Giáo trình Thủy Công tâp 2 part 3 pot

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

74
B = A
20
50
J
Q
.
.
, (13 - 9)
trong đó: Q: lu lợng tạo lòng;
J : độ dốc dọc của đờng mặt nớc sông.
A: hệ số, lấy nh sau:
Với sông miền núi A= 0,75
ữ
0,9
Với sông miền trung du A = 1,0
Với sông miền đồng bằng A = 1.1
Vùng cửa sông A = 1,3
ữ
1,7
- Chiều di đoạn sông chỉnh trị phụ thuộc vo hình thức bố trí cửa lấy nớc.
Khi lấy nớc một bên, chiều di đoạn sông chỉnh trị ở thợng lu không nhỏ hơn
(5
ữ
6)B, ở hạ lu không nhỏ hơn (4
ữ
5)B
1

, khi lấy nớc cả hai bên thì ở thợng lu không nhỏ
hơn (6
ữ7)B, ở hạ lu (3 ữ4)B
1
, khi lấy nớc theo trình tự hai phía, ở thợng lu không nhỏ
hơn (8
ữ10)B, ở hạ lu (4ữ5)B
1
, trong đó: B v B
1
- chiều rộng ổn định của lòng sông thẳng ở
thợng lu v hạ lu.
b )a )
1
1
8
c )
1
2
7
5
3
3
3
2
6
4
2
1
4

2
3
II
d )
I
1
2
1
1
1
2
2
5
4
5
7
2
4
1
1
4

Hình 13-29. Sơ đồ chỉnh tri đoạn sông có cửa lấy nớc có đập
a) Cửa lấy nớc một phía ; b,c) Cửa lấy nớc hai phía;
d) Cửa lấy nớc theo trình tự hai phía.
1. Đê hớng dòng; 2. Đập; 3. Cửa lấy nớc; 4,5. Kênh lấy nớc;
6. Bể lắng cát; 7. Đê ngăn.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

75
Chơng 14 - Cống lộ thiên
Đ14.1. Khái niệm v phân loại
I. Khái niệm:
Cống lộ thiên l một loại công trình thuỷ lợi hở đợc xây dựng để điều tiết lu lợng
v khống chế mực nớc nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nớc, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ
ngọt , ngăn mặn. Cống lộ thiên đợc dùng rộng rãi nhất l ở vùng đồng bằng, vì vậy còn gọi l
"cống đồng bằng" hay cống hở.
II. Phân loại:
Theo mục đích sử dụng cống lộ thiên đợc chia thnh những loại sau đây:
1. Cống lấy nớc:
Cống đợc xây dựng để lấy nớc từ sông, kênh hoặc từ hồ chứa phục các yêu cầu dùng
nớc.
Chúng ta gặp cống lấy nớc kiểu cống lộ thiên ở nhiều nơi, ví dụ cống lấy nớc Trung
Trang đặt ở Xã Bát Trang, Huyện An Lão, Hải Phòng. Cống lấy nớc từ sông Văn úc tới cho
18.250 ha tạo nguồn tới 420 ha, cấp nớc cho sinh hoạt, công nghiệp v các ngnh kinh tế
khác. Cống có 4 cửa, mỗi cửa rộng 8m, Q
tk
=111m
3
/s cống dùng van phẳng thép đóng mở tời
điện TĐ 6.2, cống xây dựng năm 1980.
2. Cống điều tiết:
Loại ny đợc xây dựng trên sông , kênh để dâng cao mực nớc tạo điều kiện lấy nớc
cho các công trình phía thợng lu.
Trên hệ thống sông Nhuệ sau cống đầu mối Liên Mạc có nhiều cống điều tiết đợc xây
dựng trên sông để ton bộ hệ thống đảm bảo nhiệm vụ cấp nớc, tiêu úng v an ton cho mỗi
công trình. Trong đó có cống hạ lu Liên Mạc l cống điều tiết xây dựng năm 2001 có các
nhiệm vụ:
- Dâng nớc ở hạ lu cống Liên Mạc, khi mực nớc sông Hồng vợt +12,95 để đảm

bảo ổn định cho cống Liên Mạc.
- Đảm bảo giao thông (đon tải trọng H30) qua hai bờ sông Nhuệ.
- Đảm bảo lấy nớc tới cho hệ thống (60.000 ha) nh thiết kế ban đầu.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiêu nớc đầu vụ phần diện tích ở hạ lu cống thuộc
địa phận H Nội, H Tây.
Cống hạ lu Liên Mạc gồm 3 cửa mỗi cửa rộng 6m trong đó có cửa qua thuyền (Hình
14-1).

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

76











Hình14-1: Cống hạ lu Liên Mạc
3. Cống tiêu:
Dùng tháo nớc, chống úng cho một vùng nhất định trên một hệ thống, bên cạnh
nhiệm vụ tiêu, cống còn đảm nhận các nhiệm vụ khác.
Cống Láng Thé (Hình 14-2) đặt tại rạch Láng Thé, Xã Đại Phớc, Huyện Cng Long,
Tỉnh Tr Vinh. Cống có 7 cửa dùng van phẳng, mỗi cửa rộng 8,5m. Nhiệm vụ của cống l:
- Tiêu úng cho 58.940 ha

- Ngăn mặn cho 31.140 ha
- Tạo nguồn nớc ngọt cho 51.128 ha
- Kết hợp cải thiện giao thông thuỷ bộ, bố trí địa bn dân c
- Lấy nớc phục vụ cấp nớc sinh hoạt cho thị xã Tr Vinh v vùng lân cận.
Cống Cổ Thiêu III (Huyện Kiến Thuỵ - Hải Phòng) 4 cửa, mỗi cửa rộng 7,5m, van
cung xây dựng năm 2000 để tiêu úng cho 9.174 ha.

+13.00
Phía sông
-6.00
+2.00
-5.0
Phía đồng
-5.0
-4.20
+2.50
+2.00
1

:
3
-6.00


Hình 14-2. Cắt dọc cống Láng Thé
Cống Cầu Xe (Hải Dơng) tiêu cho khu vực Bắc Hng Hải, gồm 7 cửa, mỗi cửa 8m,
lu lợng tiêu thiết kế 230m
3
/s.
4. Cống phân lũ:

Dùng để tháo một phần lu lợng về mùa lũ của một con sông sang hớng khác, hoặc
tập trung nớc phân lũ vo một vùng nhất định nhằm hạ thấp đỉnh lũ ở sông chính.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

77
- Cống phân lũ Vân Cốc đặt tại km 37 của đê phải sông Hồng, ở đầu sông Đáy, cống
gồm 26 cửa, mỗi cửa rộng 8m. Cùng với các đoạn đê thấp hai bên cống (trn cứu hộ đê) di
8,6 km có thể phân lũ với lu lợng lớn nhất 5000m
3
/s.
Cống Vân Cốc xây dựng năm 1966 với nhiệm vụ l phối hợp với hồ Thác B, Hồ Ho
Bình, vùng phân lũ Tam Nông, Thanh Thuỷ có thể chống đợc lũ điển hình năm 1945, bảo vệ
đồng bằng sông Hồng v H Nội, bảo vệ vùng bãi Phúc Thọ, Đan Phợng khi cha phân lũ.
Cống Vân Cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình ngỡng cống +12.0 lu lợng qua cống
2330m
3
/s, cống dùng van phẳng, đóng mở bằng tời điện, v mùa lũ cống luôn luôn ở tình trạng
sẵn sng vận hnh.
5. Cống ngăn triều:
Xây dựng ở cửa sông ven biển, chịu ảnh hởng trực tiếp của thủy triều. ở một thời kỳ
nhất định, khi thủy triều dâng, cống mở để các công trình lấy nớc ngọt vo đồng (do triều
đẩy dồn lên). Khi triều rút vo mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống mở tháo tiêu nớc từ
đồng ra. Vo mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt. Ngoi ra cống còn có tác dụng thay
đổi nớc trong đồng nhằm thau chua rửa mặn .
Ví dụ: cống Nghi Quang (Nghệ An) đợc xây dựng để tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt,
ngăn mặn, gồm 12 cửa mỗi cửa có bề rộng qua nớc 3,2m v một cửa qua thuyền rộng 6m,
cống sử dụng cửa van tự động trục đứng.
Thống kê một số cống vùng triều đợc thể hiện qua bảng 14-1
Bảng 14-1. Thông số chính một số cống vùng triều

