đánh giá an toàn kết cấu cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ
của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là cô TS Phạm Hồng
Cường, thầy GS.TS Nguyễn Văn Mạo cô Th.s Nguyễn Lan Hương, và cùng sự
nỗ lực của bản thân. Đến nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật,
chuyên ngành Xây dựng công trình thủy.
Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình
nghiên cứu và tính toán ổn định cống lộ thiên, góp phần nâng cao độ chính xác
trong quá trình đưa ra mức độ hư hỏng và độ tin cậy của công trình. Tuy nhiên,
trong khuôn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian và trình độ có hạn nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những lời chỉ bảo và góp ý
của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo
GS.TS Nguyễn Văn Mạo và cô Th.s Nguyễn Lan Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận
văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa Công
trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình.
Tác giả chân thành cảm ơn Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ Trường
Đại Học Thủy Lợi, Phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp- Văn phòng tư vấn- trường
Đại học thủy lợi đã tạo điều kiện cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả
hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động
viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này
Hà nội, tháng 2 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Thị Huyền Trang

BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin,
tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận
văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước
đây.
Tác giả

Nguyễn Thị Huyền Trang

MỤC LỤC
26TMỞ ĐẦU26T 1
26T1. Tính cấp thiết của đề tài.26T 1
26T2. Nội dung nghiên cứu của đề tài26T 2
26T3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.26T 2
26T4. Mục tiêu của đề tài.26T 2
26T5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.26T 2
26T6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.26T 2
26T7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.26T 2
26TCHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN 3
26TPHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG26T 3
26T1.126T 26TTình hình xây dựng cống đồng bằng ở Việt Nam26T 3
26T1.1.126T 26TCống lấy nước26T 3
26T1.1.226T 26TCống điều tiết26T 4
26T1.1.326T 26TCống tiêu26T 5
26T1.1.426T 26TCống phân lũ26T 6
26T1.1.526T 26TCống ngăn triều26T 7
26T1.1.626T 26TCống tháo cát26T 9
26T1.226T 26TCác bộ phận chính của cống lộ thiên26T 9
26T1.2.126T 26TBộ phận nối tiếp thượng lưu26T 10
26T1.2.2 Thân cống26T 11
26T1.2.326T 26TBộ phận nối tiếp hạ lưu26T 11
26T1.326T 26TĐặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế26T 11
26T1.3.1 Tính toán thủy lực26T 11
26T1.3.2 Tính toán ổn định cống26T 14
26T1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống26T 15
26T1.3.4 Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống26T 17
26T1.426T 26TCác phương pháp tính toán ổn định cống dùng trong thiết kế26T 18
26T1.4.126T 26TPhương pháp ứng suất cho phép26T 18

26T1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn26T 18
26T1.4.3 Phương pháp trạng thái giới hạn26T 19
26T1.4.226T 26TPhương pháp tính theo độ tin cậy26T 20
26T1.526T 26TƯu và nhược điểm các phương pháp26T 23
26T1.626T 26TKết luận chương 126T 24
26TCHƯƠNG 2 BÀI TOÁN THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHẦN
MỀM ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN 25
26T2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy26T 25
26T2.1.1 Giới thiệu chung26T 25
26T2.1.2 Những ưu điểm nổi bật khi sử dụng lý thuyết độ tin cậy26T 28
26T2.2. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên26T 29
26T2.2.1. Tính toán cấp độ I:26T 29
26T2.2.2 . Tính toán cấp độ II26T 31
26T2.2.3 . Tính toán cấp độ III26T 36
26T2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể cống đồng bằng26T 37
26T2.3.1 Sơ đồ cành cây sự cố cống đồng bằng26T 37
26T2.3.2 Lý thuyết áp dụng để phân tích26T 39
26T2.4 Xác suất xảy ra sự cố đối với cống lộ thiên.26T 42
26T2.4.1.26T 26TCống mất ổn định do trượt26T 43
26T2.4.2.26T 26TCống mất ổn định do lật26T 43
26T2.4.3.26T 26TCống mất ổn định do ứng suất nền26T 43
26T2.5 Các phần mềm dùng trong luận văn.26T 44
26T2.5.1 Phần mềm BESTFIT26T 44
26T2.5.2 Phần mềm VAP for MS Windows26T 46
26T2.6 Kết luận chương 226T 48
26TCHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT
PHƯƠNG ÁN
CỐNG NAM ĐÀN - NGHỆ AN 50
26T3.1 Đặt vấn đề26T 50
26T3.2 Giới thiệu chung26T 50

