cách hai mặt cắt tính toán ∆∋: Chênh lệch tỷ hai mặt cắt i: Độ dốc cống, i = 8,4.10-4 J : Độ dốc thủy lực trung bình hai mặt cắt tính toán Để thuận tiện cho việc tính toán, lập bảng tính toán: Giải thích đại lương bảng tính Cột 1: Thứ tự mặt cắt tính toán Cột 2: Chiều sâu cột nước giả thiết mặt cắt tính toán hi , giá trị bắt đầu hc Cột 3: Diện tích ướt mặt cắt tính toán ωi = bc.hi Cột 4: Lưu tốc mặt cắt tính toán vi = Qi ωi α.v Cột 5: Tỷ mặt cắt tính toán ∋1 = h1 + g Cột 6: Chênh lệch tỷ hai mặt cắt: ∆∋ = ∋2 - ∋1 Cột 7: Chu vi ướt mặt cắt tính toán: χi = bc + 2hi SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 14 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Cột 8: Bán kính thủy lực: Ri = ωi χi Cột 9: Hệ số Cezi: C = R , n = 0,014 hệ số nhám vật liệu làm cống i n Q2 v = 2i Cột 10: Độ dốc thủy lực J i = 2 ωi Ci Ri Ci R Cột 11: Độ dốc thủy lực trung bình J i = J i + J i +1 Cột 12: Hiệu số i – J Cột 13: Khoảng cách hai mặt cắt tính toán ∆Ltt = ∆∋ i −j Cột 14: Khoảng cách cộng dồn ΣL Với chiều sâu cột mực nước mặt cắt h c (m) cách vị trí cửa van đoạn Lc = 1,4a Giả thiết h tăng dần tính hết chiều dài cống SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 15 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Bảng 5.1 Kết tính toán đường mặt nước cống ngầm sau cửa van MC 1 10 h(m) ω(m2) 0,092 0,23 0,152 0,38 0,212 0,53 0,272 0,68 0,332 0,83 0,392 0,98 0,452 1,13 0,512 1,28 0,572 1,43 0,70 1,75 SVTH: Nguyễn Đỗ Mười V(m/s) ϶ ∆϶ 20 14,0706 12,105 6,1772 -7,88 8,68 3,9603 -2,203 6,7647 3,0390 -0,907 5,5422 2,5705 -0,455 4,6938 2,30 -0,256 4,0708 2,1300 -0,156 3,5937 2,0162 -0,099 3,2168 1,8791 -0,066 2,6285 1,8291 -0,036 16 χ(m) 2,684 2,804 2,924 3,044 3,164 3,284 3,404 3,524 3,644 3,9 R(m) 0,0856 0,1355 0,1812 0,2234 0,2623 0,2984 0,3319 0,3632 0,3924 0,4487 C J 47,418 51,191 53,73 55,64 57,14 58,39 59,434 60,334 61,116 62,497 10 2,0782 0,4128 0,1440 0,0661 0,0358 0,0216 0,0141 0,0097 0,0070 0,0039 Lớp 54LT-C1 Jtb 11 1,2455 0,2784 0,1050 0,051 0,0287 0,0178 0,0119 0,0083 0,0054 ∆L(m) Σ∆L(m) i-J 12 13 14 -1,24 6,354 6,354 -0,277 7,953 14,307 -0,104 8,721 23,028 -0,050 9,1 32,128 -0,028 9,14 41,268 -0,017 9,17 50,438 -0,011 9,0 59,438 -0,007 9,43 68,868 -0,005 7,2 76,07 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Kết tính toán ta thấy đường mắt nước cắt đường K-K cống chưa khỏi cống (Σ∆L=76,06m < L2 = 146m) nên xảy tượng nước nhảy cống c, Xác định vị trí chiều cao nước nhảy +, Vẽ đường C1 theo phương pháp cộng trực tiếp +, Vẽ đường e – e (C 1’’) đường liên hiệp với đường C1 với  h q2  h '' =  + − 2 g h    +, Dịch đường e – e xuống hạ lưu đường f-f với độ dịch chuyển Ln = 4,5h’’ +, Với độ sâu hr = hh nên đường mặt nước cống sau nước nhảy đường nước hạ b1 Vẽ đường b1 cửa ngược lại, đường b cắt đường f-f điểm S có độ sâu h’’ Đó độ sâu sau nước nhảy xảy cống Bảng 5.2 Bảng tính vẽ đường C1” đường f-f h(m) 0,092 0,152 0,212 0,272 0,332 0,392 0,452 0,512 0,572 0,70 L(m) 6,354 14,307 23,028 32,128 41,268 50,438 59,438 68,868 76,07 SVTH: Nguyễn Đỗ Mười h"(m) 2,693 2,056 1,701 1,463 1,285 1,145 1,030 0,933 0,849 0,702 17 Ln(m) 12,118 9,252 7,654 6,583 5.782 5,152 