Chuyên đề kỹ thuật công trình kiểm soát nguồn nước thiết kế cống lộ thiên cống b đề số 43

Tài Liệu

Nhiệm vụ công trình

Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt Diện tích tiêu: 30.000 ha.

Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có loại xe 8-10 tấn đi qua.

Các mực nước và lượng tiêu

Bảng 1 Lưu lượng và mục nước cống B

Tài liệu về kênh

Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng

Bảng 2 Tài liệu về gió

Trường hợp Z sông bình thường Z sông max

Bảng 3 Chiều dài truyền sóng

Tài liệu địa chất

Loại đất Đất thịt Đất cát pha Đất sét

Cao độ +1,00 đến -1,00 -1,00 đến -20,00 -20,00 đến -40,00

Bảng 4 Tài liệu địa chất

Chỉ tiêu Thịt Cát pha Sét

Bảng 5 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

Thời gian thi công

Thời gian thi công công trình là 2 năm.

 Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.

 Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.

 Chọn cấu tạo các bộ phận cống.

 Tính toán thấm và ổn định cống.

 Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.

 Bản vẽ: 1 - 2 bản khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.

Thuyết Minh

Giới thiệu về công trình

Cống lộ thiên ven sông Y được xây dựng theo quy hoạch phát triển vùng, có chức năng tiêu nước cho 30.000 ha đất canh tác, đồng thời ngăn triều và bảo vệ nguồn nước ngọt cho các ruộng đồng.

1.1 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế a) Cấp công trình

Theo QCVN 04 – 05 : 2012 cấp công trình được xác định theo các tiêu chí sau

Theo chiều cao công trình và loại nền, đối với đập bê tông trên nền đất nhóm B, công trình này thuộc cấp II theo bảng 1.

 Theo nhiệm vụ công trình, thì cấp công trình là cấp thiết kế công trình là cấp II.

Vậy chọn cấp công trình là cấp II b) Các chỉ tiêu thiết kế

Dựa vào cấp công trình (cấp II) xác định được:

 Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất để tính toán ổn định, kết cấu là P% = 0,5

 Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác P% = 10%.

 Hệ số điều kiện làm việc m = 1,00 (theo bảng P1-5).

 Hệ số tin cậy Kn = 1,20 (theo bảng P1-6).

Tính toán thủy lực cống

Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng (phần lập quy trình đóng mở cống không yêu cầu trong đồ án này).

2.2 Tính toán kênh hạ lưu

Bài toán yêu cầu xác định giá trị B dựa trên các thông số i, m, n, Q, h, trong đó i là độ dốc kênh, m là độ dốc mái, n là độ nhám, và Q, h là các yếu tố liên quan đến khống chế cao trình đáy và mực nước thiết kế Phương pháp giải có thể áp dụng là đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực Để thực hiện, ta chọn độ dốc kênh i = 10^-4, độ dốc mái m = 1,5, và độ nhám n = 0,025.

Chiều sâu cột nước trong kênh là h =Z TK Sông

Lưu lượng tính toán: Q = Q max tiêu = 90(m 3 /s)

 Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực

Tra bảng phụ lục 8 – 1 ở Các bảng tính thủy lực với n = 0,025, thì giá trị Rln 3,42 m.

Tra bảng phụ lục 8 – 3 ở Các bảng tính thủy lực với m = 1,5 kèm theo phương pháp nội suy một chiều, thì được giá trị B R KH ln = 4,78.

Từ đó có thể xác định được giá trị b cụ thể : BKH = 3,42 4,78 = 16,3 m Chọn

 Kiểm tra điều kiện không xói trong kênh

Sơ bộ xác định vận tốc không xói (Vkx) theo công thức (theo 4118:2012): Vkx K.Q 0,1 , trong đó K là hệ số phụ thuộc vào đất lòng trong kênh K = 0,53 Vậy, Vkx 0,53 90 0,1 = 0,831 m/s.

Kênh dẫn nước từ đồng có hàm lượng bùn cát thấp, do đó không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Tuy nhiên, cần chú trọng kiểm tra điều kiện xói lở để đảm bảo sự ổn định của kênh.

Vmax< Vkx, trong đó Vmax là lưu tốc lớn nhất trong kênh ứng với lưu lượng Qmax = 90 m 3 /s.

Sau đó, cần xác định hmax theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lợi

Tra bảng phụ lục 8 – 1 ở Các bảng tính thủy lực với n = 0,025, thì giá trị Rln 3,42 m.

