Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 6 ppt

Chơng 6. Cống và công trình lấy nớc

ò1.Khái niệm chung và phân loại cống
1. Khái niệm
Cống là loại công trình thủy công dùng để điều tiết lu lợng và mực nớc theo yêu
cầu dùng nớc. Cống đợc xây dựng trong các hệ thống tới, tiêu, phân lũ, ngăn mặn

2. Phân loại cống
Ta có thể phân loại cống theo hai cách sau.
a. Phân loại theo công dụng
1. Cống lấy nớc : đợc xây dựng ở đầu kênh dẫn hoặc hồ chứa để lấy nớc theo yêu
cầu dùng nớc.
2. Cống phân nớc: đợc xây dựng ở đầu kênh nhánh để phân phối nớc trong hệ
thống thủy nông
3. Cống điều tiết : đợc xây dựng để khống chế mực nớc thợng theo yêu cầu dùng
nớc thợng lu.
4. Cống tháo nớc: để tháo cạn hồ chứa hoặc tháo nớc từ đồng ra sông
5. Cống phân lũ : đợc xây dựng để phân một phần lu lợng lũ vào khu vực trũng nào
đó nhằm hạ thấp đĩnh lũ, bảo vệ các công trình quan trọng
6. Cống ngăn mặn : đợc xây dựng ở gần cửa sông để ngăn mặn và chống úng.
7. Cống xả cát : đợc xây dựng để tháo cát lắng đọng trớc công trình
Trong thực tế một cống có thể giữ nhiều nhiệm vụ đồng thời nh cống lấy nớc có
thể làm đồng thời nhiệm vụ điều tiết và xả cát.
b. Căn cứ và cấu tạo và chế độ thủy lực
1. Cống hở (cống lộ thiên): trên cống không đắp đất, dòng chảy qua cống là dòng tự do
không áp. (thuộc loại này có : cống lấy nớc ven sông, cống điều tiết, cống phân lũ,
cống ngăn mặn )
2. Cống kín (cống ngầm): thân cống là một ống ngầm đặt sâu dới thân đập, thân đê,
phía trên có lấp đất. Chế độ chảy qua công kín có thể là có áp, bán áp hoặc không
áp.(thuộc loại này thờng là cống đặt dới thân đập đất, thân đê ).

Tính toán Các loại cống hở
ò2. Đặc điểm làm việc và cấu tạo của cống hở
I.Đặc điểm làm việc
- Cống hở chịu tác dụng của cột nớc thấp nhng thờng xuyên thay đổi nên chế độ
thủy lực khá phức tạp
- Về mặt thủy lực: Phải bảo đảm cho dòng chảy vào cống đợc thuận, không sinh
xoáy nớc, không gây lắng đọng bùn cát phía thợng lu, không sinh dòng xiên và
nớc nhảy sóng ở hạ lu để tránh xói lở cục bộ.
- Về mặt thấm : mặc dù chênh lệch cột nớc bé nhng cống hở thờng xây dựng trên
nền xấu vì vậy thấm dới đáy và vòng quanh cống có thể gây phá hỏng công trình

95
- Về mặt nền móng : cống hở thờng xây dựng ở đồng bằng trên nền đất, đất bồi,
hoặc cát chảy vì vậy cần có biện pháp xử lý nền móng thích hợp.

H
ình 6.1 : Cống điều tiết đầu kênh chính- ayunhạ - Gia Lai

Bọỹ phỏỷn dỏựn nổồùc vaỡo
Thỏn cọỳng
Bọỹ phỏỷn thoaùt nổồùc ra
II.Cấu tạo Các bộ phận của cống hở (hình 6.2)

H
ình 6.2: Cấu tạo cống hở


1. Bộ phận dẫn nớc vào :
- Yêu cầu : Đảm bảo nớc vào thuận dòng, tổn thất cột nớc là ít nhất, không gây xói
lỡ.
- Bộ phận này gồm có :

96
+ Tờng cánh: có tác dụng hớng dòng chảy vào đợc thuận, chống xói và chống
thấm vòng quanh bờ. Góc mở tờng cánh thờng chọn sao cho tg =
1
3
ữ
1
4
.Tùy theo
điều kiện địa hình, quy mô cống và tình hình cụ thể mà chọn hình thức tờng cho thích
hợp. Hình 6.3 giới thiệu một vài hình thức nối tiếp với bờ.







H
ình 6.3: Một số hình thức tờng cánh nối tiếp với bờ

+ Sân phủ : Có tác dụng chống xói, thờng làm bằng đá xây khan, dày khoảng
(0,3ữ0,5) m, bên dới có lớp đệm cát dày (10ữ15)cm. Chiều dài sân khoảng 3ữ5 lần
chiều sâu cột nớc trớc cống, hoặc kéo dài bằng đoạn mở rộng tờng cánh. Nếu có
sân chống thấm thì ít nhất phải bằng sân chống thấm.
+ Sân chống thấm : Có tác dụng kéo dài đờng viền thấm ngăn ngừa tác hại do dòng
thấm gây ra. Chiều dài sân chống thấm khoảng (1ữ3)H, vật liệu làm sân chống thấm
thờng sét, sét pha, bêtông sét, than bùn Chiều dày đầu sân thờng chọn (0,5ữ1)m,
còn ở cuối sân để đảm bảo dòng thấm không gây h hỏng có thể lấy:
t
H
[J]

t : chiều dày sân tại vị trí tính toán
H : chênh lệch cột nớc thấm ở mặt trên và dới sân tại mặt cắt tính toán.
[J]: gradian thấm cho phép của vật liệu làm sân, thờng [J]= 6ữ10
Chỗ nối tiếp giữa sân với bản đáy cống phải đáp ứng đợc sự biến dạng khác nhau
và kín nớc, nếu sân chống thấm làm bằng bêtông hoặc bêtông cốt thép cần bố trí néo
để liên kết sân với bản đáy, phối hợp phát huy khả năng chống trợt, tăng ổn định.
+ Hàng cừ chống thấm : Có thể làm bằng gỗ, bêtông cốt thép, nhựa hay thép định
hình. Chọn loại nào tùy thuộc vào quy mô và tình hình cụ thể tại nơi xây dựng.
Lu ý: Ngoài tác dụng giảm gradian thấm, lu lợng thấm, sân chống thấm và hàng cừ
chống thấm còn có tác dụng giảm áp lực thấm lên bản đáy trong trờng hợp
làm việc một chiều. ở những cống làm việc hai chiều ( cống tiêu và chịu ảnh
hởng thủy triều ) các thiết bị nêu trên có tác dụng ngợc lại. Vì vậy các cống
làm việc hai chiều đợc sử dụng thiết bị chống thấm phải đợc luận chứng đầy
đủ.
2.Thân chống
Là bộ phận chủ yếu của cống bao gồm: bản đáy, các mố giữa và mố bên, cầu giao
thông, cầu công tác, cửa van.

+ Mố giữa : phân cống ra làm nhiều khoang làm giảm bớt chiều rộng cửa van. Mố
giữa còn có tác dụng đỡ cầu giao thông. Dạng đầu mố thờng gặp là dạng tam giác,
tròn, lu tuyến. Chiều dày mố tùy thuộc vào chiều cao mố, chiều rộng khoang, loại cửa
van, thờng từ (0,8ữ2) m. Nếu cống quá rộng gồm nhiều khoang thì cần bố trí khe lún
( các khe lún cách nhau từ 15 đến 20m), khe lún chạy dọc trên toàn bộ mố và ở đó ta
có mố kép. Trong khe lún cần có thiết bị chống thấm.

