ĐỒ án môn học THIẾT kế CỐNG lộ THIÊN đề số a7

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
( Đề số : A – 7 )

I/- NHIỆM VỤ :
Cống A xây dựng ven sông X để:
- Lấy nước tưới cho 60.000ha ruộng .
- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ .
- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua.
II/- CÁC LƯU LƯNG VÀ MỰC NƯỚC THIẾT KẾ :
Lấy nước:
Qmaxlấy
= 80,0 m3/s
;
Zđầu kênh = 3,43 m
max
Z sông = 7,20m
;
Zmin sông = 3,68 m
Chống lũ:
Zsông max = 8,60 m
;
Zđồng min = 2,70 m
III/- TÀI LIỆU KÊNH HẠ LƯU :
Zđáy kênh = 0,00 m
;
Độ nhám
n = 0,025
Độ dốc mái m = 1,5
;

Độ dốc đáy i = 0,0004
IV/- TÀI LIỆU GIÓ :
Tần suất P
%
V (m/s)

2

4

20

30

50

28

22

18

16

14

V/- CHIỀU DÀI TRUYỀN SÓNG :
Trường hợp
D (m)

Z sông bình thường
200

Z sông max
300

VI/- TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT :
- Đất thòt cao độ
: + 3.50 đến + 5.00
- Đất cát pha
: +0.50 đến – 10.00
- Đất sét
: -10.00 đến – 30.00

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 1

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống
Loại đất
Chỉ tiêu
γk
(T/m3)
γtn
(T/m3)
Độ rỗng n

ϕtn (độ)
ϕbh (độ)
Ctn (T/m2)
Cbh (T/m2)
Kt
(m/s)
Hệ số rỗng e (m2/N)
Hệ số nén a
Hệ số nén không đều η

Thòt

Cát pha

Sét

1,47
1,65
0,46
190
160
1,50
1,00
4.10-7
0,86
2,2
8

1,52
1,70

0,36
230
180
0,50
0,30
2.10-6
0,92
0,92
9

1,61
1,75
0,39
120
100
3,50
2,50
3.10-8
0,90
2,3
7

VII/- THỜI GIAN THI CÔNG : 2 năm
Yêu cầu :
1- Xác đònh cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.
2- Tính toán thủy lực xác đònh chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.
3- Chọn cấu tạo các bộ phận cống.
4- Tính toán thấm và ổn đònh cống.
5- Tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 2

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG
I- VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH :
- Cống A được xây dựng ven sông X để nước tưới cho 60.000 ha ruộng .
- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ .
- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua.
II- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ :
1- Cấp công trình :
Xác đònh theo quy phạm ( 5060-90) dựa vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tưới
cho 60.000 ha . tra bảng ( P1-2 ) , công trình thuộc cấp II.
2- Các chỉ tiêu thiết kế :
Căn cứ vào cấp công trình đã chọn là công trình cấp II, ta xác đònh được
các chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau :
- Tần suất lưu lượng : P% = 0,5%
- Hệ số vượt tải :
(Bảng P 1 – 4)
+ Trọng lượng bản thân công trình:
n = 1.05
+ Áùp lực đứng của trọng lượng đất:
n = 1.20
+ Áùp lực bên của đất:
n = 1.20
+ Áùp lực tónh, áp lực sóng, áp lực thấm ngược:

n = 1.00
+ Tải trọng do gió:
n = 1.30
- Hệ số tin cậy :
Kn = 1.2
(Bảng P 1 – 6 )
- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1.0
(Bảng P 1 – 5)

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 3

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

PHẦN II :
TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG
I- TÍNH TOÁN KÊNH HẠ LƯU :
+ Cao trình mực nước thiết kế = 3.43 m
HTK = Z TK – Zđáy kênh = 3,43 – 0,00 = 3.43 m.
+ Chọn kênh hạ lưu mặt cắt hình thang ta có :
m = 1,5 ; n = 0,025 ; i = 0,0004
Theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta có :
Với m = 1,5 ⇒ 4mo = 8,424
Qtưới = 80 m3/s.
Tính :

F(R) LN =

4m 0 i 8.424 0.0004
=
= 0.0021
Q
80

Tra phụ lục (8-1) với n = 0,025 tra được: Rln = 2.55
Vậy h/Rln = 3.43 / 2.55 = 1.345
Tra phụ lục (8-3), với m=1.5 ⇒ b/Rln = 4.52
⇒ b = b/Rln . Rln = 4.52 x 2.55 = 11.53 m. Chọn b = 12 m
II/- TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG :
1- Trường hợp tính toán :
Khi cần tháo lưu lượng Q tưới = 80,0 (m3/s) với chênh lệch mực nước
thượng lưu nhỏ Z sôngmin =3.68 m ; Zđầu kênh = 3.43 m ; ∆Z = 0.25 m.
2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :
- Cao trình ngưỡng :
Chọn bằng cao trình đáy kênh Z = 0.0 m.
- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộng không ngưỡng P = 0
3- Xác đònh bề rộng cống :
a. Xác đònh trạng thái chảy :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Lớp TH 9
Trang 4


