THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN PHỤC VỤ TIÊU NƯỚC, NGĂN TRIỀU VÀ GIỮ NGỌT

Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Đồ án số 5

thiết kế cống lộ thiên
a. tàI liệu
I. Cống B
1. Nhiệm vụ: Cống B xây dựng ven sông Y (Vùng chịu ảnh hởng của thuỷ triều)
để:
Tiêu nớc, ngăn triều và giữ ngọt. Diện tích tiêu: 30.000 ha.
2. Các lu lợng và mực nớc thiết kế (bảng B):
Bảng B: Lu lợng và mực nớc cống B
Trờng hợp

Tiêu nớc

Ngăn triều

Chỉ tiêu
Đề số

Qtiêumax
(m3/s)

Zđồngkhống chế
(m)

ZsôngTK
(m)

Zsôngmin
(m)

Zsôngmax
(m)

Zđồngmin
(m)

40

75

3.60

3.45

-0.05

6.90

0.75

3. TàI liệu về kênh tiêu:
Z đáy kênh = -1.00m;
Độ dốc mái m = 1,5;
Độ nhám n = 0,025;
Độ dốc đáy i = 10-4;
4. Tài liệu về gió
Tần suất P%
V(m/s)

2
28.0

3
26.0

5
22.0

20
18.0

30
16.0

50
14.0

5. Tài liệu địa chất
Đất thịt cao độ +1,00 đến -1,00;
Đất cát pha từ -1,00 đến -20,00;
Đất sét từ -20,00 đến -40,00;
Chỉ tiêu cơ lý xem bảng D
Bảng D: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống
Loại đất
Chỉ tiêu
k(T/m3)
tn(T/m3)
Độ rỗng n
tn(độ)

bh(độ)
SVTH: phạm đình mạnh

Thịt

Cát pha

Sét

1,47
1,70
0,40
19o
16o

1,52
1,75
0,38
23o
18o

1,41
1,69
0,45
12o
10o

1

Lớp 44c1-ĐHTL

Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Ctn(T/m2)
Cbh(T/m2)
Kt(m/s)
Hệ số rỗng e
Hệ số nén a(m2N)
Hệ số không đều

1,50
1,00
4.10-7
0,67
2,2
8

0,50
0,3
2.10-6
0,61
2,0
9

3,50
2,50
1.10-5
0,82
2,3
7

6. Thời gian thi công: 2 năm
B. yêu cầu của đồ án
1. Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế;
2. Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giảI quyết tiêu năng;
3. Chọn cấu tạo các bộ phận cống;
4. Tính toán thấm và ổn định cống;
5. Chuyên đề: tính toán bản đáy cống theo phơng pháp dầm trên nền đàn hồi;
6. Bản vẽ: 1 ữ 2 bản vẽ khổ A1, thể hiện mặt cắt dọc, mặt bằng, chính diện thợng , hạ lu; mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết

Thiết kế cống lộ thiên
Phần I: giới thiệu chung
I. Vị trí, nhiệm vụ công trình: Cống A xây dựng ven sông X để:
- Lấy nớc tới cho 60.00 ha ruộng;
- Ngăn nớc sông vào đồng khi có lũ;
- Kết hợp tuyến đờng giao thông với loại xe 8 ữ 10 tấn đi qua;
II. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiêt kế
1. Cấp công trình ( xác định theo TCXD VN 285:2002) dựa vào 2 điều kiện
a) Theo chiều cao công trình và loại nền:
Chiều cao công trình tra theo TCXD VN 285:2002 so với đối tợng là đập bê
tông trên nền đất.
Chiều cao công trình: H = (MNLN+ d) Zđk
Trong đó: MNLN=Zsôngmax: mực nớc sông thiết kế
ZsôngTK = 6,90(m)
d: độ vợt cao an toàn d = 1ữ 3(m); lấy d = 1(m)
Zđk: cao trình đáy kênh; theo đề bài Zđk = -1,00(m)
Vậy H = (6,90 + 1) (-1,00) = 8,90(m)
Tra theo quy phạm ta đợc cấp công trình là cấp IV
b) Theo nhiệm vụ công trình: Tra bảng 1-2
Cống tiêu nớc cho 30.000 ha ruộng cho nên tra quy phạm là công trình câp II

Vậy ta chọn cấp công trình là cấp II
2. Các chỉ tiêu thiết kế: Dựa vào cấp công trình là cấp II và dựa theo TCXD VN
285:2002 ta xác định đợc:
SVTH: phạm đình mạnh

