đồ án môn học thủy công 3

ĐỒ ÁN THUỶ CÔNG
THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
(Đề số : 49)
A. TÀI LIỆU
1. Nhiệm vụ :Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu
nước, ngăn triều và giữ ngọt.Diện tích tiêu 30.000ha
Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có loại xe 8
÷
10 tấn đi qua.
2. Các lưu lượng và mực nước thiết kế
Tiêu nước Ngăn triều
ax
tiª
m
u
Q

( )
3
/m s
khèng chÕ
®ång
Z
( )
m
TK
s«ng
Z
( )
m
min

s«ng
Z
( )
m
max
s«ng
Z
( )
m
min
®ång
Z
( )
m
82 3,78 3,62 0.2 6,45 1,2
3. Tài liệu về kênh tiêu
- Z đáy kênh = -1,00m
- Độ dốc mái m = 1,5 ; độ nhám n = 0,025
- Độ dốc đáy i = 10
-4
4. Tài liệu về gió
Tần suất P% 2 3 5 20 30 50
V (m/s) 28 26 22 18 16 14
5. Chiều dài truyền sóng
Trường hợp Z sông bình thường Z sông max
D (m) 200 300
6. Tài liệu địa chất
- Đất thịt từ cao độ +1,00 đến -1,00
- Đất cát pha từ cao độ -1,00 đến -20,00
- Đất sét từ cao độ -20,00 đến -40,00

Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống
Loại đất
Chỉ tiêu
Thịt Cát pha Sét
kh«
γ
(T/m
3
)
1,47 1,52 1,41
tn
γ
(T/m
3
)
1,70 1,75 1,69
Độ rỗng n 0,40 0,38 0,45
tn
ϕ
(độ)
19
0
23
0
12
0
bh
ϕ
(độ)
16

0
18
0
10
0
tn
C
(T/m
2
)
1,50 0,50 3,50
bh
C
(T/m
2
)
1,00 0,30 2,50
K
t
(m/s) 4.10
-7
2.10
-6
1.10
-8
Hệ số rỗng e 0,67 0,61 0,82
Hệ số nén a (m
2
/N) 2,2 2,0 2,3
Hệ số không đều

η
8 9 7
7. 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 thuỷ 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 A1 thể hiện cắt dọc,mặt bằng,chính diện thượng lưu,hạ lưu,cắt ngang
cống và các cấu tạo chi tiết
THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
§1. GIỚI THIỆU CHUNG
I. Vị trí,nhiệm vụ công trình
1.Vị trí
Khi xác định vị trí dặt cống cần chú ý các đặc điểm sau:
Chọn vị trí cống sao cho dòng chảy được thuận lợi và thỏa mãn các yêu cầu đề ra: tiêu
nước ngăn chiều và giữ ngọt
Nơi xậy dựng công trình thì phải thỏa mãn điều kiện thi công,cho giao thông vân tải qua
cống.tuân theo nguyên tắc sử dụng tổng hợp.
Về địa chất phải chọ nơi có vùng đất tốt hoặc không phức tạp để giảm bớt khối lượng sử
lí nền,đảm bảo không xảy ra lún không đều gây mất an toàn và giảm tuổi thọ của công
trình,và không gây khó khăn cho thi công .
Trong quá trình thiết kế cống trước hết cần căn cứ vào địa hình,địa chất,thủy văn,nhiệm
vụ thiết kế và các điều kiện cụ thể khác để chọn hình thức kết cấu cống.Sau đó thong qua
tính toán thủy lực ,tính toán kết cấu mà sửa chuwaxx các bộ phận cho phù hợp
2.nhiệm vụ :
Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu nước, ngăn triều
và giữ ngọt.Diện tích tiêu 30.000ha
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: Theo QCVN 04-05 2012,Dựa vào 2 điều kiện:
a. Dựa vào chiều cao của công trình
Chiều cao của công trình được sác định như sau
H= - = - + d = 6,45-(-1)+2= 9,45 (m)
Trong đó :d là độ vượt cao an toàn ,chọn d=2 m
Tra bảng với đập bê tông trọng lưc trên nền đất với H= 9,45 thì cấp công trình là cấp III
b.Dựa vào nhiệm vụ của công trình:
Nhiêm vụ của công trình là tiêu nước cho 30.000 ha tra bảng ta có cấp công trình là cấp
II
Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II
2. Các chỉ tiêu thiết kế
Từ cấp công trình,theo TCXDVN 285-2002 ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế :
- Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất thiết kế : P = 0,5%
- Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất kiểm tra : P = 0,1%
- Tần suất gió thiết kế ở MNDBT : P = 2%
- Tần suất gió thiết kế ở MNLTK : P = 50%
- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1,00
- Hệ số tin cậy : K
n
= 1,2
§2. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG
Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng
I. Tính toán kênh hạ lưu
m
=
1
,

