Đồ án thiết kế cống ngầm

Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Đồ án môn học Thuỷ Công
THIẾT KẾ CỐNG NGẦM
Đề số: C85
A. TÀI LIỆU CHO TRƯỚC
I- Nhiệm vụ công trình:
Hồ chứa nước H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau:
1- Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
2- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
3- Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái và phục vụ du lịch.
II- Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối:
1- Một đập chính ngăn sông.
2- Một đường tràn tháo lũ.
3- Một công đặt dưới đập để lấy nước.
III- Tóm tắt một số tài liệu cơ bản:
1- Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập.
2- Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng sông
cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5
÷ 1m.
3- Vật liệu xây dựng:
a- Đất: xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m
3
, cự ly
800m); B (trữ lượng 600.000m
3
, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m
3
, cự ly 1km).
Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như ở bảng 1.
Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống

thấm.
b- Đá: khai thác ở vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo
đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lí :
ϕ
= 23
o
; n = 0,35 (của đống đá); g
k
= 2,5 T/m
3
(của hòn đá).
c- Cát, sỏi: khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm
tầng lọc. Cấp phối như ở bảng 2.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 1 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Bảng 1- Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liêu đắp đập
Chỉ tiêu
Loại
Hệ số
rỗng n
Độ ẩm
W(%)
j (độ) C (T/m
2
)
g
k
(T/m
3
)

k
(m/s)
Tự
nhiên
Bão
hoà
Tự
nhiên
Bão
hoà
Đất đắp đập
(chế bị)
0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10
-5
Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 4.10
-9
Cát 0,40 18 30 27 0 0 1,60 10
-4
Đất nền 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10
-6
Bảng 2- Cấp phối của các vật liệu đắp đập
d (mm)
Loại
d
10
d
50
d
60
Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08

Cát 0,05 0,35 0,4
Sỏi 0,50 3,00 5,00
4- Đặc trưng hồ chứa:
- Mực nước dâng bình thường: 133,5 m.
- Mực nước chết: 115,5 m
- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn H
max
= 3m.
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%:
P% 2 3 5 20 30 50
V(m/s) 32 30 26 17 14 12
- Chiều dài chuyền sóng ứng với mực nước dâng bình thường: D = 3 (km); ứng
với mực nước dâng gia cường: D’= D+ 0,3 = 3,3 (km).
- Mực nước hạ lưu bình thường: 108,1 m
- Mực nước hạ lưu max: 109,0m
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
5- Tài liệu thiết kế cống:
- Lưu lượng thiết kế lấy ứng với MNDBT: Q
cống
= 3,2 m
3
/s và MNC Q
tk
= 3,6 m
3
/s.
- Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Z
kt
= 115,15 m.
- Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025:độ dốc đáy

i = (3
→
5).10
-4

SVTH: Ngô Văn Huỳnh 2 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
NỘI DUNG THIẾT KẾ
1- NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG:
1.1- Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
1.1.1- Nhiệm vụ:
- Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
1.1.2- Cấp công trình:
- Theo nhiệm vụ: Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra bảng 1


→
Cấp thiết kế
là cấp III.
- Theo cấp của công trình đầu mối: vì cống là một trong những công trình chủ
yếu ở hệ thống đầu mối nên cấp công trình được xác định bằng cấp của đập đất.
Cao trình đỉnh đập:
∇
đỉnh đập
= MNLTK + d với d = 1,0 3,0 chọn d =2,5
Mực nước lũ thiết kế MNLTK = MNDBT + 3 = 133,5 + 3 = 136,5 (m). Thay số ta có:
∇
đỉnh đập
= 136,5 + 2,5 = 139(m)

Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C ∇
đáy đập
= 103,5 m (có kể đến bóc bỏ 50cm = 0,5 m )
Vậy chiều cao đập
H = ∇
đỉnh đập
- ∇
đáy đập
= 139 – 103,5 = 35,5 m
Nền đất nhóm B (nền là đất cát,đất hòn thô,đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng)
Theo mục 3.2, QCVN 04-05-2012 tra bảng 1

→
Cấp thiết kế là cấp I
Vậy chọn cấp của công trình là cấp I.

1.1.3- Chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình xác định được:
- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất: Theo QCVN 04-05-2012, mục 5.2, tra bảng 4
ta có P
tk
= 2%, P
kt
= 25%.
- Hệ số tin cậy K
n
: Theo QCVN 04-05-2012, phụ lục B, mục B.2 ta có K
n
= 1,2
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 3 Lớp 52CTL_3

Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (theo TCVN 8216-2009, mục 6.1.3)
tra bảng 3 ta có:
Tần suất gió lớn nhất ứng với MNDBT tương ứng P = 2%.
Tần suất gió bình quân lớn nhất ứng với MNLTK tương ứng P = 25%.
- Theo quan hệ tài liệu :
P = 2%
→
V = 32m/s : MNDBT.
P = 25%
→
V = 15,5m/s : MNLTK.
1.2- Chọn tuyến và hình thức cống:
1.2.1- Tuyến cống:
Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều
kiện địa chất nền và quan hệ với các công trình khác. Ở đây vì đường tràn đổ sang lưu
vực khác nên có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được.
Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý:
- Vì tầng phủ khá dầy nên ta đặt cống trên nền đất.
- Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bùn cát lắng đọng và thấp hơn
mực nước chết trong hồ.
1.2.2- Hình thức cống:
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ
MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp.
- Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật.
- Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và
van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt
cống.
1.2.3- Sơ bộ bố trí cống:
Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã có, sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định

được chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm căn cứ cho việc tính toán
thuỷ lực cống. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, ta chọn cao trình đáy cống thấp hơn
MNC 1(m).
Z
đáy cống
= MNC – 1 = 115,5 – 1 = 114,5 (m).
Ta chọn: Mái thượng lưu 3,5
Mái hạ lưu 3,0
Chiều rộng đỉnh đập b = 6m.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 4 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Sơ bộ lấy chiều dài cống:
L = 3,5 (∇
đđ
- ∇
đáy cống
) + 6 + 3(∇
đđ
- ∇
đáy cống
)
= 3,5 (139 – 114,5

) + 6 + 3(139 – 114,5

) = 165,25 (m)
2- THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG:
Kênh hạ lưu được thiết kế để làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống.
2.1- Thiết kế mặt cắt kênh:
2.1.1- Mặt cắt kênh: được tính toán với lưu lượng thiết kế Q = 3,6 (m

3
/s).
2.1.2- Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (đất cát pha), sơ bộ chọn
được các chỉ tiêu sau:
- Độ dốc đáy kênh: 2.10
-4
- Độ nhám lòng kênh: 0,025.
- Hệ số mái kênh: m = 1,5.‍
2.1.3- Xác định bề rộng đáy kênh và chiều sâu nước trong kênh:
- Sơ bộ xác định vận tốc không xói (TCVN 4118 – 2012 theo mục 7.2.12):
V
KX
= K.Q
0,1
= 0,53.3,6
0,1
= 0,602 (m/s)
Trong đó:
+ Q: lưu lượng của kênh (m
3
/s): Q = 3,6 (m
3
/s).
+ K: hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, K = 0,53.
- Sơ bộ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm:
h = 0,5.(1 + V
KX
).
3
Q

= 0,5.(1 + 0,602).
3
3,6
= 1,23 (m)
- Xác định b theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực:
f(R
ln
) =
Q
im 4
0
=
4
8,424. 2.10
3,6
−
= 0,033
Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: R
ln
= 0,9(m).
→
ln
R
h
=
1,23
0,9
= 1,37
Tra phụ lục (8-3), bảng tra thuỷ lực ta có:
ln

R
b
= 4,34→ b = 0,9.4,34= 3,906 (m)
Kiểm tra:
h
b
=
3,906
1,23
= 3,18 (2÷5).∈ Chọn lại b = 4 m
⇒

ln
R
b
=
4
0,9
=4,44 tra bảng thuỷ lực
⇒
ln
R
h
=1,36
⇒
h=0,9.1,36 =1,224m
h
b
=
4

1,224
= 3,27 ϵ (2÷5)
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 5 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
2.2- Kiểm tra điều kiện không xói:
Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần
kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại, cần kiểm tra điều kiện xói lở:
V
max
< V
KX
Trong đó: V
max
là lưu lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Q
max
.
Q
max
= K.3,6 = 1,2.3,6 = 4,32 (m
3
/s)
K là hệ số phụ thuộc Q, lấy bằng 1,2
Ta tính độ sâu dòng chảy trong kênh ứng với Q
max
:
f(R
ln
) =
max
0

4
Q
im
=
4
8,424. 2.10
4,32
−
= 0,028
Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: R
ln
= 0,959 (m).
→
ln
R
b
=
4
0,959
= 4,17 →
ln
R
h
= 1,39→ h = 0,959.1,39= 1,33(m)
Có:
ω
= (b + m.h ).h = (4 + 1,5.1,33).1,33 = 7,97 m
2
.
→ V

max
=
ω
max
Q
=
4,32
7,97
= 0,542 (m/s)
Ta thấy: V
max
= 0,542 (m/s) < V
KX
= 0,602 (m/s) → thoả mãn điều kiện không xói.
2.3- Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng:
Trong tài liệu cho một số cấp lưu lượng để tính toán cống với các trường hợp
khác nhau. Ứng với mỗi cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng đều tương ứng trong
kênh tức là xác định quan hệ Q ~ h.
Trong đồ án này ta có 2 cấp lưu lượng
- Với MNC Q
tk
= 3,6 (m
3
/s).
- Với MNDBT Q
kt
= 3,2 (m
3
/s).
Tính độ sâu dòng đều trong kênh ứng với MNDBT

f(R
ln
) =
Q
im 4
0
=
4
8,424. 2.10
3,2
−
= 0,037.
Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: R
ln
= 0,86(m).
→
ln
R
b
=
4
0,86
= 4,65→
ln
R
h
= 1,335 → h = 1,335.0,86 = 1,148 (m).
Bảng 1: quan hệ Q ~ h kênh hạ lưu cống
Q (m
3

/s) 3,2 3,6 4
h(m) 1,148 1,224
3- TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG:
3.1- Trường hợp tính toán:
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 6 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Khẩu diện được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và
lưu lượng lấy nước tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu còn
hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Z
kc
, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu
khi đó sẽ là:
[∆Z] = MNC - Z
kc
= 115,5 – 115,15 = 0,35 (m).
Lúc này, để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán như
trên hình 1.
Hình 1: Sơ đồ tính toán thuỷ cống
Trong đó:
+ Z
1
: tổn thất cột nước ở cửa vào.
+ Z
p
: tổn thất do khe phai (nếu có).
+ Z
l
: tổn thất qua lưới chắn rác.
+ Z
v

: tổn thất qua tháp van.
+ Z
2
: tổn thất ở cửa ra.
3.2- Tính bề rộng cống b
c
:
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực
nước thượng hạ lưu [∆Z] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện:
ΣZ
i
≤ [∆Z]
Trong đó:
ΣZ
i
= Z
1
+ Z
p
+ Z
l
+ Z
v
+ Z
2
+ i.L
Với: + i: độ dốc dọc cống.
+ L: tổng chiều dài cống L.
Trị số b
c

