Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư ngành Kỹ thuật công trình

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 1 Ngành kỹ thuật công trình
II. TÍNH THỦY LỰC, TIÊU NĂNG, THẤM,…
1. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính khẩu diện cống hoặc kiểm tra khẩu diện
cống?
+ Sơ đồ tính
MNTL
MNHL
-2.50 -2.50
H
h
h
n
h
h
P=0
20m
Z
hp
Sơ đồ chảy qua đập tràn đỉnh rộng
+ Điều kiện để cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng
Theo mục 3.1, QPTL C8-76, điều kiện làm việc như đập tràn đỉnh rộng:
(2÷3)H < L < (8÷10)H
Trong đó:
+ H: chiều sâu dòng chảy vào trên ngưỡng (m)
Bài toán tưới: H = Z
biển
- Z
đk
Bài toán tiêu: H = Z
đồng
- Z

đk
+ L: chiều dài ngưỡng, chọn sơ bộ L = 20m
+ Điều kiện chảy ngập
Theo mục 3.4, QPTL C8-76 chảy ngập khi:
0n
nHh
≥

Trong đó:
+
n
h
: chiều sâu nước hạ lưu kể từ ngưỡng cống (m)
+
0
H
: cột nước trước cống, có xét đến lưu tốc tới gần (m)

2g
αV
HH
2
0
0
+=

+ H : cột nước thượng lưu cống kể từ đỉnh ngưỡng (m)
+
0
V

: lưu tốc tới gần,
T0
Q/ΩV
=
(m/s)
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 2 Ngành kỹ thuật công trình
+ n : hệ số ngập, nằm trong phạm vi 0,75 ≤ n ≤ (0,83÷0,87). Theo R.R.Tsugaep,
n=f(
m,v
H
). Trong đó, m là hệ số lưu lượng còn
H
v
= B
Hn
/Ωh
. Tra hình 3-4
(Thiết kế cống – Nhà xuất bản nông nghiệp – 1988) tìm n.
+ Lưu lượng tháo qua cống
Chảy không ngập:

3/2
00
.H2.g.bm.εQ
∑
=

Trong đó:
+ Q: lượng tháo qua cống (m

3
/s)
+ m: hệ số lưu lượng lấy gần đúng theo Cu-min, bảng 14-3 bảng tra thủy lực,
với cửa vào tương đối thuận và có tường cánh thẳng thu hẹp dần m =
0,34÷0,36. Chọn m=0,35.
+
0
ε
: hệ số co hẹp bên do các mố trụ gây nên, tính theo công thức

1
07,5
7,5
ΣdΣb
Σb
ε
0
=
+
=
+
=
+
∑
b
: tổng bề rộng qua nước của các khoang cống (m)
+
0
H
: cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần (m)

+ g=9,81 (m/s
2
): gia tốc trọng trường
Chảy ngập:
- Lưu lượng tháo qua cống:

)h2g.(H.b h.Q
101gn
−=
∑
ϕϕ

Trong đó:
+
g
ϕ
: hệ số co hẹp bên,
g
ϕ
= 0,5
0
ε
+0,5 = 0,5.1+0,5 = 1
+
n
ϕ
: hệ số lưu tốc trường hợp chảy ngập, phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m.
Tra theo bảng 14-3 giáo trình thủy công tập II ứng với m = 0,35 thì
n
ϕ

=0,93
+ h1: chiều sâu nước trên ngưỡng cống,
hpn1
Zhh −=

+
hp
Z
: độ cao hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống,
khphp
.hξZ
=

Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 3 Ngành kỹ thuật công trình
+
hp
ξ
: độ cao hồi phục tương đối xác định bởi biểu đồ 20 (QPTL C8-76) phụ
thuộc vào hệ số mở rộng
H
v
khi dòng chảy đi xuống hạ lưu và độ ngập
tương đối
n
ξ
.

H
n

H
Ω
B.h
v =


k
n
n
h
h
ξ =

+ hk : độ sâu phân giới (m)
3
2
k
g
αq
h =

+ q: lưu lượng đơn vị qua cống, q=Q/Bc (m
2
/s)
+ Bc: chiều rộng thông nước của cống, Bc =7,5m
+ Tính khẩu diện cống – giả thiết Q và B. Kiểm tra khả năng tháo
Chế độ chảy qua cống trong các trường hợp đều là chảy ngập nên lưu lượng tháo
qua cống được tính theo công thức tính lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập
(theo QPTL C8-76)

)h2g.(H.b h.Q
101gnkt
−=
∑
ϕϕ

Kiểm tra: Trong tất cả các trường hợp tính toán trên, khẩu diện cống đã chọn
đều đảm bảo khả năng tháo yêu cầu (
kt
Q
>Q).
Kết luận: Khẩu diện cống thỏa mãn.
2. Vẽ sơ đồ và trình bày phương pháp tính toán tiêu năng hạ lưu công trình?
+ Sơ đồ tính
MNTL
-2.50 -2.50
H
P=0
20m
MNHL
h''
c
h
h
h
c
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 4 Ngành kỹ thuật công trình
Sơ đồ tính tiêu năng
Khi đó các bước tính toán tiêu năng của cống như sau:

+ Bước 1: Xác định trạng thái chảy:
Nếu trạng thái chảy là chảy ngập: Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập
hoặc không có nước nhảy.
Nếu trạng thái chảy là chảy không ngập: Ta tiếp tục làm bước 2.
+ Bước 2: Xác định hình thức nối tiếp sau cống bằng cách so sánh
''
c
h
và
h
h
Nếu
''
c
h
>
h
h
: Nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa.
Nếu
''
c
h
=
h
h
: Nối tiếp sau cống là nước nhảy phân giới.
Nếu
''
c

h
<
h
h
: Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập.
+ Bước 3: Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa, phân giới thì phải
thiết kế tiêu năng.
Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập thì bố trí tiêu năng theo cấu tạo.
+ Công thức tính h’c và h”c
Xác định hình thức nối tiếp sau cống: So sánh
''
c
h
và
h
h
. Trước tiên ta tính
c
τ
F
theo công thức :
3/2
0
τ
.E
q
F
c
ϕ
=

Trong đó:
+
0
E
: Năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu cống so với đáy kênh hạ
lưu.

2.g
α.V
HE
2
0
0
+=

+ H: Chiều cao cột nước thượng lưu so với đáy kênh hạ lưu
+
2.g
α.V
2
0
: Cột nước lưu tốc tới gần.
k
0
ω
Q
V =

Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 5 Ngành kỹ thuật công trình
+
k
ω
: Diện tích mặt cắt ướt kênh thượng lưu.
+ Q: Lưu lượng tiêu năng
+ q: Lưu lượng đơn vị tính toán
∑
=
b
Q
q

+
ϕ
: Hệ số lưu tốc của cống. Đối với đập tràn đỉnh rộng thì lấy bằng 0,95÷
0,85 ( theo giáo trình Thủy lực tập 2 trang 176). Chọn
ϕ
= 0,95

0cc
.Eτh =


0
''
c
''
c
.Eτh =

+
c
τ
,

''
c
τ

tra phụ lục 15-1 trang 62 – Các bảng tính thủy lực.
+ Tính chiều sâu bể tiêu năng

Có thể tính theo các bước sau đây:
1. Tính d gần đúng lần thứ nhất theo biểu thức:

h
"
c1
h-hd =
hoặc giả định một trị số xấp xỉ trị số trên.
2. Với chiều sâu d
1
đã chọn, tính độ sâu co hẹp (h
c
) và độ sâu liên hiệp (h”
c
) theo cột
nước E’

0
=E
0
+d
1
bằng phương pháp được trình bày ở trên (PP của GS.
I.I.Agơrôtskin)
3. Định chiều sâu nước trong bể tiêu năng:

)h(h
"
cb
σ
=
4. Tính ΔZ theo CT:
[ ]
2
"
2
22'
2
2
2
c
h
hg
q
hg
q
z

σ
ϕ
−=∆
5. Tính chiều sâu d
2
(gần đúng lần thứ hai) của bể theo CT:

)()h(d
"
c2
zh
h
∆+−=
σ
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 6 Ngành kỹ thuật công trình
6. Nếu giá trị d
2
tính ra bằng hay gần bằng giá trị d
1
đã chọn thì việc chọn d đã đúng
và d
2
là độ sâu bể cần đào. Nếu hai giá trị d chưa bằng nhau cần lấy giá trị d
2
để tính
lại lần nữa theo trình tự trên.
+ Tính chiều dài bể tiêu năng
Trong thiết kế người ta thường dùng các công thức kinh nghiệm.
Bể tiêu năng quá dài thì không cần thiết, nhưng nếu quá ngắn lại có thể không

hình thành nước nhảy ở trong bể , bể không những không thực hiện được nhiệm vụ
tiêu năng mà dòng chảy vọt ra có thể làm xói lở và phá hoại lớp gia cố lòng dẫn hạ
lưu sau bể.

Chiều dài bể theo công thức của GS. M.Đ. Tréctôuxốp:

1
. lll
nb
+=
β
Với
β
=0,8 và l
1
=0 ta có: l
b
= 0,8l
n
Tính chiều dài nước nhảy l
n
theo công thức Saphơranét: l
n
= 4,5h”
c
+ Tính chiều dài sân sau

HqkL ∆=
2
Trong đó: ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m)

