Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 4: Cống ngầm dưới đê, đập - TS. Nguyễn Chiến

Nội dung text: Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 4: Cống ngầm dưới đê, đập - TS. Nguyễn Chiến

1. CHƯƠNG 4. CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP 4-1. Tổng quát I- Khái niệm *Vị trí: đặt dưới đê, đập (có đất đắp bao quanh). *Công dụng: - Lấy nước từ sông hồ; chuyển nước cho trạm TĐ, tưới, cấp nước. - Tháo lũ, tháo nước thừa, tháo bùn cát. - Dẫn dòng thi công. 1
2. II. Phân loại cống ngầm. 1- Theo VLXD: Ống sành, BT, BTCT, ống kim loại. 2- Theo hình dạng kết cấu: Cống tròn, cống hộp, cống vòm. a) b) c) 70 6.0 1.5 1.2 570 1.5 3.5 450 6.5 3.5 1.5 0.8 70 450 70 50 Các hình thức mặt cắt cống ngầm 590 2
3. 3- Theo cách bố trí: - Đặt trực tiếp lên nền. - Đặt trong hành lang. (Sử dụng hành lang để dẫn dòng thi công). 4- Theo hình thức lấy nước: a) Lấy nước kiểu tháp (phổ biến nhất). Các loại tháp lấy nước 3
4. a) Lấy nước kiểu tháp (tiếp). ➢ Bố trí: - làm tháp kiểu kín. - Trong tháp có van công tác và van sửa chữa. - Máy đóng mở đặt trong nhà tháp. ➢ Ưu điểm: có thể thao tác van, kiểm tra sửa chữa cống trong mọi điều kiện. ➢ Nhược điểm: tốn nhiều vật liệu. ➢ Vị trí đặt tháp: ở phần đầu cống. - Vị trí 1: ngay đầu cống (chân mái đập). - Vị trí 2: đỉnh mái đập. - Vị trí 3: khoảng giữa mái (thường dùng nhất). 4
5. Hồ Đền Sóc 5
6. Hồ Cam Ranh 6
7. Hồ A Yun Hạ 7
8. HỒ CHỨA NƯỚC CÀ GIÂY - HUYỆN BẮC BÌNH TỈNH BÌNH THUẬN 8
9. b) Lấy nước kiểu cầu cảng (dàn kéo). 9
10. b) Lấy nước kiểu cầu cảng (tiếp). ➢ Đặc điểm: - Van bố trí ngay đầu cống. - Dàn van không kín => chỉ có thể kiểm tra, sửa chữa cửa van khi mực nước TL thấp. ➢ Áp dụng: hồ nhỏ, chiều sâu nước < 7m. c) Đặt van khống chế ở hạ lưu. ➢ Bố trí: + Cống vừa và nhỏ: cả van công tác và van sửa chữa đều đặt ở cuối cống. Loại van: van đĩa, van khoá. + Cống lớn: - Van công tác: đặt cuối cống (van côn). - Van sửa chữa: thường đặt trong tháp. 10
11. c) Đặt van khống chế ở hạ lưu (tiếp). ➢ Ưu điểm: - Luôn tạo được dòng chảy có áp trong cống. - Van CT ở hạ lưu => không cần làm cầu công tác. ➢ Ứng dụng: cống tròn bằng thép, thép bọc BT.  11
12. d) Các sơ đồ lấy nước khác (ít dùng): ➢ Kiểu cửa kéo nghiêng: ➢ Kiểu ống nghiêng. 12
13. 4.2. Tính toán thuỷ lực cống ngầm. I- Cống ngầm có van đặt trong tháp. 1- Tính khẩu diện: a) Trường hợp: - Thượng lưu là mực nước thấp; van mở hoàn toàn để tháo lưu lượng Qtk;  - Cống chảy không áp.  b) Sơ đồ tính toán. d 13
14. 1- Tính khẩu diện (tiếp): c) Phương pháp tính: (cống có mặt cắt chữ nhật) - Giả thiết bề rộng cống b. - Xác định tổng tổn thất cột nước qua cống (Ztt), bao gồm: v2 + Các tổn thất cục bộ: Z =   ; i i 2g + Tổn thất dọc đường: Zdđ = iL; (coi dòng chảy trong cống là đều). - Vẽ quan hệ Ztt ~ b. - Khống chế: Ztt = ΔZcp => tìm được bề rộng yêu cầu (by/c). ΔZcp = MNC - MNKC. MNKC: mực nước khống chế đầu kênh hạ lưu. 14
15. 1- Tính khẩu diện (tiếp): c) Chọn mặt cắt: ➢ Chiều rộng: - Theo yêu cầu lấy nước: b ≥ by/c. - Theo điều kiện thi công, cấu tạo: Thường b ≥ 0,8 m; ➢ Chiều cao: - Theo yêu cầu lấy nước: H = h1 + δ; h1 - độ sâu nước trong cống (trường hợp tính toán); δ - độ lưu không (δ ≥ 0,5 m). - Theo điều kiện thi công, cấu tạo: Thường H ≥ 1,6 m; 15
16. 2- Kiểm tra trạng thái chảy và tính tiêu năng: a) Trường hợp: Khi MNTL cao, van mở 1 phần. b) Xác đinh độ mở cống a. Sơ đồ: chảy tự do qua lỗ: Q = ab H'o − a; = f (a / H'o ) H’ - cột nước toàn phần tại mặt cắt trước van. o 16