5
m
=
1
,
5
B
h
Hình 1 : Mặt cắt kênh hạ lưu
- Độ sâu nước trong kênh:
Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực,tìm chiều rộng B của
kênh với các điều kiện :
Độ dốc đáy kênh :
4
10i
−
=
Hệ số mái kênh : m = 1,5 ; độ nhám n = 0,025
Lưu lượng Q = 82 m
3
/s ; độ sâu dòng chảy h = 4,62m
1. Tính f()
• Với m= 1,5 tra phụ lục 8.1 bảng tra thủy lực 4= 8,424
•
•Từ f(R
ln
) với n = 0,025 tra bảng tra Thuỷ lực ta được R
ln
= 3,3m
2. Lập tỉ số :

Từ tra phụ lục 8.3 bảng tra Thuỷ lực được
3. Tính
Từ tỷ số trên ta tính được như sau: 13,5465m
Chọn
II. Tính toán khẩu diện cống
1. Trường hợp tính toán: chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và cần tiêu
lưu lượng tiêu thiết kế
- Lưu lượng Q = 82 m
3
/s
- Chênh lệch mực nước
h
h
Z
hp
H
3,78
3,62
-1,00
h

2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống
a. Cao trình ngưỡng: để tăng khả năng tháo ta chọn cao trình ngưỡng bằng cao trình đáy
kênh
1,00
®¸y kªngc nh
Z Z m
= = −
b. Hình thức ngưỡng:Đập tràn đỉnh rộng
3. Xác định bề rộng cống

a. Xác định trạng thái chảy
Hình 2: Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng
•
Trong đó:
- Hệ số cột nước lưu tốc ta chọn :
H - Cột nước tràn :
– Lưu tốc tới gần và được tính toán theo công thức sau đây:
0,81(
>= 0,75:0,8
→
Trạng thái chảy là chảy ngập
b. Tính bề rộng cống
- Công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập :
( )
0
2
n g
Q h b g H h
ϕ ϕ
= −
∑
Trong đó:
•
n
ϕ
- hệ số ngập.
•
g
ϕ
- hệ số lưu tốc khi xét co hẹp bên.Theo CR.R.Trugaep:

0,5 0,5
g
ϕ ε
= +
+ Lần 1:
Sơ bộ lấy
- Giả thiết hệ số lưu lượng m = 0,36, tra bảng 14-4 bảng tra thủy lực
Lưu lượng Q= 90( ; H= 4,69m; h= 4,49m
Vậy
Lấy.Chia cống thành 2 khoang,mỗi khoang rộng 5m.Mố trụ lượn tròn, dày 1m,mố bên
dày 0,5m, chọn loại đầu cống có tường cánh mở rộng 1 góc
- Tính lại và m:
;.Tra bảng tra 14-9 của Cumin được
m = 0,367
+ Lần 2:
-Giả thiết lại
-Giả thiết lại hệ số lưu lượng tra bảng 14-4 bảng tra thủy lực
- Tính lại chiều rộng cống với và :
Vậy.Cống gồm 3 khoang,mỗi khoang rộng 4 m. Mố trụ lượn tròn, dày 1m,mố bên dày
0,5m, chọn loại đầu cống có tường cánh mở rộng 1 góc
- Tính lại và m:
;.Tra bảng tra 14-9 của Cumin được
m = 0,369=0,367
- Kiểm tra lại trạng thái chảy
Lưu lượng đơn vị qua cống:
Độ sâu phân giới : =
→ trạng thái chảy là chảy ngập
- Kiểm tra khả năng tháo:
Lưu lượng