q: Lưu lượng đơn vị cuối sân (m
3
/s.m)
k: hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng sông. Khi lòng sông là cát mịn, cát
pha k=10÷12, đất cát to, đất có tính dính k=8÷9, đất sét cứng k=6÷7.
3. Trình bày cách chọn, bố trí thiết bị tiêu năng. Nêu tác dụng của bể tiêu
năng, ngưỡng tiêu năng, sân sau, hố xói…?
+ Bố trí thiết bị tiêu năng
Bể tiêu năng phía biển và phía đồng làm bằng bê tông cốt thép M300, phía dưới
có BT lót M100 dày 5cm, gia cố bằng cừ tràm.
Do đặc điểm làm việc của cống làm việc 2 chiều nên ta bố trí bể tiêu năng ở cả 2
phía. Phía biển làm việc nhiều hơn do vậy kết hợp một phần thân cống phía biển
làm bể tiêu năng. Cao trình đáy bể tiêu năng chọn -3.50 m ,thấp hơn cao trình
ngưỡng cống 1 m.
Phần cuối phần sân tiêu năng có bố trí lỗ thoát nước và ngưỡng. Các lỗ thoát
nước bố trí thành hàng so le và phía dưới có đặt tầng lọc ngược để bảo vệ đất nền
không bị mất ổn định thấm, khoảng cách giữa các lỗ thoát nước là 2 m.
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 7 Ngành kỹ thuật công trình
Chiều dài sân tiêu năng theo kết quả thí nghiệm mô hình L
b
= 12m.
Chiều dày bể tiêu năng t = 0,5m (theo mục 6.3.4)
Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1 ngưỡng
trong bể tiêu năng.
+ Tác dụng của các kết cấu tiêu năng: bể tiêu năng, ngưỡng, sân sau, hố xói…
Bể tiêu năng: Tiêu năng và bảo vệ lòng kênh sau cống.
Chiều dài bể: L
1
=(2÷3,5)ΔH

ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.
Chiều dày sân tiêu năng theo công thức Đômbrôpxki:

11
15,0 hvt =
Trong đó: t: chiều dày sân
v
1
, h
1
: lưu tốc và chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy.
Chiều dày khoảng 0,5-1,5m.
Ngưỡng: Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1
ngưỡng trong bể tiêu năng.
Sân sau: Sân sau có tác dụng tiêu hao bớt phần năng lượng còn lại sau khi đi qua
bể tiêu năng, bảo vệ lòng kênh.
Hố xói: Để đảm bảo phân bố lại dòng chảy, tiêu hao hết năng lượng, phòng chống
xói lở ở phía hạ lưu ta cần làm thêm hố phòng xói ở sau sân sau.
4. Trình bày các phương pháp tính thấm dưới đáy công trình? Phương pháp
nào cho kết quả tin cậy nhất?
+ Sự cần thiết phải tính thấm
Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, nền và 2 bên bờ có tính thấm nước
nên sẽ xuất hiện dòng thấm dưới đáy và 2 bên công trình. Ta phải tiến hành giải bài
toán thấm nhằm mục đích:
• Xác định lưu lượng thấm q
• Lực thấm tác dụng lên đáy công trình W
t
• Gradient thấm trung bình và gradient thấm cục bộ ở cửa ra để tiến hành
kiểm tra độ bền thấm chung và độ bền thấm cục bộ.
+ Các giả thiết cơ bản

Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết
cơ bản đơn giản hóa môi trường thấm và dòng thấm. Các giả thiết đó như sau:
 Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng
 Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 8 Ngành kỹ thuật công trình
 Dòng thấm ổn định
 Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy
Jkv .
=

Trong đó: v: Lưu tốc thấm bình quân trên m/c ướt
k: Hệ số thấm của đất
J: Gradien thủy lực
Đối với các bài toán thấm có áp, còn có 2 giả thiết bổ sung:
 Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước
 Bài toán thấm phẳng
+ Các phương pháp tính thấm
Hiện nay có rất Có nhiều phương pháp tính thấm như:
_Tính thấm bằng phương pháp giải tích:
 Phương pháp cơ học chất lỏng (N.N.Pavlopxki)
 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng: Do Trugaep đã phát triển
phương pháp phân đoạn của N.N.Pavlopxki thành phương pháp hệ số
sức kháng.
 Phương pháp tỉ lệ đường thẳng: Do Blai đề xướng sau đó Len đã đề
xuất việc cải tiến phương pháp của Blai cho phù hợp với thực tế hơn.
_Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm: Trong phương pháp
này có thể
xây dựng lưới thấm bằng các phương pháp khác nhau như:
 Phương pháp giải tích

 Phương pháp thí nghiệm tương tự điện
 Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp
 Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay.
_Tính thấm bằng phương pháp số:
 Phương pháp sai phân.
 Phương pháp phần tử hữu hạn
Các phương pháp phổ biến nhất:
Phương pháp tỉ lệ đường thẳng của Lane
Phương pháp hệ số sức kháng của Trugaep
Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay.
Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay có độ chính xác cao hơn so với phương pháp
tỉ lệ đường thẳng, lưới thấm vẽ càng dày thì mức độ chính xác khi tính càng cao.
Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của
người vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán kỹ thuật.
5. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp tỉ lệ
đường thẳng?
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 9 Ngành kỹ thuật công trình
+ Sơ đồ tính
MNTL
MNHL
500
600 240 800 500
120
-3.50 -3.50
-2.70
-3.50
-2.50
A
B

C
D E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
R
5
0
50
5
0
50
60 60
60
60
50
50
H
Sơ đồ xác định chiều dài đường viền thấm
+ Các công thức
Xác định chiều dài đường viền thấm tính toán L
tt

(m)
Theo phương pháp Lane thì dọc theo đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu
hao cột nước thấm lớn hơn so với đoạn đường viền nằm ngang. Chiều dài đường
viền thấm được xác định như sau :
L
tt
= L
đ
+
m
L
n