97
+ Mố bên : Ngoài tác dụng nh mố giữa, mố bên còn có tác dụng liên kết thân cống
với bờ. Mố bên là loại tờng trọng lực, tờng chắn kiểu có sờn chống, cũng có khi
dùng tờng hộp rổng nếu địa chất nền xấu.
+ Cầu giao thông : phục vụ cho yêu cầu giao thông
+ Cầu công tác : phục vụ yêu cầu vận hành van
+ Tờng ngực : ở nhiều cống bố trí tờng ngực, là tờng chắn nớc thay thế cho một
phần chiều cao cửa van và cầu công tác. Ngoài ra tờng ngực còn tăng ổn định hớng
ngang của các mố trụ cống .
+ Cửa van : dùng phổ biến ở nớc ta là van phẳng và van cung.
+ Bản đáy (ngỡng đáy) : là bộ phận chính của thân cống, chịu và truyền các lực của
thân cống phân bố xuống nền tạo ra ma sát, bảo đảm ổn định. Đáy và mố có thể liền
hay tách rời. Phần lớn ngỡng có hình thức đỉnh rộng và cũng có thể là ngỡng thực
dụng. Chiều dài ngỡng đáy căn cứ vào yêu cầu bố trí các bộ phận trong thân, chiều
dày đáy ngỡng (0,6 ữ0,8)m đối với cống nhỏ và (0,9ữ1,2)m đối với cống tơng đối
lớn.
Ngoài các bộ phận trên, ở các cống còn bố trí các khe phai để chắn nớc để sửa
chữa cửa van hoặc một bộ phận của cống. ở hạ lu thân cống có thể bố trí một hoặc hai
hàng phai để hoành triệt khi cần.

3.Bộ phận thoát nớc ra
- Tờng hớng nớc ra ở bên bờ, có hình thức giống nh ở thợng lu, song góc mở
nhỏ hơn thờng tg=

1
4
ữ
1
6
hoặc tính theo công thức sau:
+ Khi hạ lu không có thiết bị tiêu năng:
tg
1
=
1
2

h
H

h : chiều sâu dòng chảy
H : chênh lệch mực nớc thợng, hạ lu.
+ Khi hạ lu có thiết bị tiêu năng :
tg
1
=1-
1
2
(
H/h
p/h
)
h: chiều sâu nớc kể từ đáy bể tiêu năng
p: chiều cao thiết bị tiêu năng

- Hình thức tiêu năng chính ở các cống thờng gặp là bể, tờng, bể tờng kết hợp, các
mố tiêu năng phụ, mố phân dòng.
Nếu là bể tiêu năng thì đoạn đầu vào bể tốt nhất là dạng Parabol hoặc nếu là đoạn
dốc xiên thì nên xoải từ
1
3
ữ
1
5
để không gây sóng lớn trên mặt đoạn này, bất lợi cho sự
tiêu năng và phân bố dòng chảy.
Khi cấu tạo sân tiêu năng cần chú ý các điểm sau:
+ Sân đủ dày thờng (0,5ữ1,5)m, có lỗ thoát nớc và lọc ngợc nhằm giảm áp lực
thấm bản đáy, đồng thời chống biến dạng thấm. Chiều dày có thể chọn theo đề nghị
của Đômburôpxki:
t = 0,5.v
1
h
1


98
v
1
và h
1
là lu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nớc nhảy.
- Sân sau thứ hai : để tiếp tục tiêu hao năng lợng còn lại. Sân này thờng làm bằng
đá xếp khan hoặc tấm bêtông đục lỗ thóat nớc cũng có thể làm bằng rọ đá xếp. Dới
đáy có lớp đệm, đồng thời có tác dụng nh lớp lọc ngợc. Kích thớc hòn đá xếp đủ

lớn để không bị dòng chảy xói đi, có thể chọn theo công thức :
v=4,2d
d :là đờng kính hòn đá(m)
v : lu tốc tại sân sau thứ hai(m/s).
Chiều dài sân L
2
có thể chọn theo công thức kinh nghiệm :
L
2
= k. q H
q : lu lợng đơn vị tại cuối sân thứ nhất.
H : chênh lệch cột nớc thợng, hạ lu.
k : hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh. Đất cát, cát pha k = 10ữ20, đất
cát thô và có tính dính k=8ữ9, sét cứng k=6ữ7. Phạm vi sử dụng công thức khi
q H =1ữ9.
- Hố chống xói : một số cống tơng đối lớn, chế độ chảy phức tạp sau sân tiêu năng
thứ hai nên nhiều khi còn phải làm thêm hố chống xói để tiêu hết năng lợng và phân
bố lại dòng chảy. Chiều sâu hố chống xói có thể tham khảo theo công thức sau:
t = k
q Z
0
- h
t: chiều sâu hố xói
k: hệ số k =
0.67
0.75
v
2
gh

q: lu lợng đơn vị cuối sân thứ hai.
Z
0
: cột nớc chênh lệch ở cuối sân thứ hai.
=1.0ữ1.10 : hệ số vận tốc phân bố đều.
v : vận tốc ở cuối sân thứ hai.
h : chiều sâu cột nớc ở cuối sân thứ hai.
Thờng chiều sâu hố xói (1ữ2)m cũng có khi lớn hơn.
ò3. Tính toán Thủy lực cống hở
I.Tính toán khả năng tháo của cống hở
Khả năng tháo của cống phụ thuộcchiều rộng B, dạng ngỡng, cao trình ngỡng và
mực nớc thợng hạ lu. Ngỡng cống thờng có dạng đập tràn đỉnh rộng và dòng
chảy qua cống có thể có mấy dạng sau :
1. Chảy tự do qua cống khi cửa van mở hoàn toàn
a. Chảy không ngập
Điều kiện chảy không ngập : khi cửa van mở hoàn toàn và
h
h
H
0
<0.8
Khả năng tháo : Q = m..B.
2g .H
0
3/2
m : Hệ số lu lợng, m=0.32 với ngỡng cống có mép vuông, m=0.35 với ngỡng
cống có mép tròn
B : tổng chiều dài qua nớc
- Hệ số co hẹp bên do trụ van và trụ biên

99









b. Chảy ngập










Điều kiện chảy ngập : khi cửa van mở hoàn toàn và
h
h
H
0
0.8
Khả năng tháo qua cống :
Q =

0
..B.h
1
2g(H
0
- h
1
)
h
1
: độ sâu nớc trên đỉnh tràn h
1
= h
h
Z
hp
Z
hp
: độ cao cột nớc hồi phục ở hạ lu Z
hp
=
hp
.h
k
,
hp
: hệ số phục hồi phụ
thuộc h
h
và độ khuếch tán của dòng chảy.