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
Theo quy phạm QPTL C8-76 : đập chảy ngập khi hn > nHo
* Tính hn :
n : gọi là chỉ số ngập

n = (hn/H0)pg ≈ 0,75 ÷ 0,8. Sơ bộ chọn n = 0,8
hn = hh – P1 = h h .
(Vì P1 = 0 do Z ngưỡng = Zđk)
⇒ hn = hh = 3.43 m (bỏ qua độ cao hồi phục Zhp).
* Tính H0 :
Từ công thức H0 = H+V02/2g ta có :
ΩTK : Diện tích mặt cắt kênh hạ lưu cống
ΩTK = (b+mh)h = (12 + 1.5 * 3.43)3.43 = 58.81 m2
V0 = QTK/ΩTK = 80 / 58.81 = 1.36 m/s
 1.36 2 
 = 3.52 m
⇒ H o = 3.43 + 
19
.
62


Vậy: hn = 3.43 m > 0,8H o= 0.8 * 3.52 = 2.82 m
=>Thoã mãn điều kiện đập chảy ngập.
* Tính bề rộng cống :
Tính tổng bề rộng cống từ công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập.

Q c = ϕ n .ϕ g . ∑ b.b 2g(H o − h)
=> ∑ b =

Q TK
ϕ n .ϕ g .h. 2g(H o − h)

Trong đó :
- ϕn : hệ số lưu tốc chảy ngập lấy theo trò số của hệ số lưu lượng m (tra bảng

Cumin bảng 14-12 GTTL tập III trang 35) ta lấy m = 0.36; tra bảng(14-13)
ta được ϕn = 0.96
- ϕg : hệ số lưu tốc phụ thuộc thêm khi có co hẹp ngang.
ϕg = 0,5 ε0 + 0,5 (ε0 sơ bộ ta chọn = 0.97)
=> ϕg = 0.5*0.97 + 0.5 = 0.98
Q TK
80
=
= 18.66 m
Vậy ∑ b =
ϕ n .ϕ g .h. 2g(H o − h) 0.96 × 0.98 × 3.43 × 19.62 × (3.52 − 3.43)
Chọn ∑b = 20 m
b. Phân chia các khoang và chọn mố :
Chọn 4 khoang mỗi khoang 5 m;
Mố trụ: 3 mố trụ mỗi mố rộng 1m.
d. Kiểm tra chiều rộng cống :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Lớp TH 9
Trang 5


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

εo =

∑b
20
=
= 0.86
(∑ b + ∑ d) 20 + 3

Trong đó : ∑d = 3 m ; là tổng chiều dày các mố.
- Tính lại ∑b
với ε0 = 0,86 ⇒ ϕg = 0,5ε0 + 0,5 = 0,5 . 0,94 + 0,5 = 0,93
Q TK
80
=
= 19.66 m
⇒ ∑b=
ϕ n .ϕ g .h. 2g(H o − h) 0.96 × 0.93 × 3.43 × 19.62 × (3.52 − 3.43)
Vậy chọn ∑b = 20 m là phù hợp.

III/- TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI :
1- Trường hợp tính toán :
Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu lớn
Với cống lấy nước khi Z sông lớn , Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy , chế độ đóng mở
cữa van trong trường hợp này đơn giản là mở đều các cống .
2-Xác đònh lưu lượng tính toán tiêu năng :
Để xác đònh lưu lượng tính toán tiêu năng, cần tính với các cấp lưu lượng
từ Qmin đến Qmax , với mỗi cấp Q ta xác đònh được độ mở cữa cống a .
Qtt là trò số ứng với (hc’’ – hh)max
(Kết quả tính ghi ở bảng trang sau)

Q = ε × ϕ × ∑ b × h c 2g ( H o − h c )
Trong đó :
ε : hệ số co hẹp bên, lấy ε = 1
ϕ : hệ số lưu tốc, lấy ϕ = 0.95
hc = ε.a với ε là hệ số co hẹp đứng ε = 0.61.
Ho : cột nước tính toán trước cửa van Ho = 7.2 (bỏ qua lưu tốc tới gần)
Q

3
Tính Ftc =
ϕ ⋅ bc ⋅ Ho 2
và a/H = 0.09. Nên ta có độ mở cống a =0.65 m
hc = Tc . Ho = ε.(a/H).H = ε.a = 0,61* 0,65 = 0,40 m
- Tính độ sâu phân giới hk : hk =

3

α q2
g

với q = Q/bc =80/12 = 6,67 m2/s nên

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 6

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
6,67 2
= 1,65 m
=> h k =
9,81
3

- Theo bảng tính trang bên ta có:
+ Độ sâu liên hiệp hc " = 2,87 m
+ hh = 2.43 m.