Trong đó:
+ L
đ
: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có
góc nghiêng
0
45>
α
so với phương ngang (m)
L = L
AB
+ L
CD
+

L
FG

+ L
KL
+ L
NO
+ L
PR
+ L
n
: Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có
góc nghiêng
0
45
<
α
so với phương ngang. (m)
L
n
= L
BC
+ L
DE
+ L
EF
+ L
GH
+ L
HI
+ L
IJ
+ L

JK
+ L
LM
+ L
MN
+ L
OP
+ m : Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên các đoạn thẳng đứng so
với các đoạn nằm ngang, phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đường
viền thấm. Khi không có hàng cừ thì : m = 1.
Kiểm tra độ bền thấm của nền
Theo phương pháp này thì để đảm bảo độ bền thấm chung, trị số Ltt phải thỏa
mãn điều kiện:
C.HL
tt
≥
(m)
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 10 Ngành kỹ thuật công trình
Trong đó:
+ C: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền, theo bảng 2.2 trang 27
giáo trình Thủy công tập I với đất sét mềm lấy C =2,2
+ H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu. (m)
Xác định áp lực thấm
Cột nước thấm tại một điểm nào đó cách điểm cuối của đường viền thấm một
đoạn X
i
:

.H

L
X
h
tt
tt
x
=

Trong đó:
+ H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m)
+ X
tt
: Xác định như khi tính L
tt
(m)
Theo sơ đồ tính thấm, tổng áp lực thấm lên bản đáy cống:

2i
1ii
nthith
L
2
hh
.γWW
∑∑
+
+
==
(T/m)
Trong đó:

+ γ
n
: trọng lượng riêng của nước (T/m
3
)
+ h
i
, h
i+1
: cột nước thấm tại điểm i và i+1 (m)
+ L
2i
: Khoảng cách giữa 2 điểm i và i+1.
Xác định áp lực thủy tĩnh đẩy ngược
Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược lên bản đáy cống được xác định theo công thức :

2itbiminnttitt
L)t.(hγWW
∑∑
+==
(T/m)
Trong đó :
+ h
min
: cột nước phía mực nước thấp (m)
+
i
t

: chiều dày bản đáy cống tại vị trí đang xét.

Tính gradien thấm và lưu tốc thấm trung bình
- Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng là:

tt
đ
L
H
J =

Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 11 Ngành kỹ thuật công trình

tt
đ
L
H
k.V =
(m/s)
- Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền nằm ngang là:

tt
n
m.L
H
J =


tt
n
m.L

H
k.V =
(m/s)
Trong đó : K là hệ số thấm đất nền (m/s)
Để đảm bảo độ bền thấm cục bộ của nền cần thỏa mãn :

[ ]
JJ
đ
≤
và
[ ]
JJ
n
≤

Trong đó :
+ J
đ
là gradient thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng
+ J
n
là gradient thấm trung bình trên đoạn đường viền nằm ngang
+
[ ]
J
là gradien thấm cho phép

[ ]
J

tra theo biểu đồ Istomina phụ thuộc vào hệ số không đều hạt

10
60
d
d
=
η

Phạm vi sử dụng:
+ Đối với các công trình nhỏ, tầng thấm mỏng, đường viền thấm đơn giản, giải theo
pp TLĐT cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật.
+ Đối với các công trình lớn: thường dùng pp TLĐT để sơ bộ kiểm tra chiều dài
đường viền thấm trước khi đi vào tính toán theo các pp chính xác hơn.
+ Đối với các công trình trên nền đá: thường áp dụng pp này để tính toán áp lực
thấm lên đáy công trình.
6. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp hệ số sức
kháng?
a) Mô hình tính
Để đơn giản hóa trong tính toán nên suy biến mô hình tính toán tương tự như
sau:
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 12 Ngành kỹ thuật công trình
Mô hình đơn giản hóa
b) Phân đoạn
Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng
sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thành các bộ phận khác
nhau (bộ phận 1, 2, 3,…,9).
Phân đoạn trong trường hợp giữ ngọt
c) Xác định hệ số sức kháng từng bộ phận

Với trường hợp giữ ngọt:
Các hệ số sức kháng được xác định theo các biểu thức giải tích. Chúng được rút
ra trên cơ sở giải hàng loạt các bài toán thấm có sơ đồ khác nhau bằng phương pháp
cơ học chất lỏng gần đúng. Các công thức đó cụ thể như sau:
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 13 Ngành kỹ thuật công trình
- Bộ phận cửa vào và cửa ra: ζ
v,r
= 0.44 + ζ
b
+ ζ
c
Trong đó:
ζ
b
_Hệ số sức kháng của bậc (nếu có)

T
a
b
=
ξ

a _Chiều sâu của bậc (m)
T _Chiều dài tầng thấm phía trước bậc (m)
ζ
c
_Hệ số sức kháng của cừ (nếu có)

T

S
T
S
T
S
c
.75,01
.5,0
.5,1
−
+=
ξ
S _Chiều dài cừ (m)
T _Chiều sâu tầng thấm phía sau cừ (m)
- Bộ phận giữa: ζ
g
= ζ
b
+ ζ
c
Chỉ áp dụng công thức trên khi có bậc và cừ và đồng thời thỏa mãn điều kiện:
105,0
1
2
≤≤
T
T
và
8,00
2