H
ình 6.4 : Sơ đồ tính chảy tự do không ngập
H
ình 6.4 : Sơ đồ tính chảy tự do ngập

o
: hệ số lu tốc phụ thuộc vào m.
(Thực tế đã có một số cống bị phá vở vì không tính đến Z
hp
lúc đó Q
thực
> Q
tk
)
2. Chảy dới cửa van: khi cửa van mở một phần
Tùy theo quan hệ giã giá trị h
c
và h
h
sẽ có hai trạng thái chảy ngập và không ngập
v
2
2g
H
C
C
hc
h
h
2g

H
v
2
h
h
hz
a
a
H
ình 6.4 : a. chảy không ngập; b. chảy ngập
a)
a. Chảy không ngập dới cửa van (hình 6.4a)
Điều kiện chảy không ngập : h
c

>h
h










b)
Khả năng tháo qua cống :
Q = ..B.h

c
. 2g(H
0
- h
c
)
- hệ số co hẹp ngang
h
c
= .a : độ sâu co hẹp sau cống
: hệ số co hẹp đứng tra bảng theo a/H
a : độ mở cửa van

100
H
0
: cột nớc trớc cửa van có kể lu tốc đến gần
b. Chảy ngập dới cửa van (hình 6.4b)
Điều kiện chảy ngập : h
c

<h
h
Lúc này có thể phân biệt hai chế độ chảy :
* Nếu h
h
>h
c
và h
c

<h
k
-> nớc nhảy tiến sát về phía cửa van tạo sự nhảy ngập :
Q = ..B.h
c
2g(H
0
- h
Z
)
Với h
z
là độ sâu nớc ngay sau cửa cống :
h
Z
= h
h
2
- M(H
0
-
M
4
) +
M
2

với : M = 4.à
2
.a

2
h
h
- h
c
h
h
.h
c

à : là hệ số lu lợng đã kể đến co hẹp : à = ..
* Nếu h
h
>h
c
và h
c
>h
k
-> chảy sau cửa van là chảy êm (gọi là chảy ngập lặng) :
Q = ..B.h
c
2g(H
0
- h
h
)
II. Tính toán tiêu năng sau cống hở
1. Đặc điểm tiêu năng sau cống hở và biện pháp tiêu năng
- Đặc điểm

+ Các loại cống hở thờng đợc xây trên nền mềm, cột nớc không lớn do đó hình
thức tiêu năng thờng dùng là tiêu năng đáy (ít dùng tiêu năng phun xa và tiêu
năng bằng dòng mặt)
+ Mực nớc thợng hạ lu và lu lợng qua cống thờng xuyên thay đổi vì vậy cần
tính toán kiểm tra cho các trờng hợp bất lợi nhất.
+ Khi cống mở không đối xứng dễ sinh dòng xiên gây xói lỡ bờ hạ lu
+ Khi h không lớn, có thể tồn tại nớc nhảy sóng, gây xói lở phần sân phủ ở hạ
lu.
- Biện pháp tiêu năng
Với đặc điểm đó ngời ta thờng dùng biện pháp đào bể tiêu năng, xây tờng tiêu
năng, hoặc bể tờng kết hợp, các thiết bị tiêu năng phụ để tạo nớc nhảy ngập ngay sau
cống.
2. Biện pháp chống nớc nhảy sóng
Khi h nhỏ, tỷ số
h
c

h
c
<2 tức Fr<3 (tính với dòng chảy trớc khi vào bể) sẽ phát
sinh nớc nhảy sóng. Không có xoáy trên mặt.
Tác hại của nớc nhảy sóng : làm khả năng tiêu hao năng lợng của nớc nhảy rất
kém, gây khó khăn cho việc khuếch tán dòng chảy, dòng chảy tách khỏi tờng cách
gây nên khu nớc vật hai bên, thu hẹp chiều rộng dòng chảy làm tăng lu lợng đơn vị
và lu tốc tạo thành dòng chảy xiết ở giữa làm xói lở lòng kênh, có khi làm lệch hớng
dòng chảy, gây xói lỡ bờ kênh.
Biện pháp chống:
+ Tăng chiều cao tờng và độ sâu của bể tiêu năng
+ Xây ngỡng trớc khi vào bể tiêu năng.
3. Biện pháp chống dòng xiên

101
- Nguyên nhân : Khi tờng cánh hạ lu mở quá lớn làm cho dòng chảy khó khuếch
tán và nó tách khỏi tờng cánh, tạo nên nớc xoáy hai bên. Nguyên nhân khác có thể là
do kết cấu hạ lu không đối xứng hoặc các cửa van mở không đều làm cho dòng chảy
lệch và ngoằn ngoèo, lúc xô bờ này lúc va bờ kia gây xói lỡ lòng và bờ kênh.
- Biện pháp khắc phục :
+ Thiết kế tờng cách hạ lu hợp lý (nh ở phần cấu tạo)
+ Thiết kế kết cấu hạ lu đối xứng
+ Thao tác đóng mở cửa van hợp lý
4. Biện pháp chống xói lở sân sau:
Dòng chảy sau sân tiêu năng là dòng êm nhng lu tốc phân bố cha đều, mạch
động lớn có thể gây xói lở đáy và bờ.
Biện pháp chống : bố trí hố xói sau sân phủ hoặc sau sân tiêu năng để mở rộng
mặt cắt, ổn định dòng chảy trớc khi vào kênh (nh phần cấu tạo)
ò4. Tính toán Kết cấu cống hở
I.Tính toán bản đáy cống
1. Tính theo phơng pháp dầm đảo ngợc
- Trớc hết xét cho toàn bộ thân cống, phản lực nền theo phơng dòng chảy có dạng
đờng thẳng (hình 6.5a), đợc tính toán theo công thức nén lệch tâm :

max, min
=
P
F

M
0

W

(*)
P : tổng các lực thẳng đứng
M
0
: tổng mômen của các lực lấy đối với tâm O
F : diện tích mặt cắt tính toán
W : mômen chống uốn của mặt tính toán


q



min


max
q

b)
a)

H
ình 6.5 : Sơ đồ tính kết cấu bản đáy cống theo phơng pháp dầm đảo ngợc

- Sau đó xét một dải ngang thân cống (vuông góc với dòng chảy) có chiều dài đơn vị
(1m), xem là một dầm đơn hay liên tục có các gối là các mố trụ. Xem phản lực nền tại
vị trí tính toán và phân bố đều lên dầm (hình 5.5b) là một tải trọng. Từ đó dùng cơ kết
cấu để tìm ra biểu đồ nội lực trong dầm.
- Phơng pháp này đơn giản, song kém chính xác vì cha phản ánh đúng thực tế nh :
cha xét đến tính chất và biến dạng của nền và bản đáy, đối với phản lực nền xem là

102
phân bố đều theo hớng ngang cũng không phù hợp, cha xét đến tính liền khối của
cống. Vì vậy phơng pháp này chỉ dùng khi thiết kế cống nhỏ, bản đáy tơng đối dày,
đối với cống lớn chỉ dùng để tính toán sơ bộ ban đầu. Xác định các kích thớc cơ bản
của thân cống.
2. Tính theo phơng pháp dầm trên nền đàn hồi
- Dới tác dụng của tải trọng công trình q(x) và phản lực nền p(x) dầm bị uốn và trục
võng của nó xác định theo phơng trình vi phân :
(x)
q(x)
x
p(x)
Hình 6.6 : Độ võng của dầm do
tải trọng ngoài và phản lực nền
EJ
d
4
(x)
dx

