Thiết kế cống lộ thiên

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
CHƯƠNG I : TÀI LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ
A. TÀI LIỆU (CỐNG B)
1. Nhiệm vụ : Cống B xây dựngg ven sông Y (vùng chòu ảnh hưởng của thuỷ
triều) để tiêu nước, ngăn triều giữ ngọt. Diện tích tiêu : 30.000 ha.
Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông có loại xe 8 – 10 tấn đi qua.
2. Các lưu lượng và mực nước thiết kế (Bảng 1)
Bảng 1 - Lưu lượngg và các mực nước cống B
Trường hợp

Tiêu nước

Ngăn triều

Chỉ tiêu
Đề số

Qtiêumax
(m3/s)

Zđồngkhống chế
(m)

Zsôngtk
(m)

Zsôngmin

(m)

Zsôngmax
(m)

Zđồngmin
(m)

47

77

3.74

3.58

0.10

6.35

1.12

3. Tài liệu về kênh tiêu
• Z đáy kênh = -1.00 m
• Độ dốc mái m =1,5 ; Độ nhám n = 0,025;
• Độ dốc đáy I=10-4 .
4. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng
Bảng 2 – Tần suất và tốc độ gió
Tần suất P%
2

3
5
20
V (m/s)
28,0
266,0
22,0
18,0

Trường hợp
D (m)

30
16,0

Bảng 3 – Chiều dài truyền sóng
Z sông bình thường
200

50
14,0

Z sông max
300

5. Tài liệu đòa chất
Đất thòt từ cao độ +1,00 đến –1,00;
Đất pha cát từ cao độ –1,00 đến –20,00;
Đất sét từ –20,00 đến –40,00
Chỉ tiêu cơ lý (Bảng 4)

6. Thời gian thi công : 2 năm.
Bảng 4 – Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

•
•
•
•

Loại đất
Chỉ tiêu
γk (T/m3)
γtn(T/m3)

Thòt

Cát pha

Sét

1,47
1,70

1.52
1,75

1,41
1,69
Trang-1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

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

THỦY CÔNG

0,40
19o
16o
1,50
1,00
4.10-7
0,67
2,2
8

0,38
23o
18o
0,50
0,30
2.10-6

0,61
2,0
9

0,45
12o
10o
3,50
2,50
1.10-8
0,82
2,3
7

A. YÊU CẦU ĐỒ ÁN
1. Xác đònh cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.
2. Tính toán thuỷ 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. Chuyên đề : Tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền
đàn hồi.
6. Bản vẽ : 1 – 2 bản vẽ khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính
diện thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.

CHƯƠNG II : PHẦN NỘI DUNG THIẾT KẾ
ξ 5-1. GIỚI THIỆU CHUNG

Ι. Vò trí, nhiệm vụ công trình
+Cống B xây dựng ven sông Y thuộc tỉnh R (vùng chòu ảnh hưởng của thủy

triều)
+Cống B xây dựng nhằm mục đích tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt cho diện
tích 30.000 ha.
ΙΙ. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế
1. Cấp công trình
Việc đònh cấp công trình ta dựa vào TCVN 5060-90 theo 2 điều kiện sau:
• Theo chiều cao công trình (cống bêtông trên nền đất)
Sơ bộ tính chiều cao công trình theo công thức sau:
∇đc = Hcmax + a
Trong đó :
a : độ vượt cao an toàn (a = 0,5m)
Hcmax = Zsôngmax – Zđáy kênh = 6,35 – (-1,00) = 7,35 m
⇒ ∇đc = 7,35 + 0,5 = 7,85 m
Với chiều cao 7,85 m ta tra bảng P1-1 (ĐAMH- Thủy Công – Trang 108) đối với
chiều cao trung bình từ 5 ÷ 10 m ta được cấp công trình là cấp IV .
• Theo nhiệm vụ công trình
Nhiệm vụ của công trình là tiêu nước cho 30.000 ha ⇒ Tra bảng P1-2 (ĐAMH –
Thủy Công – Trang 109) ta có cấp công trình là cấp III .
Trang-2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Từ 2 điều kiện

trên ta chọn cấp cao hơn làm cấp công trình, vậy công trình này

là công trình cấp III.

2. Các chỉ tiêu thiết kế
Dựa vào cấp công trình là cấp III ta xác đònh được :
• Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn đònh kết cấu là
Tra bảng P1-3(ĐAMH -Thủy Công - Trang 109) ta được P = 1%.
• Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất (theo QPTL C1-78)
+Tần suất gió lớn nhất ta tra P = 75% ⇒ v = 26 m/s.
+Tần suất gió bình quân lớn nhất tính toán là P = 50 % ⇒ V= 14 m/s.
• Hệ số điều kiện làm việc m =1.
• Độ vượt cao an toàn trên đỉnh sóng (tra bảng 5.1 -GTTC tập 1)
a = 0.5
a’ = 0.4
• Độ vượt cao an toàn mực nước tónh
d=1
d’ = 0.7
• Tra bảng P1-6( ĐAMH – Thủy Công – Trang 110 ) được hệ số tin cậy
Kn =1,15.
• Tra bảng P1-4 (ĐAMH – Thủy Công – Trang 110) được hệ số vượt tải
khi tính ổn đònh và độ bền của công trình:
+Đối với áp lực thủy tónh, áp lực sóng, áp lực nước đẩy ngược, áp lực thấm
có hệ số n = 1,00.
+Đối với trọng lượng bản thân của công trình có thể lấy n = 1,00.
+Đối với áp lực bên của đất có n = 1,20.

ξ 5-2. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG

Ι. Tính toán kênh hạ lưu
Theo tài liệu đã cho ta có :
Qtiêu = 77 m3/s, i = 10-4 , m = 1,5 , n = 0,025
Zđồngkhống chế = 3,74 m
Zsôngtk =3,58 m

Zđáy kênh = -1,00 m
Cột nước trong kênh tiêu h = Zsôngtk - Zđáy kênh = 3,58 – (-1,00) = 4,58 m
Dùng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực, ta xét :
f ( Rln ) =

Với

4 mo . i
Q

m = 1,5 (Phụ lục 8-1.Bảng tính thủy lực) ⇒ 4 mo = 8,424
⇒ f ( Rln ) =

8,424. 10 −4
= 0,001
77

Tra phụ lục 8-1 với n = 0,025 ta được : Rln = 3,338 m
h

4,58

⇒ R = 3,338 = 1,372
ln
Trang-3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THỦY CÔNG
h

b
Với R = 1,372 và m = 1,5 tra phụ lục 8-3 ta được : R = 4,33
ln
ln
 b
⇒ b = 
 Rln


.Rln = 4,33.3,338 = 14,45m


Vậy kênh tiêu hạ lưu có kích thước :
h = 4,58 m
b = 14,45 m
Zbờ = Zđáy kênh + h + 0,5 = 6,08 m

 Kiểm tra điều kiện về xói lở kênh
+ Lưu tốc max trong kênh :
Vmax

max
max
Qtiêu
Qtiêu
77
=
=
=
= 0,80m / s

ω
h( b + mh ) 4,58(14,45 + 1,5.4,58)

+ Lưu tốc không xói cho phép, theo TCVN 4118-85 : [Vkx] = K. Q0,1
Với đất trong kênh là đất cát pha (từ cao trình –1,00 đến cao trình –20,00 , theo tài
liệu đòa chất) có K=0,53. Suy ra, [Vkx] = K. Q0,1 = 0,53. 770,1 = 0,82 m/s.
Qua đó cho thấy Vmax = 0,80 m/s < [Vkx] = 0,82 m/s, vậy kênh hạ lưu không bò xói.