26T3.2.1 . Vị trí công trình26T 50
26T3.2.2. Nhiệm vụ và quy mô công trình26T 50
26T3.2.3 Các thông số chính của công trình đầu mối26T 51
26T3.3 Các trường hợp tính toán ổn định Cống Nam Đàn26T 54
26T3.4 Các tài liệu tính toán26T 56
26T3.5 Tính toán ổn định trượt phẳng26T 57
26T3.5.1 Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 57
26T3.5.2 Tính ổn định trượt của cống theo trạng thái giới hạn26T 60
26T3.5.3 Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 60
26T3.6 Kiểm tra lật quanh trục B26T 67
26T3.6.1 Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 67
26T3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trạng thái giới hạn26T 67
26T3.6.3 Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 67
26T3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B26T 68
26T3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T68
26T3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo trạng thái giới hạn26T 70
26T3.7.3 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo lý thuyết độ tin cậy.26T 70
26T3.826T 26TPhân tích/Đánh giá kết quả26T 71
26T3.8.126T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng26T 71
26T3.8.226T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật26T 71
26T3.8.326T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ứng suất nền (khả năng chịu tải
của nền)
26T 72
26T3.926T 26TKết luận chương 326T 74
26TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ26T 75
26T1. Những kết quả đạt được:26T 75
26T2. Những tồn tại:26T 76
26T3. Kiến nghị:26T 77
26T4. Hướng tiếp tục nghiên cứu:26T 78

26TTÀI LIỆU THAM KHẢO26T 79

26TI. Tiếng Việt26T 79
26TII. Tiếng nước ngoài26T 80
26TPHỤ LỤC CHƯƠNG 326T 81

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

26TUHình 1-1: Cống Xuân QuanU26T 4
26TUHình 1-2: Cống Nam ĐànU26T 4
26TUHình 1-3: Cống hạ lưu Liên MạcU26T 5
26TUHình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà NamU26T 5
26TUHình 1-5: Cống Láng ThéU26T 6
26TUHình 1-6: Cống Cầu XeU26T 6
26TUHình 1-7: Cống Vân CốcU26T 7
26TUHình 1-8: Cống đập Ba LaiU26T 9
26TUHình 1-9: Cống Cầu BôngU26T 9
26TUHình 1-10: Cống Bảo ĐinhU26T 9
26TUHình 1-11: Cống đập Cần ChôngU26T 9
26TUHình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiênU26T 10
26TUHình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng.U26T 12
26TUHình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng.U26T 12
26TUHình 1-15: Sơ đồ chảy tự doU26T 12
26TUHình 1-16: Sơ đồ chảy ngậpU26T 12
26TUHình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-18: Răng tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-19: Mố tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.U26T 16
26TUHình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nóU26T 16
26TUHình 1-22: Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứngU26T 17
26TUHình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0U26T 27
26TUHình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trìnhU26T 27
26TUHình 2-3 Sơ đồ cành cây sự cố của cống lộ thiênU26T 38
26TUHình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy U26T 42

26TUHình 3-1: Sơ đồ đáy móng cống .U26T 55

26TUHình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp cống đóng.U26T 55
26TUHình 3-3: Luật phân phối của γUR
k
R26T 65
26TUHình 3-4: Luật phân phối của γURU
bt
UR26T 65
26TUHình 3-5: Luật phân phối của ϕU26T 66
26TUHình 3-6: Luật phân phối của CU26T 66
26TUHình 3-7: Luật phân phối của LU26T 66
26TUHình 3-8 : Ảnh hưởng của các đại lượngU26T 73
26TUngẫu nhiên đến ổn định trượt cống lộ thiênU26T 73
26TUHình 3-9 : Ảnh hưởng của các đại lượngU26T 73
26TUngẫu nhiên đến ổn định ứng suất nềnU26T 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

26TUBảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kêU26T 62
26TUBảng 3-2: Tần suất lý thuyết nUR
i
RU’ của các lớpU26T 63
26TUBảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệmU26T 64
26TUBảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuấtU26T 65
26TUBảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Eurocode.U26T 71
26TUBảng 3-6: Kết quả tính toán ổn định cống theo 3 phương pháp.U26T 73