≤≤
T
S

T
1
_Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía trước bộ phận đang xét (m)
T
2
_Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía sau bộ phận đang xét (m)
- Bộ phận nằm ngang:

T
SSL
n
).(5,0
21
+−
=
ξ
T _Chiều dày tầng thấm trong đoạn tính toán (m)
Chỉ áp dụng công thức trên khi chiều dài đoạn đường viền thấm nằm ngang giữa
2 hàng cừ S1, S2 thỏa mãn điều kiện:
2
21
SS
L
+
≥

Trường hợp ngăn mặn được thực hiện tương tự với chiều ngược lại.
d) Áp lực thấm
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 14 Ngành kỹ thuật công trình
Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi bộ phận xác định theo công thức:
∑
=
i
ii
H
h
ξ
ξ
.

Trong đó:
H _Cột nước thấm (m)
h
i
_Tổn thất cột nước thấm qua bộ phận thứ i (m)
i
ξ
_Hệ số sức kháng của bộ phận đang xét
∑
i
ξ
_Tổng hệ số sức kháng toàn miền thấm
e) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược
Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy được tính theo công thức:
h

i
= (Z
h
– Z
bđ
)×γ
n

Trong đó:
Z
h
_Cao trình mực nước hạ lưu (m)
Z
bđ
_Cao trình bản đáy cống của đoạn tính toán (m)
γ
n
_Trọng lượng riêng của nước
γ
n
= 1T/m
3
e) Lưu lượng thấm và gradient thấm
Lưu lượng thấm đơn vị được tính theo công thức
∑
=
i
H
kq
ξ

.
(m
3
/m.s)
Trong đó:
K _Hệ số thấm (m/s)
H _Cột nước chênh lệch (m)
∑
i
ξ
_Tổng hệ số sức kháng miền thấm
f) Gradien thấm
Ở phương pháp này chỉ có thể tính được gradien cột nước trung bình trong vùng
thấm, theo công thức của Viện VNIIG:
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 15 Ngành kỹ thuật công trình
∑
=
i
tb
T
H
J
ξ
.
Trong đó:
T _Chiều dày tầng thấm.
Kiểm tra độ bền thấm chung: để đảm bảo độ bền thấm chung cần phải thỏa mãn
[ ]
ktb

JJ <
Trong đó:
[ ]
k
J

Tra bảng 2 TCVN 4253_86
PP này có ưu điểm không cần bảng biểu, đồ thị, các kết quả tính toán đảm bảo độ
chính xác theo yêu cầu thiết kế.
7. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp vẽ lưới
bằng tay?
Các nguyên tắc khi vẽ lưới thấm
Lưới thấm hình thành bởi 2 họ đường cong trực giao nhau:
+ Đường dòng: biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển động trong miền
thấm.
+ Đường thế: là tập hợp của các điểm có cùng cột nước thấm.
+ Đường dòng và đường thế tạo thành một lưới có các mắt lưới hình vuông
cong.
+ Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ điểm góc của đường viền phải trùng
với phân giác của góc đó.
Các đường dòng và đường thế giới hạn của lưới thấm.
+ Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm dưới đáy công trình.
+ Đường dòng cuối cùng là mặt tầng không thấm nước.
+ Đường thế đầu tiên là mặt nền thấm phía thượng lưu.
+ Đường thế cuối cùng là mặt nền thấm phía hạ lưu.
+ Miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là dải, miền giữa 2 đường dòng kề
nhau gọi là ống dòng.
Lưới thấm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miền thấm mà không phụ thuộc
vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm và kích thước tuyệt đối của công trình.
Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm như đã mô tả ở trên trên mà ta tiến hành vẽ

bằng tay và sửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới
hình vuông cong.
Sơ đồ lưới thấm theo hình vẽ có 20 dải và 7 ống dòng.
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 16 Ngành kỹ thuật công trình
Xác định áp lực thấm
Gọi n là số dải của lưới thấm, cột nước thấm qua mỗi dải sẽ là:

n
H
ΔH =

Cột nước thấm tại một điểm x bất kỳ cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là
số thập phân khi x không nằm trên một đường thế của lưới)

n
H
i.h
x
=
(m)
Trong đó:
+ H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m)
+ i: Dải thế thứ i (có thể là số nguyên hay thập phân)
+ n: Số dải thế
Xác định lưu lượng thấm
Lưu lượng thấm xác định theo công thức

n
m

k.H.q
=
(m
2
/s)
Trong đó:
+ K: Hệ số thấm K = 10
-7
m/s
+ m: Số ống dòng
+ n: Số dải thế.
Xác định Gradient thấm cửa ra và kiểm tra gradient thấm cửa ra
Gradient thấm bình quân trong 1 mắt lưới là :

ii
i
Sn
H
S
H
J
∆
=
∆
∆
=
.