Kết luận, kích thước kênh hạ lưu:
h = 4,58 m
b = 14,45 m
Zbờ = Zđáy kênh + h + 0,5 = 6,08 m
Mặt cắt kênh hạ lưu
Zbờ
tk
sông

Z

h(m)
Zđáy kênh
b(m)

ΙΙ. Tính toán khẩu diện cống
1.Trường hợp tính toán :
Ta chọn trong trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần
tháo Qth = 77 (m3/s)
Ứng với trường hợp :
∆Zmin = Zđồngkhống chế - Zsôngtk = 3,74 – 3,58 = 0,16 m
2.Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :

a. Cao trình ngưỡng :
Trang-4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

+Dựa vào đòa chất lòng sông
+Dựa vào mựa nước trước và sau cống
⇒
Chọn cao trình ngưỡng bằng cao trình đáy kênh :
∇ngưỡng = ∇đáy kênh = -1,00 m
b. Hình thức ngưỡng :
Ngưỡng có tác dụng như đập tràn đỉnh rộng
3.Xác đònh bề rộng cống :
Sơ đồ tính toán khầu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng :
Zhp

H

h

hh

a. Đònh trạng thái chảy :
Theo QPTL C8-76 đập chảy ngập khi hn > n . Ho
Trong đó :
hn = hh = 4,58 m
n là hệ số 0,75 ≤ n ≤ ( 0,83 ÷ 0,87)

Ta chọn n = 0,82
α .V 2 o
Ho = H +
2.g

H = Zđồngkhống chế – Zđáy = 3,74 – (-1) = 4,74 m
α .V 2 o
Bỏ qua cột nước tới gần ,
=0

Với

2.g

⇒ H0 = 4,74 m
Từ trên ta được hn = 4,58 m > n . H0 = 0,82. 4,76 = 3,90 m.
Do đó trạng thái chảy qua cống giống như chảy qua đập tràn đỉnh rộng
chảy ngập .
b. Tính bề rộng cống :
Theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập :
Q = ϕ n .ϕ g .∑ b.h 2 g ( H 0 − h)

Trong đó :
+Với giả thiết đập tràn đỉnh rộng có cửa vào tương đối thuận, theo
bảng tra 14-12 (Bảng tính thuỷ lực) được hệ số lưu lượng gần đúng của
Cumin m = 0,36, tra theo bảng 14-13 (Bảng tính thuỷ lực) được hệ số
lưu tốc chảy ngập ϕn =0,96
+ϕg : hệ số phụ thêm của lưu tốc phụ thuộc vào hệ số co hẹp bên ε0
+ε0 : hệ số co hẹp bên, sơ bộ chọn ε0 = 0,95 (do ε0 nằm trong
khoảng từ 0,95 đến 1,0)

Trang-5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Suy ra : ϕg = 0,5. ε0 + 0,5 = 0,5. 0,95 + 0,5 = 0,975
+ h = 4,58 m
+ H0 = 4,76 m (bở qua cột nước tới gần)
Q

⇒ ∑b =

ϕ n .ϕ g .h. 2.g .( H 0 − h)

=

77
0,96.0,975.4,58. 2.9,81( 4,74 − 4,58)

= 10,14 m
c. Kiểm tra chế độ chảy :
+Giả sử chia cống ra làm 3 khoang, bề rộng mỗi khoang là 3,38 m
+Chọn 2 mố trụ, mỗi mố dày 1,0 m
+Chọn 2 mố bên, mỗi mố dày 0,8 m
⇒ ε0

=

∑b

∑b + ∑d

=

10,14
= 0,74
10,14 + 2.1,0 + 2.0,8

⇒ ϕg = 0,5. ε0 + 0,5 = 0,5. 0,74 + 0,5 = 0,87
+ Với đập không ngưỡng β = n.b/B = 0,75, chọn mố có góc vát
Tgθ = 1,0 tra theo bảng phụ lục 14-8 (bảng tính thuỷ lực) được hệ số m =
0,367, tra bảng 14-13 (bảng tính thuỷ lực) được hệ số lưu tốc ϕn =0,974.
Ta tính lại như sau :
⇒ ∑b =
=

Q

ϕ n .ϕ g .h. 2.g .( H 0 − h)
77

0,974.0,87.4,58. 2.9,81( 4,74 − 4,58)

= 11,20 m
+ Kiểm tra chế độ chảy như sau:
 hn/H0 = 4,58 / 4,74 = 0,96 >( hn/H0)pg = 0,7 ÷ 0,8
 Tìm hk,
Ta có lưu lượng chảy qua mỗi khoang cống : Q’ = 77/3 = 25,66 m3 /s

Lưu lượngg đơn vò : q = Q’/b = 25,66/4 = 6,42 m3/ s m
Với q = 6,42 tra bảng phụ lục 9-1 ứng với hệ số α = 1,0 ta được hk =1,616 m
Ta có : hn/hk = 4,58/1,616 = 2,83 > (hn/hk)pg =1,2 ÷ 1,4
⇒ Đãm bảo giả thiết chảy ngập.



Kết luận :
 Tổng chiều rộng thông nước : ∑b = 12,00 m.
 Số khoang cống : n = 3.
 Số mố trụ : nmt = 2 (dmt =1,0 m).
 Số mố trụ : nmb = 2 (dmb =0,8 m).
 Chiều rộng mỗi khoang : b = (∑b)/3 = 4,00 m.
 Chiều rộng bản đáy cống :
B = ∑b + 2dmt + 2dmb = 12,00 + 2.1,0 + 2.0,8 = 15,60 m.
ΙΙΙ. Tính tiêu năng phòng xói
Trang-6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

1.Trường hợp tính toán :
Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu lớn.
Đối với cống tiêu vùng triều ta tính toán cho trường hợp chênh lệch mực
nước thượng, hạ lưu là lớn nhất, mức nước triều hạ xuống là thấp nhất, ở
phía đồng là mực nước khống chế :
Zsôngmin = 0,1 m
Zđồngkhống chế = 3,74 m

Q tiêumax = 77 m3/s
2.Lưu lượng tính toán tiêu năng :
Với cống tiêu vùng triều, nói chung mực nước hạ lưu không phụ thuộc lưu
lượng tháo qua cống khi đó lưu lượng tính toán tiêu năng là khả năng tháo
lớn nhất tương ứng với mực nước đã chọn ở trên. Nghóa là Q TN = 77 m3/s.
Lúc này ta mở hết 3 khoang cống.
3.Tính toán kích thước thiết bò tiêu năng :
a. Xác đònh trạng thái chảy sau cống
*Lưu lượng đơn vò :

q =

Qtn
77
=
= 4,94m 3 / s.m
B
15,60

*Với q = 4,94 m3/s m ta tra bảng phụ lục 9-1(bảng tính thuỷ lực) được cột nước phân
giới hk =1,356 m
αV02
*Cột nước toàn phần : E 0 = H +
2g
Q

77

tn
Trong đó, v 0 = ω = 4,58.12 = 1,4m / s

⇒ E0
*Tính

=H +

αV02
2g

= 4,58 +

1.1,4 2
= 4,68m
2.9,81

q
4,94
F (τc ) =
=
= 0,5
ϕ.E 03 / 2
0,974.4,68 3 / 2

*Với F(τc) = 0.5 tra phụ lục 15-1(bảng tra thuỷ lực) được τ c = 0,121 ; τ c” =0,5604.
Suy ra,
hc = τ c .E0 = 0,121*4,68 = 0,566 m
hc”= τ c”E0 = 0,5604*4,68 = 2,622 m
*Cột nước hạ lưu : hh = Zsông min – Zđáykênh = 0,1 – (-1,00) = 1,1 m
*So sánh thấy như sau:
hc = 0,566 m < hk =1,356 m

hc”= 2,622 m > hh =1,1 m

 Vậy

có nước nhảy phóng xa sau cống, do đó phải làm công trình tiêu năng.
b. Chọn biện pháp tiêu năng
Ở đây là cống tháo nước và ngăn mặn, với nền là nền đất cho nên phương pháp
tốt nhất là đào bể tiêu năng. Nếu trường hợp phải đào bể khà sâu thì ta có thể xây
tường và đào bể kết hợp.
c. Tính toán kích thước bể tiêu năng
Chiều sâu đào bể được tính theo công thức sau :
d = σhc” – ( hh +Z2)
Trong đó,
σ- hệ số ngập, nằm trong khoảng 1,05 ÷ 1,10. Ở đây có thể chọn σ =1,10
Trang-7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

hc”- độ sâu liên hiệp sau nước nhảy.
Z2 – chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính như đập tràn đỉnh
rộng chảy ngập:
Giả thiết chiều sâu đào bể : dgt = hc” – hh =2,622 – 1,1 = 1,522 m
⇒ E0’ = E0 + dgt = 4,68 + 1,522 =6,202 m
Tính F(τc) theo công thức:
F (τc ) =

q

ϕn .E ' 30 / 2

=

4,94
= 0,336
0,95.6,202 3 / 2

Trong đó, ϕn – hệ số lưu tốc trong bể, ta coi như chảy qua đập tràn đỉnh rộng, tra bảng
15-1(bảng tính thuỷ lực) ta có ϕn = 0,95
Với Với F(τc) = 0,336 tra phụ lục 15-1 được τ c = 0,0775 ; τ c” =0,4707. Suy ra,
hc = τ c .E0 = 0,0775*6,202 = 0,48 m
hc”= τ c”E0 = 0,4707*6,202 = 2,92 m
z2 =

q2
2 gϕn2 hh2

−

q2

(

2 g σhc''