STT Tên Cống Tỉnh
Chiều
rộng
cống
)m(
b

Bề
rộng
kênh
B
k(m)

Cao
trình
ngỡng
Chiều
sâu bể
tiêu
năng
Chiều
dài gia
cố sau
bể
B
k
/
b

1 Vm Đồn Bến Tre 15 40 -35 1,5 56 2,5

2 Vm Hồ Bến Tre 10 18 -3,0 1,5 80 1,8
3 Tầm Phơng Cửu Long 15 30 -3,0 1,0 15 2,0
4 Đa Lộc Cửu Long 10 22 -3,2 1,3 71 2,2
5 Cái Xe Hậu Giang 7 15 -3,0 0,5 35 2,1
6 Cái Oanh Hậu Giang 14 26 -3,0 0,5 35 1,8
7 Gò Công Tiền Giang 16 32 -3,7 1,8 80 2,0
8 Xuân Ho Tiền Giang 28 44 -3,5 0,6 70 1,6
9 Trị Yên Long An 15,6 30 -3,0 0,5 60 1,9
10 Đôi Ma Long An 13,2 20 -2,4 1,77 35 1,5
11 Mỹ Trung Quảng Bình 80 110 -4,0 0,5 29 1,4
12 Diễn Thnh Nghệ An 40 84 -3,0 1,3 46 2,1
13 Lân I Thái Bình 30 48 -3,5 0,5 34 1,6
14 Cầu Xe Hải Dơng 56 90 -4,0 0,5 52 1,6
15 Lân II Thái Bình 32 50 -3,5 1,0 40 1,56

6. Cống tháo cát:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

78
Để xói rửa bùn cát lắng đọng phía trớc các công trình dâng v điều tiết nớc.
III. Các bộ phận của cống:
Cống lộ thiên gồm ba phần: Bộ phận nối tiếp thợng lu, thân cống v bộ phận nối tiếp
hạ lu. Hình 14-3 l cắt dọc cống Lân II (Thái Bình), cống có 4 cửa, mỗi cửa 8m, dùng van
cung. Cống có nhiệm vụ tiêu 12.361 ha với
Q
tk
=95m
3
/s ; Q

max
=163,5m
3
/s; cống xây dựng năm 1996.
1. Bộ phận nối tiếp thợng lu:
Bộ phận nối tiếp thợng lu phải bảo đảm nớc chảy vo cống ổn định, thuận dòng,
tổn thất cột nớc ít. Bộ phận ny có tờng cánh thợng lu để hớng dòng chảy vo thuận, tác
dụng chống xói, chống thấm quanh bờ. Sân phủ lm bằng vật liệu ít thấm nớc nh đất thịt,
đất sét, tấm bê tông cốt thép, v.v Nếu dùng các tấm bê tông cốt thép thì thờng tấm đợc néo
chặt với bản đáy cống. Đối với sân phủ bằng đất ít thấm nớc thì trên mặt cần có lớp bảo vệ
chống xói v nứt nẻ. Lớp bảo vệ ny thờng l lớp đá xếp khan đặt lên một lớp đệm bằng cát
sỏi. Ngoi ra có khi thay thế hoặc kết hợp với sân phủ còn đóng cừ để chống thấm dới nền.
2. Bộ phận thân cống:
Bộ phận ny có tác dụng điều tiết lu lợng, khống chế mực nớc v liên kết thân cống
với bờ hoặc công trình thuỷ lợi khác ở bên cạnh. Bộ phận ny có cửa van để khống chế mực
nớc v điều tiết lu lợng. Cầu công tác để đặt thiết bị đóng mở cửa van v l nơi điều khiển
các thiết bị đó. Cầu giao thông bắc qua các mố cống. Mố giữa phân cống thnh nhiều khoang
lm giảm bớt chiều rộng của van, tiện cho việc quản lý. Ngoi ra mố còn đỡ cầu công tắc, cầu
giao thông. Mố bên có một số tác dụng nh mố giữa, song nó còn để nối thân cống với bờ
hoặc các công trình khác bên cạnh, để chắn đất v chống thấm vòng quanh bờ.
ở đầu mố giữa
v mố bên có bố trí khe van, khe phai. Khi cần thiết sửa chữa van hay một số bộ phận thân
cống sẽ thả hng phai chắn nớc.
Bản đáy có tác dụng truyền lực của các bộ phận ở thân cống, phân bố tơng đối đều
đặn lên nền, đồng thời tạo ra lực ma sát với nền, giữ ổn định cho thân cống. Bản đáy còn có
tác dụng chống xói, chống thấm ở nền. Có trờng hợp ngời ta kết hợp bản đáy với sân sau
thứ nhất lm một, lúc đó bản đáy còn có tác dụng nh sân sau thứ nhất.
ở một số cống còn dùng tờng ngực để chắn nớc giảm chiều cao cửa van, hạ thấp cao
trình đặt cầu công tác. Tờng ngực còn có tác dụng lm tăng ổn định hớng ngang của các
mố.

3. Bộ phận nối tiếp hạ lu.
Bộ phận nối tiếp hạ lu l đoạn quá độ để dòng nớc từ thân cống chảy ra kênh đợc
dễ dng v khuêch tán đều đặn. ở bộ phận ny cần có kết cấu tiêu hao năng lợng của dòng
chảy từ cống ra, không gây xói ở hạ lu.
Tờng cánh hạ lu có tác dụng phân bố đều v hớng dòng chảy từ thân cống ra kênh.
Ngoi ra, tờng v bộ phận đá lát ở hai bên bờ còn có tác dụng bảo vệ bờ kênh khỏi bị xói lở.
Sân sau thứ nhất có tác dụng bảo vệ đáy kênh. Tại đây bố trí các thiết bị tiêu năng (tờng, bể
tiêu năng) v các thiết bị tiêu năng phụ, thiết bị hớng dòng (ngỡng, mố ) để tiêu hao năng
lợng dòng nớc v phân bố dòng chảy vo kênh đều đặn, ở sân sau thứ nhất nhiều khi còn bố
trí các lỗ thoát n
ớc thấm để giảm áp lực thấm tác dụng lên đáy cống, dới đáy sân cần bố trí
tầng lọc ngợc. Sân sau thứ hai có tác dụng tiêu hao tiếp tục phần năng lợng dòng chảy m ở
sân sau thứ nhất cha tiêu hao hết, đồng thời cũng l bộ phận bảo vệ, chống xói cho đáy kênh.
Đôi khi ở cuối sân sau thứ hai còn đo hố chống xói nhằm tăng cờng việc phân bố lại dòng
chảy, chống xói cho kênh.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

69








Hình 14-3. Cắt dọc cống Lân II (Thái Bình Xây dựng 1996)
1. Kênh dẫn thợng lu 2. Bảo vệ mái thợng lu 3. Sân trớc bằng đá xây 4. Cầu thang mái kênh thợng lu
5. Sân trớc bằng bê tông CT 6. Tờng cánh thợng lu 7. Cầu giao thông 8. Mố trụ

