Đồ án Thiết kế hồ chứa Suối Các thuộc xã Hoà Hiệp huyện Xuyên Mộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

này bằng nhiều hình thức trong đó có kể đến hình thức dùng thoát nước và tầng lọc ngược. Vậy vấn đề nguy hiểm đối với đập đất về mặt sói ngầm do dòng thấm gây ra không phải là sự sói ngầm bình thường mà là sự sói ngầm do những hang thấm tập chung những hang này đầu tiên không phải là do dòng thấm gây ra mà là do nguyên nhân khác như thi công thiếu thận trọng hoạc không đúng quy cách hay do động vật mà tạo nên những khe hở và vùng đất sốp. Vấn đề đặt ra khi thiết kế phải xác định mặt cắt đập hợp lý để đề phòng hiện tượng đập có thể bị phá hoại do dòng thấm tập chung ở đây cần kiểm tra độ bền thấm đậc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp xảy ra hang thấm tập chung tại một điểm bất kì trong thân đập hay nền. -Đối với thân đập cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [ [Jk]d. Trng đó: Jkd: Gradien thấm đặc trưng cho toàn bộ vùng thấm. [Jk]d: Gradien kiểm tra cho phép đối với đập phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình, tra bảng P-3.3 (ĐAMH thuỷ công). ⇒ [Jk]d = 1.35. -Đối với nền đập cần đảm bảo điều kiện: Jkn [ [Jk]n. Trong đó: [Jk]n: Gradien kiểm tra cho phép đối với nền phụ thuộc vào loại đát nền và cấp công trình, tra bảng P3-2(ĐAMH thuỷ công). ⇒[Jk]n = 0.54 a.Trường hợp thượng lưu, là MNDBT, hạ lưu là MNLmin. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . (5.13) Trong đó: H1: cột nước thượng lưu h1 = 13.07m. H2: cột nước hạ lưu h2 =0.0m. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến vật thoát nước: L =46.14m⇒ Ltt = 51.37m. ⇒ Jkđ =0.254 < [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền: Jkn =⇒ Jkn =0.134 < [Jk]đ=0.54 (5.14) Như vậy độ bền thấm cho các trường hợp ở mặt cắt sườn đồi phía phải đập được đảm bảo. b.trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNLmax. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . (5.16) Trong đó: h1: Cột nước thượng lưu h1 = 13.89m. h2: Cột nước hạ lưu h2 =0.6m. Ltt: Chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu dến vật thoát nước: L =44.58m⇒ Ltt = 50.14m. ⇒ Jkđ =0.265 < [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền : Jkn =⇒ Jkn =0.14 < [Jk]đ=0.54. (5.17) Như vậy độ bền thấm cho các trường hợp ở mặt cắt sườn đồi phía phải đập được đảm bảo. 5.3.7 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phía phải đập. 1.Tính lưu lượng thấm và đường bảo hoà thấm. a). Trường hợp 1:Thượng lưu là MNLTK = 74.89m. k Sơ đồ tính toán. Hình vẽ 5.3.7: Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phía phải đập Chọn tính thấm cho mắt cắt đập tại cao trình 71m sơ đồ tính toán như hình 4.7. kXác định chiều dài gối phẳng. Chiều dài tối thiểu của vật thoát nước gối phẳng đủ để đảm bảo cho khoảng cách a từ đường bảo hoà đến mái dốc hạ lưu trong phạm vi cho phép để đảm bảo dòng thấm không làm ảm mái dốc hạ lưu. Tính toán chiều dài gối phẳng theo công thức AA.Ughintsntux. Hình vẽ 5.3.8: Sơ đồ tính thấm chiều dài gối phẳng công thức tính lưu lượng qua đập loại này có thể viết. = Jtb.hk = . (5.18) Trong đó: Hk: chiều sâu dòng tấm tại mặt cắt K-K. Mặt khác phương trình thấm giữa hai mặt cắt 1-1 và K-K có thể viết: = . (5.19) Với Lo = L +DL. L = (Zđ -MNLTK)mt + B + (Zđ -Zđáy)mh -Ltt L = 27.68 – Ltn. DL ==1.667m ⇒ Lo = 27.35 – Ltn (5.19) ao = . (5.20) Chiều dài vật thoát nước L phụ thuộc vào trị số a. Xem tam goác ABC ta có: Dhk.cosa = a ⇒Dhk= . Mặt khác ta có: Ltn = mh(hk + Dhk) – x = mh(hk +) –x. Ltn= mh(hk +) –x. (5.21) Tính chiều dài vật thoát nước theo phương pháp thử dần. Quá trình thử dần theo trình tự sau: + Giả định một loạt các giá trị Ltn thay vào (5.19) ⇒Lo +Thay Lo vào (5.20) tính được ao +Thay qđ, vào (5.18) và (5.19) tính được hk và x +Thay hk vào (5.21) tính được a. bảng 5.3 Xác định chiều dài gối phẳng. Ltính toán Lo ao Qđ Hk x a 2 4 6 8 25.35 23.35 21.35 19.35 0.30 0.32 0.35 0.39 0.18 0.19 0.21 0.23 0.74 0.80 0.88 0.97 0.78 0.84 0.92 1.02 0.34 1.05 1.75 2.45 Chọn a =1.5m ⇒ Ltn =5.3m kTính lưu lượng thấm qua thân đập và đường bảo hoà. -Lưu lượng thấm qua thân đập có thể xác định theo công thức sau: qđ= Kđ (5.1) Trong đó: Kđ: Hệ số thấm của đất đắp đập Kđ =6.10-5m/s = 6.10-7m/s. h1 : Chiều sâu nước ở thượng lưu đập h1 =MNLTK –Zđáy = 3.89m. L +DL = 22.05m. ao: Độ sâu hút nước tính theo công thức: ao = - (L + DL). (5.9) -thay số vào ta được ao =0.34m. ⇒ qđ =2.07.10-7 m3/s/m =0.207.10-6m3/s/m. -Phương trình đường bảo hoà theo hệ trục toạ độ xoy như hình 4.7 có dạng: y2 =2ao.x ⇒ y = -Tại vị trí x =lo thì y = ao ⇒ lo = ao/2 =0.17m. đường boả hoà trong hệ trục xoy như hình vẽ được xác định bởi hệ trục sau: Bảng 5.4 Tính toạ độ đường bảo hoà. X(m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22.22 Y(m) 0 1.17 1.65 2.02 2.33 2.61 2.85 3.08 3.30 3.49 3.68 3.89 Lưu lượng thấm qua nền với giả thiết là thân đập không thấm xác định theo công thức sau. Qn = Kn. (5.11) -Trong đó: Kn: hệ số thấm của nền xác định theo công thức: Kn = (5.12) -với Ki và Ti là hệ số thấm và chiều dày tầng thấm của lớp thứ i. K1 = 4.10-6cm/s,T1 = 2.4m. K2 = 10-2cm/s,T2 = 2.0m. K3 = 4.10-6cm/s,T3 = 5.0m. -thay số vào ta có: Kn = 2.13.10-3cm/s = 2.13.10-5m/s. -T: Chiều dày tầng thấm nước của nền: T = STi = 9.4m. -L: Chiều dài đáy đập, trong trường hợp có thiết bị thoát nước. L = 32.05m. -n: Hệ số hiệu chỉnh chiều dài đường thấm nước (n >1). Hệ số n phụ thuộc vào tỷ số L/T tra bảng 5.4 giáo trình thuỷ công T1. = 3.41 ⇒ n =1.27. -thay vào ta có qn = 19.13.10-6m3/s/m. kXác định lưu lượng thấm tổng cộng. Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và nền bằng tổng lưu lượng thấm qua đập và qua nền đã xác định ở trên. q = 19.337.10-6m3/s/m. b. Thượng lưu là MNDBT. Sơ đồ tính toán: Hình vẽ 5.9: Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phía phải đập k Tính lưu lượng thấm qua thân đập qđ và đường bảo hoà -Xác định lưu lượng thấm qua thân đập qđ và đường bảo hoà. +Xác định lưu lượng thấm qua đập. Lưu lượng thấm qua đập có thể xác định theo công thức sau: Qđ = Kđ. (5.7) Trong đó: Kđ: Hệ số thấm của đất đắp đập Kđ =6.10-5m/s = 6.10-7m/s. h1 :Chiều sâu nước ở thượng lưu đập h1 =MNLTK –Zđáy =3.07m. L = 22.84m. DL tính theo công thức thực nghiệm: DL = (5.8) Trong đó: mt = 3.0. h1 = 3.07m. -thay số vào ta được DL = 1.32m. -ao: độ sâu hút nước tính theo công thức: ao = - (L + DL). -thay số vào ta được ao =0.194m. ⇒ qđ = 0.117.10-6m3/s/m. -Phương trình đường bảo hoà theo hệ trục toạ độ xoy như hình 4.3 có dạng: y2 =2aox ⇒ y = -Tại vị trí x =lo thì y = ao ⇒ lo = ao/2 =0.097m. -Đường bảo hoà trong hệ toạ độ xoy được xác định trong hệ toạ độ sau: Bảng 5.2Bảng toạ độ đường bảo hoà. X(m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24.3 Y(m) 0.00 0.88 1.25 1.53 1.76 1.97 2.15 2.33 2.49 2.64 2.78 2.92 3.07 -Đường bảo hoà như hình vẽ. kTính lưu lượng thấm qua nền đập qn. Lưu lượng thấm qua nền với giả thiết là thân đập không thấm xác định theo công thức sau. qn = Kn. -Trong đó: Kn: hệ số thấm của nền xác định theo công thức: Kn= 2.13.10-5m/s. T: Chiều dày tầng thấm nước của nền: T = STi = 9.4m. L: Chiều dài đáy đập, trong trường hợp có thiết bị thoát nước. L = 32.05m. n: Hệ số hiệu chỉnh chiều dài đường thấm nước (n >1). ⇒ n =1.27. Thay vào ta có qn = 15.5.10-6m3/s/m. kXác định lưu lượng thấm tổng cộng. Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và nền bằng tổng lưu lượng thấm qua đập và qua nền đã xác định ở trên. q = 15.22.10-6m3/s/m. 2. Kiểm tra độ bền thấm. -Đối với thân đập cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [ [Jk]d. Trng đó: Jkd: Gradien thấm đặc trưng cho toàn bộ vùng thấm. [Jk]d:Gradien kiểm tra cho phép đối với đập phụ thuộc vào loại đát đắp đập và cấp công trình, tra bảng P-3.3 (ĐAMH thuỷ công). ⇒ [Jk]d = 1.35. -Đối với nền đập cần đảm bảo điều kiện: Jkn [ [Jk]n. Trong đó: [Jk]n:Gradien kiểm tra cho phép đối với nền phụ thuộc vào loại đát nền và cấp công trình, tra bảng P3-2(ĐAMH thuỷ công). ⇒[Jk]n = 0.54 a.Trường hợp thượng lưu là MNLTK. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . (5.13) Trong đó: h1: cột nước thượng lưu h1 = 3.89m. h2: cột nước hạ lưu h2 =0.0m. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nứoc thượng lưu dến vật thoát nước. ⇒ Ltt = 21.94m. ⇒ Jkđ =0.177 < [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền : Jkn = ⇒ Jkn =0.096 < [Jk]đ=0.54 b.Trường hợp thượng lưu là MNDBT. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . (5.13) Trong đó: h1: cột nước thượng lưu h1 = 3.07m. h2: cột nước hạ lưu h2 =0.0m. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nứoc thượng lưu dến vật thoát nước. ⇒ Ltt = 24.07m. ⇒ Jkđ =0.127< [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền : Jkn = ⇒ Jkn =0.076 < [Jk]đ=0.54. Như vậy độ bền thấm cho các trường hợp ở mặt cắt sườn đồi phía phải đập được đảm bảo. 5.3.8 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phía trái đập. 1.Tính lưu lượng thấm và đường bảo thấm. a.Trường hợp 1: thượng lưu là MNLTK. k sơ đồ tính toán (tính toán thấm cho mặt cắt đập tại cao trình +67.0). Hình 5.3.8: Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt sườn đồi phía trái đập 1.xác định chiều dài gối phẳng. Chiều dài gối phẳng được tính toán theo các bước đã nêu ở trên mục 5.27. Kết quả tính toán như bảng sau: bảng 5.3.8. Xác định chiều dài gối phẳng. Ltính toán Lo Ao Qđ hk x a 2 4 6 8 40.06 38.06 36.06 34.06 0.77 0.81 0.85 0.90 0.46 0.49 0.51 0.54 1.92 2.02 2.24 2.25 2.02 2.12 2.24 2.37 -0.29 0.4 1.08 1.76 Chọn a=1.5m ⇒Ltn=7.27m kTính lưu lượng thấm qua thân đập và đường bảo hoà. -Lưu lượng thấm qua thân đập có thể xác định theo công thức sau: qđ = Kđ (5.1) Trong đó: Kđ: Hệ số thấm của đất đắp đập Kđ =6.10-5m/s = 6.10-7m/s. h1: Chiều sâu nước ở thượng lưu đập h1 =MNLTK –Zđáy = 7.89m. L +DL = 35.62m. ao: Độ sâu hút nước tính theo công thức: ao = - (L + DL). (5.9) -Thay số vào ta được ao =0.863m. ⇒ qđ =0.518.10-6m3/s/m. -Phương trình đường bảo hoà theo hệ trục toạ độ xoy như hình 4.7 có dạng: y2 =2ao.x ⇒ y = -Tại vị trí x =lo thì y = ao ⇒ lo = ao/2 =0.431m. đường boả hoà trong hệ trục xoy như hình vẽ được xác định bởi hệ trục sau: Bảng 5.7. Tính toạ độ đường bảo hoà. X(m) 0 5 10 15 20 25 30 36.05 Y(m) 0 1.17 1.65 2.02 2.33 2.61 2.85 3.08 Lưu lượng thấm qua nền với giả thiết là thân đập không thấm xác định theo công thức sau: Qn = Kn. -Trong đó: Kn: hệ số thấm của nền xác định theo công thức: Kn = -với Ki và Ti là hệ số thấm và chiều dày tầng thấm của lớp thứ i.K1 = 4.10-6cm/s, T1 = 2.4m. K2 = 610-6cm/s,T2 = 2.6m. K3 = 4.10-6cm/s,T3 = 6.0m. -Thay số vào ta có: Kn = 2.09.10-3cm/s = 2.09.10-5m/s. -T: Chiều dày tầng thấm nước của nền: T = STi = 8.6m. -L: Chiều dài đáy đập, trong trường hợp có thiết bị thoát nước. L = 55.91m. -n: Hệ số hiệu chỉnh chiều dài đường thấm nước (n >1). Hệ số n phụ thuộc vào tỷ số L/T tra bảng 5.4 giáo trình thuỷ công T1. = 6.5 ⇒ n =1.177. -thay vào ta có qn =0.215.10-6m3/s/m. kXác định lưu lượng thấm tổng cộng. Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và nền bằng tổng lưu lượng thấm qua đập và qua nền đã xác định ở trên. q = 0.733.10-6m3/s/m. b.trường hợp 2: thượng lưu là MNDBT. Sơ đồ tính toán: k Tính lưu lượng thấm qua thân đập qđ và đường bảo hoà -Xác định lưu lượng thấm qua thân đập qđ và đường bảo hoà. +Xác định lưu lượng thấm qua đập. Lưu lượng thấm qua đập có thể xác định theo công thức sau: qđ = Kđ. Trong đó: Kđ: Hệ số thấm của đất đắp đập Kđ =6.10-5m/s = 6.10-7m/s. h1 : Chiều sâu nước ở thượng lưu đập h1 =MNDMT –Zđáy =7.07m. L = 33.87m. DL tính theo công thức thực nghiệm: DL = Trong đó: mt = 3.0. h1 = 7.07m -Thay số vào ta được DL = 3.03m. -ao: Độ sâu hút nước tính theo công thức: ao = - (L + DL). -Thay số vào ta được ao =0.0.67m. ⇒ qđ = 0.403.10-6m3/s/m. -Phương trình đường bảo hoà theo hệ trục toạ độ xoy như hình 5.3 có dạng: y2 =2aox ⇒ y = -Tại vị trí x =lo thì y = ao ⇒ lo = ao/2 =0.335m. -đường bảo hoà trong hệ toạ độ xoy được xác định trong hệ toạ độ sau: Bảng 5.4.Bảng toạ độ đường bảo hoà. X(m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24.3 Y(m) 0.00 0.88 1.25 1.53 1.76 1.97 2.15 2.33 2.49 2.64 2.78 2.92 3.07 -Đường bảo hoà như hình vẽ. kTính lưu lượng thấm qua nền đập qn. Lưu lượng thấm qua nền với giả thiết là thân đập không thấm xác định theo công thức sau: qn = Kn. Trong đó: -Kn: hệ số thấm của nền Kn= 2.09.10-7m/s. -h1: Cột nước ở thượng lưu tràn:h1 = 7.07 -T: Chiều dày tầng thấm nước của nền: T = STi = 8.6m. -L: Chiều dài đáy đập. L = 55.08m. -n: Hệ số hiệu chỉnh chiều dài đường thấm nước (n >1). ⇒ n =1.177. -Thay vào ta có qn = 0.196.10-6m3/s/m. kXác định lưu lượng thấm tổng cộng. Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập và nền bằng tổng lưu lượng thấm qua đập và qua nền đã xác định ở trên. q = 0.599.10-6m3/s/m. 2. Kiểm tra độ bền thấm. -Đối với thân đập cần đảm bảo điều kiện: Jkđ [ [Jk]d. Trng đó: Jkd: gradien thấm đặc trưng cho toàn bộ vùng thấm. [Jk]d:gradien kiểm tra cho phép đối với đập phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình, tra bảng P-3.3 (ĐAMH thuỷ công). ⇒ [Jk]d = 1.35. -Đối với nền đập cần đảm bảo điều kiện: Jkn [ [Jk]n. Trong đó: [Jk]n:Gradien kiểm tra cho phép đối với nền phụ thuộc vào loại đất nền và cấp công trình, tra bảng P3-2(ĐAMH thuỷ công). ⇒[Jk]n = 0.54 a.Trường hợp thượng lưu là MNLTK. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . Trong đó: h1: cột nước thượng lưu h1 = 7.89m. h2: cột nước hạ lưu h2 =0.0m. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu dến vật thoát nước. ⇒ Ltt = 35.39m. ⇒ Jkđ =0.22< [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền : Jkn = ⇒ Jkn =0.124 < [Jk]đ=0.54 b.Trường hợp thượng lưu là MNDBT. Kiểm tra cho thân đập: Jkđ = . (5.13) Trong đó: h1: cột nước thượng lưu h1 = 7.07m. h2: cột nước hạ lưu h2 =0.0m. Ltt: chiều dài tính toán của dòng thấm. Trong trường hợp vật thoát nước lăng trụ thì Ltt xác định theo công thức: Ltt = L+0.4h1. Với L là khoảng cách nằm ngang từ mép nước thượng lưu đến vật thoát nước. ⇒ Ltt = 35.09m. ⇒ Jkđ =0.087< [Jk]đ=1.35. -Kiểm tra nền : Jkn = ⇒ Jkn =0.049 < [Jk]đ=0.54 Như vậy độ bền thấm cho các trường hợp ở mặt cắt sườn đồi phía phải đập được đảm bảo. 5.3.9. tính tổng lưu lượng thấm. 1. Mục đích. Xác định lưu lượng thấm tổng cộng để kiểm tra xem lượng tổn thất có nằm trong phạm vi cho phép hay không để có cơ sở lựa chọn thiết bị chồng thấm khi cần thiết. 2. Yêu cầu. Tổng lượng nước thấm qua đập trong thời gian 1 tháng phải thoả mãn điều kiện: Wth<1%Whồ. Trong đó: Wth: là lượng nước thấm trong thời gian 1 tháng. Wth=Qt.t. Với Qt:là lưu lượng thấm t: thời gian trong 1 tháng (s) 2.Tính tổng lưu lượng thấm. Như ở trên đã phân tích dựa vào tài liệu địa hình, địa chất ta chia đập thành 3 đoạn có chiều daì l1,l2,l3 với lưu lượng tương ứng q1 q2, q3. Sơ đồ tính toán như hình vẽ sau: Tổng lưu lượng thấm xác định theo công thức: Tính với trường hợp thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHLmax = 0.6m q1= 0.733m3/s/sm. L1 = 385m q2= 22.2m3/s/sm. L2 = 597m. q3= 19.337m3/s/sm. L3 = 368m. Thay số vào ta được Q= 20654.621.10-6m3/s. t = 1tháng =2635200s. Wt = 20654.621.10-6.2635200 = 54429.05m3 Wh = Vc + Vh + Vsc = (4.6 +0.556 + 0.79).10-6 = 5.646.10-6m3 1%Wh = 59460m3. Wt <1%Wh ị Không cần làm thiết bị chống thấm cho đập. ò5.4 Tính toán ổn định. 5.4.1. Mục đích nhiệm vụ. Tính toán ổn định mái dốc để đánh giá mức độ ổn định của mái dốc để trên cơ sở đó để lựa chọn một mái dốc hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Như vậy đối với một mái dốc nhất định cần phải xác định hệ số ổn định nhỏ nhất của nó. Hệ số ổn định nhỏ nhất ứng với một vòng cung trượt nhất định với một tâm O nhất định. Nhiệm vụ tính toán là tìm tâm trượt O nguy hiểm nhất ứng với vòng cung tròn nguy hiểm nhất để xác định hệ số ổn định nhỏ nhất cho mỗi trường hợp tính toán. 5.4.2. Trường hợp tính toán. Theo quy định của quy phạm khi thiết kế đập đất cần kiểm tra ổn định với các trường hợp sau: 1. Cho mái hạ lưu: Khi thượng lưu là MNDBT,hạ lưu là chiều sâu lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị thoát nước có thể làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản). kKhi thượng lưu có MNLTK sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt). 2.Cho mái hạ lưu: kKhi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đế mực nước htấp nhất có thể xảy ra(tổ hợp cơ bản ). kKhi mực nước thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0.2Hđ tổ hợp cơ bản). kkhi mực nước rút nhanh từ MNLTK đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra(tổ hợp đặc biệt). Trong đồ án này do thời gian có hạn và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn chỉ kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu của mặt cắt lòng sông. 5.4.3 Phương pháp tính toán. Sử dụng phương pháp vòng tròn cung trượt để tính toán ổn định cho mái đập hạ lưu. đập đất thường là không đồng chất vì ngay đối với đập đắp cùng một loại đất khi dâng nước có dòng thấm qua đập sẽ làm cho các chỉ tiêu cơ lý như góc ma sát j, lực dính C, trọng lượng riêng g của phần đất nền nằm dưới và nằm trên đường bảo hoà khác nhau. Mặt trượt đập đất là một mặt cong trơn. để đơn giản tính toán ta xem nó là một phần của mặt trụ giải theo bài toán phẳng. Nghĩa là xét một đập có chiều dài thân đập bằng một đơn vị(1m). Giả thiết gần đúng là mặt trụ tròn, tâm O bán kính R nguyên tắc đẩm bảo ổn định mái đập là: K = /[K]. Trong đó: SMc: Tổng các momen chống trượt đối với tâm O. SMc: Tổng các momen gây trượt đối với tâm O. [K]: Hệ số an toàn cho phép phụ thuộc vào cấp bậc công trình lấy theo quy phạm. 5.4.4 tính toán cụ thể cho từng trường hợp. Như dẫ trình bày ở trên, nhiệm vụ của tính toán ổn định là tìm được hệ số ổn định nhỏ nhất Kmim vì vậy ta phải giả thiết nhiều cung trượt đi qua các điểm khác nhau, có bán kính khác nhau và tìm ra cung trượt có hệ số ổn định nhỏ nhất Kmimmim. 1. Tìm vùng cung trượt nguy hiểm nhất(tìm sơ bộ). a.phương pháp Filenit. Tâm trượt nguy hiểm nhất nằm ở lân cận đương MM1 như trên hình vẽ các trị số a,b phụ thuộc vào độ dốc mái. Với m =2.5⇒tra bảng 4.1 giáo trình thuỷ công tập 1 ta có a= 35o,b =25o. b.Phương pháp phendeep: Tâm trượt nguy hiểm nhất nằm ở lân cận hình thang cong abcd như hình vẽ cách xác định như sau: với m =2.5, Hđ=15.7m. tra bảng 4.2 giáo trình thuỷ công tập 1 ta có: =2.025 ⇒ R =31.79m. = 0.875 ⇒ r = 13.74m. T ừ điểm giửa của mái ta kẻ một đường thẳng đứng và một đường hợp với mái dốc một góc 85o cũng từ đó làm tâm quay các cung tròn có bán kính R và r theo phương pháp này tâm cung trượt nguy hiểm nhất là vùng abcd. Kết hợp cả hai phương pháp ta tìm được phạm vi có khả năng chứa cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. 