Vậy đập đảm bảo khả năng tháo
III. Tính toán tiêu năng phòng xói
1. Trường hợp tính toán : Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước
thượng hạ lưu lớn.Với cống tiêu vùng triều đó là trường hợp mực nước triều hạ
xuống thấp nhất và 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 tiêu thiết kế.Tuy nhiên chế độ đó chỉ duy trì trong thời gian ngắn.
- Mực nước phía đồng ( thượng lưu) với ,
- Mực nước phía sông ( hạ lưu) với ,
Chiều cao mực nước tính toán tiêu năng:
2. Lưu lượng tính toán tiêu năng
Lưu lượng tính toán tiêu năng là lưu lượng ứng với trị số
( )
"
ax
c h
m
h h
−
.Với cống tiêu
vùng triều,do cống đặt gần sông nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc
lưu lượng tháo qua cống.Do đó Q
tn
là lưu lượng tháo lớn nhất ứng với các mực nước
trong trường hợp tính toán tiêu năng.Q
tn
= 82 (m
3
/s)
Xác định độ mở a của cống trong trường hợp này:

= 0,631
•
"
c h
h h> →
cống chảy tự do.Từ tra bảng được
Độ mở cống
3. Tính toán kích thước thiết bị tiêu năng
a. Chọn biện pháp tiêu năng: do cống đặt trên nền đất nên ta dùng biện pháp đào bể tiêu
năng.
b. Tính kích thước bể tiêu năng
b.1. Bề rộng bể:
Lưu lượng đơn vị q=
= 0,631
m
- Xác định chiều sâu bể tiêu năng theo phương pháp thử dần
+ Giả thiêt chiều sâu bể tiêu năng là
+ Tính Với
+ Tính tra PL 15.1 bảng tra thủy lực
+ Tính độ lệch nước ở cửa ra của bể:

+ Tính lại = và so sánh với
Bảng tính toán
d0gt E01 F(tc) tc" hc" Z2 d0 E0 q
1.99 6.8
0.34768
7
0.48123
2
3.27237

8
1.19727
3
1.03872
4 4.81 5.857
1.03872
4
5.84872
4
0.43587
3
0.53002
6
3.09997
6
1.18034
3
0.87463
2 4.81 5.857
0.87463
2
5.68463
2
0.45488
1
0.53957
8
3.06730
5
1.17680

8
0.84386
2 4.81 5.857
0.84386
2
5.65386
2 0.4586
0.54144
7
3.06126
7
1.17614
3
0.83818
8 4.81 5.857
0.83818
8
5.64818
8
0.45929
1
0.54179
4
3.06015
7 1.17602
0.83714
5 4.81 5.857
Từ bảng tính toán => chọn chiều sâu bể tiêu năng
b.2. Chiều dài bể tiêu năng:
Chiều dài bể tiêu năng tính theo công thức:

Trong đó :
- chiều dài từ ngưỡng xuống đến sân tiêu năng, có thể tính theo Trectouxop:
Với =
P- chiều cao ngưỡng cống so với bể = 0
- chiều dài nước nhảy tính theo công thức kinh nghiệm
= 4,5.3,06= 13,77 m
- - hệ số lấy trong khoảng 0,7
Vậy :
Chọn
§3. BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG
I. Thân cống : Bao gồm bản đáy,trụ và các bộ phận bố trí trên đó
1. Cửa van : Do lỗ cống có kích thước nhỏ nên ta dùng loại cửa van phẳng
2. Tường ngực : Bố trí để giảm chiều cao cửa van và lực đóng mở
a. Các giới hạn của tường ngực
- Cao trình đáy tường ngực:
®t tt
Z Z
δ
= +
Z
tt
là mực nước tính toán khẩu diện cống :

0,5 0,7m
δ
= ÷
là độ lưu không.Lấy m
Vậy Z
đt
= 3,78 + 0,52 = 4,3m

- Cao trỉnh đỉnh tường ngực: lấy bằng cao trình đỉnh cống
èng chÕ
®Ønh 1 ®ång
kh
s
Z Z h a
η
= + ∆ + +
' ' 'ax
®Ønh 2 s«ng
m
s
Z Z h a
η
= + ∆ + +
a1. Tính Z
đỉnh 1
* Xác định
h∆
(độ dềnh do gió)
2
6
2.10 os
s
V D
h c
gH
α
−
∆ =

Trong đó: V- vận tốc gió tính toán lớn nhất.Với P=2% thì V = 28m/s
D- đà sóng ứng với Zsông bình thường. D = 200m
g- gia tốc trọng trường. g = 9,81m/s
2
H- chiều sâu nước trước cống H = 3,62 – (-1,00) = 4,62m

s
α
- góc kẹp giữa trục dọc của cống và hướng gió.Lấy
s
α
=0
0
* Xác định
s
η
(độ dềnh cao nhất của sóng)
.
s s
k h
η
η
=
h là chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1% :
+ Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu:
0,5H
λ
>
+ Tính các đại lượng không thứ nguyên:
9,81.6.3600