9. Khe phai 10. Cửa van 11. Tờng ngực 12. Bản đáy cống
13. Cọc bê tông cốt thép 14. Cừ chống thấm 15. Cầu công tác 16. Cầu thả phai
17. Tờng cánh hạ lu 18. Mố tiêu năng 19. Bản đáy bể tiêu năng 20. Sân sau bằng bê tông CT
21. Sân sau bằng đá xây 22. Cầu thang mái kênh HL 23. Bảo vệ mái hạ lu 24. Hố xói dự phòng
25. Kênh hạ lu
Ghi chú: Kích thớc cm
1
3
4
Phía đồng
2
+1.80
+ 9.60
16
15
10
9
-3.50
-3.50
13
14
5
14
- 14.50
12
+5.20
+ 3.20
6
9
8

11
7
- 4.50
-6.00
19
18
17
+4.50
+1.80
+ 1.30
Phía biển
- 3.50
20 21
22
24
23
-6.50
rọ đá
25
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

1
Đ14-2 xác định kích thớc lỗ cống.
I. Xác định mực nớc thiết kế thơng hạ lu cống:
Căn cứ vo nhiệm vụ công trình xác định đợc cấp công trình, từ đó có mức đảm bảo.
ứng với mức đảm bảo thiết kế, qua tính toán thủy lực, thủy văn sẽ xác định đợc mực nớc
thợng hạ lu thiết kế.
1. Mực nớc hạ lu (Z
h

):
a. Với cống lấy nớc:
Căn cứ v mực nớc cần ở nơi dùng, vẽ đờng mực nớc trong kênh, chúng ta có mực
nớc thiết kế đầu kênh, tức l Z
h
.
b. Với cống phân lũ, cống tiêu:
Dựa vo tính toán thuỷ văn để xác định, ví dụ: một con sông có lu lợng l Q, một
nhánh đổ vo một lu lợng Q
1
thì lu lợng trong sông l Q
1
+ Q (hình 14-4) tra quan hệ Z
h
~
Q ứng với (Q+ Q
1
) ta sẽ có mực nớc hạ lu cần tìm.
Với cống tiêu vùng triều: mực nớc hạ lu thiết kế chọn theo chân triều, đỉnh triều v
dạng triều thiết kế.
2. Mực nớc thợng lu: ( Z
t
)
a. Với cống lấy nớc:
Từ một con sông có lu lợng Q
1
chúng ta lấy nớc với lu lợng Q thì lu lợng
trong sông còn lại l Q
1
- Q(hình 14- 5). Từ Q

1
v Q
1
- Q tra quan hệ Z
t
=f(Q) ta có mực nớc
trong sông phía trên v phía dới cửa lấy nớc l Z
1
, Z
2
. Từ đó ta có tổn thất cột nớc:

211
ZZZ

=
(14-1)











Hình 14-4 Hình 14-5
Mặt khác do nớc chảy vo cống m mực nớc hạ xuống một giá trị l

2
Z tính theo
công thức (14 - 2):
g2)K1(
KV
.
2
3
Z
2
2

=
, (14 -2)
với: K =
1
Q
Q
; v =
2
1
QQ


;
1
Q
Q
Q + Q
1

Q - Q
Q
1
3
Z
1
Q
2
Z
1
Z


www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

2
2

: l diện tích mặt cắt ớt của sông phía dới cống lấy nớc.
Nh vậy mực nớc thợng lu cống l:
Z
t
= Z
1
- Z
i
, (14 - 3)
với: Z
i

= Z
1
+ Z
2
.
Nếu cống đặt cách bờ sông một đoạn kênh thì dòng chảy trong kênh từ sông vo đến
cống có tổn thất cột nớc l Z
3
v khi đó:
Z
i
= Z
1
+ Z
2
+ Z
3
.
Gọi Z
pg
l cao trình mực nớc phân giới của sông. Nếu Z
t
> Z
pg
thì Z
t
đợc chọn theo
(14-3), nếu Z
t
< Z

pg
thì Z
t
lấy bằng Z
pg
.
b) Đối với cống tiêu, cống phân lũ: căn cứ vo mực nớc phải khống chế trong vùng,
tiến hnh tính toán thuỷ văn, thuỷ lực để xác định Z
t
.
3. Lựa chọn cặp (Z
t
,Z
h
) thiết kế:
Phần trên nêu cách xác định mực nớc thợng, hạ lu cống ứng với một thời điểm nhất
định. Trong thực tế Q, Z
t
, Z
h
biến đổi theo thời gian. Vì vậy cần xác định cặp Z
t
, Z
h
v lu
lợng tơng ứng bất lợi nhất cho mỗi mục tiêu thiết kế để tính toán đảm bảo lấy đủ lu lợng
v an ton cho công trình, đồng thời đảm bảo yêu cầu kinh tế.
Ví dụ đối với cống lấy nớc, dựa vo tần suất đảm bảo theo yêu cầu dùng nớc ta xác
định đợc đờng quá trình mực nớc Z
t

, Z
h
v Q tơng ứng tại mỗi thời điểm (hình 14-6).
Z ~ t
Z ~ t
B
6
A
1
5
978
4
3
2
C
h
t
Z , Z
5
h
D
121110
t
t

Hình 14-6: Đờng quá trình mực nớc thợng hạ lu cống
Trên hình vẽ ta thấy, tại điểm A, B, C, giá trị (Z
t
- Z
h

) nhỏ, dựa vo đờng quá trình lu
lợng ta có lu lợng tơng ứng của thời điểm trên, đây l các trờng hợp để xác định kích
thớc lỗ cống trong điều kiện bất lợi nhất. Tại điểm D chênh lệch (Z
t
- Z
h
) l lớn nhất. Ta dùng
trờng hợp ny để tính toán tiêu năng phòng xói cho hạ lu cống.
II. Lựa chọn kiểu ngỡng cống và lu lợng đơn vị
1. Lu lợng đơn vị chảy qua cống:
Vấn đề chọn lu lợng đơn vị chảy qua cống rất quan trọng, cần phải xét ngay từ đầu
vì nó ảnh hởng đến giá thnh xây dựng v điều kiện lm việc an ton của cống v kênh.
Khi chọn lu lợng đơn vị lớn, kích thớc cống đợc giảm nhỏ, song tiêu năng sau
cống sẽ phức tạp. Nếu chọn lu lợng đơn vị nhỏ thì ngợc lại. Vì vậy trong khi thiết kế cần
phải so sánh lựa chọn để giải quyết cho thoả đáng v bảo đảm các yêu cầu kinh tế kỹ thuật.
Khi chọn lu lợng đơn vị cần tham khảo các số liệu kinh nghiệm thực tế, v nên chú ý đến
một số mặt sau:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

3
- Khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu lớn, năng lợng dòng chảy qua cống lớn nên
chọn lu lựơng đơn vị nhỏ.
- Khi chiều sâu nớc sau cống nông nên chọn lu lợng đơn vị nhỏ để giảm nhẹ vấn đề
tiêu năng.
- Khi nền yếu, khả năng chống xói kém nên chọn lu lợng đơn vị bé.
- Khi cống có qui mô lớn, nớc chảy ra sau cống không đều, khó khuếch tán dễ dẫn
đến hiện tợng chảy tập trung, cũng nên chọn lu lợng đơn vị nhỏ. Để đảm bảo dòng chảy từ
cống ra kênh khuếch tán tơng đối đều, theo đề nghị của V.M.Đômbơrôpski, lu lợng đơn vị
sau bể tiêu năng không lớn hơn 1.5 - 2 lần lu lợng đơn vị trong kênh v nói chung nhỏ hơn