2. Cách xác định hệ số ổn định kmimmim. Trên đoạn AB ta giả định các tâm O1, O2, O3 … vạch các cung trượt đi qua điểm B1 ở chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3 … cho các cung trượt tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định được hệ số Kmim ứng với tâm O trên đường MM1. Trên đường NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung qua điểm B1 ở chân đập tính K ứng với các cung này. vẽ biểu đồ K theo tâm O ta xác định được trị số Kmim ứng với điểm B1 ở chân đập. Với các điểm B2, B3 ở mặt nền hạ lưu đập bằng cách tương tự ta cũng tìm được hệ số Kmim tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ Kmim với các điểm ra của cung Oi ta tìm được hệ số an toàn nhỏ nhất Kmimmim cho mái đập. Ngoài ra ta cũng tính hệ số Kmim cho các điểm trên mái hạ lưu. 3.Xác định hệ số Kmim cho điểm B1 ở chân đập. Các bước xác định hệ số K1. Trên đoạn AB lấy điểm O1, R1⇒xác định được cung trượt (1)theo phương pháp Ghecxevanop với giả thiết khối trượt là vật thể rắn cung trượt là một lăng trụ tròn, áp lực thấm được truyền ra ngoài thành áp lực thuỷ tỉnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm. Chia khối trượt thành n dải có hệ số là b(m) b = R/m. Trong đó: R bán kính cung trượt. m số nguyên 10, 20… Ta có công thức tính như sau: K = . Trong đó: ji,Ci là góc ma sát trong, lực dính đơn vị ở đấy của dải thứ n. Nn = Gncosan. Tn = Gnsinan. Gn = b(SgiZi). gi: dung trọng tự nhiên hoạc dung trọng bảo hoà của đất thuộc dải. Zi: chiều cao phần đất thuộc dải ứng với gi. để thuận tiện ta lập thành bảng tính cho các cung trượt. a.trường hợp 1: thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là MNHLmax = 0.6m Kmim = 1.278 b.Trường hợp 2.Thượng lưu là MNLTK, hạ lưu là MNHLmax =0.6m. Kmim = 1.237 Trong phạm vi đồ án này vì thời gian có hạn và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn ta chỉ tìm cho phạm vi điểm B1 ở chân đập và lấy Kmimmin = Kmim=1.237 4.Đánh giá tính hợp lý của mái. Mái đập đảm bảo an toàn về trượt sâu nếu thoả mãn điều kiện : Kmim>[K]. [K]: phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng, tra theo bảng P1-7 giáo trình đồ án môn học thuỷ công ). Với tổ hợp cơ bản [K] = 1.15. Với tổ hợp đặc biệt [K] = 1.05. để đảm bảo điều kiện kinh tế thì phải thoã mãn điều kiện K < 1.15[K]. với cả hai trường hợp ta đều có [K]<K<1.15[K]. vậy mái hạ lưu chọn như trên là hợp lý. `` ò5.5 Chọn cấu tạo chi tiết. 5.5.1.Đỉnh đập. Vì mặt đập không sử dụng làn đường giao thông vì vậy chỉ phủ một lớp đá dăm dày 20 cm, để đảm bảo cho việc đi lại trong quá trình khai thác, và mĩ quan của công trình mặt đập làm dốc về hai phía với độ dốc i = 2% để nước trên mặt đập do mưa hoặc sóng có thể dễ dàng chảy suống. 5.5.2 Bảo vệ mái đập . Bảo vệ mái đập thượng lưu : Do mái thượng lưu chịu nhiều tác động của nhiều loại lực phức tạp nên cần thiết phải gia cố mái, đề phòng sói lở do sóng gây ra, đồng thời loại trừ được các tác dụng khác. Giới hạn trên của phần gia cố lấy đến đỉnh đập, còn giới hạn dưới của phần gia cố lấy thấp hơn mực nước chết của hồ một đoạn. Z1 = 2hs1% = 2.1,16 = 2,32m. Vì vậy phạm vi gia cố của mái thượng lưu từ cao trình (+ 65,7 á +76,7)m Khi tính toán lớp bảo vệ mái dựa vào chiều cao sóng lớn nhất ( theo tần suất và mức đảm bảo sóng lớn nhất được quy định bởi quy phạm. Ta có : hs = 1,.16<1,25 Chọn lớp gia cố bằng đá lát chiều dày được tính theo công thức . t = 1,7 Trong đó : : dung trọng hoà đá = 2,6 (t/m2) dung trọng nước = 1,0 (t/m2) m : hệ số mái thượng lưu m = 3,0 h: chiều cao của sóng : h = 1,16m Thay số vào ta có : t = 0,31m chọn t = 30cm Bảo vệ mái hạ lưu : Dưới tác dụng của gió, mưa, động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưu. Vì vậy mái dốc hạ lưu cần được bảo vệ bằng hình thức phủ một lớp đất màu rồi trồng cỏ lên trên. Trên mái có đào một rảnh nhỏ nghiêng với trục đập một góc 45o Trong rảnh bỏ đá răm để tập chung nước mưa từ các rảnh tập trung vào mương ngang bố trí ở cổ đập mương ngang có độ dốc về 2 bên bờ để nối với móng dọc dẫn nước vào hạ lưu. ở đoạn sườn dốc có bố trí áp mái phần chân đập với chiều cao là 2m. 5.5.3 Nối tiếp đập với nền. Để sử lý mặt tiếp giáp thân đập và nền phải đi một lớp đất dày 0,5m tại vị trí lòng sông phải bốc đi một lớp đất dày 1m. Vì đất đắp đập và đất nền khác nhau nên ta bố trí chân răng dưới thân đập. Chân răng cấu tạo cắm vào sâu vào nền với độ sâu 1m , chiều rộng chân răng chọn là 5m đủ để bố trí thi công bằng máy. 5.5.4 Nối tiếp đập với bờ. Nối tiếp đập với bờ cần thoả mãn các yêu cầu của với đập và nền: ậ chỗ nối tiếp với bờ thiết bị chống thấm phải cắm sâu vào đá tốt hoạc đá ít phong hoá. Khi tầng thấm nằm sâu trong bờ phải cắm thiết bị chống thấm ở một khoảng nhất định. Mặt nối tiếp giữa thân đập và bờ không đánh cấp, không làm quá dốc không cho phép làm dốc ngược. Chương Vi: thiết kế cống lấy nước ò6.1 Chọn tuyến và hình thức cống. 6.1.1.Tuyến cống. Cống lấy nước nằm ở phía bờ trái đập, trục cống đặt trên lớp đất 2 là đất bột bazan pha chứa ít sạn sỏi mùa nâu, nâu sẫm trạng thái khô cứng, kết cấu chặt. Vì xống đặt dưới đập đất mực nươc thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều từ MNC đến MNDBT nên hợp lý nhất là chọn cống ngầm lấy nước không áp, vật liệu làm cống là BTCT mặt cắt cống hình chữ nhật, dùng tháp van để khống chế lưu lượng, trong tháp van có bố trí van công tác và van sửa chữa. Vị trí đặt tháp van sơ bộ đặt ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống. 6.1.2.Sơ bộ bố trí cống. + Chọn cao trình đáy cống ở cửa vào là +67m. + Sơ bộ xác định chiều dài cống: L = 56.9m. + Đoạn trước cửa van: L1 = 13m. + Đoạn sau cửa van L2 = 43.9m. ò6.2.Thiết kế kênh hạ lưu 6.2.1Mục đích. Thiết kế kênh hạ lưu cống làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống. 6.2.2.Thiết