7568
28
gt
V
= =
2 2
9,81.200
2,5
28
gD
V
= =
Tra đồ thị hình P2-1 ta được :
2
2
0,003.28
0,003 0,24
9,81
0,52.28
0,52 1,5
9,81
gh
h m
V
g
s
V
τ
τ


= → = =




= → = =



2 2
9,81.1,5
3,5
2 2
g
m
τ
λ
π π
→ = = =
Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu : H = 4,62m > 0,5 λ = 1,75m.Vậy giả thiết sóng nước sâu
là đúng.
+ Tính
Với
2
2,5
gD
V
=
,tra đồ thị P2-2 ta được K
1%

= 2,04 → h
1%
= 2,04.0,24 = 0,4896m
+
s
k
η
được xác định như sau :


0,24
0,07
3,5
h
λ
= =
Với các giá trị trên tra đồ thị Hình P2-4a ta được :
1,18
s
k
η
=
= 0,578 m
Vậy
a2. Tính Z
đỉnh 2
* Xác định
'h∆
(độ dềnh do gió)
2

6
' '
' 2.10 os
'
s
V D
h c
gH
α
−
∆ =
Trong đó: V’- vận tốc gió bình quân lớn nhất.Với P=50% thì V’ = 14m/s
D’- đà sóng ứng với Zsông max. D’ = 300m
g- gia tốc trọng trường. g = 9,81m/s
2
H’- chiều sâu nước trước cống H’ = 6,45 – (-1,00) = 7,45m

s
α
- góc kẹp giữa trục dọc của cống và hướng gió.Lấy
s
α
=0
0
Xác định
'
s
η
(độ dềnh cao nhất của sóng)
' '

. '
s s
k h
η η
η
=
h’ là chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1% :
+ Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu:
' 0,5 'H
λ
>
+ Tính các đại lượng không thứ nguyên:
Tra đồ thị hình P2.1 ta được
Với ;
Với ;
Chọn cặp giá trị


Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu : H’ = 7,45m > 0,5 λ’ = 1,22m.Vậy giả thiết sóng nước
sâu là đúng.
+
Tính

H×nh 3
S¬ ®å t êng ngùc
3
0,5
0,5
0,5
1

0,3
Với = 15,015 tra đồ thị P2-2 ta được K
1%
= 2,02 → h
1%
= 2,02.0,144 = 0,291m
+
'
s
k
η
được xác định như sau :

Với các giá trị trên tra đồ thị Hình P2-4a ta được :
1,155
s
k
η
=
Vậy
Cao trình đỉnh cống :
Chọn

b. Kết cấu tường ngực : gồm bản mặt và các dầm đỡ
- Chiều cao tường :
Do chiều cao tường không lớn nên chỉ cần bố trí 2 dầm đỡ (ở đỉnh tường và đáy tường)
Bản mặt đổ liền khối với dầm.Chiều dày bản mặt 0,3m.Kết cấu tường sẽ được chính xác
hoá sau khi tính toán kết cấu.
3. Cầu công tác : là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van.Chiều cao cầu công tác cần
đảm bảo sao cho khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra

khỏi vị trí khi cần.Chiều cao cầu công tác có thể xác định như sau :
H
ct
= Z
ct
- Z
đỉnh cống
- Z
ct
là cao trỉnh mặt cầu công tác :
ct cv
Z Z L d
δ
= + + +
- Z
cv
là cao trình đáy cửa van khi cửa van được kéo lên vị trí cao nhất.Z
cv
= Z
đt
=
4,3m
- L là chiều cao cửa van.Lấy L =

- d là kích thước bộ phận truyền động,dầm,bản mặt cầu công tác.Sơ bộ lấy d = 1m
0.3
0.6
0.3
0.15
0.3

0.2m
0.3m
5m
0.5m
0.5m
0.5m
0.3m1m
2.4m
0,3
0,3
0,2
0,2
0,3
2,0

H×nh 4
CÇu c«ng t¸c
4,3
0,2
0,2
-
δ
là chiều cao an toàn.Lấy
0,5m
δ
=
4,3 5,8 1 0,5 11,6
ct
Z m→ = + + + =
Dầm cầu có kích thước 0,3x0,3m,bản mặt cầu dày 0,2m.Cột chống có kích thước