2

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
- Tần suất lu lợng, mực nớc lớn nhất thiết kế và kiểm tra công trình thuỷ tra bảng
4.2:
+ Tần suất thiết kế %: PTK = 0,5%
+ Tần suất kiểm tra %: PKT = 0,1%
- Tần suất mực nớc lớn nhất ngoài sông khai thác
- Hệ số vợt tải n = 1,2 ( công trình chịu áp lực đât)
- Hệ số điều kiện làm việc:m = 1( công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền
đất và đá nửa cứng)
- Hệ số tin cậy: Kn = 1,2 (với công trình cấp II)

Phần II: tính toán thuỷ lực cống
Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng (phần lập trình đóng mở cửa
cống không yêu cầu trong đồ án này)
I. Tính toán kênh hạ lu:
Kênh tính toán có các đặc trng sau:
- Lu lợng cần tiêu lớn nhất là Qtiêumax = 75(m3/s)
- Kênh tiêu có các đặc trng sau: +Chọn độ dốc kênh: i =10-4
+Zđáy kênh = -1,00
+Độ dốc mái m = 1,5

+Độ nhám lòng kênh n = 0,025
TK
- h = Zsông Z đáy kênh = 3,45 (-1,00) = 4,45(m)
Biết các đại lợng trên tìm B dựa theo phơng pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về
thuỷ lực:
4
Tính trị số f(Rln)= 4m o . i = 8,424. 10
= 0,00112 với m=1,5 thì 4mo=8,424. Tra
Q
75
phụ lục 8-1 Bảng tra thuỷ lực ứng với n=0,025 ta đợc Rln=3,20(m)
h
Lập tỷ số
R
ln

4,45
=
= 1,3906 Tra phụ lục 8-1 Bảng tra thuỷ lực ứng với
3,20


b
= 4,142
m=1,5 ta đợc tỷ số
R
ln
b
.R =
Vậy B=

4,142 . 3,2 = 13,25(m); Ta chọn B = 14(m)
R ln
ln



Kiểm tra điều kiện chống xói. Ta khống chế Vmax*Vkx=k.Q0,1
Trong đó: Q Lu lợng thiết kế Q = Qtiêumax = 75(m3/s)
k Hệ số phụ thuộc vào đất đắp kênh. Với đất cát pha lấy k=0,53
Vậy:
Vkx=0,53.750,1=0,816(m/s)
*Vmax: Vận tốc dòng chảy lớn nhất trong kênh tính ứng với lu lợng Qmax
Qmax=k.Qtiêumax với k là hệ số phụ thuộc vào Q, chọn k=1
Qmax=75(m3/s).
Q max
Q
75
=
= 8,15
Vmax= =
(b + m.h )h (14 + 1,5.4,45)4,45
3
SVTH: phạm đình mạnh
Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Ta thấy Vmax =8,15(m/s) điều kiện xói lở.

II. Tính toán khẩu diện cống
1. Trờng hợp tính toán: Chọn khi độ chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ, cần
tháo Q thiết kế.
Z=Zthọng lu-Zhạ lu=Zđồng khống chế - ZsôngTK =3,60-3,45=0,15(m)
QtháoTK=Qtiêumax=75(m3/s)
2. Chọn loại và cao trình ngỡng cống:
a) Cao trình ngỡng: Có thể chọn bằng hoặc cao hơn đáy kênh. Nói chung đối với
cống tiêu và cống lấy nớc khi chênh lệch mực nớc khống chế nhỏ, nên chọn ngỡng
thấp để tăng khả năng tháo (có thể chọn ngỡng cống ngang với đáy kênh thợng lu)
chọn Zngỡng=Zđáy kênh=-1,00(m)
b) Hình thức ngỡng: Khi ngỡng thấp chọn đập tràn đỉnh rộng;
3. Xác định bề rộng cống:
a. Xác định trạng thái chảy:
Theo quy phạm thuỷ lợi C8-76, đập chảy ngập khi hn>nHo
Trong đó: +hn=hh-P1 (P1=0 do chọn ngỡng cống ngang với đáy kênh thợng lu)
=hh=Zsông TK - đáy kênh=3,45 (-1)=4,45(m)
.Vo 2
+Ho=H+
2g
Vì chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ nên coi Vo=0.
Vậy: Ho=H=hKtiêu=Zđồngkhống chế-Ztiêuđáykênh
=3,60+1=4,60(m)
+n- hệ số, sơ bộ có thể lấy 0,75n(0,83ữ0,87)
chọn n=0,80
Ta thấy: hn=4,45(m)>n.Ho=0,80.4,60=3,58(m).
Vậy ta kết luận sơ đồ tính là đập tràn đỉnh rộng chảy ngập.
b. Tính bề rộng cống b: Từ công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (tra bảng
của Cumin xem QPTL C8-76)
Q=ngb.h. 2g(H o h ) (*)
Trong đó: n- Hệ số lu tốc chảy ngập, lấy theo trị số của hệ số lu lợng m (Tra bảng