1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình sử dụng thuật ngữ “chất lượng
công trình” bao hàm các tiêu chí để đánh giá công trình được khai thác theo đúng
mục tiêu thiết kế, gồm 2 trạng thái đối nhau của kết cấu công trình: “an toàn, hay độ
tin cậy đảm bảo” (tức là chất lượng được đảm bảo) và “không an toàn, hay bị phá
huỷ” (tức là chất lượng không đảm bảo).
Các kết cấu công trình nói chung, trên thực tế chịu nhiều yếu tố tác động đến chất
lượng công trình không thể định lượng được chính xác. Các yếu tố này, dưới đây
gọi là các yếu tố bất định hay là các yếu tố ngẫu nhiên.
Theo truyền thống, việc tính toán thiết kế kết cấu công trình dựa trên các tiêu
chuẩn quy phạm, trong đó coi các yếu tố bất định là “tiền định” kèm theo các hệ số
an toàn. Cách tính toán này được gọi là phương pháp tính theo “mô hình tiền định”,
không phản ảnh được bản chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh
giá đúng đắn chất lượng của kết cấu công trình thực tế.
Sự ra đời của lý thuyết độ tin cậy kết cấu công trình nhằm khắc phục nhược điểm
của mô hình tiền định, nhờ dựa trên công cụ toán học chủ yếu là lý thuyết xác suất
(kết hợp với thống kê và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên) cho phép mô tả sát thực
tế hơn các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình. Lý thuyết độ tin cậy đã
đưa ra các phương pháp tính theo “mô hình xác suất”, để đánh giá chất lượng công
trình theo độ tin cậy (đo bằng xác suất tin cậy). Từ đó trạng thái khai thác an toàn
của công trình được xác định dựa trên đối chiếu giữa “độ tin cậy tính toán” của
công trình so với “độ tin cậy cho phép” được quy định trong tiêu chuẩn quy phạm
thiết kế theo độ tin cậy. Luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ
tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thể cống đồng bằng nhằm đưa ra được phương
pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của các công trình hiện hữu. Điều này hết
sức có ý nghĩa nhất là trong điều kiện biến đổi khi hậu toàn cầu. Những kết quả
nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn khi cống đồng bằng hiện nay được xây dựng và vận
hành với thời gian tương đối dài.
2

2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn kết cấu cống đồng
bằng.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Phạm vi nghiên cứu là cống đồng bằng.
4. Mục tiêu của đề tài.
Nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền thống,
bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để
đánh giá độ tin cậy an toàn tổng thể và từ đó nâng cao chất lượng như mong muốn
của cống đồng bằng trong điều kiện Việt Nam.
5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.
- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình trên hệ thống thực tế.
- Tiếp cận với lý thuyết độ tin cậy để đánh giá an toàn công trình.
- Ứng dụng các phần mềm:
+ Bestfit: Phần mềm xử lý các biến ngẫu nhiên, xác định luật phân bố chuỗi số liệu
+ Vap for MS windows: đánh giá độ tin cậy an toàn công trình.
6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.
- Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình.
- Ví dụ minh họa công nghệ tính toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy.
- Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin
cậy.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán công trình thủy lợi.
- Sử dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao an toàn cống đồng bằng.
- Áp dụng công trình cống đồng bằng hiện đang tồn tại nhằm chứng minh tính thực
tiễn và khả năng ứng dụng được của kết quả tính toán.



3

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG
1.1 Tình hình xây dựng cống đồng bằng ở Việt Nam
Cống đồng bằng hay còn gọi là cống lộ thiên là một loại công trình thuỷ lợi hở
được xây dựng để điều tiết lưu lượng và khống chế mực nước nhằm đáp ứng các
yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt , ngăn mặn. Cống lộ thiên
được dùng rộng rãi nhất là ở vùng đồng bằng, vì vậy còn gọi là "cống đồng bằng"
hay cống hở [12]
Ở nước ta hiện nay cống lộ thiên đã được xây dựng nhiều trên hệ thống thủy lợi sông
Hồng và sông Thái Bình. Các cống này có đặc điểm chung là phong phú về hình thức
đa dạng về chủng loại, có thời gian xây dựng khác nhau, được thiết kế và thi công
theo các tiêu chuẩn, quy trình khác nhau, một số cống đã trải qua 2 cuộc chiến tranh
và là mục tiêu đánh phá của giặc: cống Liên Mạc (Hà Nội), Đô Lương (Nghệ An),
Bái Thượng (Thanh Hóa), sau 1954 ở các tỉnh phía Bắc do yêu cầu phát triển nông
nghiệp giao thông thủy nhiều cống với quy mô khác nhau đã được xây dựng hệ
thống Bắc Hưng Hà với cống đầu mối là Xuân Quan, và cống Neo, cống Bá Thủy…
đã được xây dựng từ 1958-1962. Hiện nay do yêu cầu phát triển nông nghiệp, nhất
là ở đồng bằng Sông Cửu Long nhiều cống lấy nước cống ngăn mặn và tiêu úng
đang được quy hoạch xây dựng để thâm canh tăng vụ [2]
Theo mục đích sử dụng cống lộ thiên được chia thành những loại sau đây:
1.1.1 Cống lấy nước [4] [5]
Cống được xây dựng để lấy nước từ sông, kênh hoặc từ hồ chứa phục vụ các
yêu cầu dùng nước: tưới, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp và các ngành kinh tế
khác. Ở nước ta cống lấy nước kiểu cống lộ thiên được xây dựng ở nhiều nơi ví dụ:
Cống Trung Trang đặt ở Xã Bát Trang, Huyện An Lão, Hải Phòng. Cống lấy
nước từ sông Văn Úc tưới cho 18.250 ha tạo nguồn tưới 420 ha. Cống có 4 cửa, mỗi
4