So sánh các độ sâu ta thấy :
hc = 0,4 m < hk = 1,65 m < hh = 2,43 m < hc" = 2,87 m =>dòng chảy trong
cống chảy tự do, và do hc" > hh nên sau cống có nước nhảy phóng xa. Để đảm
bảo cho hạ lưu làm việc bình thường ta bố trí thiết bò tiêu năng.
Từ bảng tính xác đònh được:
+ Qtt tiêu năng:
Q = 50m3/s
+ Độ mở cũa cống: a=0.65 m
3- Tính toán tiêu năng :
a)
Sơ đồ tính toán:
b)
Xác đònh kích thước bể tiêu năng.
+ Sơ bộ chọn d1=hc”-hh = 2.87 – 2.43 =0.44 m, chọn d1=0.55m.
q
Tính : F(τc) =
ϕ.H 301/ 2
Trong đó:
ϕn = 1
H01 = H0 + d1 = 7.2 + 0.55.
q = 4.17 m3/s.
4.17
=> F(τc) = 1 × 7.75 3 / 2 = 0.193
Tra bảng phụ lục (15-1) ta được : τc” = 0.372

=> hc” = H01 x τc” = 7.75 x 0.372 = 2.88 m.
q2
q2
4.17 2
4.17 2

−
=
−
= 0.05
- Tính : ∆ Z =
2g.ϕ b .h 2h 2g.( h ,c, ) 2 19.62 × 0.95 × 2.43 2 19.62 × 2.88 2
(Trong đó ϕb = 0.95)
- Tính : d=σ. hc”- hh - ∆Z = 1,05 . 2,88 – 2,43 – 0.05 = 0,544
(Trong đó: σ : Là hệ số chảy ngập lấy trong khoảng 1.05 – 1.1)
Vậy chọn chiều sâu bể d=0.55 là hợp lý.
+ Tính chiều dài bể tiêu năng :
Lbể = l1 - βln
Trong đó:
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 7

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
l1 = 0
β = 0,8 ( đập không có ngưỡng).
ln : Chiều dài nước nhảy . Theo Saphơvanet có:
ln = 4.5hc” = 4.5 x 2.88 = 13,0 m
=> Lbể = 0,8 . 13 = 10,4 m.
Chọn Lbể = 11,0 m

PHẦN III
BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG
I/- THÂN CỐNG : Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận trên đó.

1. Cửa van :
Chọn cửa van phẳng , cấu tạo bằng thép ,với dàn đóng mở van quay,
đỉnh cữa van cao hơn đáy tường ngực 0.2m .
2. Tường ngực :
a- Cao trình đáy tường ngực :
Do không yêu cầu giao thông thủy nên ta có thể chọn Z đt theo công
thức :
Zđt = Ztt + δ = 3,68 + 0,5 = 4,18m
Trong đó :
Ztt = 3,68 m : Cao trình mực nước tính toán.
δ = 0,5 m : Độ lưu không
b- Cao trình đỉnh tường :
Lấy bằng cao trình đỉnh cống được xác đònh theo công thức :
Zđc = MNDGC + ∆h’ + ηs’ + a’ (*)
Với :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 8

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
- MNDGC = Zsôngmax = 8,6 m
- ∆h’ : Độ dền do gió tính với trường hợp vận tốc gió bình quân lớn
2.10 −6 V 2 .D. cos αβ
∆
H
'
=
nhất theo công thức :

g.H
Trong đó:
Vận tốc gió bình quân lớn nhất V50% = 14 m/s
Đà gió; D = 300 m; g = 9,81 m/s2 ; αβ = 00
H= 8,6 – 0,0 = 8,6 m là chiều sâu dưới đập
2.10 −614 2 .300.1
= 0.0014 m
⇒ ∆ H' =
9.81 × 8.6
c- Xác đònh độ dềnh cao nhất của sóng (ηs’) :
(công trình cấp II ⇒ P = 1%). Tính ηs’ theo các bước sau :
Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0,5λ
* Tính các đại lượng không thứ nguyên :
gt 9.81 × 6 × 3600
=
= 1472
*
V
14
Với t là thời gian gió thổi liên tục lấy t = 6 giờ

gD 9.81 × 300
=
= 15,02
V2
14 2
Tra đồ thò P2-1 hướng dẫn đồ án môn học trang 136 ta tra được cặp nhỏ
*

nhất :

Ứng với
Tính :

gt
= 15
V

được

τ và h

gτ
τ =  x
V
gh
h =

2
V

gτ2

gτ
= 1,3 ;
V

gh
= 0,0127
V2

V
14
 = 1,3.  = 1,85 m
g
9,81
2
V
142
x  = 0,0127.  = 0,253 m
g
9,81

9,81. 1,852

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 9

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
⇒ λ

= 
2π

= 
2. 3,14

= 3,4 m

* Kiểm tra điều kiện sóng sâu H > 0,5λ ⇒ 8,5 > 0,5. 3,4 = 1,7 m
Vậy giả thiết ban đầu sóng nước sâu là đúng.
* Tính chiều cao sóng theo tần suất P = 1% như sau :
h1% = K1%. hs . Tra đồ thò P2-2 hướng dẫn đồ án môn học thủy công với
gD/V2 = 15 tra được K1% = 2,08 ⇒ h1% = 2,08. 0,253 = 0,526 m
* Tính độ dềnh cao nhất của sóng :
ηs’ = kns. h1% . Tra đồ thò P2-4 với :
λ
3,4
h
0,253
 =  = 0,459 và
 =  = 0,07 ⇒ kns = 1,15
H
7,4
λ
3,4
ηs’ = 1,15. 0,526 = 0,6 m
* a’ = 0,3 m là độ vượt cao an toàn tra bảng (5-1) giáo trình thủy công
tậpI
Thay các giá trò tìm được vào công thức(*)
Zđc = 8,6 + 0,0014 + 0,6 + 0,3 = 9,5 m .
Vậy chiều cao tường ngực là : Htường = 9.5 – 4.18 = 5.32 m
+ Kết cấu tường gồm bản mặt và các dầm đỡ , bản mặt đổ liền khối với
dầm, chiều dày bản = 0,2 m.
3- Cầu công tác :
Dùng để đi lại thao tác cữa van , có chiều cao tính toán sao cho đảm bảo
khi kéo hết cửa van lên có khoảng không để đưa cửa van ra sửa chữa.