kế mặt cắt kênh. -Lưu lượng thiết kế kênh là lưu lượng lớn nhất yêu cầu lấy Q = Do thời gian có hạn và tài liệu chưa được đầy đủ và được sự chỉ định của giáo viên hướng dẫn lấy Qtk= 0.72m3/s. Sơ bộ chọn chỉ tiêu thiết kế như sau : -Độ dốc đáy kênh lấy từ (1/300 đến 1/500) theo như TAMHT công lấy i = 2.10-4 -Độ nhám lòng kênh (từ 0.0225 đến 0.025) theo tiêu chuẩn VN (4118-85) lấy n=0.025 -Hệ số mái kênh ;m=1.5 Ta cần xác định chiều rộng đáy kênh b và chiều sâu dòng chảy h -Sơ bộ chọn dòng chảy trong kênh theo công thức : h0=0,5(1+Vkx) (Theo ĐAMH thuỷ công) Trong đó : Vkx là vận tốc cho phép không xói mòn (xác định theo TCVN411885) Vkx= KQ0,1 K: hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh , ở đây là đất sét pha vừa ⇒k =0.62(tài liệu )và Qtk= 0,7m3/s Thay số ⇒Vkx = 0,599m3/s Thay số vào công thức tính h0 ⇒h0 = 0,716m -Xác định bề rộng b theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất thuỷ lực Tính f(Rln) = Với 4m0 = 8,424(tra bảng thuỷ lực với m=1.5) I=2.10-4, Q = 0,7m3/s thay số vào ta được: ⇒f(rln) =0.165 + Tra phụlục 8.1 bảng tra thuỷ lực với n= 0.025 ⇒ Rln = 0,496 lập tỷ số ; = 1.44m + Tra phụ lục 8.3 bảng tra thuỷ lực ta có = 1.937m ⇒b = 0.961m Chọn b = 1.0m tính tại h ta được h = 0,74m. Kiểm tra tỷ số , thường khống chế trong khoảng 2 đến 5. Tuy nhiên với trong đồ án với kênh có lưu lượng nhỏ nên kênh không cần kiểm tra tỷ số -Chọn mặt cắt kênh có b = 1m ,h = 1,2m (đẩm bảo điều kiện kiểm tra trong cống ) 6.2.3 Kiểm tra điều kiện không xói không lắng Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên làm lượng bùn cát trong nước nhỏ không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng, chỉ cần kiểm tra điều kiện không xói Điều kiện để lòng sông không bị xói lở : Vmax <Vkx Trong đó: Vkx Vận tốc cho phép không xói trong kênh Vkx = 0,599m/s Vmax :Vận tốc lớn nhất tính lưu lượng theo Qmax với Qmax = K.qkt Với Qtk =0,72m3/s K: hệ số ,phụ thuộc Q ,có thể lấy k = 1.2 Vậy Qmax = 0.864m3/s Để xác định được Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác địng độ sâu h tương ứng trong kênh (bằng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực ) từ đó tính được Vmax = Qmax/w Vmax = Tính toán như trên ta xác định được hmax = 0. 987m theo giá trị Qmax. ⇒ Vmax = 0,353m/s vậy Vmax = 0,353m/s < Vkx = 0,599m/s ⇒Mặt cắt kênh đã thiết kế là hợp lý vậy ta có các thông số của kênh hạ lưu như sau -Bề rộng đáy kênh bk = 1,0m -Chiều cao của bờ kênh h = 1,2m -Độ dốc đáy kênh i = 0,0002 -Hệ số mái m = 1,5 -Hệ số nhám n = 0,025. ò6.3.Tính toán khẩu diện cống 6.3.1.trường hợp tính toán. Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng lưu nhỏ và lưu lượng tương đối lớn. ở đây tính với trường hợp là MNC = 68.0m, hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh Zkc = 67.4m (tài liệu đã cho trang 19). Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi đố là: [DZ] = MNC-Zkc = 0.6m. Lúc này để lấy đủ lưu lượng thiết kế cần mở hết cửa van. Trong đó: Z1:Tổn thất cột nước ở cửa vào. Zp:Tổn thất cột nước do khe phai. Zl:Tổn thất cột nước qua lưới chắn rác. Zv:Tổn thất cột nước qua khe van. Z2:Tổn thất cột nước ở cửa ra. 6.3.2 Tính bề rộng cống. Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [DZ] đã khống chế tức phải đảm bảo điều kiện: SZi ≤ [DZ] Trong đó: SZi là tổng cột nước tổn thất trong cống. SZi= Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL. Với i là độ dốc cống L là chiều dài cống. Để vừa đảm bảo yêu cầu về lấy nước, vừa đảm bảo yêu cầu về kinh tế ta xác định bề rộng bc sao cho: SZi ằ [DZ]. Tính bc theo phương pháp thử dần. Chọn tính toán với 3 giá trị bc = 0.8m, bc = 0.9m, bc = 1.0m. Với mỗi giá trị bc giá trị tổn thất được xác định như sau: 1.Tổn thất tại cửa ra. Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sô đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. Z2 = . Trong đó: B: bề rộng ở cuối bể tiêu năng b = bk =1m. Q: Lưu lượng tính toán Q = 0.72m3/s. Hh: Chiều sâu nước hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Q,hh=0.74. jn: Hệ số lưu tốc khi chảy ngập, jn =0.96. Vb: Lưu tốc bính quân trong bể tiêu năng. Giả thiết chiều sâu bể d = 0.5m ⇒Vb = Với: btb = (bc+ bk).0.5. 2.tính tổn thất dọc đường Coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu hh = hh + Z2 khi đó tổn thất dọc đường chiều dài cống iL với i là độ dốc cống xác định như sau: I = Trong đó: v,C tính với bề rộng cống bc và chiều sâu h1. 3.Tổn thất qua khe phai. Zp= 2xp Bố trí 2 phai có kích thước 0.2.0.2m. xp:hệ số tổn thất qua khe phai theo quy phạm tính toán toán thuỷ lực cống dưới sâu xp = 0.10. V:Vận tốc dòng chảy sau khe phai. 4.Tổn thất qua lưới chắn rác Zl= 2xl xl: Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác, theo cẩm nang thuỷ lực ta có: xl = b d,b là chiều rộng thanh lưới và khoảng cách giữa hai thanh chọn d = 10mm,b = 80mm. a: Góc nghiêng của lưới lựa chọn a = 80o . b: Hệ số phụ thuộc vào tiết diện thanh lưới, với thanh b = 1.79. ⇒ji =0.11. V: vận tốc dòng chảy sau lưới chắn rác. 5.tổn thất cục bộ tại khe van. Tại tháp van bố trí khe van rộng 0.3m Zv= 2xv xv: Hệ số tổn thất qua khe van,xv = f = 0.10. (tra theo quy phạm cống dưới sâu). V: Vận tốc dòng chảy sau cửa van. 6.Tổn thất cửa vào. Tổn thất cửa vào xác định theo công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Z1 = . Trong đó: jn: Hệ số lưu tốc khi chảy ngập jn = 0.96. e: Hệ số công trình hẹp bên ở cửa vào e = 0.98. w: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào w= bch. Vo: Lưu tốc tới gần (bỏ qua lưu tốc tới gần ⇒Vo = 0. Kết quả tính toán tổn thất được trình bày ở bảng 6.1. Bảng 6.1:Tính toán bề rộng cống. stt Thông số Đơn vị Bề rộng Cống 0.800 0.900 1.000 1 Q m3/s 0.720 0.720 0.720 2 Bk m 1.000 1.000 1.000 3 Hh m 0.740 0.740 0.740 4 jv 0.960 0.960 0.960 5 dgt m 0.500 0.500 0.500 6 Vb m/s 0.672 0.637 0.605 7 Z2 m 0.029 0.032 0.034 8 h1 m 0.769 0.772 0.774 9 v m2 0.615 0.695 0.774 Khi 2.339 2.443 2.547 10 R m 0.263 0.284 0.304 11 C m0.5/s 32.021 32.435 32.795 12 i 0.0051 0.0036 0.0045 13 L m 56.900 56.900 56.900 14 IL m 0.289 0.204 0.256 15 xv 0.100 0.100 0.100 16 H2 m 1.058 0.976 1.030 17 v2 m2 0.846 