cửa rộng 8m, QR
tk
R =111mP
3
P/s cống dùng van phẳng thép đóng mở tời điện TĐ 6.2,
cống xây dựng năm 1980.
Cống Xuân Quan thuộc hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hà Nằm giữa châu thổ
Bắc Bộ, phía tây là sông Hồng, phía bắc là sông Đuống, phía đông là sông Thái
Bình, phía nam là sông Luộc. Tưới 124.600 ha đất canh tác của các tỉnh thành phố
Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh. Rộng 19m( 4cửa x3,5m+ âu tàu 5m)
Cống Nam Đàn xây dựng từ 3/2009 đến 5/2010. Cống lấy nước được bố trí
phía phải âu thuyền. Lưu lượng thiết kế Qtk=27,64m3/s. Thân cống dài 28,0m,
chiều rộng tràn nước B
R
tr
R=15m chia thành 3 khoang. Đáy cao trình -1,4m, Tường
bên và trụ pin cao trình đỉnh +11,95m. Phía thượng lưu có khe phai và khe van.
Phía hạ lưu bố trí hai khe phai, hai hầm để phai. Âu thuyền: bố trí ở phía trái cống,
ngoài nhiệm vụ thông thuyền còn tham gia lấy nước vào mùa kiệt lưu lượng
16,4m3/s. Âu dài 120,35m, lòng rộng 7,0m, cao trình đáy -1,4m, bố trí khe phai,
khe van, cửa van chính và cửa van điều tiết phía thượng và hạ lưu.


Hình 1-1: Cống Xuân Quan
Hình 1-2: Cống Nam Đàn
1.1.2 Cống điều tiết [5]
Loại cống này được xây dựng trên sông , kênh để dâng cao mực nước tạo điều
kiện lấy nước cho các công trình phía thượng lưu. Đảm bảo nhiệm vụ cấp nước, tiêu
úng và an toàn cho mỗi công trình.
Cống điều tiết hạ lưu Liên Mạc xây dựng ở xã Thụy Phương, huyện Từ Liêm,

Thành phố Hà Nội có nhiệm vụ: Dâng nước ở hạ lưu cống Liên Mạc, khi mực nước
5

sông Hồng vượt +12,95 để đảm bảo ổn định cho cống Liên Mạc. Cung cấp nước
tưới cho trên 60.000 ha canh tác của thành phố Hà Nội, tỉnh Hà Tây, Hà Nam. Đảm
bảo giao thông (đoàn tải trọng H30) qua hai bờ sông Nhuệ. Cống có 2 cửa có kích
thước (6x4) m và 1 cửa âu kích thước (6x7)m cửa vào dài 15m, thân cống 20m.
Cống Tắc Giang được xây dựng ở Phủ Lý Hà Nam lưu lượng nước sẽ được
lấy từ sông Hồng vào sông Châu Giang cung cấp cho 5.672 ha tại khu vực sông
Nhuệ huyện Duy Tiên, tạo nguồn nước phù sa cải tạo cho 36.198 ha với lưu lượng
lớn nhất là 69,61m3/s.
Cống điều tiết Mụ Bà (hệ thống thủy nông Bắc Nghệ An) Tưới tiêu cho hơn
31.000 ha đất sản xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống dân sinh cho 4 huyện: Đô
Lương, Yên Thành, Diễn Châu, Quỳnh Lưu tỉnh Nghệ An. Cống có 4 cửa x 2m x
2,75m+ 1 cửa 4m


Hình 1-3: Cống hạ lưu Liên Mạc
Hình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà Nam
1.1.3 Cống tiêu [5]
Dùng tháo nước, 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 đặt tại rạch Láng Thé, Xã Đại Phước, Huyện Càng Long, Tỉnh
Trà Vinh. Cống có 7 cửa dùng van phẳng, mỗi cửa rộng 8,5m. Nhiệm vụ của cống
là: Tiêu úng cho 58.940 ha, ngăn mặn cho 31.140 ha, tạo nguồn nước ngọt cho
51.128 ha, kết hợp cải thiện giao thông thuỷ bộ, bố trí địa bàn dân cư, lấy nước
phục vụ cấp nước sinh hoạt cho thị xã Trà Vinh và vùng lân cận.
6

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.
Cống Cầu Xe (Hải Dương) tiêu cho khu vực Bắc Hưng Hải, gồm 7 cửa, mỗi
cửa 8m, lưu lượng tiêu thiết kế 230m
P
3
P/s.
Cống tiêu Bến Thủy thuộc hệ thống thủy nông Nam Nghệ An 8 cửa x 4m + 1
cửa (âu thuyền) x 5m + 1 cửa van cung x 5m.
Cống tiêu Cổ Tiểu 2: b=26m, Cống tiêu Cổ Tiểu 3: b=30m( 4 cửa x7,5m) thuộc
hệ thống thủy nông Đa Độ công trình cấp 2 nằm phía tây Nam thành phố Hải Phòng
tiêu cho 23.920 ha diện tích đất các huyện thị An Lão, Kiến Thụy và thành phố Hải
Phòng.