Trong đó
i

S
∆
: Chiều dài trung bình mắt lưới cửa ra theo phương dòng thấm (m)
Để đảm bảo độ bền thấm cục bộ của nền cần thỏa mãn, theo (8-10) :

[ ]
JJ
ra
≤

Trong đó :
[ ]
J
là gradien thấm cho phép

[ ]
J
tra theo biểu đồ Istomina phụ thuộc vào hệ số không đều hạt
10
60
d
d
=
η

Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 17 Ngành kỹ thuật công trình
Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay có độ chính xác cao hơn so với phương pháp
tỉ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng, lưới thấm vẽ càng dày thì mức độ chính xác khi
tính càng cao. Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh

nghiệm của người vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán
kỹ thuật.
III. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT XỬ LÝ NỀN
1. Trình bày cách chọn các trường hợp tính toán ứng suất dưới đáy móng?
Tính toán ứng suất và kiểm tra sức chịu tải được thực hiện cho các trường hợp
bất lợi nhất để đảm bảo cống được an toàn.
Các trường hợp bất lợi đó là:
- TH1: Cống vừa thi công xong chưa thông nước (Tổng lực đứng ƩG max)
- TH2:Ngăn mặn (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ biển ra đồng.
- TH3: Giữ ngọt (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ đồng ra biển.
2. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính toán ứng suất bản đáy cống?
+ Phương pháp tính
Tính ứng suất phần thân cống theo sơ đồ nén lệch tâm.
+ Sơ đồ tính
e
0
o
N
n
Sơ đồ nén lệch tâm
+ Công thức tính, ý nghĩa các thành phần thuộc công thức
Theo sơ đồ nén lệch tâm, công thức tính tổng quát như sau:

W
M
F
P
σ
0
min

max
∑∑
±=

Trong đó :
+
∑
P
: Tổng lực đứng (T)
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 18 Ngành kỹ thuật công trình
+
∑
0
M
:Tổng momen của các lực tác dụng lên mảng, lấy đối với tâm
đáy mảng (T.m)
+ F: diện tích bản đáy (m
2
), F = 10,4.20 = 208 m
2
+ W: mođun chống uốn của đáy mảng (m
3
)
Ứng suất dưới đáy móng được tính theo công thức đối với móng hình chữ nhật :








±=
∑
L
6.e
1.
F
P
σ
0
min
max
Trong đó :
+
σ
: Ứng suất dưới đáy móng (T/m
2
)
+ e
0
: Độ lệch tâm của lực tác dụng so với tâm bản đáy (m)
∑
∑
=
P
M
e
0
0

+ L : chiều dài bản đáy, L = 20m
+ Các tải trọng tác dụng lên bản đáy cống
Các lực đứng
Trọng lượng các bộ phận tác dụng lên thân cống được tính bằng dung trọng riêng
của vật liệu cấu tạo nhân với thể tích của bộ phận đó. Để đơn giản trong tính toán,
chia các bộ phận sau thành các khối hình học đơn giản để tính.
- Trọng lượng bản đáy cống
- Trọng lượng mố bên
- Trọng lượng đất giữa 2 chân khay
- Trọng lượng cầu giao thông
- Trọng lượng xe chạy trên cầu
- Trọng lượng cầu công tác
- Trọng lượng cửa van
- Trọng lượng nước
- Áp lực nước: gồm có
+ Áp lực nước thấm
+ Áp lực nước đẩy nổi
Các lực đứng được tính theo công thức :

(T)VγnP
××=

Trong đó :
+ P : lực tác dụng thẳng đứng (T).
+ n : hệ số vượt tải
+
γ
: dung trọng vật liệu cấu tạo (T/m
3

)
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 19 Ngành kỹ thuật công trình
+ V : thể tích của hạng mục công trình ( m
3
).
Các lực ngang
- Áp lực nước phía đồng
- Áp lực nước phía biển
Các lực ngang được tính theo công thức :
)(TVnT
××=
γ
3. Trình bày cách tính toán sức chịu tải của nền (R
tc
), ý nghĩa các thành phần
thuộc công thức?
+ Công thức tính
Để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật cần chọn :

tctb
Rσ ≤
Do tải trọng tác dụng lên công trình đặt lệch tâm nên cần có thêm điều kiện :

tcmax
1,2Rσ
≤
Trong đó:
+
tb

σ
: Ứng suất đáy móng trung bình (T/m
2
)
+
max
σ
: Ứng suất đáy móng lớn nhất (T/m
2
)
+
tc
R
: Cường độ tiêu chuẩn của đất nền (T/m
2
)

D.C)B.q.b.m.(AR
1/4tc
++=
γ

+ m: Hệ số điều kiện làm việc của nền móng. Do nền không bão hòa
nước nên chọn m=0,8.
+ b: Bề rộng móng b = 20 m
+
γ
: Dung trọng riêng của đất nền.
Mới thi công xong
γ

= γ
w
= 1,57 T/m
3
Ngăn mặn và giữ ngọt γ

= γ
đn
= 0,62 T/m
3

+ q: Tải trọng bên
q =
bt
γ
.
bđ
h
.n = 2,65.0,5.1,05 = 1,39 T/m
2
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 20 Ngành kỹ thuật công trình
+ C : Lực dính đơn vị tiêu chuẩn của đất nền. Theo tài liệu địa chất, lớp
1 có C = 0,12 kg/cm
2
= 1,2 T/m
2
+ A
1/4
, B, D: Là các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền.