4
= [q(x) - p(x)].b (1)
b : chiều rộng dầm.
(x) : chuyển vị đứng (độ võng) của dầm.
EJ : độ cứng chống uốn.
- Điều kiện tiếp xúc giữa bản đáy và nền sau
khi lún là :
(x) = S(x)
S(x) : độ lún của nền
- Nh vậy ta có hai đại lợng cha biết là (x) hay S(x) và p(x) mà chỉ mới có một
phơng trình (1), để giải quyết bài toán ta lập thêm một phơng trình quan hệ giữa độ
lún của mặt nền với áp lực đáy móng.
S(x) = f
1
[p(x)]
Hay p(x) = f
2
[S(x)] (2)
- Giải hệ hai phơng trình (1) và (2) ta sẽ xác định đợc phản lực nền p(x), sau đó sẽ
xác định đợc nội lực trong cho bản đáy.
- Các quan hệ trên thể hiện cơ chế làm việc (biến dạng) của nền dới tác dụng của
ngoại lực. Để giải quyết quan hệ trên, ta có thể đi theo hai nhóm phơng pháp sau :
a. Phơng pháp xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ (phơng pháp hệ số nền)
Cơ sở của phơng pháp này là dựa vào giả thiết cơ bản của Winkler :
p(x) = k(x).s(x)
k(x) : hệ số nền tại vị trí x.
Đặc điểm của phơng pháp này là chỉ xét biến dạng đàn hồi tại nơi có tải trọng
ngoài tác dụng (ngay dới phạm vi đặt tải) và không xét đến biến dạng của đất tại vùng
lân cận, cũng nh bỏ qua tính ma sát và tính dính của đất nền.
Mô hình nền của Winkler đợc biểu diễn bằng hệ thống lò xo thẳng đứng, làm việc

độc lập với nhau và biến dạng của lò xo tỷ lệ bậc nhất với lực tác dụng lên lò xo.
Phơng pháp hệ số nền nhiều khi không phù hợp với thực tế. Tuy nhiên có thể áp
dụng cho trờng hợp nền đất bùn hoặc nền đất yếu.
Để tiện dùng trong thiết kế, có thể các bảng tra lập sẵn của Klêpikop để tính toán
nội lực.
b.Phơng pháp xem nền biến dạng đàn hồi toàn bộ
Phơng pháp này dựa vào giả thiết xem nền là một nửa không gian đàn hồi đồng
nhất và đẳng hớng, có xét tới biến dạng đàn hồi của vùng lân cận diện chịu tải (hình
6.7) cũng nh kể đến lực dính và lực ma sát đối với biến dạng của đất nền.
Phơng pháp này chỉ nên áp dụng trong các trờng hợp :
+ Đất nền có tính nén ít và trung bình.

103
+ Lớp đất có chiều dày nén lớn.
+ Tính cho các loại móng bản.
Khi xét đến ảnh hởng của tải trọng bên cần chú ý các điểm sau :
+ Nếu tải trọng bên làm tăng thêm mômen uốn ở bản đáy (trờng hợp bất lợi) thì
xét ảnh hởng đó hoàn toàn.
+ Nếu tải trọng bên làm giảm mômen uốn ở bản đáy (trờng hợp có lợi) với đất
đắp hai bên là đất sét thì không xét đến ảnh hởng này, với đất đắp hai bên là
đất cát thì xét đến 30ữ50% ảnh hởng tải trọng bên.
+ Chiều dài lớn nhất của phạm vi đất đắp nếu nhỏ hơn 2l (chiều dài dầm) thì lấy
chiều dài thực của phạm vi đất đắp xét ảnh hởng, còn nếu lớn hơn 2l thì
phạm vi ảnh hởng tải trọng bên chỉ lấy2l.

Hình 6.7 : Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy
S : Tải trọng bên; q : Tải trọng của máy thi công


II. Tính toán mố trụ van
1.Iính toán mố trụ van phẳng
a.Khi cửa van hai bên trụ đều mở nh nhau hoặc khi mới xây dựng xong cha có
nớc
- Các lực truyền xuống gồm có : cầu giao thông (P1),cầu công tác và các thiết bị đặt
trên cầu (P2), tờng ngực (P3), bản thân mố (P4) Các lực này đợc xem là lực tập
trung (hình 6.8). Do đó mố chịu nén lệch tâm và ứng suất đáy mố (ngang với bản đáy )
xem nh phân bố theo đờng thẳng và các giá trị cực trị ở hai đầu mố là :

mac,min
=
P
F

M
0

W

P : tổng các lực thẳng đứng truyền xuống mố.
M
0
: tổng mô men do các lực trên đối với tâm mặt cắt ngang mố.
104
F, W: tiết diện và mô men chống uốn của đáy mố.

max
P2
min
P4
P3
P1
đ c
P







H
ình 6.8

Dựa vào biểu đồ ứng suất đáy trụ, xét cho từng mét chiều dài mố, xem nh cột chịu
nén dọc dới tác dụng của tải trọng đứng P
P =

đ
+
c
2
..1

đ
,
c
: ứng suất đáy trụ ở đầu và cuối mét tính toán
: chiều dày trụ
Biết lực tác dụng P, tiến hành tính toán cốt thép và kiểm tra uốn dọc trụ.
b. Khi cửa cống đóng và có sự chênh lệch mực nớc trớc và sau van
d
l/2
l/2
Xét điều kiện làm viêc cho một mố (hình 6.9) vẫn dùng công thức (*)nhng khi tính
mômen còn kể đến tác dụng do áp lực ngang Q của nớc gây ra. Ngoài ra tại khe van
cần kiểm tra và đặt thép chịu lực, theo công thức :
F
a
=
kQ
[]

F

a
: tiết diện thép cần đặt tại khe
[] :ứng suất cho phép của thép
k : hệ số an toàn thờng lấy (1,7ữ,8)
Q : lực ngang của nớc
Q =
(h
1
2
-h
2
2
)
2
.l

H
ình 6.9
h
1
, h
2
: chiều cao nớc thợng hạ lu tác dụng lên cửa van.
l : chiều rộng cửa van
c. Khi trong khoang cống không có nớc (trờng hợp sửa chữa, hình 6.10)

X
Y

H
ình 6.10



Trụ làm việc nh một kết cấu chịu nén và uốn hai chiều, ứng suất tại các đầu góc
của tiết diện trụ tính theo công thức :

max,min
=
P
F

M
x
W
x


M
y
W
y


M

x
, M
y
: tổng mômen đối với các trục x, trục y.
Wx, Wy : mô men chống uốn của tiết diện đối với các trục trên.
Sau đó cũng xét từng mét của mố, xem nh cột chịu nén lệch tâm theo hớng ngang để
tính nội lực và bố trí cốt thép.
2. Tính mố trụ van cung
Với cốt thép đứng tính toán nh mố trụ van phẳng. Thép ngang dọc theo mố là thép
phân bố. Cần xét ảnh hởng của lực tập trung do van truyền tới trụ qua bệ tỳ.
Đối với bộ phận bệ tỳ càng van xem nh một dầm công son chịu uốn do tác dụng
của lực tập trung do càng van truyền tới.