của Cumin Xem QPTL C1-78). Với cửa vào tơng đối thuận m=0,36 tra bảng 14-13
Bảng tra Thuỷ lực ta có n=0,96
g- Hệ số co hẹp bên
g=0,5.o + 0,5. Ta giả thiết o=0,95 thì g=0,975
Thay tất cả vào biểu thức (*) ta có:
Q
b= h 2g(H h )
n g
o
75
= 10,496(m) =10,5(m)
=
0,96.0,975.4,45. 2.9,81.(4,60 4,45)
Ta phân cống thành 3 khoang, mỗi khoang rộng 3,5m. Hai mố bên lợn tròn, mỗi
mố dày 0,8m. Hai mố giữa đầu tròn (mố trụ), chiều dày mố trụ d=1(m)
SVTH: phạm đình mạnh

4

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
b = 10,5 = 0,744
b + d 10,5 + 3,6
g=0,5.o+0,5=0,5.0,744+0,5=0,872
Tính hệ số lu tốc n ứng với chiều rộng của mỗi khoang là b=3,5m
r 0,8
= 0,228
Ta có các tỷ số sau: =

b 3,5
b
10,5
= =
= 0,745
B 10,5 + 3,6
Tra phụ lục 14-8 với trờng hợp Đập không ngỡng và có co hẹp bên của bảng tra
thuỷ lực ta đợc m=0,366
Tra phụ lục 14-13 của bảng tra thuỷ lực ta đợc n=0,972
Tính lại b
75
b= 0,972.0,872.4,45. 2.9,81* (4,6 4,45) = 11,59(m)
* Kiểm tra lại trạng thái chảy:
hn=hh=4,45(m)
.v o 2
Ho= H +
2g
Trong đó: : hệ số lu tốc lấy =1
Q
75
=
= 1,2(m s )
Vo=
b.h 14.4,45
1,2 2
Ho= 4,6 +
= 4,67(m)
2.9,81
Tính lu lợng đơn vị:
2

Q
75
q=
=
= 6,25(m s)
b 12
o=

Tra phụ lục 9-1 bảng tra thuỷ lực ta đợc hk=1,586(m)
h
h n 4,45
=
= 0,953 > n = 0,7 ữ 0,8
Lập các tỷ số:
H o 4,67
H o pg
h
h n 4,45
=
= 2,8 > n = 1,2 ữ 1,4
h
1,586
h
k
k pg
Vậy ta kết luận trạng thái chảy trong cống là chảy ngập.
III. Tính tiêu năng phòng xói:
1.Trờng hợp tính toán: Khi tháo lu lợng qua cống với chênh lệch mực nớc thợng
hạ lu lớn.
Với cống tiêu của vùng triều hạ xuống thấp nhất (chân triều); ở phía đồng là mực

nớc đã khống chế. Trờng hợp này tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lu lợng tiêu qua
cống có thể lớn hơn lu lợng tiêu thiết kế. Tuy nhiên chế độ đó không duy trì đợc trong
một thời gian dài:
Zthợng lu=Zđồng khống chế=-0,05(m)
5
SVTH: phạm đình mạnh
Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Zhạ lu=Zsôngmin=3,6(m)
2.Lu lợng tính tiêu năng: Vì cống đặt gần sông nên nói chung mực nớc hạ lu cống
không phụ thuộc vào lu lợng tháo của cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo nớc lớn nhất
ứng với các mực nớc tính toán đã chọn ở trên.
Qtt=Qtiêumax=75(m3/s)
3.Tính toán kích thớc thiết bị tiêu năng:
a) Chọn biện pháp tiêu năng: Có thể đào bể xây tờng hoặc bể tờng kết hợp. Với
cống trên nền đất, biện pháp đaof bể thờng là hợp lứy hơn. Khi có tờng kết hợp cần
đảm bảo không ảnh hởng đến khả năng tháo của cống ứng với trờng hợp tính toán
khảu diện cống ở trên.
Vậy chọn phơng pháp đào bể tiêu năng.
b) Tính toán kích thớc kết cấu tiêu năng tiêu năng:
Nền công trình là nền đất, bể tiêu năng không thể đào sâu đợc. Để giải quyết vấn
đề này, kết cấu tiêu năng thiết kế theo kiểu bể tờng kết hợp.
Eo=Ho=4,66(m);
q
6,25
=
= 0,654
F(c)=

3
/
2
3
/
2
0,95.4,66
E o
Tra phụ lục 15-1 (các bảng tính thuỷ lực) ta có: c=0,6226hc=c.Eo=2,901(m);
: hệ số dự trữ, =1,05-1,1 chọn =1,05
b1) Xác định chiều cao tờng tiêu năng:
- Chiều sâu nớc hạ lu: hh=0,95(m);
- Chiều sâu liên hiệp với chiều sâu nớc hạ lu:


2
h

q
6,252
0,95
'
o
h
h =
1 + 8.
1 =
1 + 8.
1 = 2,459(m)
h

3
3
2
2
g.h
9,81.0,95



h


- Vận tốc trung bình tại mặt cắt co hẹp sau tờng:
q
6,25
v' =
=
= 2,542(m / s)
'h h '
2,459
h
Cột nớc toàn phần E10 ở trớc tờng (trong bể) so với đáy hạ lu:
v '2
2,542 2
'
h
E =h +
= 2,459 +

= 2,8239(m)
10
k 2.g.'2
2.9,81.0,952
: Hệ số lu tốc ở cửa ra của bể, =0,95
Giả thiết tờng làm theo đập tràn thực dụng chảy tự do, không ngập n=1.
Cột nớc toàn phần trên đỉnh tờng tiêu năng:
2/3
2/3




q
6
,
25


H
=
=
= 2,243(m)
10= m '. 2g
0,42 2.9,81




m: Hệ số lu lợng của tờng tiêu năng, m=0,40ữ0,42

Chiều cao tờng tới hạn co để không có nớc nhảy phóng xa ở dới tờng, dòng chảy qua
tờng là chảy không ngập, nớc chảy sau tờng là nớc nhảy ngập:
Co=E10-H10=2,8239-2,2431=0,5808(m).
SVTH: phạm đình mạnh

6

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Để có hiệu tợng nớc nhảy ngập, lấy c=(0,9ữ0,95)co=0,55(m)
- Cao trình đỉnh tờng tiêu năng:
ZT=-1+0,55=-0,45(m).
- Cột nớc hạ lu trên đỉnh tờng tiêu năng:
hn=0,05-(-0,45)=0,5(m).
h 'n
0,5
=
= 0,223 , tra hệ số ngập ta đợc n=0,929
H
2,243
10
Vậy bây giờ tờng thành một đập tràn chảy ngập. Ta tính lại H1 vơi n<1.
2/3
2
V 2

q
q
b



H =H
=


1
10
.m'. 2g
2g
2
.
g
.

h
"
c

n

h 'n
0,5
=
= 0,169
Giả sử n=0,95, H10=2,95(m),

H
2,95
10
Tra bảng hệ số ngập của đập ta đợc n=0,95. Vậy kết quả tính trên là đúng:
n=0,95; H10=2,95(m); H1=2,1(m); c+H1=0,55+2,1=2,65(m);
b2) Xác định chiều sâu bể tiêu năng:
Trị số do đợc xác định sao cho có nớc nhảy tại chỗ trong bể:
D=hc c H1
Do (hc) phụ thuộc d nên bài toán này đợc giải bằng cách tính đúng dần.
Sau khi đào bể thì (hc) sẽ tăng lên, tạm lấy (hc)=3,455(m) H1=1,801(m);
Ta tính đợc d=1,104(m).
q
6,25
=
= 0,4754
Tính lại Eo=Ho+d=4,66+1,104=5,764(m)F(c)=
3
/
2
3
/
2
0,95.5,764
.E o
Tra phụ lục 15-1 (Các bảng tra thuỷ lực) ta có:
c=0,5493hc=0,5493.5,764=3,16(m)hc=3,318(m)
Ta tính đợc H1=2,14(m) từ đó ta có d1=0,628(m)
Nhận thấy dd1 chọn lại d=0,8(m)Eo=4,66+0,8=5,46(m) F(c)=
6,25
= 0,5156 tra bảng tra thuỷ lực c=0,5677hc=3,1(m)

3
/
2
0,95.5,46
c=0,124hc=0,677(m)

H1=2,13(m) d=0,575(m)
Cuối cùng ta chọn d=0,7(m)
*Tính chiều dài bể tiêu năng:
Lb=L1+.Ln
L1: Chiều dài nớc rơi từ ngỡng xuống sân tiêu năng, có thể tính theo công thức sau
của Trectôuxốp:
L1= 2. h k (p + 0,35.h k )
P: Chiều cao ngỡng cống so với bê lấy p=0,5(m).
2
2
H o = 4,66 = 3,106(m) .
Hk=
3
3
SVTH: phạm đình mạnh

7

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
L1=2. 3,106.(0,5 + 0,35.3,106) = 4,51(m)
Ln: Chiều dài nớc nhảy, có thể tính theo công thức kinh nghiêm.

