Đồ án: Thiết kế cống lộ thiên

Trang 0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI CƠ SỞ II
BỘ MÔN THUỶ CÔNG








ĐỒ ÁN MÔN HỌC SỐ 5 :

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

A.TÀI LIÊU ( Cống B ):
I. Nhiệm vụ :
Cống B xây dựng ven sông Y ( vùng chịu ảnh hưởng của thủy 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.
II. Các lưu lượng và mực nước thiết kế :
Bảng : Lưu lượng và các mực nước thiết kế.
Trường hợp

Tiêu nước Ngăn triều
Chỉ tiêu

Đề số
max
tieâu
Q

(m
3
/s)
khoángcheá
ñoàng
Z

(m)
TK
soâng
Z

(m)
min
soâng
Z

(m)
max
soâng
Z
(m)

min
ñoàng
Z

(m)
41
82 3,78 3,62 0.2 6.55 1.2

III. Tài liệu về kênh tiêu :
- Z
đáy kênh
= -1,00 (m).
- Độ dốc mái m = 1,5.

- Độ dốc đáy i = 10
-4
.
- Độ nhám n = 0,025.
IV. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng :
Tài liệu về gió
GVHD: Lê Trung Thành
Sinh viên : Trịnh Xuân Nhật Lai
Lớp : S3-K42C
Đề số : 41
s L






Trang 1
Tần suất P%
2 3 5 20 30 50
v (m/s)
28,0 26,0 22,0 18,0 16,0 14,0
Chiều dài truyền sóng
Trường hợp

Z
s
ô
ng b
ì

nh th
ư
ờ
ng

Z
s
ô
ng max

D (m)
200 300

V. Tài liệu địa chất :
- Đất thịt từ cao độ +1,00 đến –1,00
- Đất cát pha từ –1,00 đến –20,00
- Đất sét từ –20,00 đến –40,00

Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống.
Loại đất

Chỉ tiêu Đất thịt Đất cát pha

Đất sét
k (T/m
3
)
1,47 1,52 1,41
m (T/m
3

)
1,70 1,75 1,69
Độ rỗng n
0,40 0,38 0,45

tn
(độ)
19 23 12

bh
(độ)
16 18 10
C
tn
(T/m
2
)
1,50 0,50 3,50
C
bh
(T/m
2
)
1,00 0,30 2,50
K
t
(m/s)
4.10
-8
2.10

-8
1.10
-8

Hệ số rỗng e
0,67 0,61 0,82
Hệ số nén a (m
2
N)
2,20 2,00 2,30
Hệ số không đều 
8 9 7
VI. Thời gian thi công : 2 năm.
B.YÊU CẦU ĐỒ ÁN :
1. Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.
2. Tính toán Thủy Lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.
3. Chọn cấu tạo các bộ phận cống.
4. Tính toán thấm và ổn định cống.
5. Chuyên đề : tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.
6. Bản vẽ : 1-2 bản vẽ khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng hạ
lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.
1.GIỚI THIỆU CHUNG.
I. Vị trí, nhiệm vụ công trình :
Cống B xây dựng ven sông Y ( vùng chịu ảnh hưởng của thủy 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.
II. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :
1 Cấp công trình : (xác định theo TCVN 5060-90) dựa vào 2 điều kiện :
- Chiều cao công trình , sơ bộ có thề xác định :

Trang 2
01045201556 ,,),(,dZZH
day
song
max

(m)
d : độ vượt cao an toàn d = 1,5  3,0 (m).
 tra theo TCVN 5060-90 so với đối tượng là đập bê tông trên nền đất ta được cấp công trình :
cấp IV.
- Nhiệm vụ công trình : tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt với diện tích tiêu 30.000 ha 
tra bảng P1-2 ta được cấp công trình : cấp III ( thuộc công trình chủ yếu ).
2 Các chỉ tiêu thiết kế : Dựa vào cấp công trình xác định được :
- Tần suất lưu lượng : P = 1 % ( bảng P1-3 Giáo trình Thủy Công )
- Mức bảo đảm của vận tốc gió lớn nhất đối với công trình : P = 3 % ( bảng P2-1 GTTC )
 v
max
= 26,0 (m/s)
- Mức bảo đảm của vận tốc gió bình quân : P = 30 % ( bảng P2-1 GTTC )
 v
max
= 16,0 (m/s)
- Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác :
- Hệ số vượt tải : n = 1,00 ( bảng P1-4 GTTC ứng với Công trình chịu Aùp lực nước tĩnh,
áp lực sóng, áp lực thấm ngược ).
- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1,0 ( bảng P1-5 GTTC ứng với Công trình bê tông trên
nền đất )
- Hệ số tin cậy : K
n
= 1,15 ( bảng P1-6 GTTC )

2 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG.

Mục đích : xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng.

I. Tính toán kênh thượng hạ lưu :
a. Kênh hạ lưu : theo tài liệu về kênh hạ lưu :
- Cao trình đáy : Z
đáy kênh
= -1,00 (m)
- Cao trình mực nước thiết kế : Z
sông
TK
= 3,42 (m)
 Độ sâu nước trong kênh hạ lưu : h = Z
sông
TK
– Z
đáy kênh
= 3,42 – (-1,00) = 4,42 (m)
- Độ dốc mái : m = 1,5  tra Phụ lục 8 -1 Bảng tra Thủy lực ta được 4m
0
= 8,424
- Độ nhám : n = 0,025
- Độ dốc đáy : i = 10
-4
- Q
tiêu
max
= 82 (m
3

/s)
Ta tính
 
00103
0
82
104248
4
4
0
,
.,
Q
i.m
Rf
ln



Tra PL 8 -1 Bảng tra Thủy lực ứng với n = 0,025  R
ln
= 3,3 (m)
Từ đó tính được
41
33
624
,
,
,
R

h
ln


Tra PL 8 -3 Bảng tra Thủy lực ứng với m = 1,5
Ta được
074,
R
b
ln

 b = 4,07.R
ln
=4,07.3,3 = 13.431 (m)

13.4 (m)
b. Kênh thượng lưu : tính toán tương tự :
- Cao trình mực nước đồng khống chế :
783,Z
khongche
dong

(m)
 Độ sâu nước trong kênh thượngï lưu : h
TL
= 3,78 – (-1,00) = 4,78 (m)
- Các thông số kênh : m = 1,5 (  4m
0
= 8,424 ); n = 0,025; i = 10
-4

; Q
tiêu
max
= 82 (m
3
/s)
Tính
 
00103
0
82
104248
4
4
0
,
.,
Q
i.m
Rf
ln



Tra PL 8 -1 Bảng tra Thủy lực ứng với n = 0,025  R
ln
= 3,3 (m)
Từ đó tính được
4481
33

784
.
,
,
R
h
ln
TL



Trang 3
H
P
h
h
n
P
1
Z
hp
h
h
Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng
Tra PL 8 -3 Bảng tra Thủy lực ứng với m = 1,5
Ta được
813.
R
b
ln


 b = 3.81.R
ln
=3.81.3,3 = 12.57 (m)

13,6 (m)
II. Tính tốn khẩu diện cống :
1. Trường hợp tính tốn :
- Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu :
160623783 ,,,ZZZ
TK
song
khongche
dong