10m
3
/s.m.
Theo kinh nghiệm thực tế thì cống dùng phân lũ trên nền cát q=10ữ15m
3
/s.m. Cống
tiêu q = 4
m.s/m11
3
ữ
nếu đất nền có tính dính có thể lấy lớn hơn một chút. Cống lấy nớc
q = 4
m.s/m9
3
ữ
v lu tốc qua cống v=1ữ2 m/s để tổn thất cột nớc qua cống không quá
lớn.
2. Lựa chọn kiểu ngỡng cống:
Hình thức ngỡng cống có ảnh hởng đến khả năng dẫn nớc qua cống, ảnh hởng đến
việc xác định kích thớc lỗ cống v một số kết cấu khác của cống. Phần lớn các cống đã xây
dựng ở nớc ta chọn loại ngỡng bằng, có tác dụng nh ngỡng đỉnh rộng . Ngoi loại ngỡng
bằng có thể chọn hình thức ngỡng mặt cắt thực dụng không chân không.
Trong các trờng hợp sau đây thờng dùng ngỡng đỉnh rộng:
- Khi cần hạ thấp cao trình đỉnh ngỡng để đảm bảo khả năng dẫn nớc qua cống. Ví
dụ cống tiêu, cao trình mặt nớc đờng tiêu thờng thấp, chiều sâu nớc lại yêu cầu lớn để có
thể nhanh chóng tiêu nớc đọng .
- Khi lu lợng đơn vị đã xác định nhng không đòi hỏi hệ số lu lợng lớn.
- Khi thời gian thi công gấp rút, một số yêu cầu khác đã thoả mãn thì chọn loại ngỡng
ny đơn giản, thi công dễ.
Tuỳ theo tình hình cụ thể nh yêu cầu chiều sâu nớc chảy, yêu cầu về hệ số lu

lợng, v.v m cao trình định ngỡng chỗ dòng nớc v
o cống có thể lm bằng hoặc cao hơn
đáy kênh một chút.
Trờng hợp yêu cầu có hệ số lu lợng lớn hoặc khi mực nớc thợng lu v đáy kênh
chênh nhau quá nhiều, cần hạn chế lu lợng đơn vị thì nên dùng ngỡng thực dụng để nâng
cao trình ngỡng lên, giảm cột nớc chảy trên ngỡng trn, đồng thời giảm đợc chiều cao
cửa van.
II. Xác định kích thớc lỗ cống:
Kích thớc lỗ cống phải đảm bảo thực hiện đợc nhiệm vụ tháo nớc, lấy nớc của
cống (mặt khác bề rộng mỗi cửa đợc lựa chọn còn phải chú ý đến yêu cầu lắp đặt, đóng mở
cửa van v yêu cầu cấu tạo chung).
1. Trờng hợp mở cửa van hoàn toàn
a. Chảy tự do:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

4
Khi cửa van mở hon ton, dòng chảy hở thoáng mực nớc hạ lu thấp hơn đỉnh
ngỡng hoặc cao hơn đỉnh ngỡng nhng cha xảy ra chảy ngập thì lu lợng tình theo công
thức đập trn chảy không ngập:
Q =
2
3
0
H.g2.b.m. , (14- 4)
trong đó: m - hệ số lu lợng, phụ thuộc vo hình thức ngỡng cống

- hệ số co hẹp bên do các mố trụ gây nên.
b - tổng bề rộng qua nớc của các khoang cống.
H

0
- cột nớc trn có kể đến lu tốc tới gần.
Hệ số lu lợng m với ngỡng đỉnh rộng đợc xác định theo hình dạng cửa vo v hình
dạng đầu ngỡng trn. Với ngỡng thực dụng:
m =
Hhdtc
m

, (14-5)
với: m
tc
l hệ số lu lợng tiêu chuẩn;

hd
l hệ số kể đến hình dạng ngỡng thực dụng;

H
hệ số kể đến ảnh hởng của cột nớc trn tính toán .
Hệ số co hẹp bên , với ngỡng đỉnh rộng:
=
d
b
b
+

, (14-6)
trong đó: d - tổng chiều dy các mố trụ .
Với ngỡng thực dụng tính theo:
b
H

.
n
)1n(
2,01
0mtmb


+

=
, (14-7)
trong đó:
mb
- l hệ số co hẹp của mố bên;

mt
- l hệ số co hẹp của mố trụ;
n - số khoang cống.
b. Chảy ngập:
* Đối với ngỡng thực dụng (hình 14-7) chảy ngập xảy ra khi thoả mãn cả hai điều
kiện:
h
n
= h
h
- P > 0; (14-8)
v
pg
P
Z

P
Z






<
, (14-9)
trong đó: Z: chênh lệch mực nớc thợng hạ lu;
P: chiều cao của ngỡng;
h
n
: chiều sâu dòng chảy từ mực nớc hạ lu đến đỉnh ngỡng;
h
h
: chiều sâu mực nớc hạ lu.
Trị số
pg
P
Z






phụ thuộc vo hệ số lu lợng m v tỷ số
P

H
(với H l cột nớc trn) v
có thể tham khảo bảng 14-2.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

5
Bảng 14-2: Trị số
pg
P
Z







H/P
m
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00
0,35 0,92 0,89 0,87 0,86 0,84 0,86 0,87 0,96 1,05
0,385 0,91 0,86 0,84 0,82 0,80 0,79 0,80 0,83 0,90
0,42 0,89 0,81 0,80 0,73 0,76 0,75 0,73 0,75 0,72
0,46 0,88 0,82 0,78 0,76 0,74 0,71 0,70 0,73 0,79
0,48 0,86 0,80 0,76 0,74 0,71 0,68 0,67 0,67 0,78
Khi thoả mãn điều kiện chảy ngập thì lu lợng tính theo:
Q =
n
. . m . b g2

2
3
0
H , (14-10)
với:
n
- hệ số ngập, phụ thuộc vo
0
n
H
h
.







Hình 14-7: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn
thực dụng.
Hình 14-8: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn
đỉnh rộng.
* Đối với ngỡng đỉnh rộng chỉ tiêu ngập xác định nh sau:
pg
0
n
0
n
H

h
H
h








>
; (14-11)
hoặc
pg
k
n
k
n
H
h
h
h

>
, (14-12)
trong đó: h
k
- độ sâu phân giới trên ngỡng;

pg
0
n
H
h








- gần đúng lấy khoảng 0,7ữ0,8;
pg
k
n
h
h

gần đúng bằng 1,2ữ1,4. Khi thoả
mãn điều kiện chảy ngập, công thức tính lu lợng có dạng:
Q =
g

n
. b. h
(
)
hHg2
0
, (14-13)
trong đó: h - chiều sâu dòng chảy trên ngỡng trn;
h = h
n
- Z
hp
(14-14)
Z
hp
- l độ cao hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống;
n
k
n
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

6

n
- hệ số lu tốc chảy ngập, có thể tham khảo bảng 14-3.
Bảng 13-4. Hệ số

n
theo m
m 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38

n
0,76
0,78*
0,81 0,84 0,87 0,90 0,93 0,96 0,98 0,99
(* ứng với trờng hợp
85,0
H
h
0
<
)

g
- hệ số lu tốc khi xét co hẹp bên, khi 0,8 thì có thể tính theo CR.R.Trugaep:

g
= 0,5 + 0,5. (14-15)
Khi cống không có mố trụ
g

= 1 .
2. Trờng hợp cửa van mở một phần.
Khi cần khống chế lu lợng qua cống, ta dùng cửa van mở một phần. Nếu hạ lu có
nớc nhảy phóng xa, nhảy tại chỗ (h
c
'' h
h
) thì mặt cắt co hẹp C - C không bị ngập (hình 14-9)
thì Q tính theo (14-16):
Q = .a.b
(
)
aHg2
0
, (14-16)
trong đó:
- hệ số lu tốc, phụ thuộc vo hình dạng, mức độ thuận dòng ở cửa vo. Khi P = 0, cửa
vo có tờng cánh lợn tròn hoặc xiên thì = 0,95ữ1,0. Khi P > 0, cửa vo không thuận thì = 0,85 ữ
0,95.
- hệ số co hẹp đứng, có thể xác định theo N.E.Giucopski (bảng 14-4) theo a/H.
a - độ mở cống.
h
c
- độ sâu dòng chảy tại mặt cắt co hẹp C - C, h
c
= a.
Bảng 14-4: bảng tính hệ số co hẹp đứng


a/H

a/H

a/H

0,00 0,611 0,30 0,625 0,550 0,650
0,10 0,615 0,35 0,628 0,609 0,660
0,15 0,618 0,10 0,632 0,65 0,672
0,20 0,620 0,45 0,638 0,70 0,690
0,25 0,622 0,50 0,645 0,75 0,705