Ln=(4,5ữ5,0)(hc-hc)=4,5.(3,1-0,677)=10,9(m).
: hệ số lấy băng 0,7-0,8; lấy =0,75
Vậy ta tính đợc Lb=4,51+0,75.10,9=12,68(m)
Cuối cùng ta chọn kích thớc của bể tờng kết hợp là:
C=0,55(m);
D=0,7(m);
Lb=13(m);

Phần IIi: bố trí các bộ phận của cống
I. THÂN CốNG: Bao gồm bản đáy cống, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.
1. Cửa van: Có thể chọn van phẳng hay van cung. Van cung thích hợp khi kích thớc
lỗ cống lớn; van phẳng hay dùng với các lỗ cống nhỏ hơn. Trong thực tế thờng phải
thông qua tính toán so sánh kinh tế-kỹ thuật để chọn phơng án hợp lý. Chú ý rằng, với
loại van cung, cần tăng chiều dài thân cống để bố trí càng van. Cần chọn vị trí tâm
quay thích hợp để tiện đóng mở và đảm bảo an toàn trong mọi trờng hợp.
Trong trờng hợp tính toán của đề bài ta thấy sơ bộ tính khẩu diện cống
b=10,5(m) nên ta chọn cửa van là loại van phẳng.
2. Tờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở
a) Các giới hạn của tờng ngực:
- Cao trình đáy tờng ngực
Zđt=Ztt+
Trong đó: Ztt- là mực nớc tính toán khẩu diện cống, tức là cần đảm bảo ứng với trờng hợp này, khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống phải là không áp;
Ztt=Zđồngkhống chế=3,6(m);
- độ lu thông lấy băng 0,5-0,7 chọn =0,6(m);

Zđt=3,6+0,6=4,2(m);
- Cao trình đỉnh tờng ngực: lấy bằng cao trình đỉnh cống. Xác định từ việc chọn
theo 2 điều kiện.
Z1=ZsôngTK + h + s + a
(1);

max
Z2=Zsông + h + s + a
(2);
Trị số của cao trình đỉnh tờng sẽ lấy trị số lớn trong hai điều kiện
Trong đó:
+ h, h: độ dềnh mặt nớc do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân
lớn nhất.
+ s, s: Độ dềnh cao nhất của sóng có mức đảm bảo ứng với gió tính toán lớn
nhất và gió bình quân lớn nhất.
+a, a: Độ vợt cao an toàn, với công trình cấp II thì a=0,7(m) và a=0,5(m).
Tính h và s:
Tính h:
2
6. V D . cos
2
.
10
h=
(3)
g.H
1
SVTH: phạm đình mạnh

8

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Trong đó:

+V: Vận tốc gió lớn nhất ứng với P=2%, V=28(m/s);
+D: Đà sóng ứng với ZsôngTK theo đề bài D=200(m);
+H1: Chiều sâu sau cống(m).
H1=ZsôngTK-Zđáy kênh=3,45+1=4,45(m);
+: Góc giữa hớng gió thổi với pháp tuyến của trục công
o
trình, =0 cos=1
282.200
Thay vào (3) ta có: h= 2.10 6.
.1 = 0,0078(m)
9,81.4,45
Tính s: s=Ks.hs5%
h
Ks- Tra đồ thị 2-3 phụ thuộc vào các tỷ số sau: ,
H
Hs5%- Chiều cao sóng với mức đảm bảo 5% (Tra bảng P2-2: Mức đảm
bảo tính toán của chiều cao sóng i%- với công trình cấp II ta đơc i=5%)
Theo QPTL C1-78, hs5% đợc xác định nh sau:
Giả thiết rằng trờng hợp đang xét là sóng nớc sâu H>0,5
g.t g.D
Tính các đại lợng không thứ nguyên v , 2
v
g
= 3,8

gt 9,81.21600
v
=
= 7567,71 Tra QPTL C1-78, ta có

v
28
g h = 0,075
2
v
g
= 0,53

gD 9,81.200
v

=
= 2,5
Tra QPTL C1-78, ta có
v2
282
g h = 0,003
2
v

Trong đó: t- thời gian gió thổi liên tục t=6.3600=21600(s).
Từ hai cặp giá trị tra đợc, ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất:

gh s V 2
282
h s =
.
= 0,003.
= 0,24(m)
2

g
9
,
81

g
V
= 0,53

g V
28
v


= V . g = 0,53. 9,81 = 1,51(m)
g h = 0,03
2

v
g 2 9,81.1,512


=
=
= 3,56(m)

2
2.3,14

Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu: H=4,42(m)>0,5.3,56=1,78(m)thoả mãn điều

kiện sóng nớc sông.
Tính hs5%=K5%. h s
gD
Với 2 = 2,5 K5%=1,72h5%=1,72.0,24=0,413(m)
V
Độ dềnh cao nhất của sóng s
SVTH: phạm đình mạnh

9

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Ta tính các tỷ số sau:


= 0,8

H
k=1,17 (Tra hình P2-4 đồ án thuỷ công)
h
= 0,067



Vậy s=1,17.0,413=0,483(m)
Tính h và s:
Tính h:

V ' 2 D'
. cos ' (3)

g.H '
1
Trong đó: +V: Vận tốc gió lớn nhất ứng với P=50%, V=14(m/s);
+D: Đà sóng ứng với Zsôngmax theo đề bài D=300(m);
+H1: Chiều sâu sau cống(m).
H1=Zsôngmax-Zđáy kênh=6,9+1=7,9(m);
+: Góc giữa hớng gió thổi với pháp tuyến của trục công
o
trình, =0 cos=1
14 2.300
Thay vào (3) ta có: h= 2.10 6.
.1 = 0,00152(m)
9,81.7,9
Tính s: s=Ks.hs5%
h
Ks- Tra đồ thị 2-3 phụ thuộc vào các tỷ số sau: ,
H
Hs5%- Chiều cao sóng với mức đảm bảo 5% (Tra bảng P2-2: Mức đảm
bảo tính toán của chiều cao sóng i%- với công trình cấp II ta đơc i=5%)
Theo QPTL C1-78, hs5% đợc xác định nh sau:
Giả thiết rằng trờng hợp đang xét là sóng nớc sâu H>0,5 '
g.t g.D'
Tính các đại lợng không thứ nguyên v' , 2
v'
6
h= 2.10 .

g '
= 5,2

gt 9,81.21600
v'
=
= 15135 Tra QPTL C1-78, ta có
v'
14
g h ' = 0,12
2
v'
g '
= 0,113

gD' 9,81.300
v'

=
= 15,02
Tra QPTL C1-78, ta có
2
2
v'
14
g h ' = 0,013
2
v'

Trong đó: t- thời gian gió thổi liên tục t=6.3600=21600(s).

Từ hai cặp giá trị tra đợc, ta chọn cặp giá trị nhỏ nhất:

SVTH: phạm đình mạnh

10

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc

gh s V 2
14 2
h s =
.
= 0,013.
= 0,26(m)
2
g
9
,
81

g
V
= 1,13


g V
28

v


= V . g = 0,53. 9,81 = 1,61(m)
g h = 0,013
2

v
g 2 9,81.1,512


=
=
= 4,05(m)

2
2.3,14


Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu: H=7,9(m)>0,5.4,05=2,025(m)thoả mãn điều
kiện sóng nớc sông.
Tính hs5%=K5%. h s '
gD
Với 2 = 15,02 K5%=1,72h5%=1,72.0,26=0,45(m)
V
Độ dềnh cao nhất của sóng s



= 0,513

H
Ta tính các tỷ số sau:
k=1,22 (Tra hình P2-4 đồ án thuỷ công)
h
= 0,084



Vậy s=1,22.0,45=0,55(m)
Thay các đại lợng vừa tính đợc vào biểu thức (1) và (2):
Z1=3,45+0,0078+0,483+0,7=4,64(m);
Z2=6,9+0,0125+0,55+0,5=7,96(m);
Chọn cao trình đỉnh cống là Zđình cống=8,0(m) với H=7,9(m);
b) Kết cấu tờng: Bao gồm bản mặt và dầm đỡ (ở đỉnh và đáy tờng). Khi chiều cao
tờng không lớn, chỉ cần bố trí hai dầm đỡ. Bản mặt đổ liền khối với dầm; chiều cao
bản mặt chọn từ0,1ữ0,3(m) ta chọn là 0,2m và đợc chính xác hoá bởi tính toán kết
cấu.
3.Cầu công tác: là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác
cần đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đa van ra
khỏi vị trí cống khi cần thiết. Kết cầu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống.
kích thớc của cầu sơ bộ xác định nh sau:
Zđỉnh cầu=14,5(m). Mặt cầu rộng:3,2(m)
4.Khe phai và cầu thả phai: Thờng bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nớc giữ
cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Thả khe phai bằng thủ công;
Cao trình khe phai +8(m), rộng 1,0(m);
5. Cầu giao thông: Cao trình mặt câu ngang cao trình đỉng cống; bề rộng kết cấu
cầu chọn theo yêu cầu giao thông. Chọn bề rộng cầu giao thông Bcầu=6(m);
6. Mố cống: Bao gồm mố giữa và mố bên. trên mỗi mố ta bố trí khe phai và khe
van. Mố giữa dày 1(m), mố bên dày 0,8(m). Khe van, khe phai rộng 0,2(m). Đầu mố

trụ lợn tròn r=0,5(m). Chiều cao mố thay có thể thay đổi từ thợng lu về hạ lu thuỷ
theo mực nớc cao thấp của mỗi phía.
7. Khe lún: vì cống có bề rộng không lớn lắm nên ta không cần bố trí khe lúc.