Hình 1-5: Cống Láng Thé
Hình 1-6: Cống Cầu Xe
1.1.4 Cống phân lũ
Dùng để tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông sang hướng
khác, hoặc tập trung nước phân lũ vào một vùng nhất định nhằm hạ thấp đỉnh lũ ở
sông chính. Đảm bảo an toàn.
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 (tràn
cứu hộ đê) dài 8,6 km có thể phân lũ với lưu lượng lớn nhất 5000m
P
3
P/s. Cống Vân
Cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình ngưỡng cống +12.0 lưu lượng qua cống
2330m
P
3

P/s, cống dùng van phẳng, đóng mở bằng tời điện, và mùa lũ cống luôn luôn
ở tình trạng sẵn sàng vận hành.
7


Hình 1-7: Cống Vân Cốc
1.1.5 Cống ngăn triều
Xây dựng ở cửa sông ven biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều. Ở một
thời kỳ nhất định, khi thủy triều dâng, cống mở để các công trình lấy nước ngọt vào
đồng (do triều đẩy dồn lên). Khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống
mở tháo tiêu nước từ đồng ra. Vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt.
Ngoài ra cống còn có tác dụng thay đổi nước trong đồng nhằm thau chua rửa mặn.
Cống Nghi Quang (Nghệ An) được xây dựng để tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt,
ngăn mặn, Rộng 54m: 12 khoang cửa rộng 4m cửa phẳng lệch tâm bằng BTCT
M300, đóng mở tự động, 1 khoang cửa thông thuyền b=6m, cửa cung bằng thép mạ
kẽm chống rỉ, đóng mở bằng tời. Chiều dài thân cống 20m. Giữ ngọt tạo nguồn tưới
cho 6.000 ha, ngăn mặn cho 1.100 ha. Cùng cống Bến Thủy tiêu úng cho vụ hè thu
23.000 ha. Kết hợp tiêu lũ chính vụ. Cấp nước sinh hoạt cho cảng Cửa Lò.
Cống đập Ba Lai xây dựng huyện Bình Đại tỉnh Bến Tre có nhiệm vụ: ngăn
mặn, giữ ngọt, tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn cải tạo đất cho 115.000 ha đất tự nhiên,
88.5000 ha đất canh tác và phục vụ sinh hoạt cho nhân dân các huyện Châu Thành,
8

thị xã bến tre,Giồng Trôm, Ba Tri và Bình Đại. Phát triển mạng lưới giao thông.
Kiểu lộ thiên bằng bê tông cốt thép, xử lý nền cọc BTCT 35x35. Khẩu độ 10
khoang cửa, chiều rộng thông nước 84m, chiều dài thân cống 16m.
Cống Gò Cát xây dựng ở thành phố Mỹ Tho tỉnh Tiền Giang có nhiệm vụ:
ngăn mặn, giữ ngọt lấy nước từ rạch Bảo Định (nguồn nước sông Tiền) phục vụ cho
khu vực đông Bảo Định 2400 ha đất lúa và vườn cây ăn trái, cấp nước sinh hoạt cho
nhân dân trong vùng hưởng lợi. Khẩu độ 1 khoang rộng 7,5m dài 16m.

4 cống ngăn triều thuộc dự án
16TCông Trình Kiểm Soát Nước Triều Cầu Bông –
Bình Triệu – Bình Lợi – Rạch Lăng: Cầu
16T Bông (B=10m), Bình Triệu (B=20m),
Bình Lợi (B=20m), rạch Lăng (B=20m): Cửa sập bằng thép không rỉ, điều khiển
bằng xi lanh thủy lực. Chiều dài thân cống 6.0m.
Cống Bảo Đinh có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn ngọt, tiêu úng, tiêu
chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 10.300ha đất lúa 3 vụ và vườn cây ăn trái, cấp nước
sinh hoạt cho cho dân. Chuyển nước ngọt từ rạch Bảo Định sang rạch Gò Cát. Kết
hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án. Cống
được đặt dưới lòng kênh Bảo Định. Cao trình ngưỡng -4.20m, kích thước
cửa nxBxH = 3x(10x6.5m), chiều rộng thông nước : 30.0m, chiều dài thân
cống 16.0m.
Cống đập Cần Chông Là công trình chủ chốt của dự án thủy lợi Nam Măng
Thít cùng với các công trình khác làm nhiệm vụ : Ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn,
tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 177.792ha đất tự nhiên, trong đó
267.000ha đất canh tác. Trong đó cống Cần Chông trực tiếp ngăn mặn, tạo nguồn
cho 14.040ha, tiêu úng cho 16.500ha. Cấp nước sinh hoạt cho cho dân trong
vùng. Kết hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng
dự án. Cao trình ngưỡng -4.50m, kích thước cửa nxBxH = 6x(10x7.5m), chiều rộng
thông nước 60.0m, chiều dài thân cống 17.0m
9



