ĐỒ ÁN THỦY CÔNG CỐNG LỘ THIÊN

Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
CỐNG B, ĐỀ 44
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Trường hợp

Tiêu nước

Ngăn triều

Chỉ tiêu
Đề

(m3/s)

(m)
(m)

44

95

3,68

3,5

0,15

6,1

1,02

I.

Vị trí nhiệm vụ công trình.
Cống B xây dựng ven sông Y (chịu ảnh hưởng của vùng thủy chiều) để:
- Tiêu nước cho 30.000 ha ruộng.
- Ngăn triều và giữ nước ngọt.
- Cống xây dựng trên tuyến đường giao thông với xe loại 8 – 10 tấn đi qua
II.
Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.
1. Cấp công trình.
Theo 285-2002 quy chuẩn quốc gia về công trình thủy lợi cấp công trình được xác
định theo 2 điều kiện là chiều cao công trình và nhiệm vụ công trình.
a. Theo chiều cao công trình:
Chiều cao công trình:
=+d - =6,1 + 0,7 – (-1) = 7,8(m)
Trong đó : d là độ vượt cao an toàn lấy d=0,7m
Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1- Đồ án môn học thủy công) tương ứng với công trình đập
bê tông trên nền đất ta có cấp công trình là cấp IV
b.

Theo nhiệm vụ công trình:

Theo 285-2002 với diện tích tiêu là 30.000 ha thì công trình thuộc cấp II.

Vậy, ta chon cấp công trình là cấp II.
2. Các chỉ tiêu thiết kế.
SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

1


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

+
+
+
+
+
+
-

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Dựa và cấp công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế như sau :
Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu : P = 0,5%.
Tần suất mực nước lớn nhất ngoài sông khai thác : P = 10%.
Các hệ số lệch tải n :
Trọng lượng bản thân công trình : 1,05
Áp lực thẳng đứng của trọng lượng đất : 1,2
Áp lực bên của đất : 1,2
Áp lực nước tĩnh, áp lực thấm ngược, áp lực sóng : 1,0
Tải trọng do gió : 1,3
Tải trọng do động đất : 1,0.
Hệ số điều kiện làm việc : m = 1,0

Hệ số tin cậy : Kn = 1,2.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG LỘ THIÊN
Mục đích: Xác định khẩu diện cống và tính toán tiêu năng.

I.

Tính toán kênh hạ lưu.
Theo phương pháp mặt cắt thủy lực lợi nhất.
1. Các tài liệu về kênh:
- Zđáy kênh = -1 m.
- Độ dốc mái: m = 1,5.
- Độ nhám : n = 0,025.
- Độ dốc đáy : i = 10-4.
- Lưu lượng tính toán: Q = Q tiêu max = 95(m3/h).
2. Tính toán bề rộng kênh.
- Độ sâu mực nước trong kênh:
H = Z sTKông − Z đáy = 3,5 − (−1) = 4,5

• Chiều rộng đáy kênh:
Với m = 1,5 tra theo phụ lục 8-1 (bảng tra thủy lực) ta có (4mo) = 8,424
Ta có:
f(R ln ) = (4m0 )

0,0001
i
= 8,424
= 0,00089 (m 3 / s )
Q
95

Tra phụ lục 8-1 (bảng tra thủy lực) với n = 0,025ta được Rln = 3,468 (m).
Lập tỷ số:
H
4,5
=
= 1,298
R ln 3,498

Tra bảng K3 với m = 1,5 ta có:
B
= 4,898 ⇒ B = 4,898 × 3,468 = 17( m)
R ln
SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

2


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

-

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Vậy ta chọn B = 17 (m).
Sơ bộ xác định vận tốc xói theo công thức :
VKX = KQ 0,1 (m/s)

Trong đó : Q – lưu lượng của kênh (m3/s)
K – hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh ( K = 0,53)
⇒ VKX = 0,53 × 95 0,1 = 0,836 (m / s )

Kiểm tra điều kiện không xói của kênh
Theo điều kiện khống chế Vmax< VKX
Trong đó Vmax là lưu tốc lớn nhất lòng kênh chính ứng với lưu lượng Qmax
Vmax =

95
= 0,889 (m / s )
4,5 × (17 + 4,5 × 1,5)

Vmax> XKX nên ta chọn lại bề rộng kênh B = 19 (m), tính lại:
Vmax =

95
= 0,82 ( m / s ) < VKX
4,5 × (19 + 4,5 × 1,5)

Do không có tài liệu về các hạt lơ lửng trong dòng chảy nên ta không kiểm tra điều
kiện không lắng.
Kết luận: Bề rông kênh là 19 (m).
II.