SVTH: phạm đình mạnh

11

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
8. Bản đáy: Chiều dài bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thuỷ lực, ổn định của
cống và yêu cầu bố trí bên trên. Sơ bộ chọn chiều dày bản đáy t=1,2(m) và chiều rộng
là L=16(m);
II. Đờng viền thấm: Bao gồm bản đáy cống, sân trớc, các bản cừ, chân khay. Kích
thớc bản đáy cống đã chọn ở trên. Các bộ phận khác có thể chọn nh sau:
1. Sân trớc: Chọn vật liệu làm sân trớc là đất sét.
+ Chọn chiều dài sân: Ls=(3ữ4)H
Trong đó: H-là chiều cột nớc tác dụng lên cống: H=ZsmaxZđồng min=6,9-0,75=6,15(m)
Ta thờng chọn Ls=16(m).
+ Chiều dày sân trớc: Do làm bằng đất sét thờng làm chiều dày thay đổi từ đầu
đến cuối sân. Chiều dày đầu sân thờng lấy theo điều kiện cấu tạo t 10,6(m) chọn
t1=0,8(m). Chiều dày cuối sân xác định theo yêu cầu chống thấm t 2 =

H
[ J]

Trong đó: H- Độ chênh lệch cột nớc giữa hai mặt sân (trên và dới)
[J]- građien thấm cho phép của vật liệu làm sân.

Sơ bộ ta chọn t2=1,2(m).
2. Cừ chống thấm:
a) Vị trí đặt: Khi cống chị tác dụng của đầu nớc một chiều, thờng đóng cừ ở đầu
bản đáy. Trờng hợp cống chịu đầu nớc hai chiều, có thể đóng cừ ở phía đầu nớc cao
hơn: Khi đó cần kiểm tra sự ổn định của cống khi chiều cột nớc thay đổi (cừ làm tăng
áp lực đầy ngợc bản đáy). Ngoài ra trong nhiều trờng hợp có thể không cần đóng cừ.
Điều này cần luận chứng bằng tính toán ổn định cống và kiểm tra độ bền thấm của
nền.
Do cống chịu tác dụng của cột nớc hai chiều nên ta đóng hai hàng cừ. Một hàng ở
đầu bản đáy và một hàng
b) Chiều sâu đóng cừ: Phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều
kiện thi công. Khi tầng thấm dày ta làm cừ treo. Chiều sâu đóng cừ hàng thứ nhất là
4(m), hàng thứ hai là 7(m);
3. Chân khay: ở hai đầu bản đáy cần làm chân khay cắm sâu vào nền để tăng ổn
định và góp phần làm kéo dài đờng viền thấm.
4. Thoát thấm nớc: Các lỗ thoát nớc thấm thờng bố trí ở sân tiêu năng; dới sân khi
đó phải bố trí tầng lọc ngợc. Đờng viền thấm đợc tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc
ngợc.
Trờng hợp cống làm việc với cột nớc 2 chiều, có thể sử dụng một đoạn sân tiêu
năng không đục lỗ (đoạn giáp bản đáy). Đoạn này đóng vai trò nh một sân trớc ngắn
khi cột nớc đổi chiều. Đoạn này ta chọn dài 3(m);
5. Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đờng viền thấm.
Theo công thức LttC.H
Trong đó:
Ltt- chiều dài tính toán của đờng viền thấm tính toán theo phơng pháp của Len.
L
Ltt=Lđ+ n
m
Lđ- Chiều dài tính toán các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên với phơng ngang
một góc lớn hơn hoặc bằng 45o

Lđ=2+2.7+0,8. 2 .2+2.4+0.8+0.8=27,86(m);
12
SVTH: phạm đình mạnh
Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
Ln- Chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang
Ln=(16-0,8.2)+16=30,4(m)
m- Hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đờng viền thấm. Với 2 hàng cừ
m=2,5
30,4
Ltt=27,86+ 2,5 =40,02(m).
C- Hệ số phụ thuộc đất nền, tra theo bảng P3-1 ta có C=6
H- Độ chênh cột nớc lớn nhất trớc và sau cống, H=6,15(m)
Vậy
Ltt=3,82(m)>C.H=36,9(m)
Đảm bảo yêu cầu tính toán.
iii) nối tiếp cống với thợng, hạ lu
1 1
1. Nối tiếp thợng lu: Góc mở của tờng về phía trớc, chọn với tg = ta lấy
3 4
o
1=14 . Hình thức tờng cống phụ thuộc vào quy mô cống, chọn tờng thẳng nối tiếp
với kênh thợng lu.
Đáy đoạn nối tiếp thợng lu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây dày 0,30,5(m)). Chiều daì lớp phủ khoảng (3-5)H 1, trong đó H1 là chiều sâu nớc chảy vào
trong cống H1=3,6+1=4.6(m). Ta chọn Lst=16(m), đợc xây bằng đá chiều dày 0,4(m).
2. Nối tiếp hạ lu:
- Tờng cánh: Hình thức chọn nh tờng cánh thợng lu, song góc mở chọn nhỏ hơn,
1 1