Hình 1-8: Cống đập Ba Lai
Hình 1-9: Cống Cầu Bông


Hình 1-10: Cống Bảo Đinh

Hình 1-11: Cống đập Cần Chông
1.1.6 Cống tháo cát
Để xói rửa bùn cát lắng đọng phía trước các công trình dâng và điều tiết
nước.
1.2 Các bộ phận chính của cống lộ thiên [2] [12]
Cống lộ thiên gồm ba phần: Bộ phận nối tiếp thượng lưu, thân cống và bộ
phận nối tiếp hạ lưu.
Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức kết cấu và kích thước các bộ phận của
cống cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an toàn
về ổn định trước, về phòng chống thấm, phòng xói, về sức chịu tải của các kết cấu
và nền công trình, thõa mản yêu cầu về dẫn, tháo nước qua cống.
Cắt dọc của cống lộ thiên xem hình 1-12

10


Hình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiên
1. Kênh dẫn thượng lưu
2. Sân trước. 11. Cầu công tác.
3. Tường cánh thượng lưu. 12. Cầu thả phai
4. Cừ thượng lưu 13. Tường cánh thượng lưu.
5. Khe phai 14. Bản đáy bể tiêu năng.
6. Mố trụ 15. Mố tiêu năng
7. Bản đáy cống 16. Lỗ thoát nước.
8. Tường ngực 17. Tầng lọc ngược
9. Cửa van. 18. Sân sau thứ hai.
10. Cầu giao thông. 19. Kênh dẫn hạ lưu.
1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu
Yêu cầu đối với bộ phận này là đảm bảo nước vào thuận lợi, đối xứng nhằm
giảm tổn thất đầu nước, tạo chế độ thủy lực thuận lợi khi nước ra sau cống (tiêu

năng và phân bố dòng chảy). Bộ phận này gồm tường cánh hướng nước, sân phủ
chống xói và có thể có sân hoặc cừ chống thấm, có bản neo để tăng cường ổn định.
- Tường cánh có tác dụng hướng dòng chảy vào được thuận lợi, chống xói và
chống thấm vòng quanh bờ. Có nhiều hình thức tường khác nhau tùy theo điều kiện
địa hình, quy mô cống và tình hình cụ thể lựa chọn cho thích hợp.
- Sân phủ có tác dụng chống xói, thường làm bằng đá xây khan, chiều dài sân
thường (3÷ 5) lần chiều sâu nước chảy vào cống. Sân chống thấm có tác dụng giảm
áp lực thấm dưới nền. Chiều dài sân xác định theo yêu cầu chống thấm ở nền.

11

1.2.2 Thân cống
Là phần chủ yếu của cống bao gồm ngưỡng đáy, các mố giữa mố bên, cầu
giao thông, cầu công tác, tường ngực, cửa van. Các mố giữa phân mố cống thành
các khoang, để tiện việc đặt cửa van chắn nước.
Bản đáy có tác dụng truyền lực của các bộ phận ở thân cống, phân bố tương
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. Ở một số cống còn dùng
tường ngực để chắn nước giảm chiều cao cửa van, hạ thấp cao trình đặt cầu công
tác. Tường ngực còn có tác dụng làm tăng ổn định hướng ngang của các mố.
1.2.3 Bộ phận nối tiếp hạ lưu
Bao gồm tường hướng nước ra bên bờ, có kích thước giống ở thượng lưu. Bộ
phận nối tiếp hạ lưu là đoạn quá độ để dòng nước từ thân cống chảy ra kênh được
dễ dàng và khuếch tán đều đặn. Ở bộ phận này cần có kết cấu tiêu hao năng lượng
của dòng chảy từ cống ra, không gây xói ở hạ lưu. Tường cánh hạ lưu có tác dụng
phân bố đều và hướng dòng chảy từ thân cống ra kênh. Ngoài ra, tường và bộ phận
đá lát ở hai bên bờ còn có tác dụng bảo vệ bờ kênh khỏi bị xói lở.
1.3 Đặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế
Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức, kết cấu và kích thước các bộ phận
của cống cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an

toàn về ổn định trước, về phòng chống thấm, phòng xói, về sức chịu tải của các kết
cấu và nền công trình, thỏa mãn yêu cầu về dẫn, tháo nước qua cống.
Ngoài ra cần lưu ý trong khi lựa chọn, bố trí các kết cấu sao cho khi cần tu sửa
dễ dàng và hình thức công trình cần cân đối, đẹp mắt. Trong thiết kế ngoài yêu cầu
kinh tế kỹ thuật, cần chú ý tới tính chất mỹ thuật của công trình [2]
1.3.1 Tính toán thủy lực
Tính toán thủy lực để lựa chọn kích thước hợp lý của lỗ cống, đảm bảo tháo
được lưu lượng cần thiết, tiêu năng lượng thừa đảm bảo an toàn về xói, ứng với tần
suất lựa chọn theo quy định.
12