(m)
- Lưu lượng tháo thiết kế : Q
tk
= 82 (m
3
/s)
2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :
a.Cao trình ngưỡng : Có thể chọn bằng hoặc cao hơn đáy kênh. Nói chung đối với cống tiêu
và cống lấy nước tưới khi chênh lệch mực nước khống chế nhỏ, nên chọn ngưỡng thấp để
tăng khả năng tháo (có thể chọn ngưỡng cống ngang với đáy kênh thượng lưu).
Ở trường hợp bài tốn ta chọn : Z
ngưỡng
= Z
đáy kênh
= -1,00 (m)

b. Hình thức ngưỡng : Vì ngưỡng thấp nên ta chọn hình thức ngưỡng có dạng đập tràn đỉnh
rộng.
3. Xác định bề rộng cống : ta có sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng











a. Định trạng thái chảy :
Theo QPTL C8-76, đập chảy ngập khi h
n
>nH
0
. trong đó h
n
= h
h
– P
1
( như hình vẽ )
7841783 ,)(,ZZH
day
khongche
dong


(m)

8184
8192
784784515712
82
784
2
2
2
0
0
.
,.
,).,.,.(
,
g.
V.
HH 












(m)
n – hệ số, sơ bộ có thể lấy 0,75

n

(0,83 – 0,87)
Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, thường xảy ra chảy ngập. Độ cao hồi phục
Z
hp
thường nhỏ, có thể bỏ qua, khi đó lấy h = h
h
= 4,62 (m)
b. Tính bề rộng cống

b
: từ cơng thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập :
).(2
0
hHghbQ
gn




Trong đó :

n
- Hệ số lưu tốc, lấy theo trị số của hệ số lưu lượng m (tra bảng của Cumin - QPTL
C8 – 76)


g
– Hệ số co hẹp bên 
g
= 0,5
0
+ 0,5
Sơ bộ có thể định trước e
0
(trong khoảng 0,95 - 1)
Trình tự xác định khẩu diện cống như sau :
- Định trước 
n
, 
g
( từ m và 
0
), thay vào cơng thức tính Q, xác định được

b

- Tiến hành phân khoang và chọn mố.

Trang 4
- Tính lại 
n
và 
g
theo trị số của m và 
0





db
b
0

với

d
- Tổng chiều dày các mố.
m – phụ thuộc chiều cao ngưỡng P, độ co hẹp
b
db

và dạng mố, tra theo các bảng của
Cumin.
Thay vị trí mới của 
n
và 
g
vào công thức tính Q để tính lại

b
. Cuối cùng kiểm tra
lại trang thái chảy đã tính ở trên.
Tính toán khẩu diện cống :
Tính lần 1 :

- Giả thiết 
n
= 0,96
- Giả thiết 
0
= 0.97  
g
= 0,5.
0
+ 0,5 = 0,5.0.97 + 0,5 = 0,985
- Có Q = 82 (m
3
/s); h = 4,62 (m); H
0
= 4,818 (m)

5239
624818481926249850960
82
2
0
.
),,.(, ,.,.,)hH.(g.h
Q
b
gn








(m)
Sơ bộ ta chọn 2 khoang n = 2, mỗi khoang rộng b = 4,76 (m), mố trụ dày 1 (m), mố bên
dày 0,5 (m)
Tính lần 2 :
- Hệ số ngập 
n
= 0,974 ( Tra bảng 14-13 Bảnng tra Thủy lực )
-
8050
50215239
5239
0
,
),*(.
.
db
b









 

g
= 0,5.
0
+ 0,5 = 0,5.0,805+0,5 = 0,903

2410
6248184819262490309740
82
2
0
.
),,.(, ,.,.,)hH.(g.h
Q
b
gn







(m)
Vậy : ta chọn

b
= 11 (m) chia làm 2 khoang với mố trụ dày 1 (m), mố bên dày 0,5 (m)
Kiểm tra trạng thái chảy :
- h
n

= h
h
– P
1
= 4,62 (m)
- Chọn n = 0,87
 h
n
= 4,62 (m) > n.H
0
= 0,87.4,818 = 4,19 (m)
 Vậy đập chảy ngập như đã định ở trên.
III. Tiêu năng phòng xói :
1. Trường hợp tính toán : (trường hợp cống tiêu vùng triều)
Trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất ( chân triều ); ở phía đồng là mực nước đã
khống chế. Trường hợp này thường tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống
có thể lớn hơn lưu lượng thiết kế. Tuy nhiên chế độ đó không duy trì trong một thời gian dài.
- Mực nước phía đồng (thượng lưu):
khoángcheá
ñoàng
Z
=3,78 (m)  H = 3,78 - (-1,0) = 4,78 (m)
- Mực nước phía sông (hạ lưu):

min
soâng
Z
=-0,2 (m)  h
h
= 0.2 – (-1,0) = 1.2 (m)

2. Lưu lượng tính toán tiêu năng :
Vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc lưu lượng lưu
lượng tháo qua cống. Khi đó Q
tt
là khả năng tháo lớn nhất ứng với mực nước tính toán đã chọn
ở trên. Ta chọn Q
tt
= Q
tiêu
max
= 82 (m
3
/s)
Khi đó ta xác định độ mở cống a theo công thức :

Trang 5



cc
hHg h.b Q 

0
2

Trong đó : h
c
= .a với  - hệ số co hẹp đứng ; a - độ mở của cống.
Lưu lượng đơn vị qua cống :
467

11
82
.
b
Q
q 

(m)
Năng lượng đơn vị : E
0
= H
0
= 4,818 (m)
Ta xác định độ mở cống a như sau :
Tính :
 
 
740
8184950
467
2
3
2
3
0
,
),.(,
.
E.
q

F
c




Tra PL 16-1 Bảng tra Thủy lực ta được :

4162428102910 ,,.,a,
H
a

(m)

90818418801880
0
.,.,E.h,
ccc


(m)
153818465406540
0
.,.,E.h,
''
c
''
c
''
c



(m)
Vậy : độ mở cống là a = 1,4 (m)
Ta thấy h
h
= 1.2 (m) < h
c
''
= 3,15 (m) do đó có nước nhảy phóng xa.
3. Tính toán kích thước thiết bị tiêu năng :
a. Chọn biện pháp tiêu năng :
Với cống trên nền đất, ta chọn biện pháp đào bể tiêu năng.
b. Tính toán kích thước bể :
Chiều sâu bể :


2
''
. Zhhd
hc



Ta xác định chiều sâu bể tiêu năng theo phương pháp thử dần :
Giả thiết 1221153051
0
,,,.,hh.d
h
''

c


(m)
Ta có :E
0
' = E
0
+ d
0
= 4,818 + 2,1 = 6,93 (m)

 
450
93690
467
23
2
3
0
,
),.(,
,
E.
q
F
'
c






Tra PL 15-1 Bảng tra Thủy lực ta được :
43393649504950
0
,,.,E.h,
'''
c
''
c
''
c


(m)
Diện tích mặt cắt ướt cuối bể :
224312433051 ,.,.,b.h.
b
''
cb


(m
2
)
với
120111 

,bbb

moátruï
b
(m)
Diện tíchc mặtt cắt ướt ở hạ lưu sau bể :

31821215143113 ,,).,.,.(h).h.mb(
hhhh


(m
2
)
Độ lệch mực nước ở cửa ra của bể :

820
2243
1
2181
1
8192
8211
2
222
2
222
2
2
,
,,.
,.