Tính toán khẩu diện cống.
1. Trường hợp tính toán:
Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo với lưu lượng Qtk.
- Qtk = Q tiêu max = 95 (m3/s).
∆Z

= Z đồng khống chế - Z sông TK= 3,68 – 3,5 = 0,18 (m).
2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống:

- Hình thức ngưỡng: Ngưỡng đỉnh rộng.
- Cao trình ngưỡng: Để tăng khả năng tháo ta chọn cao trình ngưỡng cống ngang với cao
trình đáy sông thượng lưu, Ztl = -1 (m).
3. Xác định bề rộng cống:
a. Xác định trạng thái chảy:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

3


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Zhp

H

h

P

Hình 1: Sơ đồ tính khẩu diện cống với ngưỡng đỉnh rộng
Theo TCVN 9147-2012, đập chảy ngập khi hn> n.H0;
trong đó: hn = hh– P
αv 02
H0 = H +

2g

n là hệ số sơ bộ có thể lấy 0,75  n  (0,83 ÷ 0,87)
Ta có:
hn = hh – P = hh = 4,5 (m)
Do chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ nên ta lấy v0 = 0
αv 02
H0 = H +

2g

= Z đồng khống chế - Z đáy kênh
= 3,68 – (-1) = 4,68 (m).
hn
h
> ( n ) pg = (0,7 ÷ 0.85)
H0
H0

Tiêu chuẩn chảy ngập
Như vậy, đập chảy ngập. Do độ cao phục hồi nhỏ nên ta bỏ qua , lấy
h = hn = 4,5 (m).

∑b

b. Tính toán bề rộng cống
:
Tính bề rộng cống theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:
Q = ϕ nϕ g ∑ bh 2g(H0 − h)

-

ϕn

Trong đó:

ε0

là hệ số lưu tốc, chọn m = 0,34 ; = 0,95. Tra bảng được = 0,9
ϕg
ϕg
ε0
×
là hệ số co hẹp bên, = 0,5 + 0,5 = 0,5 0,95 + 0,5 = 0,975.

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

4

hh


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi
⇒ ∑b =
=

Q
ϕ nϕ g h 2g(H 0 − h)
95

= 12,9(m)

0,9 × 0,975 × 4,5 × 2 × 9,81 × (4,68 − 4,5)

Chọn

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

∑b

= 12,9 (m). Chia cống thành 3 khoang, mỗi khoang rộng 4,3 (m) mố trụ

dày 1 (m); mố bên lượn tròn dày r = 0,5 (m).
ε0
Tính lại theo trị số của m và
:
ε0 =

∑ b = 12,9 = 0,811
∑ b + ∑ d 12,9 + 3

ϕ g = 0,5 × ε 0 + 0,5 = 0,5 × 0,811 + 0,5 = 0,905
r 0,5
=
= 0,116
b 4,3

Với

b 12,9
=

= 0,811
B 15,9

và

tra bảng 8 TCVN 9147-2012
ϕg

Ta được: m = 0,366. Tra bảng 13, ta được
⇒ ∑b =

= 0,972.

95
0,972 × 0,905 × 4,5× 2 × 9,81 × (4,68 − 4,5)

Chênh lệch không đáng kể nên ta chọn

∑b

= 12,9(m)