4- Khe phai:
Bố trí ở hai đầu cống để ngăn nước ở trong khoang cống được khô ráo
khi cần sửa chữa
5- Cầu giao thông :
Bố trí ngang đỉnh cống , để đảm bảo cho xe có tải trọng 8 đến 10 tấn đi
qua , chọn mặt cầu rộng 6 m.
6- Mố cống :
Bao gồm 2 mố bên và 3 trụ pin giữa.Trên mố bố trí khe phai và khe van .
Chiều dày trụ pin 1m , chiều dày mố bên trên đỉnh cống rộng 0.6m , đáy rộng
2m bằng BTCT liền khối với bản đáy , đầu trụ pin chọn dạng tam giác thượng
hạ lưu . Chiều dài mố sơ bộ chọn L = 20m
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 10

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
7- Khe lún : Dùng bao tải tẩm nhựa đường 2 lớp
8- Bản đáy cống :
Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn các điều kiện thủy lực , ổn đònh kết cấu
bên trên , ta chọn bằng chiều dài mố .
Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chòu lực , phụ thuộc vào bề rộng
khoang cống , tải trọng bên trên và tính chất nền . theo kinh nghiệm chọn bản
đáy dày 1m.
II/- ĐƯỜNG VIỀN THẤM : Bao gồm bản đáy cống , sân trước , chân khay.
1- Sân trước :
Sân trước làm bằng đất sét , bên trên có đá bảo vệ.
a- Chiều dài sân :
Xác đònh theo công thức :

Ls ≤ (3÷4) H = 4*3.43 = 13.72m
Chọn Ls = 14 m.
b- Chiều dày sân :
Chiều dày sân chọn phải thỏa mãn δ ≥ ∆H/[J]
Trong đó :
- ∆H độ chênh mực nước trước và sau sân , có thể lấy bằng độ chênh
mực nước trước và sau cống ∆H = 0.25m .
- [J] (Gradien thấm cho phép phụ thuộc vào vật liệu làm sân) = 4
∆H / [J] = 0.25/4 = 0.063
Vậy ta có thể chọn chiều dày sân trước là 0.25m .
Kết cấu sân trước ta chọn bằng bê tông đá 1x2 vữa M 150 , lớp lót bằng
bê tông đá 4x6 M100 .
2- Cọc cừ:
Cọc cừ bằng thép, Bố trí bản cừ ở đầu bản đáy phía thượng lưu, chọn
chiều dài cừ L=10m .
3-Chân khay :
Để tăng ổn đònh và kéo dài đường viền thấm, ta bố trí chân khay ở hai
đầu bản. Chọn chân khay sâu 1m.
4- Thoát nước thấm :
Bố trí các lỗ thoát nước trong phần bể tiêu năng , bên dưới có bố trí tầng
lọc ngược dưới sân.
5- Kiểm tra chiều dài đường viền thấm :
Đường viền thấm phải đảm bảo điều kiện : Ltt ≥ C.H
Trong đó:
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 11

Lớp TH 9

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
- C : Hệ số phụ thuộc loại đất nền, tra bảng P3-1 được C=2.5
- Ltt: Chiều dài tính toán của đường viền thấm
Ltt= Lđ+Ln/m
m: Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên đoạn thẳng đứng so
với đoạn nằm ngang, chọn m=1.5
H: cột nước lớn nhất của cống; H=8,6-2.7 = 5.9 m.
Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên
góc nghiêng so với phương ngang ≤ 450:
Lđ=0.8+0.2+10+0.5+0.5+1=13m
Ln: Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên
góc nghiêng so với phương ngang ≤ 450
Ln = 14 + 0.5 + 19 + 0.5 = 34
 Ltt = 13 + 34/1,5 = 35,6 m.
SƠ BỘ HÌNH VẼ SAU:
SƠ ĐỒ TÍNH THẤM

8.0

0.5

1.0 2.43

8.6

Không tính độ vượt cao an toàn và dộ dềnh của sóng

14.0

=> Ltt = 35,6 m > 2,5* 5,9 = 14,75 m.

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 12

0.5

20.0

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
Vậy công trình đảm bảo điều kiện an toàn về chiều dài đường viền thấm .
III/- NỐI TIẾP THƯNG, HẠ LƯU :
1Thượng lưu :
Để dòng chảy thuận dòng bố trí tường cánh dạng loe từ mái kênh đến
tường bên của cống.
2Hạ lưu :
Tường cánh có góc loe tg θ =14o
Sân tiêu năng bằng bê tông.
Chiều dày sân sau : t = 0,15. V1 √ h1
Trong đó :
V1 ,h1 :Lưu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy ứng với h1 = hc = 0,4 m
q
4.17
V1 =  =
 = 10,43 m/s.
h
0.4
hb = σhc”
hc = h1 = 0,4 m

t = 0.15V1 h1 = 0.15 × 10.43 0.4 = 0.98 m
Chọn t = 1,0 m.
+ Chiều dài sân sau : Tính theo công thức :
Trong đó:

L SS = K q ∆ H
δ.H = 5,9 m : Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu.
q = QTK/B = 50/12 = 4,17 m/s : Lưu lượng đơn vò cuối sân tiêu năng.
K = 8 : Hệ số phụ thuộc nền đất dính.