ta lấy 2=11o. Tờng phẳng, thẳng, chiều dài tờng kéo
4 6

thờng lấy nhỏ hơn tg =

dài đến hết bể tiêu năng.
- Sân tiêu năng: Làm bằng bê tống đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nớc. Chiều dày
sân có thể xác định theo công thức Đômbrôpxki:
T= 0,15.V1 h1
Trong đó: V1,h1 là lu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nớc nhảy.
Q tt

75

V1= h .b = 0,703.14 = 7,62(m / s)
1
ts=0,15.7,62. 0,703 =0,958(m)
Vậy ta chọn ts=1(m).
- Sân sau: làm bằng đá xếp hoặc tấm bê tông đục lỗ thoát nớc, phía dới có tầng
đệm theo hình thức lọc ngợc
Chiều dài sân sau xác định theo kinh nghiệm:
Lss= K q H
Q

Trong đó: q- lu lợng đơn vị ở cuối sân tiêu năng q= B

dk

=

75
= 4,2857(m)
17,5

H=Zđồng
-Zsông =3,6+0,05=3,65(m);
k- hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh. K=12
Lss=12. 4,2857. 3,65 = 34,344(m)
Vậy ta chọn Lss=35(m);
Phần 4: tính toán thấm dới đáy cống
khống chế

SVTH: phạm đình mạnh

min

13

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com din n cụng nghờ, giỏo dc
I. Những vấn đề chung.
1. Mục đích: Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên đáy cống Wt, và
gradien thấm J. ở đây do đặc điểm của cống chỉ yêu cầu tính Wt, J.
2. Trờng hợp tính toán: Khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu lớn nhất
H=Zsmax-Zđmin=6,9-0,75=6,15(m).
3. Phơng pháp tính: Tính thấm bằng phơng pháp vẽ lới bằng tay.
II. Tính thấm cho trờng hợp đã chọn
1. Vẽ lới thấm:

2. Dùng lới thấm xác định các đặc trng của dòng thấm: Wt,Jra
Theo sơ đồ lới thấm đã vẽ ta có số dải thế là n=24 dải và số ống dòng là 7ống
- Cột nớc thấm tính toán qua mỗi dải là: H =

H 6,15
=
= 0,256(m)
n
24

- Cột nớc thấm tại điểm x nào đó cách đờng thế cuối cùng là i dải là:
hx =

i.H
= 0,256.i
n

Ta tính đợc cột nớc thấm tại điểm M cuối bản đáy (sát với sân tiêu năng) là:
HM=0,256.15=3,84(m)
Tại điểm N ở đầu bản đáy:
HN=0,256.11,3=2,98(m)
Từ đó ta tính tổng áp lực thấm lên bản đáy là:
h + hN
Ư W = n M
.Láy = 54,56
th
2

Xác định Gradien thấm:
Gradien thấm tại ô lới bất kỳ có trung đoạn là S sẽ là:

H =

H
S

Dựa vào biểu đồ này ta vẽ đợc biểu đồ gradien thấm tại cửa ra:
STT
1
2
3
4
5
1,6
1,9
2,4
2,5
2,6
S
J
0,16
0,134
0,106
0,102
0,098
II. Kiểm tra độ bền thấm của nền (Tính toán theo TCVN 4253-86)
1. Kiểm tra độ bền thấm chung

J

tb

6
2,8
0,0914

tb
JK

Kn

Trong đó: Jtb- gradien cột nớc trung bình trong vùng thấm tính toán
J

tb

=

H
Ttt

i

Với +H- cột nớc tác dụng H=6,15(m)
+Ttt- chiều sâu tính toán của nền, nó phụ thuộc vào trị số hình chiếu ngang L o và
hình chiếu đứng So của đờng viền thấm
Ta có Lo=32(m), So=11(m)Lo/So=2,9 tra bảng (3-1) giao trình thuỷ công tập 1 ta
tính Ttt=0,8So+0,5Lo=0,8.11+0,5.32=24,8(m).
+- tổng hệ số sức cản của đờng viền thấm tính theo phơng pháp Trugáep

SVTH: phạm đình mạnh

14

Lớp 44c1-ĐHTL


Ket-noi.com diễn đàn công nghê, giáo dục
a) Bé phËn cöa vµo, cöa ra:
- Bé phËn cöa vµo:
a

ξv=0,44+ T + ξc
o

SVTH: ph¹m ®×nh m¹nh

15

Líp 44c1-§HTL