=12, 9 (m), mỗi khoang rộng 4,3 (m);

mố trụ dày 1 (m); mố bên lượn tròn dày 0,5 (m).
Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập:
⇒ V0 =

hh = hn= 4,5
H0

Q
95
=
= 1,637(m/s)
ω 4,55× 12,9

α.v 02
2g

= Zđồng khống chế - Zđáy kênh +

h
hn
= 0,934 >  n
Ho
 H0

q=

=

1 × 1,637 2
3,68 − (−1) +
= 4,82 (m)
2 × 9,81



 pg

 m3 
Q
95

=
= 7,364
∑ b 12,9
 s.m 

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

5


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Độ sâu phân giới:
hk = 3

α .q 2
1 × 7,364 2
=3
= 1,77(m)
g
9,81

h

hn
4,5
=
= 2,54 >  n
h k 1,77
 hk


 = (1,2 ÷ 1,4)
 pg

Vậy trang thái chảy trong cống là chảy ngập
Chiều rộng bản đáy cống là: B = 15,9 (m).
III.
Tính toán tiêu năng phòng xói cho hạ lưu.
1. Trường hợp tính toán:
ΔZ max

Khi tháo nước qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất
.
Với cống tiêu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ xuống thấp nhất (chân
min
Z sông
= 0,15

triều)

m; ở phía đồng là mực nước đã khống chế là 3,68 m. Trường hợp này

thường tranh thủ mở hết cửa van để điều tiết, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu

lượng thiết kế. Tuy nhiên, chế độ chảy đó không làm việc trong thời gian dài.
2. Lưu lượng tính toán tiêu năng:
Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên mực nước hạ lưu không phụ
thuộc và lưu lượng cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất ứng với các mực nước tính
toán đã chọn ở trên.
Qtt = Q tiêu max = 95 (m3/s)
3. Xác định kích thước bể tiêu năng:
a. Chọn biện pháp tiêu năng:
Có thể đào bể, xây tường, tường bể kết hợp. Với cống trên nền đất, ta chọn biện
pháp tiêu năng là đào bể.
b. Tính toán kích thước bể:
- Chiều sâu bể:
d = σ n .h "c − (h h + Z 2 )

Trong đó:
σ

h

là hệ số ngập, chọn

σ

= 1,05.

"
c

là độ sâu liên hiệp sau nước nhảy.
Z2 là chênh lệch đầu nước ở cuối bể và kênh, tính như đập tràn đỉnh rộng.

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

6


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

q
Z2 = 
 2gϕ h
n h


2

 

q
 −

"
  2g σ h 
n c 
 

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

2

Trong đó :
Q
95
=
= 5,975
B 15,9

q là lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối bể ; q =
(m).
hh là mực nước hạ lưu sau bể hh = Z sông min – Z đáy kênh = 1,15 (m).
d được xác định theo phương pháp thử dần.
Khi chưa đào bể, ta có E0 = H0 = 4,82 (m).
F(τ c ) =

q
5,975
=
= 0,594
3/2
ϕE 0
0,95 × 4,823/2

Tra bảng 15-1 (bảng tra thủy lực) ta có

τ "c = 0,6

;

τ c = 0,145

.

h "c = τ "c E 0 = 0,6 × 4,82 = 2,892

(m)
h c = τ c E 0 = 0,145× 4,82 = 0,699

(m)

h "c

Ta thấy

= 2,892 (m)> hh = 1,15 (m). Sau cống xuất hiện nước nhảy phóng xa nên

cần tính toán tiêu năng khi tháo nước.
d 0 = σhc" − hh = 1,05 × 2,892 − 1,15 = 1,89

Giả thiết

(m).

Vậy Eo = 4,82 + 1,89 = 6,71 (m).
F(τ c ) =

q
5,975
=
= 0,362
3/2

ϕE 0
0,95 × 6,713/2
τ "c = 0,487

Tra bảng 15-1 (bảng tra thủy lực) ta có
h "c = τ "c E 0 = 0,487 × 6,71 = 3,268
SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

;

(m)
7

τ c = 0,086

.


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi
h c = τ c E 0 = 0,086 × 6,71 = 0,577

q
Z2 = 
 2gϕ h
n h


2

 

q
 −
  2gσ h "
n c
 

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

(m)
2

2




 
5,975
5,975
 =

 − 

 2 × 9,81 × 1,05 × 3,268 

2
×
981
×
0

,
95
×
1
,
15






= 1,37 (m)
d 1 = σ n .h "c − (h h + Z 2 ) = 1,05 × 3,268 - (1,15 + 1,37) = 0,911 (m)

Giả thiết lại d0 = 0,911 (m)
F(τ c ) =

⇒

E0 = 4,82 + 0,911 = 5,731 (m).

q
5,975
=
= 0,4584
3/2
ϕE 0
0,95 × 5,7313/2

Tra bảng 15-1 (bảng tra thủy lực) ta có
h "c = τ "c E 0 = 0,522 × 5,731 = 2,99

2

 
q
 −
  2gσ h "
n c
 

;

τ c = 0,11

.