được tìm bằng phương pháp đúng dần: cho b
c
, xác định các trị số tổn
thất Z
i
, sau đó thử lại theo điều kiện trên.
Với mỗi trị số b
c
, các tổn thất cột nước được xác định như sau:
3.2.1- Tổn thất cửa ra: dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập
tràn đỉnh rộng chảy ngập, khi đó:
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 7 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Z
2
=
2
2
) (.2
hn
hbg
Q
ϕ
-
g
V
b
.2
.
2

α
Trong đó:
+ b: bề rộng ở cuối bể tiêu năng, ta chọn bằng bề rộng kênh b = 4,0 (m).
+ h
h
: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Q = 3,6 (m
3
/s).
h
h
= 1,573 m

+ ϕ
n
: hệ số lưu tốc (trong trường hợp chảy ngập), ϕ
n
= 0,96.
+ V
b
: lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng. Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 (m).
→ V
b
=
b
Q
ω
=
. (d h )
b h
Q Q

b h b
=
+

=
3,6
4.(0,5 1,224)+
= 0,522 (m/s).
→ Z
2
=
2
2
3,6
2.9,81.(0,96.4,0.1,224)
-
2
1.0,522
2.9,81
= 0,016 (m).
3.2.2- Tổn thất dọc đường: coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu:
h
1
= h
h
+ Z
2
= 1,224 + 0,016 = 1,24 (m). Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống bằng i.L,
với i là độ dốc dọc cống, xác định như sau:
i =

2







RC
Q
ω
=
2
1









RChb
Q
c
Trong đó: ω và C.
R
tính với mặt cắt cống có chiều rộng b
c

, chiều sâu h
1
:
ω = b
c
.h
1
; R =
χ
ω
=
1
1
.
hb
hb
c
c
+
; C.
R
=
n
1
.R
1/6
.
R
=
n

1
.R
2/3
.
Ta chọn hệ số nhám của cống là n = 0,014.
3.2.3- Các tổn thất cục bộ Z
v
, Z
l
, Z
p
:
a- Tổn thất qua tháp van Z
v
:
Do khoảng cách từ tháp van đến cửa ra xấp xỉ bằng chiều dài cống, vì vậy ta có
thể lấy chiều sâu cột nước ngay sau cửa van là:
h
v
= h
1
+ i.L
v
Z
v
= ξ
v
.
2
.

.2
2.
v
V
g
α
Trong đó:
+
v
ξ
: Tổn thất do van, lấy
v
ξ
= 0,2.
+ V
v
=
vc
hb
QQ
.
=
ω
.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 8 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoang giữa mái đập thượng lưu tại vị trí đặt cống,ta
có:
L
v

= 3,5 (∇
đđ
- ∇
đáy cống
).0,5 + 6 + 3(∇
đđ
- ∇
đáy cống
)
= 3,5 (139 – 114,5

).0,5 + 6 + 3(139 – 114,5

) = 122,38 (m)
b- Tổn thất qua lưới chắn rác:
Z
l
= ξ
l
.
2
.
.
2.
l
V
g
α
Trong đó: +
l

ξ
: Hệ số tổn thất qua lưới, lấy
l
ξ
= 0,2.
+ V
l
=
ω
Q
=
lc
hb
Q
.
=
).(
vvc
zhb
Q
+
.
c- Tổn thất qua khe phai: Z
p
= ξ
p
.
2
.
.2

2.
p
V
g
α
Trong đó: +
p
ξ
: hệ số tổn thất qua một khe phai,
p
ξ
= 0,1.
+ V
p
=
ω
Q
=
pc
hb
Q
.
=
).(
llc
zhb
Q
+
.
3.2.4-Tổn thất ở cửa vào:

( )
g
V
g
Q
Z
2
.
2
2
0
2
2
1
α
ωϕε
−=
Trong đó:
ϕ và ε: Hệ số lưu tốc và hệ số co hẹp bên ở cửa vào. ϕ = 0,983; ε = 0,7
ω: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào. ω = b
c
.h ứng với: h = h
p
+ Z
p

V
0
: Lưu tốc tới gần: V
0

=
ω
Q

Bảng 2: bảng tính khẩu diện cống
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 9 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
TT b
c
Z
2
ω
χ

R C.R^0.5 i i.L h
v
Z
v
Z
L
Z
p
Z
1
i
ZΣ

1 1.2 0.016 1.488 2.44 0.610 51.367 0.0022 0.367 1.51 0.080 0.036 0.086 0.086 0.672
2 1.3 0.016 1.612 2.54 0.635 52.750 0.0018 0.296 1.46 0.073 0.033 0.074 0.085 0.578
3 1.4 0.016 1.736 2.64 0.658 54.014 0.0015 0.244 1.42 0.067 0.030 0.065 0.083 0.504