0.879 1.030 18 Zv m 0.007 0.007 0.005 19 x1 0.110 0.110 0.110 20 H3 m 1.065 0.983 1.035 21 v3 m2 0.852 0.885 1.035 22 Zl m 0.008 0.007 0.005 23 xp 0.100 0.100 0.100 24 H4 m 1.073 0.990 1.040 25 v4 m2 0.859 0.891 1.040 26 Zp m 0.007 0.007 0.005 27 e 0.980 0.980 0.980 28 H5 m 1.080 0.997 1.045 29 v5 m2 0.864 0.897 1.045 30 Z1 m 0.040 0.037 0.027 31 SZ m 0.380 0.294 0.332 Giải thích các đại lượng tính toán bảng 5.1. Hàng1: Lưu lượng tính toán . Hàng2: Chiều rộng kênh hạ lưu. Hàng3: Cột nước hạ lưu. Hàng4: Hệ số lưu tốc khi chảy ngập. Hàng5: Chiều sâu bể giả thiết. Hàng6: Vận tốc bình quân trong bể tiêu năng. Hàng7: Tổn thất cột nước tại cửa vào. Hàng8: Chiều sâu dòng chảy đều trong kênh h1 = hh + Z2. Hàng9: Diện tích mặt cắt ướt tương úng với chiều sâu h1 Hàng10: Bán kính thuỷ lực Hàng11: Trị số C tính theo công thức ma ninh C = .R1/6 Hàng12: Độ dốc cống Hàng13: Chiều dài cống L = 56,9m Hàng14: Tổn thất dọc đường Hàng15: Hệ số tổn thất sau cửa van Hàng16: Cột nước sau cửa van h2 = h1+ i.L Hàng17: Diện tích mặt cắt cót sau của van Hàng18: Tổn thất sau cửa van Hàng19: Hệ số tổn thất sau qua lưới chắn nước Hàng20: Cột nước sau lưới chắn rác h3 = h2 +Zv Hàng21: Diện Tích mặt ướt sau lưới Hàng22: Tổn thất cột lưới qua lưới Hàng23: Hệ số tổn thất qua khe phai Hàng24: Cột nước sau khe phai h4 = h3+Z1 Hàng25: Diện tích mặt cắt ướt sau khe phai Hàng26: Tổn thất qua khe phai Hàng27: Hệ số công trình hẹp bên e Hàng28: Cột nước sau cửa vào h5 = h4+Zp Hàng29: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào Hàng30: Tổn thất tại cửa vào Hàng31: Tổn thất từ cửa vào đến cửa ra Theo kết quả tính toán ở trên hợp lý nhất là chọn bc= 0.8m nhưng theo điều kiện cấu tạo để tiện cho việc kiểm tra, sữa chữa đảm bảo điều kiện thi công thì b³ 1á1,2m. Vậy chọn bc = 1.0m và i = 0.0045 tiến hành tính lại DZ theo trình tự đã nêu trên ta có SDZ = 0,332 < (DZ) = 0,6m 6.3.3Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống. 1.Chiều cao cống. Chiều cao cống phải đủ để không cho nước trạm vào trần cống trong quá trình làm việc và kiểm tra sửa chữa. hc = h1 + D Trong đó: h1 Độ sâu dòng chảy trong cống h1 = 0.774m D: Độ lưu không D = 0.5á1.0m chọn D = 0.826m Theo điều kiện cấu tạo, thường khống chế hc ³ 1.6m để tiện kiểm tra sửa chữa ⇒ hc = 1,6m 2.Cao trình đặt cống. -Cao trình đáy cống ở cửa vào : Zc = MNC - h -SZi Trong đó: h là độ sâu của dòng chảy đều trong cống khi tháo lưu lượng thiết kế Qtk, h= 1.029m (giá trị h2 ở bảng tính khi thay b =1 và i = 0.0045) SZi: Tổn thất cục bộ cửa vào, khe van, khe phai, lưới chắn rác, khi tháo lưu lượng thiết kế Qtk SZi = 0.0425m ⇒Zv = 66,93m Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zr = Zv- iL Với Zv = 66,96m iL = 0,256m ⇒ Zr = 66.67m ò6.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính tiêu năng 6.4.1. Mục đích. Khi mực nước thượng lưu cao chỉ mở một phần cửa van để khống chế lưu lượng. Do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ngang sau cửa van thường là dòng chảy xiết, nối với dòng chảy êm ở hạ lưu qua nước chảy cần tính toán để: -Kiểm tra xem có nước chảy xảy ra trong cống không. -Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước chảy ngang sau cửa ra của cống để tránh xói lở kênh hạ lưu. 6.4.2 Trường hợp tính toán. Tính với trường hợp thượng lưu là MNDBT, lưu lượng tháo là lưu lượng lớn nhất Qmax = 1,2Qtk = 0,864m3/s 6.4.3 Xác định độ mở cống. Tính theo sơ đồ chảy qua lỗ cống Q =ja.a.bc Trong đó: j : Hệ số lưu tốc tại mặt cắt co hẹp j = 0.95 a : Hệ số công trình hẹp đứng Ho’: Cột nước tính toán trước cửa van a: Độ mở cửa van Ho’ = Ho -hw Ho = H+ , Do lưu tốc tới gần nhỏ nên coi như = 0 H: Cột nước trước cống H = MNDBT-Zc Với MNDBT = 74,07m Zc = 66,93 ⇒ H = 7,14m ⇒ H0 = H= 7,14m hw: Tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến cửa van được xác định theo công thức: hw =Z1 +hd Trong đó: Z1 : Tổn thất cột nước tại cửa vào Z1 = x1. Với V1: Là vận tốc dòng chảy ngang tại mặt cắt cửa vào. V1 = với Q = 0,64m3/s w = b.h ⇒ V1 =0,54m/s x1: Hệ số tổn thất ở cửa vào, với cửa vào thuận (theo bảng tra thuỷ lực x1=0,2,trường hợp mép trần ,thuận) ⇒ Z1 = 0,0029m hd: Tổn thất dọc đường ; hd = l. Trong đó: l Hệ số ma sát dọc đường tính theo công thức l = Với C = .R1/6 R = . w = 1.6 m2 c = b+2h = 4,2m ⇒ R = 0,381m⇒ C= 33,05(m0,5/s) ⇒ l = 0,072 ⇒ hd =0,009m vậy hw =0,0119m H0 = H0 -hw =7,13m Hệ số co hẹp đứng a phụ thuộc vào tỉ số . Xác định a theo phương pháp thử dần của Jucoxki -Tính F(tc) = Với Q = 0,864m3/s j = 0,95 bc = 1m Ho’ = 7,13m ⇒ F(tc) = 0,0477 Từ F(tc) = 0,0477 ⇒t = 0,611(theo phụ lục 16.1 bảng tra thuỷ lực) ⇒tc=0,0108(theo phụ lục 15.1bảng tra thuỷ lực) ⇒ hc =tc.Ho’ VớiHHH tc = 0,0108 Hc’ = 7,13 ⇒ hc = 0,077m. Mặt khác hc = a.a⇒ a=(với a=0,611). ⇒a =0,126m. 6.4.3. Kiểm tra trạng thái chảy trong cống. Nước chảy sẽ không sảy ra khi hai điều kiện sau được thoả mãn: hr <hk hr,hh’ Trong đó: hr : Độ sâu dòng chảy ở cuối dốc hh’ : Độ sâu liên hợp của dòng chảy ở hạ lưu tính toán 1.Vẽ đường mặt nước tìm độ sâu cuối cống hr. Định tính : Cần xác định hc, h0, hk. Độ sâu công trình hẹp sau van hc = 0,077m. Độ sâu phần dưới hk: tính với kênh chữ nhật. hk = Với: q = = 0,864m3 /s. a = 0,611 g = 9,81m2/s ⇒ hk = 0,3584m/s Độ sâu dòng chảy ho. Biết Q,bc,i tìm ho phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về mặt thuỷ lực + Tính f(Rln) = Với 4m0 =8,0 (bảng tra thuỷ lực khi m=0) I = 0,0045 Q =0,864m3/s ⇒ f(Rln) = 0,621 Tra phụ lục 8.1 bảng tra thuỷ lực ta có Rln = 0,306m + Lập tỷ số: =3,268m⇒ tra phụ lục 8.3 ta có = 2,472m ⇒ h0 = Rln() = 0,741m Với hc= 0,077m hk= 0,3584m h0=0,74m Vậy ta có hc <hk<h0 do đó dạng đường mặt nước trong ống là đường nước dòng Ci b. Định lượng : Xuất hiện từ mặt C-C vẽ về cuối cống . Mặt cắt C-C cách cửa van một đoạn l = 1,4a = 0,18m Dùng phương pháp cộng trực tiếp để xác định đường mặt nước với chiều dài tính toán đường mặt nước trong dốc nước đã trình bầy ở phần thiết kế tràn (kết quả tính toán thể hiện ở bảng 6.2). Bảng tính toán 6.2 kết quả tính toán đường mặt nước trong cống (C1) Từ kết quả như bảng tính trên ta nhận thấy ta nhận thấy hh<hk không thoả mãn ⇒ xảy ra nước chảy trong cống. 1.Xác định vị trí nước chảy trong cống và chiều dòng chảy sau nước chảy . Vận dụng về sự nối tiếp xét một đoạn cống có nước chảy trong cống. Trước nước chảy là một đoạn kênh chảy xiết theo đường C1 bắt đầu từ mặt cắt công trình hẹp có độ sâu ho đến mặt cắt 1.1 có độ sâu hc’, sau nước chảy là nước chảy êm theo đường b1 bắt đầu mặt cắt 2-2 có độ sâu h”’r và tận cùng của cửa ra có độ sâu hr=hh=1,03m Cách xác định vị trí nước chảy như sau: Vẽ đường mặt cắt C1 bắt đầu từ mặt cắt C-C có độ sâu co hẹp hc (bảng 6.2). Vẽ đường C1’’ liên hiệp với C1 (bằng cách lấy một số điểm trên đường C1 và tính ra độ sâu liên hiệp tương ứng ). -Lùi đường C1’’ về phía hạ lưu một đoạn bằng chiều dài nước chảy (Ln) tương ứng với độ sâu h0’’ được đường C1’’’ . Chi tiết tính toán ghi ở bảng 6.3. -Trong đó : h0 = -Chiều dài nước chảy tính theo cong thức kinh nghiệm của Saphoranet ln = 4,5.h’’0 l: là khoảng cách từ mặt cắt công trình hẹp C-C đến mặt cắt 1-1 có độ sâu h trước nước chảy tương ứng. Vẽ đường b1 bắt đầu từ cửa ra có độ sâu hr vẽ ngược về phái thuỷ lưu. Đường b1 cắt đường C’’’1 tại điểm S có độ sâu h’. Đố chính là độ sâu sau nước chảy có thể sảy ra trong cống. Trên đây là phương pháp tính toán nhưng do thời gian có hạn và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn ở đồ án này không trình bày cụ thể. ò6.5.Chọn cấu tạo chi tiết 6.5.1.Cửa vào, cửa ra. Yêu cầu của cửa vào và cửa ra là sự nối tiếp thuận với kênh thượng và hạ lưu Cống. Tường hướng dòng được bố trí theo hình thức mở rộng dần. Góc chụm của hai tường hướng dòng ở cửa vào là 20o, và cửa ra có bề rộng cống bằng bề rộng đáy kênh, các tường cánh được làm theo hình thức hạ thấp dần theo mái. Bể tiêu năng cấu tạo bố trí ở cửa ra của cống có chiều dài L = 7.0m chiều sâu d = 1.0m làm bằng bê tông cốt thép M200. Chiều dày bản đáy t=40cm, đáy có lỗ thoát nước, sau bể bố trí một đoạn kênh bảo vệ hạ lưu có chiều dài. Lss = 2,5.Lb =17,5m bằng đá xây có chiều dày bản đáy t = 30cm. 6.5.2 . Thân cống. 1.Mặt cắt. Cống hộp làm bằng bê tông cốt thép mác 200 để tại chỗ , mặt cắt ngang có kết cấu khung cứng các góc được vát kích thước 20.20cm để tránh ứng xuất tập trung, chiều dày thành cống chọn theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo, kích thước như hình vẽ. Hình 6.5: Mặt cắt ngang cống. 1.Phân đoạn cống . Do cống dài để tránh rạn nứt không đều ta bố trí các khe, nối chia cống thành từng đoạn, chiều dài mỗi đoạn là l= 15m tại khe nối đặt thiết bị chống rò rỉ nước được làm bằng Hình 6.6a: Khớp nối ngang. Hình 6.6b: Khớp nối đứng 2.Nối tiếp thân cống với nền. Cống được đổ trực tiếp lên một lớp bê tông dày 10cm. 3.Nối tiếp thân cống với đập. Dùng đất xét đập kỹ nện chặt thành một lớp bao quanh thân cống dài 0,8m cho đỉnh đập và 0,6m cho đáy cống và xung quanh chỗ nối cống và xung quanh tại chỗ nối tiếp các đoạn cống được làm gờ để nối tiếp với đất tốt hơn. Hình vẽ 6.5 6.5.3.Tháp van. Tháp van được bố trí ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại tháp van bố trí các van công tác và van sửa chữa, phía trên tháp có bố trí nhà để máy đóng mở và thao tác van. Chương Vii: Chuyên đề kỹ thuật tính toán kết cấu bể tiêu năng tràn ò7.1. Mục đích Xác định nội lực trong các bộ phận của bể tiêu năng tràn trong các trường hợp làm việc khác nhau, để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của kích thước của bể tiêu năng để chọn. ò7.2. Trường hợp tính toán. Khi tính toán kết cấu bể tiêu năng cần tính toán các trường hợp sau: -Trường hợp 1: Công trình mối thi công xong, trên bố trí tải trọng xe máy. -Trường hợp 2: Công trình mối xã lũ xong, đất sung quanh cón bão hoà nước. -Trường hợp 3: Hồ chứa nước ở MNDBT. -Trường hợp 4: Khi hồ xả lũ với lưu lượng thiết kế. -Trường hợp 5: Hồ xả nhanh suống hạ lưu. Tronh đồ án này tính với trường hợp1 với trường hợp 2 ò7.3. Các tài liệu cơ bản. 7.3.1 Vật liệu làm bể tiêu năng là BTCT M200. 1.Bê tông. Rn = 90kg/cm2. Rn = 11.5kg/cm2. Rk = 7.5kg/cm2. Eb = 240.10-2 kg/cm. 2.Cốt thép chịu lực: thép CT5 có: Ra =2700kg/cm2, Rkc = 2.1.106kg/cm2 N = = 8.75. 7.3.2. Đất đắp sau tường. Đất đắp lưng tường là đất có các chỉ tiêu cơ lý như sau: gk = 1.49(T/m3), W = 23%. gw = gk (1+W) = 1.833(T/m3), jw = 19o, CW = 0.28kg/cm2 = 2.8T/m2) n = 0.45, gbh = gk + ngn = 1.94(T/m2). gđn = gbh - gn = 0.94(T/m2). jbh = 17o, Cbh = 2.24(T/m2). Ka = tg2(45o - ) = 0.509, Ka’ = tg2(45o - ) = 0.548. 7.3.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu tính toán: công trình cấp 4 với: -Hệ số tin cậy Kn = 1.1. -Hệ số tổ hợp tải trọng: +Tổ hợp cơ bản: nc = 1.0. +Tổ hợp đặc biệt: nc = 1.0. +tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công: nc = 0.95. -Hệ số vượt tải. +Trọng lượng bản thân công trình: 1.05(0.95). +áp lực bên của đất:1.2. +áp lực thẳng đứng do trọng lượng của đất: 1.1(0.9). +áp lực thuỷ tĩnh, thấm:1.0 +Hoạt tải:1.1. -hệ số điều kiện làm việc: +Kết cấu có chiều dầy t = 60cm, mb3 = 1.15. +Kết cấu bê tông mb4 = 0.9. +Cốt thép( khi tính theo trạng thái giới hạn 1), ma = 1.1. ò7.4.tính toán kết cấu bể tiêu năng. Cấu tạo: Mặt cắt ngang tại bể có chiều rộng đáy b =8m (trong lòng) chiều cao h = 2.3m, chiều dày tường tđỉnh = 1.0m, tđáy = 1.0, chiều dày bản đáy: 0.8m 7.4.1tính toán nội lực. 1.trường hợp mới thi công xong trên bờ có áp lực xe máy. a.Lực tác dụng cho)1m dài). káp lực đất: Zo = . Trong đó: C = 2.8T/m2. gw = 1.833T/m2. Ka = 0.509. Thay số⇒Zo = 4.28m. vậy Zo >H do đó không cần xét áp lực đất. káp lực ngang do tải trọng xe(qx = 3T/m2)với chân tường: E2 = qx.Ka.H.n Với: Ka = 0.509 H = 2.3m n = 1.1 ⇒E2 = 4.215(T). káp lực đẩy từ nền do trọng lượng tường. Qn = . Trong đó: H = 2.3m. ttb = 0.7m. gbt = 2.5(T/m3). nt:Hệ số vượt tải trọng lượng bản thân công trình nt = 1.05 ⇒ qn = 0.97T/m. b.Nội lực: kmặt cắt chân tường: M = E2 ⇒M = 4.847(T). Q = E2 = 4.215(T). kMặt cắt bản đáy: M = 4.847(T) Q = qn = 3.88(T). kMặt cắt giữa bản đáy: M = 2.4.847 + qn = 1.934(Tm).(căng dưới). 