C
c
C
2g
V
2
h
C
2g
2
V
C
z
h
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

7




Hình 14-9: Sơ đồ chảy tự do Hình 14-10: Sơ đồ chảy ngập
Khi nối tiếp bằng nớc nhảy ngập, tại mặt cắt co hẹp độ sâu mực nớc l h
z
> h
c
.
Công thức tính lu lợng nh sau:
Q = ab
(
)
z0
hHg2
, (14-17)
trong đó: h
z
=
2
M
4
M
HMh
0
2
h

+







(14-18)
M = 4
2
a
2

ch
ch
h.h
hh

(14-19)
= l hệ số lu lợng;
Các ký hiệu khác xem (14-10).

Đ14.3. Thiết kế tiêu năng phòng xói
I. Đặc điểm dòng chảy qua cống:
Dòng chảy qua cống nói chung có những đặc điểm sau:
- Dòng chảy qua cống có lu tốc trung bình lớn, phân bố không đều; mạch động lu
tốc v mạch động áp lực xảy ra với mức độ lớn.
- Mực nớc thợng lu (Z
t

), mực nớc hạ lu (Z
h
) v lu lợng qua cống luôn thay đổi
theo thời gian, vì vậy trạng thái chảy qua cống cũng thay đổi.
- Dòng chảy ở hạ lu khuyếch tán không đều do các cửa van đóng mở không đồng bộ
v không đều.
- Bề rộng cống (b) nhỏ hơn nhiều so với bề rộng kênh (B
k
) (tỷ lệ B
k
/b lớn -bảng 14-
1). Cống lại thờng xây dựng trên nền đất yếu.
Ngoi đặc điểm chung trên, các cống vùng triều còn có những đặc điểm sau:
+ Cống vùng triều thờng lm việc với mực nớc hạ lu lớn, nối tiếp sau cống ở chế độ
chảy ngập với mức độ ngập lớn, nếu theo tính toán thông thờng.
+ Các cống vùng biển chịu ảnh hởng trực tiếp của thuỷ triều (ở miền Bắc l nhật triều,
ở miền Nam l bán nhật triều, ở miền Trung l bán nhật triều không đều). ở lu vực kín, thuỷ
triều ảnh hởng một phía cống. ở lu vực mở (phần lớn thuộc đồng bằng Nam bộ, mạng lới
kênh rạch chằng chịt) thuỷ triều ảnh hởng v quyết định chế độ mực nớc ở cả hai phía cống.
+ Dòng chảy sau khi qua khỏi ngỡng cống thờng xuất hiện nớc nhảy sóng v sóng
đứng chảy vọt qua bể, tạo ra nớc nhảy không ổn định, vì vậy hiệu quả của bể tiêu năng kém
v quá trình tiêu năng phần lớn diễn ra sau bể.
+ Cống đặt trên nền mềm yếu v phức tạp.
II. Thiết kế bể tờng tiêu năng.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

8
Xây bể hoặc tờng hay bể tờng kết hợp nhằm tạo ra nớc nhảy ngập ngay sau cống.
Bằng cách đó năng lợng thừa đợc tiêu hao từ 40% - 70%. Đây l hình thức tiêu năng dùng

với cột nớc thấp, nền đất. Vì vậy nó trở thnh thiết bị chủ yếu để tiêu hao năng lợng dòng
chảy sau cống lộ thiên.
Việc xác định kích thớc của các thiết bị ny, với bi toán phẳng đã đợc trình by
trong giáo trình thuỷ lực học.
Trờng hợp bể tiêu năng mở rộng dần, cần tính theo nớc nhảy ba chiều, E.A.Zamarin
đã lập phơng trình:
2
hb
g
vbq
2
h.b
g
v.bq
2
222222
2
111111
+

=+

, (14-20)
trong đó:
h
1
,

b
1

, v
1
, q
1
: chiều sâu, chiều rộng, lu tốc v lu lợng đơn vị tại mặt cắt đầu nớc
nhảy;
h
2
, b
2
, v
2
, q
2
: chiều sâu, chiều rộng, lu tốc v lu lợng đơn vị tại mặt cắt sau nớc
nhảy;
21
,
: hệ số sửa chữa động lợng tại hai mặt cắt trên.
Lấy
1
21
== , dùng thông số động năng
1
2
1
1dn
gh
v
= v v

1
b
1
h
1
= v
2
b
2
h
2
, ta
đợc:

2
1
2
22
11
1dn1dn
h
h
2
1
hb
hb
2
1

+=+
.








1
2
b
b
.

(14 - 21)
Từ (14 - 21) tính đợc chiều sâu nớc nhảy.
Chiều di bể tiêu năng với nớc nhảy ba chiều có thể xác định nh sau:
Khi: 3 <
đn1
< 6 thì l
n
= (1ữ0,6

đn1
) h
2

Khi: 6 <
đn1
< 17 thì l
n
= (4,6) h
2

Cuối bể tiêu năng thờng lm ngỡng (hình 14-11). Ngỡng cuối bể có tác dụng:
+ Giảm chiều di nớc nhảy nên giảm chiều di bể.
+ Tăng chiều sâu nớc trong bể vì vậy giảm chiều sâu đo bể.
+ Hớng dòng chảy xiết lên mặt nớc, giảm bớt lu tốc đáy v có thể hình thnh chảy
xoáy sau ngỡng, tránh xói chân ngỡng.
+ Tăng thêm tác dụng khuếch tán, giảm bớt nớc vật hai bờ, lm cho dòng chảy mau
chóng phù hợp với lu tốc bình thờng phía sau, giảm đợc chiều di sân sau thứ hai.
Chiều cao ngỡng cuối bể nên chọn hợp lý, nếu thấp quá ngỡng sẽ mất tác dụng, nếu
cao quá lại sinh dòng xiết v nớc nhảy phía sau, chiều cao ngỡng thờng xác định theo thực
nghiệm.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

9
2

Hình 14-11: Ngỡng cuối bể tiêu năng
III. Thiết bị tiêu năng phụ
Loại thiết bị ny có tác dụng tiêu hao năng lợng thừa của dòng chảy, rút ngắn đợc

chiều di nớc nhảy do đó giảm đợc khối lợng sân tiêu năng. Các thiết bị ny còn có lợi cho
việc phân bố lu tốc ở hạ lu.
Thiết bị tiêu năng phụ thờng gặp nh răng, mố v dầm tiêu năng.
Hình (14-12) l một số hình thức răng tiêu năng. Răng có tác dụng chia cắt dòng chẩy
thnh nhiều dòng nhỏ theo cả mặt nằm ngang v mặt thẳng đứng. Các dòng nhỏ ny sau khi
qua răng sẽ xô vo nhau gây ra hiện tợng nớc cuộn v tiêu hao năng lợng, đồng thời lm
cho lu tốc lớn nhất chuyển lên mặt, giảm nhẹ lu tốc đáy, lm cho sự phân bố lu tốc phù
hợp với dạng phân bố bình thờng ở hạ lu.
1