Nền có góc ma sát trong
0
4
=
ϕ
, tra bảng II-1 phần phụ lục – Giáo trình
nền móng được: A
1/4
= 0,06 , B = 1,25 , D = 3,51.
Nếu SCT nền > Ưs tiếp tục kiểm tra lún, kiểm tra ổn định trượt (trượt phẳng, trượt
sâu, trượt hỗn hợp), kiểm tra ổn định lật.
Nếu SCT nền < Ứ tiến hành tính toán xử lý nền.
4. Trình bày các giải pháp xử lý nền công trình?
+ Đệm cát: thay thế lớp đất cũ bằng lớp đất tốt (đào lớp yếu đi đổ cát vào). Sử dụng
khi chiều dày lớp đất nhỏ.
+ Cọc:
- Theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc, cọc được phân thành cọc chống và
cọc treo:

N
R
N
R
f
i
+ Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở
mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ
phụ thuộc khả năng chịu tải của đất mũi cọc (mũi cọc cắm vào đá).
+ Cọc treo: còn gọi là cọc ma sát, đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và
tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ

của đất đầu mũi cọc (mũi cọc cắm vào đất).
Qua khảo sát nền ở ĐBSCL là nền đất nên dùng cọc treo là hợp lý nhất.
Theo vật liệu làm cọc, cọc được phân thành: cọc gỗ, cọc bê tông, cọc bê tông cốt
thép, cọc thép, cọc tre.
Đất nền công trình cống Kênh thứ bảy thuộc loại đất sét dẻo mềm, cọc đóng
bằng bê tông cốt thép có thể sử dụng trong bất kỳ loại đất nào cho phép thực hiện hạ
cọc bằng búa , do vậy em lựa chọn cọc đóng bằng bêtông cốt thép.
Theo phương pháp chế tạo cọc, chọn cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn, hạ cọc
bằng búa.
Kết luận: Sau khi phân tích từng loại cọc em chọn loại cọc treo đóng bằng
bêtông cốt thép chế tạo sẵn, hạ cọc bằng búa để gia tăng sức chịu tải của nền.
5. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính toán khả năng chịu tải của cọc đơn (Pc)
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Hình 10-1: Cọc chống (trái) và cọc treo (phải)
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 21 Ngành kỹ thuật công trình
+ Mục đích, nguyên tắc lựa chọn
Sức chịu tải của cọc đơn là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc nhằm đảm bảo:
+ Cọc đủ khả năng chịu lực.
+ Đất ở mũi cọc và quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng.
Mục đích việc xác định sức chịu tải của cọc làm cơ sở khi thiết kế để chọn loại
cọc và xác định số lượng cọc.
Nguyên tắc lựa chọn:
c
P
= min (P
vl
, P
đ
)
Trong đó:

+ P
vl
: Sức chịu tải tính theo cường độ vật liệu làm cọc.
+ P
đ
: Sức chịu tải tính theo cường độ đất ở mũi cọc và bao quanh
cọc.
Xác định sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc(P
vl
)
Tải trọng tính toán cho phép tác dụng lên cọc theo điều kiện vật liệu được xác
định theo công thức (5-5), giáo trình Nền móng:
P
c

= m
c
P
vl
= m
c
(m
cb
R
b
F
b
+ R
a
F

a
)
Trong đó:
+ P
vl
: Sức chịu tải dọc trục theo cường độ vật liệu (T)
+ m
c
: Hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0.6 với cọc chế tạo trong đất,
bằng 1 với các cọc khác. m
c
= 1
+ m
cb
: Hệ số điều kiện làm việc của bê tông. m
cb
= 1
+ R
b
: Sức kháng nén tính toán của bê tông. Tra phụ lục 2, giáo trình
Kết cấu bê tông cốt thép, với bê tông M300 R
b
= 135 (kG/cm
2
)= 1350
(T/m
2
)
+ R
a

: Sức kháng nén tính toán của cốt thép. Tra phụ lục 7, giáo
trình Kết cấu bê tông cốt thép, với cốt thép thanh nhóm AII R
a
= 2700
(kG/cm
2
) = 27000 (T/m
2
).
+ F
b
: Diện tích ngang của cọc bê tông (m
2
)
F
b
= 35x35 = 1225 (cm
2
)

+ F
a
: Diện tích tiết diện cốt thép (m
2
). Thép 8Ø20 = 25,13 (cm
2
)
Thay vào công thức (10-1) ta có:
P
c

= 1.135.1225+2700.25,13 = 233226 kG = 233,23 T
Xác định sức chịu tải dọc trục theo điều kiện đất bao quanh cọc (P
đ
)
Có 2 phương pháp để xác định là phương pháp phân tích lực và phương pháp thí
nghiệm hiện trường. Kết quả chính thức lấy theo kết quả thí nghiệm hiện trường.
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 22 Ngành kỹ thuật công trình
Tuy nhiên trong phạm vi đồ án em xác định sức chịu tải dọc trục theo phương pháp
phân tính lực.
Theo phương pháp phân tích lực, khả năng chịu tải của cọc được xác định bởi 2
thành phần:
+ Cường độ đất đầu mũi cọc tạo nên: P
cm
+ Sức kháng của đất bao quanh cọc tạo nên: P
cb
Như vậy sức chịu tải dọc trục cọc đơn nói chung là: P
đ
= P
cm
+ P
cb
Đối với cọc treo và hạ cọc bằng phương pháp đóng cọc, theo công thức (5-10),
giáo trình Nền móng:
P
c
= Km
c
(m
R