.
g.
Q
Z
bhn




















(m)
Lần 1 :





8182021433051
2
,,,,.,Zhh.d
h
''
c


(m)
Ta tính lại : E
0
'
= E
0
+ d = 4,818 + 1,8 = 6,63 (m)

 
4800
63690
467
23
2
3
0
,
,.,
,
E.
q

F
'
c




Tra PL 15-1 Bảng tra Thủy lực ta được :
4336365421054210
0
,,.,E.h,
'''
c
''
c
''
c


(m)

Trang 6
Diện tích mặt cắt ướt cuối bể :
104211433051 ,.,.,b.h.
b
''
cb


(m

2
)
Độ lệch mực nước ở cửa ra của bể :

830
1042
1
3181
1
8192
8211
2
222
2
222
2
2
,
,,.
,.
.
g.
Q
Z
bhn





















(m)
Lần 2 :




88183021433051
2
,,.,.,Zhh.d
h
''
c


(m)

Ta tính lại : E
0
'
= E
0
+ d = 4,818 + 1,88 = 6,706 (m)

 
4810
706690
467
23
2
3
0
,
,.,
,
E.
q
F
'
c




Tra PL 15-1 Bảng tra Thủy lực ta được :
730706610801080
0

,,.,E.h,
'
ccc


(m)
383706650405040
0
,,.,E.h,
'''
c
''
c
''
c


(m)
Diện tích mặt cắt ướt cuối bể :
594212383051 ,.,.,b.h.
b
''
cb


(m
2
)
Độ lệch mực nước ở cửa ra của bể :

8340
5942
1
2181
1
8192
8211
2
222
2
222
2
2
,
,,.
,.
.
g.
Q
Z
bhn





















(m)
Lần 3 :




521834021283051
2
,,,,.,Zhh.d
h
''
c


(m)
Vậy : ta chọn chiều sâu bể tiêu năng là d = 1,74 (m)
Chiều dài bể tiêu năng: L
b
= L

1
+ .L
n
Trong đó : L
1
- chiều dài từ ngưỡng xuống sân tiêu năng, có thể tính theo Trectôuxốp :

)h.,P.(h.L
kk
3502
1


với
21238184
3
2
3
2
0
,,.Hh
k

(m)
P - chiều cao ngưỡng cống so với bể. P = 1,35 (m)
L
n
- chiều dài nước nhảy, có thể tính theo công thức kinh nghiệm ;
L
n

= (4,5 - 5,0 ).(h
c
''
- h
c
) = 4,5.( 3,38 - 0,73 ) = 11,95 (m)
chọn L
n
= 12 (m)
b - hệ số, có thể lấy bằng 0,7 - 0,8
Tính được :
645212335035121232
1
,),.,,.(,.L 
(m)
Vậy : L
b
= 5,64 + 12 = 17,64 (m) ta chọn L
b
= 18 (m)
IV. BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG.
I. Thân cống : bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận trên đó.
1. Cửa van : có thể chọn van phẳng hay van cung. Van cung thích hợp khi kích thước lỗ cống
lớn; van phẳng hay dùng với các lỗ cống nhỏ hơn; Trong thực thế thường phải thông qua so sánh
kinh tế – kĩ thuật để chọn phương án hợp lý. Trường hợp bài toán ta chọn cửa van phẳng.
2. Tường ngực : bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.
1. Các giới hạn của tường ngực :
- Cao trình đáy tường ngực :

δZttZ

dt


Trong đó : Z
tt
– mực nước tính toán khẩu diện cống, tức cần đảm bảo với trường hợp
này, khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống phải là không áp
Z
tt
=
khoángcheá
ñoàng
Z
= 3,78 (m)

Trang 7
d - độ lưu không lấy bằng 0,5 – 0,7 (m)
Vậy :
4,40,62 3,78 
dt
Z
(m)
- Cao trình đỉnh tường ngực : lấy bằng cao trình cống, xác định theo 2 giá trị của mực nước
sông min và mưc nước sông max.
Z
1
=
TK
soâng
Z

+ h + 
s
+ a
Z
2
=
max
soâng
Z + h’ + 
s
’ + a’
Trong đó :
+ h và h’ – là độ dềnh do gió ứng với gió lớn nhất và gió bình quân.
+ 
s
và 
s
’ – là độ dềnh cao nhất ứng với 2 mực nước.
+ a và a’ – là độ vượt cao an toàn ứng với 2 mực nước. Tra bảng phụ lục 5-1 GTTC tập I
ta được : a = 0,5 ; a’ = 0,4.

¤ Xác định cao trình cống ứng với trường hợp mực nước sông bình thường :
Z
1
=
TK
soâng
Z
+ h + 
s

+ a
Trong đó :
TK
soâng
Z
= 3,62 (m)
h = 2.10
-6
.
H.g
D.V
2
.cos
B

V = 16 (m/s)
D = 200 (m)
với cos
B
= 1 (tính cho trường hợp bất lợi nhất 
B
=0)
H =
TK
soâng
Z
- Z
đáy
= 3,92 – (-1) = 4,62 (m)
 h = 2.10

-6
.
434819
20016
2
,.,
.
.1 = 0,0024 (m)

Xác định 
s
: 
s
=
s
K

.h
1%

Trong đó : h
1% -
chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%.
Giả sử trường hợp sóng nước sâu tức ( H >
2

)
+ Tính các giá trị không thứ nguyên:
V
gt

=
16
60606819 ,
= 13243,5
2
V
gD
=
2
16
200819 .,
= 7,664
+ Tra đồ thị P2-1, ứng với
V
gt
= 13243,5
2
V
hg
= 0,086

V
g
= 4,222
+ Với
2
V
gD
= 7,664 tra bảng ta được :
2

V
hg
= 0,0053

V
g
= 0,75



Trang 8
+ Chọn cặp giá trị tương ứng với
2
V
gD
= 7,664 (tra P2-2  K
1%
= 2,0) :
2
V
hg
= 0,0053
140
819
160053000530
22
,
,
.,
g

V.,
h 
(m)
V
g
= 0,75
221
819
16750750
τ ,
,
.,
g
V.,

(m)


=


.2
g
2
=
1432
221819
2
,.
,.,

= 3,325 (m)
+ Kiểm tra lại điều kiện giả thiết ta thấy : H = 4,62 >
2

= 1,663 m
+ Vậy giả thiết sóng nước sâu là đúng.
+ Tra đồ thị P2-3 ứng với
1161
0420
3253
140
λ
750
434
3253λ
η
,K
,
,
,h
,
,
,
H
S












+ Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% h
1%
:
h
1%
= K
1%
.
h
= 2,0.0,14 = 0,28 (m)
Thay tất cả vào trên ta được :
s
 = 1,116.0,28 = 0,3125 (m)

Vậy : Z
1
=
TK
soâng
Z
+ h + 
s
+ a = 3,62 + 0,0024 + 0,3125 + 0,5 = 4,2449 (m)

¤ Xác định cao trình cống ứng với trường hợp mực nước sông lớn nhất:
Z
2
=
MAX
soâng
Z + h’ + 
s
’

+ a’
Trong đó :
MAX
soâng
Z
= 6,70 (m)
h = 2.10
-6
.
''H.g
''D.''V
2
.cos
B

V’ = 26 (m/s)
D = 300 (m)
với cos
B
= 1 (tính cho trường hợp bất lợi nhất 

B
=0)
H =
MAX
soâng
Z
- Z
đáy
=6,55 – (-1) = 7,55 (m)
 h = 2.10
-6
.
557819
30026
2
,.,
.
.1 = 0,0055 (m)
Xác định 
s
: 
s
’ =
s
K

.h
1%

Trong đó : h

1% -
chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%.
Giả sử trường hợp sóng nước sâu tức ( H >
2

)
+ Tính các giá trị không thứ nguyên:
V
gt
=
26
60606819 ,
= 8149,85


Trang 9
2
V
gD
=
2
26
300819 .,
= 4,354
+ Tra đồ thị P2-1, ứng với
V
gt
=8149,85
2
V

hg
= 0,075

V
g
= 3,875
+ Với
2
V
gD
= 4,354 tra bảng ta được :
2
V
hg
= 0,0013

V
g
= 0,3087
+ Chọn cặp giá trị tương ứng với
2
V
gD
= 4,354 (tra P2-2  K
1%
= 2,0) :
2
V
hg
= 0,0013