:

2
a ) b )
d )
c )
1

:

2


~

1

:

2

.
5

Hình 14-12. Răng tiêu năng
Kích thớc răng tiêu năng có thể tham khảo các số liệu sau:
a =






ữ
8
1
12
1

H; (14-22)
b = (2ữ2,75)a; B = b -

; (14-23)
()
a35,01.0 ữ=
; (14-24)
l =
()
a50,110,1 ữ ; (14-25)
trong đó:
H- chênh lệch mực nớc lớn nhất giữa thợng v hạ lu; các ký hiệu khác xem

hình vẽ.
Để xác định chính xác kích thớc răng phải dựa vo kết quả thí nghiệm mô hình. Căn
cứ vo một số thí nghiệm, chiều cao của răng khoảng (0,17ữ0,25) chiều sâu nớc hạ lu thì
tác dụng tiêu năng tốt, khi mực nớc hạ lu sâu tác dụng tiêu năng giảm. Vì thế răng tiêu năng
chỉ dùng trong trờng hợp bể tiêu năng không quá sâu hoặc sân tiêu năng ít dốc. Tốt hơn l
lm hai hng răng xen kẽ nhau để tăng tác dụng cản dòng v khuếch tán dòng chảy xiết, ổn
định vị trí nớc nhảy.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

10
Hình(14-13) l một số hình thức mố tiêu năng. Chiều cao của mố
a = (0.17ữ0.25) chiều sâu của nớc hạ lu v thờng không vợt quá 1,00m. Các mố cũng bố
trí thnh những hng so le nhau để tăng tác dụng ngăn cản v có lợi cho việc khuếch tán dòng
chảy. Mặt cắt của mố có thể l hình thang, tam giác hay chữ nhật. Các góc nhọn nên lm
thnh tròn nhẵn để tránh hiện tợng khí thực khi lu tốc lớn. Khoảng cách giữa các mố thờng
nhỏ hơn chiều rộng mố, vo khoảng 1/2 chiều cao mố. Tuy nhiên kích thớc v bố trí các mố
nh thế no cho thích hợp, cần phải qua thí nghiệm mô hình xác định.

Hình 14 - 13 Mố tiêu năng
Hình (14-14) l sơ đồ bố trí các dầm tiêu năng do A.M.Xenkôp đề nghị. Dầm có mặt
cắt hình thang, đặt thấp dần về phía sau. Kích thớc dầm nh sau:
a = (0.06
ữ0.125)H; (14-26)
b = (0.10
ữ 0.20) h; (14-27)
t = (3.0
ữ5.0)c, (14-28)
trong đó:
H- độ chênh lệch cột nớc;

h
c
- chiều sâu nớc ở mặt cắt thu hẹp sau cống hay chiều sâu trớc nớc nhảy.
c

Hình 14-14. Dầm tiêu năng
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

11
Hình thức ny thờng áp dụng đối với sân tiêu năng không rộng, nếu sân rộng, dùng
dầm không kinh tế. Dầm thờng lm bằng bê tông cốt thép. Trờng hợp chênh lệch cột nớc
trớc sau cống không lớn, kích thớc mỗi khoang cống nhỏ có thể dùng dầm bằng gỗ. Các
dầm ny gác lên mố hoặc tờng hớng dòng. Do dầm có tác dụng phân tán dòng chảy theo
mặt phẳng thẳng đứng nên hiệu quả tiêu năng khá tốt. Dầm cũng có tác dụng cải thiện dòng
chảy khi có hiện tợng nhảy dạng sóng v lm mất hiện tợng dòng chảy ra ngoi ngoằn
ngoèo xô va vo bờ.
IV. Nớc nhảy hình sóng, tác hại và biện pháp khắc phục
Khi mực nớc thợng hạ lu biến đổi, có lúc chênh lệch ít không thể sinh ra nớc nhảy
ngập m lại hình thnh các gợn sóng yếu dần gọi l nớc nhảy hình sóng (hình 14-15)

Hình 14 - 15 Dòng chảy khi nhảy sóng
Nớc nhảy sóng xảy ra khi
2
h
"h
c
c

. Nó gây ảnh hởng không tốt cho sự khuếch tán,

tiêu năng sau cống. Khi dòng chảy qua ngỡng cống vo bể tiêu năng, do có bậc dốc đầu bể
lm thay đổi giới hạn của dòng chảy đáy. Thực nghiệm chỉ ra chiều cao sóng lớn nhất xuất
hiện ở đầu bể, vì trong một khoảng ngắn, bậc dốc lm thay đổi chiều sâu nớc chảy một cách
nhanh chóng. Cơ sở lý luận v thực nghiệm chứng minh khi
c
h
z

cng lớn v hệ số
đn1
chỗ
mặt cắt thu hẹp trên ngỡng cống cng lớn thì phạm vi nớc nhảy sóng cng lớn (
z l chiều
cao bậc cuối ngỡng so với đáy bể).
Nớc nhảy sóng có tác hại: lm 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 cánh gây nên khu
nớc vật hai bên, thu hẹp chiều rộng dòng chảy lm tăng lu lợng đơn vị v lu tốc tạo thnh
dòng xiết ở giữa lm xói lở lòng kênh, có khi lm lệch hớng dòng chảy, gây xói lở bờ kênh.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

12
Ngời ta khắc phục v ngăn ngừa tác hại của nớc nhảy sóng bằng cách lm ngỡng
trớc khi vo bể tiêu năng. Ngỡng có tác dụng đa dòng chảy xiết (vừa ra khỏi cống) lên mặt
rồi sau chảy xuống đáy, biến nớc nhảy sóng thnh nớc nhảy ngập (hình 14-16)

Hình14 - 16 Sự thay đổi dạng nớc nhảy khi có ngỡng đầu bể
Chiều cao ngỡng có thể xác định theo kết quả thực nghiệm (hình 14-17). Ngoi ra để loại trừ
tác hại của nớc nhảy sóng còn có thể dùng dầm, mố tiêu năng v ngỡng phân nớc.
2

6
0
42
108 1412
V
1
Fr =
g.h
h

/
c
=

3
.
5
4
8
6
1
10
14
12
1
h

/
c

=

5
.
0
h

/
c

=

2
.
4
1
1
18
16
c
1
h'
1
2
1
2
1

Hình 14-17. Biểu đồ xác định chiều cao ngỡng
V. Dòng chảy ngoằn ngoèo và biện pháp khắc phục

Dòng chảy từ cống qua nớc nhảy ngập để tiêu năng, ít nhiều vẫn còn mang tính chất
dòng xiết. Nếu tờng cánh hạ lu mở rộng quá lớn, nhất l khi lu lợng đơn vị trớc v sau
đoạn khuếch tán chênh lệch nhau nhiều, lm cho dòng chảy khó khuếch tán v nó tách khỏi
tờng cánh, tạo nên nớc xoáy hai bên. Vì áp lực dòng chính nhỏ hơn áp lực chảy xoáy hai
bên, nên vùng chảy xoáy hai bên ép dòng chính thu hẹp lại. Mặt khác có thể do kết cấu hạ lu
không đối xứng hoặc các cửa van mở không đều lm cho dòng chính chảy lệch v ngoằn ngoèo,
lúc xô bờ ny lúc va bờ kia gây xói lở lòng v bờ kênh (hình14-18).