)

2

=

4,94 2
4,94 2
−
= 1,02m
2
2.9,81.0,95 2.1,12
2.9,81(1,10.2,92 )

Tính d lần thứ nhất : d1 = σhc” – ( hh + Z2) =1,10. 2,92 – (1,1 + 1,02) =1,092 m

Giả thiết lại dgt = d1 = 1,092 m
⇒ E0’ = E0 + dgt = 4,68 + 1,092 =5,772 m
Tính F(τc) theo công thức:
F (τc ) =

q

ϕn .E ' 30 / 2

=

4,94
= 0,4987
0,95.5,772 3 / 2

Trong đó, ϕn – hệ số lưu tốc trong bể, ta coi như chảy qua đập tràn đỉnh rộng, tra bảng
15-1(bảng tính thuỷ lực) ta có ϕn = 0,95

Với Với F(τc) = 0,4987 tra phụ lục 15-1 được τ c = 0,12 ; τ c” =0,5603. Suy ra,
hc = τ c .E0 = 0,12*5,772 = 0,693 m
hc”= τ c”E0 = 0,5603*5,772 = 3,234 m
z2 =

q2
2 gϕn2 hh2

−

q2

(

2 g σhc''

)

2

=

4,94 2
4,94 2
−
= 1,04m
2
2.9,81.0,95 2.1,12
2.9,81(1,10.3,234 )

Tính d lần thứ hai : d2 = σhc” – ( hh + Z2) =1,10. 3,234 – (1,1 + 1,04) =1,4 m

Ta thấy d ≈ d

do đó ta có thể chọn chiều sâu đào bể là d = 1,00 m.
d. Tính toán kích thước bể, tường tiêu năng kết hợp
•Điều kiện đảm bảo tiêu năng kết hợp :
d + c = σhc” – H1
Trong đó, d- chiều sâu đào bể (m)
c – chiều cao tường (m)
σhc” = hb – cột nước trong bể (m)
H1 – cột nước trên đỉnh tường tiêu năng (m)
•Ở đây ta tính toán theo phương thức chọn chiều cao tường sau đó còn bao
nhiêu thì tiến hành đào bể.
•Chiều cao tường giới hạn được tính theo công thức sau:
2

gt

2/3

 q

q2

C 0 = h c1 + 2
−
2

ϕ' .2g.h c1  m. 2g 



Trang-8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Trong đó,hc1 – chiều cao nước nhảy sau tường, nó chính là độ sâu liên hiệp với
độ sâu hh, nghóa la 2đãm bảo sau tường có nước nhảy ngập. hc1 được tính theo công
thức sau:
hc1 =

hh
2

2
2




 1 + 8αq −1 = 1,1  1 + 8.1.4,94 −1 = 2,2m
3
3





2 
ghh
9,81.1,1




ϕ’ –hệ số lưu tốc, tra theo bảng 15-1(bảng tính thuỷ lực) coi dòng
chảy qua tường như chảy qua đập tràn đỉnh rộng có được ϕ’ = 0,95, tra tiếp bảng 1413(bảng tính thuỷ lực) được hệ số lưu lượng m =0,36. Suy ra:
⇒ C 0 = 2,2 +



4,94 2
4,94

−
2
2
 0,36 2.9,81 
0,95 .2.9,81.2,2



2/3

= 0.39

Chọn chiều cao tường c = (0,90 ÷ 0,95)C0. Vậy chọn c = 0,95 C0 =0,39 m
•Như tính toán ở phần trên ta có : hc = 0,693 m

hc”= 3,234 m
hb = σhc’’ =1,01.3,234 = 3,26 m
•Cột nước trên đỉnh tường được tính theo công thức sau:
2/3



q
αq 2


Ht =
−

2gh 2b
 σn m t 2g 
Với giả thiết σngt =0,98; như trên ta đã có hệ số lưu lượng m = 0,36. Suy ra:
2/3



4,94

Ht =
 0,98.0,36. 2.9,81 



−

1.4,94 2
= 2m
2.9,81.3,26 2

⇒ d = σhc” – H1 – c = 3,26 – 2 –0,39 = 0,87 m

•Kiểm tra lại giả thiết, bằng cách lập tỷ số:
hn
=
H0

hh − c
1,1 − 0,39
=
= 0,32
2
q
4,94 2
Ht +
2
+
2 ghb2
2.9,81.3,26 2

Ứng với giá trò hn/H0 = 0,32 ta tra phụ lục 14-1(bảng tính thuỷ lực) được σn =0,99 vậy
giả thiết trên là hợp lý.

 Vậy, + chiều cao tường là c = 0,39 m
+chiều sâu đào bể là d = 0,87 m
e. Tính toán chiều dài bể tiêu năng

Chiều dài của bể được tính theo công thức sau:
Lb = L1 + βnLn
Trong đó,
L1 –Chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng. Tính theo
Trectôuxốp:

L1 = 2 hk ( P + 0,35hk

)

= 2 1,616( 0 + 0,35.1,616 ) =1,9m

Ln –Chiều dài nước nhảy, lấy theo công thức kinh nghiệm:
Ln = (4,5 ÷ 5,0)(hc’’-hc) =4,5(3,234 – 0,693) =11,43 m
β - Hệ số (0,7 ÷ 0,8), ta có thể chọn β = 0,8
Vậy, Lb = L1 + βnLn = 1,9 + 0,8. 11,43 = 11,05 m

 Kết luận chung:

•Phương án đào bể: chiều sâu đào bể d = 1,0 m;
Trang-9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

chiều dài bể Lb = 11,05 m
•Phương án bể, tường kết hợp: chiều sâu đào bể d = 0,87 m;
chiều cao tường c = 0,39 m;

chiều dài bể Lb = 11,05 m.

ξ 5-3. BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG

Ι. Thân cống
Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó :
1. Cửa van :
Việc chọn cửa van thường thông qua so sánh điều kiện kinh tế, kỹ thuật để
co thể chọn phương án là cửa van phẳng hay cưả van cung. Ở đây ta chọn
phương án cửa van phẳng có cấu tạo bằng thép, ∇cửa van cao hơn ∇đáy tường ngực
một khoảng là 0,3 m
2. Tường ngực
a) Các giới hạn tường ngực
+ Cao trình đáy tường ngực được tính theo công thức sau:
Zđáytường = Ztt + δ
Trong đó:
Ztt – Cao trình tính toán khẩu diện cống
Ztt = Zđốngkhống chế = 3,74
δ - Độ lưu không (δ = 0,5 ÷ 0,7), ở đây ta chọn δ = 0,5 m
⇒ Zđáytường = 3,74 + 0,5 = 4,24 m
+ Cao trình đỉnh tường ngực: Xác đònh như cao đỉnh đập bêtông trọng
lực
Zđỉnhtường = Zsôngtk + ∆h + ηs + a
Z’đỉnhtường = Zsôngmax + ∆h’ + η’s + a’
Zđỉnhtường = Zsôngtk + d
Z’đỉnhtường = Zsôngmax + d’
Trong đó:
 a, a’- Độ vượt cao an toàn ứng với trường hợp Zsôngtk và Zsôngmax (a =
0,5 m; a’ = 0,4 m)
d, d’- Độ vượt cao an toàn (d = 1,00; d’ = 0,70)