4 1.5 0.016 1.860 2.74 0.679 55.171 0.0012 0.203 1.39 0.061 0.028 0.057 0.080 0.444
5 1.6 0.016 1.984 2.84 0.699 56.237 0.0010 0.172 1.37 0.055 0.025 0.050 0.077 0.395
6 1.7 0.016 2.108 2.94 0.717 57.221 0.0009 0.147 1.35 0.050 0.023 0.044 0.073 0.354
7 1.8 0.016 2.232 3.04 0.734 58.133 0.0008 0.127 1.33 0.046 0.021 0.040 0.070 0.320
8 1.9 0.016 2.356 3.14 0.750 58.980 0.0007 0.111 1.32 0.042 0.020 0.036 0.067 0.291
9 2 0.016 2.480 3.24 0.765 59.769 0.0006 0.097 1.31 0.038 0.018 0.032 0.064 0.266
10 2.1 0.016 2.604 3.34 0.780 60.506 0.0005 0.086 1.30 0.035 0.017 0.029 0.060 0.244
11 2.2 0.016 2.728 3.44 0.793 61.197 0.0005 0.077 1.30 0.032 0.015 0.027 0.058 0.225
12 2.3 0.016 2.852 3.54 0.806 61.845 0.0004 0.069 1.29 0.030 0.014 0.025 0.055 0.209
13 2.4 0.016 2.976 3.64 0.818 62.454 0.0004 0.062 1.29 0.028 0.013 0.023 0.052 0.194
14 2.5 0.016 3.100 3.74 0.829 63.028 0.0003 0.056 1.28 0.026 0.012 0.021 0.050 0.181
15 2.6 0.016 3.224 3.84 0.840 63.569 0.0003 0.051 1.28 0.024 0.012 0.019 0.047 0.169
16 2.7 0.016 3.348 3.94 0.850 64.081 0.0003 0.047 1.27 0.022 0.011 0.018 0.045 0.159
17 2.8 0.016 3.472 4.04 0.859 64.566 0.0003 0.043 1.27 0.021 0.010 0.017 0.043 0.150
18 2.9 0.016 3.596 4.14 0.869 65.026 0.0002 0.039 1.27 0.020 0.009 0.016 0.041 0.141
19 3 0.016 3.720 4.24 0.877 65.462 0.0002 0.036 1.27 0.018 0.009 0.015 0.040 0.133
20 3.1 0.016 3.844 4.34 0.886 65.877 0.0002 0.033 1.26 0.017 0.008 0.014 0.038 0.126
21 3.2 0.016 3.968 4.44 0.894 66.272 0.0002 0.031 1.26 0.016 0.008 0.013 0.036 0.120
22 3.3 0.016 4.092 4.54 0.901 66.649 0.0002 0.029 1.26 0.015 0.007 0.012 0.035 0.114
23 3.4 0.016 4.216 4.64 0.909 67.008 0.0002 0.027 1.26 0.014 0.007 0.011 0.033 0.109
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 10 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Biểu đồ quan hệ b~Z
i
Theo tính toán ta chọn b
c
= 1,8 (m) thoả mãn điều kiện trên.
3.3- Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống:
3.3.1- Chiều cao mặt cắt cống:
H

c
= h
1
+ ∆ = 1,24 + 0.5 = 1,74 (m).lấy H
c
= 2 (m).
Trong đó:
+ h
1
= 1,24m.
+ ∆: độ lưu không, lấy từ 0,5 đến 1 m, chọn bằng 0,5 (m).
+ H
c
cần thoả mãn điều kiện cấu tạo, (thường khống chế H
c
≥ 1,6 m để tiện kiểm
tra sửa chữa) và phù hợp với kích thước chuẩn quy định tại QCVN 04-05-2012.
3.3.2- Cao trình đặt cống:
a) Cao trình đáy cống ở cửa vào:
Z
v
= MNC – h
1
- ΣZ
i
.
Trong đó:
+ ΣZ
i
: tổng tổn thất cục bộ ở cửa vào, khe phai, lưới chắn rác, khe van khi tháo

với Q
TK
: ΣZ
i
= Z
vào
+ Z
p
+ Z
L
+ Z
v
=0,07 + 0,04 + 0,021 + 0,046 = 0,177 m.
Vậy: Z
v
= 115,5 – 1,24 – 0,177 = 114,08 m.
b) Cao trình đáy cống ở cửa ra:
Z
r
= Z
v
– i.L
+ i: Độ dốc đáy cống; với b
c
= 1,8m ta tính được: i =
2
( )
. .
Q
C R

ω

Ứng với b
c
= 1,8m theo bảng 2 ta tính được: iL = 0,127m.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 11 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Z
r
= 114,08 – 0,127 = 113,95m. Chọn Z
r
= 113,95m.
Vậy chiều dài L = 3,5.(139 – 114,08) + 6 + 3 + 3.(139 – 121,5) + 3.(121,5 – 114,08)
= 170,98
Chọn chiều dài từ vị trí cửa vào đến vị trí cửa van là L
1
= 58,15 m. Chiều dài từ vị trí
của van đến cuối cống là L
2
= 112,83 m,khoảng cách từ mép van đến đỉnh đập là
29,01m.
4- KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG:
4.1- Trường hợp tính toán: khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa
van để lấy được lưu lượng cần thiết. Do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ở
ngay sau cửa van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ
lưu qua nước nhảy. Do đó cần tính toán để:
- Kiểm tra xem nước nhảy có xảy ra ở trong cống không. Thường với các mực
nước cao ở thượng lưu, cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh rung
động bất lợi. Còn với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước nhảy trong cống là không
tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ rung

động nguy hiểm không đáng kể.
- Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống,
tránh xói lở kênh hạ lưu.
Trong phần đề ra đã giới hạn việc tính toán cho 2 trường hợp mực nước cao với
các lưu lượng tương ứng. Sơ đồ tính toán cho các trường hợp này như hình 3-2.
Hình 2: Sơ đồ tính toán thuỷ lực khi mực nước cao ở thượng lưu
4.2- Xác định độ mở cống:
Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ
Q = ϕ.
α
.a.b
c
.
) (.2
'
0
aHg
α
−

Trong đó: - Q = 3,2 m
3
/s là lưu lượng cần lấy qua cống ứng với MNDBT.
- ϕ: hệ số lưu tốc, lấy ϕ = 0,95.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 12 Lớp 52CTL_3
mndbt
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
- ε : hệ số co hẹp đứng.
- H
'

0
: cột nước tính toán trước cửa van:
H
'
0
= H
0
- h
w
= 19,42 – 0 = 19,42(m).