0,3x0,4m.
Thanh giằng ngang có kích thước 0,2x0,3m.
4. Khe phai và cầu thả phai : bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang
cống khô ráo khi cần sửa chữa.Do cống không lớn nên ta thả phai bằng thủ công.Chiều
rộng khe phai bằng 0,3m.
Hình 5
Cầu thả phai
5. Cầu giao thông
Hình 6: Cầu giao thông
6. Mố cống: bao gồm mố trụ và mố bên.Mố trụ dày 1,0m ; mố bên dày 0,5m.Mố lượn
tròn,trên mố bố trí khe phai và khe van.
7. Khe lún: do cống nhỏ nên ở đây không cần bố trí khe lún.
8. Bản đáy: sơ bộ chọn chiều dày bản đáy là 1,0m.Chiều dày bản đáy sẽ được chính xác
hoá sau khi tính toán kết cấu.
Chiều dài bản đáy sơ bộ chọn bằng 15m
II. Đường viền thấm: bao gồm bản đáy cống,sân trước,bản cừ và chân khay
1. Sân trước: vật liệu làm sân là đất sét và a sét để tận dụng vật liệu địa phương
-
Chiều dài sân :
( )
3 4
s
L H
≤ ÷
Trong đó H là cột nước tác dụng lên cống ,
H=
Lấy L
s
= 3,5H = 3,5.4,62 = 16,17 m.Chọn L
s

= 20m
- Chiều dày sân: Khi dân 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 cấu tạo : . Chiều dày ở cuối sân xác
định theo yêu cầu chống thấm.

Trong đó : : độ chênh cột nước ở 2 mặt sân(trên và dưới)
: gradient thấm cho phép phụ thuộc vào vật liệu làm sân.
2. Bản cừ
a. Vị trí đóng cừ : do cống chịu đầu nước 2 chiều nên ta có thể đóng cừ ở phía đầu nước
cao hơn là phía đồng, còn phía sông mực nước triều lên xuống nhiều nên có thể không
cần đóng cừ.
b. Chiều sâu đóng cừ : do tầng thấm rất dày (20m) nên ta phải đóng cừ treo.
Chiều sâu đóng cừ:
( )
0,6 1,0S H
= ÷
Lấy S = 0,8H = 0,8.4,62 = 3,7m. Lấy S = 4m.
3. Chân khay: chân khay bố trí ở 2 đầu bản đáy,bấm sâu vào nền để tăng ổn định cho
công trình.(xem bản vẽ)
4. Thoát nước thấm : làm các lỗ thoát nước đường kính 5cm ở sân tiêu năng.Do cống
làm việc với cột nước 2 chiều nên đoạn sân tiêu năng giáp với bản đáy sẽ không đục lỗ.
Đoạn này sẽ đóng vai trò như 1 sân trước ngắn khi cống làm việc trong trường hợp ngăn
chiều.Dưới sân tiêu năng có tầng lọc ngược gồm 1 lớp đá dăm dày 20cm và 1 lớp cát dày
20cm.
5. Kiểm tra đường viền thấm
6,3
0,92
H
20 15
5,5

4 4
Để đảm bảo độ bền thấm chung thì chiều dài tính toán của dòng thấm phải thoả mãn:
.
tt
L C H
≥
H- chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống. H = 6,45 – 1,2 = 5,25m
C- hệ số phụ thuộc tính chất đất nền.Với cát hạt trung C = 5
Trị số L
tt
tính theo phương pháp Len :
= +
®
n
tt
L
L L
m
L
đ
là tổng chiều dài các đoạn đường viền thẳng đứng hoặc nghiêng góc
α
>
0
45
so với
phương ngang
L
đ
= 0,6+1+3,7.4=16,4 m

L
n
là tổng chiều dài các đoạn đường viền nằm ngang hoặc nghiêng góc
α
<
0
45
so với
phương ngang
L
n
= 20 + 15 = 35m
m là hệ số phụ thuộc dạng đường viền thấm.Khi có 2 hàng cừ thì
= ÷2 2,5m
.Lấy m =
2,2
Vậy

So sánh :
Vậy chiều dài đường viền thấm đảm bảo độ bền thấm chung
III. Nối tiếp cống với thượng hạ lưu
1. Nối tiếp thượng lưu
Góc mở của tường về phía trước với
1
4
tg
θ
=
(
0