 Zsôngtk = 3,58
Zsôngmax = 6,35
∆h, ∆h’- Độ dềnh do gió, được tính như sau:
2
−6 V D
∆h = 2.10
Cosαs
gH
∆h ' = 2.10 −6

V ' 2 D'
Cosα's
gH '

trong đó,
-αs, αs’ : Góc kẹp giữa trục dọc của công trình và hướng gió, ta chọn ứng
với trường hợp nguy hiển nhất la αs= αs’ = 0.
Trang-10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

-D, D’ : Là đà gió ứng với mực nước sông thiết kế và mực nước sông
max. Ởû đây, theo tài liệu về gió thì D = 200 m; D’ = 300 m.
-H, H’ : Chiều sâu cột nước
H = Zsôngtk – Zđáy = 3,58 – (-1,00) = 4,58 m
H’ = Zsôngmax - Zđáy = 6,35 – (-1,00) = 7,35 m
-V, V’ : Là tốc độ gió ứng với mực nước sông thiết kế và mực nước sông

max, theo tài liệu về gió ta có V = 26 m/s; V’ = 14 m/s.
2
−6 26 .200
= 0,006m
⇒ ∆h = 2.10
9,81.4,58
⇒

∆h' = 2.10 −6

14 2.300
= 0,016m
9,81.7,35

 ηs, ηs’- Độ dềnh cao do sóng, được tính toán như sau:
-Xác đònh các yếu tố của sóng hstb, λstb, τstb với giả thiết là sóng nước sâu H > 0,5λstb
*Lập các tỷ số không thứ nguyên (chọn thời gian gió thổi liên tục t = 6 giờ)
gD/V2 = (9,81.200)/262 = 2,90. Tra theo hình P2-1(ĐAMH-Thuỷ Công)
⇒ gτstb /V = 0,55
g hstb/V2 = 0,0032
gt/V = (9,81.6.3600)/26 =8150. Tra theo hình P2-1(ĐAMH-Thuỷ Công)
⇒ gτstb /V = 4,0
g hstb/V2 = 0,08
Chọn cặp có giá trò bé, ta tính :
τstb = (gτstb /V).(V/g) = 0,55.(26/9,81) = 1,5 s
hstb = (g hstb/V2).(V2/g) = 0,0032.(262/9,81) = 0,22 m
λstb = g(τstb)2/2π = (9,81. 1,52)/2. 3,14 = 3,52 m
Kiểm tra lại ta thấy H = 4,58 m > 0,5λstb = 0,5. 3,52 = 1,76 m, vậy giả thiết hợp lý.
⇒ hs = K3%. hstb , với K3% tra theo hình P2-2 (ĐAMH-Thuỷ Công) tương ứng với i=
3%; gH/V2 = (9,81. 4,58)/262 =0,07 ta được K3% =1,90. Vậy ta có:

hs = 1,90. 0,22 = 0,42 m
⇒ηs = Kηs. hs , với Kηs tra theo hình P2-4a (ĐAMH-Thuỷ Công) tương ứng với
λ/H = 3,52/4,58 = 0,77; hs/λ = 0,42/3,52 = 0,12 ta được Kηs =1,05. Vậy ta có:
ηs = 1,05. 0,42 =0,44 m
-Xác đònh các yếu tố của sóng h’stb, λ’stb, τ’stb với giả thiết là sóng nước sâu H’ >
0,5λ’stb
*Lập các tỷ số không thứ nguyên (chọn thời gian gió thổi liên tục t = 6 giờ)
gD’/V’2 = (9,81.300)/142 = 15,02. Tra theo hình P2-1(ĐAMH-Thuỷ
Công)
⇒ gτ’stb /V’ = 0,90
g h’stb/V’2 = 0,0075
gt/V’ = (9,81.6.3600)/14 = 15135. Tra theo hình P2-1(ĐAMH-Thuỷ
Công)
⇒ gτ’stb /V’ = 4,0
g h’stb/V’2 = 0,08
Chọn cặp có giá trò bé, ta tính :
Trang-11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
tb
s
tb
s
tb
s

THỦY CÔNG
tb
s

tb
s
tb 2
s

τ’ = (gτ’ /V’).(V’/g) = 0,90.(14/9,81) = 1,3 s
h’ = (g h’ /V’2).(V’2/g) = 0,0075.(142/9,81) = 0,15 m
λ’ = g(τ’ ) /2π = (9,81. 1,32)/2. 3,14 = 2,64 m
Kiểm tra lại ta thấy H’ = 7,35 m > 0,5λ’stb = 0,5. 2,64 = 1,32 m, vậy giả thiết hợp lý.
⇒ h’s = K5%. h’stb , với K5% tra theo hình P2-2 (ĐAMH-Thuỷ Công) tương ứng với i=
5%; gH’/V’2 = (9,81. 7,35)/142 =0,37 ta được K5% =1,90. Vậy ta có:
h’s = 1,90. 0,15 = 0,29 m
⇒η’s = K’ηs. h’s , với K’ηs tra theo hình P2-4a (ĐAMH-Thuỷ Công) tương ứng với
λ’/H’ = 2,64/7,35 = 0,35; h’s/λ’ = 0,29/2,64 = 0,11 ta được K’ηs =1,22. Vậy ta có:
η’s = 1,22. 0,29 =0,35 m
Suy ra:
Zđỉnhtường = 3,58 + 0,006 + 0,44 + 0,5 = 4,53
Z’đỉnhtường = 6,35 + 0,02 + 0,35 + 0,4 = 7,10
Zđỉnhtường = 3,58 + 1,00 = 4,58
Z’đỉnhtường = 6,35 + 0,70 = 7,05
Vậy ta chọn cao trình đỉnh tường ngực là Zđỉnhtường = + 7,1 0. Do cống của ta không lớn
cho nên có thể không cần tường ngực. Khi cống của ta làm việc hai chiều thì khi bố trí
tường ngực phải làm hai phía, hay có thể bố trí ở phía hạ lưu để ngăn triều (do khi
triều lên thì cột nước ở hạ lưu tương đối lớn.
b) Kết cấu tường ngực
Tường ngực bao gồm bản mặt và các dầm đở, chiều cao tường được tính như sau :
ht = Zđỉnhtường - Zđáytường = 7,10 – 4,24 = 2,86 m
Do chiều cao tường không lớn do đó ta chỉ cần bố trí hai dầm đở (ở đỉnh và ở đáy
tường). Bản mặt được đổ liền khối với dầm, chiều dày bản mặt có thể sơ bộ chọn từ
0,1 m đến 0,3 m. Ở đây, ta chọn bản mặt dày 0,2 m; chiều dày chân tường chọn 0,3 m

(kích thước này được tíh toán chính xác hóa ở mục tính toán kết cấu phía sau).
Sơ Đồ Tường Ngực

286 cm

δ = 30 cm

δ = 20 cm

3. Cầu công tác
+ Tác dụng : Cầu công tác có tác dụng là nơi đặt máy để đóng mở và thao tác van.
+ Cầu công tác có chiều cao cần đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng
không cần thiết để đưa van ra khỏi vò trí khi cần. Sơ bộ có thể chọn cao trình đáy cầu
công tác:
Zđc =2(Zđỉnhtường –Zđáy) + 0,6 = 2 (7,10 –(-1,00)) + 0,6 = 16,80
Trang-12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

+ Kết cấu cầu công tác bao gồm bản mặt, dầm đở và các cột chống. Kích thước được
chính xác hoá ở phần tính toán kết cấu sau này.
4. Khe phai và cầu thả phai
Khe phai thường được bố trí phía đầu hoặc cuối cống, có tác dụng ngăn nước
giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Với các cống lớn thì trên cầu thả phai
thường bố trí đường ray cho cần cẩu thả phai, với cống nhỏ thì ta có thể thả phai bằng
thủ công.
5. Cầu giao thông