L SS = 8. 4,17. 5,9 = 25,5m
Chọn LSS = 26,0 m

PHẦN IV :
TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 13

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
I/-XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN :
Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay xác đònh lực đẩy ngược lên
đáy công trình Wt và Grien thấm J.
Trong đồ án này chỉ tính cho trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ
lưu lớn nhất ứng với trường hợp chống lũ .
Hmax = Zsôngmax – Zđồngmin = 8.6 – 2.7 = 5.9m
II/- TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH :
1. Những vấn đề chung:

a. Mục đích : Xác đònh được các thông số cơ bản của dòng thấm wt và J.
b. Trường hợp tính toán :
- Chọn trường hợp tính toán là bất lợi nhất
- Cột nước cống làm việc, tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ
lưu là lớn nhất :
∆hmax = Zsôngmax - Zsôngmin = 8.6 – 2.7 = 5.9.m
c. Phương pháp tính :
Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay và phương pháp tỷ lệ đường
thẳng.
2. Tính thấm:
a. Vẽ lưới thấm: Bằng phương pháp vẽ đúng dần dựa và các điều kiện sau:
Tất cả các đường dòng và đường thế phải vuông góc nhau.
Các ô lưới phải là hình vuông cong.
Tiếp tuyến các đường thếvẽ từ các điểm góc của đường viền phải
trùng với phân giác của góc đó.
Các giới hạn của đường lưới thấm:
+ Đường thế đầu tiên : mặt nền thấm thượng lưu.
+ Đường thế cuối cùng : mặt nền thấm hạ lưu.
+ Đường dòng đầu tiên : đường viền thấm.
b. Xác đònh các yếu tố dòng thấm dưới đáy công trình.
- Gọi n : là số dải lưới thấm.
- Cột nước thấm qua mỗi dải là: ∆H = H/n.
- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ các đường thế cuối cùng i giải được tính
H
theo công thức: h x i h
n
Dựa vào hx ta vẽ được biểu đồ áp lực thấm dưới đáy công trình.
3. Tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng.

II

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 14

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
Chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo công thức.
L
L tt = L đ + n
Sơ bộ lấy Ltt = 35,6m
m
Tính áp lực đẩy ngược lên bản đáy:
X
h x = tt
- p lực thấm:
L tt

a.

Trong đó

H=5,9 m

•
SƠ ĐỒ TÍNH THẤM

8.0

0.5

1.0 2.43

8.6

Không tính độ vượt cao an toàn và dộ dềnh của sóng

14.0

0.5

20.0

XA
9.5
× H=
× 5.9 = 1.57 m
L tt
35.6
1
HB =
× 5,9 = 0,16 m
36,5
• Tổng áp lực tác dụng lên bản đáy:
Tính

HA =

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn

Trang 15

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
HA + HB
1.57 + 0.16
× γn × L=
× 1 × 20 = 17.3 T / m
2
2
- p lực thuỷ tónh đẩy ngược:
W1 = γ n × ( h 2 + t ) × L = 1 × (2.43 + 0.5) × 20 = 58.6 T / m
Wth =

hh+t
HA

HB
Wth

W1

b. Tính Gradien dòng thấm:
- Trên đoạn viền thẳng đứng:
- Trên đoạn nằm ngang:

H 5,9
=

= 0,166
L tt 35,6
J 0,166
Jn = đ =
= 0,11
m 1,5
Jđ =

3- Xác đònh áp lực thấm :
- Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải được xác đònh theo công thức :
∆H = H/n = 5.9/24 = 0.25
- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ xác đònh theo công thức :
hx = ix * ( H/n )
(1)
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 16

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
Trong đó:
- H: chênh lệch cột nước thượng hạ lưu = 5.9 m
- n :số dải của lưới thấm (n = 24)
- Ix : số dải tính từ điểm tính toán đến đường thế cuối cùng .
Dựa vào công thức trên ta vẽ được áp lực thấm dưới đáy công trình . Từ
đó xác đònh được tổng áp lực thấm tác dụng lên bản đáy .
* Cột nước thấm tại điểm A cách đường thế cuối cùng 18 dải là :
hA = 18*5.9/24 = 4.43 m
* Cột nước thấm tại điểm B cách đường thế cuối cùng 6 dải là :

hB = 6*5.9/24 = 1.48 m
- Từ kết quả trên ta vẽ được biểu đồ áp lực thấm dưới đáy công trình, từ đó tính
được tổng áp lực thấm đẩy ngược lên bản đáy.
H + HB
4.43 + 1.48
Wth = A
× γn × L=
× 1 × 20 = 59.1 T / m
2
2
- p lực thủy tónh đẩy ngược được xác đònh :
Wtt = γ n × (h 2 + t ) × L = 1 × (2.43 + 0.5) × 20 = 58.6 T / m
⇒ Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống là :
W = Wtđ + Wtt = 59.1 + 59.6 = 117.7 T/m
+ Điểm đặt của tổng áp lực đẩy ngược được xác đònh như sau :
Gọi e là khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm A đáy cống.
L (b + 2a)
e= .
3 ( b + a)
Trong đó : L = 20 m
b = 1.5 + 3.5 = 5.0 m