105
III.Tính toán tờng ngực
- Yêu cầu : cao trình đỉnh tờng ngc cao hơn mực nớc cao nhất ở thợng lu, còn
cao trình đáy tờng ngực cao hơn mực nớc mùa kiệt khi mở hẳn cửa van khoảng
0,3ữ0,5m. Tờng ngc bao gồm bản che, dầm trên và dầm dới (hình 6.11).

l
Dầm dới
Bản
Dầm trên
A
B
D
a c
l
h
D

B
A








H
ình 6.11 : Tờng ngực và sơ đồ áp lực nớc tác dụng lên nó

- Tờng ngực nối tiếp với mố cống có thể theo hình thức ngàm chặt, cũng có thể theo
kiểu tách rời. Loại ngàm chặt có thể đổ mỏng hơn, song dễ bị nứt chỗ nối tiếp.
- Lực tác dụng : trọng lợng bản thân, áp lực ngang của nớc, áp lực sóng.
1. Tính toán bản mặt
- Bản mặt chắn có thể nối cứng hoặc nối khớp với dầm, chiều dày (0,15ữ0,50)m .
- Nếu kích thớc giữa hai cạnh của bản
b
l
2 (b : chiều rộng khoang, l:chiều cao bản)
thì xác định nội lực trong bản theo nguyên tắc bản chịu lực.
- Nếu
b
l
>2 tính theo nguyên tắc dầm chịu lực, tức xét từng mét theo chiều cao bản và
xét dầm với nhịp tính toán l
0
= 1,05l.

2. Tính toán dầm trên và dầm dới
Tính toán theo dầm chịu lực theo hai hớng. Hớng thẳng đứng do trọng lợng bản
thân gây ra, hớng ngang do áp lực nớc và sóng tác dụng lên bản truyền lên nó. Dầm
dới còn có thêm áp lực nớc và sóng trực tiếp truyền lên nó, ngoài ra tùy theo phơng
pháp thi công mà dầm dới còn chịu cả trọng lợng bản thân dầm trên, bản mặt.

ò5. tính toán ổn định cống
Tính toán thủy lực giúp chúng ta xác định các kích thớc cơ bản của cống. Sau khi
chọn cấu tạo, xác định kích thớc các bộ phận chính, chúng ta thực hiện tính toán ổn
định cống. Nội dung gồm :
- Kiểm tra ổn định thấm (ở chơng 3)
- Kiểm tra về biến dạng, lún, nghiêng(ở môn cơ học đất nền móng)
- Kiểm tra ổn định trợt của cống hoặc của cống với một phần nền (ở chơng 8)






106
ò6. Đặc điểm làm việc và cấu tạo

I.Đặc điểm làm việc của cống ngầm
H
ình 6.12 : Cống ngầm hồ chứa nớc Mỹ Bình tỉnh Bình Định
- Cống ngầm là loại công trình lấy nớc, tháo nớc đặt dới đê, đập hoặc đờng giao
thông.
- Đặc điểm :
+ Về chế độ thủy lực : Lu lợng qua cống không lớn nhng cột nớc lớn và
thờng xuyên thay đổi nên chế độ chảy trong cống khá phức tạp. Dòng chảy trong
cống có thể có áp, không áp hoặc nửa áp.
+ Về ổn định : Cống chịu trọng lợng lớn của cột đất bên trên nên khó mất ổn định
trợt ngang. Nhng thân cống dài dễ bị nứt gảy do lún không đều. Vì vậy thân
cống phải đợc đặt trên nền đá gốc hoặc đất nguyên thổ không nên đặt trên nền
đất đắp. Cần có biện pháp chống rò rĩ và thấm tiếp xúc xung quanh thân cống.
+ Về thi công, khai thác và sửa chữa : Cống đặt sâu trong thân đập nên thi công
sửa chữa khó khăn. Để khắc phục nhợc điểm này ngời ta nghiên cứu loại cống
đặt trong hành lang để có thể đi lại kiểm tra (hình 6.13), sửa chữa. Hành lang có
thể sử dụng để tháo lũ thi công.
II. Phân loại cống ngầm
1. Theo vật liệu xây dựng : có thể có cống bằng ống sành, bê tông, bê tông cốt thép,
và ống kim loại
2. Theo hình dạng mặt cắt :Gồm có cống tròn, cống hộp, cống vòm hoặc liên vòm
(hình vẽ 6.14)

107





















Hình 6.13
Cống ngầm đặt trong
hành lang
H
ình 6.14 : Các hình thức mặt cắt cống ngầm
3. Theo cách bố trí
- Cống ngầm đặt trực tiếp trên mặt nền, dùng trong trờng hợp nền tốt.

- Cống đặt trong hành lang bằng bê tông cốt thép, dùng trong trờng hợp nền yếu,
đờng ống có áp thờng dùng hình thức này (hình 6.13).
4. Theo hình thức lấy nớc
- Lấy nớc theo hình thức kiểu đặt van khống chế ở hạ lu (hình 6.15a).
- Lấy nớc kiểu cửa kéo nghiêng (hình 6.15b).
- Lấy nớc kiểu đặt nghiêng.
H
ình 5.15
- Hình thức lấy nớc kiểu tháp : tháp kiểu kín, tháp kiểu hở.














Vị trí đặt tháp : tháp có thể đặt ở ba vị trí I,II,III (hình 6.16).
a)
b)
- Tháp đặt ở vị trí (I) : cầu công tác dài, tháp dễ bị lún nhiều hơn các bộ phận khác,
tháp chịu ảnh hởng của sóng gió động đất. Nhng nó có u điểm là sửa chữa dễ
dàng
- Tháp đặt ở vị trí (III) : Tháp đặt ở vị trí (II) : sẽ khắc phục đợc nhợc điểm của hai

vị trí trên.

108
















13350
2560
KHI
1400
65,20
1300
1000
4040
20
20
6050

20
850
50
Bó tọng M150
40
45,50
oaỷn 1
40 x 4
520
49,00
58,00
1400
1300
KHI
MNDBT
63,30
40 x 4
oaỷn 2
Cao su cuớ toới
oaỷn 3
20
120
40
150
MNGC
44
48,60
oaỷn 4
1000
20

120
40
300
300
57,00
C
50
61,00
30
50
49,0
30
644
1400
40 x 4
oaỷn 5
150
oaỷn 6
756
m

=

0
,
6
Tổồỡng chọỳng thỏỳm tióỳp
giaùp BTCT M200
20
20

40
250
30
50
63,20
Khồùp nọỳi 2 lồùp
cao su toới
40 x 4
20
120
40
oaỷn 7
40 x 4
KHI
B
5
0
61,0
m

=

0
,
6
1
5
0
51,91
1030

309
1030
440
1230
360
44,07
4101400
ng theùp 120 daỡy 10mm,
boỹc BTCT M200
1400
oaỷn 8
40 x 4
20
120
40
m =

1
C
55,0
750
oaỷn 9
40 x 4
oaỷn 10
44,72
i = 0,0008
47,72
125
820
120

30
130
80
40
50
43,37
600
44,12
200
45,92
52,62
2181
350
243
Raợnh thoaùt nổồùc ồớ chỏn õỏỷp
4
9
,
0
m

=

3
,
5
m

=

3
m

=

2
,
5
m

=

3
515
100
100
aù xỏy vổợa M100
4
9
,
0
1250
m = 3,5
Tim cọỳng
5
7
,
0
Tim õỏỷp
6

5
,
2
m = 3
350
5
5
,
0
m = 2,5
Trọửng coớ
m = 3
4
7
,
7
2
400
1320
m

=

1
m

=

1
500 400

4
7
,
7
2
Trọửng coớ
4
5
,
9
2
4
4
,
1
2
2
0
0
3
5
4
5
,
9
2
3
5
1
4

0
-
4
i

=

8
.