+ H
0
= H +
g
V
.2
.
2
0
α
= MNDBT - ∇
đcv
= 133,5– 114,08
= 19,42(m).
+ h
w
: tổn thất cột nước từ cửa vào cho đến vị trí cửa van:
h
w

= 0 (tổn thất nhỏ nên ta có thể bỏ qua)
Hệ số co hẹp đứng α phụ thuộc tỷ số a/H, có thể xác định a bằng cách sử dụng
bảng quan hệ của Jucốpxki như sau:
( )
3
'
2
. .
c
c o
Q
F
b H
τ
φ
=
=
3
2
3,2
0,95.1,8.19,42
= 0,022
→Tra bảng 15-1 có: τ
c
= 0,005→ h
c
= τ
c
.H
'

0
= 0,005.19,42= 0,097 (m)
Tra bảng 16-1 có:
ε
= 0,611
0,005
0,0082 0,0082.19,42 0,16
0,611
c
a
a
H
τ
ε
= = = → = =
m.
→ Q* =
( )
0,95.0,611.0,16.1,8. 2.9,81. 19,42 0,611.0,16−
= 3,25 m
3
/s
∆Q =
Q
QQ *−
.100% =
3,25 3,2
3,25
−
= 1,54% < 5%

Vậy: Giá trị ε = 0,611 và a = 0,16 (m) xác định ở trên có thể chấp nhận được.
4.3- Kiểm tra chảy trong cống:
4.3.1- Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống h
r
:
a- Định tính: cần xác định h
c
, h
0
, h
k
.
Độ sâu co hẹp sau van: h
c
= 0,097 (m)
Độ sâu phân giới: h
k
=
3
2
.
g
q
α
=
2
3
2
1.3,2
9,81.1,8

= 0,686 (m)
- Độ sâu dòng đều h
0
: tính toán theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi
nhất về thủy lực:
Với i = 0,0008; m = 0; n = 0,014; b =1,8m; Q = 3,2m
3
/s
( )
0
ln
4 . 8. 0,0008
0,07
3,2
m i
f R
Q
= = =
(m = 0 ⇒ 4m
0
= 8).
Tra Bảng 8-1 (Bảng tra Thủy lực với n = 0,014) ⇒ R
ln
≈ 0,54 (m).
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 13 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
ln
1,8
3,33
0,54

b
R
⇒ = ≈
. Tra Bảng 8-3 (Bảng tra Thủy lực) ⇒
ln
2,426
h
R
 
=
 ÷
 
.
0 ln
ln
. 2,426.0,54 1,3 ( )
h
h R m
R
 
⇒ = = ≈
 ÷
 
.
- So sánh ta thấy: h
c
=0,097 < h
k
= 0,686 < h
o

= 1,3.
Vậy: dạng đường mặt nước sau van là đường nước dâng C
I
.
b- Định lượng:
* Xuất phát từ mặt cắt co hẹp C-C vẽ về cuối cống. Mặt cắt co hẹp lấy cách cửa
van một khoảng 1,4.a = 1,4.0,16 = 0,224 (m).
Có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương
pháp này khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h
1
và h
2
đã biết sẽ là:
∆ L =
Ji −
∋∆
Với: i = 0,0035.
∆ ∋ = ∋
2
- ∋
1
; ∋
2
= h
2
+
g
V
.2
.

2
2
α
; ∋
1
= h
1
+
g
V
.2
.
2
1
α
2
21
JJ
J
+
=
;
2
2
2
2









=
RC
V
J
;
2
1
1
1








=
RC
V
J
; v =
ω
Q
Dùng phương pháp cộng trực tiếp (tính gần đúng) để vẽ đường mặt nước, tính với
chiều dài sau van là L = 112,83 – 0,224 ≈ 112,606(m).

Bảng tính toán đường mực nước trong cống:

SVTH: Ngô Văn Huỳnh 14 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
tt h w x R CR^1/2 V E
denta
E J Jtb denta L
1 0.097 0.175 1.99 0.088 14.085 18.328 17.217 1.693
2 0.1 0.18 2 0.090 14.345 17.778 16.209 -1.009 1.536 1.615 0.626
3 0.15 0.27 2.1 0.129 18.196 11.852 7.309 -8.899 0.424 0.980 9.113
4 0.2 0.36 2.2 0.164 21.369 8.889 4.227 -3.082 0.173 0.299 10.443
5 0.25 0.45 2.3 0.196 24.073 7.111 2.827 -1.400 0.087 0.130 11.053
6 0.3 0.54 2.4 0.225 26.424 5.926 2.090 -0.738 0.050 0.069 11.298
7 0.35 0.63 2.5 0.252 28.497 5.079 1.665 -0.425 0.032 0.041 11.320
8 0.4 0.72 2.6 0.277 30.347 4.444 1.407 -0.258 0.021 0.027 11.173
9 0.45 0.81 2.7 0.300 32.010 3.951 1.245 -0.161 0.015 0.018 10.869
10 0.5 0.9 2.8 0.321 33.517 3.556 1.144 -0.101 0.011 0.013 10.381
11 0.55 0.99 2.9 0.341 34.890 3.232 1.083 -0.062 0.009 0.010 9.633
12 0.6 1.08 3 0.360 36.147 2.963 1.047 -0.035 0.007 0.008 8.445
13 0.686 1.2348 3.172 0.389 38.082 2.592 1.028 -0.019 0.005 0.006 8.808

Tổng 113.162
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 15 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Theo bảng tính với ∑L = 113,162 m > L = 112,606 m ta đã có : h = h
k
= 0,686 m,
nghĩa là có nước nhảy ngoài cống.
4.4. Tính toán tiêu năng:
+ Các thông số tính toán của cống :