14
θ
=
),tường cánh có dạng thẳng.
Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu có lớp phủ chống xói bằng đá xây khan dày 0,5m.Chiều
dài lớp phủ : L
ph
= 4H = 4.4,62 = 18,48m.Lấy L
ph
= 19m.Phía dưới lớp đá bảo vệ có tầng
đệm gồm 1 lớp đá dăm dày 15cm và 1 lớp cát dày 15cm.
2. Nối tiếp hạ lưu
- Tường cánh: như tường cánh thượng lưu nhưng góc mở nhỏ hơn
1
1
5
tg
θ
=
(
0
1
11
θ
=
)
- Sân tiêu năng:bằng bêtông đổ tại chỗ,dày 0,5m,có đục lỗ thoát nước
- Sân sau : bằng đá xếp,phía dưới có tầng lọc ngược.Chiều dày sân sau là 0,5m
Chiều dài sân sau xác định theo kinh nghiệm :
ss

L K q H
= ∆
Trong đó: q- lưu lượng đơn vị ở cuối sân.

H∆
- chênh lệch cột nước thượng hạ lưu
K- hệ số phụ thuộc tính chất long kênh.Với cát pha
10 12K = ÷
.Lấy K = 10
Lấy L
ss
= 37 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 gradient
thấm J.Do đặc điểm của cống là vật tháo nước nên ta chỉ xác định J và W
t
.
2. Trường hợp tính toán
-TH1 :
-TH2 :
-TH3 :
Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với trường hợp 3.
3. Phương pháp tính : có nhiều phương pháp tính thấm dưới đáy công trình.Ở đây dùng
phương pháp vẽ lưới thấm.
II. Tính thấm cho trường hợp đã chọn
1. Vẽ lưới thấm
A

5
6
7
8
1
9
10
11 12
13
14
15
16
2
17
18
19
20
21
22
3
23
4
24
6,65
0,85
-1,00
BA
5
6
7

8
1
9
10
11 12
2
3
4
Từ hình vẽ ta thấy miền thấm có 24 dải thế và 9 ống dòng
2. Xác định các đặc trưng dòng thấm
Cột nước tổn thất qua mỗi dải là :
5,8
0,242
24
H
H m
n
∆ = = =
Cột nước thấm tại A :
. 11,7.0,242 2,83
A A
h i H m= ∆ = =
Cột nước thấm tại B :
. 14,8.0,242 3,58
B B
h i H m
= ∆ = =
Áp lực thấm tác dụng lên bản đáy :
2,83 3,58
W . 1. .15 48,07 /

2 2
A B
th n
h h
L T m
γ
+
+
= = =
Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên bản đáy :
( ) ( )
2
W . . 1. 1,85 1 .15 42,75 /
tt n
H t L T m
γ
= + = + =
Tổng áp lực đẩy ngược tác dụng lên bản đáy :
W = W
th
+ W
tt
= 48,07 + 42,75 = 90,82 T/m
A
B
h
A
h
B
H

2
+t
t
Gradien thấm tại cửa ra :
Gradien thấm lớn nhất : 0,5746
III. Kiểm tra độ bền thấm của nền
1. Kiểm tra độ bền thấm chung
tb
K
tb
n
J
J
K
≤
J
tb
- gradient thấm trung bình trong vùng thấm tính toán

tb
K
J
- gradient thấm tới hạn trung bình tính toán.
Theo TCVN4253-86,với cát hạt vừa thì
0,38
tb
K
J
=
K

n
= 1,20 là hệ số độ tin cậy
J
tb
xác định theo phương pháp của Viện VNIIG :
tb
tt i
H
J
T
ξ
=
∑
H- cột nước tác dụng : H = 5,8m
T
tt
- chiều sâu tính toán của nền

i
ξ
∑
- tổng hệ số cản của đường viền thấm theo phương pháp Trugaép
a
S
2
T
2
S
1
T

1
1
4
T
3
2
3
5
7
6
6,65
0,85
5,8m
Theo phương pháp hệ số sức kháng của Trugaép thì miền thấm được chia thành các phần
sau :
-  : Bộ phận cửa vào :
1
0,44 0,44 0,44
v b c
ξ ξ ξ ξ
= + + = → =
- ,,: Bộ phận chứa đường viền nằm ngang
2
5 0,5.4
0,169
17,7
ξ
−
= =
( )