1
0
2
0
0
ng tióu nổồùc bũng
nhổỷa PVC 25
4
4
,
0
m =2
MT BềNG
CếT DOĩC CNG

H
ình 6.17 : Cống ngầm
Công trình hồ chứa nớc Núi
Ngang tỉnh Quảng Ngãi

109










I
II
III
H
ình 6.1
6
:Các vị trí đặt tháp cống ngầm
5. Theo chế độ thủy lực trong cống : cống có áp, cống không áp, cống bán áp.
III. Cấu tạo của cống ngầm
Cống ngầm có ba bộ phận chính : Cửa vào, thân cống, cửa ra (hình 6.17).
1.Phần cửa vào
Có dạng thu hẹp dần trên bình diện, mép trên cửa cống có dạng cung tròn hay elip
để tạo sự thuận dòng và giảm tổn thất cột nớc
2.Phần cửa ra
Là bộ phận tiêu năng, yêu cầu nh các bộ phận tiêu năng nói chung cần thỏa mãn
tiêu hao hết năng lợng thừa. Hình thức tiêu năng thờng hay gặp nh bể, tờng, bể
tờng kết hợp, ở cống có áp còn dùng hình thức bể kín để đón dòng nớc phóng ra và
tiêu năng.
3.Phần thân cống và tháp cống

a. Tháp cống
- Tháp cống là nơi bố trí và vận hành cửa van đóng mở cống.
- Vị trí của tháp có thể xê dịch từ chân đập đến đỉnh đập:
Nếu đặt tháp ở chân đập (vị trí I)
+ Ưu điểm : thi công cống ít ảnh hởng đến thi công đập, kiểm tra sửa chữa dễ
dàng
+ Nhợc điểm : cầu công tác dài, chịu ảnh hớng của sóng gió, động đất. Tháp bị
lún nhiều, đòi hỏi nền phải tốt.
Nếu đặt tháp ở gần đỉnh đập (vị trí III)
+ Ưu điểm : cầu công tác ngắn, ít chịu tác dụng của sóng gió

110
+ Nhợc điểm : tháp chịu áp lực cột đất lớn, đoạn ống làm việc có áp dài, khó kiểm
tra tu sửa, yêu cầu nối tiếp thân tháp với đập phải tốt, tránh gây thấm ở mặt tiếp
xúc. Nói chung ít đặt tháp ở vị trí này.
Để khắc phục các nhợc điểm ngời ta đặt tháp gần giữa mái đập
- Trong tháp cống thờng bố trí hai hàng khe van, một van công tác (van chính) bố
trí ở phía sau và một van dự bị dùng trong trờng hợp van chính có sự cố, thờng
ngời ta kết hợp van sự cố và sửa chữa làm một.
- Chiều dày của tháp thờng khá dày ở đoạn dới khoảng 0,7ữ1,0m và phía trên
mỏng hơn. Trên cùng là sàn đặt máy đóng mở cửa van. Trong thiết kế cần bố trí
thiết bị để có thể đi lên xuống trong tháp van đợc. Tháp van cũng cần bố trí để đủ
chỗ đặt van dự trữ khi tu sửa van chính và có bố trí đờng ống dẫn khí từ ngoài
xuống phía sau cửa van chính để phá và ngăn hiện tợng chân không xảy ra ở đoạn
sau cửa van trong quá trình làm việc. Phần đáy tháp thờng bố trí rộng ra để truyền
lực xuống nền đều đặn, do điều kiện làm việc bản đáy chọn khá dày 0,7ữ1,0m (đôi
khi lớn hơn)
b. Thân cống
Có thể thi công đổ tại chỗ hoặc lắp ghép các đoạn ống đúc sẵn.
- Với ống đúc sẳn : chiều dài mỗi đoạn là l=(1-3)m

- Với loại đổ tại chỗ : tùy theo loại nền, l<(10-20)m.
- Tại chỗ nối các đoạn cống phải có khớp nối phải thỏa mãn yêu cầu cho phép biến
dạng song phải chống thấm tốt.
- Nếu nền xấu thì thân cống đợc đặt trên bệ đỡ. Thờng thân cống đợc đặt trên
một lớp bê tông lót mac thấp dày (10ữ20cm).
- Để chống thấm tiếp xúc, bố trí một lớp đất sét đắp thủ công quanh cống, hoặc xây
gờ (mang cống) nhô lên 0,8ữ1m, các gờ cách nhau 10ữ20m (hình 6.17)
ò7. Tính toán thủy lực cống ngầm
Nội dung tính toán thủy lực cống ngầm lấy nớc từ hồ chứa:
- Căn cứ vào mực nớc chết, cao trình bùn cát và cao trình tới tự chảy, so sánh về
địa chất các tuyến để quyết định tuyến cống, độ dốc cống và cao trình đặt cống
+ Cao trình cửa vào > cao trình bùn cát và < cao trình MNC.
+ Cao trình mực nớc cửa ra bảo đảm > cao trình yêu cầu tới tự chảy.
+ Cống không nên đặt trên nền đất đắp.
- Xác định khẩu diện cống : Với mực nớc bất lợi nhất (MNC) cống phải tháo đủ
lu lợng thiết kế. (giả thiết chế độ chảy, áp dụng công thức tính lu lợng qua
cống xác định đợc diện tích cần thiết, sau đó chọn kích thớc bxh hay R chú
ý phải tính đến điều kiện thi công và sửa chữa)

111
- Tính toán kiểm tra khả năng tháo và chế độ chảy cho các trờng hợp làm việc khác
nhau, thiết kế tiêu năng sau cống.
- Lập qui trình đóng mở cửa van xác định quan hệ Q~a (với a là độ mở cống)
- Vì mực nớc và lu lợng trong cống luôn thay đổi nên có thể xảy ra 3 chế độ
chảy:
+ Chảy không áp : cửa cống mở hết, dòng chảy không ngập cửa vào và không
ngập trần cống.
+ Chảy có áp : cửa vào bị ngập và dòng chảy trong cống ngập trần cống (kể cả
khi chỉ ngập một phần)
+ Chảy bán áp : Cửa vào bị ngập nhng dòng chảy trong cống có mặt thoáng

trên toàn bộ chiều dài.

I. Tính toán thủy lực cống ngầm chảy không áp
K
C
k
h
C
D
D
K
hn
lv
lrlk
H
Ho
Lk
H
ình 6.18 : Cống ngầm chảy không áp
1. Điều kiện chảy không áp
Khi cửa ra của cống không bị ngập và H/a<1,5 (H - Cột nớc trớc cống, a - chiều
cao cống hộp) hoặc H/d<1,1 (d - đờng kính cống tròn) thì cống chảy không áp

(Ví dụ : dòng chảy từ sông, hồ đi vào cống, tiết diện bị thu hẹp, 1 phần thế năng
chuyển thành động năng, mực nớc ở cửa vào hạ thấp, không ngập miệng cống và trần
cống )
2. Xác định khả năng tháo
Tùy theo chiều dài cống chia làm hai loại cống ngắn và cống dài.
+ Chiều dài phân giới L
k
L
k
= l
k
+ l
vào
+l
ra
l
vào
= (1,5ữ2,5)(H
o
-h
c
)
l
ra
=2,5(h

k
-h
n
)
l
k
: chiều dài đờng nớc dâng có độ sâu ở đầu trên là h
c
và độ sâu ở đầu
dới là h
k