090
819
260013000130
22
,
,
.,
g
V.,
h
'

(m)
V
g
= 0,3087
820
819
263087030870
τ ,
,
.,
g
'V.,

(m)


=



.2
g
2
=
1432
820819
2
,.
,.,
= 1,05 (m)
+ Kiểm tra lại điều kiện giả thiết ta thấy : H = 7,55 >
2

= 0,525 m
+ Vậy giả thiết sóng nước sâu là đúng.
+ Tra đồ thị P2-3 ứng với
201
0860
051
090
1390
557
051
,K
,
,
,h
,
,

,
H
S










η
λ
λ

+ Xác định chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% h
1%
:
h
1%
= K
1%
.
h
= 2,0.0,09 = 0,18 (m)
Thay tất cả vào trên ta được :
s
 = 1,2.0,18 = 0,216 (m)

Vậy : Z
2
=
MAX
soâng
Z
+ h’ + 
s
’

+ a’= 6,55 + 0,0055 + 0,216 + 0,4 = 7,2 (m)
Vậy, ta chọn cao trình ngưỡng cống là Z
ngưỡng
= Z
2
= 7,2 (m)  chọn Z
ngưỡng
= 7,2 (m)
2. Kết cấu tường : gồm bản mặt và các dầm đỡ.
- Vì chiều cao tường không lớn, chỉ cần bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh và đáy tường.
- Bản mặt đổ liền khối với dầm. Chiều dày bản mặt chọn khoảng 0,3 (m)
Việc tính toán được chính xác hóa bởi tính toán kết cấu sau này.

3. Cầu công tác : là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công táccần tính toán
đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cốnh
khi cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống.
Việc chính xác hóa được thông qua tính toán kết cấu.
4. Khe phai và cầu thả phai : Thường bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho
khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Với các cống lớn, trên cầu thả phai cần bố trí đường ray

cho cần cầu thả phai; Với các cống nhỏ, việc thả phai có thể tiến hành bằng thủ công.




Trang 10
Khe phai rộng 0,2 m. Còn khe van thường rộng từ 0,3 m.
5. Cầu giao thông : Cao trình mặtcầu ngang hoặc thấp hơn đỉnh cống; bề rộng và kết cấu cầu
chọn theo yêu cầu giao thông. Vị trí đặt cầu giao thông cần chọn sao cho không cản trở việc thao
tác van và phai.
Xây dựng theo yêu cầu thiết kế cho các loại xe 810 tấn đi qua. Kết cấu gồm 3 dầm đỡ dọc.


Bề rộng cầu : B
cầu
= 6m, gồm 2 lề người đi bộ, mỗi bên rộng 1 m.
6. Mố cống : bao gồm mố giữa và các mố bên. Trên mố bố trí khe phai và khe van (khi van
phẳng) hoặc bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van). Chiều dày mố khi dùng van phẳng cần lớn
hơn khi dùng van cung. Chiều dày mố bên cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang. Hình dạng đầu
mối giữa cần đảm bảo điều kiện thuận dòng, thường chọn dạng nửa tròn, lưu tuyến hoặc tam giác.
Chiều cao mố có thể thay đổi từ thượng lưu về hạ lưu tùy theo mực nước cao thấp ở mỗi phía.
Theo tính toán khẩu diện cống ta chọn :
- Chiều dày mố giữa là : d
mg
= 1m, còn chiều dày mố bên là : d
mb
= 0,5 m.
- Mố giữa và mố bên có dạng hình nửa tròn.
7. Khe lún : Khi cống rộng, cần dùng khe lún phân cống thành từng mảng độc lập. Bề rộng mỗi
mảng phụ thuộc điều kiện địa chất nền, thường khôgn vượt quá 15 – 20 (m). Mỗi mảng có thể

gồm 1,2 hoặc 3 khoang. Các mảng nên bố trí giống nhau để tiện thiết kế, thi công và quản lý.
Khe lún thường bố trí ở mố giữa. Mố có chứa khe lún là mố kép. Trên khe lún cần bố trí thiết
bị chống rò nước, lỗ để đổ nhựa đường.
8. Bản đáy : Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn cá điều kiện thủy lực, ổn định của cống và yêu cầu
bố trí kết cấu bên trên. Thường chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí các kết cấu bên trên,
sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định chống và độ bền của nền.
Chiều dài bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực – nó phụ thuộc vào bề rộng khoang cống, tải
trọng bên trên và tính chất nền. Thường chọn theo kinh nghiệm sau đó chính xác hóa bằng tính
toán kết cấu bản đáy.
- Ta có thể sơ bộ chọn chiều dài của bản đáy theo điều kiện thủy lực như sau :
[2  3]H < L
bđ
< [8  10]H
Vậy ta chọn : L
bđ
= 20m.
- Chiều dày bản đáy t chọn theo điều kiện chịu lực. Ta chọn như trên hình vẽ.


t = 1,2m

II. Đường viền thấm : Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản
đáy cống như đã chọn ở trên. Kích thước các bộ phận khác có thể chọn như sau :
1. Sân trước : Vật liệu làm sân có thể là đất sét,á sét, bê tông, bê tông cốt thép hay bitum. Khi
có sẵn vật liệu tạo chỗ (đất sát, á sét) nên cố gắng tận dụng :
- Chiều dài sân :
H
).
(
L

4
3



Trong đó H là cột nước tác dụng lên cống : H =
MAX
soâng
Z
-
min
ñoàng
Z
=

6,55 – 1,2 = 5,35(m)
 Ta chọn L = 20 (m)
- Chiều dày : Khi sân làm bằng đất sét hay á sét thường làm chiều dày thay đổi từ đầu đến
cuối sân. Chiều dày ở đầu sân thường lấy theo điều kiện cấu tạo : t
1


0,6 (m). Chiều dày cuối
sân xác định theo yêu cầu chống thấm : t
2



 
J

H


Trang 11
Trong đó : ΔH – Độ chênh cột nước ở 2 mặt sân (trên và dưới);
[ J ] – Gradien thấm cho phép, phụ thuộc vào vật liệu làm sân.
 Ta chọn t
1
= 0,6 (m) và t
2
= 1 (m)
Bản cừ :
1. Vị trí đặt :
Trường hợp bài toán cống chịu đầu nước 2 chiều, có thể đóng cừ ở phía đầu nước cao hơn là
phía đồng vì cống luôn đảm bảo mực nước phía đồng là
khoángcheá
ñoàng
Z
, còn phía sông mực nước
triều lên xuống liên tục nên có thể không cần đóng cừ.
2. Chiều sâu đóng cừ : Phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều kiện thi
công.
Vì tầng thấm không dày nên ta đóng cừ cắt ngang tầng thấm (cừ chống).
Cừ chính đóng ở mép thượng lưu bản đáy ta chọn :
S = ( 0,6  1 )H = ( 0,6  1 ).5,35
Vậy ta chọn : S = 4 m
Chân khay : ở 2 đầu bản đáy cần làm chân khay cắm sâu vào nền để tăng ổn định và góp phần kéo dài
đường viền thấm.
Sơ bộ chọn chiều sâu của chân khay là : h
ck

= 1m. và mỡ 1 góc 45
0

0. Thoát nước thấm : các lỗ thoát nước thấm thường bố trí ở sân tiêu năng; dưới sân khi đó
phải bố trí tầng lọc ngược. Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược.
1. Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm :
Theo công thức :
H.CL
tt