e =

20 (5 + 2 * 8)
= 10.77 m
(5 + 8)
3
a = 4.5 +3.5 = 8.0 m

4- Xác đònh lưu lượng thấm đơn vò :
Gọi m là số ống dòng , n là số dãi của lưới thấm.Lưu lượng thấm đơn vò
sẽ là :
m
7
q = K . .H = 2.10 −6 *
* 6.0 = 3.5.10 −6
n
24
Trong đó K = 2.10-6 m/s (Đối với đất cát pha)
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 17

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

5- Xác đònh gradien thấm :

J TB = i.

∆H
H
=
∆S
n.∆S

Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là ∆s sẽ là :
Dựa vào công thức để vẽ biểu đồ gradien thấm tại cửa ra.

Ta có:
- Với S1 = 0.6  Jtb 1 = 6.0 / (24* 0.8) = 0.3125
- Với S2 = 0.6  Jtb 2 = 6.0 / (24*1.2) = 0,2083
- Với S3 = 0.6  Jtb 3 = 6.0 / (24*1.4) = 0,1786
- Với S4 = 0.6  Jtb4 = 6.0 / (24*1.8) = 0.1389
Dựa vào số liệu tính toán trên vẽ biểu đồ gradien thấm cửa ra và xác đònh được
JTB
JTB = (0.3215 + 0.2083 + 0.1786 + 0.1389 )/4 = 0.2118
III/- KIỂM TRA ĐỘ BỀN THẤM CỦA NỀN :
Kiểm tra độ bền thấm chung :
Jk tb
J tb ≤
Kn

Trong đó Jtb là gradien cột nước trung bìnhtrong vùng thấm tính toán ; J ktb là
gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán, (tra bảmg ta có J ktb = 0.22).Kn :
hệ số tin cậy Kn = 1.15.
J tb =

H

Ttt ∑ ζ

Trong đó : H : cột nước tác dụng : Ttt : chiều sâu tính toán của nền
Ttt =9.5-1 =8.5;
Σζ là tổng hẹ số cản của đường viền thấm tính theo phương pháp của Trugarep.
-Tính Σζ = ζv + ζr + ζđ + ζn
Trong đó : ζv , ζr : hệ số sức kháng ở bộ phận vào và ra. Ta coi bộ phận vào và
ra như nhau và không có cừ.
ζv = ζr = 0.44+ζb =0.44 + a/Ttt = 0.44 + 1/8.5 = 0.56

ζđ = ζb = a/Ttt = 1/8.5 = 0.12
ζn là hệ số sức kháng của bộ phận nằm ngang, vì không có cừ nên ζn = L/Ttt
=34/8.5 = 4
Vậy Σζ = ζv + ζr + ζđ + ζn = 2*0.56 + 0.12 +4 = 5.24
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 18

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
H

6
= 0.13
Thay các giá tròù J tb = T ζ =
8.5 × 5.24
tt ∑
So sánh ta thấy Jtb = 0.13 < 0.22/1.15 = 0.191
Kết luận đảm bảo độ bền thấm chung.
Kiểm tra độ bền thấm theo điều kiện :
Jra < [Jra]
Trong đó : - Jra là Gradien thấm cục bộ (Đã tính ở trên) .
- [Jra] Gradien thấm không cho phép xói ngầm cơ học , được
xác đònh theo biểu đồ Ixtômina phụ thuộc vào hệ số không
đồng đều hạt của đất .
Với đất nền là cát pha có η = d60/d10 = 9 ,Tra trên biểu đồ (Hình P3-1)
ta được [Jra] = 0.35
Với tính toán trên ta có JTB = 0.2118 < [Jra] = 0.35
Do đó độ bền thấm của nền tại cửa ra đảm bảo không bò xói ngầm cơ học

. Nhưng theo yêu cầu cấu tạo ta vẫn làm tầng lọc ngược để tăng khả
năng ổn đònh cho công trình .

PHẦN V : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG
I/- MỤC ĐÍCH :
Kiểm tra ổn đònh cống bao gồm kiểm tra về trượt, lật, đẩy nổi. Giới hạn trong
phạm vi đồ án ta chỉ tính toán kiểm tra ổn đònh về trượt của cống .
II/- XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN :
Tính với trường hợp bất lợi khi mực nước thượng , hạ lưu chênh lệch lớn
nhất
Căn cứ vào điều kiện làm việc của công trình ; trường hợp chống lũ mực nước
ngoài sông lớn nhất = 8.5 m và mực nước trong đồng min = 2.5 m. Vậy H = 6.0
m.
Sơ đồ tính toán là toàn bộ bản đáy với các bộ phận đặt lên nó .
III/- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯT :
1- Xác đònh các lực tác dụng lên công trình :
a/ Các lực đứng : Bao gồm :
- Trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác .
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 19

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
- Cửa van, tường ngực, mố cống , bản đáy .
- Nước trong cống .
- Phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vi khối trượt) và
các lực đẩy ngược (thấm, thủy tónh).
• Trọng lượng các mố : Gồm 2 mố bên và1 mố giữa .