Đơn giản ta có thể lấy : L
k
=(8 ữ10)H

112
Các ký hiệu xem ở hình 6.18
+ Nếu L L
k
thì cống đợc coi là cống ngắn. Trong cống duy trì chế độ chảy
xiết (h<h
k
), hạ lu không ảnh hởng đến khả năng tháo :
Với cống hộp :
Q = m.b. 2g .H
0
3/2
b : chiều rộng cống
Với cống có tiết diện bất kỳ (tròn, bầu dục) :

Q = m
k
.b
k
. 2g .H
0
3/2
b
k
=

k
h
k
: chiều rộng trung bình của dòng chảy ở độ sâu phân giới
Lu ý : Các công thức trên dùng trong trờng hợp độ dốc cống i=0; nếu i>0 mỗi lần
tăng độ dốc 1% thì hệ số lu lợng tăng (1ữ2)%, còn đối với cống tròn hệ số
lu lợng tăng 2%.
+ Nếu L > L
k
thì cống đợc coi là cống dài. Dòng chảy trong cống sẽ tơng tự
dòng chảy qua kênh. Chiều dài cống và mực nớc hạ lu sẽ ảnh hởng đến khả năng
tháo.
Với cống hộp :
Q = m.
n
.b. 2g .H
0
3/2

Với cống có tiết diện bất kỳ (tròn, bầu dục) :
Q = m
k
.
n
.b
k
. 2g .H
0
3/2

n
: hệ số ngập khi xảy ra chảy ngập :
n
= f(h
h
/H
o
) - tra bảng của Kumin
Điều kiện để chảy ngập là :
h
h
>(1,2ữ1,25)h
k
h
h
: cột nớc hạ lu tính từ đáy cửa ra cống
h
h
>(0,75ữ0,77)H

o
Đây là điều kiện ứng với i=0, nếu i>0 thì giới hạn trên có thể tăng thêm
(Cống có i>i
k
có thể chảy không ngập, dù mực nớc hạ lu ở cửa ra cao quá
giới hạn đã nêu trên)

II. Tính toán thủy lực cống ngầm chảy có áp
1. Điều kiện chảy có áp :
- Khi :
H
a
1,75 + 0,3.
v
2
2g
a: đờng kính cống tròn hay chiều cao cống hộp
v : lu tốc bình quân trong cống
Thì nói chung là cống chảy có áp.
- Khi mực nớc thợng lu và hạ lu ngập cửa, cống cũng chảy có áp.
- Trong trờng hợp xảy ra nớc nhảy trong cống, muốn xác định chế độ chảy
chính xác ta phải vẽ đờng mặt nớc trong cống với giả định không có trần cống.
2. Xác định khả năng tháo
- Nếu mực nớc hạ lu ngập

113
Ho Ho
Zo=Ho-i.L-d/2
Zo=Ho-i.L-hn
hn

d
d
hn
quá
1
2
chiều cao cửa ra (hình 6.19a) :
Q =
c
.. 2g(H
0
+i.L-h
n
)
a)
- Nếu mực nớc hạ lu ngập thấp
hơn
1
2
chiều cao cửa ra (hình 6.19b) :
Q =
c
. 2g(H
0
+i.L-
d
2
)
b)
: tiết diện cống ở cửa ra (không phải mặt cắt ớt)

H
ình 6.19 : Cống ngầm chảy có áp
L,d : chiều dài và chiều cao cống

c
: hệ số lu lợng :

c
=
1
+
c
+
2gL
c
2
R

III. Tính toán thủy lực cống ngầm chảy bán áp
1.Điều kiện chảy bán áp
Khi H/a lớn, tháo lu lợng bé, dòng chảy xiết trong cống đẩy lùi nớc nhảy ra
ngoài cống, hoặc có nớc nhảy trong cống nhng không chạm trần cống -> cống chảy
ở chế độ bán áp.
2.Xác định khả năng tháo : khi cửa van mở hết
a. Cống có tiết diện chử nhật, không kể ảnh hởng độ dốc đáy cống
Q = à. 2g(H
0
- a)
a chiều cao cống
- tiết diện cống = a.b

à - hệ số lu lựơng
- hệ số co hẹp phụ thuộc H/a
b. Khi cống có tiết diện hình tròn, có kể đến ảnh hởng của độ dốc đáy cống
Q = à.
2g(H
0
- (0.708 - 2i)d)
d đờng kính cống tròn
i - độ dốc đáy cống
Khi cống mở một phần, chảy bán áp : dùng công thức chảy dới cửa van không
ngập trong cống hở.
Điều kiện áp dụng các chế độ chảy
- Cống lấy nớc để tới : có thể dùng các chế độ không áp, bán áp hoặc có áp ổn
định. Khi thiết kế phải chọn kích thớc cống, độ dốc đáy và chiều dài cống sao cho

114
trạng thái chảy trong cống là một chế độ ổn định. Tránh trờng hợp chuyển từ chế
độ này sang chế độ khác.
- Cống lấy nớc phát điện : thờng dùng chế độ chảy có áp ổn định.
IV.Thiết kế tiêu năng sau cống
- Đối với cống ngầm qua đập đất : có cột nớc H lớn nhng lu lợng riêng q bé
- Đối với cống ngầm qua đê, đờng giao thông : q lớn thì H lại bé
- Vì vậy vấn đề tiêu năng sau cống không phức tạp lắm.
- Sau khi kiểm tra chế độ chảy với các trờng hợp khai thác khác nhau nếu có nớc
nhảy phóng xa sau cống (h
ra
>h
h
) thì có thể dùng biện pháp xây dựng hố tiêu năng
tại cửa ra của cống để tiêu hao năng lợng dòng chảy trớc khi vào kênh. Ngợc

lại, chỉ cần thiết kế tiêu năng theo cấu tạo.
ò8. Tính toán kết cấu và ổn định thân cống
Nội dung tính toán
- Chọn trờng hợp tính toán bất lợi: Cống có thể đợc tính trong các trờng hợp :
+ Cống mới thi công xong cha có nớc (áp lực đất lớn, không có áp lực nớc từ
phía trong -> bất lợi cho nắp cống , thành cống và đáy cống
+ Cống Chảy đầy một khoang còn khoang kia không có nớc -> bất lợi cho thành
phân cách giữa hai khoang cống
+ Cống không hoạt động, Mực nớc trớc đập lớn, đờng bão hòa cao, phần đất
dới đờng bão hòa trên mực nớc hạ lu có dung trọng bão hòa gây áp lực tăng
thêm lên các bộ phận của cống.
- Chọn mặt cắt tính toán điển hình : Có thể tính cho các mặt cắt giữa đỉnh đập, tại
chân đập và mặt cắt trung gian
- Sau khi có khẩu diện, dựa vào kinh nghiệm sơ bộ chọn chiều dày thân cống t>
D
10

- Xác định các lực tác dụng lên thân cống, tổ hợp lực
- Tính toán nội lực.
- Tính toán cốt thép và kiểm tra tiết diện (về cờng độ và không cho phép nứt)
I. Xác định các lực tác dụng lên thân cống ngầm
1. Trọng lợng bản thân cống : dựa vào kích thớc và vật liệu để tính (G
1
.T/m).
2. áp lực thủy tĩnh của nớc: G2- tác dụng lên bản đáy, thành bên và cả nắp
cống(khi chảy có áp) tính từ cột nớc và kích thớc cống.
3. áp lực đứng của đất :

115
a)
b)
H
ình 6.20 Sơ đồ áp lực đất thẳng đứng.
