Cao trình mặt cầu có thể ngang hoặc thấp hơn đỉnh cống. Ta có thể chọn cao trình cầu
ngang với cao trình đỉnh cống Zđáy cầu = Zđỉnh tường.
Bề rộng cầu giao thông được chọn theo yêu cầu giao thông. Ở đây, đường giao thông
dành cho xe có tải trọng 8 ÷ 10 Tấn nên bề rộng cầu giao thông được chọn B = 8,00 m
trong đó lòng đường rộng 6 m, hai bên lề có bề rộng Blề = 1,00 m.
Mặt đường ta làm dốc về hai phía với độ dốc i= 1% để thoát nước mưa. Có bố trí
thêm các lổ thoát nước.
Để cầu không ảnh hưởng cản trở việc thao tác cửa van và khe phai, ta bố trí cầu giao
thông về phía hạ lưu cống và cách cầu công tác 1,00 m.
Sơ Đồ Đường Giao Thông
1,0 m

1%

1%

1,0 m

8,0 m

6. Mố cống
Mố cống bao gồm mố giữa và mố bên. Trên mố ta bố trí khe phai và khe van. Khe
van có kích thước 0,3 x 0,3 m; Khe phai có thể chọn với kích thước 0,2 x 0,2 m. Để
dòng chảy vào cống thuận dòng ta chọn dạng đầu mố lượn tròn. Chiều cao mố có thể
that đổi từ thượng lưu về hạ lưu (tuỳ theo mực nước giữa hai phía cống.
Sơ Đồ Mố Cống
R = 0,5 m
δmt = 1,0 m

7. Khe lún

Ở đây do chiều rộng cống không lớn lắm cho nên ta không cần bố khe lún.
8. Bản đáy
+ Chiều dày bản đáy cần thỏa mãn các điều kiện về thủy lực, ổn đònh của cống và
yêu cầu thiết kế bên trên. Thường chọn chiều dài bản từ điều kiện kết cấu bên trên
sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn đònh cống và độ bền của nền.

Trang-13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

+ Chiều dài bản đáy còn chọn theo điều kiện chòu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng
khoang cống, tải trọng bên trên và tính chất nền. Thường chọn theo kinh nghiệm, sau
đó nó được chính xác hóa bằng việc tính kết cấu bản đáy.
+ Ở đây sơ bộ chọn bản đáy như sau:
• Chiều rộng bản đáy :
B = Σb + 2δmb + 2δmt = 12 + 2. 1,0 + 2. 0,8 = 15,60 m
• Chiều dài bản đáy :
L = Bcầu công tác + δ + Bcầu giao thông + δ’ = 2,5 + 1,0 + 8,0 + 0,5 = 12,00 m
δ - khoảng cách giữa cầu công tác và cầu giao thông, δ = 1,0 m.
δ’- khoảng không phía sau cầu giao thông, δ’ = 0,5 m.
• Chiều dày bản đáy : t = 1,0 m
ΙΙ. Đường viền thấm
Đường viền thấm bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khai.
Kích thước bản đáy cống như đã chọn ở trên. Sau đây là các bộ phận khác
1.Sân trước
+Vật liệu làm sân có thể là đất sét, bêtông cốt thép hay bitum, theo tài liệu đòa
chất thì vùng này có sẵn đất sét nên ta có thể tận dụng để làm sân trước.

+Chiều dài sân được xác đònh theo công thức sau:
Ls ≤ (3 ÷ 4) H
khống chế
Trong đó, H = Zđồng
- Zđáy = 3,74 – (-1,00) = 4,74 m
⇒ Ls ≤ 3H = 3. 4,74 = 14,22 m
Vậy ta có thể chọn Ls = 14,00 m
+Chiều dày sân : Ở đây ta chọn sân trước làm bằng đất sét phía dưới và lớp đá
xây khan phía trên, chiều dài đầu sân lấy theo cấu tạo t ≥ 0,5 m, còn chiều dày
cuối sân ta lấy theo yêu cầu chống thấm:

t≥

∆H
[ J ] , với công trình cấp III, dùng đất sét làm sân trước,

ta tra theo bảng P3-3 được [J] = 1,80; ∆H = 3,64 m là độ chênh cột nước. Ta tính
ra được t ≥ 2,01 m. Tuy nhiên theo yêu cầu cấu tạo và thi công nên ta có thể
chọn chiều dày sân trước là t = 1,00 m. Có thể làm thay đổi dần chiều dày sân
trước từ 0,50 m ở đầu sân, đến cuối sân là 1,00 m.
2.Bản cừ
a)Vò trí đặt
Khi cống chòu tác dụng của đầu nước một chiều, thường đóng cừ ở đầu bản đáy.
Trường hợp ở đây cống chòu đầu nước hai chiều có thể đóng cừ ở đầu nước có cột
nước cao hơn, khi đó cần kiểm tra ổn đònh của cống khi chiều cột nước thay đổi (do cừ
làm tăng cột nước đẩy ngược dưới bản đáy).
b)Chiều sâu đóng cừ
Chiều sâu đóng cừ phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều
kiện thi công. Tầng thấm ở đây khá dày, từ cao trình –1,00 đến cao trình –20,00 do đó
ta chỉ có thể làm cừ treo. Sơ bộ có thể chọn chiều sâu đóng cừ theo vật liệu làm cừ và

điều kiện thi công như sau: Chọn cừ gỗ để đóng, chiều dài của cừ chọn là S = 3,00 m.
3.Chân khay
Trang-14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Ở hai đầu bản đáy ta làm chân khay cắm sâu vào nền nhằm làm tăng ổn đònh và góp
phần kéo dài đường viền thấm. Ta chọn kích thước chân khay như sau : chiều sâu của
chân khay là 0,50 m, góc vát của chân khay là 450 .
4.Thoát nước thấm
Các lổ thoát nước thấm ta bố trí ở sân tiêu năng, dưới sân tiêu năng bố trí tầng
lọc ngược, đường viền thấm được tính đến vò trí bắt đầu có tầng lọc ngược. Trường
hợp cống của ta làm việc với cột nước hai chiều, ta có thể sử dụng một đoạn sân tiêu
năng không đục lổ ( đoạn tiếp giáp với bản đáy cống), đoạn này có tác dụng như một
s6an trước ngắn khi cột nước đổi chiều.
5.Sơ đồ kiểm tra chiều dài đường viền thấm
Sơ Đồ Kiểm Tra Đường Viền Thấm
Zsôngmax = 6,35

Zđồngmin = 1,12
Zđáy cống = -1,00

14 m

δ = 0,5 m

δ

12 m

S=3m

Kiểm tra chiều dài đường viền thấm theo công thức :
Ltt ≥ C. H (*)
Trong đó,
Ltt- Chiều dài đường viền thấm tính theo công thức Lenx như sau :
L tt = L d +

Ln
m

Ở đây ta sử dụng một hàng cừ nên có m = 1,5
Lđ – Chiều dài đường viền thấm theo phương đứng
Lđ = δ1 + δ2 + 2δ3 + 2S = 1,0 + 0,5 + 2. 0,5 + 2. 3,0 = 8,50 m
Ln – Chiều dài đường viền thấm theo phương ngang
Ln = LS + LB = 14,00 + 12,00 = 26,00 m
26,00

⇒ L tt =8,50 + 1,5 = 25,83m
C – Hệ số phụ thuộc loại đất nền, với đất nền là cát pha ta tra bảng P3-1 được hệ số
C =2,5
H – Cột nước lớn nhất của cống, tính với trường hợp ngăn triều :
H = Zsông max – Zđồngmin = 6,35 – 1,12 = 5,23 m
Kiểm tra thấy : Ltt = 25,83 m > 2,5. 5,23 = 13,07 m. Vậy thoả điều kiện (*) ở trên.
ΙΙΙ. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu
1.Nối tiếp thượng lưu
Nối tiếp thân cống với thượng lưu là tường cánh, góc mở của tường cánh về phía trước

chọn với tgθ trong khoảng 1/3 đến 1/4, ở đây ta chọn tgθ = 1/3. Chọn loại tường cánh
Trang-15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

thẳng đứng. Như đã nói ở trên thì đáy đoạn nối tiếp thượng lưu ta phủ một lớp đá
chống xói bằng cách xây khan phía trên sân trước và dày 0,50 m. Có thể đệm một
lớp dăm cát dưới lớp đá xây khan với chiều dày 10 cm.
2.Nối tiếp hạ lưu
a) Tường cánh
Hình thức chọn như tường cánh thượng lưu là tường cánh thẳng đứng, góc mở θ
thường chọn nhỏ hơn, thông thường tgθ = 1/4 đến 1/6, ở đây ta chọn tgθ = 1/4
b) Sân tiêu năng
Ta làm bằng bêtông đổ tại chổ, có bố trí lổ thoát nước, chiều dày sân tiêu năng đươv5
xác đònh theo công thức Đômbrôpki :
t = 0,15V1 h 1