4
12 0,5 4 4
0,444
18
ξ
− +
= =
6
14 0,5.4
0,649
18,5
ξ
−
= =
- , : Bộ phận giữa
3
4
0,5
0,5 4
18
1,5 0,495
4
17,7 18
1 0,75
18
ξ
= + + =
−
3
4

0,5
0,5 1 4
18,5
1,5 0,537
4
18 18 18,5
1 0,75
18,5
ξ
= + + + =
−
-  : Bộ phận cửa ra :
7
0,44
r
ξ ξ
= =
Vậy tổng hệ số cản của đường viền thấm là :
0,44 0,169 0,444 0,649 0,495 0,537 0,44 3,174
i
ξ
= + + + + + + =
∑
Chiều sâu tính toán của nền :
17,7.5,5 18.15 18,5.14
18,16
5,5 15 14
i i
tt
i

TL
T m
L
+ +
= = =
+ +
∑
∑
5,8
0,1
18,16.3,174
tb
J→ = =
0,38
0,32
1,2
tb tb
K K
tb
n n
J J
J
K K
= = → <
.Vậy độ bền thấm chung của nền được đảm bảo!
2. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ :
[ ]
ra
J J≤
[J] là gradient thấm cho phép : [J] = J

gh
/m , m là hệ số an toàn.Lấy m = 1,1
J
gh
là gradient thấm cục bộ giới hạn.Với
9
η
=
thì J
gh
= 0,55 → [J] = 0,5
So sánh : J
ra
> [J] nên tại cửa ra của dòng thấm có khả năng xảy ra xói ngầm cơ học.Cần
phải tầng lọc ngược để bảo vệ!
§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.Ở đây chỉ kiểm tra ổn định
trượt
2. Trường hợp tính toán : chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất
ax min
s«ng ®ång
6,65 0,85 5,8
m
H Z Z m= − = − =
II. Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn
1. Xác định các lực tác dụng
a. Các lực đứng : bao gồm trọng lượng cầu giao thong,cầu công tác,cầu thả phai,cửa
van,tường ngực,mố cống,bản đáy,nước trong cống,phần đất giữa 2 chân khay và các lực
đẩy ngược

- Trọng lượng cầu giao thông :
0.8
0.5
5
0.2
0.2
0.5
0.7
0.2
0.3
+ Chiều dài cầu
L = B
C
= 15 m
+ Diện tích mặt cắt ngang cầu
F = 2.(0,8.0,2+0,2.0,8+0,2.0,2+0,5.0,7)+5.0,2 = 2,42m
2
+ Thể tích
V =2,42 . 15 = 36,3 m
3
+ Trọng lượng
G
C
= 2,4 . 36,3 = 87,12 T
- Trọng lượng bản đáy :
-
Chiều rộng bản đáy:
- Diện tích mặt cắt ngang:
-
-

- Trọng lượng mố cống :
t=1m
t=0,5m
15m
. . 2,4.14,25.9 307,8
mt bt
G F H T
γ
= = =
2 2.307,8 615,6
m mt
G G T
= = =
1,05.615,6 646,38
tt
m
G T
→ = =
- Trọng lượng tường ngực :
3
0,5
0,5
0,5
1
0,3

F= 0,5.0,5+0,5.1+0,3.2= 1,35


- Trọng lượng cầu công tác :

0.3
0.3
0.2
4.3
0.3
4
+ Chiều dài cầu công tác
L = Bc = 15m.
+ Diện tích cầu công tác
F
CT
= 2.0,3.4,3+2.0,2.2+0,3.4 = 4,58m
2
+Thể tích cầu công tác
V
CT
= 4,58 . 15 = 68,7 m
3
+ Trọng lượng cầu công tác
G
CT
= 2,4 . 68,7 = 164,88 T
- Phần lan can
+ Diện tích lan can
F
LC
= 2 . 0,2 . 0,6 = 0,24 m
2
+ Thể tích lan can
V

LC
= F. B = 0,24 . 15 = 3,6 m
3
+ Trọng lượng lan can
0.3
0.6
0.3
0.15
0.3
0,85
6,65
-1,00
4,3
G
LC
= V.γ
b
= 3,6. 2,4 = 8,64 T
G
cct
= G
LC
+G
CT
= 164,88+ 8,64= 173,52 T
- Trọng lượng cầu thả phai :
- Trọng lượng nước trong cống :
G
n
= G