- Lưu lượng thiết kế qua cống : Q
TK
=3,6 m
3
/s.
- Kích thước cống : b.h=1,8.2=3,6 m
2
.
- Cột nước cuối cống : h
r
=0,6
- Cột nước đầu kênh dẫn ở hạ lưu h
kênh
=1,224m.Bề rộng đáy kênh b
k
=4m
+ Tính toán kích thước bể tiêu năng:
- Cần xác định độ sâu đào bể d
b
và chiều dài bể L
b
để có nước nhảy ngập trong bể.Ở
đây tính toán với trường hợp tháo lưu lượng thiết kế Q
TK
=3,6 m
3
/s;với mực nước khai
thác cao nhất trong hồ (MNDBT) như đã xác định ở trên,khi đó độ sâu ở mặt cuối cống
là : h
r

=0,6m
- Chiều sâu bể tối thiểu đã chọn ở phần trên là d
b
=0,5m ;chiều sâu nước trong bể là
h
b
=h
h
+z
2
+d
b
=1,224 + 0,016 + 0,5 =1,74 m.
- Năng lượng toàn phần khi tính đến đáy bể P
2
=0.
E
0
=h
r
+
2
.v
2
r
g
α
+d
b
9Có :

α
=1,05
V
r
=
.
c r
Q
b h
=
3,6
1,8.0,6
=3,33 m/s
- Thay vào ta có :
E
0
=0,6 +
2
1,05.3,33
2.9,81
+0,5=1,69
- q=
3,6
2
1,8
Q
b
= =
.chọn
0,95

ϕ
=

-
1,5 1,5
0
2,3
( ) 0,958
. 0,95.1,69
C
q
F
E
τ
ϕ
= = =
.
- Bảng tra thủy lực suy ra
"
0,7072
c
τ
=
->
" "
0
.
c c
h E
τ

=
=
0,7072.1,69=1,195.
- Chọn độ ngập trong bể là
n
σ
=1,1 ta có
"
.
n c
h
σ
=1,1.1,195=1,315 (m).
Như vậy h
b
=1,74 > 1,315 m đảm bảo mực nước chảy ngập trong bể.
- Tính chiều dài bể L
b
= L
1
+
β
.L
n
L
1
:chiều dài nước rơi từ mặt cắt cống đến đáy bể (tương ứng với bậc
P=d
b
=0,5m) xác định theo tầm phóng của làn nước khi ra khỏi cống với vận tốc

v
r
=3,33 m/s theo chiều ngang.
- Thời gian để nước chạm đáy là :
2. 2.0,5
0,319( )
9,81
p
P
t s
g
= = =

SVTH: Ngô Văn Huỳnh 16 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
- Tầm phóng tương ứng là :
L
1
=V
r
.t
p
=3,33.0,319=1,06 (m).
- Chiều dài nước nhảy tính theo công thức kinh nghiệm :
L
n
=4,5.
"
c
h

= 4,5.1,315=5,38 (m).
- Xét đến hệ số nước chảy ngập
β
=0,8.
- Thay vào công thức :
L
b
=1,06 + 0,8.5,38=5,364 (m).
- Vậy kích thước bê tiêu năng :
d
b
= 0,5 (m)
L
b
= 5,4 (m).
5- CHỌN CẤU TẠO CỐNG:
5.1- Cửa vào, cửa ra:
Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu.
Thường bố trí tường hướng dòng theo hình thức mở rộng dần. Góc chụm của hai tường
hướng dòng ở cửa vào là 20
0
; góc chụm ở cửa ra chọn là 10
0
để tránh hiện tượng tách
dòng. Các tường cánh làm hạ thấp dần theo mái. Cấu tạo cửa ra cần kết hợp với việc bố
trí các thiết bị tiêu năng. Cuối bể tiêu năng cần có bộ phận chuyển tiếp ra kênh hạ lưu.
Sau bể tiêu năng cần bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng L
sn
:
L

sn
= (2,5 ÷ 3).L
n
.Chọn L
sn
= 10 m.
Hình 3: Bố trí mặt bằng cửa vào
5.2. Thân cống:
5.2.1- Mặt cắt: Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt
ngang có kết cấu khung cứng thường làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung.
Chiều dày thành cống xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu
cầu cấu tạo. Theo điều kiện chống thấm, cần đảm bảo:
t ≥
[ ]
J
H
=
19,42
15
= 1,3 (m)
Vì quá lớn → Sơ bộ chọn t = 0,5 (m) theo điều kiện cấu tạo. Khi chế tạo có sử dụng
phụ gia chống thấm và được tính chính xác sau khi tính toán kết cấu.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 17 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
Trong đó:
- H: cột nước lớn nhất
H = MNDBT - ∇
đc
= 133,5 – 114,08 = 19,42 (m)
- [J]: gradien thấm cho phép của vật liệu, [J] = 15.

50
200
50
5018050
Hình 4: Mặt cắt thân cống
5.2.2- Phân đoạn cống: vì cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn
để tránh rạn nứt do lún không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và
tải trọng trên cống, chọn bằng 15 (m) .
Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước. Thiết bị chống rò bằng tấm kim loại
dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp có cấu tạo như trên hình 3-3.
a
5
3
2
1
1
2
4
b
Hình 5: Sơ đồ khớp nối của cống hộp bằng bê tông
a. Khớp nối ngang b. Khớp nối đứng
1. Bao tải tẩm nhựa đường 2. Đổ nhựa đường
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 18 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
3. Tấm kim loại hình Ω 4. Tấm kim loại hình phẳng.
5. Vữa bê tông đổ sau
Khi cột nước tác dụng không cao có thể làm thiết bị chống rò tại khớp nối kiểu
dây thừng tẩm nhựa đường.
5.2.3- Nối tiếp thân cống với nền:
Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên một lớp bê tông lót dày 10 ÷ 15