P1 = [9.4*1*20*1 + 2*9.4*20(0.6 +2)/2]2.5 = 1692 T
Cánh tay đòn so với bản đáy a1 = 0
*Trọng lượng tường ngực :
P2 = (0.4*0.4 + 0.2*5.2)14*2.5 = 42 T

xc =

( 0.6 * 5.2) 0.3 − ( 0.4 * 4.4) 0.4 = 0.1706 m
F1 .x1 − F2 .x2
=
F1 − F2
( 0.6 * 5.2) − ( 0.4 * 4.4)

Xác đònh cánh tay đòn a2 :
⇒a2 = 6 – 0.1706 = 5.83 m
* Trọng lượng cầu công tác ( P3 ):
Trụ đứng (6 trụ)
= (6*0.4*0.4*10)2.5 = 24 T
Dầm ngang (6 dầm) = (6*0.3*0.3*4)2.5 = 5.4 T
Dầm dọc (2 dầm)
= (2*0.4*0.8*16)2.5
= 25.6 T
Hành lang , bậc thang = 20 T
Tổng cộng :
P3 = 75 T
a3 = 5.0 m
* Trọng lượng cầu giao thông :
Chọn cầu bê tông cốt thép cho các loại xe có tải trọng 8 _ 10 tấn
Có trọng lượng P4 = 100 T ; a4 = +2.0m
• Trọng lượng cữa van : P5

P5 = 0.157 * F 4 F = 0.157 * ( 5 * 14 ) 4 ( 5 * 14 ) = 31.8 T

P5 =31 T
a5 = 5 m
* Trọng lượng bản đáy : P6
P6 = [(1.0*19*20) + 2*19(1.0+2.5)/2]2.5 = 1116.25 T
P6 = 1200 T
a6 = 0
* Trọng lượng nước trong cống :
Trọng lượng nước trong cống ứng với trường hợp chống lũ :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 20

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
- Phần ngoài sông :
P7 = 8.5*15*5*1 = 638 T
a7 = 7.5m
-Phần phía đồng :
P8 = 2.5*15*15*1 = 563 T
a8 = +2.5 m
* p lực thuỷ tónh ở bản đáy cống :
P9 = 70*19 = 1330 T
a9 = 0
* p lực đẩy ngược ở bản đáy cống :
P10 = 60*19 = 1140 T
a10 = 3.3 m
b/ Các lực nằm ngang : Áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực đất bò động ở

chân khay thượng lưu.
* Áùp lực nước phía sông :
T1 = 0.5*γn*B*H2 = 0.5*1*15*8.52 = 542 T
e1 = 0.5 + H/3 = 0.5 + 8,5 / 3 = +3.3 m
* Áùp lực nước phía đồng :
T2 = 0.5*γn*B*hh2 = 0.5*1*15*2.5 = 19 T
e2 = 0.5 + hh/3 = 0.5 + 2,5/3 = 1.3 m
* Áp lực đất chủ động thượng lưu (chân khay thượng lưu) :
Ectl =1/2(γđH2λc)
Trong đó : - γđ trọng lượng riêng của đất
- H chiều cao cột đất tác dụng
Với α = β = δ = 0 => λc = tg2 (45o-ϕ/2) = tg2(45o-18o/2) = tg236o = 0.528
=> Ectl = 1/2(1.7*22*0.528) = 1.8 T/m
Toàn bộ chân khay Ectl = 1.8*19 = 34 T
e3 = 1.5 - 2/3 = 0.83 m
• Áp lực đất bò động hạ lưu (chân khay hạ lưu) :

Eb

hl

2.C λb
σb 
=
+
H
2
2






Trong đó: - σb cường độ áp lực đất tại điểm đáy chân khay được tính như sau
σb = γđ*H*λb + 2C λb
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 21

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
C = 0.3T/m2 lực dính đơn vò của đất
λb = tg2 (45o+ϕ/2) = tg2(45o+18o/2) = tg254o = 1.89

σb = 1.7*2*1.89 + 2*0.3 1.89 = 7.25T/m
⇒ Eb

hl

2 * 0.3 1.89
7.25 
=
+
2 = 8.07T
2
2



Toàn bộ chân khay Ebhl = 8.07*19 = 153 T
e4 = 1.5 – 2/3 = 0.83 m
2/- Xác đònh áp lực đáy móng :

Theo sơ đồ nén lệch tâm, được xác đònh bởi công thức :

σ =

∑P ∑M
±
F
W

Trong đó : - ΣP tổng các lực thẳng đứng (tấn)
- F diện tích đáy móng (m2)
- ΣM Tổng mô men của các lực tác dụng lên móng , lấy đối với
tâm đáy móng.
- W mô đuyn chống uốn của đáy móng(m3)
Tính ΣM = P1 a1 + P2 a2 + P3 a3 + P4 a4 + P5 a5 + P6 a6 + P7 a7 + P8 a8 + P9 a9
+ T1 e1 + T2 e2 + Ectl e3 + Ebhl e4
ΣM = 1692*0 – 42*5.83 - 75*5 +100*2 - 31*5 +1200*0 – 638*7.5 +
563*2.5 + 1140*3.3 +1330*0 + 542*3.3 - 19*1.3 - 34*0.83 + 153*0.83 =
1672Tm
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 22

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

ΣP = 1871 T
Fmg = 20*19 = 380 m2
W = (B*L2)/6 = (19*202)/6 = 1266.7 m3
Vậy :
σ

max
mg

σ

min
mg

1871
+

=
380

1672
= 6.24 T/m2.
1266.7

1871
-

=

1672

= 3.6 T/m2.