Trong đó, V1, h1 là lưu tốc và chiều sâu chổ đầu đoạn nước nhảy:
h1 = 4,58 m
V1 = Q’/ω = 77/(3. 4. 4,58) =1,40 m
⇒ t = 0,15.1,40 4,58 = 0,45m
Vậy ta chọn chiều dày sân tiêu năng là t = 45 cm.
c) Sân sau
Làm bằng đá xếp hoặc các tấm bêtông đúc sẵn, có đục lổ thoát nước, phía dưới có
tầng đệm với hình thức lọc ngược. Chiều dài sân sau được xác đònh theo công thức
kinh nghiệm: L SS = K q ∆Η
Trong đó, q- lưu lượng đơn vò ở cuối sân tiêu năng ( q = 5,64 m3/s m)

∆H- Chênh lệch cột nước thượng, hạlưu tính cho trường hợp mở cống
∆H = Zđồngkhống chế – Zsôngmin = 3,74 – 0,1 = 3,64 m
K- Hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng kênh, với lòng kênh là đất cát pha
nên có K = 10
⇒ LSS = 10 5,64 3,64 = 32,8m
Vậy ta chọn chiều dài sân sau là 33,00 m, dày là 0,50 m hay 0,60 m.

ξ 5-4. TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG

Ι. Những vấn đề chung
a. Mục đích tính toán thấm
Việc tính toán thấm với mục đích xác đònh lưu lượng thấm đơn vò q, lực thấm đẩy
ngược lên đáy cống Wt , griên thấm J. Ở đây chỉ giới hạn tính Wt và J.
b. Trường hợp tính thấm
+Thượng lưu tương ứng là mực nước thiết kế, hạ lưu là mực nước min tương ứng.
+Thượng lưu là mực nước max, hạ lưu là mực nước min tương ứng.
+Trường hợp thiết bò thoát nước làm việc không bình thường.
+Trường hợp thiết bò chống thấm bò hư hỏng.
Trong giới hạn đồ án này chỉ tính toán cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng,
hạ lưu là lớn nhất (trường hợp ngăn triều). Nghóa là, thượng lưu ứng với mực nước
đồng min (Zđồngmin = 1,12) và hạ lưu ứng với mực nước sông max (Zsôngmax = 6,35).
c. Phương pháp tính thấm
Trang-16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Có nhiều phương pháp tính thấm dưới đáy công trình như:

+Phương pháp tỷ lệ đường thẳng
+Phương pháp thực nghiệm
+phương pháp hệ số sức kháng
+Phương pháp đồ giải(xây dựng lưới thấm)
Ở đây ta dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới thấm bằng tay để tính toán thấm.
ΙΙ. Tính thấm cho trường hợp đã chọn
1. Vẽ lưới thấm (Có bản vẽ kèm theo)
2. Dùng lưới thấm xác đònh các đặc trưng dòng thấm
a. p lực thấm
Ta gọi n là số dải của lưới thấm, Ở đây ta có n =20. Cột nước thấm tổn thất qua mổi
dải được tính theo công thức sau:
∆H = H/n
Trong đó:
H = Zsôngmax – Zđồngmin = 6,35 – 1,12 = 5,23 m
⇒ ∆H = 5,23/ 20 = 0,26 m
Cột nước thấm tại điểm x nào đó cách đường thế cuối cùng i dải sẽ được tính là:
hx = i.

H
= i.∆Η
n

5,23
= 2,7 m
20
5,23
= 3,53m
+ Tại điểm B, ta có i = 13,5 ⇒ hx = 13,5
20

+ Tại điểm A, ta có i = 10,3 ⇒ hx = 10,3

Vậy áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình (tính theo bài toán phẳng)là:
Wth = γ n

h A + hB
2,7 + 3,53
B =1
12 = 37,38T / m
2
2

b. p lực đẩy ngược lên bản đáy
p lực đẩy ngược lên bản đáy cống được tính theo công thức sau:
Wđn = γ n ( H 2 + δ ) B = 1( 2,18 + 0,50 )12 = 32,16T / m
c. Lưu lượng thấm đơn vò
Lưu lượng thấm đơn vò được tính theo công thức sau:
q=K

m
H
n

Trong đó:
n- Số dải (n = 20)
m- Số ống dòng (m = 10)
K- Hệ số thấm đất nền (K = 2.10-6m/s)
H- Cột nước thấm (H = 5,23 m)
−6
⇒ q = 2.10

10
5,23 = 5,73m 3 / s.m
20

d. Gradiên thấm
Gradiên thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là ∆S sẽ là:
J TB =

∆H
H
=
∆S n.∆S

Trang-17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Dựa vào công thức trên ta vẽ được biểu đồ gradiên thấm tại mặt cắt cửa ra (thấm vào
đồng- như hình vẽ).
Bảng tính gradiên thấm trung bình tại mặt cắt cửa ra
∆Si (m)
Ji
1.4
0,19
1,6
0,16

1,8
0,15
2,0
0,13
2,2
0,12
2,4
0,11
ΙΙΙ. Kiểm tra độ bền thấm của nền
Ta tiến hành tính toán theo tiêu TCVN 4253-86.
1. Kiểm tra độ bền thấm chung
Sơ đồ tính hệ số sức kháng của đường viền thấm
+6,35
(Phía Đồng)

(Phía Sông)

+1,12
δ1

-1,00

δ2

S
T0

T1
ζr

T2
ζđ

ζr1

(Tầng thấm)

ζv
ζn2

Kiểm tra độ bền thấm chung theo công thức : J TB

-20,00
(Tầng không thấm)

J KTB
≤
(*)
K

Trong đó:
JTB- Gradiên cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán
JKTB- Gradiên cột nước tới hạn trung bình tính toán lấy theo bảng 2 của TCVN 425386 hay tra theo bảng P3-2 (ĐAHM-Thủy Công), với công trình cấp III ta có được JkTB= 0,45
K- Hệ số tin cậy (K = 1,15).
Trò số JTB tính theo tính theo phương pháp của viện VNIIG:
H
J TB =
Ttt ∑ ζ i
Trong đó:
H = 5,23 m

Ttt – Chiều s6au tính toán của nền. Ttt = f(S0, L0)
S0 – Hình chiếu đứng của đường viền thấm
L0 – Hình chiếu bằng của đường viền thấm

Trang-18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THỦY CÔNG
S0 = S + δ1 + δ2 = 3,0 + 0.5 + 0,5 = 4,0 m

L0 = Ls + LB = 14,0 + 12,0 = 26,0 m
Ta có L0/S0 =26/4 = 6 tra theo bảng 3-1 (Giáo trình thủy công tập 1) được T tt = 0,5L0.
Vậy Ttt = 0,5. 26,0 = 13,0 m

∑ζi –Tổng hệ số cản của đường viền thấm (Tổng hệ số sức kháng) tính theo phương
pháp trugaep.
So sánh ta thấy Ttt = 13,0 m < T0 = 19,0 m (Ta coi tầng thấm thực tế là tầng cát pha, có hệ số
thấm K = 2.10-6, còn tầng sét có hệ số thấm nhỏ K = 1.10-8 ta có thể coi như tầng không
thấm).
Hệ số sức kháng cửa vào,ra được tính theo công thức sau:
S
0,5
δ
S
T
ς v ,r = 0,44 + + 1,5 +
S
T0
T