cm, khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để
hạn chế áp suất đáy móng
5.2.4- Nối tiếp thân cống với đập:
Dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày 0,5 ÷1 m. Tại chỗ nối
tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất được tốt hơn.
5.3- Tháp van:
Vị trí tháp van bố trí ở khoảng giữa mái thượng lưu và kiểm tra nó thông qua tính
toán thuỷ lực cống (đảm bảo không sinh nước nhảy trong cống ứng với các mực nước
cao) và đảm bảo các yêu cầu khác.
Trong tháp thường bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông
hơi khi cần thiết (khi có nước nhảy trong cống và chiều sâu sau nước nhảy xấp xỉ tới
trần cống).
Mặt cắt ngang tháp thường làm dạng chữ nhật. Chiều dày thành xác định theo
điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường làm tháp có chiều
dày thay đổi theo sự thay đổi của áp lực ngoài.
Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối
tháp van với đỉnh đập hoặc bờ.
6- TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG:
6.1- Mục đích tính toán:
Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác
nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống
đã chọn.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 19 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
6.2- Trường hợp tính toán: cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác
nhau:
- Khi mới thi công xong trong cống chưa có nước.
- Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước.
- Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng.
- Khi có lực động đất,

Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt
mép thượng lưu đỉnh đập), cho một trường hợp đại biểu: khi thượng lưu là MNLTK,
cống đóng.
+ Xác định đường bão hòa trong trường hợp thượng lưu là MNLTK. Tính toán như đập
đồng chất trên nền không thấm.
Sơ đồ tính toán:
a
0
H
1
139
136,5
121,5
c
c
117,08
L
L
Theo phương pháp thủy lực (trang 118 GT thủy công) ta có:
Lưu lượng thấm qua đập:

2 2
1
2
.
2.( .a )
o
d
o
H a

q k
L L m
−
=
∆ + −


2
.
0,5
o
d
a
q k
m
=
+

Trong đó:
H
1
: mực nước thượng lưu H
1
= 136,5 – 117,08 = 19,5 (m).
∆L : chiều dài đoạn biến đổi.
Với ∆L =
1
1
1
3,5

. .19,5 8,53(m)
2 1 2.3,5 1
m
H
m
= =
+ +
a
0
: chiều cao hút nước (m).
m
1
: hệ số mái thượng lưu (m
1
= 3,5)
m
2
: hệ số mái hạ lưu (m
2
= 3)
k
d
: hệ số thấm của đập k
d
= 10
-5
(m/s).
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 20 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
L : xác định như trong sơ đồ L = 3,5.(139 – 136,5) + 6 + 3.(139 – 121,5)

+ 3 + 3.(121,5 – 117,08 ) = 83,75 (m).
Cao trình trần cống : ∇
tc
= ∇
đc
+ H
c
+ 2.0,5 =114,08 + 2 + 2.0,5 = 117,08 (m).
q : lưu lượng thấm đơn vị (m
2
/s).
Ta có:
2 2
5
19,5
10 .
2.(8,53 83,75 3.a )
o
o
a
q
−
−
=
+ −


5
10 .
0,5 3

o
a
q
−
=
+

Giải hệ phương trình trên ta được: a
o
= 8,1 (m); q = 2,314.10
-5
(m
3
/s).
Phương trình đường bão hòa:
2 2
1
2. .
19,5 4.628.
d
q x
y H x
k
= − = −

Tại mặt cắt mép thượng lưu đỉnh đập x = 8,75 => y = 18,4m.
6.3- Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống hộp, tính cho
1 m dài):
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 21 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương

q
1
q
1
q
2
q
4
q
r
q
3
q
6
q
5
p
1
p
2
p
1
'
p
2
'
p
1
p
2

p
1
'
p
2
'
t
t
MNN
Z = 3,6m
1
Z = 17,4m
2
dd
q
5
Z = 1m
3
d?t sét
6.3.1- Áp lực đất:
a- Trên đỉnh:
q
1
= k. ∑ γ
i
.Z
i
Trong đó:
- Z
i

: chiều dày các lớp đất đắp trên đỉnh cống.
- γ
i
: dung trọng các lớp đất đắp trên đỉnh cống.
- k: hệ số phụ thuộc điều kiện đặt cống: k = 1
γ
1
= γ
k
.(1 + ω) = 16,2.(1+ 0,2) = 19,44 KN/m
3
.
γ
2
= γ
đn
= γ
k
– γ
n
.(1 – n) = 16,2 – 10(1 – 0,35) = 9,7 T/m
3
.
γ
3
= γ
đn
đất sét
= γ
k

đs
– γ
n
.(1 – n) = 15,8 – 10(1 – 0,42) = 10 T/m
3
.
⇒
q
1
= 1.3,6.19,44 + 1.9,7.17,4 + 1.10.1 = 248,764 KN/m.
b- Hai bên cống: biểu đồ áp lực có dạng hình thang.
p
1
= q
1.
tg
2
(45
o
-
2
ϕ
)
p
1
’
= q
1
’
.

tg
2
(45
o
-
2
ϕ
)
q
1
’
= q
1
+ γ
đn
. H = 248,764 + 9,7.2 = 268,164(KN/m)
Với γ
đn
là dung trọng đẩy nổi của đất đắp đập, do đất bên thành cống dưới đường
bão hòa, H là chiều cao mặt cắt cống.
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 22 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
→ p
1
= 248,764.tg
2
(45
o
-
2