Trị số áp lực đất thẳng đứng tác dụng lên cống ngầm :
G
3
= k
3
.
đ
.H.D1 T/m

đ
- dung trọng của đất đắp trên cống
H - chiều sâu lớp đất
D
1
- đờng kính ngoài của cống
k
3
- hệ số phụ thuộc tính chất nền, độ cứng của cống và tỷ số H/D (tra bảng)
Độ cứng của cống tính theo công thức:
=
E
đ
E
c
.(
r
t
)
3
E
đ
, E
c
lần lợt là mođul đàn hồi của đất và vật liệu cống
r, t là bán kính và chiều dày của cống tròn
- Khi <1 : cống tuyệt đối cứng (hình 6.20a), phần đất hai bên lún xuống gây ma sát
hớng xuống với phần đất trên cống tạo nên áp lực phụ thêm do đó k
3
>1 (cống

nhỏ bằng BTCT thuộc loại này)

- Khi >1 cống mềm (hình 6.20b) biến dạng dạng lún của khối đất phía trên lớn
hơn khối đất ở hai bên gây lực ma sát hớng lên vì vậy áp lực đất thẳng đứng sẽ
nhỏ hơn trọng lợng khối đất, có thể lấy k
3
=1 (cống Lớn và vừa bằng BTCT thuộc
loại này)
Hình 6.21
áp lực
ngang của
đấ
t
4. áp lực ngang của đất
Cờng độ tại tâm cống:
G4 =
đ
.H
o
.tg
2
(45
o
-

2
)
5. Phản lực nền tại đáy cống
a. Cống có bản đáy phẳng hoặc đặt trên bệ phẳng (hình 6.22a)

116

a) b) c)
H
ình 6.22 :Phản lực tại đáy cống
a. Trên bệ bê tông
b. Trên nền mềm
c. Trên nền cứng
















Phản lực nền phân bố theo đờng cong nh hình vẽ 6.22a
Trị số q
o
và q
1
của biểu đồ phụ thuộc loại nền, Q và B

- Nền sét pha cát : q
o
= 0,81.
Q
B

q
1
= 1,37.
Q
B

- Nền sét : q
o
= 0,73.
Q
B

q
1
= 1,66.
Q
B


- Nền cát : q
o
= q
1
=

Q
B
(phân bố đều)
b. Cống tròn đặt trực tiếp trên nền
Kết quả tính theo mô hình nền Winkler nh sau
- Với nền cứng (hình 6.22c)
q

=
2.Q.cos
r(sin2 + 2)

- Với nền mềm (hình 6.22b)
q

=
3Q.(cos - cos).cos
r(3.sin + sin3 - 3.cos)

6. Tải trọng tĩnh trên mặt đất : Khi có một lực tập trung P tác dụng trên mặt đất,
tại điểm có độ sâu H và cách điểm đặt lực một khoảng R chịu một lực là :

z
=
3.P.H
3
2..R
5

117
7. Tác dụng của tải trọng động trên mặt đất
Tính toán tơng tự nh tải trọng tĩnh nhng phải nhân thêm 1 hệ số động lực à.
Thông thờng cống trong công trình thủy lợi đặt sâu nên lấy à = 1
II.Tính toán Nội lực và cốt thép
Xem kết cấu thân cống là một kết cấu siêu tĩnh bậc 3, vận dụng các phơng pháp
của cơ học kết cấu để tính nội lực cho từng trờng hợp, sau đó tổ hợp nội lực, tính toán
cốt thép và kiểm tra nứt. Nếu t đã chọn không bảo đảm yêu cầu thì phải chọn lại và
tính lại từ đầu.
III. Tính toán ổn định
Với cống không dài, cần tính thấm qua nền dới cống, xác định biểu đồ áp lực
thấm, sau đó kiểm tra khả năng trợt của cống. Với cống dài thờng thì yêu cầu về ổn
định trợt đợc bảo đảm.
Công trình lấy nớc
Công trình lấy nớc đợc xây dựng ở đầu mối các hệ thống thủy lợi để lấy nớc từ
sông, hay từ hồ chứa phục vụ cho các nhu cầu dùng nớc.
Có thể chia các công trình lấy nớc thành hai loại :
+ Công trình lấy nớc tự chảy
+ Công trình lấy nớc động lực kiểu trạm bơm (đã đợc nghiên cứu trang môn
học Máy bơm và trạm bơm)
Trong phần này ta chỉ nghiên cứu công trình lấy nớc tự chảy với hai hình thức
lấy nớc có đập và lấy nớc không có đập ngăn sông.


ò9. Công trình lấy nớc không đập
I. ióửu kióỷn laỡm vióỷc cuớa cọng trỗnh lỏỳy nổồùc khọng õỏỷp
- Cọng trỗnh lỏỳy nổồùc khọng õỏỷp tổùc laỡ cọng trỗnh õỷt cổớa lỏỳy nổồùc trổỷc tióỳp trón bồỡ
sọng dỏựn nổồùc vaỡo kónh maỡ khọng cỏửn õừp õỏỷp ngn sọng.
- Cọng trỗnh lỏỳy nổồùc loaỷi naỡy õổồỹc xỏy dổỷng trong trổồỡng hồỹp lổu lổồỹng vaỡ mổỷc
nổồùc sọng baớo õaớm lỏỳy õuớ lổồỹng nổồùc yóu cỏửu vaỡo kónh.

- Cọng trỗnh lỏỳy nổồùc khọng õỏỷp coù kóỳt cỏỳu õồn giaớn, nhổng loaỷi naỡy chởu aớnh hổồớng
nhióửu vaỡo doỡng chaớy thión nhión do õoù chỏỳt lổồỹng nổồùc thỏỳp, quaớn lyù khai thaùc phổùc
taỷp.



118







Hçnh 6.2
3

Cäng trçnh láúy
nỉåïc khäng âáûp






II. Vë trê v bäú trê cỉía láúy nỉåïc
1. Tênh cháút ca dng chy v hçnh dảng ca lng säng
- Trãn âoản säng thàóng våïi tênh cháút âáút âäưng cháút v ti våïi mäüt lỉu lỉåüng nháút âënh
thç màût càõt ngang cọ dảng parabol, phỉång lỉu täúc song song våïi trủc lng säng v trë
säú lỉu täúc låïn nháút åí giỉỵa säng. Do âọ åí giỉỵa säng cọ sỉïc chuøn bn cạt låïn nháút.

Nhỉỵng âoản säng thàóng l ráút êt khong (10÷20)% chiãưu di ca mäüt con säng
thiãn nhiãn.

III-III
II-II
I-I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I








Hçnh 6.2
4
: Âoản säng v cạc màût càõt ngang

- Tải vë trê âoản säng cong phạt sinh lỉûc ly tám v lỉûc ny lm cho mỉûc nỉåïc åí båì
lm dáng cao hçnh thnh âäü däúc ngang ca màût nỉåïc sinh ra hiãûn tỉåüng chy vng
hỉåïng ngang. Dng chy vng ny kãút håüp våïi dng chy dc trủc säng lm cho cạc
cháút âiãøm nỉåïc chuøn âäüng theo qu âảo âỉåìng xồõn äúc. Kãút qu gáy xọi låí båì lm
v bäưi làõng phêa båì läưi.
Nháûn xẹt :

119