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

13

Hình 14 - 18. Dòng chảy ngoằn ngoèo sau cống.
Để khắc phục hiện tợng trên cần chọn góc mở rộng () v hình thức tờng cánh thích
hợp .
Khi hạ lu không có thiết bị tiêu năng có thể chọn sao cho:
tg =
H
h
3
2

. (14-29)
Khi hạ lu có thiết bị tiêu năng thì:
tg = 1-
h/P
h/
.
2

1

, (14-30)
trong đó: - góc mở tờng cánh.
H - chênh lệch mực nớc thợng hạ lu.
H - chiều sâu dòng chảy sau ngỡng cống .
P - chiều cao thiết bị tiêu năng.
Trong thực tế thờng lấy: tg =
6
1
ữ
4
1

Ngoi ra có thể dùng ngỡng nhỏ đặt trên sân hoặc ở cuối sân kết hợp tiêu năng nhằm
phân tán dòng chảy cho đều.



Đ14-4. tính toán ổn định cống
Tính toán thuỷ 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 2).
- 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 4).

Đ14-5. tính toán kết cấu các bộ phận cống
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

14
Tính toán kết cấu mỗi bộ phận cống l phân tích từng đặc điểm kết cấu, đặc điểm lm
việc để xác định trờng hợp tính toán, tổ hợp lực, tải trọng tác dụng, xác định nội lực, tính
toán khả năng chịu lực, biến dạng, kiểm tra nứt của từng bộ phận đó. Trong khuôn khổ phần
ny trình by tính toán ngoại lực, nội lực của bản đáy, tờng ngực, mố cống.
I. Tính toán bản đáy cống:
Bản đáy chịu tất cả các lực phía trên v truyền xuống nền. Thân cống l một kết cấu
không gian, có cấu tạo v chịu lực khá phức tạp. Có thể tính đến đặc điểm ny bằng cách sử
dụng các phơng pháp số (phơng pháp sai phân, phơng pháp phần tử hữu hạn ). Mặt khác
có thể tính giản đơn bằng cách xét bi toán phẳng v tính theo phơng pháp sức bền vật liệu
hay phơng pháp lý thuyết đn hồi.
1. Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phơng pháp dầm đảo ngợc
Phơng pháp ny xem phản lực nền theo phơng dòng chảy phân bố theo qui luật bậc
nhất v theo phơng vuông góc l đều. Phản lực nền theo phơng dòng chảy tính theo công
thức nén lệch tâm:
W
M
F
P
o



=
minmax,
, (14-31)
trong đó:
P : tổng các lực thẳng đứng.
o

M : tổng mômen của các lực lấy với tâm O.
F : diện tích mặt tính toán (F = b x 2l).
b : chiều di bản đáy theo phơng dòng chảy.
2l : chiều rộng bản đáy theo phơng vuông góc với dòng chảy.
W : mômen chống uốn của mặt tính toán. W =
2
)l2.(b
6
1
.
Xét cho ton cống: xác định các lực tác dụng, tính ra phản lực nền theo (14-31). Cắt
băng một mét bởi 2 mặt cắt vuông góc với phơng dòng chảy.
+ Sơ đồ tính toán l một dầm liên tục m gối tựa l các trụ hay bán trụ.
+ Coi phản lực nền l một tải trọng, cùng các tải trọng khác (nớc, trọng lợng bản
thân) tính ra M,Q, rồi từ đó tính F
a
, F'
a
v kiểm tra nứt (hình 14-19).
Ưu điểm của phơng pháp: tính toán đơn giản.
Nhợc điểm của phơng pháp :
+ Cha xét tới tính chất v biến dạng của nền v bản đáy.
+ Xem phản lực nền theo phơng vuông góc với dòng chảy l đều, nói chung không
chính xác.
+ Cha xét đến tính liền khối của cống.
- Điều kiện ứng dụng của phơng pháp: dùng với trờng hợp nền tốt, cống nhỏ.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

15

q
q

14-19: Sơ đồ tính bản đáy cống theo phơng pháp dầm đảo ngợc
2. Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phơng pháp dầm trên nền đàn hồi:
Để tiến hnh phân tích lực, trớc hết ta vẫn xét ton khối cống, dùng công thức nén
lệch tâm để xác định phản lực nền v sơ bộ xem phản lực theo hớng vuông góc với dòng chảy l
phân bố đều. Xét một dải bất kỳ của thân cống có chiều rộng đơn vị, tiến hnh phân tích lực
không đẩy tác dụng lên dải đó nh sau:
a) Xác định các lực tác dụng:
- Lực tập trung tại mố i l P'
i
.
- Các lực phân bố: + Phản lực nền q
3
( theo công thức 14-31)
+ áp suất đẩy ngợc của nớc: q
2

+ Trọng lợng tấm đáy: q
1

+ Trọng lợng nớc trong cống: q
0

b) Tìm lực cắt không cân bằng Q (với qui định một chiều nào đó là dơng)
Q+
ii
ql2'P + = 0, (14-32)
với: 2l l chiều di cả nhịp;

q
i
= q
0
+ q
1
+ q
2
+ q
3
.
c) Phân bố lực cắt không cân bằng:
+ Vẽ biểu đồ S
c
, rồi xác định diện tích biểu đồ S
c
tơng ứng với bản đáy l A
2
với các
mố trụ l A
1
(hình 14-20).
Vì .b
c
=
J
QS
c
m Q, J = const với mỗi mặt cắt, nên biểu đồ .b

c
đồng dạng với biểu
đồ S
c
.
A
2
A
1

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

16
Hình 14-20: Sơ đồ phân bố lực cắt
+ Lực cắt cho các mố l: Q
1
=
21
1
AA
A.Q
+
(14-33)
V phân cho mố thứ i l: P
i
ii
,,
i
F

F.Q

=
, (14-34)
với: Fi l diện tích cắt ngang của mố i tại băng tính toán.

i
F l tổng diện tích mặt cắt ngang của các mố tại băng tính toán.
+ Lực cắt phân cho bản đáy l: Q
2
=
21
2
AA
AQ
+
.
(14 - 35)
v phân đều ra l: q
4
= Q
2
/2l (14 - 36)
d) Sơ đồ cuối cùng:
- Lực phân bố: q = q
0
+ q
1
+ q
2

+ q
4
;

(14 - 37)
- Lực tập trung tại mố i l P
i
= P'
i
+ P''
i
; (14 - 38)
- Hoạt tải q
5
;
- Trọng lợng đất đắp hai bên bờ: S;
- Mômen do lực ngang gây ra. (hình 14-21).

Hình 14 - 21: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy
e) Tính chỉ số mềm:
t = 10.
3
0
1
E
E

, (14-39)
trong đó: E
0
: môdun biến dạng của đất nền.
E : môdun đn hồi của bê tông.
l : nửa nhịp của dải.
: chiều dy bản đáy.
Khi t < 1 : dầm cứng.
1 < t 10: dầm cứng có hạn.
t > 10: dầm di.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

17
Khi đã biết tải trọng ngoi tác dụng v biểu đồ phân bố phản lực nền thì có thể tính
toán kết cấu dầm theo phơng pháp thông thờng.
Ta xét một dầm trên nền đn hồi nh (hình 14 - 22).