Lập tỉ số B R BH ln = 3,42 17 = 4,97.

Theo bảng phụ lục 8 – 3 trong Các bảng tính thủy lực với m = 1,5 và phương pháp nội suy một chiều, giá trị R h ln được xác định là 1,318 Từ đó, giá trị hmax được tính toán là Rln R h ln = 3,42 1,318 = 4,51 m.

Vận tốc lớn nhất trên kênh hạ lưu

Khi Vmax lớn hơn Vkx, kênh tiêu sẽ bị xói mòn Do đó, cần áp dụng các biện pháp tiêu năng để phòng ngừa xói mòn, chẳng hạn như xây dựng sân tiêu năng bằng bê tông có lỗ thoát nước thấm.

2.3 Tính toán khẩu diện cống a) Trường hợp tính toán

Trong trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần thực hiện tính toán để tháo nước với lưu lượng thiết kế Việc này là cần thiết bởi vì không thể mở hết cửa van, do cống còn có nhiệm vụ giữ nước.

 ZTL = Z đ ng kh ng ồ ố chế = 3,66 m

Chênh lệch thượng hạ lưu: ∆ Z = ZTL – ZHL = 3,66 – 3,49 = 0,17 m. b) Chọn loại và cao trình ngưỡng

Trong thiết kế cống tiêu và cống lấy nước tưới, khi chênh lệch mực nước khống chế nhỏ, việc chọn ngưỡng thấp giúp tăng khả năng tháo nước Trong đồ án này, ngưỡng cống ngang đáy kênh thượng lưu được xác định là ∇ đk = -1,00 m.

Do chọn cao trình ngưỡng là ngưỡng thấp nên chọn hình thức ngưỡng là đập tràn đỉnh rộng. c) Xác định bề rộng cống

Theo QPTL C8 – 76, đập chảy ngập khi hn > nH0, trong đó

 n là hệ số, sơ bộ có thể lấy từ 0,75 ≤ n ≤ (0,83 ÷ 0,87), chọn n = 0,8 Từ đó n.H0 = 0,8 4,66 = 3,728 m.

Do hn > nH0, trạng thái chảy trong đập là chảy ngập.

Hình 1 Sơ đồ tính khẩu diện khi ngưỡng đỉnh rộng

Từ công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

Q = φ n φ g ∑ b h √ 2 g( H 0−h) Trong đó φ n : hệ số lưu tốc, lấy theo trị số của hệ sống lưu lượng m.

Theo hình thức cửa vào của ngưỡng, chúng ta sơ bộ chọn hệ số lưu lượng m = 0,35 từ bảng 14-3 (Các bảng tính thủy lực) Dựa vào m = 0,35, tra bảng 14-4 (Các bảng tính thủy lực) để xác định giá trị hệ số lưu tốc φ n = 0,93 Hệ số co hẹp bên φ g được tính theo công thức: φ g = 0,5 ε 0 + 0,5.

Sơ bộ có thể chọn ε 0 = 0,96 Hệ số co hẹp bên là: φ g = 0,5 0,96 + 0,5 = 0,98.

Khi chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu nhỏ, hiện tượng chảy ngập thường xảy ra Độ cao phục hồi Zhp thường không đáng kể, vì vậy có thể lấy gần đúng h=hn= 4,49 m.

Thay vào công thức tính lưu lượng, ta xác định được bề rộng cống

Chọn ∑ b = 12 m Chia cống làm 2 khoang, mỗi khoang rộng b = 6 m Các khoang cách nhau bởi các mố trụ dày 1 m Mố bên dày 0,5 m.

Tiền hành tính lại các giá trị φ n , φ g theo trị số m và ε 0. ε 0 = ∑ b

12 12+(0,5+1+0,5) = 0,857 trong đó ∑ d là tổng chiều dài các mố. φ g = 0,5 ε 0 + 0,5 = 0,5 0,857 + 0,5 = 0,93

Chọn góc mở rộng θ có cotgθ = 1; ta có tỉ số β = ∑ b

Giá trị B BH được tính là 12 17 = 0,706, trong đó m phụ thuộc vào chiều cao ngưỡng P, độ co hẹp ε 0 và dạng mố Giá trị m được tra theo bảng của Đ.I Cumin (bảng 14 – 9 thuộc Các bảng tính thủy lực) và sử dụng phương pháp nội suy một chiều, cho kết quả m = 0,379 Dựa vào giá trị m này, tiếp tục tra bảng 14 – 4 để xác định hệ số lưu tốc φ n = 0,998.