R F + u ∑ m
f
f
i
l
i
) (10-2)
Trong đó:
+ K: Hệ số đồng nhất của đất. Lấy K = 0,7
+ m
c
: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất. m
c
= 1
+ m
R
, m
f
: Hệ số điều kiện làm việc của đất tương ứng dưới mũi cọc
và xung quanh cọc xét đến phương pháp hạ cọc và loại đất (bảng V-3
giáo trình nền móng với phương pháp đóng hạ cọc đặc bằng búa)
m
R
= 1; m
f
= 1
+ F: Diện tích tựa lên đất nền của cọc, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang
của cọc hoặc đáy lớn nhất của phần mở rộng của cọc (m
2
)

+ u: Chu vi tiết diện ngang của cọc (m)
+ l
i
: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp giáp với mặt xung quanh cọc (m)
+ R, f
i
: Sức kháng tính toán của đất ở mũi cọc và mặt bên của cọc trong
phạm vi lớp đất thứ i có chiều dày l
i
(tra bảng V-1 và V-2 giáo trình
nền móng)
R=(H, loại đất) với H là chiều sâu hạ cọc (kể từ cao trình đáy hố
móng).
f=(H
1
, loại đất) với H
1
tính từ giữa lớp đất tính toán đến cao trình
đáy hố móng.
Do lớp 1 có độ sệt B = 1 không có bảng tra cho loại đất này nên khi tính toán ta
bỏ qua không tính

cho lớp đất này.
+ Sơ đồ tính:
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 23 Ngành kỹ thuật cơng trình
-3.60
CTĐM
-23.6
2400

SƠ ĐỒ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
1
2
2200
2300
-25.1
-26.1
-27.1
-3.10
2500
-28.1
H
R
h
fi1
200200
h
fi2
5. Trình bày cách tính tốn chọn kích thước cọc và chọn số lượng cọc?
+ Cơng thức tính, ý nghĩa các thành phần, số lượng cọc tính tốn
Số lượng cọc cần thiết xử lý nền được tính theo cơng thức:

c
tt
tt
P
N
β.n =

Trong đó:

+ n
tt
: Số lượng cọc tính tốn
+ β: Hệ số xét đến độ khơng đồng đều của ứng suất
β = 1,05 ÷ 1,2.
Sinh viên: Hồng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
B = 0,3
B = 1,0
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 24 Ngành kỹ thuật công trình
+ N
tt
: Tổng các tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng lên bản đáy
(T)
+ P
c
: Sức chịu tải của cọc đơn.
+ Nguyên tắc bố trí cọc để tạo thành móng quy ước
Căn cứ vào kích thước bản đáy cống, bố trí cọc theo nguyên tắc sau:
+ n
chọn
≥ n
tt
+ Khoảng cách từ tâm cọc đến mép bản đáy ≥ 0,5m.
+ Khoảng cách giữa tâm của các cọc phải lớn hơn 3 lần và nhỏ hơn 6
lần cạnh cọc: 3d ≤ a ≤ 6d.
+ Bố trí đủ trong phạm vi bản đáy
+ Bố trí đều trên mặt bằng bản đáy.
+ Cách chọn chiều dài, số lượng cọc hợp lý với đáy móng công trình đang thiết
kế, thể hiện bản vẽ bố trí cọc (MB, CD, CN)
Khối lượng và chiều dài đóng cọc so với các phương án khác tương đối hợp lý

về kinh phí.
6. Nêu sơ đồ và cách tính kiểm tra khả năng chịu tải dưới đáy móng quy ước?
+ Sơ đồ tính
Sinh viên: Hoàng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 25 Ngành kỹ thuật cơng trình
2000
-23.6
2036
2350
90
CTĐM
ĐMQƯ
SƠ ĐỒ TÍNH MÓNG QUY ƯỚC
ỨNG SUẤT ĐÁY MÓNG QUY ƯỚC
25,82
25,07
+ Cơng thức tính
- Các chỉ tiêu bình qn của khối móng quy ước:
Tổng chiều dày lớp đất: bao gồm lớp 1 và lớp 2 tính từ đáy đài cọc tới mũi cọc.
+ Chiều dày lớp 1: h
1
= 20m
+ Chiều dày lớp 2: h
2
= 3,5m
+ Tổng chiều dày h = h
1
+ h
2
= 20+3,5 = 23,5m

+ Góc ma sát trong bình qn:
Sinh viên: Hồng Đỗ Minh Trí Lớp: S10-49C2
Lớp 2:

đn
γ
=0,95 T/m
3
φ = 10
0
C = 0,5 T/m
2
Lớp 1:
đn
γ

= 0,62 T/m
3
φ = 4
0
C = 1,2 T/m
2