1 − 0,75
T
S
0,5
Ttt − ( δ 1 + δ 2 )
S
+
+ Hệ số sức kháng cửa vào: ς v = 0,44 + 1,5
S
Ttt − ( δ 1 + δ 2 )
1 − 0,75
Ttt − ( δ 1 + δ 2 )
3,0
0,5
3,0
13,0 − ( 0,5 + 0,5)
+
= 0,97
hay ς v = 0,44 + 1,5
3,0
13,0 − ( 0,5 + 0,5)
1 − 0,75
13,0 − ( 0,5 + 0,5)
δ1
0,5
+ Hệ số sức kháng cửa ra : ς r = 0,44 + T = 0,44 + 13,0 = 0,48
tt
δ2
δ2
0,5

+ Hệ số sức kháng đứng: ς đ = T = T − δ = 13,0 − 0,5 = 0,04
2
tt
1

+ Hệ số sức kháng ngang:
kiểm tra thấy L1 = 14 m > ( S0 + S1)/2 = 0 m
L2 = 12 m > (S1 + S2)/2 = (0 + 3)/2 = 1,5 m.
Vậy ta tính toán theo công thức sau:
LS − 0,5( S 0 + S1 ) 14,0 − 0,5( 0,0 + 0,0)
=
= 1,12
T1
13,0 − 0,5
L − 0,5( S1 + S 2 ) 12,0 − 0,5( 0,0 + 3,0 )
= B
=
= 0,88
T1
13,0 − 1,0

ς n1 =

ς n2

∑ζ =ζv + ζr + ζđ + ζn1 + ζn2 = 0,97 + 0,48 + 0,04 +1,12 + 0,88 = 3,49 m
5,23

⇒ J TB = 13,0.3,49 = 0,12
Kiểm tra thấy JTB = 0,12 < (0,45/ 1.15) = 0,39 vậy đảm bảo điều kiện (*)

2. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ
Điều kiện kiểm tra : Jr ≤ [J] (**)
Trong đó:
Jr – Gradiên thấm trung bình tại mặt cắt cửa ra ( Jr = 0,19)

Trang-19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

[J] – Gradiên thấm cho phép ([J] ≤ Jgh/m, với Jgh là gradiên thấm cục bộ giới
hạn tra theo hình P3-1 ĐAMH-Tủy Công ứng với hệ số không đều hạt η = d60/d10=9
tra được Jgh = 0,60; m – Hệ số an toàn (m = 1,20))
⇒ [J] = 0,60/ 1,20 = 0,50
So sánh thấy Jr = 0,19 < [J] = 0,50 thỏa mãn điều kiện (**)
ξ 5-5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG
Ι. Mục đích và trường hợp tính toán
a. Mục đích tính toán
Kiểm tra ổn đònh của cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong đồ án này chỉ giới hạn tính
toán và chỉ kiểm tra điều kiện về trượt.
b. Trường hợp tính toán
Thường tính toán kiểm tra với các trường hợp bất lợi như :
+ Phía thượng lưu là mực nước thiết kế, hạ lưu là mực nước min tương ứng
+ Phía thượng lưu là mực nước max, hạ lưu là mực nước min tương ứng
+ Phía thượng lưu là mực nước đồng min, hạ lưu là mực nước sông max
+ Ngoài ra còn tính cho các trường hợp có động đất; có gió bão; tải động do tàu
thuyền…

Ở đây chỉ tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất, nghóa
là thượng lưu là mực nước đồng min (Zđồngmin =1,12), hạ lưu là mực nước sông
max(Zsôngmax = 6,35).
ΙΙ. Tính toán ổn đònh trượt cho trường hợp đã chọn
1. Xác dònh các lực tác dụng lên mảng tính toán
a) Các lực đứng :
• Cầu giao thông : P1 =2,6 (8. 0,30 . 15,60) =97,35 T
• Cầu công tác, thả phai : P2 =2,6 (2,50. 0,50. 15,60) = 50,70 T
• Mố trụ cống : P3 =2,6 [(7,20 – (-1,00)). 1,00. 12] = 255,84 T
• Mố bên cống : P4 = 2,6 [(7,20 – (-1,00)). 0,80. 12] = 204,67 T
• Bản đáy cống : P5 = 2,6 (1,00. 12. 15,60) = 486,72 T
• Trọng lượng cửa van : P6 = 2,4 [(7,20 – (-1,00)). 0,20. 12] = 47,23 T
• Trọng lượng nước ( phía đồng): P7 = 1 (2. 2,50. 12) = 60 T
• Trọng lượng nước (phía sông) : P8 = 1 (7,35. 9,50. 12) = 837,90 T
• p lực đẩy ngược : Wđn = 32,16. 15,60 = 501,70 T
• p lực thấm : Wth = 37,38. 15,60 = 583,128 T
b) Các lực ngang :
• p lực nước thượng lưu (phía đồng) :
W1 = (γ. H12. 12)/2 = (1. 22. 12)/2 =24 T
• p lực nước hạ lưu (phía sông) :
W2 = (γ. H22. 12)/2 = (1. 7,352. 12)/2 =324,135 T
• p lực đất chủ động phía thượng lưu (phía đồng) :
Ecđ = (γđtn. δ2. B)/2 = (1,75. 1,502. 15,60)/2 = 30,71 T
• p lực đất bò động phía hạ lưu (phía sông) :
Ebđ = (γđtn. δ2. B)/2 = (1,75. 1,502. 15,60)/2 = 30,71
Lực tác dụng lên đáy cống

Trang-20

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

P6
Zsôngmax

P1

P2
(Phía đồng)
Zđồngmin

(Phía sông)
P7
Zđáy
W1

W2

P8

P5

Ecđ

Ebđ
Wđn
Wth

2. Xác đònh áp lực đáy móng
p lực đáy móng tính theo sơ đồ nén lệch tâm :
σ max,min =

∑P ± ∑M
F

o

W

Ta tiến hành lập bảng tính như sau:
Lực (Tấn)
Giá trò
Tay đòn (m)
Mô men( Tm)
Ghi chú
P1
97,35
1,50
+146,03
P2
50,70
4,75
-240,83
P3
255,84
2,50
0,00
Đối xứng

P4
204,67
6,40
0,00
Đối xứng
P5
486,72
0,00
0,00
P6
47,23
3,50
-165,31
P7
60,0
1,25
-75
P8
837,9
4,75
+3980,025
Wđn
501,70
0,00
0,00
Wth
583,128
4,00
-2332,51
W1

24,0
0,73
+17,52
W2
324,135
2,48
-803,85
Ecđ
30,71
0,50
+15,36
Ebđ
30,71
0,50
-15,36
∑P- Tổng lực đứng : ∑P = 955,582 T
∑M- Tổng mômen của các lực tác dụng lên tâm của đáy mảng tính toán:
∑M = 526,075 T.m
W- Môđun chống uốn của đáy mảng : W = (b. h2)/6
Suy ra:
955,582 526,075.6
+
= 6,18T .m
15,60.12 12.15,60 2
968,64
539,76.6
=
−
= 4,0T.m
15,60.12 12.15,60 2

σ max =
σ min

Trang-21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
6,18 + 4,0
σ tb =
= 5,09T .m
2

THỦY CÔNG

3. Phán đoán khả năng trượt
a) Chỉ số mô hình hoá
σ
N = max ≤ N σlim (*)
Bγ 1
Trong đó:
B - Chiều rộng mảng (chiều song song với lực đẩy trượt); B = 12 m
γ1 – Dung trọng đất nền; γ1 = γđn = γtn - γ = 1,75 – 1 = 0,75 T/ m3
Nσlim – Chuẩn số không thứ nguyên, đối với đất cát pha ta có Nσlim = 3
σ
6,18
= 0,70 ≤ Nσlim = 3
N = max =
Bγ1 12.0,75
⇒

Vậy thỏa điều kiện (*)
b) Chỉ số kháng trượt
Tgψ I = Tgϕ I +

CI
≥ 0,45 (**)
σ tb

Trong đó:
I – Chỉ tính theo trạng thái giới hạn I
CI – Lực dính đơn vò của đất nền; CI = Cbh = 0,3 T/ m2
ϕI – Góc ma sát trong của đất nền; ϕI = ϕbh = 18o
0,3

