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

1CHƯƠNG 4. CỐNG NGẦM DƯỚI ĐÊ, ĐẬP4-1. Tổng quátI- 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.2II. 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.Các hình thức mặt cắt cống ngầm 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 4a) 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).5Hồ Đền Sóc6Hồ Cam Ranh7Hồ A Yun Hạ8HỒ CHỨA NƯỚC CÀ GIÂY - HUYỆN BẮC BÌNH TỈNH BÌNH THUẬN9b) Lấy nước kiểu cầu cảng (dàn kéo).10b) 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 không cần làm cầu công tác.Ứng dụng: cống tròn bằng thép, thép bọc BT.12d) Các sơ đồ lấy nước khác (ít dùng):Kiểu cửa kéo nghiêng:Kiểu ống nghiêng.134.2. 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.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: + Các tổn thất cục bộ: + 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.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;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: H’o - cột nước toàn phần tại mặt cắt trước van.17c) 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.18II- 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: 1920Phương pháp giải: đúng dầnGiả thiết D, tính So sánh Q và 2- Kiểm tra điều kiện chảy có ápTrần cửa vào ngập dưới MNTLThỏa mãn điều kiện:213- 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.22a) Tiêu năng kiểu giếng23Độ sâu đào bể (giếng):h’’c – tính với cột nước toàn phần EoChiều dài bể:E0 = Z cuối cống - Zđay HL +24b) Tiêu năng kiểu tường va đậpHình 4-10. Sơ đồ buồng tiêu năng kiểu va đập và các kích thước tiêu chuẩn25c) Buồng tiêu năng sau van cônTham khảo 14TCN 197-2006264.3. 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.27 1- Các lực tác dụng (tiếp):b) Áp lực đất 2 bên: theo áp lực chủ động. pi = qi·tg2(45o-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.28 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 - 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.29 1- Các lực tác dụng (tiếp): Sơ đồ lực cuối cùng.30 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.314.4. 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.32II- 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.