Trong đó L
tt
– chiều dài tính toán của đường viền thấm theo phương pháp của Len
H - cột nước lớn nhất của cống : H =5,35 (m)
C - hệ số phụ thuộc loại đất nền, tra ở bảng P3-1 (phụ lục 3) : C = 5
 Xác định L
tt
: L
tt
= L
đ
+
m
L
n

Trong đó :
+ L
đ

– là 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
.
+ L
n
– là chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng
nhỏ hơn 45
0
.
+ m – là hệ số phụ thuộc vào hàng cừ trong sơ đồ đường viền thấm. Chọn : m= 1,5

Ta có sơ đồ đường viền thấm dưới đáy công trình cho như hình vẽ :

Z
bq
=0.8m
b
S =4 m
a
L
bñ
= 20m
e
d
c
f
h
g
k

t =1m
d =1.35m
Ls = 20m
L
b
= 17 m
t
1
=0,6 m
t
2
=1 m
1.7m


Trang 12
Xác định L
đ
và L
n
từ hình vẽ ta có : L
đ
= 0,8 + 2.S + h
ck
+ 2.h
ck.
2
= 12,63 (m)
L
n

= Ls + L
bđ
+ 1,7 = 20 + 20 + 1,7 = 41,7 (m)
Từ đó tính được : L
tt
= L
đ
+
m
L
n
= 12,63 +
51
741
,
,
= 40,43 (m)
Kiểm tra :
H.CL
tt

<=>
27
16
35
5
5
43
40
,,.,




Vậy : chiều dài bản đáy cũng như chiều dài sân trước đảm bảo điều kiện chống thấm.
III. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu :
1. Nối tiếp thượng lưu :
2. Góc mở của tường về phía trước, chọn với tg =
3
1
-
4
1

3. Hình thức tường cánh phụ thuộc quy mô cống, ở đây ta chọn hình thức tường thẳng.
- Đoạn đáy nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây khan dày 0,3 m).
Chiều dài lớp phủ khoảng ( 3 – 5 ) H
1
trong đó H
1
là chiều sâu nước nhảy vào cống.
- Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng đệm dăm cát dày 10-15 (cm)
4. Nối tiếp hạ lưu :
- Tường cánh: hình thức có thể chọn như tường cánh thượng lưu, song góc mở q
1
nhỏ hơn,
thường tg
1
=
4
1

-
6
1

- Sân tiêu năng : thường bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dáy sân có
thể xác định theo công thức Đômbrốpxki:

11
15,0 hVt 

Trong đó V
1
và h
1
là lưu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy.
h
1
= h
c
= 0,73 (m)
V
1
=
2110
12730
82
,
.,
Q



(m/s)

3117302110150 ,,,.,t 
(m)
- Sân sau : làm bằng đá xếp hoặc tấm bê tông có đục lỗ thoát nước, phía dưới có tầng đệm
theo hình thức lọc ngược.
Chiều dài sân sau xác định theo công thức kinh nghiệm :

HqKL
ss
 .

Trong đó : q – lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng q =
16
43113
82
,
,b
Q
k


(m
3
/m.s)
ΔH – chênh lệch cột nước thượng hạ lưu ΔH =5.35 (m)
K – hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh. Với đất cát pha K = 10
Vậy
56373551610 ,,,.L

ss

(m)
4.TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG
.
I. Những vấn đề chung :
1. Mục đích : xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống W
t
và Gradien
thấm J. Ở đây do đặc điểm của cống, chỉ yêu cầu xác định W
t
và J.
2. Trường hợp tính toán : tính toán ứng với trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng
hạ lưu lớn nhất.
- Mực nước sông :
max
soâng
Z
=6,55 (m)
- Mực nước đồng :
min
ñoàng
Z
=1,2 (m)

Trang 13
 Chênh lệch ΔH
MAX
=5,35 (m)
3. Phương pháp tính : có nhiều phương pháp tính nhưng ở đây yêu cầu dùng phương pháp

đồ giải vẽ lưới bằng tay.
II. Tính thấm cho trường hợp đã chọn :
1. Vẽ lưới thấm :
Lưới thấm có thể được xây dựng theo phương pháp vẽ đúng dần. Để kiểm tra độ chính xác
của lưới thấm cần dựa vào các điều kiện sau :
- Tất cả các đường dòng và thế phải trực giao nhau.
- Các ô lưới phải là hình vuông cong
- Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ các điểm góc của đường viền phải trùng với
phân giác của góc đó.
- Các giới hạn của lưới thấm :
 Đường thế đầu tiên : mặt nền thấm phía thượng lưu.
 Đường thế cuối cùng : mặt nền thấm phía hạ lưu.
 Đường dòng đầu tiên : đường viền thấm dưới đáy công trình.
 Đường dòng cuối cùng : mặt tầng không thấm.
Miền thấm giữa 2 đường thế liền nhau gọi là dải, giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng.
Ta có sơ đồ lưới thấm như hình vẽ :

-1.0
2
5
2
9
2
7
2
8
2
6
+6.70
4

(H
2
+t).

n
H
B
H
A
W
t
1
5
2
4
2
3
22
2
0
2
1
1
7
1
9
1
8
1
6

A
1
0
1
2
1
4
1
3
11
8
9
7
6
5
B
3
2
1
-2.35
Lst=20 m
Lbñ=20m
+0.7
H
Theo sơ đồ hình vẽ, ta có : + 8 đường dòng  m = 7 ống dòng.
+ 30 đường thế  n =29 dải.
2. Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng của dòng thấm W
t
, J
ra

:
a. Tính áp lực thấm đẩy ngược W
t
:
- Tổn thất cột nước qua mỗi dải thế :
H

=
n
maxH
=
29
355,
= 0,184 (m)
- Cột nước thấm tại một điểm x nào đó cách dải thế cuối cùng i dải

Trang 14
h
x
= i.
n
H
= 0,184.i
- Vậy tại mổi điểm trên sơ đồ lưới thấm
h
A
= 0,184.15,5 =2,86 (m)
h
B
= 0,184.2,0 = 0,37 (m)

- Aùp lực thấm lên đáy công trình :
W
th
= 
n
.
2
hh
BA

.L
bđ
= 1.
2
370862 ,,

.20 = 32,3 (T/m)
b. Xác định građien thấm J :
- Građien thấm tại tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là S :
J =
S.n
H
S
H





- Građien thấm tại ô lưới thứ 1 :

J
1
=
1060
741
1840
1
,
,
,
S
H




J
2
=
2
S
H


=
0960
911
1840
,
,

,


J
3
=
3
S
H


=
1080
711
1840
,
,
,


J
4
=
4
S
H


=
0920

012
1840
,
,
,



 J
tb
= 0,1
III. Kiểm tra độ bền thấm của nền : theo công thức


JJ
r


Trong đó : [J] – gradien thấm cho phép : [J]

J
gh
/m
J
gh
– gradien thấm cục bộ tới hạn, tham khảo các trị số của Ixtômina (P3-1), trị
số J
gh
chủ yếu phụ thuộc trị số không đều hạt
9

10
60

d
d
 J
gh
= 0,57.
m – hệ số an toàn, m = 1,50.
Ta có J = 0,1

J
gh
/m = 0,57/1,5 = 0,38
Vậy : điều kiện thấm qua nền được đảm bảo.
.5.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG.
I. Mục đích và trường hợp tính toán :
1. Mục đích : kiểm tra ổn định của cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong đồ án chỉ giới hạn phần
tính toán trong việc kiểm tra ổn định trượt.
2. Trường hợp tính toán : yêu cầu tính với 1 trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ
lưu cống là lớn nhất (trường hợp đã tính thấm ở trên).
Khi cống phân thành nhiều mảng bởi các khớp lún, cần kiểm tra ổn định cho tất cả các mảng.
Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính cho 1 mảng.
II. Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn :



Trang 15
200
10

10
84
-1.0
+7.4
10 60 10
M aởt caột doùc coỏng
+4.3
10 10
10
+6.7
+ 0.7
G
1
G
2
G
3
G
3
G
3
G
4
G
5
G
6
G
7
G

8
G
9
P
1
P
2




Maởt caột ngang coỏng
5 10 5
12
105
84
-1.0


1. Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn mng tớnh toỏn :
a. Cỏc lc thng ng : Bao gm trng lng cu giao thụng, cu cụng tỏc, cu th phai, ca
van, tng ngc, m cng, bn ỏy, trng lng nc trong cng (phớa thng lu cng v h lu

Trang 16
cống), trọng lượng phần đất giữa 2 chân khay ( trong phạm vi khối trượt) và các lực đẩy ngược
(thấm, thủy tĩnh).
 Trọng lượng cầu giao thông : thiết kế cho xe có tải trọng 8 – 10 Tấn đi qua.
G
1
= 

bt
.Vcầu = 2,4. 1.8.13 = 249,6 (T)
 Trọng lượng cầu công tác :
G
2
= 2,4.(6.0,5.6 + 4.0,5.9) = 86,4 (T)
 Trọng lượng cầu thả phai :
G
3
= 2,4.1.0,5.13 = 15,6 (T)
 Trọng lượng cửa van :
G
4
= 2.2,4.5,1.0,3 = 7,344 (T)
 Trọng lượng tường ngực :
G
5
= 2,4.11.(1,4.1 + 0,5.2,3 + 0,8.1) = 88,44 (T)
 Trọng lượng phần thân cống (mố cống, bản đáy) :
G
6
= 2,4.20.[(0,5 + 1 + 0,5).8,2 + 1,2.13] + 2,4.2.1,5.13= 1645,2 (T)
 Trọng lượng phần nước phía thượng lưu :
G
7
= 1.6,55.5,35.11 = 385,468 (T)
 Trọng lượng phần nước phía hạ lưu :
G
8
= 1.13,95.1,7.11 = 260,87 (T)

 Trọng lượng phần đất giữa 2 chân khay :
G
9
= 1,75.13.(20.1 – 2.1,5) =386,75 (T)
 Áp lực thủy tỉnh đẩy ngược :
G
10
= 1.20.1,7.13 = 442 (T)
b. Các lực ngang : Aùp lực nước thượng, hạ lưu, áp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu
(E
ctl
), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (E
bhl
).
 Áp lực nước thượng lưu :
T
1
= 0,5.1.(7,55)
2
.13 = 370,52 (T)
 Aùp lực nước hạ lưu :
T
2
= 0,5.1.(2,2)
2
.13 = 31,46 (T)
 Aùp lực đất chủ động ở chân khay thượng lưu E
ctl
= áp lực đất bị động ở chân khay
thượng lưu E

bhl


đn
= 
k
- (1 – n).
n
= 1,52 – ( 1 - 0,38 ).1 = 0,9 (T/m
3
)
E
ctl
= E
bhl
= 0,5.0,9.1
2
= 0,45 (T)
c. Tổng hợp lực :



TT
Thành
phần
lực
Trị số và chiều của lực
Khoảng
cách a
(m)

Momen
M
0
(Tm)
P (T)

1 G
1
249.6 4.30
-195.05

2454
2 G
2
86.400 -4.10
3 G
3(1)
15.600 -9.00
4 G
3(2)
15.600 -6.60
5 G
3(3)
15.600 9.05
6 G
4
7.344 -4.10

Trang 17
7 G

5
88,440 -3.15
8 G
6
1645.2 0.00
9 G
7
385.468 -7.10
10 G
8
260.87 3.06
11 G
9
386.75 0.00
12 G
10
442.000 0.00
13 T
1
370.52 3.71
14 T
2
31.46 1.936

- Quy ước : chiều dương là thuận chiều kim đồng hồ.

2. Xác định áp lực đáy móng : theo sơ đồ nén lệch tâm :
W
M
F

P



0


Trong đó :
Tổng lực đứng.

P
= 2454 (T)
Tổng momen các lực lấy đối với tâm đáy mảng

0
M
= -195.05 (T.m)
diện tích đáy mảng F = 20.13 = 260 (m
2
) .
mođun chống uốn của đáy mảng W =
6
L.B
2
=
6
2013
2
.
=

866.67 (m
3
) .
Ta tính được :

29
67
866
05195
260
2454
.
.
.
MIN




(T/m
2
)

439
67
866
05195
260
2454
.

.
.
MAX




(T/m
2
)
Ứng suất đáy móng bình quân :

439
2
29669
2
.

MINMAX
bq







(T/m
2
)

3. Phán đoán khả năng trượt : xét 3 điều kiện :
a. Chỉ số mô hình hóa :
Lim
MAX
N
B
N




1
.

Trong đó :
B = 10,5 (m) - Chiều rộng mảng.

1
= 
đn
= 
k
- (1 – n).
n
= 1,52 – ( 1 - 0,38 ).1 = 0,9 (T/m
3
)

- dung trọng đất nền

Lim
N

= 3 - chuẩn số không thứ nguyên

3820
9013
669

Lim
N.
,.
.
N


b. Chỉ số kháng trượt :
4503560
439
30
18
1
11
,,
.
,
tg
C
tgtg
tb







Trang 18
Trong đó : 
1
, C
1
– góc masát trong và lực dính đơn vị của đất nền, chỉ số 1 tương ứng khi tính tóan
nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất.

1
= 18
0

C
1
= 0,3 (T/m
2
)
c. Hệ số mức độ cố kết :
4

).1.(
2
0
0

0



ha
teK
C
n
t
V


Trong đó : K
t
= 2.10
-6
- hệ số thấm đối với đất cát pha.
e = 0,61 - hệ số rỗng của đất tự nhiên.
t
0
= 2 (năm) = 2.365.86400 = 63.072.000 (s) - thời gian thi công.
a = 2,0 (m
2
/N) - hệ số nén của đất.

n
= 9810 (N/m
3
) - dung trọng của nước.
h

0
= 13 (m) - chiều dày tính toán của lớp cố kết, lấy bằng chiều dày của lớp có
sét nhưng không lớn hơn B.