1.3.1.1 Xác định khẩu diện cống
Kích thước lỗ cống phải đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ tháo nước, lấy
nước của cống (mặt khác bề rộng mỗi cửa được lựa chọn còn phải chú ý đến yêu
cầu lắp đặt, đóng mở cửa van và yêu cầu cấu tạo chung). Xác định kích thước lỗ
cống trước tiên cần xác định:
- Mực nước thiết kế thượng hạ lưu cống: cần xác định cặp Z
R
t
R, ZR
h
R và lưu
lượng tương ứng bất lợi nhất cho mỗi mục tiêu thiết kế để tính toán đảm bảo lấy đủ
lưu lượng và an toàn cho công trình, đồng thời đảm bảo yêu cầu kinh tế.
- Lựa chọn kiểu ngưỡng cống và lưu lượng đơn vị: Lựa chọn lưu lượng đơn vị
chảy qua cống rất quan trọng, cần phải xét ngay từ đầu vì nó ảnh hưởng đến giá
thành xây dựng và điều kiện làm việc an toàn của cống và kênh. Hình thức ngưỡng
cống có ảnh hưởng đến khả năng dẫn nước qua cống, ảnh hưởng đến việc xác định
kích thước lỗ cống và một số kết cấu khác của cống. Phần lớn các cống đã xây dựng
ở nước ta chọn loại ngưỡng bằng, có tác dụng như ngưỡng đỉnh rộng. Ngoài loại

ngưỡng bằng có thể chọn hình thức ngưỡng mặt cắt thực dụng không chân không.




Hình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập
tràn thực dụng.
Hình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập
tràn đỉnh rộng.
Khi cần khống chế lưu lượng qua cống, ta dùng cửa van mở một phần.




Hình 1-15: Sơ đồ chảy tự do
Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập

1.3.1.2 Xác định kích thước các bộ phận tiêu năng
n
k
n
C
c
C
2g
V
2
h
C
2g

2
V
C
z
h
13

Nước từ thượng lưu xuống hạ lưu có một năng lượng thừa. Vì vậy cần phải
xem xét đánh giá và đề ra các biện pháp tính toán để tiêu hết năng lượng thừa này,
đảm bảo sự làm việc an toàn cho cống. Để giải quyết tiêu năng sau cống chúng ta
cần: kiểm tra để xác định dạng nối tiếp dòng chảy sau cống để xác định trường hợp
bất lợi nhất; định biện pháp và tính toán tiêu năng để đảm bảo dòng chảy ra phân
phối được tương đối đều đặn.
- Thiết kế bể tường tiêu năng: Xây bể hoặc tường hay bể tường kết hợp nhằm
tạo ra nước nhảy ngập ngay sau cống. Bằng cách đó năng lượng thừa được tiêu hao
từ 40% - 70%. Đây là hình thức tiêu năng dùng với cột nước thấp, nền đất.



Hình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năng
- Thiết bị tiêu năng phụ: Loại thiết bị này có tác dụng tiêu hao năng lượng
thừa của dòng chảy, rút ngắn được chiều dài nước nhảy do đó giảm được khối
lượng sân tiêu năng. Các thiết bị này còn có lợi cho việc phân bố lưu tốc ở hạ lưu.
Thiết bị tiêu năng phụ thường gặp như răng, mố và dầm tiêu năng.




Hình 1-18: Răng tiêu năng
.

Hình 1 – 19: Mố tiêu năng
2
1 : 2
a ) b )
d )
c )
1 : 2 ~ 1 : 2.5
14

Khi thiết kế có khi vấn đề tiêu năng đã được xem xét và giải quyết đầy đủ,
song trong thực tế vẫn xảy ra xói lở: nguyên nhân thường là do việc bố trí nối tiếp
dòng chảy ra, việc quản lý đóng mở cống chưa tốt… làm cho dòng nước khuếch tán
khó, chảy tập trung, tạo ra các vùng nước xoáy vật. Khi có hiện tượng này, lưu tốc
mạch động tăng, hiệu quả tiêu năng giảm và sinh ra xói lở ở lòng và bờ kênh. Vậy
nên:
- Không để chiều rộng cống quá hẹp so với lòng kênh, khó khăn cho việc bố
trí hướng dòng.
- Tường hướng dòng nên mở rộng dần sao cho dòng chảy bám sát được tường,
không tạo ra vùng xoáy vật .
- Ngay từ khi thiết kế phải quy định chế độ đóng mở cửa cống
Cần chú ý trong một số trường hợp, để tính toán tiêu năng đã đưa vào bài toán
chảy tự do dưới cửa cống để xem xét, điều này chỉ nhằm chọn ra trường hợp tiêu
năng bất lợi nhất và từ đó lựa chọn hình thức khắc phục.
1.3.2 Tính toán ổn định cống
Tính toán thuỷ lực giúp chúng ta xác định các kích thước cơ bản của cống.