Hình 14-22: Độ võng của dầm do tải trọng ngoài và phản lực nền gây ra
Dới tác dụng của tải trọng công trình q(x) v phản lực nền p(x) dầm bị uốn v trục
võng của nó đợc xác định theo phơng trình vi phân:
EJ
()
4
4
dx
xd

= [q(x)- p(x)].b, (14-40)
trong đó:
B - chiều rộng dầm.
(x) - chuyển vị đứng (độ võng) của dầm.
EJ - độ cứng chịu uốn của dầm.
Dới tác dụng của áp lực đáy móng (bằng v ngợc chiều với phản lực nền p(x)) mặt
nền bị lún xuống.
Điều kiện tiếp xúc giữa bản đáy v nền sau khi lún l:

(x)= S(x), (14-41)
trong đó: S(x): độ lún nền.
Nh vậy ta có hai đại lợng cha biết l

(x) hay S(x) v p(x) m chỉ mới có một
phơng trình (14-40). Để giải bi toán phải thiết lập một phơng trình thứ hai, phơng trình
ny chính l quan hệ giữa độ lún cửa mặt nền với áp lực đáy móng. Nghĩa l:



=
=
[S(x)]f p(x)
[p(x)]f S(x)
hoặc
2
1
(14-42)
Các quan hệ trên thể hiện cơ chế lm việc (biến dạng) của nền dới tác dụng của ngoại
lực. Vì có các quan niệm khác nhau trong việc chọn các quan hệ trên nên hiện nay có nhiều
phơng pháp tính. Ta có thể chia các phơng pháp tính lm hai nhóm :

a) Nhóm phơng pháp tính xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ: Các phơng pháp tính
thuộc nhóm ny dựa trên giả thiết cơ bản do E.Winkler đề xuất, chỉ xét biến dạng trong nền
ngay dới phạm vi diện tích đặt tải. Trong các phơng pháp ny phổ biến hơn cả l phơng
pháp hệ số nền. Hiện nay qua nhiều thí nghiệm ngời ta thấy giả thuyết E.Winkler nhiều khi
không phù hợp với thực tế, không phản ánh đúng điều kiện lm việc của đất nền.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

18
b) Nhóm phơng pháp tính xem nền đất bị biến dạng đàn hồi toàn bộ: xem nền đất l
một nửa không gian đn hồi đồng chất v đẳng hớng. Điều ny khác với thực tế nền đất
thờng không hon ton đn hồi v thờng có biến dạng d lớn hơn biến dạng đn hồi. Để
hiệu chỉnh sự sai lệch đó ngời ta thay thế khái niệm môđun đn hồi lý tởng bằng môđun
biến dạng đợc xác định dựa vo thí nghiệm. Các phơng pháp ny đợc nhiều tác giả nghiên
cứu giải quyết có xét đến biến dạng nằm trong v cả nằm ngoi diện tích đặt tải. Các phơng
pháp đợc áp dụng phổ biến l:
- Phơng pháp B.N.Jêmôskin đợc áp dụng với mức độ chính xác khá cao. Trong điều
kiện có máy tính điện tử thì việc giải hệ thống phơng trình chính tắc để tìm ra phản lực nền
(từ đó tính ra nội lực v chuyển vị của rầm) trở nên đơn giản thì phơng pháp ny cng phát
huy đợc u điểm.
- Phơng pháp tra bảng của Gorbunốp - Poxađốp cho phép tính toán nhiều trờng hợp
dầm chịu tải trọng khác nhau đối với các loại dầm khác nhau (dầm cứng, dầm ngắn, dầm di)
bằng các bảng biểu đã đợc lập sẵn.
- Ngoi ra đối với các công trình có kích thớc lớn, chôn sâu, trong tr
ờng hợp tại một
độ sâu no đó dới nền có lớp đất đá cứng (tính nén lún nhỏ), thì lớp đất đá ny ảnh hởng
đến phản lực nền v độ lún nhỏ của móng. Trong những trờng hợp ny ngời ta xây móng
công trình nh những kết cấu đặt trên các lớp chịu nén có chiều dy hữu hạn. Việc xét đến ảnh
hởng của tầng đất đá cứng có ý nghĩa kinh tế cao. Vì vậy có nhiều tác giả đề ra phơng pháp
tính móng dầm trên lớp đn hồi hữu hạn (ví dụ phơng pháp Jêmôskin đã đợc Xamarin phát

triển v lập thnh các bảng biểu tính toán).
Sau khi xác định đợc nội lực trong rầm ta tiến hnh tính toán v bố trí cốt thép chịu
lực theo phơng ngang còn theo phơng dọc đặt thép theo cấu tạo.
Ưu điểm của phơng pháp ny l có xét đến tính chất của nền v độ cứng của dầm, có
xét đến tính ton khối của công trình v ảnh hởng tải trọng biên. Tuy vậy chỉ xét theo phơng
ngang để đặt cốt thép.
Mặt khác khi xét ảnh hởng của tải trọng bên cần chú ý các điểm sau:
- Nếu tải trọng bên lm tăng thêm mômen uốn ở bản đáy (trờng hợp bất lợi) thì xét
ảnh hởng đó hon ton.
- Nếu tải trọng bên lm giảm mômen uốn ở bản đáy (trờng hợp có lợi) với đất đắp hai
bên l đất sét thì không xét đến ảnh hởng ny, với đất đắp hai bên l đất cát thì xét đến
30ữ50% ảnh hởng tải trọng bên.
- Chiều di lớn nhất của phạm vi đất đắp nếu nhỏ hơn 2l (chiều di dầm ) thì lấy chiều
di thực của phạm vi đất đắp xét ảnh hởng, còn nếu lớn hơn 2l thì phạm vi ảnh hởng tải
trọng bên chỉ lấy 2l.
II. Tính toán tờng ngực
1. Tác dụng và cách bố trí tờng ngực
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

19
Tờng ngực có tác dụng chắn nớc v giảm bớt chiều cao của van, do đó giảm đợc
cao trình cầu công tác. Cao trình đỉnh tờng ngực cao hơn mức nớc cao nhất ở thợng lu,
còn cao trình đáy tờng ngực cao hơn mức nớc mùa kiệt khi mở hẳn cửa van khoảng 0,3ữ
0,5m. Tờng ngực thờng gồm bản che, dầm trên v dầm dới (hình 14-23).

Hình 14-23: Tờng ngực và sơ đồ áp lực nớc tác dụng lên nó
Tờng ngực nối tiếp với mố cống có thể theo hình thức ngm chặt, tức l đổ bê tông
mố v tờng ngực thnh một khối. Cũng có thể theo kiểu tách rời, tức l thi công mố trớc,
chừa khe đặt tờng ngực, giữa khe nối tiếp đổ nhựa đờng chống thấm. Loại ngm chặt có thể

đổ mỏng hơn, song dễ bị nứt chỗ nối tiếp.
2. Tính toán kết cấu tờng ngực
Khi tính toán tờng ngực ta cần tính bản che v các dầm đỡ trên v dới.
a) Bản chắn: Nối cứng hoặc nối khớp với dầm. Chiều dy 0,3-0,5 m. Nếu
l
b
2; tính theo sơ
đồ bản; nếu
l
b
2 thì tính theo sơ đồ dầm (cắt ra một dải đơn vị, có nhịp tính toán l l
0
=
1.05l; lực tác dụng l áp lực nớc, sóng, va đập ).
b) Dầm trên:
Sơ đồ tính toán l ngm (nếu đổ liền khối nối cứng với mố trụ) hoặc l khớp (nếu đổ
tách rời, để khớp với mố trụ).
Tải trọng tác dụng gồm trọng lợng bản thân, lực từ xe phai truyền xuống, ngời đi lại
(theo phơng đứng) áp lực nớc, sóng, va đập trực tiếp chịu v từ bản mặt tác dụng tới (theo
phơng ngang).
c) Dầm dới:
Cũng có thể l dầm hai đầu ngm hay khớp tuỳ vo liên kết với mố trụ.
Tải trọng tác dụng gồm trọng lợng bản thân, thiết bị (theo phơng đứng) áp lực
nớc, sóng, va đập trực tiếp chịu v từ bản mặt truyền tới (theo phơng ngang). Ngoi ra tuỳ
theo phơng pháp thi công m dầm dới còn chịu cả trọng lợng bản thân dầm trên, bản mặt.
III. Tính toán trụ cống: