Thông tin tài liệu
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 1
Ngành Công trình
MỤC LỤC
PHẦN II:THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH 25
CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 25
5.1 Mục đích và phương pháp tính 25
9.1 Tính toán điều tiết lũ phương án chọn 57
9.6 Tính toán thấm qua đập và nền. 72
9.7 Tính toán ổn định đập đất. 88
CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ. 97
10.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn. 97
10.2 Tính toán thuỷ lực trà xả lũ 98
10.7 Tính toán ổn định và kết cấu cỏc bộ phận tràn. 111
CHƯƠNG 11 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 116
11.1 Những vấn đề chung 116
11.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống. 118
11.3 Tính toán thuỷ lực cống. 121
11.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng. 131
11.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống. 142
PHẦN 4 146
CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT. 146
CHƯƠNG 12 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM. 146
12.1 Mục đích và trường hợp tính toán 146
12.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế 146
12.3 Xác định các lực tác dụng lên cống. 148
12.4 Xác định nội lực cống ngầm. 155
12.5 Tính toán cốt thép. 159
12.6 Tính toán và kiểm tra nứt 172
................................................................................. Error: Reference source
not found9
PHỤ LUC TÍNH TOÁN.................................................................................180
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 3
Ngành Công trình
PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN
CHƯƠNG 1 : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN.
1.1. Điều kiện tự nhiên
1.1.1. Vị trí địa lý
Hồ chứa nước Tân Thành nằm trên suối Tân Thành thuộc vùng đồi núi xã Nguyên
Bình huyện Tĩnh Gia - tỉnh Thanh Hoá, cách trung tâm huyện lỵ Tĩnh Gia 9km theo
đường thẳng về phía tây. Vị trí xây dựng công trình nằm ở toạ độ địa lỹ:
19o25’~19o29’ vĩ độ Bắc, 105o41’~105o~44’ kinh độ Đông.
Giới hạn hành chính:
-
Phía đông giáp xã Hải Lĩnh
-
Phía nam giáp xã Phúc Lâm
-
Phía Tây giáp xã Phú Sơn
-
Phía Bắc giáp xã các Sơn và Hùng Sơn
1.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo
1.1.2.1. Lòng hồ
Lòng hồ là một thung lũng có chiều rộng bình quân (250~300)m, chiều dài
(3000~3500)m, chạy theo hướng Nam - Bắc. Lòng sông được bao bọc bằng các dãy
núi.Dãy núi phía Tây - Bắc cao độ cao nhất 500m. Dãy núi phía Đông – Nam và sườn
núi phía Tây – Nam cao độ cao nhất 300m. Eo Văn Liễn thấp nhất cao độ +30.6m. Xu
thế địa hình lòng hồ dốc từ phía Tây – Nam về phía Đông - Bắc.
Suối Tân Thành đổ ra sông Thị Long tại ngã ba Anh Sơn, Lưu vực hồ Tân Thành tính
đếnvị trí đập: Flv=20Km2.
-
Chiều dài suối chính:
L = 6,5Km
-
Tổng chiều dài các nhánh suối trong lưu vực; L = 12,7Km
-
Chiều dài lưu vực:
L = 6,5Km
-
Chiều rộng lưu vực:
L = 3,0Km
Rừng trong lưu vực chủ yếu là rừng tái sinh và trồng rừng theo chương trình 327 giao
đất giao rừng cho hộ dân.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 4
Ngành Công trình
Độ dốc bình quân lưu vực 30 ~ 40%
Lòng hồ cao độ (+13,00~+18,00) mức nước đến cao độ (+28,00) diện tích ngập
khoảng 120ha.Trong long hồ do địa hình dốc và phức tạp nên dân không trồng lúa mà
trồng cây lấy gỗ là chính như bạch đàn… Hiện nay cây có đường kính 15~25cm đang
độ phát triển. Số lượng cây bị ngập được UBND Huyện Tĩnh Gia thành lập hội đồng
xác định đưa vào phần đền bù hoa lợi.
Suối chính có độ dốc i = 26,5% Chiều rộng suối chính bình quân 30m. Tại vị trí
đập độ dốc long suối i = 0,005 Chiều rộng long suối 25m. Do địa hình lưu vực dốc do
đó trong suối về mùa tháng 2 tháng 3 nước ở suối chỉ có chiều sâu 0,2 ~ 0,3m, nhưng
về mùa lũ theo vết lũ max mực nước tại vị trí đập nước sâu 12~13m.
1.1.2.2. Tuyến đầu mối
Đập đất vị trí tuyến phía dưới 2 khe gặp nhau 100m hai đầu đập là 2 dãy núi có
sườn thoải chạu dọc theo suối Tân Thành, đầu đập phía tả sườn núi thoải và tương đối
phẳng, ở cao độ (+30,00) có eo đổ về hạ lưu bố trí tràn xả lũ đổ về suối Tân Thành.
Lòng suối đi sát sườn núi phía hữu, cao độ long suối ở vị trí đập (+4,00) đầu đập
phía hữu có sườn núi dốc địa hình phức tạp.
1.1.2.3 Tuyến tràn xả lũ
Tràn xả lũ được bố trí đầu vai phải đập chạy dọc theo sườn dốc cao độ (+30,00)đổ về
thẳng về hạ lưu suối Tân Thành ở cao độ (+4~4,5) chiều dài >70m.
1.1.2.4. Tuyến cống dưới đập
Tưới cho khu tưới phía Bắc 110ha.
Vị trí cống ở đầu vai hữu đập, sườn núi tương đối dốc và sát long suối Tân Thành.
1.1.2.5. Đại hình khu tưới và tuyến kênh chính
Khu tưới có 2 vùng:
Vùng 1: Sau đập diện tích 110ha, khu tưới cách vị trí đập 750m đến giáp đường
sắt. Cao độ khu tưới cao nhất (+12,0) và thấp nhất (+10,0) có xu thế dốc theo hướng
Đông-Bắc (từ đập xuống).
Tuyến kênh đi men theo sườn núi phía hữu từ đầu đập vào giữa vùng tưới dài
2km, từ cao độ (+13,0) xuống cao độ (+10,0)
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 5
Ngành Công trình
Vùng 2: khu tưới sau eo Văn Liễn diên tích 612ha. Từ thượng lưu hồ Ao Quan
xuống đến giáp xã Trúc Lâm chiều dài khu tưới L = 7,0Km chiều rộng khu tưới từ
sườn núi thuộc địa phận xã Xuân Lâm xuống đến đường sắt, chỗ rộng nhất 2,75Km
nơi hẹp nhất 500m. Xu thế địa hình khu tưới dốc theo hướng Bắc-Nam(từ eo Văn Liễn
xuống), cao độ nơi cao nhất (+9,5~+12,0) nơi thấp nhất (+5,5~+6,5) hầu hết ở cao độ
(+5,0~+7,0) trong khu tưới có nhiều khe, suối tiêu nước chảy về sông Bạng.
Tuyến kênh từ eo Văn Liễn theo sườn núi từ độ cao (+12,5~+7,0) chiều dài
7,0Km. Những đoạn qua các khe suối làm cầu máng dẫn tưới, để tiêu nước dưới máng
trong khu tưới thuận tiện đảm bảo ổn đinh cho kênh.
1.2. Tình hình khí tượng thuỷ văn
1.2.1. Mạng lưới trạm thuỷ văn và tài liệu tính toán
Đặc điểm thuỷ văn lưu vực hồ Tân Thành là một vùng đồi núi gần biển, khí hậu
có 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ thang 6 đến tháng 12, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5
năm sau. Trong lưu vực không có tram thuỷ văn. Do đó khi tính sử dụng các trạm thuỷ
văn lân cận như trạm Tĩnh Gia, Yên Mỹ và tham khảo tài liệu của trạm Xuân ThượngThanh Hoá.
-
Vị trí trạm thuỷ văn Tĩnh Gia cách trung tâm lưu vực 9Km về phía Đông.
-
Trạm Yên Mỹ cách trung tâm lưu vực 10Km về phía Tây.
-
Trạm Thanh Hoá cách trung tâm lưu vực 35Km về phía Bắc.
-
Trạm Xuân Thượng cách trung tâm lưu vực 35Km về phía Tây.
Các trạm trên có liệt số thuỷ văn năm 1952~1980 là 27 năm. Riêng trạm Xuân Thượng
có 18 năm từ 1968~1985 (tài liệu đã dùng tính toán dự án hồ chứa Tân Thành năm
1989). Các tài liệu khí tượng thuỷ văn trên đã được đài khí tượng thuỷ văn Thanh Hoá
thông qua và tổng cục khí tượng thuỷ văn phê chuẩn. Do tài liệu có ít, em đã bổ sung
thềm tài liệu đo mưa của tram thuỷ văn Tĩnh Gia và Yên Mỹ, từ năm 1980 đến năm
2000 là 20 năm đưa vào liệt tính toán thuỷ văn cho hồ Tân Thành.
1.2.2. Các đặc trưng khí tượng thuỷ văn
a. Đặc trưng thuỷ văn lưu vực:
Bảng 1-1: Đặc trưng thuỷ văn lưu vực
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 6
Ngành Công trình
Đặc trưng
Kí hiệu
Đơn vị
Chỉ số
Diện tích lưu vực
F
Km2
20
Chiều dài sông
L
Km
8,5
Độ dốc lưu vực
Jp
%
11,05
Độ dốc lòng sông
J
%
4,49
-Dòng chảy năm:
Bảng 1-2: Dòng chảy năm
Đặc trưng
Lưu vực tính
đến đập tuyến
I Flv =
Xo(m)
Mo(l/s/Km2)
Yo(mm)
Qo(m3/s)
Wo.106(m3)
1809
26,36
831
0,527
16,2
Bảng 1-3: Dòng chảy năm tần suất 75%
Đặc trưng
Lưu vực tính đến đập
tuyến I Flv = 20Km2
Q75%(m3/s)
W75%(106m3)
0,372
11,6
Bảng 1-4: Phân phối dòng chảy năm 75%
Tháng
W
106m3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.27
0.232
0.175
0.113
0.228
0.337
0.615
3.099
3.445
2.38
0.151
0.545
- Dòng chảy lũ:
Bảng 1-5: Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế
Tần suất
0,2%
0,5%
1%
1,5%
t(h)
10,5
10,5
10,5
10,5
Qmax(m3/s)
538
480
436
400
Wmax(106m3)
9,55
8,73
8,12
7,55
Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế (P = 1%)
Thời
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
gian
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
5.00
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 7
Ngành Công trình
(h)
Q
0.00
62.30
124.57
186.86
249.14
311.43
337.70
436.00
404.86
373.71
342.57
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
8.50
9.00
9.50
10.00
10.50
311.42
280.28
249.14
218.00
186.86
155.71
124.57
93.49
62.28
31.14
0.00
(m3/s)
Thời
gian
(h)
Q
(m3/s)
Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra (P = 0,2%)
Thời
gian
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
0.00
92.30
169.75
245.76
343.14
385.43
439.71
538.00
484.86
461.13
414.59
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
8.50
9.00
9.50
10.00
10.50
363.55
325.18
289.14
253.22
210.52
180.61
148.57
120.23
77.82
43.27
0.00
(h)
Q
(m3/s)
Thời
gian
(h)
Q
(m3/s)
-
Bốc hơi:
+ Bốc hơi lớn nhất:
Zo = 1800mm.
+ Bốc hơi lưu vực:
Zlv = 378mm.
+ Lượng bốc hơi mặt hồ:
Z = Zo - Zlv=1422mm.
+ Lượng bốc hơi trung bình năm huyện Tĩnh Gia là Zo = 898,5mm.
Bảng 1-8: Phân phối lượng bốc hơi mặt nước theo các tháng
Tháng
I
II
III
IV
V
VI
Bốc hơi mm)
24.2
18
15.9
21.4
43.3
54.4
Tháng
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Bốc hơi mm)
62.7
41.9
32.5
37.2
38.4
32
- Lượng bùn cát:
+ Lượng bùn cát lơ lửng theo tài liệu thuỷ văn lấy: Vll = 2992m3/năm.
+ Bùn cát di đẩy lấy bằng 30% lượng bùn cát lơ lửng: Vdđ = 898m3/năm.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 8
Ngành Công trình
+ Bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu vực lấy 15% lượng bùn cát lơ lửng:
Vsl = 449m3/năm.
+ Tổng lượng bùn cát: Vbc= 4339m3/năm.
b. Đặc trưng khí tượng lưu vực:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất tháng 1: từ 16 - 17 0C, tháng cao nhất
tháng 7: từ 19 - 290C. Nhiệt độ cao nhất 40oC. Bốn tháng trong năm có nhiệt độ trung
bình (20OC từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau).
Bảng 1-9: Thống kê nhiệt độ trung bình trong tháng của năm tại trạm Tĩnh Gia
Tháng
1
ToC
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
B/q
năm
12
16.7 17.1 19.7 23.1 27.1 28.6 29.1 28 26.6 24.3 21 18.3 23.3
- Độ ẩm:
+ Độ ẩm bình quân từ 85% ÷87%
+ Độ ẩm bình quân tháng lớn nhất: 91%
+ Độ ẩm bình quân tháng thấp nhất: 81%
Sự chênh lệch giữa các vùng và độ ẩm tương đối ít so với độ ẩm tuyệt đối.
Bảng 1-10: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm trạm Tĩnh Gia
Tháng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
năm
%
90
90
93
91
83
84
80
85
88
85
84
86
86
- Gió bão: Ứng theo mùa tốc độ gió lớn nhất mùa bão là 43m/s.
+ Tốc độ gió bình quân lớn nhất: Vmax = 35m/s.
+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 2%, V2% = 43,7m/s.
+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 4%, V4% = 39m/s.
+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 5%, V5% = 37,2m/s.
+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 30%,
V30% = 34,4m/s.
+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 50%,
V50% = 32m/s.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 9
Ngành Công trình
Bão ảnh hưởng bắt đầu từ tháng VI đến hết tháng XI, hầu hết các trận bão đổ bộ
vào đất liền thường mang theo lượng mưa lớn (200 ÷250mm), kéo dài về diên rộng.
-Mưa: Mùa mưa từ tháng V ÷ X mùa khô từ tháng XI ÷ IX năm sau.ư
+ Lượng mưa bìng quân nhiều năm:
1809mm.
+ Lượng mưa năm lớn nhất:
2963mm.
+ Lượng mưa năm nhỏ nhất:
945mm.
+ Lượng mưa ứng với tần suất thiết kế 75% là:
Xp = 1410mm.
Bảng 1-11: Lượng mưa trung bình trạm Tĩnh Gia
Tháng
1
X(mm) 39
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
năm
32
47
54
94
140 180 268 488 382 94
38
861
1.2.3. Đường đặc tính dung tích hồ:
Bảng 1-12: Đường đặc tính lòng hồ
Z
(m)
4.5
7.5
13
15.7
19
22
22.6
24.4
26.5
28.4
30.2
32.6
34.4
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
F (106 m2)
0.00
0.00
0.19
0.36
0.50
0.76
0.85
0.96
0.98
1.26
1.48
1.65
1.89
V (106m2)
0.00
0.00
0.70
1.29
2.73
3.48
4.48
6.68
7.07
9.20
11.80
13.60
15.30
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 10
36.2
38
39.8
2.13
2.37
2.61
Ngành Công trình
17.00
18.70
20.40
Hình 1-1: Biểu đồ quan hệ: Z~V
Hình 1-2: Biểu đồ quan hệ: Z~F
1.3 .Tình Hình địa chất
1.3.1 Điều kiện địa chất các hạng mục công trình
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 11
Ngành Công trình
Địa chất vùng xây dựng công trình tương đối phức tạp. Qua tài liệu khảo sát
nghiên cứu ta có :
1.3.1.1 Lòng hồ :
Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 30 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.
1.3.1.2 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.
- 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.
1.3.1.3 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.
1.4. Tình hình vật liệu xây dựng
1.4.1. Vật liệu đất đắp đập
Vật liệu đất đắp đậo đã được khảo sát 4 mỏ, trong đó 2 mỏ ở thượng lưu đập
(trong lòng hồ) cách đập 600~1200m và 2 mỏ ở hạ lưu đập 400~600m vị trí từng mỏ
đã được khoanh trên bình đồ vùng tuyến đập.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 12
Ngành Công trình
3
Trữ lượng khảo sát 2 mỏ trong lòng hồ la (400000~800000)m , độ dày lớp khai
thác (2,5~4)m, chất lượng tốt bảo đảm yêu cầu đắp đập, có tài liệu cơ lý của đất kèm
theo. Trữ lượng khảo sát 2 mỏ hạ lưu đập là 200000m3.
+ 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 = 160
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.
1.4.2. Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông.
Vùng Tĩnh Gia đá xây dựng không có đá cường độ cao, chủ yếu là đá phong hoá
màu vàng, màu xám nâu cường độ thấp. Để đảm bảo chất lượng công trình, đã đề nghị
lấy đá hộc và đá đổ bê tong ở mỏ đá Nhồi hoặc mỏ đá Đông Cương Thanh Hoá (mỏ đá
lớn của tỉnh).
1.4.3. Cát đổ bê tông
Qua khảo sát thăm dò, cát đổ bê tong và cát trát xây dựng công trình Tân Thành
sử dụng vật liệu tốt lấy ở Phà Vạn Thanh Hoá đảm bảo yêu cầu chất lượng.
1.4.4. Xi măng sắt thép.
- Xi măng sử dụng loại xi măng Nghi Sơn – Tĩnh Gia
- Sắt thép đạt tiêu chuẩn.
1.4.5. Nước dùng cho sinh hoạt và xây dựng.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 13
Ngành Công trình
Lấy nguồn nước từ suối Tân Thành, nước ở suối Tân Thành là nước ngọt không
màu, không mùi, hiện nay dân địa phương vẫn đang sử dụng trong sinh hoạt tốt, nước
này có thể dùng đổ bê tông, trữ lượng nước đủ yêu cầu cho xây dựng.
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ
2.1.Tình hình dân sinh kinh tế
2.1.1.Dân số và lao động
Theo số liệu điều tra năm 1986 dân số toàn huyện Tĩnh Gia 17000 người, đến năm
1990 có khoảng 187000 người và năm 2000 có 198000 người.
Riêng vùng phía nam huyện Tĩnh Gia có 14 xã tổng số dân tính đến năm 2000 là
78500 người.
Dân số nông nghiệp chiếm 70%, nghề cá chiếm 20%, các nghề khác 10%.
Vùng dự án số dân 4 xã: Định Hải, Hải Nhân, Nguyên Bình và Xuân Lâm. Tính
đến năm 2000 là 19800 người chủ yếu là nghề nông nghiệp chiếm 90% còn lại 10% là
nghề khác, tỷ lệ phát triển dân số 2,2%.
Bảng 1-13: Dân sinh lao động của 4 vùng dự án.
Tổng dân
số
Xuân Lâm
5500
Nguyên Bình
4800
Hải Nhân
5200
Định Hải
4300
Xã
Nam
Nữ
2800
2500
2500
2300
2700
2300
2650
2100
Nghề nông
nghiệp(%)
85
95
90
90
Nghề khác(%)
15
5
10
10
2.2. Hiện trạng kinh tế
2.2.1 Nhiệp và đời sống nông thôn vùng dự án.
Hiện nay do năng suất cây trồng thấp vì thiếu nước, việc đưa tiến bộ khoa học vào
sản xuất nông nghiệp là khó khăn đối với đời sống chung của nhân dân Tĩnh Gia và
riêng của vùng dự án là còn quá nghèo tỷ lệ đói nghèo còn cao, hang năm tỉnh và
huyện phải trợ cấp khó khăn, phương hướng quy hoạch vùng dự án là xây dựng hồ
Tân Thành chủ độ cấp nước tưới cho 722ha, từng bước cải tạo đồng ruộng đưa 70SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 14
Ngành Công trình
90% giống lúa mới có năng suất cao vào vùng dự án, kể cả cây màu và cây công
nghiệp.
2.2.2 Lâm nghiệp
Sau khi xây dựng hồ cải tạo môi trường sinh thái, khí hậu những vùng diện tích có
cao độ cao (vùng sườn đồi bãi, núi) giao khoán cho các cán bộ xã viên trồng rừng, xây
dựng điểm các trang trại. Quy hoạch theo vùng để phát triển các loại cây cho phù hợp
với từng loại đất ở xung quanh hồ Tân Thành và lưu vực hồ có thể trồng cây lấy gỗ
như cây bạch đàn xen kẽ trồng những vùng cây ăn quả.
2.2.3. Công nghiệp
Trong vùng dự án không có nhà máy công nghiệp, trong tương lai vùng này chưa
có quy hoạch xây dựng nhà máy công nghiệp nao. Vùng phía nam huyện Tĩnh Gia có
khu công nghiệp Nghi Sơn là nhà máy xi măng trắng và cảng nước sâu, đây là tiền đề
thuận lợi cho các vùng lân cận sản xuất phát triển kinh tế xã hội.
2.2.4. Y tế
Hiện tại các vùng dự án có các tram xá nhưng trang thiết bị còn quá đơn sơ, số cán
bộ y tế có trình độ còn thấp chưa có bác sĩ ở trạm, tương lai phải đầu tư 1÷2 bác sĩ.
2.2.5 Giáo dục
Nhân dân và nhà nước chăm lo đến việc phát triển giáo dục, các xã đã có trường
trung học và tiểu học kiên cố.
2.2.6. Dịch vụ thương nghiệp
Phương tiện và cơ sở hạ tầng dịch vụ thương nghiệp trong vùng dự án rất nghèo
nàn cả về chất lượng lẫn số lượng, không có cơ sở chế biến nông sản, công nghiệp
không có dịch vụ thương nghiệp, chỉ buôn bán nhỏ ở các chợ liên xã.
2.2.7. Giao thông vận tải
Giao thông trong vùng dự án có đường sắt Bắc – Nam chạy qua, đường quốc lộ
1A chạy qua, có trục đường liên xã chạy dọc qua 4 xã qua công trình cống Văn Liên
và đến gần khu vực đậo đầu mối, đường đất ô tô có thể đi được, các mạng đường thôn
xóm nối nhau tạo thành một hệ thống giao thông nông thôn đi lại thuận tiện. Trong
tương lai xây dựng kinh tế hạ tầng Nhà nước và nhân dân cùng làm sẽ dần dần kiên cố
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 15
Ngành Công trình
hoá các đường giao thông liên thôn. Riêng tuyến đường từ 1A vào khu vực đầu mối và
eo Văn Liên trong dự án này được nâng cấo đường dải nhựa (đường cấp 4 đồng bằng),
làm đường vận chuyển vật liệu và quản lý công trình, chiều dài eo Văn Liên L =
1730m, chiều dài tuyến vào đầu mối L = 2670m.
2.2.8. Hiện trạng thuỷ lợi
Xây dựng hồ chứa Tân Thành để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sản xuất, sửa
chữa nâng câng cấp các hồ đập nhỏ để có nhiều nguồn nước phục vụ cho nhu cầu ngày
càng phát triển trong vùng. Định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng dự án và vùng
lân cận. Xây dựng hồ Tân Thành từng bước đưa năng suất nông nghiệp đạt bình quân
6 ÷ 7 tấn/ha. Ngoài ra xây dựng cơ sở hạ tầng phấn đấu 90% các hộ gia đình có nhà
kiên cố và bán kiên cố không có hộ đói, giảm hộ nghèo.
CHƯƠNG III : PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC
VÀ GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH.
3.1 Phương án sử dụng nguồn nước.
Để có được giải pháp công trình tốt nhất trước khi thiết kế công trình cần phải xác
định được lượng nước yêu cầu của các hộ dùng nước và nhu cầu dùng nước của các
loại cây trồng.
3.2. Tình hình quy hoạch nguồn nước trong vùng
3.2.1. Lượng nước yêu cầu
Trên cơ sở giải pháp công trình, diện tích, cơ cấu, thời vụ cây trồng điều kiện thổ
nhưỡng và khí hậu qua tính toán thuỷ nông, xác đinh mức tưới, hệ số tưới và lượng
nước yêu cầu đối với hồ chứa Tân Thành. Vùng dự án nằm sát vùng tưới của hệ thống
thuỷ nông Yên Mỹ, điều kiên thổ nhưỡng, cây trồng và khí hậu giống nhau. Tính toán
thuỷ nông cho hồ Yên Mỹ đã được kiểm đinh thực tế những năm qua cho thấy các chỉ
tiêu kỹ thuật thuỷ nông của hồ Yên Mỹ phù hợp với thực tế áp dụng tính cho hồ Tân
Thành.
- Hệ số tưới:
+ qmax = 1,72(l/s)/ha.
+ qmin = 0,53(l/s)/ha.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 16
Ngành Công trình
+ qtk = 1,0(l/s)/ha.
+ qmàu = 1,72(l/s)/ha.
- Hệ số lợi dụng kênh mương hệ thống: ηht = 0,65
Bảng 3-1: Mức tưới cho 1 ha lúa và màu
Tháng
W.103(m3)/1ha
lúa
W.103(m3)/1ha
màu
1
2
3
4
5
2,709
2,639
2,243
2,53
3
0,83
5
0,717
0,679
0,767
0,17
3
0,05
3
6
7
8
9
10
11
0
3,39
5
2,4
4
1,04
4
2,177
0
0
0
0
0
0
0
12
1,76
3
0,53
5
Tổng
20,85
3,586
3.2.2. Nhu cầu dùng nước tưới cho 722ha
Trong đó 442ha lúa, 280ha hoa màu.
Bảng 3-2: Nhu cầu dùng nước của vùng
Tháng
W.106(m3)
Tháng
W.106(m3)
1
1,503
7
0,089
2
1,248
8
1,081
3
1,182
9
0,460
4
1,334
10
0,962
5
0,693
11
0,265
6
0,06
12
0,929
3.2.3. Diện tích tưới vùng dự án các loại cây trồng
Vùng dự án diện tích tưới có 2 khu: Tại khu tưới phía Bắc diện tích 110ha, trong
đó tưới cho màu 46ha từ cao độ (+10,0 ÷ +12,0). Tưới cho lúa 64ha từ cao độ
(+11÷+9,8). Tại khu tưới phía Nam diện tích 612ha. Trong đó tưới cho màu 234ha từ
cao độ (+12,5 ÷ +8,5). Tưới cho lúa 378ha từ cao độ (+9,5 ÷+5,5).
-
Tổng diện tích cả 2 vùng 722ha.
-
Trong đó: Tưới cho màu là 280ha.
-
Tưới cho lúa: 442ha.
3.3. Phương hướng phát triển
Duy trì tốc độ tăng trưởng kinh tế ở mức cao, cải thiện và nâng cao mức sống
của nhân dân. Xây dựng nền nông nghiệp bền vững, dần chuyển dịch cơ cấu kinh tế
sang nâng cao tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ.Theo kế hoạch phát triển kinh tế của
địa phương thì đây là vùng có tiềm năng để phát triển kinh tế nông nghiệp, có điều
kiện thổ nhưỡng, khí hậu thích hợp với các loại cậy công nghiệp có hiệu quả kinh tế
cao, là vùng đất đai còn rộng nhưng đời sống của nhân dân còn gặp khó khăn vì không
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 17
Ngành Công trình
có hệ thống thủy lợi phục vụ tưới nên năng suất thấp. Vì vậy việc cần thiết phải có sự
đầu tư của nhà nước để xây dựng công trình với quy mô thỏa đáng. Với kế hoạch là
tưới phục vụ tổng diện tích là 722ha, kết hợp với nuôi trồng thủy sản.Với điều kiện đủ
nước thì đưa giống mới vào sản xuất nông nghiệp, năng suất từ đó nâng cao đời sống
vật chất và tinh thần cho nhân dân trong vùng
3.4. Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ Chứa Tân Thành
Xây dựng hồ chứa Tân Thành nhằm mục đích cấp nước cho 722ha diện tích của 4
xã Nguyên Bình, Hải Nhân, Định Hải và Xuân Lâm cấp nước sinh hoạt cho 4000
người vùng dự án 4 xã nói trên, giảm bớt lũ cho sông Thị Long, tạo cảnh quan môi
trường, tươi xanh, sạch đẹp vùng dự án, góp phần tích cực vào muc tiêu xây dựng kinh
tế hạ tầng cơ sở, ổn định đời sống nhân dân, an ninh quốc phòng vững mạnh.
3.5. Sự cần thiết phải xây dựng công trình
Huyện Tĩnh Gia gồm 34 xã tổng diện tích 44244ha số dân 170000 người trong đó
nghề nông nghiệp chiếm 70%. Tổng diên tích canh tác trên 10000ha.
Vùng phía bắc sông Lạng Bạng gồm 20 xã, diện tích tự nhiên trên 23 ngang ha.
Diện tích canh tác 6 ngàn ha nguồn nước tưới chủ yếu là hồ Yên Mỹ. Hồ này theo
nhiệm vụ tưới cho 5840ha, những năm trước đây chỉ đảm bảo 60÷70% nhiệm vụ.
Nguyên nhân là do kênh mương không đảm bảo, các công trình trên kênh không đồng
bộ tưới tràn mất nhiều nước. Do đó phải có đầu tư để làm lại kênh chính, kênh Bắc,
kênh nhánh. Ngoài ra còn có một số hồ đập nhỏ nhưng chỉ tưới khoảng 100ha. Vùng
này thiếu nước mà không có nguồn. Do vậy để đáp ứng các yêu cầu trên thì xây dựng
công trình hồ Tân Thành là rất cần thiết.
CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN
4.1 Giải pháp công trình
Trong thực tế có rất nhiều phương án đáp ứng yêu cầu dùng nước phục vụ nông
nghiệp, nhưng căn cứ vào điều kiện thực tế cho phép của từng khu vực mà ta lựa chọn
phương án có lợi nhất.
Qua phân tích thấy rõ phương án xây dựng hồ chứa khống chế tưới tự chảy là
phương án thích hợp nhất đối với khu vực mà điều kiện tự nhiên cho phép. Tại khu
vực dự định xây hồ chứa Tân Thành ta thấy nguồn cung cấp vật liệu gần và thuận tiện,
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 18
Ngành Công trình
tình hình địa chất của nền đảm bảo độ an toàn của đập. Tuy nhiên xét trong điều kiện
cụ thể của tuyến công trình ta thấy chọn loại đập đất có nhiều thuận lợi hơn vì:
+ Quản lý khai thác đơn giản, công tác tu bổ ít tốn kém.
+ Vật liệu xây dựng: đã tiến hành thăm dò và tìm kiếm được 7 mỏ đất dính đáp
ứng được yêu cầu về chất lượng làm đập đất. Về trữ lượng có khả năng khai thác được
tùy theo trữ lượng thiết kế yêu cầu .
+ Nước ta đã và đang xây dựng rất nhiều đập đất nên về công nghệ và kỹ thuật
cũng như kinh nghiệm quản lý thi công đều có. Vì vậy ta chọn hình thức xây dựng đập
dâng nước là đập đất.Việc xây dựng hồ chứa Tân Thành là giải pháp tốt nhất giải
quyết nhu cầu dùng nước và tưới cho nông nghiệp của xã. Đây là phương án tiết kiệm
nhất cho đồng bào cho khu vực.
4.2 Hình thức các công trình đầu mối
4.2.1 Đập ngăn sông
Dựa vào tình hình địa hình địa chất khu vực xây dựng và lượng vật liệu tại khu
vực xây dựng thì có thể chọn hình thức đập là đập đất đồng chất. Vật liệu cung cấp đủ
trữ lượng để xây dựng đập với cự ly hợp lý.
4.2.2 Tràn xả lũ.
Tràn tính toán là tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết.
4.2.3 Cống lấy nước
Cống lấy nước là cống hộp bê tông cốt thép
4.3. Cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế:
4.3.1.Xác định cấp công trình
Theo TCXDVN 285 : 2002 công trình tưới 722 ha thuộc công cấp III
Theo chiều cao công trình: tuyến đập có chiều cao đập bằng 15đến 35m. Loại đất
nền là đất á sét thuộc nhóm B và là loại đập đất. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002
ta có cấp công trình là cấp III
⇒ Tổ hợp lại ta có công trình là công trình cấp III.
4.3.2. Các chỉ tiêu thiết kế:
Căn cứ vào TCXDVN 285: 2002 với công trình cấp III chúng ta có các chỉ tiêu
thiết kế sau:
-Tần suất lưu lượng lũ thiết kế:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
P = 1%
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 19
-Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra:
Ngành Công trình
P = 0,2%
- Tần suất gió tính toán (bảng (4-2) 14TCN 157-2005)
+ Với MNDBT P = 4%
+ Với MNLTK P = 50%
- Mức đảm bảo tưới:
P= 75%
- Đối với tổ hợp lực cơ bản
+ Hệ số tổ hợp tải trọng:
nc = 1.0
+ Hệ số điều kiện làm việc:
m = 1.0
+ Hệ số tin cậy:
kn = 1.15
- Đối với tổ hợp lực đặc biệt
+ Hệ số tổ hợp tải trọng:
nc = 0.95
+ Hệ số điều kiện làm việc:
m = 1.0
Tổ hợp lực bình thường:
[k] = 1.2
Tổ hợp lực đặc biệt:
[k] =1.15
Tuổi thọ công trình là:
75 năm
+ Độ vượt cao an toàn (bảng (4-1) 14TCN 157-2005)
a = 0,7m ứng với MNDBT
a = 0,5m ứng với MNLTK
a = 0,2m ứng với MNLKT
4.4. Xác định các thông số hồ chứa
4.4.1 Xác định mực nước chết
- Mực nước chết là mực nước thấp nhất cho phép tồn tại trong kho, khi ở mực
nước chết không cho phép lấy bất kỳ một lượng nước trong kho.
Nguyên tắc lựa chọn mực nước chết.
- Mực nước chết (MNC) phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng trong hồ chứa
trong suốt thời gian hoạt động của công trình.
Vc ≥ Vb.T
Trong đó:
+ Vb : thể tích bồi lắng hàng năm.
+ T : thời gian hoạt động của công trình.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 20
Ngành Công trình
- Đối với kho nước có nhiệm vụ tưới tự chảy, MNC không được nhỏ hơn cao trình
mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy.
MNC ≥ Zyc + hW
Trong đó:
+ Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh.
+ hW : tổng tổn thất cột nước qua cống.
Do đó khi xác định MNC cần thoả mãn 2 điều kiện sau:
Điều kiện lắng đọng bùn cát.
Điều kiện tưới tự chảy.
4.4.1.1: Xác định mực nước chết theo điều kiện lắng đọng bùn cát.
- Theo nguyên tắc lắng đọng bùn cát, mực nước chết được xác định theo công
thức:
MNC = Zbc + a + h
Trong đó:
+ a: độ cao an toàn đảm bảo bùn cát không đi vào cống láy nước.
+ h: chiều sâu dòng chảy ở cửa vào cống, ứng với MNC và lưu lượng
tương ứng.
- Sơ bộ chọn : a = 0,5m ; h = 1m.
+ Zbc : cao trình bùn cát được xác định theo thể tích bùn cát.
Xác định tuổi thọ của hồ chứa: Với công trình cấp III, tra TCXDVN 285-2002,
ta có tuổi thọ của công trình là T = 75năm.
Xác định thể tích bùn cát Vbc : Vbc = Vll + Vdđ + Vsl = 2992+898+449 =
4339(m3/s)
+ Vll : thể tích bình quân nhiều năm của chất lơ lửng.
+ Vdđ : thể tích bùn c át di đẩy lấy bằng.
+ Vsl : thể tích bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu vực.
Qua thời gian T=75 năm, dung tích lắng đọng của hồ là:
VTLĐ = 75. 4339 = 325425(m3)
Từ VTLĐ tính toán, tra quan hệ Z~V ta được: Zbc = +9,74 m
→ MNC = 9,74 + 0,5 + 1 = 11,24 m
(1)
4.4.1.2: Xác định mực nước chết theo điều kiện tưới tự chảy.
- Theo điều kiện tưới tự chảy, MNC được xác định như sau:
MNC = Zyc + hW
Trong đó:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 21
Ngành Công trình
+ Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh.
Zyc = 13,5
+ hW : tổng tổn thất cột nước qua cống, sơ bộ chọn hW =0,5
→ MNC = 13,5 + 0,5 = 14m
(2)
Từ (1) và (2) → chọn Max(MNC) = 14m
Tra quan hệ Z~V → Vc = 0,82.106 m3
4.4.2 Xác định MNDBT và dung tích hồ chứa
4.4.2.1 Định nghĩa.
- Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là mực nước hồ chứa đảm bảo cho công
trình làm việc bình thường.
- Phần dung tích giới hạn giữa MNC và MNDBT gọi là dung tích hiệu dụng.
4.4.2.2 Nguyên tắc xác định.
Cách lựa chọn MNDBT và dung tích hồ chứa Vh cần kết hợp các điều kiện sau:
- Cao trình mực nước trong kho phải nhỏ hơn hoặc bằng cao trình mực nước cao
nhất cho phép của hồ chứa, hoặc dung tích trong kho phải nhỏ hơn hoặc bằng dung
tích lớn nhất của hồ chứa.
Z(t) ≤ Zmax hoặc V(t) ≤ Vmax
- Cao trình mực nước trong kho phải lớn hơn hoặc bằng cao trình mực nước thấp
nhất cho phép của hồ chứa, hoặc dung tích trong kho phải lớn hơn hoặc bằng dung tích
nhỏ nhất của hồ chứa.
Z(t) ≥ Zmin hoặc V(t) ≥ Vmin
- Lưu lượng nước ra khỏi kho phải nhỏ hơn bằng lưu lượng nước cho phép tháo xuống
hạ lưu để thoả mãn yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu.
qi(t) ≤ [q]
Yêu cầu về nước ra khỏi kho nước: Lượng nước ra khỏi kho nước phải nhỏ hơn
hoặc bằng yêu cầu cấp nước mà công trình phải thoả mãn.
qi(t) ≤ qyci(t)
4.4.2.3 :Phương pháp tính toán.
Tính toán điều tiết hồ xác định MNDBT sử dụng một số phương pháp sau:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 22
Ngành Công trình
∗ Phương pháp trình tự thời gian: Gồm 2 phương pháp nhỏ
+ Phương pháp lập bảng
+ Phương pháp đồ giải
∗ Phương pháp thống kê:
Trong đồ án này ta chọn phương pháp lập bảng (Giải theo nguyên lý cân bằng nước).
[Q(t) –q(t)] .∆t = dv(t)
Trong đó: Q(t) là tổng lượng nước chảy vào kho.
q(t) là tổng lượng nước yêu cầu.
Với kho nước điều tiết dài hạn - Sai phân hoá phương trình trên ta được:
Qi ∆t i – qi.∆ti = Vi –Vi -1
Trong đó: Vi và Vi-1 : dung tích đầu và cuối thời đoạn tính toán .
∆ti = ti - ti-1: thời đoạn cân bằng thứ i, chọn ∆i = 1 tháng.
Qi , qi : lưu lượng nước đến và đi trong thời đoạn tính toán.
4.4.2.4 Trình tự tính toán.
Sử dụng phương trình cân bằng nước để cân bằng cho từng thời đoạn, trên cơ sở đó xác định
thời kỳ thừa nước, thời kỳ thiếu nước từ đó xác định được dung tích hồ chứa cần xây dựng.
a. Tính dung tích hồ (Vh ) chưa kể tổn thất.
Thiết lập bảng tính:
Bảng Tính: 4-1: dung tích hiệu dụng không kể đến tổn thất
Lượng
+
∆V
∆V
Tháng
WQ
Wq
nước
Lượng nước xả thừa
6 3
6 3
6 3
6 3
6 3
10 m 10 m 10 m 10 m
10 m
106m3
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
VI
0.337 0.000 0.337
0.337
VII
0.615 0.089 0.526
0.863
VIII 3.099 1.081 2.018
2.881
IX
3.445 0.460 2.985
5.389
0.477
X
2.380 0.962 1.418
5.389
1.418
XI
0.151 0.265
0.114
5.275
XII
0.545 0.929
0.384
4.891
I
0.270 1.452
1.182
3.709
II
0.232 1.248
1.016
2.693
III
0.175 1.182
1.007
1.686
IV
0.113 1.334
1.221
0.465
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
V
0.228
Cộng
Trang 23
0.693
11.590 9.695
0.465
7.284
Ngành Công trình
0.000
5.389
1.895
+ Cột 1 : Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn.
+ Cột 2: Tổng lượng dòng chảy đến trong từng tháng WQi = Qi.Δti
Qi : Lượng nước đến trong từng tháng
Δti : thời gian của một tháng (s)
+ Cột 3: Tổng lượng nước dùng
+ Cột 4,5: Lượng nước thừa thiếu
(4) = (2) - (3) khi WQ > Wq (tổng lượng nước đến lớn hơn tổng lượng nước dùng).
(5) = (3) - (2) khi WQ < Wq (tổng lượng nước đến nhỏ hơn tổng lượng nước dùng).
+ Cột 6: Tình hình trữ nước.
+ Cột 7: Lượng nước xả thừa.
Từ bảng trên ta xác định được Vh1 = 5,389.106 m3 .
b Tính toán dung tích hồ (Vh)khi có kể đến tổn thất.
Tổn thất của hồ chứa tính toán ở đây gồm tổn thất do bốc hơi và do thấm.
Bằng phương pháp tính đúng dần ta tiến hành lập các bảng tính lấy kết quả của bảng
trước làm số liệu để tính bảng sau đến khi dung tích hiệu ích của hồ trong các lần tính tiến gần
đến con số ổn định. Nội dung bảng tính gồm có :
Tháng
(1)
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
V
Bảng:4-2: Tính toán tổn thất trong kho nước
Vi
Vitb
Fh
Wb
Wt
6 3
6 3
6 2
6 3
10 m
10 m
10 m
10 m
106m3
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
0.820
1.157
0.989
0.273
0.015
0.010
1.683
1.420
0.373
0.023
0.014
3.701
2.692
0.496
0.021
0.027
6.209
4.955
0.874
0.028
0.050
6.209
6.209
0.936
0.035
0.062
6.095
6.152
0.934
0.036
0.062
5.711
5.903
0.921
0.029
0.059
4.529
5.120
0.882
0.021
0.051
3.513
4.021
0.809
0.015
0.040
2.506
3.010
0.597
0.009
0.030
1.285
1.896
0.419
0.009
0.019
0.820
1.053
0.292
0.013
0.011
Cộng
0.255
0.434
Wtt
106m3
(7)
0.025
0.038
0.048
0.078
0.097
0.097
0.089
0.073
0.055
0.040
0.028
0.023
0.689
+ Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 24
Ngành Công trình
+ Cột 2: Dung tích kho ở cuối thời đoạn tính toán.
+ Cột 3: Dung tích kho bình quân của hồ chứa. Vi = (Vc + Vk)/2
+ Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng. Tra quan hệ Z~V
+ Cột 5: Lượng nước tổn thất do bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb .
∆Z Chiều dày lớp nước bốc hơi mặt hồ.
+ Cột 6: Lượng nước tổn thất của hồ chứa do thấm Wthấm = 1%.Vtb.
+ Cột 7: Tổng lượng nước tổn thất Wtt = Wbh + Wth.
Tháng
(1)
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
V
Cộng
Bảng 4-3: Tính dung tích hiệu dụng có kể đến tổn thất
Lượng
+
∆V
∆V
WQ
Wq
nước
Lượng nước xả thừa
6 3
6 3
6 3
6 3
6 3
10 m
10 m 10 m 10 m
10 m
106m3
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
0.337 0.025 0.312
0.312
0.615 0.127 0.488
0.801
3.099 1.129 1.970
2.771
3.445 0.538 2.907
5.666
0.012
2.380 1.059 1.321
5.666
1.321
0.151 0.362
0.211
5.454
0.545 1.018
0.473
4.982
0.270 1.452
1.182
3.800
0.232 1.248
1.016
2.784
0.175 1.222
1.047
1.737
0.113 1.362
1.249
0.488
0.228 0.716
0.488
0.000
11.590 10.256 6.999
5.666
1.334
So sánh với Vh khi chưa kể tổn thất nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếp lại lần nữa,
nếu nhỏ hơn 5% thì ta lấy kết quả tính được.
5,666 − 5,389
= 4,88% < 5%. Vậy thoả mãn.
5,666
⇒ VBT = Vh + Vc = 5,666 + 0,82 = 6,486 (106 m3).
Tra quan hệ Z ~ V ứng với VBT = 6,486(106 m3) ta tra được ZBT = 24,24(m).
Vậy ta chọn ZMNDBT = 24,24 (m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 25
Ngành Công trình
Bảng 4-4: Kết quả tính toán
Vhi
106 m3
5,666
Zc
m
14
Vc
106 m3
0,82
Vh
106 m3
6,486
MNDBT
m
24,24
4.5 Các phương án công trình nghiên cứu trong đồ án
Dựa vào tình hình địa hình địa chất và được sự gợi ý của thầy giáo hướng dẫn đồ
án này em chọn các phương án để tính toán như sau : Btr chọn sơ bộ là 35,40,45m.
PHẦN II:THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH
CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
5.1 Mục đích và phương pháp tính
5.1.1 Mục đích.
Nhiệm vụ cơ bản của điều tiết dòng chảy là nâng cao lưu lượng mùa kiệt và hạ
thấp lưu lượng mùa lũ. Điều tiết năm và nhiều năm chủ yếu là nghiên cứu cách nâng
cao lưu lượng mùa kiệt hoặc lưu lượng năm ít nước, còn điều tiết dòng chảy lũ là
nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng mùa lũ, lưu lượng đỉnh lũ lớn.
Mục tiêu của việc nghiên cứu điều tiết lũ của hồ chứa là thông qua việc tính toán,
tìm ra dung tích phòng lũ cần thiết của hồ chứa, phương thức trữ nước và tháo nước
thích hợp, từ đó giảm bớt kích thước công trình tháo lũ và thoả mãn cột nước hạn chế
lúc tháo lũ (cột nước thấp nhất yêu cầu lúc vận hành nhà máy thuỷ điện). Thường
người ta phải căn cứ vào năng lượng thoát lũ của sông và mực nước hạn chế của
phòng lũ để xác định phương thức tháo lũ cho hồ chứa, dung tích phòng lũ và kích
thước của công trình tháo lũ. Như vậy để có cơ sở cho việc tính toán điều tiết lũ của hồ
chứa, trước hết ta cần xác định tiêu chuẩn phòng lũ, phân tích về lũ thiết kế, lưu lượng
tháo an toàn đối với hạ lưu và mực nước khống chế.
5.1.2. Nguyên lý và phương pháp tính toán:
5.1.2.1. Nguyên tắc tính toán
Dựa trên nguyên lý cân bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước xả qua
công trình xả:
Q.dt – q.dt = F.dh
Trong đó:
- Q là lưu lượng nước đến kho nước
- q là lưu lượng nước ra khỏi kho nước
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 26
Ngành Công trình
+ F: Diện tích mặt thoáng của kho nước
+ dt: Khoảng thời gian vô cùng nhỏ
+ dh: Vi phân của cột nước trên công trình xả
Nếu ta thay F.dh = dv thì ta được phương trình
Q.dt – q.dt = dv
(5.1)
Và nếu ta thay tiếp dt bằng khoảng thời gian đủ lớn ∆t = t2- t1, ở đây t1 và t2 là
thời điểm đầu và thời điểm cuối của khoảng thời gian tính toán, thì ta có thể đưa
phương trình (5.1) về dạng sai phân sau đây:
Q1 + Q 2
q1 + q 2
÷∆t −
2
2
Ở đây:
÷∆t = V2 − V1
(5.2)
+ Q1, Q2: là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính to
+ q1, q2: là lưu lượng xả tương ứng
+ V1, V2: là lượng nước có ở trong kho đầu và cuối thời đoạn ∆t
Với mục đích là tìm đường quá trình xả lũ q ∼ t thì phương trình (5.2) chưa thể
giải trực tiếp được vì có hai số hạng chưa biết là q 2 và V2. Vì vậy chúng ta cần có một
phương trình nữa đó chính là phương trình thuỷ lực của công trình xả lũ với dạng tổng
quát:
q = f (Zt, Zh, C)
(5.3)
+ Zt: mực nước thượng lưu công trình xả lũ.
+ Zh: mực nước hạ lưu công trình xả lũ.
+ C : tham số biểu thị công trình.
Ở đây ta chọn phương pháp Potapop để tính toán.
5.1.2.2. Phương pháp Potapop:
Phương pháp này dựa trên cơ sở phương trình (5.2) và (5.3) để tính toán
Đưa phương trình (4.2) về dạng sau:
V2
V1
+ 0,5q 2 ÷ = 0,5 ( Q1 + Q 2 ) + − 0,5q1 ÷
∆t
∆t
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
(5.4)
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 27
Ngành Công trình
Như vậy với bất kỳ thời đoạn ∆t nào thì vế phải đều đã biết và ta có:
V q
q = f2 + ÷
∆t 2
V q
q = f1 − ÷;
∆t 2
(5.5)
Hai quan hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ; thay vào phương trình
(5.4) ta có:
f 2 = f1 + Q
(5.6)
Các bước tính toán:
- Xây dựng biểu đồ phụ trợ :
+ 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.
+ 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 = Vk – Vpl.
+ Tính các giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên, vẽ thành biểu đồ.
- Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết
+ Với mỗi thời đoạn ∆t , ta tính Q = 0, 5 ( Q1 + Q2 )
+ Từ giá trị q1, tra trên biểu đồ được giá trị f1 và tính được f2 = f1 + Q
+ Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2. Đó chính là giá trị lưu lượng xả tại
cuối thời đoạn ∆t
q (m /s)
f1
f2
q2
q1
Q
f 1, f 2
- Lặp lại các bước trên cho các thời đoạn tiếp theo cho đến khi kết thúc.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 28
Ngành Công trình
5.2 Tính toán và kết quả theo các phương án Btr khác nhau
Tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa nước Tân Thành
Đối với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do:
qx = ε.m.B 2.g .Htr3/2
(5.7)
Trong đó:
+
+
+
+
+
Qx: Lưu lượng xả qua tràn (m3/s)
m:Hệ số lưu lượng, với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do (chọn m= 0,36)
H: Cột nước trên ngưỡng tràn (m)
B: Chiều rộng tràn nước (m)
ε: Hệ số co hẹp bên, chọn ε= 1,0
Các bước tính toán biểu đồ phụ trợ :
- Cột 1 : Số thứ tự
- Cột 2 : Các trị số mực nước giả thiết ở trong kho từ MNDBT
- Cột 3 : h = cột (2) - Z ng
- Cột 4 : qx = ε.m.B 2.g .Htr3/2
- Cột 5 : Dung tích kho được xác định từ quan hệ Z ~ V ứng với cột (2)
- Cột 6 : Dung tích kho phần điều tiết lũ, V = cột(5) - V( MNDBT )
- Cột 9, 10:
f1 =
q
V
−
,
∆t
2
f2 =
q
V
+
∆t
2
Các bước tính toán điều tiết lũ :
- Cột 1 : Số thứ tự
- Cột 2 : Thời gian lũ ∆t = 0,5 h
- Cột 3 : Lưu lượng lũ đến
- Cột 4 : Lưu lượng lũ trung bình thời đoạn
- Cột 5 : Xác định từ biểu đồ phụ trợ
- Cột 6 : Tra trên biểu đồ từ qxả ở cột 5
- Cột 7 : f 2 = Q tb + f1
- Cột 8 :
q max
Htràn =
mεB 2g
t
2
3
- Cột 9 : Zsc = Zngưỡng + Htràn.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 29
Ngành Công trình
- Cột 10 : Tra quan hệ Z~V
Bảng 5-1: Tính quan hệ phụ trợ với phương án Btr=35m
ΤΤ
Z
H
q
Vk
V
V/∆t
q/2
(m)
(m)
(m3/s)
(m3)
(m3)
(m3/s)
(m3/s)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1
24.24
0.000
0.000
6486000.0
0.0
2
24.44
0.200
4.992
6687428.6
3
24.64
0.400
14.119
4
24.84
0.600
5
25.04
6
f1(q)
f2(q)
(8)
(9)
(10)
0.000
0.000
0.00
0.00
201428.6
111.905
2.496
109.41
114.40
6724571.4
238571.4
132.540
7.060
125.48
139.60
25.939
6761714.3
275714.3
153.175
12.969
140.21
166.14
0.800
39.935
6798857.1
312857.1
173.810
19.968
153.84
193.78
25.24
1.000
55.811
6836000.0
350000.0
194.444
27.906
166.54
222.35
7
25.44
1.200
73.366
6873142.9
387142.9
215.079
36.683
178.40
251.76
8
25.64
1.400
92.451
6910285.7
424285.7
235.714
46.226
189.49
281.94
9
25.84
1.600
112.954
6947428.6
461428.6
256.349
56.477
199.87
312.83
10
26.04
1.800
134.781
6984571.4
498571.4
276.984
67.391
209.59
344.37
11
26.24
2.000
157.857
7021714.3
535714.3
297.619
78.929
218.69
376.55
12
26.44
2.200
182.119
7058857.1
572857.1
318.254
91.059
227.19
409.31
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
26.64
26.84
27.04
27.24
27.44
27.64
27.84
28.04
28.24
28.44
2.400
2.600
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
4.200
7226947.4
7451157.9
7675368.4
7899578.9
8123789.5
8348000.0
8572210.5
8796421.1
9020631.6
9257777.8
740947.4
965157.9
1189368.4
1413578.9
1637789.5
1862000.0
2086210.5
2310421.1
2534631.6
2771777.8
411.637
536.199
660.760
785.322
909.883
1034.444
1159.006
1283.567
1408.129
1539.877
515.39
653.19
791.51
930.32
1069.62
1209.39
1349.62
1490.28
1631.37
1780.07
28.64
4.400
9546666.7
1700.370
28.84
29.04
29.24
29.44
4.600
4.800
5.000
5.200
9835555.6
10124444.4
10413333.3
10702222.2
1860.864
2021.358
2181.852
2342.346
275.313
293.462
311.993
330.899
1442.82
1585.5
5
1727.90
1869.86
2011.45
1957.92
24
25
26
27
28
29
30
29.64
29.84
30.04
5.400
5.600
5.800
700.343
739.609
779.582
10991111.1
11280000.0
11568888.9
3060666.7
3349555.
6
3638444.4
3927333.3
4216222.2
4505111.
1
4794000.0
5082888.9
103.754
116.990
130.746
145.001
159.740
174.948
190.609
206.712
223.244
240.195
257.55
4
307.88
419.21
530.01
640.32
750.14
859.50
968.40
1076.86
1184.88
1299.68
23
207.509
233.981
261.491
290.003
319.481
349.896
381.218
413.424
446.488
480.390
515.10
9
550.62
6
586.924
623.986
661.797
2502.840
2663.333
2823.827
350.171
369.804
389.791
2152.67
2293.53
2434.04
2853.01
3033.14
3213.62
2136.18
2314.82
2493.85
2673.24
Biểu đồ 5-1:quan hệ phụ trợ với Btr=35
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 30
Ngành Công trình
Bảng 5-2:Kết quả tính toán điều tiết lũ P = 0.2%, B = 35
T
Q
TT
(1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(h)
(2)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
11
5.00
12
13
14
15
16
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
(m3/s)
(3)
0.00
92.30
169.75
245.76
343.14
385.43
439.71
538.00
484.86
461.13
414.5
9
363.5
5
325.18
289.14
253.22
210.52
17
18
19
20
21
22
8.00
8.50
9.00
9.50
10.00
10.50
180.61
148.57
120.23
77.82
43.27
0.00
Qtb
(m3/s
)
(4)
0.00
46.15
131.03
207.76
294.45
364.29
412.57
488.86
511.43
473.00
q1
f1
f2
H
Z
V
(m3/s)
(5)
0.00
2.01
30.51
140.54
205.34
236.38
271.75
317.14
359.60
385.02
(m3/s)
(6)
0.00
44.14
144.66
211.87
300.98
428.88
569.70
741.42
893.25
981.22
(m)
(8)
0.00
0.11
0.67
1.85
2.38
2.62
2.87
3.18
3.46
3.62
(m)
(9)
24.24
24.35
24.91
26.09
26.62
26.86
27.11
27.42
27.70
27.86
103m3
(10)
6486.00
6618.01
6775.80
7000.42
7231.12
7506.70
7808.93
8175.27
8503.56
8700.56
437.86
397.12
1021.95
(m3/s)
(7)
46.15
175.16
352.41
506.32
665.26
841.45
1058.56
1252.85
1366.24
1419.08
1411.0
2
3.70
27.94
8797.80
389.07
344.37
307.16
271.18
231.87
195.5
7
164.59
134.40
99.03
60.55
21.64
395.28
383.62
366.48
345.32
320.63
1015.75
976.49
917.17
843.03
754.27
1360.11
1283.65
1188.35
1074.90
949.84
3.69
3.62
3.51
3.37
3.21
27.93
27.86
27.75
27.61
27.45
8796.19
8723.87
8606.80
8457.71
8276.47
294.13
267.40
240.76
213.30
169.89
69.06
655.70
552.89
446.53
332.25
222.91
175.49
820.29
687.29
545.55
392.79
244.54
175.49
3.03
2.84
2.65
2.44
2.10
1.15
27.27
27.08
26.89
26.68
26.34
25.39
8074.17
7862.68
7643.87
7409.35
7133.84
6937.35
Biểu đồ5-2: quan hệ Q,q~t với B = 35m,P = 0.2%
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 31
Ngành Công trình
Bảng 5-3: Kết quả tính toán điều tiết lũ P = 1%, B = 35
T
Q
TT
(1)
1
2
3
(h)
(2)
0.00
0.50
1.00
(m3/s)
(3)
0.00
62.30
124.57
4
5
6
7
8
9
10
11
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
12
13
14
15
16
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
17
18
19
20
21
22
8.00
8.50
9.00
9.50
10.00
10.50
186.86
249.14
311.43
337.70
436.00
404.86
373.71
342.57
311.4
2
280.28
249.14
218.00
186.86
155.7
1
124.57
93.49
62.28
31.14
0.00
Qtb
(m3/s
)
(4)
0.00
31.15
93.44
155.7
2
218.00
280.29
324.57
386.85
420.43
389.29
358.14
q1
f1
f2
H
Z
V
(m3/s)
(5)
0.00
1.36
8.19
(m3/s)
(6)
0.00
29.79
115.04
(m3/s)
(7)
31.15
123.23
270.75
(m)
(8)
0.00
0.08
0.28
(m)
(9)
24.24
24.32
24.52
103m3
(10)
6486.00
6587.14
6701.95
85.38
177.72
205.25
228.61
259.90
292.90
313.30
322.88
185.38
225.65
300.69
396.64
523.60
651.12
727.11
762.37
1.33
2.16
2.38
2.56
2.79
3.02
3.16
3.22
25.57
26.40
26.62
26.80
27.03
27.26
27.40
27.46
6896.84
7052.26
7207.35
7406.42
7662.60
7921.96
8077.36
8149.20
327.00
295.85
264.71
233.57
202.43
323.78
317.75
306.52
291.09
272.85
765.59
743.69
701.87
644.36
573.94
403.38
505.94
625.26
783.49
944.03
1040.41
1085.25
1089.36
1061.4
4
1008.40
935.44
846.79
745.23
3.23
3.19
3.11
3.01
2.88
27.47
27.43
27.35
27.25
27.12
8155.87
8110.81
8026.13
7907.95
7765.59
171.29
140.14
109.03
77.89
46.71
15.57
252.29
230.12
206.70
162.77
83.08
43.18
492.94
402.96
305.30
220.41
184.04
156.44
633.08
511.99
383.18
267.12
199.61
156.44
2.73
2.57
2.39
2.04
1.30
0.84
26.97
26.81
26.63
26.28
25.54
25.08
7601.27
7418.99
7219.91
7029.38
6892.40
6806.79
Biểu đồ 5-34: quan hệ Q,q~t với B = 35m,P = 1%
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 32
Ngành Công trình
Tiến hành tính toán cho các trường hợp lũ thiết kế và kiểm tra với các giá trị B tràn
= 40,45m . Tính toán tương tự với Kết ghi ở Bảng: 5-4, 5-5, 5-6, 5-7, 5-8, 5-9 phụ
lục
Bảng 5-10: Kết quả điều tiết lũ cho trường hợp P = 0,2%, P= 1%
P
0.20%
1%
B(m)
35m
40m
45m
35m
40m
45m
Z(m)
27.94 27.71
27.5
27.47
27.25 27.09
H(m)
3.7
3.47
3.26
3.23
3.01
2.85
Vsc(103m3) 8797.8 8422.25 8422.25 8155.87 7914.72 7727.7
qxảmax(m3/s) 397.12 411.62
422.8
323.78
333.67 344.65
CHƯƠNG VI : XÁCĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT
6.1. Tính toán lựa chọn hình thức đập đất
6.1.1. Mục đích .
Đập là một hạng mục công trình quan trọng nhất trong cụm công trình đầu mối ,
nó chiếm khối lưọng lớn vốn đầu tư . Kích thước cũng như cao trình đỉnh đập có ảnh
hưởng rất lớn tới sự an toàn và giá thành của hệ thống công trình .
Khi xác định cao trình đỉnh đập cần đảm bảo cho nước không tràn qua đỉnh đập, và
an toàn của công trình trong mọi trường hợp . Nhưng đồng thời cần tính toán để cao
trình đỉnh đập không quá cao để tránh gây lãng phí .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 33
Ngành Công trình
Do vậy cần xác định một cao trình đỉnh đập thoả mãn yêu cầu về kinh tế và kĩ
thuật .
6.1.2 Vị trí đập và hình thức đập
Qua phần phân tích chọn tuyến công trình ta đã xác định được tuyến đập được xác
định trên bình đồ. Thông qua các tài liệu khảo sát về điều kiện địa hình địa mạo, địa
chất khu vực xây dựng công trình, vật liệu địa phương, khu vực thi công và các điều
kiện kinh tế khác thì thấy trữ lượng vật liệu đất là đủ điều kiện để xây dựng đập chính
ngăn sông bằng vật liệu đất đồng chất. Vậy ta chọn phương án xây dựng đập đất đồng
chất là hợp lý vì lọai đập này có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, tận dụng được vật liệu
địa phương.
6.1.3 Các số liệu tính toán
-Mực nước dâng bình thường MNDBT = 24,24(m).
-Mực nước dâng gia cường MNLTK ứng với 3 phương án Btr là:
+Với Btr = 35(m) tính toán được MNLTK = 27,47 (m).
+Với Btr = 40(m) tính toán được MNLTK = 27,25(m).
+Với Btr = 45(m) tính toán được MNLTK = 27,09(m).
-Cấp công trình được xác định ở trên là công trình cấp III nên tốc độ gió tính toán
được theo tần suất tương ứng theo 14TCN 157-2005 ta có:
+Hướng gió tính toán theo tài liệu thuỷ văn cung cấp ta có:
Vận tốc gió:
V=39 (m/s) ứng với tần suất P = 4%.
V = 32 (m/s) ứng với tần suất P = 50%.
- Đà gió:
Ứng với mực nước dâng bình thường: D = 1,35(km) = 1350(m)
Ứng với mực nước lũ thiết kế: D = 1,58 (km) = 1580 (m)
- Góc kẹp giữa hướng gió với trục đập α = 0o
-Thời gian gió thổi liên tục t = 6(h) = 6.3600 (s)
6.2 Thiết kế mặt cắt cơ bản của đập đất
6.2.1 Cao trình đỉnh đập
Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao
của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (mực nước dâng bình thường,
mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh
đập quy định theo cấp công trình
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 34
Ngành Công trình
Cao trình đỉnh đập được xác định theo 2 trường hợp:
-Mực nước trong hồ ứng với MNLTK có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh do
gió bình quân lớn nhất nhiều năm.
-Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước
dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán.
• Xác định theo MNDBT: ∇ đ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (6-1)
• Xác định theo MNLTK: ∇ đ2 = MNLTK+ ∆h’ + hsl’ + a’
(6-2)
• Xác định theo MNLKT: ∇ đ3 = MNLKT + a”
Trong đó:
-
MNDBT: mực nước dâng bình thường trong hồ chứa
-
MNLTK: mực nước lũ thiết kế (P = 0,2%)
-
∆h, ∆h’: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn
nhất.
-
hsl; hsl': Chiều cao sóng leo ứng với MNDBT và MNLTK.
-
a, a’,a”: độ vượt cao an toàn, tra quy phạm đập đất 14TCN – 157/2005 ta có ;
+ Với MNDBT a = 0,7 m
+ Với MNLTK a' = 0,5 m
+ Với MNLKT a” = 0,2m
Cao trình đỉnh đập được lấy tương ứng với trường hợp bất lợi nhất trong 3 trường
hợp tính toán nói trên.
6.2.1.1 Xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT
* Xác định ∆h
Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất 14TCN 157-2005 thì chiều cao sóng leo có mức bảo
đảm 1% xác định như sau:
∆h = 2.10 −6
V 2D
cos α s
gH
(6-3)
Trong đó:
-
V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 39(m/s)
-
D: đà sóng ứng với MNDBT D = 24,24(m)
-
g: gia tốc trọng trường g = 9,81(m/s2)
-
H: chiều sâu nước trước đập
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 35
Ngành Công trình
H = MNDBT - ∇ đáy đập = 24,24 – 4 = 20,24(m)
- αs: góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, ta tính cho trường hợp bất lợi
nhất chọn αs = 00
⇒cosαs
=1
⇒ ∆h = 2.10 −6
39 2.1350
.1 = 0,021 (m)
9,81.20,24
* Xác định hsl
Theo quy phạm thủy lợi C-1-78 thì chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác
định như sau:
Hsl = K1 . K2 . K3 . K4 . Kα . hs1% (6-6)
Trong đó:
-
hs1%: chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1%
-
K1, K2, K3, K4, Kα: các hệ số
+ Xác định chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%
Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% được xác định theo QPTL C-1-78 như sau:
λ
2
-Giả thiết sóng trong trường hợp này là sóng nước sâu (H = 20,24m > )
-Tính các đại lượng không thứ nguyên
gt
gD
và 2
V
V
Trong đó:
V: vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 39m/s
D: đà gió ứng với MNDBT D = 1350m
g: gia tốc trọng trường g = 9,81m/s2
t: thời gian gió thổi liên tục t = 6(h) = 6.3600 (s) = 21600(s)
gt 9,81.21600
= 5433,23
V =
39
⇒
gD = 9,81.1350 = 8,71
V 2
39 2
Tra trên đường cong bao phía trên đồ thị hình 35(QPTLC-1-78) ứng với một giá trị
không thứ nguyên ta xác định được các cặp đại lượng không thứ nguyên
gτ
V = 3,6
gt
Ứng với = 5433,23 ⇒
V
g h = 0,066
V 2
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 36
Ngành Công trình
gτ
V = 0,77
gD
Ứng với 2 = 8,71 ⇒
V
g h = 0,0055
V 2
Trong hai cặp đại lượng không thứ nguyên trên chọn cặp có giá trị nhỏ nhất để tính.
Do vậy ta chọn cặp đại lượng không thứ nguyên thứ 2 để tính
gτ
0,77.V 0,77.39
= 0,77 ⇒ τ =
=
= 3,061(s)
V
g
9,81
gh
0,0055.V 2 0,0055.39 2
=
0
,
0055
⇒
h
=
=
= 0,85(m)
g
9,81
V2
Tính bước sóng trung bình được xác định theo công thức:
λ=
g τ 2 9,81.3,0612
=
= 14,626(m)
2π
2.3,14
Kiểm tra lại điều kiện giả thiết trên H = 20,24 >
λ
= 7,313(m) thỏa mãn
2
Tính chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%: hs1% = K1%. h
Trong đó:
h : chiều cao sóng trung bình h = 0,85(m)
K1%: hệ số tra ở đồ thị hình 36(QPTLC-1-78) phụ thuộc vào giá trị
gD
= 8,71 được
V2
K1% = 2,04 ⇒ hs1% = 2,04.0,85= 1,734 (m)
+Xác định các hệ số trong công thức (6-6)
-
K1, K2: hệ số phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên
mái
-
∆
hs1%
, tra ở QPTL C-1-78 ta được K1 = 1, K2 = 0,9
K3: hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái nghiêng m, tra QPTL C-1-78,
sơ bộ chọn hệ số mái m = 3-5, vận tốc gió V = 39m/s > 20m/s ta được K3 = 1,5
-
Hệ số K4 tra ở đồ thị hình 10 (trang 15) QPTL C-1-78, phụ thuộc vào trị số mái
và trị số
λ
với:
hs1%
λ
14, 626
=
= 8, 435 ,H > 2.hs1% Tra đồ thị 10 a trang 15 QPTL C-1-78 ⇒ K4 = 1,3
hs1% 1, 734
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
-
Trang 37
Ngành Công trình
Kα: hệ số phụ thuộc vào góc α giữa hướng gió và pháp tuyến với trục đậpKα = 1
Thay các kết quả vào công thức (6-4) ta được
hsl = 1.0,9.1,5.1,3.1,734 = 2,435 (m)
Thay các kết quả vừa tính được vào công thức (6-1) để xác định cao trình đỉnh đập
ứng với MNDBT:
⇒ ∇ đ1 = 24,24 + 0,021 + 2,435+ 0,7 = 28 (m).
6.2.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNLTK
Cách tính toán tương tự như trên nhưng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất V
= 32m/s, đà sóng D = 1580m, độ vượt cao an tòan a’ = 0,5m.
Bảng 6-1: Bảng xác định cao trình đỉnh đập ứng với các phương án Btr
Các thông số
Các trường hợp tính tóan
Đơn vị
Theo
Theo MNLTK
MNDBT
Btr
Zmn
Zđáy
H
D
V
α
∆h
gt/V
gD/V2
g h /V2
g τ /V
m
m
m
m
m
m/s
(o)
m
h
τ
λ
0,5. λ
K1%
hs1%
K1
K2
m
s
m
m
m
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
24,24
4
20,24
1350
39
0
0,021
5433,23
8,71
0,0055
35
27,47
4
23,47
1580
32
0
0,0141
6621,75
15,14
0.0072
40
27,25
4
23,25
1580
32
0
0,0142
6621,75
15,14
0,0072
45
27,09
4
23,09
1580
32
0
0,0143
6621,75
15,14
0,0072
0.77
0,85
3,061
14,626
7,313
2,04
1,734
0,9
0,8
0,89
0,75
2,903
13,164
6,582
2,04
1,53
0,9
0,8
0,89
0,75
2,903
13,164
6,582
2,04
1,53
0,9
0,8
0,89
0,75
2,903
13,164
6,582
2,04
1,53
0,9
0,8
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
K3
Kα
λ / hs1%
K4
hsl1%
a
Zđđ
Trang 38
1,5
1
8,435
1,3
2,435
0,7
27,40
m
m
m
Ngành Công trình
1,5
1
8,604
1,45
2,396
0,5
30,38
1,5
1
8,604
1,45
2,396
0,5
30,16
1,5
1
8,604
1,45
2,396
0,5
30,0
6.2.1.3 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNLKT
+ Với Btr = 35m => ∇ đ3 = 27,94 + 0,2 = 28,14
+ Với Btr = 40m => ∇ đ3 = 27,71 + 0,2 = 27,91
+Với Btr = 45m => ∇ đ3 = 27,5 + 0,2 = 27,7
Vậy cao trình đỉnh đập ứng với 3 phương án B tr = Max( ∇ đ1, ∇ đ2, ∇ đ3) ta có bảng
thống kê sau:
Bảng 6-1: Bảng thống kê cao trình đỉnh đập
Btr(m)
35
40
45
Zđđ(m)
30,38
30,16
30,0
6.2.2. Chiều rộng đỉnh đập
Chiều rộng đỉnh đập được xác định phụ thuộc vào yêu cầu về giao thông, quốc
phòng, cấu tạo, điều kiện thi công. Ở đây không có yêu cầu về giao thông và quốc
phòng nên ta chọn theo 2 điều kiện cấu tạo và thi công.
Vậy ta chọn chiều rộng đỉnh đập B = 6m. Đỉnh đập làm dốc về hai phía với độ
dốc mỗi phía là: i = 0,01.
i=3%
i=3%
Hình 6-1 : Cấu tạo chi tiết đỉnh đập.
6.2.3 Mái và cơ đập
6.2.3.1 Mái đập
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 39
Ngành Công trình
Phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố trong đó có những yếu tố cơ bản là: Đặc tính của
vật liệu đắp đập, loại đập, chiều cao đập, các loại lực tác dụng lên mái dốc, điều kiện
thi công và khai thác, tính chất cơ lý của đất nền, điều kiện kinh tế …
- Theo tài liệu ĐAMHTC có thể sơ bộ xác định hệ số mái dốc đập theo công thức
kinh nghiệm :
m1 = 0,05.H + 2
m2 = 0,05.H + 1,5
Trong đó: H Chiều cao đập, với chiều cao đập như đã thiết kế ở phần trên tính đến
đáy đập kể cả lớp bóc bỏ ở lòng suối là: hbóc = 0,5m. ⇒ Zđáy = 3,5 + 0,5 = 4 (m).
Sơ bộ chọn hệ số mái như sau:
+ Mái thượng lưu
-
Trên cơ :mtl1 = 3,5
-
Dưới cơ: mtl2 = 4
+ Mái hạ lưu
-
Trên cơ : mhl1 = 3
-
Dưới cơ : mhl2 = 3,5
6.2.3.2 Về cơ đập:
Theo tài liệu hướng dẫn đồ án môn học thủy công, khi đập cao trên 10m nên bố trí
cơ ở mái. Cơ thượng lưu đặt ở cao trình +14,38, rộng 3 m để đảm bảo cho thi công cơ
giới.Cơ hạ lưu đặt ở cao trình 16,38, rộng 3 m. Kết quả này được kiểm tra lại ở phần
tính toán ổn định mái đập.
6.2.4 Bảo vệ mái dốc thượng, hạ lưu
6.2.4.1 Mái dốc thượng lưu
Trong quá trình làm việc của đập đất thì mái dốc thượng lưu là nơi chịu tác dụng
của nhiều lực phức tạp khác nhau đặc biệt là áp lực sóng, áp lực thấm thủy động khi
mực nước hồ rút nhanh…Nên cần phải gia cố cẩn thận để đề phòng sự phá hoại của
các lực này.Có nhiều dải pháp công trình để bảo vệ mái dốc thượng lưu nhưng ở đây
để chống hiện tượng sạt lở mái do sóng gió gây ra nên với chiều cao sóng tương đối
lớn (ứng với MNDBT hs1%) ta sử dụng biện pháp bảo vệ mái bằng tấm bê tông cốt thép
mác 200 (150x150x10)cm để lát.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 40
Ngành Công trình
Để bảo đảm được sự nối tiếp giữa đá lát và thân đập, đồng thời có thể đề phòng
hiệp tượng xói ngầm trong thân đập ta bố trí dưới có tầng lọc ngược. Tầng lọc ngược
gồm đá dăm (0,5x1) dày 15cm, cát hạt thô dày 10cm.
Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu kể từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết
(MNC) một khoảng bằng 1,5 chiều cao sóng ( theo GTTC tập 1).
Vậy cao trình giới hạn bảo vệ mái thượng lưu là:
Z = ZMNC - 1,5.hsl1%
6.2.4.2 Mái dốc hạ lưu
Bảo vệ mái dốc hạ lưu có tác dụng nhằm chống lại sự phá hoại của gió mưa,
động vật đào hang ... làm xói mòn , hư hỏng mái đập .
Ta chọn hình thức bảo vệ mái hạ lưu là trồng cỏ, trước khi trồng ta phủ một lớp
đất màu dày 10cm. Trên mái đập trồng cỏ để đề phòng hiện tượng mưa có thể gây xói
lở lớp gia cố nhất là phần dưới thấp của mái dốc ta bố trí hệ thống thoát nước (20×20)
là các rãnh nhỏ chéo nhau, nghiêng với trục đập một góc 45 0 tạo thành các ô, trong
rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa và tránh xói mòn. Nước từ những rãnh nghiêng
này đổ vào rãnh ngang trên cơ đập dốc về hai bên bờ để nối với mương dọc, dẫn nước
về hạ lưu.
707
50
0
707
50
0
Hình 6-2 : Bảo vệ mái hạ lưu.
6.2.5 Thiết bị thoát nước đập
6.2.5.1 Mục đích
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 41
Ngành Công trình
Do sự chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu đập nên trong đập xuất
hiện dòng thấm. Các dòng thấm này nếu mạnh sẽ gây những hiện tượng bất lợi
cho đập như trôi đất, xói mòn, sạt lỡ mái đập và có khả năng gâp phá hủy đập. Do
vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết bị thoát
nước nhằm đưa dòng thấm thoát ra hạ lưu dễ dàng và an toàn, đồng thời hạ thấp
đường bão hoà tăng ổn định chống xói ngầm và trượt mái.
6.2.5.2 Hình thức, cấu tạo thiết bị thoát nước
Hình thức và thiết bị thoát nước phụ thuộc vào loại đập, điều kiện địa chất,
mực nước hạ lưu và nguyên vật liệu tại chỗ. Trong trường hợp này ta chọn hình
thức vật thoát nước kiểu lăng trụ cho phần lòng sông kết hợp với kiểu thoát nước
áp mái cho sườn đập. Trên cơ sở tính toán điều tiết hồ bố trí tuyến đập và tuyến tràn.
Tuyến tràn xả lũ bố trí vai tả đập xả xuống khe Tân Thành sau đập. Do đó mực nước
hạ lưu đập hoàn toàn phụ thuộc vào mức xã của tràn xả lũ ở đầu đập.Tra quan hệ (Q ~
Z) cho mặt cắt lòng suối Tân Thành, chọn mặt cắt đại diện lòng suối Tân Thành cách
cửa ra tràn xả lũ đổ vào khe Tân Thành 100m về hạ lưu. Ta có:
Qxã max 1% ⇒ MNHL = 8,0m.
Mái trong
m = 1,5
Mái ngoài
m = 2.0
Cao trình đỉnh đống đá:
Zlt = Zhlmax + a
Trong đó: Zhlmax: mực nước lớn nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, Zhlmax = 8,0m;
a: độ cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005, chọn a = 1,25 m
Zhl = 8,0+ 1,25 = 9,25m
- Chiều rộng đỉnh lăng trụ (B lt) xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản
lý (quan trắc, kiểm tra). Chọn Blt = 2m.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 42
Ngành Công trình
200
§Êt ®¾p ®Ëp : γk = 1,32 Τ/m
Hình 6-3: Cấu tạo chi tiết lăng trụ thoát nước
CHƯƠNG VII : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ.
7.1 Bố trí chung.
7.1.1. Vị trí :
Căn cứ vào bản đồ địa hình và bình đồ vị trí xây dựng công trình ta chọn vị trí tuyến
tràn đặt tại đầu đập phía bờ phải, tuyến tràn vuông góc với trục đập, ngưỡng tràn
7.1.2. Hình thức - quy mô công trình
7.1.2.1. Hình thức công trình:
Do địa chất nền tuyến tràn là nền đất, tương đối thoải về phía hạ lưu nên ta chọn
hình thức tràn ở đây là tràn đỉnh rộng tiết diện chữ nhật nối tiếp sau tràn là dốc nước.
Tiêu năng cuối dốc là bể và kênh tháo đưa nước xuống lòng sông tự nhiên.
7.1.2.2. Quy mô công trình:
Bề rộng tràn là Btr = 35,40,45m. Trong phần thiết kế sơ bộ tính toán tràn không có
trụ pin.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 43
Ngành Công trình
* Tường hướng dòng:
Dùng để nối tiếp với ngưỡng tràn, hướng nước chảy vào ngưỡng được thuận
dòng, bảo vệ mái đất ở hai bên .Tường cánh có các thông số sau:
- Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập sau đó giảm dần theo mái dốc
thượng lưu
- Góc mở của tường α =18o
-Tường là kiểu tường cánh nghiêng bằng bê tông M200
* Ngưỡng tràn:
Hình thức ngưỡng là tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết, có mặt cắt
hình chữ nhật được xác định như sau:
- Bề rộng toàn bộ ngưỡng tràn Btr = 35,40,45m
- Chiều dài ngưỡng tràn chọn theo điều kiện tràn đỉnh rộng.
Theo điều 3-1 QP C8-76 (trang 3) thì chiều dài ngưỡng tràn δ được xác định:
(2÷3)H ≤ δ ≤ (8÷10)H
Trong đó: + H: Cột nước trên ngưỡng tràn
+ δ: Chiều dài ngưỡng tràn, ta chọn δ =15 m
* Dốc nước:
- Cao trình đầu dốc nước : + 24,24 m.
- Bề rộng đầu đoạn thu hẹp Bđ = Btr(m).
- Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 25,30,35 (m) ứng với các Btr
- Độ dốc đáy đoạn thu hẹp i = 12 %.
- Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 30 (m).
- Bề rộng đoạn không đổi B = Bc (m).
- Độ dốc đáy đoạn không đổi i = 12 %.
- Chiều dài đoạn không đổi Ld = 70(m).
7.2. Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ
Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ nhằm xác định chiều sâu cột nước trong dốc nước, từ
đó xác định được các cao trình đỉnh tường bên dốc nước, lưu lượng cuối dốc nước và
điều kiện thuỷ lực của dòng nước.
7.2.1.Tính toán thuỷ lực dốc nước .
7.2.2.1.Tính các thông số thuỷ lực:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 44
Ngành Công trình
a. Độ sâu dòng chảy đều: Sử dụng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực :
f(R ln ) =
Tính
4.m o i
Q
Trong đó :
m0 = 2 1 + m 2 − m
(m=0)
i - độ dốc
Tra phụ lục 8-1 (Các bảng tính thuỷ lực) với f(R ln ) và n => ta được Rln
Lập tỷ số
b
R ln
Với m = 0 phụ lục 8-3 ta được
=> ho =
h
R ln
h
.R = hh
R ln ln
Độ sâu dòng chảy đều ta được kết quả độ sâu dòng chảy đều ứng với lưu lượng như
sau:
Bảng 7 -1: Độ sâu dòng đều h0 ở đầu đoạn thu hẹp:
Bd
(m)
35
40
45
Qtràn(m3/s)
f(Rln)
323.78
333.67
344.65
0.0086
0.0083
0.0080
Rln
(m)
1.293
1.308
1.324
B/Rln
h/Rln
h0 (m)
27.07
30.58
33.99
0.4872
0.4511
0.4230
0.63
0.59
0.56
Bảng 7 -2: Độ sâu dòng đều h0 ở đoạn sau thu hẹp của dốc nước:
Bd
Qtràn(m3/s) f(Rln)
(m)
25
323.78
0.0086
30
333.67
0.0083
35
344.65
0.0080
b. Độ sâu phân giới hk:
Rln
(m)
1.293
1.308
1.324
B/Rln
h/Rln
h0 (m)
19.33
22.94
26.44
0.0312
0.0237
0.0189
0.78
0.71
0.66
Với dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật, độ sâu phân giới được xác định theo công
thức:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
hk =
3
α .q 2
.
g
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trong đó:
Trang 45
Ngành Công trình
+ q: lưu lượng đơn vị chảy qua dốc nước q = Q/Bd.
+ α : hệ số sửa chữa động năng , chọn α = 1.
+ g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
Áp dụng công thức trên với các lưu lượng khác nhau ta được kết quả tính độ sâu
phân giới như sau:
Bảng 7 -3: Độ sâu phân giới đầu đoạn thu hẹp:
Bd
(m)
35
40
45
Qtràn(m3/s)
323.78
333.67
344.65
q
(m /s.m)
9.251
8.342
7.659
3
hk
(m)
2.059
1.921
1.815
Bảng 7-4: Độ sâu phân giới sau đoạn thu hẹp
Bd
(m)
25
30
35
Qtràn(m3/s)
323.78
333.67
344.65
q
(m /s.m)
12.951
11.122
9.847
3
hk (m)
2.576
2.328
2.146
c. Độ dốc phân giới:
Độ dốc phân giới được xác địh theo công thức:
Trong đó :
Q2
ik =
(ω K .C K . R K ) 2
+ Q: lưu lượng chảy qua dốc nước.
+ ω K = B d . hk .
+ RK =
ωK
.
2.hK + Bd
+ CK =
1 1/ 6
.RK
n
( với n = 0,017 ).
Kết quả tính toán độ dốc phân giới được ghi ở bảng sau:
Bảng 7-5: Độ dốc phân giới ở đầu đoạn thu hẹp:
Bd
35
40
45
Qtràn(m3/s))
323.78
333.67
344.65
hk (m)
2.059
1.921
1.815
w k m2
72.050
76.856
81.677
xk m
39.117
43.843
48.630
Rk (m)
1.842
1.753
1.680
Ck
65.127
64.592
64.133
ik
0.00258
0.00258
0.00258
Bảng 7-6: Độ dốc phân giới trên dốc nước ở sau đoạn thu hẹp:
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Bd
3
Qtràn(m /s)
Trang 46
hk (m)
wk m
2
xk m
25
323.78
2.576
64.406
30.152
30
333.67
2.328
69.828
34.655
35
344.65
2.146
75.114
39.292
7.2.2.2. Tính đường mặt nước trên dốc nước:
Ngành Công trình
Rk (m)
Ck
ik
2.136
2.015
1.912
66.755
66.109
65.532
0.00266
0.00259
0.00256
- Ứng với các lưu lượng, ta tính được đường mặt nước trên đoạn thu hẹp, từ đó xác
định được độ sâu h c ở cuối đoạn thu hẹp .
Mục đích của việc tính đường mặt nước trên dốc nước trong thiết kế sơ bộ là để xác
định các cao trình đỉnh tường bên của dốc nước sao cho đảm bảo được yêu cầu về kinh
tế kĩ thuật, không cho nước tràn qua tường trong mọi trường hợp. Với mỗi phương án
Btr ta sẽ xác định được các kích thước cụ thể của dốc nước, sẽ là tài liệu giúp ta tính
toán phương án Btr kinh tế sau này.
a . Tính đường mặt nước trong đoạn thu hẹp đầu dốc nước:
Ở đây ta thiết kế đoạn thu hẹp (ở đầu dốc nước) có đáy và tường hai bên đoạn thu
hẹp có dạng đường thẳng, đáy đoạn thu hẹp có độ dốc i =12%.
Tính toán đoạn thu hẹp ở đầu dốc nước có nhiều phương pháp, ở đây ta tính toán
đoạn thu hẹp theo phương pháp định trước chiều dài đoạn thu hẹp và sau đó xác định
chiều sâu nước ở các vị trí khác nhau và ở cửa ra của đoạn thu hẹp.
- Dựa vào kết quả tính toán độ sâu phân giới và độ sâu dòng đều ở đầu đoạn thu hẹp
ta thấy: ho < hk nên đường mặt nước trên dốc nước là đường nước hạ và lấy độ sâu
nước đầu đoạn thu hẹp bằng độ sâu phân giới đầu đoạn thu hẹp (h đ = hk).
Tính toán đường mặt nước trong đoạn thu hẹp theo phương pháp giả thiết chiều sâu
nước ở các vị trí khác nhau trong đoạn thu hẹp, sau đó kết hợp phương pháp cộng trực
tiếp để kiểm tra giá trị chiều sâu nước tại vị trí vừa giả thiết, từ đó xác định được chiều
sâu nước ở các vị trí khác nhau và ở cửa ra của đoạn thu hẹp. Trình tự tính toán cụ thể
như sau:
+ Chọn chiều dài đoạn thu hẹp ứng với phương án Btr tương ứng là: Lth = 30(m).
+ Chia đoạn thu hẹp thành n đoạn ngắn, từ đó xác định được chiều dài đoạn tính
toán :
∆L' =
Lth
.
n
+ Lấy chiều sâu nước đầu đoạn thu hẹp bằng độ sâu phân giới ở đầu đoạn thu hẹp
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 47
Ngành Công trình
+ Xác định diện tích mặt cắt ướt ở đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức:
ωi = bi.hi.
+ Xác định vận tốc dòng chảy ở đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức: vi =
Q
.
ωi
+ Xác định chênh lệch năng lượng đơn vị ở đầu và cuối đoạn tinh toán theo công
α .Vi +21
α .Vi 2
− hi +
∆∋ = ∋i + 1 - ∋i = hi +1 +
2.g
2.g
thức:
.
+ Xác định chu vi ướt ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán theo công thức:
χi = bi + 2.hi.
+ Bán kính thuỷ lực ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công
ωi
.
χi
Ri =
thức:
+ Hệ số Sê di ở mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công thức
1 1/ 6
.Ri .
n
Ci =
Ma ninh:
(n: hệ số nhám của dốc nước, n = 0,017).
+ Độ dốc mặt nước tại mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán được xác định theo công
thức:
Ji =
Q2
.
2
2
ω i .Ci .Ri
+ Độ dốc trung bình của đoạn tính toán được xác định theo công thức:
__
J=
J i + J i +1
.
2
+ Xác định chiều dài đoạn tính toán ứng với giá trị chiều sâu nước giả thiết ở cuối
đoạn tính toán theo công thức:
∆L =
∆∋
.
i−J
+ So sánh giá trị ∆L vừa tính được với chiều dài đoạn tính toán ∆L'. Nếu ∆L ≈ ∆L'
thì giá trị chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán mà ta giả thiết ở trên là đúng. Nếu ∆L ≠
∆L' thì ta phải giả thiết lại chiều sâu nước ở cuối đoạn tính toán và tiến hành các bước
như trên cho đến khi ∆L ≈ ∆L'.
Tiếp tục tính toán cho các đoạn còn lại với chiều sâu nước ở cuối đoạn trước là
chiều sâu nước ở đầu đoạn tiếp theo cho đến hết đoạn thu hẹp.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 48
Ngành Công trình
Kết quả tính toán đường mặt nước ở đoạn thu hẹp ứng với các lưu lượng được ghi ở
các bảng 7-7 và bảng 7-8, 7-9 phụ lục
b. Trong đoạn dốc nước có bề rộng không đổi Trình tự tính toán tương tự như đoạn
thu hẹp. Qua kết quả tính toán ở đoạn thu hẹp ta biết độ sâu cuối đoạn thu hẹp và độ
sâu này cũng chính là độ sâu nước ở đầu đoạn dốc nước có bề rông không đổi. Dựa
vào bảng ta nhận thấy :id > ik ; ho < hk.
=> Dạng đường mặt nước trên đoạn này là đường nước hạ bII.
Tính đường mặt nước trên với mức nước ban đầu (đầu đoạn có bề rộng không đổi)
Hđ bằng độ sâu dòng chảy ở cuối đoạn thu hẹp, chiều dài dốc nước ứng với phương án
Btr ở các phụ lục: Bảng 7-10, và bảng 7-11, 7-12 phụ lục
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 49
Ngành Công trình
Bảng 7-7:Tính đường mặt nước đoạn thu hẹp
MC
1
2
3
4
5
6
B
(m)
35.0
33.1
31.1
29.2
27.2
25.0
Chiều rộng đoạn thu hẹp
Lưu lượng xả
Chiều dài đoạn thu hẹp
Độ dốc
Hệ số nhám
h
w
V
2
(m)
(m )
(m/s)
2.059
72.07
4.49
1.452
47.97
6.75
1.337
41.59
7.79
1.293
37.68
8.59
1.284
34.92
9.27
1.315
32.88
9.85
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
aV2/2g
(m)
1.03
2.32
3.09
3.76
4.38
4.94
∋
(m)
3.09
3.77
4.43
5.06
5.66
6.26
∆∋
(m)
0.69
0.65
0.63
0.61
0.59
35-25
323.78
30
0.12
0.017
χ
(m)
39.12
35.95
33.77
31.74
29.77
27.63
(m)
(m3/s)
(m)
Lớp: 47LT
R
(m)
1.84
1.33
1.23
1.19
1.17
1.19
C
J
Jtb
∆Ltt
(m)
Σ∆L
(m)
65.13
61.72
60.90
60.53
60.41
60.55
0.0026
0.0090
0.0133
0.0170
0.0201
0.0222
0.0058
0.0111
0.0151
0.0185
0.0211
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
12.00
18.00
24.00
30.00
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 50
Ngành Công trình
Bảng 7-10: Tính toán đường mặt nước đoạn không đổi
Chiều rộng đoạn không đổi
Lưu lượng xả
Chiều dài đoạn không đổi
Độ dốc
Hệ số nhám
MC
B
(m)
h
(m)
w
(m2)
V
(m/s)
aV2/2g
(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
1.315
1.194
1.110
1.048
1.001
0.964
0.934
0.910
32.88
29.84
27.74
26.21
25.03
24.10
23.36
22.76
9.85
10.85
11.67
12.36
12.94
13.43
13.86
14.23
4.94
6.00
6.94
7.78
8.53
9.20
9.79
10.32
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
∋
(m)
6.26
7.19
8.05
8.83
9.53
10.16
10.72
11.23
∆∋
(m)
0.94
0.86
0.78
0.70
0.63
0.56
0.50
25
(m)
323.78
70
0.12
0.017
(m3/s)
(m)
χ
(m)
27.63
27.39
27.22
27.10
27.00
26.93
26.87
26.82
R
(m)
C
J
Jtb
∆Ltt
(m)
Σ∆L
(m)
1.19
1.09
1.02
0.97
0.93
0.90
0.87
0.85
60.55
59.67
59.01
58.50
58.08
57.75
57.47
57.24
0.0222
0.0304
0.0384
0.0461
0.0535
0.0604
0.0669
0.0728
0.0263
0.0344
0.0422
0.0498
0.0570
0.0637
0.0698
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 51
Ngành Công trình
Bảng 7-13: Độ sâu và vận tốc dòng chảy đoạn không đổi
Btràn
35
40
45
Qtràn (m3/s)
323.78
333.67
344.65
h® (m)
1.315
1.138
1.017
hc (m)
0.910
0.803
0.729
Vc(m/s)
14.23
13.85
13.51
7.2.2.3. Kiểm tra xói cuối dốc nước:
Từ kết quả tính toán ( Bảng 7-13 ), ta kiểm tra xói cho trường hợp lưu lượng qua
tràn là lớn nhất Qmax m3/s. Vận tốc dòng chảy cuối dốc nước là Vcd m/s.
Căn cứ vào bảng 11-9 sách '' Sổ tay tính toán thuỷ lực '', ta tra được vận tốc cho
phép không xói đối với bê tông M200 là [V]KX = 25 m/s.
Vậy Vcd < [V]KX nên dốc nước không bi xói trong quá trình làm việc.
7.2.2.4. Tính chiều cao tường bên dốc nước.
Cao trình đỉnh tường bên dốc nước được xác định theo công thức:
∇đỉnh tường = ∇đáy dốc + hhk + a .
Ht = hhk + a .
Trong đó: + Ht : chiều cao tường bên dốc nước.
+ a : độ vượt cao an toàn, a = 0,5 m.
+ hhk: chiều sâu dòng chảy có kể đến hàm khí trong dốc
nước: hhk = h.(1 +
v
).
100
- h, v: Chiều sâu và vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán.
Căn cứ vào bảng tính đường mặt nước ứng với Qmax m3/s ta tính hhk và xác định
chiều cao tường dốc nước :
Bảng 7-14: Chiều cao tường bên trong dốc nước .
MC
B=35(m)
h (m) V(m/s)
hhk
B=40(m)
Htường(m) h (m) V(m/s)
hhk
B=45(m)
Htường(m) h (m) V(m/s)
Htường(m)
1
2.059
4.493
2.152
2.7
1.921
4.342 2.004
2.504
1.815
1.892
2.392
2
1.315
9.848
1.445
1.9
1.138
9.769
1.25
1.75
1.017 9.687 1.115
1.615
3
1.001 12.936 1.131
1.6
0.877 12.684 0.988
1.488
0.791 12.455 0.889
1.389
4
0.91
1.5
0.803 13.846 0.915
1.415
0.729 13.511 0.827
1.327
14.226
1.04
4.22
hhk
- Mặt cắt 1-1 : là mặt cắt tại đầu đoạn thu hẹp.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 52
Ngành Công trình
- Mặt cắt 2-2 : là mặt cắt tại cuối đoạn thu hẹp (đầu dốc nước).
- Mặt cắt 3-3 : là mặt cắt tại giữa đoạn không đổi dốc nước.
- Mặt cắt 4-4 : là mặt cắt tại cuối dốc nước.
7.3 hình thức, cấu tạo tràn và dốc nước
7.3.1 Tràn xả lũ
7.3.1.1 Xác định chiều rộng đỉnh ngưỡng d theo chiều dòng chảy
Như phần trên đã xác định: chiều rộng đỉnh ngưỡng d được xác định dựa vào mục 3.1
Chương III QP.TL.C-8-76, chiều rộng đỉnh ngưỡng d thoả mãn điều kiện sau:
(2÷3) H ≤ d ≤ (8÷10) H
sơ bộ chọn chiều rộng đỉnh ngưỡng tràn d=15 (m) cho cả ba phương án Btr.
7.3.1.2 Tường bên và tường hướng dòng
* Tường bên: Hình thức tường bên là tường bê tông trọng lực M200 kiểu tường
cánh nghiêng. Cao trình đỉnh tường bằng = cao trình đỉnh đập, sơ bộ chọn chiều dày
đỉnh tường bằng 0,4 m, chiều dày đáy tường bằng 1 m.
* Tường hướng dòng: Để hướng nước chảy vào ngưỡng tràn thuận dòng phía
trước ngưỡng tràn cần bố trí tường hướng dòng ,mặt khác nó còn có tác dụng bảo vệ
mái đất ở hai bên phía phía thượng lưu
- Trong thiết kế sơ bộ chọn loại tường cánh nghiêng bê tông M200, có độ cao
giảm dần từ đỉnh đập đến chân thượng lưu theo độ dốc mái đập thượng lưu,với góc mở
α =18o, chiều dài sơ bộ chọn 20m
* Sân trước: lát bằng đá xây có chiều daì sơ bộ cả ba phương án 60 (m).
7.3.1.3 Ngưỡng tràn
- Tràn được làm bằng vật liệu là bê tông cốt thép M200 , dày 1 (m).
- Lớp lót là bê tông M100 dày 0,1 (m).
- Chiều dài ngưỡng tràn δ = 15 (m).
7.3.1.4. Cầu giao thông:
- Cao trình mặt cầu giao thông bằng cao trình đỉnh đập.
- Bề rộng cầu giao thông bằng bề rộng đỉnh đập
7.3.2 Thiết kế sơ bộ dốc nước
7.3.2.1 Bản đáy dốc nước:
- Bản đáy dốc nước được làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 70 (cm).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 53
Ngành Công trình
- Lớp lót bản đáy là bê tông M100 dày 10 (cm).
- Để tránh hiện tượng lún không đều cứ 10m làm một khe lún, có gia cố bằng
nhựa đường để chống mất nước.
7.3.2.2 Tường bên dốc nước :
- ở đây do chiều cao tường không cao lắm nên để kinh tế ta chọn hình thức tường
là tường sườn cứ 4,5m có một sườn chống dày 0,4m, đỉnh bản mặt dày 0,3m.
- Chiều cao tường bên dốc nước được xác định theo công thức phần trên.
7.3.3 Thiết kế công trình tiêu năng
7.3.3.1. Mục đích.
Dòng chảy sau khi chảy qua dốc nước xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn. Một
phần năng lượng này làm sói lở lòng sông và hai bên bờ. Vì vậy phải thiết kế công
trình tiêu năng để tiêu hao năng lượng dòng chảy, giảm thiệt hại ở hạ lưu công trình.
7.3.3.2. Hình thức tiêu năng
Năng lượng dòng chảy được tiêu hao bằng nhiều hình thức khác nhau. ở đây cao
trình cuối dốc nước gần bằng cao trình đáy sông tự nhiên, mặt khác địa chất sau dốc là
các sườn tàn tích có cường độ trung bình. Nên chọn hình thức tiêu năng đáy dạng bể.
Vì khối lượng của bể chêch lệch giữa các phương án không nhiều vậy chưa đề cập
trong phần này.
CHƯƠNG VIII
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 54
Ngành Công trình
TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG - GIÁ THÀNH - CHỌN PHƯƠNG ÁN
8.1 Mục đích tính khối lượng, giá thành
Trong phần tính toán sơ bộ đã xác định các kích thước cơ bản của các hạng mục
công trình cho từng phương án. Trên cơ sở đó, ta đi 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 bảo đảm được mức 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. Trên cơ sở đó, không tính toán giá thành của công trình lấy
nước, đá lát mái thượng lưu đập, trồng cỏ mái hạ lưu, khối lượng vật thoát nước.
8.2 Tính toán khối lượng và giá thành công trình
8.2.1 khối lượng đất đắp đập
Dựa vào bình đồ vị trí xây dựng công trình, vẽ mặt cắt dọc và ngang đập ở các
vị trí khác nhau. Chia đập thành n đoạn ngắn có chiều dài li sao cho ở mỗi đoạn có địa
hình nền đập tương đối bằng phẳng (mặt cắt đập ít thay đổi). Sau đó tính diện tích tại
các mặt cắt rồi tính diện tích trung bình mặt cắt ngang của đoạn đập li. Cuối cùng khối
n
lượng đập được tính theo công thức:
V= ∑ fi.li
i =1
Với mỗi phương án Btr khác nhau ta sẽ tính được một khối lượng đất đắp đập cụ
thể. Khối lượng đập ứng với các phương án Btr được ghi ở bảng sau 8-1.
Bảng 8-1: Khối lượng đắp đập.
Btr
Vđập (m3)
Đơn giá (đ/m3)
35
797532,467
30800
40
769480,52
30800
45
764636,209
30800
8.2. 2. Khối lượng đất bóc nền đập và nạo vét lòng sông:
Thành tiền(đ)
24,564.109
23,7.109
23,55.109
Do cao trình đập sai khác nhau không đáng kể nên khối lượng đất bóc nền đập và
nạo vét lòng sông ỏ cả 3 phương án là xấp xỉ bằng nhau . Vì vậy ở phần này không
tính đến.
8.2.3 Tính toán khối lượng tràn xả lũ:
8.2.3.1 khối lượng đất đào
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 55
Ngành Công trình
Khối lượng đất đào làm tràn gồm đất đào ở phần ngưỡng tràn, phần dốc nước .
Tổng khối lượng đất đào và đơn giá ứng với các phương án Btr được ghi ở bảng 8-2.
Bảng 8-2: Khối lượng đất đào.
Btr
Vđào (m3)
Đơn giá (đ/m3)
Thành tiền(đ)
35
15178,75
22361
0,339.109
40
15240,625
22361
0,3408.109
45
15311,23
22361
0,342.109
8.2.3.2. Khối lượng đá đào :
khối lượng đá đào chủ yếu ở phần tràn và một
phần ở dốc nước .Song với các Btr khác nhau khối lượng đá đào không nhiều và
không chênh nhau nhiều nên ở đây ta không tính đến .
8.2. 3.3 khối lượng bê tông cốt thép thi cống tràn
Khối lượng bê tông cốt thép M200 khi thi công tràn bao gồm khối lượng bê tông
ngưỡng tràn, đáy dốc nước, tường cánh thượng lưu , tường bên ở dốc nước và đoạn
thu hẹp .Ngoài ra còn có bê tông lót M100 dày 10 cm ở đổ ở dưới lớp bê tông cốt thép
ở sân trước, ngưỡng tràn và dốc nước .
Bảng 8-3:Khối lượng bê tông và đá xây
Btràn
Bê tông cốt thép M200
Ngưỡng tràn
(m3)
Đoạn thu
hẹp (m3)
Đoạn không
đổi (m3)
Tường cánh
và bên tràn
Tổng
35
180
156,472
698,724
92.38
1127,576
40
255
220,9
687,32
85,4
1248,62
45
330
294,078
664,73
80,5
1369,308
Btr
Bê tông lót M100 (m3)
Đá xây M75
35
213
73,74
40
234,25
95,93
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
45
Trang 56
258,74
Ngành Công trình
118,18
Từ kết quả tính toán ở trên ta có bảng sơ toán giá thành công trình ứng với các
phương án Btr ở bảng 8-4, 8-5, 8-6Bảng 8-4: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 35)
STT
1
2
3
4
5
6
Hạng mục
Đơn vị
Khối lượng Đơn giá (đ)
3
Đắp đập
m
797532,467
30800
3
Đất đào
m
15178,75
22361
Bê tông M200
m3
1127,576
1,5.106
Bê tông lót M100
m3
213
0,55.106
Đá xây M75
m3
73.74
0.45.106
Tổng
đồng
Bảng 8-5: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 40)
Thành tiền (đ)
24,564.109
0,339.109
1,691.109
0,117.109
0,0332.109
26,744.109
STT
1
2
3
4
5
6
Hạng mục
Đơn vị
Khối lượng Đơn giá (đ)
3
Đắp đập
m
769480,52
30800
3
Đất đào
m
15240,625
22361
3
Bê tông M200
m
1248,62
1,5.106
Bê tông lót M100
m3
234,25
0,55.106
Đá xây M75
m3
95,93
0.45.106
Tổng
đồng
Bảng 8-6: Sơ toán giá thành công trình (Btr = 45)
Thành tiền (đ)
23,7.109
0,3408.109
1,873.109
0,12884.109
0,04316.109
26,086.109
STT
1
2
3
4
5
6
Hạng mục
Đắp đập
Đất đào
Bê tông M200
Bê tông lót M100
Đá xây M75
Tổng
Thành tiền (đ)
23,55.109
0,342.109
2,054.109
0,1423.109
0,0532.109
26,142.109
Đơn vị
m3
m3
m3
m3
m3
đồng
Khối lượng
764636,209
15311,23
1369,308
258,74
118,18
Đơn giá (đ)
30800
22361
1,5.106
0,55.106
0.45.106
Hình 8-1: Đồ thị quan hệ Btràn ~ Vốn đầu tư
Sau khi tính toán giá thành công trình ta vẽ biểu đồ quan hệ giữa chiều rộng (Btr) và
giá thành công trình (K). Từ biểu đồ quan hệ ta xác định được phương án thiết kế với
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 57
Ngành Công trình
một Btr tương ứng với giá thành công trình giá thành công trình nhỏ nhất mà vẫn đảm
bảo yêu cầu kĩ thuật . Vậy tương ứng với Btr = 40 m thì giá thành công trình nhỏ nhất
mà vẫn đảm bảo yêu cầu kĩ thuật.
PHẦN THỨ BA: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CHỌN
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
9.1 Tính toán điều tiết lũ phương án chọn
9.1.1. Kiểm tra khả năng tháo của tràn
Trong phần tính toán sơ bộ để chọn phương án thiết kế, ta đã tính toán điều tiết lũ
cho phương án Btr = 40 (m) với điều kiện chưa xét đến ảnh hưởng của lưu tốc tới gần v0
, hệ số co hẹp bên ε0 và mới sơ bộ chọn hệ số lưu lượng m = 0,35
Vì vậy ta phải đi kiểm tra khả năng tháo của tràn xả lũ với phương án chọn B tr =
40 (m) khi có ảnh hưởng của lưu tốc đến gần để xem các hệ số mà ta đã chọn ở phần
trên có hợp lý hay không .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 58
Ngành Công trình
Lưu lượng qua tràn xả lũ đỉnh rộng không ngưỡng chảy tự do được xác định theo
công thức :
Q = εo .m. ∑ b .
2 g . Ho3/2
Trong đó : m : hệ số lưu lượng đập tràn .
Ho : cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần .
∑b : tổng bề rộng tràn .
εo : hệ số co hẹp bên phụ thuộc vào mức độ co hẹp và hình dạng cửa vào.
9.1.2 Xét hệ số co hẹp bên εo :
Với chiều rộng Btr = 40 m ta chia tràn làm 4 khoang với 3 mố trụ ở giữa (mỗi mố có
bề rộng d = 1 m ) để đỡ cầu giao thông.
Lúc này chiều rộng tràn là:
Btr = ∑b + ∑d = 40 + 3.1= 43 (m)
Theo mục 3-11 (trang 41) QPTL. C-8-76 hệ số co hẹp bên εo của đập tràn do các
mố trụ gây nên được tính theo công thức :
ε0 =
B −∑d
B
Thay số ta có :
ε0 =
(8.2)
43 − 3
43
= 0,93
9.1.3Hệ số lưu lượng m: Theo điều 3-7 (trang 30 )QPTL.C8- 76 trị số chính xác của
m phải xác định theo phương pháp của Đ.I.Ku- min. Với đập không ngưỡng và có co
hẹp bên thì trị số m được xác định theo bảng 6 (trang 37) và trị số βT được xác định
theo mục 3-11 (trang 41):
b
βT = B
T
Với BT : bề rộng lòng dẫn ở thượng lưu .
BT được xác định ở vị trí cách ngưỡng tràn về phía thượng lưu một đoạn L T. Theo
mục 3-3 (trang 26) QPTL.C-8-76 ta xác định được LT= 20 (m)
⇒ BT = 56 (m).
43
⇒ βT = 56 = 0,768
Với βT = 0,82 và góc mở tường cánh thượng lưu θ = 180
Tra bảng 6 (trang 37) QPTL.C-8-76 ta được hệ số lưu lượng m = 0,35
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 59
Ngành Công trình
9.1.4 Tính toán điều tiết lũ :
Từ kết quả trên, ta tính lại điều tiết lũ theo phương án chọn với Btr = 40(m) với
ε0 = 0,93 và m = 0,35
Các bước thực hiện như tính toán điều tiết lũ ở phần trên bằng cách áp dụng
phương pháp Potapop với cột nước là cột nước toàn phần trên đập H 0 . Kết quả tính
toán bảng: 9-1, 9-2, 9-3
Bảng 9-1: Tính quan hệ phụ trợ với phương án chọn Btr=40m
ΤΤ
(1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Z
(m)
(2)
24.24
24.44
24.64
24.84
25.04
25.24
25.44
25.64
25.84
26.04
26.24
H
(m)
(3)
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
q
(m3/s)
(4)
0.000
5.453
15.424
28.335
43.624
60.967
80.143
100.992
123.388
147.232
172.440
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Vk
(m3)
(5)
6486000.0
6687428.6
6724571.4
6761714.3
6798857.1
6836000.0
6873142.9
6910285.7
6947428.6
6984571.4
7021714.3
V
(m3)
(6)
0.0
201428.6
238571.4
275714.3
312857.1
350000.0
387142.9
424285.7
461428.6
498571.4
535714.3
V/∆t
(m3/s)
(7)
0.000
111.905
132.540
153.175
173.810
194.444
215.079
235.714
256.349
276.984
297.619
q/2
(m3/s)
(8)
0.000
2.727
7.712
14.167
21.812
30.483
40.072
50.496
61.694
73.616
86.220
f1(q)
f2(q)
(9)
0.00
109.18
124.83
139.01
152.00
163.96
175.01
185.22
194.66
203.37
211.40
(10)
0.00
114.63
140.25
167.34
195.62
224.93
255.15
286.21
318.04
350.60
383.84
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
26.44
26.64
26.84
27.04
27.24
27.44
27.64
27.84
28.04
28.24
28.44
28.64
28.84
29.04
29.24
29.44
29.64
29.84
30.04
2.200
2.400
2.600
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
4.200
4.400
4.600
4.800
5.000
5.200
5.400
5.600
5.800
Trang 60
198.943
226.679
255.596
285.648
316.793
348.995
382.219
416.436
451.616
487.735
524.769
562.695
601.493
641.145
681.631
722.935
765.041
807.935
851.601
7058857.1
7226947.4
7451157.9
7675368.4
7899578.9
8123789.5
8348000.0
8572210.5
8796421.1
9020631.6
9257777.8
9546666.7
9835555.6
10124444.4
10413333.3
10702222.2
10991111.1
11280000.0
11568888.9
572857.1
740947.4
965157.9
1189368.4
1413578.9
1637789.5
1862000.0
2086210.5
2310421.1
2534631.6
2771777.8
3060666.7
3349555.6
3638444.4
3927333.3
4216222.2
4505111.1
4794000.0
5082888.9
Ngành Công trình
318.254
411.637
536.199
660.760
785.322
909.883
1034.444
1159.006
1283.567
1408.129
1539.877
1700.370
1860.864
2021.358
2181.852
2342.346
2502.840
2663.333
2823.827
99.471
113.339
127.798
142.824
158.397
174.497
191.110
208.218
225.808
243.868
262.384
281.348
300.747
320.572
340.815
361.467
382.521
403.967
425.800
218.78
298.30
408.40
517.94
626.92
735.39
843.33
950.79
1057.76
1164.26
1277.49
1419.02
1560.12
1700.79
1841.04
1980.88
2120.32
2259.37
2398.03
417.73
524.98
664.00
803.58
943.72
1084.38
1225.55
1367.22
1509.38
1652.00
1802.26
1981.72
2161.61
2341.93
2522.67
2703.81
2885.36
3067.30
3249.63
Biểu đồ 9-1:quan hệ phụ trợ với Btr=40
Bảng 9-2:Kết quả tính toán điều tiết lũ P =1%, B = 40
TT
(1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
T
(h)
(2)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
Q
(m3/s)
(3)
0.00
62.30
124.57
186.86
249.14
311.43
337.70
436.00
404.86
373.71
Qtb
(m3/s)
(4)
0.00
31.15
93.44
155.72
218.00
280.29
324.57
386.85
420.43
389.29
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
q1
(m3/s)
(5)
0.00
1.48
8.75
90.16
183.45
218.86
242.38
273.02
305.37
324.24
f1
f2
(m3/s) (m3/s)
(6)
(7)
0.00
31.15
29.67 123.10
114.35 270.07
179.91 397.91
214.47 494.75
275.89 600.45
358.07 744.92
471.91 892.34
586.96 976.25
652.01 1010.15
q2
(m3/s)
(8)
1.48
8.75
90.16
183.45
218.86
242.38
273.02
305.37
324.24
332.00
H
(m)
(9)
0.00
0.08
0.27
1.30
2.08
2.34
2.51
2.72
2.93
3.05
Z
(m)
(10)
24.24
24.32
24.51
25.54
26.32
26.58
26.75
26.96
27.17
27.29
V
103m3
(11)
6486.00
6592.00
6703.29
6900.25
7048.48
7271.89
7458.11
7688.87
7924.46
8053.39
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
5.00 342.57
5.50 311.42
6.00 280.28
6.50 249.14
7.00 218.00
7.50 186.86
8.00 155.71
8.50 124.57
9.00 93.49
9.50 62.28
10.00 31.14
10.50 0.00
358.14
327.00
295.85
264.71
233.57
202.43
171.29
140.14
109.03
77.89
46.71
15.57
Trang 61
332.00
330.85
322.84
309.74
292.81
273.13
251.35
228.22
195.40
107.65
67.19
36.86
Ngành Công trình
678.15 1005.14 330.85
674.29 970.14 322.84
647.30 912.01 309.74
602.26 835.83 292.81
543.02 745.45 273.13
472.31 643.60 251.35
392.25 532.39 228.22
304.17 413.20 195.40
217.80 295.68 107.65
188.03 234.74 67.19
167.55 183.12 36.86
146.25 146.25 18.28
3.10
3.09
3.04
2.96
2.85
2.72
2.57
2.41
2.17
1.46
1.07
0.72
27.34
27.33
27.28
27.20
27.09
26.96
26.81
26.65
26.41
25.70
25.31
24.96
8101.18
8085.40
8021.86
7921.15
7790.94
7638.34
7467.65
7257.66
7016.67
6913.84
6846.35
6782.09
Biểu đồ 9-2: quan hệ Q,q~t với B = 40m,P = 1%
Bảng 9-3:Kết quả tính toán điều tiết lũ P =0,2%, B = 40
TT
(1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
T
(h)
(2)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
Q
(m3/s)
(3)
0.00
92.30
169.75
245.76
343.14
385.43
439.71
538.00
484.86
461.13
414.59
Qtb
(m3/s)
(4)
0.00
46.15
131.03
207.76
294.45
364.29
412.57
488.86
511.43
473.00
437.86
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
q1
(m3/s)
(5)
0.00
2.20
32.46
146.99
219.63
251.10
285.71
331.28
373.18
397.05
406.91
f1
(m3/s)
(6)
0.00
43.95
142.52
203.28
278.10
391.28
518.14
675.72
813.97
889.91
920.87
f2
(m3/s)
(7)
46.15
174.98
350.27
497.73
642.38
803.85
1007.00
1187.15
1286.96
1327.77
1309.94
q2
(m3/s)
(8)
2.20
32.46
146.99
219.63
251.10
285.71
331.28
373.18
397.05
406.91
402.60
H
(m)
(9)
0.00
0.11
0.66
1.80
2.35
2.57
2.80
3.09
3.35
3.49
3.54
Z
(m)
(10)
24.24
24.35
24.90
26.04
26.59
26.81
27.04
27.33
27.59
27.73
27.78
V
103m3
(11)
6486.00
6624.23
6777.15
6995.56
7280.77
7529.87
7787.76
8114.96
8402.93
8556.49
8614.87
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
5.50 363.55
6.00 325.18
6.50 289.14
7.00 253.22
7.50 210.52
8.00 180.61
8.50 148.57
9.00 120.23
9.50 77.82
10.00 43.27
10.50 0.00
389.07
344.37
307.16
271.18
231.87
195.57
164.59
134.40
99.03
60.55
21.64
Trang 62
402.60
388.53
369.22
346.23
320.05
292.29
264.59
237.20
204.03
106.41
51.62
Ngành Công trình
907.34 1251.70 388.53
863.17 1170.33 369.22
801.10 1072.28 346.23
726.06 957.93 320.05
637.88 833.45 292.29
541.16 705.75 264.59
441.17 575.57 237.20
338.36 437.39 204.03
233.36 293.91 106.41
187.50 209.13 51.62
157.51 157.51 23.65
3.52
3.44
3.32
3.18
3.02
2.84
2.66
2.47
2.24
1.45
0.89
27.76
27.68
27.56
27.42
27.26
27.08
26.90
26.71
26.48
25.69
25.13
8577.35
8475.59
8336.83
8172.57
7981.44
7773.92
7561.31
7339.88
7037.06
6897.33
6808.10
Biểu đồ 9-3: quan hệ Q,q~t với B = 40m,P = 0,2%
- Sau khi tính toán điều tiết lũ với các dữ liệu ở trên ta được kết quả như sau:
P
0.20%
1%
B(m)
40m
40m
Z(m)
27.78
27.34
H(m)
3.54
3.10
Vsc(103m3) 8614.87 8101.18
qxảmax(m3/s)
406.91
332.00
9.1.4 Xét lưu tốc tới gần V0
Theo điều 3-5 (trang 28) QPTL.C-8-76 nếu đập tràn thoả mãn ΩT > 4(b.H) thì
khi tính toán sẽ không xét đến lưu tốc tiến gần Vo.
Trong đó:
+ ΩT : Diện tích mặt cắt ướt ở thượng lưu.
+ b : Tổng bề rộng các khoang tràn b = 40(m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 63
Ngành Công trình
+ H : Cột nước trên đỉnh tràn , H = 3,1 (m)
Xác định ΩT : ΩT được tính ở vị trí cách ngưỡng tràn một đoạn bằng L T về phía
thượng lưu.
Ta có BT = 48,78 (m) ⇒ ΩT =3,1. 48,78 = 151,22 (m2).
Vậy ΩT < 4(b.H) = 4.40.3,1 = 496(m2). Do đó khi tính toán phải xét đến lưu tốc
tới gần V0.
Theo mục 1-2 (trang6) QPTL.C-8-76 ta xác định được:
V0 =
q xa
332, 0
=
= 2,2 (m/s).
ΩT
151, 22
⇒ Cột nước toàn phần trên đập ( cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần):
V0 2
2, 22
H0 = H +
= 3,1 +
= 3,32(m).
2g
2.9,81
Thay số vào công thức (6.4.1) ta được :
Q = 0,93.0,35.40. 2.9,81 .3,321,5 = 348,87 (m3/s)
Ta có:
348,87 − 332, 0
= 4,83% < 5%
348,87
Vậy tràn có đủ khả năng tháo được lưu lượng lũ thiết kế.
9.2. Vị trí đập - Hình thức đập
9.2.1 Vị trí xây dựng đập
Qua việc phân tích các tài liệu khảo sát và nghiên cứu các điều kiện về địa hình ,
địa chất ... ta đã xác định được tuyến đập được coi là hợp lý nhất như phần trên.
9.2.2 Hình thức đập
Căn cứ vào địa chất nền và các bãi vật liệu ở khu vực xây dựng công trình, ta đã
quyết định lựa chọn hình thức đập là đập đồng chất .
9.3 Các kích thước cơ bản của đập
9.3.1 Cao trình đỉnh đập
Cao trình đỉnh đập được xác định theo 3 trường hợp:
-Mực nước trong hồ ứng với MNLTK có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh do
gió bình quân lớn nhất nhiều năm.
-Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước
dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 64
Ngành Công trình
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
-
(9-1)
Xác định theo MNLTK:
Z2 = MNLTK + ∆h’ + hsl’ + a’ (9-2)
-
Xác định theo MNLKT:
Z3 = MNLKT + a”
(9-3)
Trong đó: MNLKT – mực nước lũ kiểm tra
Theo mực nước lũ kiểm tra MNLKT:
Z3 = MNLKT + a” (m) = 27,78 + 0,2 = 27,98
Cao trình đỉnh đập được chọn là trị số lớn nhất trong các kết quả tính theo công
thức (9-1), (9-2), (9-3).
Các bước tính toán Z1, Z2 như trong chương VI. Kết quả tính toán được thể hiện ở
Bảng 9-5
Bảng 9-4: Bảng xác định cao trình đỉnh đập ứng với phương án Btr=40m
Các thông
số
Đơn vị
Zmn
Zđáy
H
D
V
α
∆h
gt/V
gD/V2
m
m
m
m
m/s
(o)
m
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Các trường hợp tính toán
Theo
MNDBT
24,24
4
20,24
1350
39
0
0,021
5433,23
8,71
Theo
MNLTK
27,34
4
23,34
1580
32
0
0,01413
6621,75
15,14
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
h
τ
λ
K1%
hs1%
K1
K2
K3
Kα
λ / hs1%
K4
hsl1%
a
Zđđ
Trang 65
m
s
m
Ngành Công trình
0,85
3,061
14,626
0,75
2,903
13,164
2,04
1,734
0,9
0,8
1,5
1
8,435
1,3
2,435
0,7
27,40
2,04
1,53
0,9
0,8
1,5
1
8,604
1,45
2,396
0,5
29,38
m
m
m
m
Với trường hợp tính toán Z3 theo MNLKT
Theo mực nước lũ kiểm tra MNLKT:
Z3 = MNLKT + a” (m) = 27,78 + 0,2 = 27,98
Kết quả tổng hợp ở bảng 9-5
Bảng 9-5: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập ứng với các mực nước khác nhau
Thông số
MNDBT
Zđđ (m)
27,40
Hđ (m)
23,40
Vậy cao trình đỉnh đập ∇đđ = 29,38 (m)
Mực nước
MNLTK
29,38
25,38
MNLKT
27,98
23,98
9.4 Kiểm tra lại cấp công trình
Ứng với chiều rộng Btr = 40(m) đảm bảo lưu lượng tháo lũ ta xác định được chiều
cao đập tương ứng là Hđ = 25,38 (m). Tra bảng 2-2 theo TCXDVN 285-2002 với đất
chiều cao công trình Hđ = 25,38 (m) ta được cấp công trình cấp III. Như vậy chiều cao
đập sơ bộ phần trên là đúng.
9.5. Cấu tạo chi tiết đập
9.5.1 Hình thức đập
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 66
Ngành Công trình
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 :
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 = 160
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
9.5.2 Cấu tạo chi tiết đỉnh đập.
Cấu tạo chi tiết đỉnh đập được thể hiện như trong hình vẽ
TÊm bª t«ng 150 x 150 x 15 cm
D¨m sái dµy 15cm
C¸t ®Öm dµy 10cm
i=3%
§Êt ®¾p ®Ëp cã = 1,32 T/m
i=3%
§¸ d¨m cÊp phèi dµy 25 cm
C¸t ®Öm dµy 10 cm
Hình 9-1: Cấu tạo chi tiết đỉnh đập
9.5.3 Mái đập và cơ đập
Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức đập, chiều cao đập, lọai đất đắp, tính chất
nền…Độ dốc mái phải chọn sao cho đảm bảo sự ổn định của đập trong quá trình làm
việc. Hệ số mái được xác định theo công thức sau
Mái thượng lưu
: mtl = 0,05.Hđ + 2,00 = 0,05.25,38 + 2,00 = 3,3
Mái hạ lưu
: mhl = 0,05.Hđ + 1,50 = 0,05.25,38+ 1,5 = 2,8
Ta chọn hệ số mái đập như sau
+ Mái thượng lưu
-
Trên cơ :mtl1 = 3,5
-
Dưới cơ: mtl2 = 4
+ Mái hạ lưu
-
Trên cơ : mhl1 = 3
-
Dưới cơ : mhl2 = 3,5
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 67
Ngành Công trình
Cơ đập được bố trí ở cả mái thượng lưu và hạ lưu. Chiều rộng cơ ở thượng lưu và
hạ lưu chọn bằng 3(m) để đảm bảo thi công cơ giới được dễ dàng. Trên cơ ở mái hạ
lưu cần bố trí rãnh thoát nước kích thước để tập trung nước và dẫn nước mưa tránh
hiện tượng thấm nước vào thân đập. Độ dốc dọc cơ về phía rãnh tập trung nước xuống
chân đập là i = 3%.
Mái thượng lưu bố trí cơ tại cao trình +14,38
Mái hạ lưu bố trí cơ tại cao trình +16,38
9.5.4 Thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước
9.5.4.1 Chống thấm thân đập 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, 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
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 68
Ngành Công trình
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.
9.5.4.2 Thiết bị thoát nước cho thân đập:
a) Nhiệm vụ:
- Cho dòng thấm thoát ra ở hạ lưu được an toàn và dễ dàng, không cho dòng thấm
thoát ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu.
- Hạ thấp đường bão hoà để nâng cao ổn định cho mái hạ lưu.
- Ngăn ngừa các biến dạng do thấm.
b) Chọn thiết bị:
+) Trường hợp lòng sông có nước ở hạ lưu nên ta sử dụng thiết bị thoát nước kiểu
lăng trụ. Loại này có cấu tạo đơn giản, thoát nước cho cả thân và nền đập, hạ thấp
đường bão hoà có tác dụng chống đỡ thân đập. Lăng trụ có cấu tạo như sau:
Mái trong
m = 1,5
Mái ngoài
m = 2.0
Cao trình đỉnh đống đá
Zlt = Zhlmax + a
Trong đó:
Zhlmax: mực nước lớn nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, Zhlmax = 8,0m;
a: độ cao an toàn, theo 14 TCN 157-2005, chọn a = 1,25 m
Zhl = 8,0+ 1,25 = 9,25m
- Chiều rộng đỉnh lăng trụ (B lt) xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản
lý (quan trắc, kiểm tra). Chọn Blt = 2m.
200
§Êt ®¾p ®Ëp : γk = 1,32 Τ/m
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 69
Ngành Công trình
Hình 9 - 2: Cấu tạo chi tiết lăng trụ thoát nước
+) Đoạn sườn đồi:
Chọn thoát nước kiểu áp mái. Mặt tiếp giáp giữa vật liệu áp mái và đập đất có làm
tầng lọc ngược.
Hình9-3: Cấu tạo thiết bị thoát nước đoạn sườn đồi.
9.5.5 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 450 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.
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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 70
Ngành Công trình
Trång cá b¶o vÖ m¸i h¹ lu
Tû lÖ : 1/150
707
50
0
707
0
50
C¾t h - h
Tû lÖ : 1/10
20
20
20
10
5
500
5
20
Hình 9-4: Trồng cỏ bảo vệ mái hạ lưu.
Hình 9-5: Cấu tạo rãnh tiêu cơ 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. Phần cuối lát bê
tông bảo vệ của mái thượng lưu cũng làm mố đỡ kích thước mố đỡ xem hình vẽ.
Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu kể từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết
(MNC) một khoảng bằng 1,5 chiều cao sóng ( theo GTTC tập 1).
Vậy cao trình giới hạn bảo vệ mái thượng lưu là:
Z = ZMNC - 1,5.hsl1% = 14 - 1,5.2,396 = 10,41 (m).
Chiều dày của lớp bê tông bảo vệ mái được xác định theo công thức của
I.M.Lipinxky :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 71
Ngành Công trình
0,11.h
1+ m2
d = η.
.
b
m
(γ − γ n ) B
b
Trong đó : h - Chiều cao sóng ( h = 0,75 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 = 3,5 ).
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 :
0,11.0,75
1 + 3,52
d = 1,5.
.
= 0,075 (m) = 7,5 (cm) .
b
3,5
(2, 4 − 1) 1,5
Vậy chọn chiều dày bản bê tông lát mái thượng lưu là d b = 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.
Hình9-6 : Bê tông lát bảo vệ mái thượng lưu.
9.5.6 Nối tiếp đập với bờ :
9.5.6.1 Nối tiếp giữa mái thượng lưu đập với bờ :
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.
9.5.6.2 Nối tiếp giữa mái hạ lưu với bờ :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 72
Ngành Công trình
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 9-6 ở trên.
9.6 Tính toán thấm qua đập và nền.
9.6.1 Mục đích, ý nghĩa và các trường hợp tính toán :
9.6.1.1 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.
9.6.1.2 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.
9.6.1.3 Các trường hợp tính toán :
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 MNLTK hạ lưu là mực nước max tương ứng.
- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 73
Ngành Công trình
- 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.
9.6.1.4 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 :
Q=
Trong đó :
1
[ q1 .l1 + (q1 + q 2 ).l 2 + ... + (q n
2
2
+ q n 1 ).l n 1 + q n 1 .l n ]
(9-4)
Q: tổng lưu lượng thấm qua thân đập (m3/s)
qi: lưu lượng thấm qua thân đập tại mặt cắt thứ I (m3/s.m)
li: khoảng cách giữa hai mặt cắt thứ i và i+1 (m)
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
§Ønh ®Ëp
MNDBT
Cao ®é tim ®êng
Tªn cäc
Cù ly lÎ
Cù ly céng dån
Hình 9-7 : Các mặt cắt tính toán thấm.
9.6.2 Tính thấm cho các mặt cắt lòng sông :
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 MNLTK, hạ lưu là mực nước max tương ứng.
9.6.2.1 Các thông số cần thiết để tính toán :
- MNDBT = 24,24 (m).
- MNLTK = 27,32 (m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 74
Ngành Công trình
- Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (m).
- Cao trình đáy :
∇đáy = 4 (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).
9.6.2.2 Xác định kích thước hợp lý của tường răng :
Thiết kế chiều rộng tường răng cần thoả mãn điều kiện sau :
JCD ≤ [JCD ]
(9-5)
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
(9-6)
α - Hệ số phụ thuộc vào kn/kđ và vị trí tường răng.
kn /kđ = 529,101.
x2
20,99
=
= 0,253
l2
83,12
Trong đó :
Với :
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
= 1,05
λ : hệ số được tính theo công thức :
kn
k d 23,34 + 4.529,101 = 78,3
=
H+T
23,34 + 4
H + T.
λ=
Với :
H - cột nước trước đập tính trường hợp MNLTK .
H = 27,34 – 4 = 23,34 (m) .
l
β : hệ số tính theo công thức : β =
.
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 ≤ [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 ≥ 0,56 ⇒ l ≥ 13,07 (m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 75
Ngành Công trình
Chọn chiều rộng chân răng tiếp xúc với nền l = 14 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 = 14 m.
Chiều rộng chân răng tiếp xúc với thân đập : l2 = 27,5 m.
Chiều sâu chân răng cắm vào tầng không thấm : 0,5 m.
Hình 9-8 : Cấu tạo chân răng chống thấm.
9.6.2.3. Trình tự tính toán :
* Trường hợp thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min :
+ Sơ đồ tính toán :
Theo tài liệu tính toán thủy văn của hồ Tân Thành thì khi thượng lưu là MNDBT
thì hạ lưu không có nước. Sơ đồ tính toán hình 9-9
Đường nét đứt là mặt cắt đập thực tế.
Đường nét liền là sơ đồ mặt cắt đập để tính toán thấm.
Hình 9-9 : 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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 76
Ngành Công trình
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.(14 + 27,5) = 20,75 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 kn = 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
(9-7)
Với T, kn , kđ đã có ta tính được :
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
(9-8)
Trong đó :
H1’ = H1 + T = 20,24 + 4 = 24,24 (m).
H1’’ = H1 + Tbd = 20,24 + 2116,4 = 2136,64 (m).
Với :
H1 – Cột nước trước đập,
H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 4 = 20,24 (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
(9-9)
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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 77
2q H − H
=
Kd
L bd
' '2
1
' '2
2
=
Ngành Công trình
H −H
' '2
1
' '2
2
H 1' '
''
' − 1 + L
0,4H
+
l'.
1
H1
(9-10)
Trong đó :
H ''2 = H 2 + T + a o
bd
Với : ao – Chiều cao hút nước. Do tỷ số kn/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).
L – Khoảng cách từ mép nước thượng lưu đến chân đống đá thoát
nước. Với MNDBT = 24,24 m => L = 83,12 (m).
=>
2q
2136,64 2 − 2116, 42
=
Kd
.
2136,64
0, 4.2136,64 + 20,75. 24, 24 − 1÷+ 83,12
=>
q = 2,96.10 −7 (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
(9-11)
= 2136,642 − 31,3x − 2116, 4
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’ = 62,13 (m).
(*) Lập tỷ số :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
l'
2L'
=
20, 75
2.62,13
= 0,17 .
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 78
Ngành Công trình
H1'' 2136,9
=
= 88,15 .
H1'
24,5
(*) Lập tỷ số :
Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân
B'
1 = 0,19
L'
Trường ta được :
=> B1’ = 0,17.62,13 = 11,8 (m).
Toạ độ của điểm B được tính:
xB = xC – L’+ B1’
+ Tính xC:
- Tại yC = H2 = 0 ta có:
Giải phương trình ta được: xC = 2746,0
(m)
Vậy toạ độ của điểm B là:
xB = 2746,0 – 62,13 + 11,8 = 2695,7
Vậy điểm B có toạ độ là :
(m)
XB = 2695,7 m.
YB = 0,73 m.
Toạ độ các điểm trên đường bão hoà tượng trưng A’BC:
TT
1
2
3
4
5
6
7
X(m)
0
500
1000
1500
2000
2500
2746.04
Y(m)
20.24
16.57
12.90
9.22
5.54
1.85
0.0
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 :
Từ phương trình đường bão hoà xác định được đường bão hoà tượng trưng A’B:
TT
Y
X
A'
20.24
0.00
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
n'
14.24
816.77
m'
8.24
1631.24
k'
2.24
2443.42
B
0.73
2695.72
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 79
Ngành Công trình
Từ đường bão hoà tượng trưng A’B ta xác định được đường bão hoà thực AB
TT
A'
A
n'
n
m'
m
Y(m)
20.24
14.24
8.24
X’(m) 0.00
816.77
1631.24
∆L 1745.90
1228.34
710.78
X(m)
1745.90
2045.11
2342.02
+ Kiểm tra độ bền thấm :
k'
2.24
2443.42
193.22
k
B
0.73
2695.72
2636.642695.72
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 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
(9-12)
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
(9-13)
∆H - Độ chênh cột nước thượng hạ lưu.
∆H = H1 – H2 = 20,24 – 0 = 20,24 (m).
H1, H2 - Cột nước thượng, hạ lưu.
Ltt – Chiều dài tính toán của dòng thấm :
Ltt = L + 0,4H1 + m1’.H2 = 83,12 + 0,4.20,24 + 1,5.0 = 91,22 (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’= 1,5
=>
J dk =
20, 24
= 0, 22 .
91, 22
[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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 80
Ngành Công trình
Với nền đập cần đảm bảo điều kiện :
J nk ≤ [ J k ] n
(9-14)
Trong đó :
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
(9-15)
H1 – Cột nước thượng lưu, H1 = 20,24(m).
H2 – Chiều sâu nước hạ lưu, H2 = 0.
Ltt = Lđ + 0,88T – m1’.H2 = 162,15 + 0,88.4 = 165,67 (m).
Với Lđ - Khoảng cách từ mép đáy thượng lưu đập đến mép đáy lăng trụ
thoát nước , Lđ = 162,15 (m).
=>
J nk =
20, 24
= 0,122 .
165,67
[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.
n
Vậy, J k = 0,122 < [ J k ] n = 0, 4 .
Kết luận : Nền đập không bị xói ngầm cơ học.
* Trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là mực nước lớn nhất tương ứng :
Theo tài liệu tính toán thuỷ văn của hồ chứa Tân Thành thì ứng với trường hợp
thượng lưu là MNLTK thì mực nước hạ lưu là H2 = 4 m.
+ Sơ đồ tính toán :
Hình 9-10 : Sơ đồ tính toán thấm.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 81
Ngành Công trình
+ Tính toán cụ thể :
Trình tự tính toán tương tự như với trường hợp (a) chỉ khác là mực nước thượng
lưu là MNLTK, H1 = 23,34 m, và hạ lưu có nước H2 = 4 m.
- Xác định lưu lượng thấm :
Ta có :
Tbđ = 2116,4 (m).
H1’’ = H1 +Tbđ = 23,34 + 2116,4 = 2139,74 (m).
H1’ = H1 + T = 23,34 + 4 = 27,34 (m) .
H2’’ = H2 + Tbđ + a0 = 4 + 2116,4 = 2120,4 (m); ( a0 = 0 ).
L = 72,27 (m).
Thay số ta được: q = 0,5.60,89.Kđ = 0,5. 60,89. 1,89.10-8 = 3,08.10-7 (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
= 2139,742 − 32,5x − 2116, 4 .
(*) Xác định L’ là khoảng cách từ giữa chân khay đến chân lăng trụ thoát nước, L’
= 62,13 (m).
l'
(*) Lập tỷ số :
2L'
=
20, 75
2.62,13
= 0,17 .
H1'' 2139,74
=
= 78,26 .
H1'
27,34
(*) Lập tỷ số :
Tra đồ thị hình 3-36 trang 258 Tài liệu “ Thiết kế đập đất ” – Nguyễn Xuân
Trường ta được :
B'
1 = 0,19
L'
=> B1’ = 0,17.62,13 = 11,8 (m).
Toạ độ của điểm B được tính:
xB = xC – L’+ B1’
+ Tính xC:
- Tại yC = H2 = 0 ta có:
Giải phương trình ta được: xC = 3052,09
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
(m)
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 82
Ngành Công trình
Vậy toạ độ của điểm B là:
xB = 3052,09 – 62,13 + 11,8 = 2012,5
Vậy điểm B có toạ độ là :
(m)
XB =3001,8 m.
YB = 0,93 m.
Toạ độ các điểm trên đường bão hoà tượng trưng A’BC:
TT
1
2
3
4
5
6
7
X(m)
0.00
500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00
3052.09
Y(m)
23.34
19.54 15.73 11.92
8.10
4.27
0.0
Từ phương trình đường bão hoà xác định được đường bão hoà tượng trưng A’B:
TT
A'
n'
m'
k'
B
Y
23.34
17.34
11.34
5.34
0.93
X
0.00
787.79
1573.38
2356.75
3001.76
Từ đường bão hoà tượng trưng A’B ta xác định được đường bão hoà thực AB
TT
A'
A
n'
n
m'
m
Y(m)
23.34
17.34
11.34
X’(m) 0.00
787.79
1573.38
∆L 1551.71
1152.81
753.92
X(m)
1551.71
1940.61
2327.29
k'
5.34
2356.75
355.02
k
B
0.93
3001.76
2711.773001.76
+ Kiểm tra độ bền thấm :
Với thân đập cần đảm bảo điều kiện :
J dk < [ Jk]đ
J dk =
ΔH
L tt
d
=> J k =
Ta có : [ Jk]đ = 1,25 =>
19,34
= 0, 221 .
87, 61
J dk = 0,221 < [ 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
J nk =
H1 − H 2
L tt
=>
J nk =
19,34
= 0,121 .
159,67
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.
Bảng 9-6: Kết quả tính thấm đoạn lòng sông
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 83
Ngành Công trình
Cao trình
Đáy
H1
(m)
H1’
(m)
H1’’
(m)
H2
(m)
H2’’
(m)
q.10-7
(m3/s)
4.00
20.24
24.24
2136.64
0.00
2116.40
2.96
4.00
23.34
27.34
2139.74
4.00
2120.40
3.08
9.6.3 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, H 2 = 0
m).
Sườn tính cho 2 mặt cắt : I – I, V - V.
9.6.3.1 Tính cho mặt cắt I-I:
* Các thông số tính toán :
- MNDBT = 24,24 (m).
- Cao trình đáy : ∇đáy = 17,45 (m).
- Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (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 :
Hình 9-11 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt I-I
* 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 :
q H 12 − a 02
=
k
2L 0
(9-16)
Mặt khác lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu xác định như sau :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 84
q=
Ngành Công trình
k.a 0
0,5 + m 2
(9-17)
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, m2 = 3
L0 = ∆ L + L – m2.a0.
∆ L : chiều dài quy đổi mái thượng lưu. Theo C.K.Mikhai-lốp ta có :
ΔL =
m1 .H 1
3,5.6,79
=
= 2,97 (m).
2.m1 + 1 2.3,5 + 1
H1 : chiều cao cột nước thượng lưu.
H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 17,45 = 6,79 (m).
L : chiều dài tính từ mép nước thượng lưu đến chân mái hạ lưu, L = 59,78 (m).
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
(9-18)
Giải ra và chọn nghiệm hợp lý ta được : a0 = 1,55 (m).
=> Lưu lượng thấm qua mặt cắt là :
k.a 0
1,89.10−8.1,55
q=
=
= 8,35.10−9 (m3/s.m).
0,5 + m 2
0,5 + 3,0
+ 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 = 6,79 2 − 0,883x
k
(9-19)
Bảng 9-7 : Toạ độ các điểm của đường bão hòa tượng trưng qua mặt cắt I-I.
TT
X(m)
Y(m)
1
0.00
6.79
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
2
7.00
6.32
3
14.00
5.81
4
21.00
5.25
5
28.00
4.62
6
35.00
3.90
7
49.49
1.55
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 85
Ngành Công trình
+ 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 định cao trình bảo vệ mái hạ lưu trong đoạn mặt
cắt II-II. Cao trình đường bão hoà ra mái : 17,45 + 1,55 = 19. Theo quy phạm quy định
khoảng cách an toàn d0 ≥ 0,5 m, ở đây ta chọn d 0 = 0,5 m. Do đó cao trình bảo vệ mái
hạ lưu: +19,5
+ Kiểm tra độ bền thấm :
Độ bền thấm đặc biệt trong thân đập cần đảm bảo điều kiện :
Jkđ < [ Jk]đ
Trong đó:
Jkđ =
H 1 − a 0 6,79 − 1,55
=
= 0,09
L0
58,1
L0 = ∆L + L – m2.a0 = 2,97+ 59,78– 3,0.1,55 = 58,1(m).
Với :
[ Jk]đ = 1,25
=> Jkđ = 0,09 < [ Jk]đ = 1,25.
Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học.
9.6.3.2 Tính cho mặt cắt V-V
* Các thông số tính toán :
- MNDBT = 24,24 (m).
- Cao trình đáy : ∇đáy = 16,8m).
- Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (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.
Hình 9-12 : Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt V-V.
* Tính toán cụ thể :
Với mặt cắt V-V ta tính toán tương tự như mặt cắt I-I
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 86
Ngành Công trình
Ta được kết quả như sau :
m1.H1 3,5.7, 44
∆L = 2m + 1 = 2.3,5 + 1 = 3,3 (m) .
1
H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 16,8 = 7,44 (m).
L = 61,73 (m).
=>
ao = 1,8 (m).
- Lưu lượng thấm :
q = 8,56.10-9 (m3/s.m) .
- Phương trình đường bão hoà :
y = 7, 442 − 0,902x .
Bảng 9-8 : Toạ độ các điểm của đường bão hoà tượng trưng qua mặt cắt V-V
TT
X(m)
Y(m)
1
0.00
7.44
2
10.00
6.81
3
20.00
6.11
4
30.00
5.32
5
40.00
4.39
6
50.00
3.20
7
57.78
1.80
- Chiều cao bảo vệ mái hạ lưu : 16,8 + 1,8 + 0,5 = 19,1, 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
7, 44 − 1,8
=
= 0,095.
ΔL + L − m 2a 0 3,3 + 61,73 − 3.1,8
[ Jk]đ = 1,25.
=>
Jkđ = 0,095 < [ Jk]đ = 1,25.
Kết luận : thân đập không bị xói ngầm cơ học.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 87
Ngành Công trình
9.6.4 Tính thấm cho mặt cắt II-II, III-III
Tính toán tương tự như mặt cắt I-I, V-V ta tính được lưu lượng thấm:
qII-II = 8,89.10-8(m3/s.m)
qIII-III = 13,44.10-9(m3/s.m)
9.6.5 Tính tổng lượng nước thấm qua đập đất :
Trong phần trên ta đã giải quyết bài toán thấm phẳng. Trong thực tế mặt cắt đập
biến đổi nhiều theo dọc trục đập. Nói một cách khác bài toán thấm qua đập đất là bài
toán thấm không gian, để tính lưu lượng thấm qua đập ta phân đập thành nhiều đoạn
bằng các mặt cắt điển hình. Lưu lượng thấm qua các mặt cắt điển hình đã được xác
định trong phần trên. Sau đó tìm lưu lượng trung bình qua mỗi đoạn đập, tính tổng lưu
lượng thấm theo công thức đơn giản gần đúng theo công thức:
Q=
Trong đó:
1
[ q1 .l1 + (q1 + q 2 ).l 2 + ... + (q n
2
2
+ q n 1 ).l n 1 + q n 1 .l n ]
Q: tổng lưu lượng thấm qua thân đập (m3/s)
qi: lưu lượng thấm qua thân đập tại mặt cắt thứ I (m3/s.m)
li: khoảng cách giữa hai mặt cắt thứ i và i+1 (m)
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
§Ønh ®Ëp
MNDBT
Cao ®é tim ®êng
Tªn cäc
Cù ly lÎ
Cù ly céng dån
Hình 9-16:Sơ đồ các mặt cắt tính thấm
Bảng 9-9: Bảng tổng lưu lượng thấm qua thân đập ứng với MNDBT
Mặt cắt qi (m3/s.m).10-7
1-1
2-2
3-3
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Li qtb(m3/s.m)10-7 Qđoạn (10-7. m3/s)
78.77
0.042
3.289
0.084
38.34
0.486
18.643
52.15
1.117
58.225
58.08
2.152
124.988
0.889
1.344
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
4-4
Trang 88
2.960
39.80
5-5
∑
Ngành Công trình
1.523
60.607
0.086
27.01
0.043
1.156
5.36
294.15
5.36
266.91
-7
3
Tổng lưu lượng thấm Q = 266,91.10 (m /s)
Dung tích hồ ứng với MNDBT là Wh = WMNDBT = 6,486.106(m3)
Tính toán cho thời đoạn 1 tháng ta có tổng lượng thấm qua thân đập là:W tt =
Q.T1năm = 266,91.10-7.25,92.105 = 69,18 (m3)
[Wth] – Tổng lượng nước thấm cho phép, theo kinh nghiệm thường lấy [W th] =
(1÷2)%Whồ. Ta chọn [Wth] = 2Whồ .
Whồ – là dung tích của hồ chứa, theo tài liệu tính toán điều tiết hồ, ứng với
MNDBT = 24,24 m thì dung tích của hồ chứa là : Whồ = 6,486.106(m3)
=> 2%Whồ = 0,02.6,486.106(m3) = 1,297.105 (m3).
Wth =69,18 (m3) < 2%Whồ = 1,297.105 (m3).
Như vậy : đập thiết kế đảm bảo được yêu cầu về chống thấm và hình thức đập như đã
chọn là hợp lý.
9.7 Tính toán ổn định đập đất.
9.7.1 Mục đích, ý nghĩa, các trường hợp tính toán ổn định :
9.7.1.1 Mục đích, ý nghĩa : Đập đất là loại công trình chắn nước có mặt cắt ngang
dạng hình thang, làm bằng vật liệu địa phương có khối lượng lớn nên không có khả
năng mất ổn định về lật và trượt theo mặt nền mà thường bị mất ổn định dưới dạng
trượt mái dốc ở thượng và hạ lưu của đập khi việc chọn các kích thước của mặt cắt đập
chưa hợp lý. Với đập làm bằng vật liệu địa phương khi mái dốc có hệ số mái càng lớn
thì độ ổn định càng cao nhưng khối lượng vật liệu xây dựng đập lại càng lớn nên giá
thành xây dựng đập sẽ càng cao. Vì vậy mục đích của việc tính toán ổn định là trên cơ
sơ tính toán mà xác định được mặt cắt ngang của đập hợp lý nhất, nghĩa là đập vừa
đảm bảo điều kiện ổn định, giá thành xây dựng đập không cao.
9.7.1.2 Các trường hợp tính toán :
* Cho mái hạ lưu :
Khi kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu, cần kiểm tra với các trường hợp sau :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
-
Trang 89
Ngành Công trình
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 MNLTK, 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 MNLTK 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 (H 2 =
0 m).
9.7.2 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt :
9.7.2.1 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 MM1 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 = 3,25 => 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 m2 = 3,25 và chiều cao đập Hđ = 25,38 m => ta tra được:
R/Hđ = 2,66 => R = 67,51 (m).
r/Hđ = 1,13 => r = 28,68 (m).
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 Q1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K 1, K2,
K3 cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi , ta xác định
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 90
Ngành Công trình
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 M 1M. 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 Kmin cho mái đập.
Với các điểm Q2, Q3 … 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.
c
B
b
A
e
r
d
R
M
H
Hd
O
K min min
Q1 Q2 Q3
T
Hd
M1
4,5.H d
Hình 9-17 : Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm.
9.7.2.2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ :
Để xác định hệ số an toàn K, ta coi mặt trượt là mặt trụ tròn, áp dụng công thức
Ghécxêvanốp với giả thiết xem khối 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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 91
Ngành Công trình
Chia khối trượt thành các
b
dải có chiều rộng b (như
hình vẽ) theo điều kiện :
h0
R
(9-20) (9-20)
m
h1
b=
dbh
0
1
hn
Trong đó :
2
h2
R – bán kính cung trượt
(m).
Tn
cn
m – số nguyên dương
Wn
thường lấy bằng m = 10
αn
Nn
đến 20.
l
Gn
n
Hình 9-18 : Sơ đồ xác định hệ số an toàn K cho một
cung trượt
Ta có công thức tính toán sau :
K=
∑ (N n − Wn )tgϕ n + ∑ C n l n
∑ Tn
(9-21)
Trong đó :
ϕn , Cn – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
ln – Bề rộng đáy dải thứ n, l n =
b
.
Cosα n
Wn - Áp lực thấm ở đáy dải thứ n: Wn = γn.hn.ln
(9-22)
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 :
Nn = Gn.cosαn ;
Tn = Gn.sinαn.
Với : Gn = b.(∑γi.Zi )n.
Zi – Là chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng là γi.
- h0: Chiều cao từ đập đến đường bão hòa .
- h1: Chiều cao từ đường bão hòa tới nền đập .
- h2: Chiều cao từ nền đập cho đến đáy dải .
- h3: Chiều cao từ đỉnh lăng trụ thoát nước đến nền đập trong phạm vi dải .
- Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và nền :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 92
Ngành Công trình
+ 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 = 160
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 9-11, và
bảng 9-12, 9-13, 9-14, 9-15, 9-16 phụ lục
Kết quả tổng hợp tính toán ổn định của đập được thống kê như sau :
Bảng 9-10 : Tổng hợp kết quả tính
toán ổn định trượt với MNDBT
Điểm chân Tâm
trượt
trượt
O1
O2
Q1
O3
O4
O5
O'1
Hệ số ổn
Kmin
định K
1.368
1.877
1.35
1.402
1.650
1.637
1.35
Kết luận : Hệ số ổn định nhỏ nhất ở chân mái hạ lưu K min = 1,35
9.7.3 Đánh giá tính hợp lý của mái :
- Để đảm bảo mái đập vừa ổn định về trượt và vừa đảm bảo tính kinh tế thì hệ số
Kmin được khống chế:
[ K] ≤ K
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
min
≤ 1,15 [ K ]
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
[ K] :
Trang 93
Ngành Công trình
Hệ số an toàn ổn định cho phép của mái đập Tra bảng P1-7 của “ĐA Thủy
Công’’ ta có [ K ] =1,2
⇒ 1,2 ≤ Kmin ≤ 1,38.
Vậy đập đảm bảo an toàn về trượt và các hệ số mái đã chọn là hợp lý.
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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 95
Ngành Công trình
B¶ng 9-11:TÝnh hÖ sè an toµn æn ®Þnh trît cho cung O1
R = 78.85 m
d¶i
γ0
(n) (T/m3)
-3
0
-2
0
-1
0
0
1.81
1
1.81
2
1.81
3
1.81
4
1.81
5
1.81
6
1.81
7
1.81
Tæng
h0
γ1
(m) (T/m3)
0
0
0
0
0
0
7.39 1.86
9.89 1.86
12.44 1.86
14.72 1.86
14.61
0
13.14
0
11.45
0
6.4
0
h1
γ2
(m) (T/m3)
0
2.2
0
2.2
0
2.2
0.398 2.2
0.457 2.2
0.516 2.2
0.574
0
0
0
0
0
0
0
0
0
h2
h3
Gn
γ3
Sinαn Cosαn
3
(m) (T/m ) (m)
0
0
0
0.00
-0.3 0.954
2
2.5 1.24 29.59
-0.2 0.980
3.2 2.5 2.12 48.68
-0.1 0.995
3.6
0
0 86.93
0
1.000
3.2
0
0 203.49 0.1
0.995
2
0
0 219.94 0.2
0.980
0
0
0 218.64 0.3
0.954
0
0
0 208.64 0.4
0.917
0
0
0 187.65 0.5
0.866
0
0
163.52 0.6
0.800
0
0
0 91.40
0.7
0.714
Tn
Nn
0.00
-5.92
-4.87
0.00
20.35
43.99
65.59
83.46
93.83
98.11
63.98
458.51
0.00
28.99
48.44
86.93
202.47
215.50
208.57
191.23
162.51
130.81
65.27
K1= 1.368
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
hn
(m)
0
2
3.2
3.998
3.657
2.516
0.574
0
0
0
0
Wn
0.000
16.095
25.359
31.524
28.981
20.248
4.745
0.000
0.000
0.000
0.000
Cn
(T/m3)
0
0
0
0
0
0
1.9
1.9
1.9
1.9
1.9
Cn.ln
ϕn
tgϕn
(Nn-Wn)tgφn
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
15.705
16.346
17.299
18.727
20.978
89.055
35.0
35.0
35.0
35.0
35.0
35.0
16.0
16.0
16.0
16.0
16.0
0.700
0.700
0.700
0.700
0.700
0.700
0.287
0.287
0.287
0.287
0.287
0.000
9.029
16.160
38.797
121.479
136.717
58.445
54.833
46.599
37.510
18.716
538.285
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Trang 96
Ngành Công trình
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 97
Ngành Công trình
CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ.
10.1 Vị trí, hình thức và các bộ phận của đường tràn.
10.1.1 Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn :
Căn cứ vào bản đồ địa hình và bình đồ khu vực xây dựng công trình ta chọn vị trí
tuyến tràn đặt tại tuyến đập bên phải.
Hình thức công trình: Do điều kiện địa hình và địa chất của khu vực tuyến tràn, ta
chọn hình thức tràn xả lũ là tràn dọc với hình thức ngưỡng tràn là tràn đỉnh rộng, có
mặt cắt hình chữ nhật, không có cửa van, chảy tự do.
Phía trước ngưỡng tràn có sân trước nối tiếp cùng tường cánh và kênh dẫn thượng
lưu hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn được thuận lợi. Phía sau ngưỡng tràn là dốc
nước, tiêu năng cuối dốc nước dùng bể tiêu năng. Sau đó là kênh dẫn hạ lưu đưa nước
ra dòng suối.
10.1.2 Quy mô công trình:
Ở phần trước ta đã chọn được bề rộng tràn kinh tế nhất là Btr = 40 m.
Các bộ phận của tràn bao gồm :
10.1.2.1 Kênh dẫn thượng lưu:
Có nhiệm vụ dẫn nước từ hồ chứa vào ngường tràn.
Kênh dẫn thượng lưu có mặt cắt dạng hình thang, các thông số của kênh dẫn
như sau:
- Bề rộng đáy kênh: b = 56
- Hệ số mái : m = 1,5.
- Độ dốc đáy kênh: i = 0
- Chiều dài kênh dẫn: Lk = 58 m.
Đáy kênh dẫn được bảo vệ bằng đá xây vữa M100 dày 30 cm để chống xói lở.
10.1.2.2 Tường hướng dòng
Nằm ở phần sân trước dùng để nối tiếp kênh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn,
hướng nước chảy vào ngường tràn được thuận dòng, giảm tổn thất thuỷ lực, bảo vệ
mái đất ở hai bên bờ phía trước ngưỡng tràn.
- Hình thức : Tường nghiêng không cho nước tràn qua.
- Cao trình đỉnh tường : sát ngưỡng bằng cao trình đỉnh đập +29,38 m .
- Chiều dài tường theo phương dòng chảy : 20 m
- Góc mở của tường a = 18o.
- Tường làm bằng bê tông M200, dưới lót bê tông M100 dày 10 cm.
- Mặt cắt ngang của tường phía tiếp giáp với ngưỡng tràn có dạng thẳng đứng.
- Kích thước của tường được thể hiện trong bản vẽ.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 98
Ngành Công trình
10.1.2.3 Ngưỡng tràn
Là tràn đỉnh rộng có chiều dài ngưỡng d = 15 m, trên ngưỡng có bố trí mố trụ
chia ngưỡng tràn thành 4 khoang, mỗi khoang rộng 10 m, chiều dày mố là 1 m .
- Cao trình đỉnh ngưỡng: + 24,24 m.
- Lưu lượng lớn nhất chảy qua ngưỡng tràn : qmax = 332 m3/s.
- Bề rộng ngưỡng tràn ( kể cả mố trụ ) là 43 m.
- Chiều dày ngưỡng 0,8 m, hai đầu có chân khay cấu tạo tăng ổn định ngưỡng,
làm bằng bê tông M200, dưới lót bê tông M100 dày 10 cm.
- Trụ pin làm bằng bê tông cốt thép , chiều dài bằng chiều rộng đỉnh đập 15m.
10.1.2.4. Dốc nước
- Cao trình đầu dốc nước : + 24,24 m.
- Cao trình cuối dốc nước : + 12,24 m.
- Bề rộng đầu dốc nước: B = 43 m.
- Đoạn thu hẹp từ B = 43 m ÷ 32m , có độ dốc i = 12% , dài 30 m.
- Đoạn dốc nước có bề rộng không đổi Bd = 32 m, dài 70 m, độ dốc đáy i = 12%.
10.2 Tính toán thuỷ lực trà xả lũ
10.2.1 mục đích
Tính toán thuỷ lực tràn xả lũ nhằm xác định chiều sâu, vận tốc dòng chảy trong
dốc nước, từ đó kiểm tra khả năng làm việc của tràn và xác định được chính xác các
cao trình đỉnh tường bên dốc nước cũng như điều kiện thuỷ lực của dòng nước .
10.2.2 tính toán thuỷ lực đoạn thu hẹp ứng với 0,2.Qmax , 0,6.Qmax , Qmax.
10.2.2.1. Thiết kế đoạn thu hẹp
Mặt cắt của đoạn thu hẹp có dạng hình chữ nhật.
- Bề rộng đầu đoạn thu hẹp Bđ = 43 (m).
- Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 32 (m).
- Độ dốc đáy đoạn thu hẹp i = 12%.
- Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 30 (m).
Tường bên đoạn thu hẹp có dạng tường trọng lực, chiều cao sẽ được xác định khi tính
toán thuỷ lực.
10.2.2.2. Độ sâu phân giới hk
Độ sâu phân giới hk tại mặt cắt sau ngưỡng tràn được xác định theo công thức:
hk =
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
3
α.q 2
g
với q =
Q max 3
(m / s.m).
B
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 99
Ngành Công trình
Vậy chiều sâu dòng nước ở đầu đoạn thu hẹp bằng chiều sâu phân giới tại mặt
cắt sau ngưỡng tràn hđ = hk
Bảng 10-1: Độ sâu phân giới hk đầu đoạn thu hẹp
Bd (m) Q(m3/s) q (m3/s.m)
43
66.4
1.544
43
199.2
4.633
43
332
7.721
hk (m)
0.624
1.298
1.825
10.2.2.3 Tính toán đường mặt nước đoạn thu hẹp
Tính toán đường mặt nước trên đoạn thu hẹp theo phương pháp thử dần các giá trị
h ở cuối đoạn tính toán trong đoạn thu hẹp kết hợp với phương pháp cộng trực tiếp
tương tự như Chương VII. Ứng với 0,2.Q max , 0,6.Qmax , Qmax. Kết quả tính toán bảng
10-10 và bảng 10-11, 10-12 phụ lục
Bảng 10-2: Độ sâu dòng chảy trong đoạn thu hẹp
Q (m3/s)
66.4
199.2
332
hđ (m)
0.624
1.298
1.825
hc (m)
0.289
0.638
1.075
10.2.3.4 Xác định độ sâu dòng chảy đều h0
Ta chỉ đi xác định độ sâu dòng chảy đều trong đoạn dốc có bề rộng không đổi
- Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực để tính toán.
- Các bước xác định độ sâu dòng chảy đều tương tự như đã trình bày ở phần thiết kế
cơ sở.Ta được kết quả độ sâu dòng chảy đều ứng với các cấp lưu lượng như sau:
Bảng10 -3: Độ sâu dòng đều h0 ở đầu đoạn thu hẹp:
Bd (m) Q(m3/s) f(Rln) Rln (m) B/Rln
43
66.4 0.0381 0.7389 58.19
43
199.2 0.0127 1.1156 38.54
43
332 0.00762 1.3511 31.83
10.2.2.5. Xác định độ dốc phân giới ik
Độ dốc phân giới được xác định theo công thức:
h/Rln h0 (m)
0.3052 0.23
0.3924 0.44
0.4416 0.5967
Q2
ik =
(ω k .C k . Rk ) 2
Trong đó :
+ Q : lưu lượng chảy qua dốc nước.
+ ω k = b . hk
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 100
+ Rk =
Ngành Công trình
ωk
2.hk + B k
+ Ck =
1 1/ 6
.Rk
n
Kết quả tính toán độ dốc phân giới trong đoạn dốc sau đoạn thu hẹp ứng với các
cấp lưu lượng khác nhau được ghi ở bảng sau:
Bảng 10-4: Độ dốc phân giới đầu đoạn thu hẹp
Bd
Q(m3/s) hk (m) wk m2
xk m Rk (m)
Ck
ik
43
66.4
0.624 26.836 44.248 0.606 54.120 0.0034
43
199.2 1.298 55.820 45.596 1.224 60.841 0.0028
43
332
1.825 78.468 46.650 1.682 64.149 0.0026
10.2.3 tính toán thuỷ lực dốc nước có bề rộng không đổi
10.2.3.1 Mục đích
+ Xác định chiều sâu mực nước tại các vị trí khác nhau trong dốc nước, vẽ được
đường mặt nước trong dốc nước từ đó xác định được cao trình tường bên dốc nước
hợp lý. Ứng với 0,2.Qmax , 0,6.Qmax , Qmax.
10.2.3.2. Các thông số của dốc nước
Bao gồm : - Chiều dài dốc nước(có bề rộng không đổi) : 70 m
- Độ dốc : i = 12%
- Chiều rộng : b = 32 m
- Độ nhám : n = 0,017
10.2.3.3. Xác định độ sâu dòng chảy đều h0
Bảng 10-5: Độ sâu dòng đều h0 ở đoạn sau thu hẹp của dốc nước
Bd (m) Q(m3/s)
f(Rln)
32
66.4
0.0381
32
199.2
0.0127
32
332
0.00762
10.2.3.4 Xác định độ sâu phân giới hk
Tương tự như đoạn thu hẹp
Rln (m)
0.7389
1.1156
1.3511
B/Rln
43.31
28.68
23.68
h/Rln
0.0084
0.0164
0.0224
h0 (m)
0.27
0.53
0.7168
Bảng 10-6: Độ sâu phân giới hk đầu đoạn không đổi
Bd (m)
Q(m3/s)
q (m3/s.m)
hk (m)
32
32
32
66.4
199.2
332
2.075
6.225
10.375
0.760
1.581
2.222
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 101
Ngành Công trình
10.2.3.5. Xác định độ dốc phân giới ik
Bảng 10-7: Độ dốc phân giới đoạn không đổi
Bd
32
32
32
Q(m3/s) hk (m) wk m2
xk m Rk (m)
Ck
ik
66.4
0.760 24.319 33.520 0.725 55.760 0.00331
199.2 1.581 50.585 35.162 1.439 62.499 0.00276
332
2.222 71.108 36.444 1.951 65.756 0.00258
10.2.3.6. Tính đường mặt nước trên đoạn không đổi
Với các cấp lưu lượng khác nhau, ta tính được đường mặt nước trên đoạn không
đổi theo phương pháp đã trình bày trong phần thiết kế cơ sở, từ đó xác định được độ
sâu h c ở cuối không đổi. Ta được kết quả như sau:
Bảng 10-8: Độ sâu dòng chảy trong đoạn không đổi
Q (m3/s)
66.4
199.2
332
hđ (m)
0.289
0.638
1.075
hc (m)
0.256
0.516
0.680
Vc(m/s)
8.11
12.07
15.27
Qua tính toán xác định các yếu tố dòng chảy ta có bảng so sánh sau :
Q
(m3/s)
ho
hk
i
ik
66.4
199.2
332
0.27
0.760
0.12
0.00331
0.53
1.581
0.12
0.00276
0.7168
2.222
0.12
0.00258
Ta có nhận xét :
Ứng với các cấp lưu lượng khác nhau thì dòng chảy trên dốc đều có:
i > ik
; h0 < h < hk
nên đường mặt nước trong dốc là đường nước đổ bII.
Kết quả tính toán thuỷ lực đoạn không đổi được ghi ở bảng 10-13 và bảng 10-14,
10-15 phụ lục
10.2.4.3. Kiểm tra xói cuối dốc nước
Từ kết quả tính toán ta sẽ kiểm tra xói cho trường hợp lưu lượng qua tràn là lớn
nhất Qmax = 332 m3/s.
+ Vận tốc dòng chảy cuối dốc nước là : Vc = 15,27 m/s.
+ Tra bảng 11-9 (trang 203) sách '' Sổ Tay Tính Toán Thuỷ Lực '', ta được vận tốc
cho phép không xói đối với bê tông M200 là [V]KX = 25 m/s.
Vậy Vc < [V]KX nên dốc nước đảm bảo không bị xói trong quá trình làm việc.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 102
Ngành Công trình
10.3 Hiện tượng thuỷ lực trên dốc nước
10.3.1. Hiện tượng hàm khí
Dốc nước trong dốc nước có lưu tốc lớn nên lớp không khí gần mặt nước sẽ bị hút vào
lớp nước. Các bọt khí đó pha trộn vào lớp nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với
dòng chảy và do đó chiều sâu dòng nước sẽ tăng so với tính toán khi không có hàm
khí. Khi đó chiều cao tường bên của dốc nước sẽ tăng hơn so với tính toán bình
thường. Đường mặt nước có kể đến hàm khí được xác định theo công thức:
hhk = h (1 +
v
)
100
Trong đó :
+ h: chiều sâu dòng nước trên thân dốc.
+ v: vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán.
Tính toán đường mặt nước trong dốc nước có kể đến hàm khí được dùng để xác
định cao trình đỉnh tường bên dốc nước. Vì vậy ta đi tính cho trường hợp lưu lượng xả
qua tràn lớn nhất Qmax = 332(m3/s).
Ta tính cho các mặt cắt sau:
- Mặt cắt 1-1 : Đầu đoạn thu hẹp
- Mặt cắt 2-2 : Cuối đoạn thu hẹp
- Mặt cắt 3-3 : Cách mặt cắt 2-2 một đoạn 15m
- Mặt cắt 4-4 : Cách mặt cắt 3-3 một đoạn 15m
- Mặt cắt 5-5 : Cách mặt cắt 4-4 một đoạn 15m
- Mặt cắt 6-6 : Cuối dốc nước
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 10-9. Đường mặt nước kể đến hàm khí
MC
1
2
3
4
5
h (m)
1.825
1.075
0.864
0.724
0.684
B=40(m)
V(m/s) hhk Htường(m)
4.231 1.902
2.4
9.655 1.178
1.7
12.002 0.968
1.5
14.323 0.828
1.3
15.168 0.788
1.3
6 0.680 15.266 0.783
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
1.3
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Chiều rộng đoạn thu hẹp
Trang 103
Bảng 10-10:Tính đường mặt nước đoạn thu hẹp
43-32
(m)
Lưu lượng xả
Chiều dài đoạn thu hẹp
Độ dốc
Hệ số nhám
MC
B
(m)
h
(m)
w
(m2)
V
(m/s)
aV2/2g
(m)
1
2
3
4
5
6
43.0
41.1
39.1
37.2
35.2
32.0
1.825
1.236
1.117
1.061
1.036
1.075
78.47
50.72
43.67
39.43
36.47
34.39
4.23
6.55
7.60
8.42
9.10
9.65
0.91
2.18
2.95
3.61
4.22
4.75
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Ngành Công trình
∋
(m)
2.74
3.42
4.06
4.67
5.26
5.83
∆∋
(m)
0.68
0.64
0.61
0.58
0.57
332.00
30
0.12
0.017
(m3/s)
(m)
χ
(m)
46.65
43.52
41.33
39.27
37.27
34.15
R
(m)
C
J
Jtb
∆Ltt
(m)
Σ∆L
(m)
1.68
1.17
1.06
1.00
0.98
1.01
64.15
60.34
59.37
58.86
58.61
58.89
0.0026
0.0101
0.0155
0.0204
0.0247
0.0267
0.0063
0.0128
0.0179
0.0225
0.0257
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
12.00
18.00
24.00
30.00
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 104
Ngành Công trình
Bảng10-13: Tính toán đường mặt nước đoạn không đổi
Chiều rộng đoạn không đổi
Lưu lượng xả
Chiều dài đoạn không đổi
Độ dốc
Hệ số nhám
MC
B
(m)
h
(m)
w
(m2)
V
(m/s)
aV2/2g
(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
32.0
32.0
32.0
32.0
32.0
32.0
32.0
32.0
1.075
0.978
0.864
0.778
0.724
0.696
0.684
0.680
34.39
31.30
27.66
24.89
23.18
22.28
21.89
21.75
9.65
10.61
12.00
13.34
14.32
14.90
15.17
15.27
4.75
5.73
7.34
9.07
10.46
11.32
11.73
11.88
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
∋
(m)
5.83
6.71
8.21
9.84
11.18
12.01
12.41
12.56
∆∋
(m)
0.89
1.50
1.64
1.34
0.83
0.40
0.15
32
(m)
332.00
70
0.12
0.017
(m3/s)
(m)
χ
(m)
34.15
33.96
33.73
33.56
33.45
33.39
33.37
33.36
R
(m)
C
J
Jtb
∆Ltt
(m)
Σ∆L
(m)
1.01
0.92
0.82
0.74
0.69
0.67
0.66
0.65
58.89
58.03
56.91
55.97
55.34
54.99
54.83
54.78
0.0267
0.0362
0.0542
0.0766
0.0967
0.1100
0.1167
0.1191
0.0315
0.0452
0.0654
0.0866
0.1034
0.1134
0.1179
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
10.00
30.00
60.00
100.00
150.00
210.00
280.00
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 105
Ngành Công trình
10.4 Xác định chiều cao tường bên dốc nước
V
+ a
ht = hhk + a = h. 1 +
100
Trong đó:
+ a: độ vượt cao an toàn , lấy a = 0,5 m.
+ hhk: chiều sâu dòng chảy trong dốc nước có kể đến hàm khí
Kết quả tính toán chiều cao tường bên được thể hiện bảng trên.
10.5 thiết kế tiêu năng sau dốc
10.5.1 kênh dẫn hạ lưu.
10.5.1.1 Yêu cầu
Kênh dẫn hạ lưu được thiết kế để dẫn nước từ tràn xả lũ vào lòng sông tự
nhiên. Đảm bảo chuyển được lưu lượng nước lớn nhất từ tràn xả lũ xuống và
kênh không bị xói lở trong quá trình làm việc.
10.5.1.2 Thiết kế mặt cắt kênh
Kênh dẫn hạ lưu là kênh đất có mặt cắt ngang dạng hình thang và có các thông số
cơ bản sau:
- Lưu lượng lớn nhất dẫn qua kênh: QK = Qxả max = 332 m3/s.
- Hệ số mái kênh: m = 1,5.
- Độ nhám : n = 0,025.
- Độ dốc đáy kênh i = 0,0005.
- Bề rộng đáy kênh : giả thiết bK = 32 m.
Kiểm tra khả năng xói của kênh xả :
Điều kiện không xói của kênh là :
V < [Vkx ]
Trong đó :
V – Lưu tốc của dòng chảy trong kênh (m/s).
[Vkx ] – Lưu tốc không xói cho phép trong kênh. Ta có thể xác định lưu tốc
không xói cho phép theo công thưc:
[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 đá, K = 0,75.
=> [Vkx ] = 0,75. 3320,1 = 1,687(m/s).
Ta thiết kế kênh theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực.
f(Rln) =
4.m0 . i
=
Q
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
8, 424 0,0005
= 5,67.10-4
332
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 106
Ngành Công trình
b
Tra phụ lục 8-1 ( Các Bảng Tính Thuỷ Lực ) ta được Rln = 4,1358⇒ R = 7,74
ln
Tra phụ lục 8-3 ( Các Bảng Tính Thuỷ Lực) ta được:
h
= 0,883
Rln
⇒ ho = 3,65 m.
⇒ Vận tốc dòng chảy trong kênh :
Với
V=
Q
ω
ω : diện tích mặt cắt ướt của kênh:
ω = ( bK + m.h ).h = ( 32 + 1,5.3,65 ).3,65 = 136,78( m2 )
⇒ V = 2,43 (m/s).
Vậy V = 2,43 m/s > [Vkx ] = 1,687 m/s nên kênh tháobị xói, do đó cần bảo vệ
chống xúi bằng biện pháp đá xây M100 dày 30 cm sau bể tiêu năng.
Kiểm tra lại với kênh dẫn đá xây –M100 chiều sâu cột nước h>3m tra Phụ lục 8 bảng 5 TCVN 4118 – 85 được [V ] = 10,7 (m/s) => V = 2,43 hh =3,65m
Vậy có nước nhảy phóng xa, phải đào bể tiêu năng.
* 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 Q tk
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 Qtk ; 0,6Qtk ; 0,2Qtk.
- Ta coi dòng chảy vào cấp cuối cùng của dốc 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.
- Giả thiết các cấp lưu lượng Q khác nhau : Qtk ; 0,6Qtk ; 0,2Qtk
+ Lưu lượng thiết kế Qtk = 332(m3/s) và các cấp lưu lượng khác .
- Tính lưu lượng đơn vị q : q =
- Tính
Q
B
F (τ c ) =
q
ϕE 03 / 2
Từ F(τc) tra bảng (15-1) Các bảng tra thủy lực ⇒ τc ⇒ hc’’ = τc . Eo
- Tính độ sâu hh ứng vớicác cấp lưu lượng khác nhau : cách tính tương tự trên
- Tính hiệu số (hc’’ – hh)
- Chọn lưu lượng Q ứng với (hc’’ – hh)max làm lưu lượng tiêu năng
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 108
Ngành Công trình
Bảng 10-16 : Quan hệ Q ~ (hc’’ – hh).
TT Q
q
H0
3
2
(m /s) (m /sm) (m)
1 332 10.375 12.55
2 199.2 6.225 7.94
3 66.4 2.075 3.61
P
(m)
3
3
3
E0
(m)
15.55
10.94
6.61
F(τc)
τc"
0.178 0.3571
0.181 0.3511
0.129 0.3481
hc"
(m)
5.55
3.84
2.30
hh
(m)
3.65
3.04
2.18
hc" - hh
(m)
1.90
0.80
0.12
Từ bảng tính toán trên ta thấy lưu lượng tính toán tiêu năng là: Qtn = Qtk = 332 m3/s.
10.5.2.4 Tính toán kích thước bể tiêu năng
Để tiêu tán phần năng lượng thừa của dòng chảy trước khi vào kênh, cần tạo nước
nhảy ngập ngay sau dốc. Vì vậy ta cần tăng độ sâu nước ở hạ lưu công trình
a. Chiều sâu bể.
Chiếu sâu bể xác định theo công thức:
d = σ.hc'' - hh - ∆Z
Trong đó:
Hệ số σ = 1,05.
hh - Độ sâu hạ lưu khi chưa đào bể hh = 3,65 (m).
hc''- Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp ở đầu bể. Được tính với năng lượng toàn
phần E0’ = Eo + d
Sơ bộ xác định chiều sâu bể : d = hc”- hh = 5,55 – 3,65 = 1,9 m
⇒ E0’= 15,55 +1,9 = 17,45m
q
F(τ c ) =
= 0,1499
ϕ.E 3/2
0
"
Tra bảng (15-1) bảng tra thuỷ lực ta được: τc = 0,3297
⇒ hc'' = E0’ . τc = 5,75(m).
"
σ. hc'' = 1,05.5,753 = 6,04 m
q2
q2
∆Z =
= 0,2906 m
2.g.ϕ 2 hh2
2.g .hc"2
Thay số vào ta có: d1 = σ.hc'' - hh - ∆ Z2 = 1,05.5,75 – 3,65 – 0,2906 = 2,09 (m).
Ta thấy d1 = 2,09 (m) # d = 1,9 (m).
Ta giả thiết lại d2 = 2,1 (m).
E0”= 15,55 +2,1 = 17,56m
q
F(τ c ) =
= 0,1486
ϕ .E 3/2
0
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 109
Ngành Công trình
Tra bảng (15-1) bảng tra thuỷ lực ta được: τ = 0,3284
"
c
⇒ hc'' = E0. τc = 5,76(m).
"
σ. hc'' = 1,05.5,76= 6,05 m
q2
q2
∆Z =
= 0,2912 m
2.g.ϕ 2 hh2
2.g .hc"2
Vậy ta có: d3 = σ.hc'' - hh - ∆ Z = 1,05.5,76– 3,65 - 0,2912 = 2,11 (m).
Ta thấy d3 = 2,11 (m) ≈ d2 = 2,1 (m).
Vậy ta chọn d = 2,1 (m).
b. Chiều dài bể.
+ Chiều dài bể Lb = β.ln + l1
Trong đó :
β: hệ số kinh nghiệm β = 0,7 – 0,8, chọn β = 0,7
ln : chiều dài nước nhảy
l1: khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp C-C
Theo Xaphơranét: ln = 4,5.h”= 4,5.5,76 = 25,92 m
+ l1 : chiều dài nằm ngang của dòng nước rơi từ chân công trình đến mặt cắt co
hẹp C – C ; ở đây dòng chảy từ cuối dốc xuống bể như chảy từ bậc xuống nên
l1 = p + hk = 5,1 +2,22 = 7,32 m
α.q 2 3 1.10,382
3
hk =
=
= 2, 22 (m).
g
9,81
Lb = β.Ln + l1 = 0,7. 25,92 + 7,32= 25,46 m
Vậy chọn chiều dài bể tiêu năng là: Lb = 26 m.
c. Chiều cao tường bể tiêu năng.
Ta có chiều sâu bể d =2,1 m, chiều cao cột nước lớn nhất trong kênh h = 3,65m
và chiều cao cột nước trong bể hb = σ.hc'' = 6,05m.
⇒ ht = hb + a (với a là độ cao an toàn lấy a = 0,5 m )
ht = 6,05+ 0,5 =6,55 m Vậy chọn ht = 6,6 m.
d. Chiều dài đáy sân sau:
Theo công thức: Stoxcov: Ls = β.Ln = 0,8.25,92 = 18,14 chọn Ls = 18,5m
10.6 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn.
10.6.1 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.
10.6.2 Ngưỡng tràn :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 110
Ngành Công trình
Cao trình ngưỡng tràn : ∇Ngưỡng = +24,24 (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
Với :
(9-16)
H - Cột nước tràn
Chọn chiều dài ngưỡng tràn δ = 15 (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.
- 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, cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh
đập (29,38m
- Trụ pin làm bằng BTCT M200, dày d tr = 1 m; chiều dài trụ pin bằng chiều dài
ngưỡng bằng 15 m, hai đầu lượn tròn bán kính r = 0,5 m; cao trình đỉnh trụ pin
bằng cao trình đỉnh đập (29,38 m)
60
80
514
80
220
130
Bao t¶i tÈm nhùa ®êng
BTCT M200
Bª t«ng lãt M100 dµy 10cm
Hình 10-1: Cấu tạo tường bên ngưỡng tràn
10.6.3 Dốc nước :
* Tường bên :
Tường bên được làm bằng BTCT M200
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 111
Ngành Công trình
40
170
Bª t«ng cèt thÐp M200
60
60
Bao t¶i tÈm nhùa ®êng
100
50
BTCT M200
Bª t«ng lãt M100 dµy 10cm
Hình 10-2 : Mặt cắt ngang dốc nước.
10.6.4 Cầu giao thông
Để đi lại được trên tràn phục vụ cho việc kiểm tra, sửa chữa hoặc nâng cấp tràn
khi có yêu cầu ta phải bố trí cầu giao thông ở phía trên trụ pin (bắc qua ngưỡng tràn).
Kích thước mặt cắt ngang của cầu giao thông được chọn theo yêu cầu cấu tạo và yêu
cầu giao thông như sau:
15
15
30
10
10
100
èng tr¸ng kÏm φ40
55
30
200
30
20
10
20
200
30
55
600
Hình 10-4 : Cấu tạo cầu giao thông
10.7 Tính toán ổn định và kết cấu cỏc bộ phận tràn.
10.7.1 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 đó hợp lý chưa. Nếu
chưa hợp lý thỡ phải chọn lại kớch thước hoặc phải đề nghị các biện pháp xử lý cụ thể.
Khi kớch thước các bộ phận kết cấu thoó món tiến hành bố trớ cốt thộp cho cỏc bộ
phận đó.
Trong đồ án này yêu cầu tính ổn định cho một đoạn tường bên có chiều cao lớn
nhất. Ta đó xỏc định được chiều cao tường bên của các đoạn trên tuyến tràn, trong đó
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 112
Ngành Công trình
đoạn tường bên của bể tiêu năng có chiều cao lớn nhất h t = 7,6m, 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.
10.7.2 Các trường hợp tính toán :
- Trường hợp vừa thi công xong, đất đắp bằng cao trình đỉnh tường.
- Trường hợp làm việc bình thường với tổ hợp tải trọng cơ bản
- Trường hợp mức nước rút nhanh ở ngoài tường.
Trong phạm vi đồ án này, ta chỉ tính toán kiểm tra cho trường hợp 1.
10.7.3 Tính toán ổn định:
10.7.4 Sơ đồ tính toán:
660
BiÓu ®å ¸p lùc
®Êt n»m ngang
Eng
760/3
P3
100
P1
100
A1
100
P2 350
550
σmin
σmax
BiÓu ®å ph¶n lùc nÒn
Hỡnh 10-5 : Sơ đồ tính toán ổn định tường bên tiêu năng.
10.7.5 Các lực tác dụng lên tường:
- Các lực tác dụng thẳng đứng:
+ Trọng lượng bản thân của tường: P1 = γbt.1,0.6,6.n1=2,5.1,0.6,6.1,05=17,33 T.
P2 = γbt.1,0.3,5.n1=2,5.1,0.5,5.1,05=14,44 T.
+ Áp lực đất thẳng đứng:
P3 = γw.3,5.6,6.n2=2,14.3,5.6,6.1,10=54,38 T.
-
Các lực tác dụng theo phương ngang
Coi lưng tường thẳng đứng, bỏ qua ma sát giữa lưng tường và đất.
Áp lực đất theo phương ngang lên 1 m dài tường được tính theo công thức:
ϕ
ϕ
ϕ H
2
0
2
0
2
0
Ec = nc. γ tn .H .tg 45 − + q.tg 45 − − 2.C tg 45 − .
2
2
2 2
Do bỏ qua đặt các thiết bị thi công nên q = 0
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 113
2
2
0
Ngành Công trình
2
2
=> Eng = 0,5.γw.H .tg ( 45 -ϕ/2 ).nc=0,5.2,14.7,6 .tg (45°-17°/2).1,2=40,61
Tổng hợp các lực tác dụng lên tường được ghi ở bảng sau
Bảng 10-17: Kết quả tính toán ngoại lực tác dụng lên tường chắn.
Gi¸ trÞ lùc
Bé phËn
Lùc
B¶n mÆt
B¶n ®¸y
¸p lùc ®Êt th¼ng
¸p lùc ®Êt ngang
Tæng
§øng Ngang
P1 17,33
P2 14,44
P3 54,38
Eng
86,14
40,61
40,61
M« men
Tay
Chèng
®ßn
lËt
G©y
lËt
1,50 25,99
2,75 39,70
3,75 203,92
2,47
100,17
269,61 100,17
Ghi chú:
+ Các giá trị hệ số vượt tải n trong bảng trên được tr ở bảng 3.8 ( trang 18 )
TCVN 285-2002
+ Chiều dài tay đòn, mô men chống lật và gây lật lấy đối với điểm A 1 trên hình
vẽ.
10.7.6 Kiểm tra điều kiện chống trượt, chống lật và ứng suất nền:
*Kiểm tra ổn định về trượt :
Kt ≥ [ Kt ]
Trong đó : - [ Kt ] :Hệ số an toàn chống trượt cho phép, tra Bảng 1-9 GTHDTK tường
chắn công trình thuỷ công, ta được [ Kt ] = 1,2.
-Kt : Hệ số an toàn chống trượt theo mặt đáy tường và được xác định
theo công thức sau :
Kt =
f .ΣPi
.
ΣNi
Với: f-hệ số ma sát giữa bản đáy với nền f = 0,6.
ΣPi-tổng các lực thẳng đứng, ΣPi = 86,14 T.
ΣNi-tổng các lực nằm ngang, ΣNi = 40,61 T.
⇒ Kt =
0,6.86,14
= 1,273.
40,61
Ta thấy Kt =1,273 > [ Kt ] =1,2. Vậy công trình đảm bảo ổn định trượt.
*Kiểm tra ổn định về lật :
Kl ≥ [ Kl]
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 114
Ngành Công trình
Trong đó : - [ Kl] :Hệ số an toàn chống lật cho phép, tra Bảng 1-10 GTHDTK
tường chắn công trình thuỷ công, ta được [ Kl] = 1,2.
-Kt : Hệ số an toàn chống lật quanh điểm A1 và được xác định theo
công thức sau :
Kl =
ΣM cl
..
ΣM gl
Với: ΣMcl-tổng mô men các lực chống lật, ΣMcl = 269,61 Tm.
ΣMgl- tổng mô men các lực gây lật, ΣMgl = 100,17 Tm.
⇒ Kt =
269,61
= 2,692.
100,17
Ta thấy Kl =2,692 > [ Kl] =1,2. Vậy công trình đảm bảo ổn định lật.
*Kiểm tra ứng suất đáy móng :
σmax,min =
- Xác định:
∑ p .(1 ± 6.e )
B
B
Trong đó: + e: độ lệch tâm của tải trọng.
e = ( B/2 - ξ ).
Với ξ =
M cl − M gl
∑ Pi
=
269,61 − 100,17
= 1,967.
86,14
=> e = 5,5/2 - 1,967 = 0,783 ( m ).
+ B : bề rộng đáy móng , B =5,5 m.
+ ΣPi: tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên đáy móng.
=> σmax = 29,04 ( T/ m2 ).
=> σmin = 2,28 ( T/ m2 ).
Điều kiện :
σ max ≤ [ σ ]
σ min > 0
Trong đó:
+ σmax, σmin: ứng suất pháp lớn nhất và nhỏ nhất tại đáy tường.
+ [σ] : ứng suất nén cho phép của nền.
[σ] = 4 kg/ cm2 = 40 T/ m2.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 115
σ max = 29,04T/m < [ σ ] = 40T/m
2
σ min = 2,28T/m > 0
2
Ta thấy :
Ngành Công trình
2
Vậy nền đảm bảo điều kiện chịu tải.
Kết luận: Đảm bảo an toàn về mặt ổn định trong trường hợp vừa thi công xong, đất đắp
ngang cao trình đỉnh tường.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 116
Ngành Công trình
CHƯƠNG 11 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC
11.1 Những vấn đề chung
11.1.1 Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :
11.1.1.1 Nhiệm vụ công trình :
Cống lấy nước có nhiệm vụ chuyển nước từ hồ chứa Tân Thành xuống hạ lưu để
cung cấp nước tưới cho khu vực 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
cả 2 vùng 722ha. Theo kết quả tính toán thuỷ nông thì lưu lượng cần lấy qua cống lớn
nhất là Q = 0,58 m3/s.
11.1.1.2 Cấp của công trình :
- Theo điều kiện về nhiệm vụ của cống : Do cống cấp nước tưới cho 722 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.
11.1.1.3 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.
11.1.2 Chọn tuyến và hình thức cống :
11.1.2.1 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 trái 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. Mặt khác do
đoạn đầu khu tưới kênh đi bên trái. Vì vậy tuyến cống được bố trí ở bên trái để nối tiếp
với tuyến kênh. Ở bên bờ trái 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
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 117
Ngành Công trình
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.
11.1.2.2 Hình thức cống :
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu thay đổi lớn từ MNDBT =
24,24 m đến MNC = 14 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.
11.1.2.3 Sơ bộ bố trí cống :
Sơ bộ chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC 1 m, khi đó :
Zđáy cống = MNC – 1 = 14 - 1 = 13 (m).
Tuyến cống được bố trí bên trái đập.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 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 = 31 (m).
Chiều dài đoạn cống sau cửa van :
L2 = 91 (m).
Tổng chiều dài cống :
L = 102 (m).
Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính toán thủy lực sau này.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 118
Ngành Công trình
11.2 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.
11.2.1 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.
-
Độ dốc đáy kênh : Kênh lấy nước từ hồ chứa, địa hình tuyến kênh không dốc lắm
theo TCVN 4118-1985 độ dốc đáy kênh ( từ 1/3000÷1/5000) chọn i = 2,5 .10-
-
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
11.2.1.1 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)
(11-1)
Trong đó :
K- Hệ số phụ thuộc đất lòng kênhvới đất cát pha vừa K = 0,62.
Q- Lưu lượng thiết kế của kênh, Q = 0,58 (m 3/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
(11-2)
= 0,5.(1 +0,59). 3 0,59 = 0,67 (m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 119
Ngành Công trình
+ 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 tra
ln
b
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.
Lập lại tỷ số :
b
1,5
=
= 3,45 .
R ln 0,4354
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
11.2.1.2 Kiểm tra tính hợp lý của mặt cắt :
Kênh có mặt cắt hợp lý nếu tỷ số
Ta có
b
= 0,5 ÷ 2 .
h
b 1,5
=
= 2,27 → Không thoả mãn điều kiện khống chế ở trên. Do vậy ta
h 0,66
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
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 120
Ngành Công trình
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
11.2.2 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
(11-3)
Trong đó :
Vkx - lưu tốc không xói trong kênh, Vkx = 0,59 (m/s).
Vmax - lưu tốc lớn nhất trong kênh; V max 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).
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 .
b
1,20
⇒ Rln = 0,4662 (m) → R = 0,4662 = 2,574 .
ln
h
=> R = 1,671
ln
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
h
→ h = R ln .( R ) = 0,78 (m).
ln
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 121
Ngành Công trình
3
Như vậy với Qmax = 0,696 (m /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
= 13,5 – 0,71 = 12,79 (m).
- Cao trình bờ kênh : Zbờ = Zkc + a ( a là hệ số an toàn , a = 0,5 m )
Zbờ = 13,5 + 0,5 = 14 (m).
- Chiều rộng bờ kênh : bbờ = 1 (m).
11.2.3 Tính độ sâu dòng chảy trong kênh ứng lưu lượng QTK
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 lưu lượng ta xác định được độ
sâu dòng đều tương ứng trong kênh. với Q = 0,58(m3/s) => ho = 0,71
11.3 Tính toán thuỷ lực cống.
11.3.1 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.
11.3.1.1 Lượng nước cần cho tưới :
Căn cứ vào lượng nước yêu cầu ở hạ lưu ta xác định được lưu lượng cần tưới.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 122
Ngành Công trình
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 … .
11.3.1.2 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.
11.3.1.3 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.
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.
11.3.2 Tính toán khẩu diện cống :
11.3.2.1 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 = 13,5 m. Chênh lệch mực nước
thượng hạ lưu khi đó là :
ΔZ = MNC − Z kc = 14,0 − 13,5 = 0,5 (m).
(11-4)
11.3.2.2 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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 123
Z1 Zp ZL
h2
Zv
Ngành Công trình
h1
Z2
d
hh
HHình 11-1 : Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định khẩu diện cống.
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.
Z2 - tổn thất ở cửa ra.
h1: độ sâu dòng chảy đều trong 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
(11-5)
∑ Zi = Zl + Zp + ZL+ Z v + Z2 + i.L
(11-6)
i : Độ dốc dọc cống.
L : Tổng chiều dài cống, L = 102 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.
- 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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 124
Ngành Công trình
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 h
Trong đó :
− α.
Vb2
(11-7)
2.g
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).
Xác định ϕn: phụ thuộc hệ số lưu lượng m .Căn cứ vào điều 3.7 QP.TL.C-8-76
( trang 30 ) với đập tràn đỉnh rộng có ngưỡng vuông cạnh ta sơ bộ lấy m = 0,35. Tra
theo bảng 12 ( trang 43 ) cùng qui phạm trên ta được ϕn = 0,96
Vb : Lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng.
Vb=
Q
Q
=
b b .h b b .(h + d)
b
(11-8)
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
(11-9)
Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống là i.L với độ dốc i là độ đốc dọc cống xác định
như sau :
Q
i =
ω.C. R
Trong đó : ω = b c .h1 ; R =
2
(11-10)
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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 125
Ngành Công trình
Tổn thất qua khe van được tính theo công thức
α.Vv2
Z1v = ξ v .
2.g
(11-11)
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 :
α.Vv2
Z v = 2.ξ v .
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
(11-12)
- 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)
=> 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
(11-13)
Trong đó :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 126
Ngành Công trình
- ξL : Hệ số tổn thất qua lưới : ξ L
t 4
= β.sinθ.( ) 3
b
(11-14)
+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 11-2 :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
(11-15)
=> Tổn thất qua lưới chắn rác ZL.
* Tổn thất qua khe phai :
Tổn thất cột nước qua mỗi khe phai được tính theo công thức :
α.Vp2
Z1p = ξ p .
2.g
(11-16)
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 .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
α.Vp2
2.g
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 127
Ngành Công trình
- 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
(11-17)
=> 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
(11-18)
2.g
Ta thiết kế đoạn cửa vào thu hẹp từ 2.bc đến bc, chiều dài đoạn thu hẹp bằng
1,25 bc .=> cotgθ =
1,25b c
b
= 2,5 β = c = 0,5
0,5b c
2.bc
Tra bảng 12 QP.TL.C-8-76 ( trang 43 ) với m = 0,36 được ϕ = 0,96.
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 )
(11-19)
V0 : Lưu tốc tới gần tính theo công thức :
V0 =
Q
Q
=
ω b c .(h + Z v + Z L + Z p )
1
(11-20)
=> Tổn thất tại cửa vào Z1.
- Với các giá trị của bc đã giả thiết ta có kết quả thể hiện ở bảng 11-1. Vẽ quan hệ
giữa bc ~ ∑ Zi ta được :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 128
Ngành Công trình
Hình 11 – 3: Đồ thị quan hệ bc~ ∑ Zi
Từ quan hệ trên hình 11 – 3, có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống khống
chế [∆Z] = 0,5 m ta tra được giá trị bc = 0,8 (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).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 129
Ngành Công trình
B¶ng 11-1: TÝnh to¸n khÈu diÖn cèng
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
bc
0.5
0.6
0.65
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
Lu lượng Qtk =
0.58
m3/s
ChiÒu s©u mùc níc h¹ lu: hh =
0.71
m
HÖ sè nh¸m: n =
0.025
Z2
hh+Z2
R
C
ω
χ
0.017
0.727
0.363 1.953 0.186 30.222
0.017
0.727
0.436 2.053 0.212 30.896
0.017
0.727
0.471 2.102 0.224 31.174
0.017
0.727
0.560 2.224 0.252 31.786
0.017
0.727
0.654 2.353 0.278 32.313
0.017
0.727
0.727 2.453 0.296 32.658
0.017
0.727
0.799 2.553 0.313 32.961
0.017
0.727
0.872 2.653 0.329 33.229
0.017
0.727
0.945 2.753 0.343 33.468
0.017
0.727
1.017 2.853 0.357 33.683
0.017
0.727
1.090 2.953 0.369 33.878
0.017
0.727
1.163 3.053 0.381 34.055
0.017
0.727
1.235 3.153 0.392 34.216
0.017
0.727
1.308 3.253 0.402 34.365
0.017
0.727
1.381 3.353 0.412 34.501
0.017
0.727
1.453 3.453 0.421 34.627
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
i
0.0150
0.0087
0.0070
0.0042
0.0027
0.0020
0.0015
0.0012
0.0010
0.0008
0.0007
0.0006
0.0005
0.0004
0.0004
0.0003
iL
1.5146
0.8816
0.7034
0.4257
0.2737
0.2036
0.1563
0.1231
0.0990
0.0811
0.0675
0.0569
0.0485
0.0418
0.0364
0.0319
Lớp: 47LT
ZV
0.026
0.018
0.015
0.011
0.008
0.006
0.005
0.005
0.004
0.003
0.003
0.003
0.002
0.002
0.002
0.002
Zl
0.010
0.007
0.006
0.004
0.003
0.003
0.002
0.002
0.002
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
Zp
0.012
0.008
0.007
0.005
0.004
0.003
0.003
0.002
0.002
0.002
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
Z1
0.113
0.074
0.061
0.037
0.023
0.016
0.011
0.008
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.002
0.002
0.001
Σzi
0.177
0.124
0.106
0.074
0.054
0.045
0.038
0.034
0.030
0.028
0.026
0.025
0.023
0.023
0.022
0.021
Σzi+iL
1.692
1.006
0.809
0.500
0.328
0.248
0.194
0.16
0.129
0.109
0.093
0.081
0.072
0.064
0.058
0.053
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 130
Ngành Công trình
11.3.2.4 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống :
* Chiều cao mặt cắt cống :
Hc = h 1 + ∆
(11-21)
Trong đó :
h1 : là độ sâu dòng chảy trong cống, trên hình 11-1 :
h1 = hh + Z2 = 0,71 + 0,017 = 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).
Ngoài ra Hc cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, thường khống chế H c ≥ 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 ngưỡng cống được lựa chọn phải thỏa mãn điều kiện đảm bảo cung cấp
nước tự chảy ổn định trong mọi trường hợp, ngưỡng cống không bị ngập trong bùn cát
và trần cống tại vị trí cửa vào thấp hơn MNC từ (0,5÷1)m. Vậy cao trình ngưỡng cống
phải thỏa mãn:
+ Cao trình đáy cống cửa vào:
Zcv = ∇MNC – h1 – ∑Zi
(11-22)
Trong đó:
∇MNC: cao trình mực nước chết.
h1: độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Qtk
h1 = 0,73 m
∑Zi: tổng tổn thất cục bộ ở cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van
khi tháo Qtk
∑Zi = 0,016 +0,003 + 0,003 + 0,006 = 0,028 m.
→ Zcv = 14,0 – 0,73 – 0,028 = 13,24 m
+ Cao trình đáy cống ở cửa ra:
Zcr = Zcv – i.L = 13,24 – 0,2056 = 13,04(m).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
(11-24)
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 131
Ngành Công trình
Vậy từ các kết quả tính toán trên ta chọn :
Zcv = +13,24 m
Zcr = +13,04 m.
11.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng.
11.4.1 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.
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).
11.4.2 Sơ đồ tính toán :
MNDBT
H1
a
Z2
hc
hr
L2
d
Lb
Hình 11-4 : 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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
hh
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 132
Ngành Công trình
11.4.3.1 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)
Trong đó :
(11-25)
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 - h w
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.
=>
cv
H0 = H = MNDBT - ∇ dc = 24,24– 13,24 = 11,0 (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
(11-26)
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
(11-27)
Với a và α như trên thay vào (10-25) ta được giá trị Qtt.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 133
∆Q =
Tính sai số :
Với :
Ngành Công trình
Q - Q tt
.100% .
Q
Q : Lưu lượng thực tế cần lấy.
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 –2.
Q
(m3/s)
0.58
Bảng 11-2 : Tính toán độ mở cống a ứng với từng cấp lưu lượng.
ϕ =
0.95
bc =
1
m
H =
11.24 m
F(τc)
α
hw
Ho'
a/H
a
hc
Qtt
(m)
(m)
(m)
(m) (m3/s)
0.08 11.156 0.02 0.611 0.006 0.0692 0.04
0.59
∆Q
(%)
2.29
11.4.3.2 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
(11-28)
Tra phụ lục (8 - 1) -Bảng tra thủy lực ta có được Rln.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Lập tỷ số
Trang 134
Ngành Công trình
b
h
, tra phụ lục (8 - 3) bảng tra thủy lực ta có
.
R ln
R ln
h
R ln
Suy ra độ sâu dòng đều : h0 =
.R ln .
(11-29)
- Xác định hk :
hk = 3
α.q 2
g
Trong đó : q =
Q
.
bc
(11-30)
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 10-3.
Q
(m3/s)
0.58
Bảng 11-3 : 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)
0.04
0.3462 0.3003
3.33
2.424 0.728 0.325 Đường CI
Từ kết quả tính toán ta thấy h c < 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
(11-31)
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
(11-32)
Trong đó :
+ ∆ ∋ - Năng lượng đơn vị giữa 2 mặt cắt có độ sâu hi và hi+1.
∆ ∋ = ∋2 - ∋1.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 135
∋i = hi +
với :
Ngành Công trình
2
i
α.V
2g
αV22
α.V12
→ ∆ ∋ = (h2 +
) - (h1 +
).
2.g
2g
+ j = J 2 + J1
2
;
Vi
Ji =
C i . R i
(11-33)
2
(11-34)
Nuớc nhảy trong cống không sảy ra khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện :
hr < hk
hr < hh’ – P2
Trong đó : hh’ là độ sâu liên hiệp với hh
h
h
'
h = . 1 + 8 k
2
hh
3
− 1
P2 chênh lệch cao trình cuối cống và cao trình đầu kênh. Chọn P2 = 0
Kết quả tính toán đường mặt nước ứng với lưu lượng được thể hiện trong các
bảng 11-4
Từ bảng kết quả tính tính toán đường mặt nước trong cống ta thấy :
Với tất cả 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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 136
Ngành Công trình
+ 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 sâu
h’. Sau nước nhảy là đoạn chảy êm theo đường nước hạ b I bắt đầu từ mặt cắt II-II có
độ sâu h” và tận cùng ở cửa ra có độ sâu hr.
* Sơ đồ tính toán :
I
II
CI''
CI'
Hc
bI
h''
hc CI
a
r
hr
hk
h'
d
Lb
L2
I
hh
II
r
Hình 11-5 : Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống.
- 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
''
ln = 4,5.h”
(11-35)
(10-36)
- Từ đó dựng được đường CI’ liên hiệp với đường nước dâng CI.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 137
Ngành Công trình
- Ứng với mỗi cặp (hi”; ln i) ta xác định được một điểm d i , 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. kết quả tính toán
bảng 11-5
- Đường CI” và đường bI cắt nhau tại O => O là vị trí sau nước nhảy mà ta cần
xác định.
- 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 Ln 0 => ta xác định được vị trí trước nước nhảy L.
Ta tính toán xác định vị trí nước nhảy với lưu lượng trên.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 139
Ngành Công trình
Bảng 11-4 : Tính toán đường mặt nước trong cống với cấp lưu lượng Q = QTK.
ChiÒu réng cèng bc =
1
(m)
§é nh¸m lßng dèc n =
0.014
Lu lượng qua cèng =
0.58
3
(m /s)
§é s©u ph©n giíi hk =
0.325
(m)
ChiÒu dµi ®o¹n cèng Lc =
90.90
(m)
§é s©u dßng ®Òu ho =
0.728
(m)
§é s©u co hÑp hc
0.04
(m)
jtb
i-jtb
∆L
(m)
69.77
-69.77
5.00
§é dèc cèng i
M/C
1
b
(m)
1
h
(m)
0.040
w
(m2)
0.04
=
X
(m)
1.08
0.002
R
(m)
0.04
C
41.24
V
(m/s)
91.00
E
(m)
422.11
∆E
(m)
=
j
131.469
-348.86
2
1
0.096
0.10
1.19
0.08
46.95
37.88
73.25
8.080
-29.33
3
1
0.124
0.12
1.25
0.10
48.62
29.31
43.92
4
1
0.151
0.15
1.30
0.12
49.88
24.10
1
0.177
0.18
1.35
0.13
50.90
20.52
1
0.204
0.20
1.41
0.14
51.76
17.87
29.76
1
0.230
0.23
1.46
0.16
52.49
15.82
1
0.257
0.26
1.51
0.17
53.14
14.18
21.63
1
0.284
0.28
1.57
0.18
53.72
12.83
1
0.325
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
0.33
1.65
0.20
54.48
11.20
5.00
16.48
20.00
1.03
-1.03
5.00
0.824
12.99
25.00
0.70
-0.70
5.00
0.577
10.51
30.01
0.50
-0.50
5.00
0.37
-0.37
5.00
0.420
8.68
35.01
0.315
-1.96
10
-1.62
1.241
-1.83
9
5.00
15.00
1.63
-2.48
8
-2.83
2.013
-3.49
7
5.00
10.00
2.83
-5.15
6
-5.87
3.654
-8.13
5
5.00
5.87
-14.16
6.72
Lớp: 47LT
40.01
0.26
0.215
∑L
(m)
0.00
-0.26
7.45
47.46
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 140
Ngành Công trình
Bảng 11-5 : Đường nước hạ bI với cấp lưu lượng Q =QTK.
lu lượng qua cèng:
Q
=
ChiÒu dµi cèng tÝnh tõ mÆt c¾t co hÑp ®Õn cöa ra: Lc =
§é dèc ®¸y cèng:
i
=
§é nh¸m lßng cèng:
n
=
§é s©u dßng ch¶y h¹ lu hh =
§é s©u ph©n giíi:
hk
=
bc
1.0
h
0.710
χ
2.420
ϖ
0.710
R
0.293
C
58.225
V
0.817
V2/2g
0.034
E
0.7440
1.0
0.725
2.450
0.725
0.296
58.308
0.800
0.033
0.7575
0.58
90.90
0.002
0.014
m3/s
m
0.71
m
0.325
m
∆Ε
j
0.0007
0.0135
0.740
2.480
0.740
0.298
58.389
0.784
0.031
0.7713
0.755
2.511
0.755
0.301
58.470
0.768
0.030
0.7854
0.771
1.0
0.787
1.0
1.0
1.0
1.0
0.803
0.819
0.836
0.854
2.542
0.000
2.574
0.000
2.606
0.000
2.638
0.000
2.671
0.000
2.707
0.771
0.303
58.549
0.752
0.029
0.7998
0.787
0.306
58.626
0.737
0.028
0.8145
58.703
0.722
0.027
0.8294
0.310
58.777
0.708
0.026
0.8447
0.313
58.851
0.694
0.025
0.8601
0.315
2.538
0.680
0.024
0.8770
0.0004
Σ∆L' : kho¶ng c¸ch tõ mÆt c¾t cöa ra ®Õn c¸c mÆt c¾t tÝnh to¸n.