Sau khi chọn cấu tạo, xác định kích thước các bộ phận chính, chúng ta thực hiện
tính toán ổn định cống. Nội dung bao gồm:
- Kiểm tra ổn định thấm: Do cống được xây dựng trên nền thấm nước, khi có
chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, sẽ xuất hiện dòng thấm trên nền, dưới đáy cống,
đồng thời xuất hiện dòng thấm quanh bờ. Để kiểm tra ổn định thấm cần xác định:
+ Áp lực thấm tác dụng lên đáy cống
+ Lưu lượng thấm qua nền
+ Gradien và lưu tốc thấm ở hạ lưu cống, Gradien trung bình trong nền cống
- Kiểm tra về biến dạng, lún, nghiêng: Phần lớn cống được xây dựng ở vùng
đồng bằng và trung du trên nền đất hoặc yếu. Do vậy cần kiểm tra biến dạng, lún
để đưa ra biện pháp xử lý. Trong thiết kế công trình trạng thái giới hạn về biến dạng
thường được gọi là trạng thái giới hạn thứ hai.
15

+ Xử lý về kết cấu: kết cấu có thể bị phá hỏng hoàn toàn hay từng bộ phận
do lún quá lớn, lún không đều, hoặc do áp lực lên mặt nền vượt quá khả năng chịu
lực của đất vì thế để giảm tải trọng tác dụng, tăng khả năng chịu lực người ta
thường dùng các biện pháp sau: kết cấu nhẹ, kết cấu mềm, thay đổi chiều sâu chôn
móng, thay đổi kích thước móng, thay đổi loại móng và kích thước của nó.
+ Xử lý về nền cống: Xử lý nền cống nhằm tăng sức chịu tải và hạn chế mức
độ biến dạng nhất là biến dạng không đồng đều của đất nền. Như chúng ta đã biết,
sức chịu tải và tính chất biến dạng của đất phụ thuộc vào cường độ liên kết của cốt
đất và độ rỗng của đất. Do đó biện pháp xử lý nền cống dựa vào nguyên tắc gia tăng
độ liên kết giữa các hạt đất hoặc tăng độ chặt của đất. Vì thế có thể chia biện pháp
xử lý nền cống thành 3 loại như sau: điều chỉnh sự phân phối ứng suất và biến dạng
của nền, tăng độ chặt của nền đất yếu, xử lý nền đất bằng hóa lý.
- Kiểm tra ổn định trượt của cống hoặc của cống với một phần nền: Khi chịu
tác dụng của các tải trọng tại các điểm của bản đáy phát sinh ra ứng suất tiếp. Nếu
vượt quá trị số giới hạn bản đáy sẽ bị phá hoại. Ngoài ra dưới tác dụng của ngoại
lực, cống có thể bị mất ổn định đẩy nổi, lật. Do đó khi thiết kế cần kiểm tra ổn định

trượt, ổn định chống đẩy nổi và ổn định chống lật. Trong thiêt kế trạng thái giới
hạn về ổn định gọi là trạng thái giới hạn thứ nhất.
1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Tính toán kết cấu mỗi bộ phận cống là phân tích từng đặc điểm kết cấu, đặc
điểm làm việc để xác định trường 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 tính toán thiết kế thường tiến hành phân tích kết cấu các bộ phận chính
như: bản đáy, tường ngực, mố cống.
1.3.3.1 Tính toán bản đáy cống
Bản đáy chịu tất cả các lực phía trên và truyền xuống nền. Thân cống là một
kết cấu không gian, có cấu tạo và chịu lực khá phức tạp. Có thể tính đến đặc điểm
này bằng cách sử dụng các phương pháp số (phương pháp sai phân, phương pháp
16

phần tử hữu hạn ). Mặt khác có thể tính giản đơn bằng cách xét bài toán phẳng và
tính theo phương pháp sức bền vật liệu hay phương pháp lý thuyết đàn hồi.







Hình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.
Bản đáy thường có kết cấu đặc và phẳng, vật liệu thường là bê tông hoặc bê
tông cốt thép. Theo kinh nghiệm chiều dày bản đáy thường
11
()
57
÷

chiều rộng
khoang cống.
1.3.3.2 Tính toán tường ngực
Tường ngực có tác dụng chắn nước và giảm bớt chiều cao của van, do đó giảm
được cao trình cầu công tác. Cao trình đỉnh tường ngực cao hơn mức nước cao nhất
ở thượng lưu, còn cao trình đáy tường ngực cao hơn mức nước mùa kiệt khi mở hẳn
cửa van khoảng 0,3÷ 0,5m. Tường ngực thường gồm bản che, dầm trên và dầm
dưới (hình 1-23).







Hình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nó