TL
+ G
HL
•G
TL
là trọng nước phía thượng lưu (phía sông)
G
TL
= 1.1,85.10.15 = 277,5 T
•G
HL
là trọng nước phía hạ lưu (phía đồng)
G
HL
= 1.7,75.5.15 = 183,15 T
Tổng trọng lượng nước : G
n
= 254,25 + 183,15 = 437,4 T
1,00.437,4 437,4
tt
n
G T
→ = =
- Trọng lượng cửa van G
v
: sơ bộ xác định theo công thức Laupman
Với cửa van chuyển động trượt,trọng lượng trung bình của 1m
2
mặt cửa van là :
(

)
2
3
0
600 1g H l= −
N/m
2
H
0
- cột nước tính đến trung tâm lỗ cống :
( )
( )
0
4,3 1
6,65 4,3 5
2
H m
− −
= + − =

l
- chiều rộng lỗ : l = 4,5m
(
)
2 2
3
600 5.4,5 1 2196,5 /g N m→ = − =
thoả mãn điều kiện 1900N/m
2
< g < 7000N/m

2
Trọng lượng toàn bộ cửa van :
0v
G gHl=
H- chiều cao cửa van : H = 5,5m

0
l
- chiều rộng cửa van : l
0
= 2.5 = 10m
→ G
v
= 2196,5.5,5.10 = 120807 N = 120,807KN = 12,3T
1,05.12,3 12,92
tt
v
G T
→ = =
- Trọng lượng đất giữa 2 chân khay :
γ
=
® ®
. .
bh
G F L
•
bh
γ
- trọng lượng riêng bão hoà của đất giữa 2 chân khay

3
1,52 0,38.1 1,9 /
bh k n
n T m
γ γ γ
= + = + =
•F
đ
- diện tích đất giữa 2 chân khay : F
đ
= 6,75m
2
•L- chiều dài đất giữa 2 chân khay : L = 11m
→ G
đ
= 1,9.6,75.11 = 141,075T
→ = =
®
1,05.141,075 148,13
tt
G T
- Áp lực đẩy ngược :
• Áp lực thuỷ tĩnh : W
tt
= 42,75.11 = 470,25T
•Áp lực thấm : W
th
= 48,07.11 = 528,77T
Tổng áp lực đẩy ngược : W = 999,02T
b. Các lực ngang : gồm áp lực nước, áp lực đất

- Áp lực nước thượng lưu :
2 2
1 1
. . .1.9,15 .9 376,75
2 2
TL n TL
T H b T
γ
= = =
∑
- Áp lực nước hạ lưu :
2 2
1 1
. . .1.3,35 .9 50,5
2 2
HL n HL
T H b T
γ
= = =
∑
- Áp lực đất bị động phía hạ lưu :
2
σ γ
= +
bđn bđ bđ
zK c K

3
®
1,9 1 0,9 /

n bh n
T m
γ γ γ
= − = − =
0
2 0 2 0
®
18
45 45 1,894
2 2
bh
b
K tg tg
ϕ
 
 
= + = + =
 ÷
 ÷
 
 
Tại z = 0 :
2
2.0,3 1,894 0,826 /
b
T m
σ
= =
Tại z = 1,5m :
2

0,826 0,9.1,5.1,894 3,383 /
b
T m
σ
= + =
0,826 3,383
.1,5.11 25,46
2
b
E T
+
→ = =
b
1,2.25,46 30,55
tt
E T
→ = =
Bỏ qua áp lực đất chủ động phía thượng lưu.
BẢNG TỔNG HỢP LỰC TÁC DỤNG LÊN ĐÁY MÓNG
(Quy ước mômen quay ngược chiều kim đồng hồ là dương)
T
T
Lực Lực đứng (T) Lực ngang (T) Tay đòn
(m)
M
(T.m)
( )
↓ +
( )
↑ −

→
¬
1 G
cgt
64,31 1,50 +96,465
2 G
cct
26,78 3,30 -88,374
3 G
ctp
29,94 0,00 0
4 G
v
12,92 3,30 -42,636
5 G
tng
35,38 4,27 -151,073
6 G
m
646,38 0,00 0
7 G
bđ
436,59 0,00 0
8 G
đ
148,13 0,00 0
9 G
TL
254,25 5,50 -1398,375
10 G

HL
183,15 2,00 +366,300
11 W
tt
470,25 0,00 0
12 W
th
528,77 2,33 +1232,034