17. c) Kiểm tra chảy trong cống: + Vẽ đường mặt nước: xuất phát từ mặt cắt C-C có độ sâu hc= αa. Đến khi đạt h = hk => chiều dài phân giới Lk. + Nếu Lk ≤ L1: có nước nhảy trong cống. + Nếu Lk > L1 => xác định hr (với L=L1). - Nếu hr ≤ h’h: không có nước nhảy trong cống - Nếu hr > h’h : có nước nhảy trong cống => cần xác định vị trí, độ sâu sau nước nhảy, khống chế h” Cần xác định db, Lb, Ls. 17
18. II- Cống lấy nước có áp (có van ở hạ lưu). 1- Tính khẩu diện: ➢ Trường hợp: mực nước hồ thấp; van mở hoàn toàn, cống chảy có áp. ➢ Công thức: Q =  2g Zo V2 Z = Z + 0 0 2g Z = ZTL − ZHL 1  = 2 2 K h + i Ki   K h = K =  i h i 18
19. ⚫ Phương pháp giải: đúng dần ⚫ Giả thiết D, tính , Q ⚫ So sánh Q và QTK ⚫ 2- Kiểm tra điều kiện chảy có áp ⚫ Trần cửa vào ngập dưới MNTL ⚫ Thỏa mãn điều kiện: vv Zv  Z 1  = 2 1+  j K j  K = v j  j 20
20. 3- Tính toán nối tiếp và tiêu năng: ➢ Trường hợp: mực nước hồ cao, van mở 1 phần. ➢ Tính toán độ mở: tuỳ theo loại van. ➢ Tính tiêu năng: phụ thuộc hình thức buồng TN. + Van côn: buồng tiêu năng sau van côn. + Van đĩa, van khoá: - Buồng va đập. - Tiêu năng kiểu giếng. 21
21. ⚫ a) Tiêu năng kiểu giếng  22
22. ⚫ Độ sâu đào bể (giếng): '' dbê = n .hc − (h h + Zr ) 2 2 q q Zr = − '' nhh 2g σn hC 2g ⚫ h’’c – tính với cột nước toàn phần Eo V2 E0 = Z cuối cống - Zđay HL + + d 2g b ⚫ Chiều dài bể: Lb = L1 + .Ln 23
23. ⚫ b) Tiêu năng kiểu tường va đập Hình 4-10. Sơ đồ buồng tiêu năng kiểu va đập và các kích thước tiêu chuẩn 24
24. ⚫ c) Buồng tiêu năng sau van côn ⚫ Tham khảo 14TCN 197-2006 25
25. 4.3. Tính toán kết cấu cống ngầm. I- Tính theo phương ngang (bài toán phẳng). Cắt 1 đoạn cống có L=1m => kết cấu khung kín. 1- Các lực tác dụng: a) Áp lực đất trên đỉnh: q=kt·∑γi·Zi; kt = f(H/B): tra đồ thị. H - chiều cao đất đắp hố móng trên đỉnh cống; B - chiều rộng trung bình của hố móng. 26
26. 1- Các lực tác dụng (tiếp): b) Áp lực đất 2 bên: theo áp lực chủ động. 2 o pi = qi·tg (45 -φi/2). c) Áp lực nước bên ngoài và bên trong (nếu có): Theo áp lực thuỷ tĩnh. d) Trọng lượng bản thân: - Tấm đỉnh, đáy: q phân bố theo chiều rộng cống. - Tấm bên: q5 phân bố trên thanh thẳng đứng; có thể đưa về lực tập trung: P1 = γ1·t·Ho; - Cống tròn: q phân bố trên toàn chu vi. 27
27. 1- Các lực tác dụng (tiếp): e) Phản lực nền: (qn) Xác định theo điều kiện cân bằng ∑Y=0. - thường qn phân bố không đều. - Sơ bộ có thể coi qn là đều: G qn = ; Bo ∑G - tổng (đại số) các lực thẳng đứng. g) Các lực khác (tuỳ từng trường hợp để xét): - Tải trọng máy móc, thiết bị. - Lực đo động đất. - Lực do bêtông co ngót. 28
28. 1- Các lực tác dụng (tiếp): Sơ đồ lực cuối cùng. 29
29. 2- Tính toán nội lực (M, N, Q): Bài toán cơ học kết cấu (khung hay vòng kín). - Giải trực tiếp. - Tra bảng. - Sử dụng phần mềm (VD: SAP 2000). 3- Tính toán cốt thép phương ngang (M, N, Q): Mặt cắt tính toán: giữa thanh, đầu thanh. Sơ đồ tính toán: nén lệch tâm. II- Tính toán kết cấu phương dọc. ➢ Đối tượng: tính cho từng đoạn cống độc lập. ➢ Sơ đồ: dầm trên nền đàn hồi. ➢ Nội dung: xác định ngoại lực, nội lực (M, Q), tính toán và bố trí thép phương dọc. 30
30. 4.4. Một số cấu tạo chi tiết. I- Bộ phận cửa vào, cửa ra. ➢ Chức năng: nối tiếp thân cống với mái đập; hướng dòng chảy vào, ra cho thuận. ➢ Hình thức bố trí: Tường cánh mở rộng dần về thượng, hạ lưu. Trục tường: thẳng, cong; Chiều cao tường: hạ thấp dần theo mái đập. a) b) R 31
31. II- Phân đoạn cống bằng khớp mềm. 1- Mục đích:- Khớp giãn nhiệt. - Chống nứt cống khi lún không đều giữa các đoạn. 2- Kết cấu khớp mềm: ➢ Cống nhỏ, ít quan trọng: khớp dây thừng. ➢ Cống lớn, vừa: khớp kim loại Đặc điểm: có tấm kim loại chống rò nước; Phân biệt cấu tạo khớp nối tấm ngang và tấm đứng. 1 a) b) 4 2 4 c) 3 32 3