4,635 4,198 3,820 3,159 L+Ln(m) 12,118 15,606 21,961 29,611 37,91 46,42 55,073 63,636 72,506 79,23 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Bảng 5.2 Bảng tính đường mặt nước từ cuối cống lên MC 1 h(m) ω(m2) 1,22 3,05 1,221 3,0525 1,222 3,055 1,223 3,0575 1,2232 3,058 V(m/s) ϶ 1,5082 1,3276 1,5070 1,3284 1,5057 1,3293 1,5045 1,3301 1,5042 1,3302 ∆϶ -0,0008 -0,0008 -0,0008 -0,0001 χ(m) 4,94 4,942 4,944 4,946 4,9464 R(m) 0,6174 0,6176 0,6179 0,6181 0,6182 C J 65,91 65,916 65,921 65,925 65,926 10 0,0008 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 Hình 5.1 Hình xác định vị trí chiều dài nước nhảy SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 18 Lớp 54LT-C1 Jtb 11 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 ∆L(m) Σ∆L(m) i-J 12 13 14 146 -2E-05 40,56 105,44 -2E-05 42,008 63,432 -1E-05 51,457 11,975 -1E-05 11,52 0,4548 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Kết tính toán: +, Độ sâu trước nước nhảy: h’=0,336(m) +, Độ sâu sau nước nhảy: h”= 1,280(m) +, Chiều dài nước nhảy: Ln = 5,760(m) Nước nhảy cống gây bất lợi cho cống mặt ổn định trình làm việc, xảy tượng chân không khu vực sau van tượng xâm thực vật liệu làm cống, không đảm bảo chế độ sử dụng nước Ta sử dụng biện pháp để đẩy nước nhảy thay đổi kích thước cống, dịch tháp van gần phía hạ lưu, tăng độ dốc đáy cống biện pháp gây bất lợi cho số điều kiện khác cống Do cống có chiều cao Hc = 2,5m , h” = 1,280(m) nên nước nhảy không chạm trần cống, ta dùng cách gia cố khớp nối công cống để đảm bảo cho cống làm việc bình thường có nước nhảy cống 4, Tiêu sau cống Theo điều kiện cấu tạo, cống ta phải bố trí tiêu để dòng chảy hạ lưu cống an toàn Chọn hình thức tiêu năng cho cống cửa tiêu đáy, làm bể tiêu cấu tạo Chiều dài bể tiêu lb = 5(m); bể sâu db = 0,5m Dưới đáy bể bố trí tầng lọc ngược, bể có đục lỗ thoát nước VI : Chọn cấu tạo cống : I Cửa vào cửa : Cửa vào, cửa cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu Thường bố trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần Góc chụm tường hướng dòng cửa vào lấy khoảng 180 ÷ 230 lớn hơn, lấy 200 Góc chụm cửa không vượt 80 ÷ 120 để tránh tượng tách dòng, đồ án ta lấy 100 Các tường cách làm thấp dần theo mái Cấu tạo cửa cần kết hợp với việc bố trí thiết bị tiêu Cuối bể tiêu cần có phận chuyển tiếp kênh hạ lưu (thường đá lát) , sau bể tiêu cần bố trí đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài Lsn xác định theo công thức : Lsn = (2,5 ÷ 3)Ln , chọn ⇒Lsn = 3.Ln = 3.5,760 = 17,28 (m) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 19 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long II Thân cống : 1/ Mặt cắt : Cống hộp thường làm bê tông cốt thép, đổ chỗ Mặt cắt ngang cống có kết cấu khung cứng, thường làm vát góc để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Theo điều kiện chống thấm cần đảm bảo : t≥ Trong : H [J] H : Cột nước lớn nhất, H = 14,5 (m), [J] : Gradien cho phép thấm vật liệu bê tông, [J] = 10 ÷ 15, ta chọn [J] = 15 ⇒ t= H 14,5 = [ J ] 15 = 0,967 (m) Chọn theo tính toán lớn ta chọn theo cấu tạo t = 0,5 (m) 2/ Phân đoạn cống : Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành đoạn nhỏ để tránh rạn nứtdo lún không Chiều dài đoạn phụ thuộc vào địa chất tải trọng cống, thường từ khoảng 10 ÷ 20 (m) ta chọn Lđoạn = 20 (m) Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước, thiết bị chống rò nước làm kim loại dùng cho ngang đứng cống hộp Khi cột nước tác dụng không cao làm thiết bị chống rò khớp nối kiểu dây thừng tẩm nhựa đường Chi tiết nối ngang đứng thể chi tiết vẽ 3/ Nối tiếp thân cống với : Cống hộp đổ trực tiếp hay lớp bê tông lót dày khoảng 10 ÷ 15 (cm), đá tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế ứng suất đáy móng 4/ Nối tiếp thân cống với đập : Thường dùng đất sét nện chặt thành lớp bao quanh cống dày khoảng 0,5 ÷ (m) Tại chỗ nối tiếp đoạn cống, làm thành gờ để nối tiếp cống với đất đắp tốt III Tháp van : SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 20 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Vị trí tháp van thường bố trí khoảng mái thượng lưu đập để đảm bảo không sinh nước nhảy cống ứng với mực nước cao đảm bảo yêu cầu khác Trong tháp thường bố trí van công tác van sửa chữa cố, cần bố trí lỗ thông cần thiết (khi có nước nhảy cống chiều sâu sau nước nhảy xấp xỉ tới trần cống) Mặt cắt ngang tháp thường dạng chữ nhật Chiều dày thành xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm yêu cầu cấu tạo Thường thành tháp có chiều dày thay đổi (kiểu dật cấp) theo thay đổi áp lực Phía tháp có nhà để đặt máy đóng mở thao tác van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 21 Lớp 54LT-C1 [...]... đổi kích thước cống, dịch tháp van gần về phía hạ lưu, tăng độ dốc đáy cống nhưng các biện pháp này cũng gây bất lợi cho một số điều kiện khác của cống Do cống có chiều cao Hc = 2,5m , trong khi h” = 1,280(m) nên nước nhảy không chạm trần cống, ta có thể dùng cách gia cố khớp nối thì công cống để đảm bảo cho cống vẫn làm việc bình thường khi có nước nhảy trong cống 4, Tiêu năng sau cống Theo điều kiện... tại mặt cắt tính toán vi = Qi ωi α.v 2 Cột 5: Tỷ năng tại mặt cắt tính toán ∋1 = h1 + 2 g Cột 6: Chênh lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt: ∆∋ = ∋2 - ∋1 Cột 7: Chu vi ướt tại mặt cắt tính toán: χi = bc + 2hi SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 14 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Cột 8: Bán kính thủy lực: Ri = ωi χi 1 6 Cột 9: Hệ số Cezi: C = R , n = 0,014 là hệ số nhám của vật liệu làm cống i n 2 Q2 v =... cắt tính toán ∆∋: Chênh lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt i: Độ dốc của cống, i = 8,4.10-4 J : Độ dốc thủy lực trung bình giữa hai mặt cắt tính toán Để thuận tiện cho việc tính toán, lập bảng tính toán: Giải thích các đại lương trong bảng tính Cột 1: Thứ tự mặt cắt tính toán Cột 2: Chiều sâu cột nước giả thiết tại mặt cắt tính toán hi , giá trị bắt đầu hc Cột 3: Diện tích ướt tại mặt cắt tính toán ωi = bc.hi... = 0,967 (m) Chọn theo tính toán là quá lớn vì vậy ta chọn theo cấu tạo t = 0,5 (m) 2/ Phân đoạn cống : Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn nhỏ để tránh rạn nứtdo lún không đều Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thường từ khoảng 10 ÷ 20 (m) ở đây ta chọn Lđoạn = 20 (m) Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước, thiết bị chống rò nước được làm... Do đó cần tính toán để : Kiểm tra xem mức nước nhảy có xảy ra trong cống không Thường với mực nước thượng lưu cao, cần khống chế cho mực nước trong cống để tránh rung động bất lợi Còn đối với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước chảy trong cống là không tránh khỏi Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ rung động nguy hiểm không đáng kể Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn... 11,975 -1E-05 11,52 0,4548 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Kết quả tính toán: +, Độ sâu trước nước nhảy: h’=0,336(m) +, Độ sâu sau nước nhảy: h”= 1,280(m) +, Chiều dài nước nhảy: Ln = 5,760(m) Nước nhảy trong cống gây bất lợi cho cống về mặt ổn định trong quá trình làm việc, vì sẽ xảy ra hiện tượng chân không ở khu vực sau của van cũng như là hiện tượng xâm thực vật liệu làm cống, không đảm bảo chế... ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở ở bờ kênh hạ lưu Trong phần đề ra đã giới hạn việc tính toán cho hai trường hợp mực nước cao với các lưu lượng tương ứng Sơ đồ tính toán cho các trường hợp này như hình vẽ sau Ở bài này tính với trường hợp là MNDBT, tương ứng với lưu lượng Q tk 2 Xác định độ mở cống : Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ Q = ϕ.α a.bc 2.g.( H '0 −α a ) Trong đó : ϕ : Hệ số lưu tốc lấy.. .Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long a, Chiều cao mặt cắt cống Hc = h1 + ∆ Trong đó : h1 = 1,577 ∆ : Độ lưu không chọn từ 0,5 ÷ 1 (m), ở đây chọn ∆ = 0,9476 (m) ⇒ Hc = 1,577 + 0,923 = 2,5 (m) b, Cao trình đặt cống : Cao trình đáy cống ở cửa vào : Zv = MNC – h - ∑ Zi Trong đó : h : độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Qtk : h = 1,55 (m) ∑ Zi :Tổng tổn... , chọn bằng 3 ⇒Lsn = 3.Ln = 3.5,760 = 17,28 (m) SVTH: Nguyễn Đỗ Mười 19 Lớp 54LT-C1 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long II Thân cống : 1/ Mặt cắt : Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ Mặt cắt ngang của cống có kết cấu khung cứng, thường làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo Theo điều... 9,1 32,128 -0,028 9,14 41,268 -0,017 9,17 50,438 -0,011 9,0 59,438 -0,007 9,43 68,868 -0,005 7,2 76,07 Đồ Án Môn Học GVHD:Nguyễn Hoàng Long Kết quả tính toán ở trên ta thấy đường mắt nước cắt đường K-K trong cống khi chưa ra khỏi cống (Σ∆L=76,06m < L2 = 146m) nên xảy ra hiện tượng nước nhảy trong cống c, Xác định vị trí và chiều cao nước nhảy +, Vẽ đường C1 theo phương pháp cộng trực tiếp +, Vẽ đường ... dài cống, chọn cao trình đáy cống thấp MNC (m) Cao trình đáy cống xác hoá tính toán thuỷ lực sau III Thiết kế kênh hạ lưu cống: Kênh hạ lưu thiết kế để làm cho việc tính toán thuỷ lực Thiết kế. .. dân Cấp công trình: - Theo nhiệm vụ: cấp III(Tra bảng QCVN 04-05) - Theo cấp công trình đầu mối: cấp III 3- Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu cần thiết cho... 3,9(m3/s) - Tài liệu kênh : hệ số mái m = 1.5 ; độ nhám n = 0.025 ; độ dốc đáy: i = (3 ÷ 5).10-4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ I Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế Nhiệm vụ: - Cấp nước tưới