4101256
13
9810
2
630720006101102
5
2
6






.
.
).,(.
C
0
V

Vậy, điều kiện thứ 3 không thỏa mãn, ta tiến hành kiểm tra trượt phẳng.
4. Tính toán trượt phẳng : ổn định của cống về trượt được đảm bảo khi :
R
K
m

Nn
n
ttc


Trong đó : n
c
= 1,0 - hệ số tổ hợp tải trọng.
m = 1,0 - hệ số điều kiện làm việc.
K
n
= 1,15 - hệ số tin cậy.
N
tt
và R là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và của lực chống tới hạn. Khi mặt
trượt nằm ngang các giá trị này được tính như sau :
N
tt
= T
tl
+ E
ctl
- T
hl

R =

P
.tg
1

+m
1
.E
bhl
+ F.C
1

Trong đó : - T
tl
và T
hl
là tổng các giá trị tính toán các thành phần nằm ngang của các lực chủ động
tác dụng từ phía thượng và hạ lưu, trừ áp lực chủ động của đất.
N
tt
= 370.52 + 0,45 – 31.46 = 339.51 (T)
- m
1
– hệ số điều kiện làm việc, xét đến quan hệ giữa áp lực bị động của đất với áp lực
ngang của cống, khi không có số liệu thí nghiệm có thể lấy m
1
= 0,7.
R = 2454.tg18
0
+ 0,7.0,45 + 260.0,3 = 860.66 (T)
Thay vào công thức ta có :

8374766866
151
1

513391 ,
,
R.
K
m
N.n
n
ttc


Vậy : điều kiện về trượt phẳng được đảm bảo.
6. TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG.
I. Mở đầu :
1. Mục đích :
Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy cống. Trường hợp đồ án
yêu cầu xác định sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.
2. Trường hợp tính toán :
Tính cho trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.
- Mực nước sông :
max
soâng
Z
=6,55 (m)
- Mực nước đồng :
min
ñoàng
Z
=1.2 (m)

Trang 19

 Chênh lệch ΔH
MAX
= 5.35 (m)
3. Chọn băng tính tốn :
Việc tính tốn kết cấu bản đáy cần tiến hành cho các băng khác nhau ( gọi bằng phần
cống có chiều rộng b – thường bằng 1 m – giữa 2 mặt cắt vng góc với chiều dòng chảy qua
cống. Trong đồ án u cầu tính với 1 băng sau cửa van.
II. Tính tùốn ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn :
Trường hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách bởi các khớp lún thì việc tính kết cấu cũng
tiến hành cho từng mảng độc lập. Trên 1 băng của mảng, các ngoại lực tác dụng lên bản đáy bao
gồm lực tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và các tải trọng bên.
1. Lực tập trung truyền từ các mố :
Đây chính là tổng hợp của các áp lực đáy các mố trong phạm vi của băng đang xét.
Thường xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính tốn cho 1 mố như trên hình vẽ.
G
2
P
k
Sơ đồ tính toán lực của mố truyền cho bản đáy
T
1
b

đáy mố
T
2
G
1
Băng tính toán
G

3
G
4
G
6
G
5
L
k

Từ sơ đồ cần xác định :
+G
1
, G
2
: trọng lượng của các phần của mố.
G
1
= 2,4.0,5.8,2.13,95 = 137.27 (T)
G
2
= 2,4.0,5.8,2.6,05 = 59.53 (T)
+G
3
: trọng lượng tường ngực.
1122
4
4388
3
.

.
G 
(T)
+G
4
: trọng lượng cầu cơng tác.
621
4
486
4
,
,
G 
(T)
+G
5
: trọng lượng cầu giao thơng.
462
4
6249
5
.
.
G 
(T)
+G
6
: tải trọng do người và xe cộ trên cầu.
5
4

20
6
G
(T)
+T
1
, T
2
: áp lực nước ngang từ thượng và hạ lưu truyền qua khe van (khi van đóng).
26185
2
52370
1
.
.
T 
(T)

Trang 20
7315
2
4631
2
.
.
T 
(T)
Các lực G
3
, G

4
, G
5
, G
6
, T
1
, T
2
tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửa nhịp cống khi tính
cho mố bên, nửa nhịp 2 bên khi tính cho mố giữa).
Ta có kết quả sau :
TT
Thành
phần
Trị số và chiều của lực
Khoảng
cách a
(m)
Mômen

∑G

∑M
0

1 G
1
137.27

3.025
827.807

286.3
2 G
2
59.53

-6.975
3 G
3
22.11

-3.15
4 G
4
21.6

-4.1
5 G
5
62.40

4.3
6 G
6
5

4.3
7 T

1
185.26

3.710
8 T
2
15.73

1.93
Chiều dương quy ước theo chiều kim đồng hồ.
Ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thức nén lệch tâm :

mm
m
W
M
F
G



0


Trong đó :

G
- tổng lực đứng.



0
M
- tổng momen ngoại lực lấy đối với tâm đáy mố.
F
m
= 
mt
.L
bđ
= 1.20 = 20 (m
2
) - diện tích đáy mố.
W
m
=
6
.
2
bñmt
L

=
6
20.1
2
=66,67 - momen chống uốn của đáy mố.
Thay vào công thức ta tính được :
W
M
F

G



0
max

=
6766
807827
20
3286
,


= 26.73 (T/m
2
)
W
M
F
G



0
min

=
6766

807827
20
3286
,


= 1.89 (T/m
2
)
2
minmax
TB




=
2
8917326

= 18.59 (T/m
2
)
Từ biểu đồ ứng suất như hình vẽ ta xác định được trị số bình quân p
k
ở giữa băng tính toán :
p
k
= 
MIN

+
bñ
k
L
L
(
MAX

- 
MIN
) = 1.89 +
20
45,13
(26.73 –1.89) = 18.59 (T/m
2
)
 Lực của mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung có trị số :
P
k
= p
k
.b.d
Trong đó : b = 1 (m) – bề rộng của băng tính toán.
d = 1,2 (m) – chiều dày mố ở đáy.
 P
k
= 18,59.1.1,2 = 22.308 (T/m
2
)

Trang 21
2. Các lực phân bố trên băng :
- Trọng lượng nước trong cống : q
0
= 
n
.h
n
.b = 1.2,2.1 = 2.2 (T/m)
Với h = 2.2 (m) – chiều dày của lớp nước tại băng tính tốn.
- Trọng lượng bản đáy : q
1
= 
b
.t.b = 2,4.1,2.1 = 2,88 (T/m)
Với t = 1,2 (m) - chiều dày bản đáy tại băng tính tốn.

b
= 2,4 (T/m
3
) - dung trọng của vật liệu bản đáy.
- Lực đẩy nổi (lực thấm và lực thủy tĩnh) : q
2
= 
n
.h
đn
.b = 1.5,79.1 = 5,79 (T/m).
Với h
đn

= h
h
+
bđ
k
L
L
∆H = 2.2+
20
45,13
.5.35 = 5,79 (m) – cột nước đẩy nổi tại băng tính tốn.
- Phản lực nền (sơ bộ coi là phân bố đều) : q
3
= p
p
.b = 18.59*1 =18.59 (T/m)
Với p
p
= p
k
= 18.59 (T/m
2
) – cường độ áp lực đáy móng tại băng tính tốn.
3. Lực cắt khơng cân bằng (Q):
a. Trị số : Xác định từ phương trình cân bằng tĩnh :

0 2
3
0



i
ik
qlPQ

với 2l =20 (m) – chiều dài băng đang xét.




3
0
2
i
ik
qlPQ
-(3.18.59) – 20.(2.2 + 2,88 - 5,3 – 22.308) =394,79 (T)
Lực cắt có chiều hướng từ trên xuống.
b. Phân bố Q cho mố và cho bản đáy : xét hình vẽ sau :
Y
0
Y
1
F
đ
Sơ đồ phân phối lực cắt không cân bằng
Y
2
L L
X

F
mb
trục trung hòa
X
F
mb
A
2
A
1
S
0
S
1
S
2

- Xác định vị trí trục trung hòa :
y
0
=
đm
2đ1m
FF
y.Fy.F




Trong đó :


m
F
: là tổng diện tích các mố :

m
F
= (2.0,5 + 1).8,2 =16.4 (m
2
)
F
đ
: là diện tích phần bản đáy : F
đ
= 1,2.10,5 = 10=12 (m
2
)
y
1
, y
2
: là khoảng cách từ trục trung hòa tới trọng tâm của các mố.
y
1
= (8,2 +1,2)/2 =4.7 (m)
y
2
= 1,2/2 = 0,6 (m)