380
1266.7
σtb = (σmax+σmin)/2 = 4.92 T/m2
3- Phán đoán khả năng trượt : Xét 3 điều kiện
a/ Chỉ số mô hình hóa :
N = σmax/ (B. γđn) = 6.24/ (20 . 0.88) = 0,35< Nc = 3
Trong đó :
- B : Chiều rộng mảng (chiều // lực đẩy ngược).
- γđn : Dung trọng đất nền (lấy dung trọng đẩy nổi).
- Nc : Chuẩn số không thứ nguyên lấy = 3 đối với các loại đất khác
γđn = γk – (1 - n) γn = 1.52 –(1- 0.36)1 = 0.88 T/m3.
b/ Chỉ số kháng trượt :
tgΨ = tgϕ1 + C1/σth = tg 180 + 0,3/4.59 = 0,39
Trong đó : ϕ1; C1 : Góc ma sát trong và lực dính đơn vò đất nền
Ta có : tgΨ = 0,39 < 0,45 Yêu cầu không được thoã mãn.
c/ Hệ số mức độ cố kết :
C v0 =

K t (1 + e ) t 0
aγ n h0

2

≥ 0.4

Trong đó : - Kt : Hệ số thấm của đất nền ( Kt =2.10-6 m/s)
- e : Hệ số rỗng của đất nền tự nhiên (e=0.92)
- t0 : Thời gian thi công trình ( t = 63.25.106)

- a : Hệ số nén của đất nền (a = 2 m2/N)
- γn : Dung trọng của nước (γn = 9.81.103 N/m3)
- h0 : Chiều dày tính toán của lớp cố kết, lấy bằng chiều dày của
lớp đất có sét, nhưng trong trường hợp này ta lấy không lớn hơn B, ta chọn h 0 =
B = 20 m.
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 23

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
Vậy ta có : C v0 =

2.10 −6 .(1 + 0.92) × 63.25.10 −6
= 3.09.10 − 5
2
2 × 9810 × 20

Vậy một trong 3 điều kiện không đạt ngoài trượt phẳng còn phải xét cả trượt
sâu và trượt hổn hợp; Trong đồ án này chỉ yêu cầu kiểm tra trượt phẳng.
4- Tính toán trượt phẳng : Ổn đònh của cống về trượt phẳng khi :
nc. Ntt < (m/Kn). R
Trong đó :
nc = 1 : Hệ số tổ hợp tải trọng
m = 1.0 : Hệ số điều kiện làm việc tra bảng P1-5
Kn = 1.2 : Hệ số tin cậy
Ntt; R : Giá trò tổng quát của lực gây trượt và của lực chống trượt giới
hạn.
Ntt = Ttl + Ectl – Tht = 542+ 34 – 19 = 557 T

R = ∑P. tgϕ1 + m1. Ebhl + F. C =
= 1871* tg180 + 0.7*153 + 380* 0,3 = 829 T
nc. Ntt = 1. 557 = 557 T < (m/Kn). R = (1/1,2). 829 = 690.8 T
Đảm bảo an toàn trượt phẳng, công trình ổn đòmh.

PHẦN VI : TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY
CỐNG
I/- MỤC ĐÍCH VÀ CÁC TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN :
1. Mục đích :
- Xác đònh sơ đồ ngoại lực .
- Tính toán nội lực và bố trí cốt thép .
- Bố trí cốt thép trong bản đáy
Theo yêu cầu đồ án ta chỉ xác đònh sơ đồ ngoại lực để tính toán kết cấu
bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi .
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 24

Lớp TH 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
2- Trường hợp tính toán : Ta tính cho trường hợp khi chênh lệch mực nước
thượng hạ lưu lớn nhất. Vì vậy ta chọn trường hợptổ hợp chống lũ như đã tính ở
phần thấm và ổn đònh ở trên trên.
3- Chọn băng tính toán : Tính toán cho băng sau cửa van, có chiều rộng bằng
1m được giới hạn bởi hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy .
II/- TÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN BĂNG :
Gồm các lực tác dụng lên bản đáy, bao gồm các lực tập trung từ các mố,
lực phân bố trên băng và các tải trọng bên.
1- Lực tập trung truyền từ các mố :

- G1 : Trọng lượng các phần của mố.
- G2
: Trọng lượng tường ngực.
- G3
: Trọng lượng cầu công tác.
- G4
: Trọng lượng cầu giao thông.
- G5
: Tải trọng do người và xe trên cầu.
- G6
: trọng lượng cửa van .
- T1, T2 : p lực nước ngang từ thượng lưu và hạ lưu truyền qua khe van (khi
van đóng).

Sơ đồ tính toán lực của mố truyền cho bản đáy

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đàn
Trang 25

Lớp TH 9