Ltr
: Kho¶ng c¸ch tõ mÆt c¾t co hÑp C-C ®Õn c¸c mÆt c¾t tÝnh to¸n.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
10.00
0.0006
0.0014
10.00
0.0006
0.0014
10.00
0.0005
0.0015
10.00
0.0005
0.0015
10.00
0.0005
0.0015
10.00
0.0005
0.0015
10.00
0.0004
0.0016
10.90
0.0004
0.0170
0.854
0.0014
0.0005
0.0154
0.836
0.0006
0.0005
0.0152
0.819
10.00
0.0005
0.0150
0.308
0.0013
0.0005
0.0147
0.803
0.0007
0.0006
0.0144
1.0
∆L'
0.0006
0.0141
1.0
i - jtb
0.0006
0.0138
1.0
jtb
Lớp: 47LT
Σ∆L'
0
Ltr
90.90
10.00
80.90
20.00
70.90
30.00
60.90
40.00
50.90
50.00
40.90
60.00
30.90
70.00
20.90
80.00
10.90
90.90
0.00
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 141
Ngành Công trình
Bảng 11-6 : Xác định độ sâu liên hiệp và chiều dài nước nhảy
với cấp lưu lượng Q = QTK = 0,58 m3/s.
MC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
bc
(m)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
q
(m3/s.m)
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
0.58
h'
(m)
0.040
0.096
0.124
0.151
0.177
0.204
0.230
0.257
0.284
0.325
l
(m)
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
47.5
h"
(m)
1.290
0.798
0.684
0.603
0.539
0.487
0.443
0.404
0.370
0.325
ln
(m)
5.80
3.59
3.08
2.71
2.43
2.19
1.99
1.82
1.66
1.46
l + ln
(m)
5.80
8.59
13.08
17.71
22.43
27.19
31.99
36.82
41.66
48.92
Tổng hợp các kết quả tính toán ta xác định được vị trí nước nhảy cụ thể của từng
cấp lưu lượng bảng 11-7
Bảng 11-7: Vị trí của nước nhảy ứng với từng cấp lưu lượng
Q
(m3/s)
0.58
Trong đó :
h''
(m)
0.84
L0
(m)
8.20
h'
(m)
0.09
Ln 0
(m)
3.76
L
(m)
4.44
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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 142
Ngành Công trình
Ln 0 : chiều dài nước nhảy.
L : Khoảng cách từ vị trí bắt đầu nước nhảy đến mặt cắt C-C.
11.4.3.4 Kết luận :
Sau khi xác định được vị trí nước nhảy trong cống ta thấy chiều cao nước nhảy
lớn nhất là ho’’ = 0,84 (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.
11.4.4 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.
Chiều dài bể : Lb = 5 m.
11.5 Chọn cấu tạo chi tiết cống.
11.5.1 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 = 220 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.
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
(11-37)
Trong đó :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 143
Ngành Công trình
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
- Sau bể tiêu năng bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu bằng đá xây vữa mác 100,
dày 30cm, ở dưới đáy có bố trí lỗ thoát nước. Chiều dài sân sau thứ hai xác định như
sau:
Theo quy phạm thiết kế cống, chiều dài sân sau được xác định theo công thức:
L s = K s . q. ∆H
Trong đó:
∆H - Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu cống:
∆H = MNDBT - ∇đk - hh = 24,24 - 13,04 - 0,71 = 10,49(m)
Ks - Hệ số phụ thuộc vào chất đất lòng kênh, với đất lòng kênh là á sét: Ks = 6.
q - Lưu lượng đơn vị ở cuối bể tiêu năng: q =
Q 0,58
=
= 0, 483m3 / s
b b 1, 2
Thay vào ta có: Ls = 6. 0, 483. 10, 49 = 7,51 (m)
Để thuận tiện cho thi công, chọn Ls = 10m.
11.5.2 Thân cống :
11.5.2.1 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 :
t≥
H
[ J]
(11-38)
Trong đó :
H : Cột nước lớn nhất.
H = MNDBT – Zcv = 24,24 – 12,24 = 11 (m).
[J] : Građiên thấm cho phép của bêtông. [J] = 15.
=>
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
t≥
11
= 0,733 (m) .
15
Lớp: 47LT
Trang 144
1.
1:
0
Tuy nhiên nếu lấy theo điều
kiện trên thì kích thước cống
lớn, khối lượng bê tông cốt thép
nhiều. Do đó để giảm khối
lượng vật liệu làm cống chọn bề
dày cống theo điều kiện thi công
và cấu tạo là 0,4m. Do đó 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 1m.
Ngành Công trình
1:
1.
0
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Hình 10-9 : Cắt ngang thân cống.
11.5.2.2 Phân đoạn cống :
Thường cống ngầm nằm dưới đập có chiều dài lớn, do vậy để chánh trường hợp
cống bị nứt do lún không đều, cần phân chia dọc theo chiều dài cống thành các đoạn,
giữa các đoạn có bố trí các khe nối. Chiều dài mỗi đoạn chọn bằng 12m.
Tại khe nối đặt thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò bằng kim loại, dùng tấm
nối ngang. Chi tiết cấu tạo thể hiện trên hình
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.
Cấu tạo của khớp nối được thể hiện trên hình 11-10.
Khớp nối ngang ;
Khớp nối đứng
Hình 11-10 : Cấu tạo khớp nối cống.
11.5.2.3 Nối tiếp thân cống với nền :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 145
Ngành Công trình
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.
11.5.2.4 Nối tiếp thân cống với đập :
Dùng đất sét nền chặt thành một lớp bao quanh cống có bề dày 1m. Tại chỗ nối tiếp
giữa hai đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp giữa cống với đập được tốt hơn, đồng
thời có tác dụng kéo dài đường viền thấm .
11.5.3 Tháp van :
Vị trí đặt tháp van ở giữa mái thượng lưu đập tại mặt cắt dọc cống.Trong tháp có
bố trí 1 van công tác và một van sửa chữa. Mặt cắt ngang tháp làm dạng chữ nhật.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 146
Ngành Công trình
PHẦN 4
CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT.
CHƯƠNG 12 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM.
12.1 Mục đích và trường hợp 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.
12.1.1 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 .
12.1.2 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 MNLTK, 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 MNLTK, 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 .
12.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế
12.2.1 Tài liệu cơ bản :
12.2.1.1 Vị trí và kết cấu cống ngầm :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 147
Ngành Công trình
Đáy cửa vào của cống được đặt ở cao trình + 12,34 m, đáy cửa ra của cống được
đặt ở cao trình 13,04 m, tổng chiều dài của cống là 102 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 .
10
10
255
175
180
100
Hình 12-1 : Cắt ngang thân cống.
12.2.1.2 Lực tác dụng lên cống trong trường hợp tính toán :
* Các lực tác dụng :
Khi thượng lưu là MNLTK, 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 = 13,14 (m).
+ Cao trình đỉnh cống :∇đỉnh cống = 15,29 (m).
+ Cao trình đất đắp ( cao trình đỉnh đập ) : ∇đỉnh đập = 29,38 (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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 148
Ngành Công trình
ϕ = 16 15'.
0
- Đất nền có các chỉ tiêu cơ lý sau : nền đá, có :
+ Hệ số ma sát : f = 0,6.
+ Các đặc trưng chống cắt, f0 = 0,55 ; C = 0,2kg/cm2 = 20
(kN/m2).
+ Cường độ chịu nén giới hạn : R = 1200 kg/cm2.
- 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.
12.2.2 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.
12.3 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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 149
Ngành Công trình
MÆt ®Êt ®¾p
Z1
Mùc n¦íc ngÇm
p2
q1
q2
q4
p1
q5
t
p2'
p1'
Z2
p1
p2
q5
bc
H
p1'
B
p2'
q6
q3
r
Trong đó :
Hình 12-2 : 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 :
12.3.1 Áp lực đất :
12.3.1.1 Áp lực đất trên đỉnh cống :
q 1 = K.∑ γ i .Z i
(12-1)
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 ).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 150
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.
* Các thông số tính toán :
- MNDBT = 24,24 (m).
- Cao trình đáy : ∇đáy = 13,14 (m).
- Cao trình đỉnh đập : ∇đỉnh đập = 29,38 (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 :
Hình 12-3 : Sơ đồ tính toán thấm tại mặt cắt cống với MNLTK
* 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 :
q H 12 − a 02
=
k
2L 0
Mặt khác lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu xác định như sau :
k.a 0
q=
0,5 + m 2
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, m2 = 3
L0 = ∆ L + L – m2.a0.
∆ L : chiều dài quy đổi mái thượng lưu. Theo C.K.Mikhai-lốp ta có :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 151
ΔL =
Ngành Công trình
m1 .H1
3,5.11,14
=
= 4,83 (m).
2.m1 + 1
2.3,5 + 1
H1 : chiều cao cột nước thượng lưu.
H1 = MNDBT - ∇đáy = 24,24 – 13,1 = 11,14 (m).
L : chiều dài tính từ mép nước thượng lưu đến chân mái hạ lưu, L = 61,38 (m).
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
(0,5 – 3). a 02 + 2.(4,83 + 61,38). a 0 - (0,5+3).11,142 giải ra và chọn nghiệm hợp lý ta
được : a0 = 3,42(m).
=> Lưu lượng thấm qua mặt cắt là :
k.a 0
1,89.10−8.3, 42
q=
=
= 1,8510−8 (m3/s.m).
0,5 + m 2
0,5 + 3,0
+ 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 = 11,142 − 1,95.x
k
Toạ độ các điểm của đường bão hòa
TT
X(m)
Y(m)
1
0
11.14
2
7
10.51
3
14
9.84
4
21
9.12
5
28
8.34
6
35
7.47
7
42
6.50
8
49
5.34
9
57.6421
3.42
=> Phương trình đường bão hoà : y = 11,14 2 − 1,95x 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 = 13,52 (m).
Thay vào phương trình đường bão hoà ta được : y = 9,89m
Cao trình đường bão hoà tại mặt cắt tính toán :
∇đbh = ∇đáy đập + 9,89 = 13,14 + 9,89 = 23,03(m).
- Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 152
Ngành Công trình
Z1 = ∇đỉnh đập -∇đbh = 29,38 – 23,03 = 6,35 (m).
- Chiều cao của đường bão hoà đến đỉnh cống :
Z2 = ∇đbh - ∇đỉnh cống = 23,03 – 15,29 = 7,74 (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 được
D1
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.
H = ∇đỉnh đập - ∇đỉnh cống = 29,38 – 15,29 = 14,09 (m).
D1 Chiều rộng của cống, D1 = 1,8 m.
=>
H
= 7,83 .
D1
→ Tra bảng 15-4, với cống đặt trên nền đá ta được K = 1,73.
=> q1 = 1,73.(1,81.6,35 + 0,86.7,74) = 31,4 (T/m).
12.3.1.2 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 )
(12-3)
p1’= q1’tg2(45o - ϕ/2) , ( dưới đáy )
Trong đó :
+ q1’= q1 + γđđ.H = 31,34 + 0,86.2,55 = 33,53 (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).
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 153
16
) = 17,85 (T/m) .
2
16 o
p1' = 33,53.tg 2 (45o −
) = 19,06 (T/m) .
2
p1 = 31,4.tg 2 (45o −
=>
Ngành Công trình
o
12.3.2 Áp lực nước :
12.3.2.1 Trên đỉnh cống (q2) :
q2 = γn.Z2 = 1,0.7,74 = 7,74 (T/m).
(12-4)
12.3.2.2 Hai bên thành cống (p2, p2’) :
p2 = γn.Z2 = 1,0.7,74 = 7,74 (T/m).
p2’ = γn.(Z2 + H) =1,0.(7,74 + 2,55) = 10,29(T/m).
12.3.2.3 Dưới đáy cống :
q3 = γn.(Z2 + H) =1,0.(7,74 + 2,55) = 10,29 (T/m).
12.3.3 Trọng lượng bản thân :
12.3.3.1 Tấm nắp :
q4 = γb.tn = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m).
(12-5)
Với tn là chiều dày nắp cống, tn = 0,4 m.
12.3.3.2 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.
12.3.3.3 Tấm đáy :
q6 = γb.tđ = 2,4.0,4 = 0,96 (T/m) .
Với tđ là chiều dày tấm đáy, tđ = 0,4 m.
12.3.4 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 = 31,4 + 7,74 – 10,29 + 0,96 + 0,96 + 2.0,96.
(12-6)
(2,55 − 0,4 − 0,4)
= 32,64 (T/m).
1,8
Với B = bc + 2tb = 1 + 2.0,4 = 1,8 (m).
12.3.5 Sơ đồ lực cuối cùng :
12.3.5.1 Các lực thẳng đứng :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 154
Ngành Công trình
- Phân bố trên đỉnh :
Tải trọng tiêu chuẩn : qtc = q1 + q2 + q4 = 31,4 + 7,74 + 0,96 = 40,1(T/m).
Tải trọng tính toán : q = 1,1.q1 + 1.q2 + 1,05.q4 = 43,29 (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 = 32,64 + 10,29 - 0,96 = 41,97 (T/m).
Tải trọng tính toán : qn = r + 1.q3 – 1,05.q6 = 41,92(T/m).
12.3.5.2. 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 = 17,85 + 7,74 = 25,59 (T/m).
Tính toán :
p = 1,2.p1 +1.p2 = 29,16 (T/m).
- Bộ phận tuyến tính :
Tiêu chuẩn :
p’tc = (p1’ – p1) + (p2’ – p2)
= (19,06 -17,85) + (10,29 – 7,74) = 3,79 (T/m).
p’ = 1,2.(p1’ – p1) + 1.(p2’ – p2) = 4,04 (T/m).
q (T/m)
p (T/m)
q5
t
p'
bc = 1 m
B = 1,8 m
p
q5 (T/m)
Tính toán :
H
p' (T/m)
qn (T/m)
Hình 12-4 : Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống ngầm.
Kết quả tính toán nội lực được ghi ở bảng sau :
Bảng 12-1 : Giá trị các lực tác dụng lên cống.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
q1(T/m)
q2(T/m)
q3(T/m)
q4(T/m)
q5(T/m)
q6(T/m)
p1(T/m)
Trang 155
Ngành Công trình
31.4
7.74
10.29
0.96
0.96
0.96
17.85
1.1
1
1
1.05
1.05
1.05
1.2
34.54
7.74
10.29
1.01
1.01
1.01
21.42
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
p'1(T/m) 19.06
1.2
22.87
Áp lực đất hai bên thành cống
7.74
1
7.74
Áp lực nước hai bên thành cống
p'2(T/m) 10.29
1
10.29
Áp lực nước hai bên thành cống
p2(T/m)
r (T/m)
32.64
q (T/m) 40.1
p (T/m) 25.29
p' (T/m) 3.79
32.64
Phản lực nền
Tổng hợp
43.29
Lực thẳng đứng trên đỉnh
29.16
Lực nằm ngang phân bố đều
4.04
Lực nằm ngang tuyến tính
qn (T/m) 41.97
41.92
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 ).
12.4 Xác định nội lực cống ngầm.
12.4.1 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.
12.4.2 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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 156
Ngành Công trình
- 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.
12.4.3 Giới thiệu về chương trình Sap 2000 :
SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (version 6.11) – ĐH
Avenue - Mỹ. 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.
12.4.4 Sơ đồ tính toán :
Có rất nhiều cách mô hình tính toán nội lực cống.
- Cống đặt liên kết thanh và khớp đơn giản.
- Cống đặt trên nền đàn hồi.Liên kết với nền coi là các lò so có độ cứng K
- Xét cả khối nền và cống . Nền và cống có quan hệ tương tác với nhau
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 đặt trên gối tựa.
Chiều dài đoạn 12 = 34 = 1,4 (m) ; Chiều dài đoạn 14 = 23 = 2,15 (m).
Hình 12- 5 : Mô hình tính toán nội lực cống bằng chương trình SAP2000.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 157
Ngành Công trình
Hình 12-6 : 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’ ;
12.4.5 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 .
12.4.5.1 Giá trị mô men uốn tổng hợp M :
Bảng 12-6 : Giá trị mô men uốn tổng hợp M.
Mô men M
( T.m )
M1= M2
M3 = M 4
M6 = - M7
M5
M8
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
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: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 158
Trường hợp tải trọng cơ bản
Ngành Công trình
Trường hợp tải trọng tính toán
Hình 12-7 : Biểu đồ mô men uốn tổng hợp M33 với các trường hợp tải trọng .
12.4.5.2 Giá trị lực cắt tổng hợp Q :
Trường hợp tải trọng cơ bản
Trường hợp tải trọng tính toán
Hình 12-8 : Biểu đồ lực cắt tổng hợp Q22 với các trường hợp tải trọng.
Bảng 12-7 : Giá trị lực cắt tổng hợp Q.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 159
Lực cắt Q
(T)
Q1= - Q2
Q3 = - Q4
Q6 = - Q7
Q5 = Q 8
Ngành Công trình
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
12.4.5.3 Giá trị lực dọc tổng hợp N :
Trường hợp tải trọng cơ bản
Trường hợp tải trọng tính toán
Hình 12-9 : Biểu đồ lực dọc tổng hợp N với các trường hợp tải trọng.
Bảng 11-9 : 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
12.5 Tính toán cốt thép.
12.5.1 Số liệu tính toán :
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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 160
Ngành Công trình
+ 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 R a
= 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.
+ Độ mảnh λh của cấu kiện: λh =
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
lo
< 5.
ho
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 161
+ Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin =
Ngành Công trình
Fa + Fa '
.100% = 0,05%. (bảng 4 - 1 (trang 62)
b.h o
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 .
12.5.2 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 12-10 : 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 .
Mặt cắt ngoài qua điểm nút (4) (phải) trần cống có :
M4 = - 12,15 (T.m) ; Q4 = - 31,44 (T) ; N4 = - 32,42 (T) .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 162
Ngành Công trình
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).
12.5.3 Tính toán cốt thép dọc chịu lực :
12.5.3.1 Tính toán và bố trí cốt thép cho trần cống :
12.5.3.1.1 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 :
e0 =
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
M 12,15
=
= 0,375 = 37,5 (cm) .
N 32,42
(11-7)
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 163
Ngành Công trình
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 :
η.eo
Hình 12-11 : 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
(12-8)
(12-9)
+ Đây là bài toán xác định F a 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 :
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)
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 164
Ngành Công trình
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
(12-10)
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 theo
o
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 .
12.5.3.1.2 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 (12-11)
0
= 40 - (1,8 +
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) .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 165
Ngành Công trình
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) .
h0
33,5
Fa' =
=
(12-12)
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 theo
o
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 :
+ 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) .
12.5.3.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho thành bên của cống :
12.5.3.2.1 Mặt cắt ngoài qua điểm nút (1) (trên) của thành bên cống :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 166
Ngành Công trình
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) .
12.5.3.2.2 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 ) .
=> 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) .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 167
Ngành Công trình
+ Cốt thép phía trong cống : Ftrong = 6 φ12 = 6,79 (cm ), a = 16,67 (cm) .
2
12.5.3.3 Tính toán và bố trí cốt thép cho bản đáy cống :
12.5.3.3.1 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) .
=> α = 0,1589 .
+ A = 0,1463
+ Fa = 10,86 (cm2) .
12.5.3.3.2 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 −
h0
33,5
+ Fa' =
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 .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 168
Ngành Công trình
2
+ Fa = 4,85 (cm ) .
* 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 12-10 : Kết quả tính toán cốt thép dọc chịu lực của cống ngầm .
Cấu kiện
Cốt thép phía trong cống
Diện
Khoảng
tích
Loại
cách
(cm2)
thép
(cm)
φ12
Trần cống
5,65
20
φ12
Thành bên
6,79
16,67
φ12
Đáy cống
5,65
20
12.5.4 Tính toán cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên) :
Cốt thép phía ngoài cống
Diện
Khoảng
tích
Loại
cách
(cm2)
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 .
12.5.4.1 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 =
k n .n c .Q
≤ mb3.Rkc .
0,9.b.h o
(11-13)
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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 169
Ngành Công trình
• 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.
12.5.4.2 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).
12.5.4.3 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) .
τ0 =
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 =
(12-14)
(12-15)
(12-16)
k n .n c .Q
≤ mb3.Rkc nên ta phải tính toán và
0,9.b.h o
bố trí cốt thép xiên cho cống.
12.5.4.3.1 Sơ đồ tính toán :
Sơ đồ tính toán được thể hiện như trên hình vẽ .
Trong đó :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 170
Ngành Công trình
• σ1a: ứng suất chính kéo do cốt dọc chịu.
• σ1x : ứng suất chính kéo do cốt xiên phải chịu .
• σ1= τ0 : ứng suất chính kéo do cốt xiên và cốt dọc phải chịu.
x
30,95 T
30,95 T
σ1x
σ1 = τ0
0,6.mb4.Rk
σ1a
180 cm
90 cm
Hình 12-12 : Biểu đồ lực cắt.
Phân bố ứng suất chính kéo.
12.5.4.3.2 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
=
0,5.59,14.9,15.100
1,1.2700. 2
= 6,44 (cm2) .
(11-20)
12.5.4.3.3 Chọn và bố trí cốt thép :
Với Fx = 6,44 (cm2) ta chọn 6 thanh φ12 có F = 6,79 (cm2) 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 :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 171
Ngành Công trình
+ 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
σ1 = τ0
σ1x
0,6.mb4.Rk
σ1a
ta xác định được vị trí
của lớp thép xiên .
Hình 12-13 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)
12.5.4.4 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 :
12.5.4.4.1 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) .
12.5.4.4.2 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) .
x = 62,03 (cm) .
x1 = 20,68 (cm) .
Fx = 7,46 (cm2) .
- Mặt cắt qua điểm nút (4) (dưới) :
τ0 = 12,37 (kg/cm2) .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 172
Ngành Công trình
σ1a = 2,78 (kg/cm ) .
2
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 12-11: 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
12.6 Tính toán và kiểm tra nứt
12.6.1 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).
12.6.2 Tính toán và kiểm tra nứt :
12.6.2.1 Xác định các đặc trưng qui đổi :
- Chiều cao vùng nén :
xn =
Sqd
Fqd
.
(12-22)
Trong đó:
+ Sqđ: mô men tĩnh qui đổi của tiết diện.
Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a'.Fa' + Fa.h0) .
(12-23)
+ Fqđ: diện tích qui đổi của tiết diện .
Fqđ = Fb + n.(Fa + Fa')
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
(12-24)
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 173
Ngành Công trình
- 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 . (12-25)
3
- Mô đun chống uốn của tiết diện :
Wqđ =
J qd
h − xn
. (11-26)
Hình 12-13 : 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
12.6.2.2 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 :
γ 1 .R ck
Nn = e o − 1 .
Wqd
(12-27)
Fqd
Trong đó :
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 174
Ngành Công trình
+ 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 mh = 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
12.6.2.3 Kiểm tra nứt :
Điều kiện không xuất hiện khe nứt thẳng góc : nc.Nc < Nn .
(12-28)
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 (a n
≤ 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
(12-29)
Trong đó :
+ 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 ) .
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 175
Ngành Công trình
+ σa : ứng suất trong cốt thép :
Với cấu kiện chịu nén lệch tâm :
σa =
N C .(e − Z1 )
.
Fa .Z1
(12-30)
• 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) .
6
2,1.10
- 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.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Trang 176
Ngành Công trình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình Thuỷ Công - Tập 1, Tập 2. Trường Đại Học Thuỷ Lợi.
2. Thiết Kế Đập Đất - Nguyễn Xuân Trường.
3. Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống công trình thuỷ lợi - Các tác giả
Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng.
4. Giáo trình Thuỷ lực - Tập 1, Tập 2.
5. Giáo trình Kết cấu Bê Tông Cốt Thép - Các tác giả Trần Mạnh Tuân,
Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Hữu Lân, Nguyễn Hoàng Hà.
6. Thiết Kế Cống - Các tác giả Trịnh Bốn, Lê Hoà Xướng.
7. Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước - Phạm Ngọc Quý.
8. Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4253 - 86.
9. Tiêu chuẩn TCXDVN 285 - 2002.
10. Tiêu chuẩn TCVN 4118 - 85.
11. Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi QP.TL. C-1-78.
12. Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL. C- 8-76.
13. Quy phạm tính toán thuỷ lực cống dưới sâu QP.TL. C- 1-75.
14. Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén QPVN 11-77.
15. Sổ tay tính toán thuỷ lực - Trường Đại học Thuỷ Lợi.
16. Ví dụ tính toán tràn máng phun - Bộ Thuỷ Lợi.
17. Đồ án môn học Thuỷ Công - Trường Đại học Thuỷ Lợi.
18. Các bảng tính thủy lực.
SVTH: Nguyễn Ngọc Hải
Lớp: 47LT
[...]... tắc tính toán Dựa trên nguyên lý cân bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước xả qua công trình xả: Q.dt – q.dt = F.dh Trong đó: - Q là lưu lượng nước đến kho nước - q là lưu lượng nước ra khỏi kho nước SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 26 Ngành Công trình + F: Diện tích mặt thoáng của kho nước + dt: Khoảng thời gian vô cùng nhỏ + dh: Vi phân của cột nước trên công trình... lợi Xây dựng hồ chứa Tân Thành để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sản xuất, sửa chữa nâng câng cấp các hồ đập nhỏ để có nhiều nguồn nước phục vụ cho nhu cầu ngày càng phát triển trong vùng Định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng dự án và vùng lân cận Xây dựng hồ Tân Thành từng bước đưa năng suất nông nghiệp đạt bình quân 6 ÷ 7 tấn/ha Ngoài ra xây dựng cơ sở hạ tầng phấn đấu 90% các hộ gia đình có nhà... số tưới và lượng nước yêu cầu đối với hồ chứa Tân Thành Vùng dự án nằm sát vùng tưới của hệ thống thuỷ nông Yên Mỹ, điều kiên thổ nhưỡng, cây trồng và khí hậu giống nhau Tính toán thuỷ nông cho hồ Yên Mỹ đã được kiểm đinh thực tế những năm qua cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật thuỷ nông của hồ Yên Mỹ phù hợp với thực tế áp dụng tính cho hồ Tân Thành - Hệ số tưới: + qmax = 1,72(l/s)/ha + qmin = 0,53(l/s)/ha... trường sinh thái, khí hậu những vùng diện tích có cao độ cao (vùng sườn đồi bãi, núi) giao khoán cho các cán bộ xã viên trồng rừng, xây dựng điểm các trang trại Quy hoạch theo vùng để phát triển các loại cây cho phù hợp với từng loại đất ở xung quanh hồ Tân Thành và lưu vực hồ có thể trồng cây lấy gỗ như cây bạch đàn xen kẽ trồng những vùng cây ăn quả 2.2.3 Công nghiệp Trong vùng dự án không có nhà máy... 0.689 + Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành Công trình + Cột 2: Dung tích kho ở cuối thời đoạn tính toán + Cột 3: Dung tích kho bình quân của hồ chứa Vi = (Vc + Vk)/2 + Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng Tra quan hệ Z~V + Cột 5: Lượng nước tổn thất do bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb ∆Z Chiều dày lớp nước bốc hơi mặt hồ + Cột 6:... Công trình Lấy nguồn nước từ suối Tân Thành, nước ở suối Tân Thành là nước ngọt không màu, không mùi, hiện nay dân địa phương vẫn đang sử dụng trong sinh hoạt tốt, nước này có thể dùng đổ bê tông, trữ lượng nước đủ yêu cầu cho xây dựng CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 2.1.Tình hình dân sinh kinh tế 2.1.1.Dân số và lao động Theo số liệu điều tra năm 1986 dân số toàn huyện Tĩnh Gia 17000 người, đến... lũ cho hồ chứa nước Tân Thành Đối với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do: qx = ε.m.B 2.g Htr3/2 (5.7) Trong đó: + + + + + Qx: Lưu lượng xả qua tràn (m3/s) m:Hệ số lưu lượng, với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do (chọn m= 0,36) H: Cột nước trên ngưỡng tràn (m) B: Chiều rộng tràn nước (m) ε: Hệ số co hẹp bên, chọn ε= 1,0 Các bước tính toán biểu đồ phụ trợ : - Cột 1 : Số thứ tự - Cột 2 : Các trị số mực nước giả... quân lớn nhất nhiều năm -Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán • Xác định theo MNDBT: ∇ đ1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (6-1) • Xác định theo MNLTK: ∇ đ2 = MNLTK+ ∆h’ + hsl’ + a’ (6-2) • Xác định theo MNLKT: ∇ đ3 = MNLKT + a” Trong đó: - MNDBT: mực nước dâng bình thường trong hồ chứa - MNLTK: mực nước lũ thiết kế (P = 0,2%) - ∆h, ∆h’: độ... 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 1.4.2 Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông Vùng Tĩnh Gia đá xây dựng không có đá cường độ cao, chủ yếu là đá phong hoá màu vàng, màu xám nâu... là: 75 năm + Độ vượt cao an toàn (bảng (4-1) 14TCN 157-2005) a = 0,7m ứng với MNDBT a = 0,5m ứng với MNLTK a = 0,2m ứng với MNLKT 4.4 Xác định các thông số hồ chứa 4.4.1 Xác định mực nước chết - Mực nước chết là mực nước thấp nhất cho phép tồn tại trong kho, khi ở mực nước chết không cho phép lấy bất kỳ một lượng nước trong kho Nguyên tắc lựa chọn mực nước chết - Mực nước chết (MNC) phải chứa hết phần ... nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Hồ chứa nước Tân Thành nằm suối Tân Thành thuộc vùng đồi núi xã Nguyên Bình huyện Tĩnh Gia - tỉnh Thanh Hoá, cách trung tâm huyện lỵ Tĩnh Gia 9km theo đường thẳng phía... nhân dân vùng 3.4 Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ Chứa Tân Thành Xây dựng hồ chứa Tân Thành nhằm mục đích cấp nước cho 722ha diện tích xã Nguyên Bình, Hải Nhân, Định Hải Xuân Lâm cấp nước sinh... bình quân hồ chứa Vi = (Vc + Vk)/2 + Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng Tra quan hệ Z~V + Cột 5: Lượng nước tổn thất bốc hơi, Wbh= ∆Z.Ftb ∆Z Chiều dày lớp nước bốc mặt hồ + Cột 6: Lượng nước
Ngày đăng: 11/10/2015, 16:11
Xem thêm: Hồ chứa nước tân thành nằm trên suối tân thành thuộc vùng đồi núi xã nguyên bình huyện tĩnh gia tỉnh thanh hoá (bản vẽ + thuyết minh)