0
⇒ Tgψ I = Tg18 + 5,18 = 0,38 < 0,45 Vậy không thỏa điều kiện (**)
c) Hệ số mức độ cố kết
K (1 + ε ) t 0
CV0 = t
≥ 4 (***)
aγ n h02
Trong đó:
γn – Trọng lượng riêng của nước; γn = 100 T/ m2
Kt – Hệ số thấm của đất nền; Kt = 2.10-6 m/s
ε - Hệ số rỗng của đất tự nhiên; ε =0,61
a – Hệ số nén của đất; a = 2m2/N
h0 – Chiều dày tính toán của đất cố kết; h0 = B = 12 m
t0 – Thời gian thi công; t0 = 3 năm

2.10 −6 (1 + 0,61)86400.30.12.3

= 0,01 < 4 Vậy không thỏa điều kiện (***)
⇒C =
2.100.12 2
0
V

 Kết luận : Ngoài khả năng trượt phẳng còn có khả na8ng xảy ra trượt sâu

và trượt hổn hợp. Ở đây ta chỉ giới hạn kiểm tra cho trường hợp trượt phẳng.
4. Tính toán trượt phẳng
Ổn đònh của cống về trượt được đảm bảo khi :
nc N tt ≤

m
R
Kn

Trong đó :
nc – Hệ số tổ hợp tải trọng; nc = 1,0
m – Hệ số điều kiện làm việc; m = 1,0
Trang-22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

Kn – Hệ số tin cậy; Kn = 1,15
Ntt – Giá trò tính toán của lực tổng quát gây trượt :
Ntt = Ttl + Ecđ - Thl

Với, Ttl – Tổng lực tác dụng ngang phái thượng lưu (ở đây là tổng lực phía sông):
Ttl = W2 = 324,135 T
Thl – Tổng lực tác dụng ngang phái hạ lưu (ở đây là tổng lực phía đồng):
Thl = W1 = 24 T
Ecđ – p lực đất chủ động (phía sông): Ecđ = 30,71 T
Vậy Ntt = 324,135 + 30,71 – 24 = 330,845 T
R – Giá trò tính toán của lực chống trượt giới hạn:
R = ∑P.TgϕI + m1.Ebđ + F.CI
Với, ∑P – Tổng áp lực thẳng đứng; ∑P = 955,582 T
ϕI – Góc ma sát trong của đất nền; ϕI = ϕbh =180
Ebđ – p lực đất bò động của đất; Ebđ = 30,71 T
m1 – Hệ số điều kiện làm việc xét đến quan hệ áp lực bò động của đất với
chuyển vò ngang của cống, khi không có số liệu thí nghiệm có thể lấy m 1 = 0,70
F – Diện tích mảng tính toán; F = 15,60. 12 = 187,20 m2
CI – Lực dính đơn vò đất nền; CI =Cbh = 0,3 T/ m2
Vậy, R = 955,582Tg180 + 0,70. 30 71 + 187,20. 0,3 = 367,378 T
m

1

⇒ nc N tt = 1.330,845 = 330,845 < K R = 1,15 367,378 = 319,46 Vậy đảm bảo điều
n
kiện về trượt phẳng.
ξ 5-6. TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG
Ι. Mở đầu
1. Mục đích
Xác đònh sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy
cống. Trong đồ án này chỉ yêu xác đònh sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy theo
phương pháp dầm trên nền đàn hồi.
2. Trường hợp tính toán

Thường tính toán kiểm tra với các trường hợp bất lợi như :
+ Phía thượng lưu là mực nước thiết kế, hạ lưu là mực nước min tương ứng
+ Phía thượng lưu là mực nước max, hạ lưu là mực nước min tương ứng
+ Phía thượng lưu là mực nước đồng min, hạ lưu là mực nước sông max
+ Ngoài ra còn tính cho các trường hợp có động đất; có gió bão; tải động do tàu
thuyền…
Ở đây chỉ tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất, nghóa
là thượng lưu là mực nước đồng min (Zđồngmin =1,12), hạ lưu là mực nước sông
max(Zsôngmax = 6,35).
3. Chọn băng tính toán
Việc tính toán kết cấu bản đáy cần tiến hành cho các băng khác nhau (cắt 1 băng có
chiều rộng b = 1 m giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống). Ở đây
ta tính cho băng ngay sau cửa van.
ΙΙ. Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn
Trang-23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

1. Lực tập trung truyền từ các mố
Đây chính là tổng hợp của áp lực đáy các mố trong phạm vi băng đang xét. Thưòng
xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính toán cho từng mố như hình sau:
Sơ đồ tíhn toán lực của mố truyền cho bản đáy
G4
G3
G2

G1

T2

T1
b

Băng tính toán

Trong đó:
G1 – Trọng lượng của mố
G2 – Trọng lượng cầu giao thông
G3 - Trọng lượng người và xe trên cầu (10 Tấn)
G4 – Trọng lượng cầu công tác
T1 – p lực nước ngang thượng lưu
T2 – p lực nước ngang hạ lưu
Ứng suất thẳng đứng ở đáy mố tính theo công thức nén lệch tâm
σ max,min =

∑G ± ∑ M
Fm

o

Wm

+ Bảng tính lực cho mố trụ (mố giữa); Phạm vi phụ trách 5 m.
Lực
Trò số (Tấn)
Tay đòn (m)
M0 (T. m)

G1
255,84
0
0
G2
31,20
1,50
+46,80
G3
3,21
1,50
+4,82
G4
16,25
4,75
-77,19
T1
9,14
0,73
+6,67
T2
106,74
2,48
-264,72
∑G =306,50 T
∑M0 =283,62 T.m
Fmt = b.h =1,0. 12 = 12 m2
Wmt = (b.h2)/6 = (1. 122)/6 =24 m3
Suy ra,

Ghi chú

306,50 283,62
+
= 37,36 T/ m2
12
24
306,50 283,62
=
−
= 13,72 T/ m2
12
24

max
σ mt
=
min
σ mt

+ Bảng tính lực cho mố biên (mố bên); Phạm vi phụ trách 2,40 m.
Lực
Trò số (Tấn)
Tay đòn (m)
M0 (T. m)
G1
204,67
0
0

Ghi chú
Trang-24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THỦY CÔNG

G2
14,98
1,50
G3
1,54
1,50
G4
7,80
4,75
T1
4,39
0,73
T2
51,23
2,48
∑G =228,99 T
∑M0 =136,12 T.m
Fmt = b.h =0,8. 12 = 9,60 m2
Wmt = (b.h2)/6 = (1. 122)/6 =24 m3
Suy ra,

+22,47

+2,31
-37,05
+3,20
-127,05

228,99 136,12
+
= 30,94 T/ m2
9,60
19,20
228,99 136,12
=
+
= 16,76 T/ m2
9,60
19,20

max
σ mb
=
min
σ mb

+ Lực từ mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung có trò số:
PK = p.b.d
Với, b – Bề rộng của băng tính toán (b = 1 m)
d – Chiều dày của mố
K – Thứ tự của mố
♦Mố trụ :
Biểu đồ ứng suất σ (T/m2)

p1
p2
13,72

2,50

1,00

37,36

8,50

Pmt = pmt. b. d ; b = 1 m; d = 1 m;
pmt = (p1 + p2)/2
(σ max − σ mtmin ).2,50 = 13,72 + ( 37,36 − 13,72).2,50 = 18,65 T/ m2
min
p1 = σ mt
+ mt
min
p 2 = σ mt
+

(σ

max
mt

12
12
min

− σ mt .3,50
( 37,36 − 13,72).3,50 = 20,62
= 13,72 +
T/ m2
12
12

)

⇒ pmt =(18,65 + 20,62)/2 = 19,64 T/ m2
Vậy, Pmt = 19,64. 1. 1 = 19,64 T
♦Mố bên :
Biểu đồ ứng suất σ (T/m2)
p1
p2
16,76

2,50

1,00

30,94

8,50
12,00
Trang-25