20
) = 121,967(KN/m).
p
1
’
= 268,164. tg
2
(45
o
-
2
20
) = 131,478(KN/m).
6.3.2- Áp lực nước:
Áp lực nước gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống. Áp lực nước ngoài
cống tác dụng ở trên đỉnh, hai bên và dưới đáy cống. Áp lực nước bên trong cống tác
dụng ở hai bên và trên đáy cống. Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thuỷ
tĩnh.
a- Trên đỉnh:
q
2
= γ
n
.(Z
2
+ Z
3
) = 10.(17,4 + 1) = 184 (KN/m).
b- Hai bên:
p

2
= γ
n
.(Z
2
+ Z
3
) = 10.(17,4 + 1) = 184 (KN/m).
p
2
’
= γ
n
.( Z
2
+ Z
3
+

H
c
)= 10.( 17,4 + 1+ 2) = 204 (KN/m).
c- Dưới đáy: q
3
= γ
n
.( Z
2
+ Z
3

+

H
c
)= 10.( 17,4 + 1+ 2) = 204 (KN/m).
d- Trong cống: bỏ qua áp lực nước trong cống.
6.3.3- Trọng lượng bản thân:
a- Tấm nắp:
-q
4
= γ
b
.t
n
= 24.0,5 = 12 (KN/m).
Trong đó: - γ
b
= 24 KN/m
3
: trọng lượng riêng của bê tông.
- t
n
: chiều dày tấm nắp, t
n
= 0,5 m.
b- Tấm bên: q
5
= γ
b
.t

b
= 24.0,5 = 12 (KN/m).
Trong đó: t
b
là chiều dày tấm bên = 0,5 m
c- Tấm đáy: q
6
= γ
b
.t
đ
= 24.0,5 = 12 (KN/m).
Trong đó: t
đ
là chiều dày tấm đáy = 0,5 m.
6.3.4- Phản lực nền: r
Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống, thường
phân bố không đều, song trong khi tính toán xem gần đúng là phân bố đều. Khi đó
phản lực nền r được tính như sau:
r = q
1
+ q
2
+ q
4
+ q
6
– q
3
+ 2.q

5
.
B
ttH
nd
−−
= 248,764 + 184 +12 + 12 - 204 + 2.12.
2 0,5 0,5
1,8 0,5.2
− −
+

= 261,335 (KN/m).
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 23 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
6.3.5- Sơ đồ lực cuối cùng trong trường hợp cống không có nước:
a- Các lực thẳng đứng:
- Phân bố trên đỉnh:
q = q
1
+ q
4
+ q
2
= 248,764 + 12 + 184 = 444,764(KN/m).
- Phân bố hai bên thành: q
5
= 12 (T/m)
- Phân bố dưới đáy:
q

n
= r - q
6


+ q
3
= 261,335 - 12 + 204 = 453,335 (KN/m).
b- Các lực nằm ngang:
- Phân bố đều: p = p
1
+ p
2
= 121,967+ 184 = 305,967 (KN/m)
- Tuyến tính: p
t
= p
1
’
+ p
2
’
– (p
1
+ p
2
)
= 131,478+ 204 – 305,967 = 29,511(KN/m).
Sơ đồ lực cuối cùng:
q

5
t
t
q
5
pp
t
p
p
t
q
q
n
6.4 Tính toán thép cho mặt cắt cống.
6.4.1 Tải trọng tác dụng lên cống
Theo tiêu chuẩn 04-05-2012 ta có các hệ số lệnh tải như sau:
- Trọng lượng bản thân công trình : n
bt
= 1,05.
- Áp lục thẳng đứng do trọng lượng đất gây ra: n
d
= 1,1.
- Áp lực bên của đất : n
bđ
= 1,2.
- Áp lực nước : n
nc
= 1.
a- Các lực thẳng đứng:
- Phân bố trên đỉnh:

q
tt
= n
đ
.q
1
+ n
bt
.q
4
+ n
nc
.q
2
= 1,1.248,764 + 1,05.12 + 1.184 = 470,24(KN/m).
- Phân bố hai bên thành: q
5
tt
= n
bt
.q
5
= 1,05.12 = 12,6 (KN/m)
- Phân bố dưới đáy:
SVTH: Ngô Văn Huỳnh 24 Lớp 52CTL_3
Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương
r
tt
= n
đ

.q
1
+ n
nc
.q
2
+ n
bt
.q
4
+ n
bt
.q
6
– n
nc
.q
3
+ 2.n
bt
.q
5
.
B
ttH
nd
−−
= 103,84 (KN/m)
 q
tt

n
= r
tt
– n
bt
.q
6
+ n
nc
.q
3
= 103,84 – 1,05.12 + 1.204 = 295,24 (KN/m)
b- Các lực nằm ngang:
- Phân bố đều: p
tt
= n
bđ
.p
1
+ n
nc
.p
2
= 1,2.121,967+ 1.184 = 330,36 (KN/m)
- Tuyến tính: p
t
tt
= n
bđ
.p

1
’
+ n
nc
.p
2
’
– (p
tt
)
= 1,2.131,478+ 1.204 – 330,36 = 31,41(KN/m).
Hình : tải trọng tác dụng lên cống.
q
5
q
5
pp
t
p
p
t
q
q
n
tt
tt
tt
tt
tt
tt tt

tt
6.4.2 Xác định nội lực.
Sử dụng bảng tra để xác định nội lực:
Ta có:
J
1
L = B
h
J
1
J
2
J
2
3 3
4
1
. 0,5.3
1,125(m ).
12 12
b h
J = = =

3 3
4
2
. 2,8.0,5
0,029(m ).
12 12
b h

J = = =

1
1
1,125
0,375
3
J
i
h
= = =

SVTH: Ngô Văn Huỳnh 25 Lớp 52CTL_3