Trang 22
 y
0
=
3
12416
601274416



,
,*,*.
(m)
Vẽ biểu đồ momen tĩnh S
c
của băng tính toán : S
c
= F
c
.y
c
Trong đó :
F
c
– phần diện tích bị cắt.
y
c
– khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích bị cắt đến trục trung hòa.
+ Tính S
c1

: F
c1
= (2.0,5 + 1).5,4 = 10,8 (m
2
)
y
c1
= 5,4/2 = 2,7 (m)
 S
c1
= F
c1
.y
c1
= 10,8.2,7 = 29,16 (m
3
)

+ Tính S
c2
: F
c2
= 1,2.10 = 12 (m
2
)
y
c2
= 3 - 1,2/2 = 2,4 (m)
 S
c2

= F
c2
. y
c2
= 12.2,4 = 28.8 (m
3
)
Diện tích biểu đồ S
c
phần ứng với mố (A
1
) :
A
1
=
3
4516292
3
452
1
,.,.
,.S.
c

= 104,976 (m
4
)
Diện tích biểu đồ S
c
phần ứng với mố (A

2
) :
A
2
=
3
218282
3
212
2
,
,.S.
c

= 23.04 (m
4
)
- Phân phối Q cho mố (Q
m
) và bản đáy (Q
đ
) :
74323
0423976104
976104
79394
21
1
,
,,

,
.,
AA
A
.QQ
m





(T)
Q
đ
= Q – Q
m
= 394,79 – 262,95 =71.05 (T)
- Phân Q
m
theo các mố theo tỷ lệ diện tích :


m
m
mkk
F
Q
FP .
'

với F
mk
: diện tích mố thứ k.


m
F
: tổng diện tích các mố.
Mố bên : F
mb
= 0,5.7,2 = 3,6 (m
2
)

3769
816
74323
63
1
,
,
.
.,P
'

(T)
Mố giữa : F
mg
= 1.7,2 = 7,2 (m
2

)

745138
816
74323
27
2
,
,
,
.,P
'

(T)
- Phân Q
đ
đều cho bản đáy : q
4
=
553
20
0571
2
,
,
l.
Q
ñ

(T/m)

4. Tải trọng bên :
a. Khi mảng tính toán giáp với bờ đất :
- Xác định phạm vi đất đắp (do đào móng) : đắp đến cao trình đất đắp.
- Tải trọng đứng : S = 
đ
.h
đ
.b = 1,65.8,2 = 13,53 (T/m
2
)
Với g
đ
= 1,65 (T/m
2
) – dung trọng đất đắp
h
đ
= 8,2 (m) – chiều cao cột đất đắp.
- Momen do áp lực đất nằm ngang gây ra (lấy đối với đáy) :
M
đ
= E.y
đ
= 55,47.2,73 = 151.433 (T.m)
Với E
4755128651
2
1
2
1

22
,.,.b.h.
ññ


(T) – áp lực đất ngang

Trang 23
y
đ
= h
đ
/3 = 8,2/3 = 2,73 (m) – khoảng cách từ điểm đặt của E đến đáy băng.
- Tải trọng của xe cộ trên đường : q
5
= 5 (T)
b. Khi đầu mảng tính toán tiếp giáp với các mảng khác :
Tải trọng bên chính là áp lực đáy móng qua mảng bên cạnh. Vì các mảng giống nhau nên sơ bộ
có thể lấy tải trọng bên bằng phản lực nền của chính mảng đang xét : S = q
3
= 18,59 (T/m)
5. Sơ đồ ngoại lực cuối cùng :
- Các lực tập trung tại mố bên :
P
1
= P
3
= P
1
’ + P

1
’’ = 69,37 + 22,308 = 91.678 (T)
- Các lực tập trung tại mố giữa :
P
2
= P
2
’ + P
2
’’ = 138.745 + 22,308 = 161,053 (T)
- Lực phân bố đều trên băng :
q = q
0
+ q
1
+ q
2
+ q
4
= 2,2 +2,88 +5, 79 + 3,55 = 14,42 (T/m)
- Lực bên từ phía giáp với đất : S = 13,55 (T/m
2
)
M
đ
= 151.433 (T.m)
q
5
= 5 (T)
- Lực bên từ phía giáp với mảng khác : S = 13,55 (T/m

2
)
III. Tính toán nội lực và cốt thép :
- Với các số liệu về cống và các lực tác dụng lên nó ta bố trí cốt thép theo yêu cầu cấu.
- Bố trí cốt thép phải đảm bảo điều kiện khả năng chịu lực của cấu kiện, phải đảm bảo các
khả năng về chịu lực và nứt của bê tông.
7. KẾT LUẬN
Bản vẽ : trên giấy A1 thể hiện :
- Cắt dọc cống.
- Cắt ngang cống.
- Chính diện thượng lưu, hạ lưu.
- Các chi tiết : khe lún, các mặt cắt tường cách, nối tiếp bản đáy với sân trước, cừ…
Các tài liệu tham khảo :
- TCVN 285-2002
- TCVN 4253 – 86
- QPTL C1 – 78
- Giáo trình Thủy công tập I, II.
- Ciáo trình thủy lực tập I, II.
+ Tính các lực tập trung ở mố giữa:
Tương tự như cách tính cho mố bên, nhưng các lực G
3
, G
4
, G
5
, G
6
, T
1
, T

2
khi tính với mố giữa ta lấy
hai nửa nhịp hai bên.
+G
1
, G
2
: trọng lượng của các phần của mố.
G
1
= 2,4.1.9,3.13,95 = 311,36 (T)
G
2
= 2,4.1.8,3.6,05 = 120,5(T)
+G
3
: trọng lượng tường ngực.
3
60
30( )
2
G T
 

+G
4
: Trọng lượng cầu công tác.
4
84,65
42,32( )

2
G T
 

+G
5
: Trọng lượng cầu giao thông.
5
100
50( )
2
G T
 

+G
6
: Tải trọng do người và xe cộ trên cầu.

Trang 24
6
20
10( )
2
G T
 

+T
1
, T
2

: áp lực nước ngang từ thượng và hạ lưu truyền qua khe van (khi van đóng).
1
426,625
213,31( )
2
T T
 

2
40,625
20,31( )
2
T T
 

Ta có kết quả sau :
TT
Thành
phần
Trị số và chiều của lực
Khoảng
cách a
(m)
Mômen
∑M
0
(T.m)
∑G
(T)

1 G
1
311,4

3,0125
646,6 564,32
2 G
2
120,5

-6.975
3 G
3
30

-3.15
4 G
4
42,32

-4.1
5 G
5
50

4.3
6 G
6
10

4.3
7 T
1
213,31

2,7
8 T
2
20,31

-0,83


Diện tích đáy mố bên : F
m
= 1.20 = 20 m
2

Mômen chống uốn của mố bên:
2 2
3
. 1.20
66,7
6 6
m
b l
W m
  

Thay vào công thức trên ta được :

2
max
2
min
2
37,92( / )
18,52( / )
28,216( / )
tb
T m
T m
T m







Từ kết quả trên ta được biểu đồ ứng suất đáy mố, từ đó ta xác định P
k
như sau:
p
k
= 
min
+
bñ

k
L
L
(
max

- 
min
) = 18,52 +
20
45,13
(37,92 –18,52) = 31,57(T/m
2
)
Tính lực tập trung của mố bên truyền cho bản đáy được tính theo công thức:

d.b.PP
k
'
k


Trong đó :
b : bề rộng của băng tính toán : b =1 m.
d: bề dày đáy mố : d= 0,5m.
Ta có :
' ' 2
1 3
31,57.1.0,5 15,78( / )
P P T m

  