2.Trường hợp mới xả lũ xong đất lưng tường bảo hoà nước. a.lực tác dụng cho 1m dài. -áp lực đất. Zo = . Trong đó: C = 2.24T/m2. gdn = 0.94T/m2. K’a = 0.548. Thay số⇒Zo = 6.438m. vậy Zo >H do đó không cần xét áp lực đất. káp lực ngang do tải trọng xe(qx = 1.2(T/m2)với chân tường: E2 = qx.K’a.H.n Với: K’a = 0.509 H = 2.3m n = 1.2 ⇒E2 = 1.815(T). káp lực nước khi đất bảo hoà nước. E3 = gnH2n với gn = 1(T/m3). E3 = 2.645(T). káp lực đảy từ nền do trọng lượng tường. qn = 0.97 + gn(H + t). với t = 0.8m ⇒ qn = 4.07(T/m). b.nội lực: kMặt cắt chân tường: M = E2 + E3 ⇒M = 4.115(T). Q = E2 + E3 = 4.46(T). kMặt cắt bản đáy: M = 4.115(T/m) Q = qn = 16.28(T). kMặt cắt giữa bản đáy: M = 2.4.115 + qn = -24.33(Tm).(căng trên). 3.Biểu đồ bao nội lực: kMặt cắt chân tường. M = 4.847(Tm). Q = 4.46(T). kMặt cát đầu bản đấy. M = 4.847(Tm). Q = 16.28(T). kMặt cát giữa bản đấy. M- = -24.33(Tm).căng trên M+ = 1.934(Tm).căng dưới. Q = 0 7.4.2 Tính toán cốt thép. 1.Mặt cắt chân tường: -h = 100cm, a = a’ = 5cm, ⇒ho = 95cm (chiều dày lớp bảo vệ),b = 100cm. Tính toán cốt thép theo cấu kiện chịu uốn với sơ đồ tính toán như sau: (Hình vẽ sơ đồ) theo công thức: A= . Trong đó: Kn = 1.1 Nc = 1.0. Mb = 1.15. Ho = 95cm. Mtt = 4847T/m = 4847000kg/cm ⇒ A= 0.057. ta có a = 1 - = 0.058 < ao = 0.65(tra phụ lục 11giáo trình BTCT). Từ đó ta tính được: Fa = b hoa = 19.20cm chọn Fa = 8f18 = 20.36cm2. Tính toán cốt xiên. Chỉ tính toán khi thoả mãn điều kiện: k1mb4Rkbho < knncQ (k1 = 0.6 lấy đối với trường hợp đối với dầm) thay số vào ta được: k1mb4Rkbho = 38.47. knncQ = 4.906 Như vậy k1mb4Rkbho > knncQ cho nên không cần đặt cốt xiên. Thép lớp trong (Cấu tạo). Chọn Fa’= 8f16 = 16.08 cm2. kKiểm tra nứt: Điều kiện không bị nứt là: ncMtc [ Mn = g1Rkc Wqđ. trong đố : Wqđ = :Momen chống uốn của tiết diện quy đổi. xn: chiều cao vùng nén. Xn = Thay số vào ta được: xn = 48.61cm. Jqđ = + nFa(ho - xn)2 + nFa’(xn- a’)2. Jqđ: Mô men quán tính của mặt cắt. Thay số vào ta được:Jqđ = 9003626.63cm4. ⇒Wqđ = 175201.92cm3. g1 = mhg mh = 0.9 + = 0.083 ⇒g1 = 1.72 Mn = 178091734(kg.cm) NcMc = 4.847(Tm). Vậy ncMc<Mn⇒kết cấu không bị nứt. 2.mặt cắt đầu bản đáy. -h = 80cm, a = a’ = 5cm, ⇒ho = 95cm (chiều dày lớp bảo vệ),b = 100cm. Tính toán cốt thép theo cấu kiện chịu uốn với sơ đồ tính toán như sau: theo công thức: A= . Trong đó: Kn = 1.1 nc = 1.0. mb = 1.15. ho = 95cm. Mtt = 4847T/m = 4847000kg/cm ⇒ A= 0.009. ta có a = 1 - = 0.009 < ao(tra phụ lục 11giáo trình BTCT). Từ đó ta tính được: Fa = b hoa = 2.35cm chọn Fa = 4f9 = 2.54cm2. Tính toán cốt xiên. Chỉ tính toán khi thoả mãn điều kiện: 0.6.m4Rk < dt = thay số vào ta được: k1m4Rk =2.65 dt = 4.05 Như vậy k1mbRk <dt cho nên không cần đặt cốt xiên. Thép lớp trong (Cấu tạo). Chọn Fa’= 4f9 = 2.54cm2. kKiểm tra nứt: Điều kiện không bị nứt là: ncMtc [ Mn = g1Rkc Wqđ. trong đố : Wqđ = :Momen chống uốn của tiết diện quy đổi. xn: chiều cao vùng nén. Xn = Thay số vào ta được: xn = 39.94cm. Jqđ = + nFa(ho - xn)2 + nFa’(xn- a’)2. Jqđ: Mô men quán tính của mặt cắt. Thay số vào ta được:Jqđ = 4321146.8cm4. ⇒Wqđ = 107866.86cm3. g1 = mhg mh = 0.9 + = 0.083 ⇒g1 = 1.79 Mn = 22220439.3(kg.cm) NcMc = 508935(Kg.cm). Vậy ncMc<Mn⇒kết cấu không bị nứt. 3.Mặt cắt giữa bản đaý. -h = 80cm, a = a’ = 5cm, ⇒ho = 75cm (chiều dày lớp bảo vệ),b = 100cm. Tính toán cốt thép theo cấu kiện chịu uốn với sơ đồ tính toán như sau: theo công thức: A= . Trong đó: Kn = 1.1 nc = 1.0. mb = 1.15. ho = 95cm. Mtt = 4847T/m = 4847000kg/cm ⇒ A= 0.092. ta có a = 1 - = 0.092 < ao(tra phụ lục 11giáo trình BTCT). Từ đó ta tính được: Fa = b hoa = 24.04cm chọn Fa = 8f320 = 25.13cm2. Tính toán cốt xiên. Chỉ tính toán khi thoả mãn điều kiện: 0.6.m4Rk < dt = thay số vào ta được: k1m4Rk =2.65 dt = 4.05 Như vậy k1mbRk <dt cho nên không cần đặt cốt xiên. Thép lớp trong (Cấu tạo). Chọn Fa’= 8f20 = 25.13cm2. kKiểm tra nứt: Điều kiện không bị nứt là: ncMtc [ Mn = g1Rkc Wqđ. trong đố : Wqđ = :Momen chống uốn của tiết diện quy đổi. xn: chiều cao vùng nén. Xn = Thay số vào ta được: xn = 40cm. Jqđ = + nFa(ho - xn)2 + nFa’(xn- a’)2. Jqđ: Mô men quán tính của mặt cắt. Thay số vào ta được:Jqđ = 4805390cm4. ⇒Wqđ = 120134.76cm3. g1 = mhg mh = 0.9 + = 0.083 ⇒g1 = 1.79 Mn = 2572974(kg.cm) NcMc =2554650(Kg.cm). Vậy ncMc<Mn⇒kết cấu không bị nứt. Kết luận Trong thời gian 14 tuần thiết kế đồ án tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thuỷ Công và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Chiến đã trực tiếp hướng dẫn, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn với đề tài là Thiết kế hồ chứa Suối Các thuộc xã Hoà Hiệp huyện Xuyên Mộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Trong thời gian làm tốt nghiệp em cố gắng học hỏi các thầy giáo, bạn bè cùng lớp. Đã đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đồ án tốt nghiệp. Điều đó đã giúp em tổng hợp, hệ thống lại những kiến thức mà các thầy cô giáo đã truyền đạt trong 5 năm học tại trường. Giúp em hiểu sâu hơn nắm vững hơn kiến thức cơ bản về kỹ thuật thuỷ lợi. Nhưng do thời gian có hạn trình độ,kinh nghiệm còn hạn chế, nên bản thiết kế đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết. Em rất mong được các thầy chỉ bảo thêm để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình đồng thời giúp em tránh những sai sót trong quá trình công tác sau này. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong trường. Cảm ơn tổ môn thuỷ công đặc biệt em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo Nguyễn Chiến đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Em xin kính chúc các thầy mạnh khoẻ hạnh phúc. tài liệu tham khảo 1. Giáo trình thuỷ công tập I và tập II. 2. Các ví dụ tính toán thiết kế cống đồng bằng 3. Quy phạm thiết kế cống. 4. Sách tính toán nền các loại công trình thuỷ lợi. 5. Giáo trình nền và móng. 6. Giáo trình cơ học đất. 7. Giáo trình thuỷ lực tập I và tập II. 8. Giáo trình bê tông cốt thép. 9. Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi tập I, tập II và tập IV. 10. Giáo trình kết cấu thép Giáo trình kết cấu công trình. Thiết kế cống 13. Các tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 50-60-90 TCVN 4118-85 QPTL C1-78 QPTL C8-76 TCVN 4116-85 TCVN 4253-86 TCXDVN 285-2001 Quy trình thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình thuỷ công. End.