Từ đó thay vào công thức tính bề rộng cống

Ta thấy kết quả chênh lệch nhau không đáng kể nên chọn bề rộng cống ∑ b =

Kiểm tra lại trạng thái dòng chảy của cống

Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập

 h h n k = 4,49 1,71 = 2,625 > ( h h n k )pg = (1,2÷ 1,4) -> Thỏa mãn tiêu chuẩn chảy ngập. b b

Hình 2 Mặt bằng của cống với mố trụ giữa hai cửa cống

Hình 3 Trạng thái chảy ngập

2.4 Tính tiêu năng phòng xói a) Trường hợp tính toán

Trong trường hợp tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước hạ lưu lớn, cần tính toán kỹ lưỡng, đặc biệt là khi sử dụng cống tiêu vùng triều Khi mực nước triều hạ thấp nhất (chân triều) và phía đồng đã được khống chế, việc mở hết cửa van để tiêu là cần thiết, giúp lưu lượng tiêu qua sống có thể lớn hơn lưu lượng thiết kế Tuy nhiên, chế độ này không thể duy trì trong thời gian dài.

= 0,25 m (phía hạ lưu). b) Lưu lượng tính toán tiêu năng

Do cống được đặt gần sông, mực nước hạ lưu không bị ảnh hưởng bởi lưu lượng tháo qua cống Trong trường hợp này, khả năng tháo lớn nhất Qtt tương ứng với các mực nước tính toán đã chọn là Qtt = Q max tiêu = 90 m³/s Tiếp theo, cần thực hiện tính toán kích thước thiết bị tiêu năng.

 Chọn biện pháp tiêu năng

Tiêu năng có thể thực hiện qua các phương pháp như đào bể, xây tường, hoặc kết hợp cả hai Trong đồ án này, với cống trên nền đất, phương pháp đào bể được xem là lựa chọn hợp lý hơn để tiêu năng.

 Tính toán kích thước bể tiêu năng

Chiều sâu đào bể d = σ h c ¿ - (hh + Z2) Trong đó σ là hệ số ngập sơ bộ chọn bằng 1,05. h c ¿ là độ sâu liên hiệp sau nước nhảy.

Z2 là chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính như đập trà đỉnh rộng chảy ngập.

Vì h c ¿ và Z2 đều phụ thuộc vào d nên phải tính gần đúng theo phương pháp thử dần.

Bỏ qua lưu tốc đi tới ở thượng lưu, ta có cột nước thượng lưu so với kênh hạ lưu

0,95 4,66 3 /2 = 0,7848 Trong đó φ là hệ số lưu tốc xác định theo bảng 15 – 1 ở Các bảng tính thủy lực.

E0 là cột nước toàn phần của thượng lưu so với đáy sân sau tại mặt cắt co hẹp c – c.

Tra bảng 15 – 1 (Các bảng tính thủy lực), từ giá trị F( τ c ) tính được và hệ số lưu tốc φ

Thay các giá trị tính được vào biểu thức (1) Z2 = 1,69 m Từ đó giá trị d0 = 3,79 – (1,25 +1,69) = 0,85 m.

Thay các giá trị tính được vào biểu thức (1) Z2 = 1,65 m Từ đó giá trị d0 = 3,79– (1,25 + 0,19) = 0,61 m

Ta thấy d 0 ¿ (1) ≈ d 0 tt (1) đó ta không phải giả thiết lại giá trị của d Vậy ta đào bể tiêu năng với độ sâu là d0 = 0,85 m.

Thượng Lưu (Đồng) Hạ Lưu (Sông)

Chiều dài bể tiêu năng Lb

L1 là chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng có thể tính theo công thức Tréc tô-Uxốp

Bố trí các bộ phận cống

Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó a) Cửa van

Do lỗ cống tương đối lốn nên chọn bố trí cửa van cung Chon thân cống dài 15 m. b) Tường ngực

Tường ngực được bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.

 Các giới hạn của tường ngực

 Cao trình đáy tường ngực

Ztt là Mực nước tính toán khẩu diện cống, ứng với trường hợp khi mở hết cửa van

Hình 4 Nước nhảy ở cống tiêu

L1 = 2√3,11(0+0,35 3,11) = 3,68 m chế độ chảy qua cống là chảy không áp => Ztt = Z đ ng kh ng ồ ố chế = 3,66 δ là độ lưu không có giá trị từ 0,5 ÷ 0,7 m Lấy δ = 0,5.

Vậy cao trình đáy tường ngực: Zđt = 3,66 + 0,5 = 4,16 m.

Cao trình đỉnh thường được lấy bằng cao trình đỉnh cống.

TH1: Zđỉnh = Z sôngbìnhth ng ườ (MNDBT) + ∆ h +s + a

∆h và ∆ h ’ là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.

Độ dềnh cao nhất của sóng (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất được ký hiệu là hs và hs’ Độ vượt cao an toàn được ký hiệu là a và a’.

Trường hợp 1 Xác định ∆ h và s ứng với gió tính toán lớn nhất.

Trong đó v là vận tốc gió tính toán lớn nhất, v = 28 m/s

D là chiều dài truyền sống ứng với Z sôngbìnhth ng ườ , D = 200 m. g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

H là chiều sâu cột nước dưới cống.

H = Z TK sông – Zđk = 3,49 – (-1) = 4,49 m β là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, β = 0 o

9,81.4,49.cos 0 o = 0,007 m Xác định s (độ dềnh cao nhất của sóng)

Trong đó ks tra đồ thị P2-3, ks = f( H λ , h λ ) hs1% là chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo λ là chiều dài sóng

Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5).

Ta có t là thời gian gió thổi liên tục Do không có tài liệu nên ta lấy t = 6h. ¿ v = 9,81.6 3600

Tra hình P2-1 ứng với các giá trị ¿ v và gD v 2 Ứng với ¿ v = 7597,714 ta có gh v 2 = 0,0096 gτ v = 1,06 Ứng với gD v 2 = 2,503 ta có gh v 2 = 0,0027 gτ v = 0,50

So sánh (1) và (2) thì chọn cặp giá trị (2) Từ đó tính được các giá trị. h = 0,0027 v 2

Vậy điều kiện giả thiết là đúng

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảm bảo 5%: hs5% = k5% h

Tra đồ thì P2-2 ứng với gD v 2 = 2,503 ta có ks5% = 1,712. hs5% = 1,712 0,216 = 0,369 m

Từ giá trị hs5% và λ tra từ độ thị P2-4 được giá trị ks λ

Trường hợp 2 Xác định ∆ h và s ’ ứng với gió bình quân lớn nhất. Xác định ∆h

∆h = 2.10 -6 v 2 D g H cos β Trong đó v là vận tốc gió tính toán lớn nhất, v = 14 m/s

D là chiều dài truyền sống ứng với Z sôngmax , D = 300 m. g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

H là chiều sâu cột nước dưới cống.

H = Z sông max – Zđk = 6,30 – (-1) = 7,30 m β là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, β = 0 o

9,81.7,30 cos 0 o = 0,0016 m Xác định s (độ dềnh cao nhất của sóng)

Trong đó ks tra đồ thị P2-3, ks = f( H λ , h λ ) hs1% là chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo λ là chiều dài sóng

Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5λ).

Ta có t là thời gian gió thổi liên tục Do không có tài liệu nên ta lấy t = 6h. ¿ v = 9,81.6 3600

Tra hình P2-1 ứng với các giá trị ¿ v và gD v 2 Ứng với ¿ v = 15135,43 ta có gh v 2 = 0,

42 (1) gτ v = 2.72 Ứng với gD v 2 = 15,02 ta có gh v 2 = 0,0125 gτ v = 1,29

So sánh (1) và (2) thì chọn cặp giá trị (2) Từ đó tính được các giá trị. h = 0,0125 v 2

Vậy điều kiện giả thiết là đúng

Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảm bảo 5%: hs5% = k5% h

Tra đồ thì P2-2 ứng với gD v 2 = 15,02 ta có ks5% = 1,917. hs5% = 1,917 0,250 = 0,492 m

Từ giá trị hs5% và λ tra từ độ thị P2-4 được giá trị ks λ

Chọn cao trình đỉnh tường ngực ZĐ = max(Zđỉnh, Z ' đ nh ỉ ) Vậy chọn đỉnh tường ngực có cao trình là Z Đ = +8,4 đã có cao trình đáy tường ngực là 4,46 m.

Gồm bản mặt và các dầm đỡ.

Chiều cao tường ngực H tường = Z đỉnh – Z đáytường = 8,4 – 4,46 = 4,24 m.

Cần bố trí hai dầm đỡ (ở đỉnh và đáy tường) Bản mặt được đổ liền khối với dầm, sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là 0,2m. c) Cầu công tác

Cầu công tác là cấu trúc dùng để lắp đặt máy đóng mở và thao tác van Chiều cao của cầu công tác cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo có đủ khoảng trống khi kéo cửa van lên, giúp dễ dàng đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần thiết Kết cấu của cầu công tác bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống vững chắc.

Kích thước các bộ phận của cầu công tác có thể được chọn như sau:

 Chiều cao lan can: 0,8 m d) Khe phai và cầu thả phai

Để duy trì khoang cống khô ráo trong quá trình sửa chữa, cần bố trí các thiết bị ngăn nước ở đầu và cuối cống Đối với các cống lớn, cần thiết phải lắp đặt đường ray trên cầu để hỗ trợ cần cẩu Đối với cầu giao thông, dầm cầu nên được đặt ở độ cao bằng với đỉnh cống, với chiều cao dầm cầu là 50 cm và bề dày mặt cầu là 30 cm.

Zmặt cầu = 8,4 + 0,5 + 0 ,3 = 9,2 m Theo yêu cầu về giao thông, bề rộng mặt cầu là 6m

Cầu giao thông được đặt ở vị trí sao cho không ảnh hưởng đến việc thao tác van và phai. f) Mố cống

Bao gồm mố giữa và các mố bên trên mố bố trí khe phai và bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van)

Mố bên có chiều dày phải đủ lớn để có thể chịu được áp lực đất nằm ngang, chọn d’=0,5m Chiều cao mố bên là: hmố = Zđỉnh – Zđáy= 8,4 – (-1) = 9,4 m

Mố giữa cũng có chiều cao là 9,4 m, chọn mố giữa có chiều dày d =1 m Hình dạng đầu mố được lượn tròn để đảm bảo điều kiện thuận dòng

Chiều cao mố chọn không đổi từ thượng lưu về hạ lưu. g) Khe lún

Để đảm bảo tính độc lập cho các mảng cống rộng, cần sử dụng khe lún, với bề rộng mỗi mảng thường không vượt quá 15 ÷ 20m, tùy thuộc vào điều kiện địa chất nền Mỗi mảng có thể bao gồm từ 1 đến 3 khoang, và việc bố trí các mảng giống nhau sẽ thuận lợi cho thiết kế, thi công và quản lý.

Khe lún thường được đặt ở mố giữa, trong đó mố chứa khe lún là mố kép Trên khe lún, có các thiết bị chống rò nước và lỗ để đổ nhựa đường.

Chiều dài bản đáy của cống cần đáp ứng các yêu cầu về thủy lực, ổn định và bố trí cấu trúc phía trên Thông thường, chiều dài này được chọn dựa trên yêu cầu bố trí các kết cấu bên trên, sau đó sẽ tiến hành kiểm tra tính ổn định và độ bền của nền Sơ bộ, chiều dài bản đáy được lựa chọn là 15m.

Chiều dày bản đáy của cống được xác định dựa trên điều kiện chịu lực, bao gồm bề rộng khoang cống, tải trọng phía trên và tính chất của đất nền Thông thường, chiều dày này được chọn dựa trên kinh nghiệm và sau đó được điều chỉnh bằng tính toán kết cấu Chiều dày bản đáy sơ bộ thường được đề xuất là δ = 1m.

Bài viết này đề cập đến các thành phần của cống, bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ và chân khay Kích thước của bản đáy cống có thể được chọn theo các tiêu chí đã nêu, trong khi kích thước của các bộ phận khác sẽ được lựa chọn theo hướng dẫn dưới đây.

Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum

Chiều dài sân: Được xác định theo công thức

H là cột nước tác dụng lên cống, H = Z đ ng kh ng ồ ố chế –Z sông min = 3,66 – 0,25 = 3,41 m.

Vậy chiều dài sân trước phải thỏa mãn: Ls ≤ (3 ÷ 4).3,41 = (10,23 ÷ 13,64) m Chọn chiều dài sân trước là 12 m.

Khi sân bằng đất sét hay á sét thường được làm chiều dày thay đổi từ đầu đến cuối sân.

 Chiều dày ở đầu sân thường được lấy theo điều kiện cấu tạo: Chọn t1 0,5m.

 Chiều dày ở cuối sân được xác định theo yêu cầu chống thấm t2 ≥ ∆ H

∆ H là độ chênh lệch cột nước ở 2 mặt sân (trên và dưới).

[ J ] là Gradien thấm cho phép, giá trị [J] = 4 ÷ 6 Từ đó chọn J =4. t2 ≥ 3,41 4 = 0,85 Vậy có thể chọn sơ bộ t2 = 1 m. b) Bản cừ

Khi cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều, thường cần đóng cừ ở đầu bản đáy Ngược lại, với đầu nước hai chiều, cừ có thể được đóng ở phía đầu nước cao hơn Đồ án thiết kế cống này nhằm mục đích tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt, vì vậy cần phải đóng cừ ở vị trí an toàn tại đầu nước cao hơn Trong trường hợp này, việc kiểm tra sự ổn định của cống khi cột nước thay đổi là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công trình.

Tùy thuộc vào độ dày của tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều kiện thi công, chúng ta quyết định sử dụng cừ treo Cần đóng hai cừ ở đầu và cuối bản đáy cống, trong đó cừ S1 được đóng ở đầu bản đáy cống với chiều dài 4 m.

Cuối bản đáy cống được đóng cừ S2 = 6 m. c) Chân khay

Hai đầu của bản đáy cần được thiết kế với chân khay cắm sâu vào nền để tăng cường độ ổn định và giúp kéo dài đường viền thấm Kích thước của chân khay được thể hiện rõ trong hình vẽ.

Hình 5 Kích thước chân khay d) Thoát nước thấm

Các lỗ thoát nước thấm được lắp đặt tại sân tiêu năng và phần sau của bể tiêu năng nhằm giảm áp lực đẩy nổi Để đảm bảo hiệu quả, dưới sân và bể cần có tầng lọc ngược, và vị trí của đường viền thấm sẽ được xác định dựa trên vị trí bắt đầu của tầng lọc ngược.

Trong trường hợp cống làm việc với cột nước 2 chiều, có thể áp dụng một đoạn sân tiêu năng không đục lỗ tại vị trí giáp với bản đáy, giúp tạo ra một sân trướ ngấn khi cột nước đổi chiều Đồng thời, cần thực hiện sơ đồ kiểm tra chiều dài và đường viền thấm để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Ltt là chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo phương pháp của Len.

Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang lớn hơn hoặc bằng 45 0

Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nhỏ hơn hoặc bằng 45 độ, bao gồm cả đoạn nằm ngang của bể tiêu năng không đục lỗ thoát nước, cần được tính toán một cách chính xác.

Do có hai hàng cừ nên hệ số m = 2 Vậy chiều dài tính toán của đường viền thấm

Ltt = 22 + 27 2 = 35,5 m Cột nước lớn nhất tác dụng lên cống

C: Hệ số phụ thuộc loại đất nền Tra bảng P3-1 ta có C = 5

= > Thỏa mãn điều kiện về độ dài đường viền thấm.

3.3 Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu a) Nối tiếp thượng lưu

Góc mở của tường hướng về phía trước được chọn với tgθ = 1/3 Tường cánh được thiết kế dưới dạng tường xoắn vỏ đỗ, nối tiếp với kênh thượng lưu, điều này phụ thuộc vào quy mô của cống Đáy đoạn nối cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

Tính toán thâm dưới đáy cống

Mục đích của việc tính toán thấm là xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt và gradien thấm J Trong trường hợp này, chỉ cần tập trung vào việc xác định Wt và J, đặc biệt là khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đạt mức tối đa.

= 6,30 – 0,92 = 5,38 m. c) Phương pháp tính Đồ án này tiến hành tính thấm theo phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay.

4.2 Tính thấm cho trường hợp đã chọn a) Vẽ lưới thấm Đường dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ như hình vẽ. Đường dòng cuối cùng là đường biên của lớp đất sét. Đường thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu.

Hình 7 Chênh lệch độ cao mực nước ở thượng lưu và hạ lưu Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang.

Hình 8 Lưới thấm vẽ bằng tay

Theo hình vẽ ta có:

Số ống dòng: m = 9 b) Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng dòng thấm

Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải đường thế

∆ h = ∆ H n = 5,38 16 = 0,336 Tổn thất cột nước tại điểm x cách đường thế cuối cùng i dải hx = i ∆ h = i ∆ H n với iA = 8,5 và iB = 2,5 Điểm A: hA = 8,5.0,336 = 2,858 m Điểm B: hb = 2,5.0,336 = 0,841 m

Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên công trình

Hình 9 Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược Áp lực thấm đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình

2 15 = 27,741 T/m Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng 1m lên bề rộng công trình

W tt = n (h2 + t).L = 1.(1,92 + 1).15 = 43,8 T/m Vậy tổng áp lực đẩy ngược: W = Wth + Wtt = 27,741 + 43,8 = 71,541 T/m

Gradien thấm tại cửa ra

JTB = ∆ h ∆ S = n ∆ L ∆ H = 16 5,38 ∆ L Tại điểm 1: ∆ L = 0,87 m thì JTB1 = 0,386

Hình 10 Biểu đồ Gradien thấm J r

Từ biểu đồ xác định được:

= 0,4 Vậy không có khả năng bị xói ngầm.

4.3 Kiểm tra độ bền thấm của nền Độ bền thấm của nền được tính toán theo TCVN 4253 – 86. a) Kiểm tra độ bền thấm chung

JTB là gradien cột nước trung bình của vùng thấm tính toán.

J TB K là gradient cột nước tới hạn trung bình tính toán, lấy theo bảng P3-2 trong Đồ án môn học Thủy công J TB K = 0,25.

Kn là hệ số tin cậy, Kn = 1,2.

Trị số JTB được xác định theo phương pháp của viện VNIIG:

H là cột nước tác dụng.

Ttt là chiều sâu tính toán của nền.

∑ ❑ i là tổng hệ số sức cản của đường viền thấm tính theo P.P Trugaép.

JTB1 JTB2 JTB3 JTB4 JTB5 JTB6 JTB7

Hình 11 Sơ đồ đường viền thấm

Theo sơ đồ ta có:

L0 là Hình chiếu ngang của đường viền thấm, L0 = 42,3 m.

S0 là Hình chiếu đứng của đường viền thấm, S0 = 10 m.

Tra bảng 2-1 (Giáo trình thủy công tập 1), ta được Ttt = 2,5.S0 = 2,5.10 = 25 m.

Khoảng cách giữa 2 hàng cừ L = 15 m > 6+ 2 4 = 5 Vậy ta có

Ta có T2 = 18 m , T1 = 18,25 (lấy trung bình) nên thỏa đều kiện 0,5 ≤ T T 2

Chiều dài sân trước L = 12 m > 0 +4 2 = 2 Vậy ta có

Tại cửa ra ta có

K n = 0,2083 Thỏa mãn điều kiện trên. b) Kiểm tra độ bền thấm cục bộ

Kiểm tra theo công thức :Jra ≤ Jk

Jra là Trị số gradien cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả tính ở trên, Jra = 0,386.

Jk là Trị số gradien tới hạn cục bộ, phụ thuộc vào hệ số không đều hạt = d d 60

10 = 9, tra phụ lục P3-1, ta có Jk = 0,51.

Vậy Jra< Jk, thỏa mãn điều kiện trên.

Tính toán ổn định cống

5.1 Mục đích và trường hợp tính toán a) Mục đích và trường hợp tính toán

Kiểm tra ổn định của cống là rất quan trọng, đặc biệt là về trượt lật và đẩy nổi Trong đồ án này, chúng tôi chỉ tập trung vào việc tính toán và kiểm tra ổn định trượt.

Các trường hợp bất lợi có thể xảy ra với cống là

 Mới thi công xong, trong cố chưa có nước.

 Mực nước phía đồng lớn nhất, mực nước phía sông nhỏ nhất.

 Mực nước phía sông lớn nhất, mực nước phía đồng nhỏ nhất.

Trong đồ án này tiến hình tính toán kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất

Khi công trình bị phân thành nhiều mảng do các khớp lún, việc kiểm tra tất cả các khớp lún là cần thiết Tuy nhiên, trong đồ án này, chúng tôi chỉ thực hiện kiểm tra cho một mảng duy nhất.

5.2 Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn a) Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán

Bao gồm các yếu tố như trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cửa van, tường ngực, mố cống, bản đáy, nước trong cống (nếu có), phần đất giữa hai chân khay trong phạm vi khối trượt, cùng với các lực đẩy ngược do thấm thủy tĩnh.

Chiều rộng bản đáy cống B = ∑ b + ∑ d g + ∑ d b = 12 + 1 + 1 = 14 m.

Diện tích mặt cắt ngang F = 15.1 + 2.( 1+ 0,5 ).0,5

Chiều cao trụ bên cũng là chiều cao trụ pin H = 9,4 m

Hình 12 Kích thước của bản đáy

Trọng lượng cầu giao thông

Chiều dài của cầu là L = 17 m.

Diện tích mặt cắt ngang của cầu

F = 6.0,3 + 2.0,4.0,5 +2.0,4.0,55 + 2.0,8.0,05 = 2,72 m 2 Thể tích cầu giao thông V = L.F = 17.2,72 = 46,24 m 3

Trọng lượng cầu giao thông G4 = b.V = 2,4.46,24 = 110,976 T

Trọng lượng cầu công tác

Chiều dài cầu công tác L = 14 m

Thể tích cầu công tác: V= F.L = 14.5,58 = 78,12 m 3

Trọng lượng cầu công tác: G5 = 2,4.78,12 = 187,49 T

Cửa van làm bằng thép : Gcv = g.H.l0

Trong đó l0 là chiều rộng cửa van, l0 = bv + 0,3 = 6 + 0,3 = 6,3 m

H là chiều cao cửa van, H = Zđt + 0,5 = 4,16 + 0,5 = 4,66 m

Hc là cột nước tính toán tại tâm lỗ cống, H0 = 2,08 m g là trọng lượng phần động của cửa van phẳng tính cho

Hình 13 Kích thước của cầu giao thông

Hình 14 Kích thước của cầu công tác

Trọng lượng cửa van Gcv= g.H.l0 = 2012,559.4,66.6,3 = 59084,7 N = 6,025 T

Trọng lượng 2 cửa van G6 = 2Gcv = 2.6,025 = 12,05 T

Trọng lượng nước trong cống

Trọng lượng nước phía thượng lưu

G n TL = G7 = V n = 12.2,984.7,30.1 = 261,398 T Trọng lượng nước phía hạ lưu

 Áp lực thấm đẩy ngược

 Trọng lượng phần đất giữa 2 chân khay

Trọng lượng riêng của đất bão hoà

Trọng lượng riêng khối đất G10 = 1,9.94,5 = 179,55 T

 Các lực ngang Áp lực nước thượng, hạ lưu; áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu (Ectl), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (Ebhl).

 Áp lực nước thượng lưu

Xác định theo áp lực thủy tĩnh

Hình 15 Kích thước của tường ngực

Áp lực nước hạ lưu

Xác định theo áp lực thủy tĩnh

E13 = 1 2  n H hl 2 b = 1 2 1.1,92 2 12 = 22,118 T b) Xác định áp lực đáy móng

Theo sơ đồ nén lệch tâm

∑ M 0là tổng momen các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm mảng

F là diện tích đáy mảng

W là mô đun chống uốn của đáy mảng

TT Lực Tác Dụng Kí Hiệu

Trị Số Momen Với Tâm O

TT Lực Tác Dụng Kí Hiệu

Trị Số Momen Với Tâm O

Bảng 6 Kết Quả Tính Toán các Lực Tác Dụng

Theo sơ đồ nén lệch tâm,

∑ P là Tổng các lực đứng

∑ M o là tổng mômen của các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm đáy mảng O

W là modun chống uốn của đáy mảng

F là diện tích đáy mảng, F = B.L = 14.15 = 210 m 2 e0 là độ lệch tâm, e0 = ∑ M o

Ta có sơ đồ phân bố tải trọng đáy móng

Để đảm bảo ổn định của cống về trượt, cần tính toán trượt phẳng với điều kiện: nc N tt ≤ K m n R, trong đó nc là hệ số tổ hợp tải trọng với giá trị nc = 1, m là hệ số điều kiện làm việc cũng có giá trị m = 1 Các giá trị tải trọng được xác định là 4,071 T/m² và 5,328 T/m².

Kn là Hệ số tin cậy = 1,2

CI là lực dính đợn vị của đất nền, CI = 0,3 T/m 2

Ntt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt

R là giá trị tính toán của lực chống giới hạn

R = ∑P.tg1 + F.CI = 986,882.tg18 + 210.0,3 = 383,657 T Thay vào (*) ta được n c N tt = 297,622 ≤ K m n R = 319,714Kết luận: Cống không bị trượt hay bản đáy cống ổn định về trượt phẳng.