(m)

h c = τ c E 0 = 0,11× 5,731 = 0,6304

q
Z2 = 
 2gϕ h
n h


τ "c = 0,522

(m)

2

2




 
5,975
5,975
 =

 − 




 2 × 981 × 0,95 × 1,15   2 × 9,81 × 1,05 × 2,99 


= 1,156 (m)
d 1 = σ n .h "c − (h h + Z 2 ) = 1,05 × 2,99 - (1,15 + 1,156) = 0,834 (m)

Ta thấy d1
-

≈

d0. Vậy chọn chiều sâu bể là 0,9 (m) để thuận tiện cho thi công.

Chiều dài bể tiêu năng:
L b = L1 + βL n

Trong đó:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

8

2

2


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

L1: chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng. Tính theo Tretôuxốp:

L1 = 2 h k (P + 0,35h k )

(

2
h k ≈ H0
3

)

L1 = 2 3,21(0 + 0,35 × 3,21) = 3,8 (m)

P : chiều cao ngưỡng cống so với bể.
Ln chiều dài nước nhảy. Tính theo công thức kinh nghiệm:
L n = (4,5 ÷ 5,5)(h "c − h c )

L n = 5 × (2,99 − 0,6304) = 11,8 (m)

β

Hệ số

lấy bằng 0,75

×
Vậy, ta có: Lb = 3,8 + 0,75 11,8 = 12,65 (m)
Kích thước bể tiêu năng :
+ Chiều sâu bể tiêu năng d = 0,9 (m).
+ Chiều dài bể tiêu năng Lb = 12,6 (m).
Chương III: BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG
I.
Thân cống.
Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.
1. Cửa van:
Trong thực tế việc lựa chọn cửa van cần thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật. Trong

giới hạn của đồ án ta chọn cửa van phẳng.
2. Tường ngực:

a. Các giới hạn của tường:
- Cao trình đáy tường ngực:
Z đt = Z tt + δ

Trong đó:
+ Ztt: mực nước tính toán khẩu diện cống, tức cần đảm bảo ứng với trường hợp
này,khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là không áp.
+ Ztt = Zđồng khống chế = 3,68 (m)
+
-

δ

δ

: độ lưu không, = 0,5
⇒

÷

0,7 (m)

δ

Zđt = 3,68 + = 4,38(m).
Cao trình đỉnh tường ngực: là cao trình đỉnh cống, được lấy theo 2 công thức.

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

9

Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Z sTKông + Δh + ηs + a

Zđỉnh1 =
'
'
'
Z smax
ông + Δh + η s + a

Zđỉnh2 =
Trong đó:
+

Δh , η s

tính với vận tốc gió tính toán lớn nhất.

Δh ' , η s'

+
tính với vận tốc gió tính toán bình quân lớn nhất.
+ a, a’ phụ thuộc vào cấp công trình. Công trình cấp II a =0,5; a’ = 0,4 (m)
* Tính Zđỉnh1

-

Tính

Δh

Δh = 2.10 −6.

v2D
cosα s
gH

:
Trong đó:
+ v là vận tốc gió tính toán lớn nhất, v = 28(m/s) (công trình cấp II nên vận tốc gió lấy
vơi tần suất P = 4%).
+ D đà gió; D = 200 (m).
+ H chiều sâu cột nước dưới cống, H =
+

αs

Tính

= 3,5 – (-1) =4,5 (m)

góc kẹp bởi trục dọc cống với hướng gió;
⇒

-

Z sTKông − Z đc

Δh = 2.10 −6.

αs

= 0.

v D
24 × 200
cosα s = 2.10 −6.
cos0 = 0,0071(m)
gH
9,81 × 4,5
2

2

ηs

:
Giả thiết sóng nước sâu, ta có:
gt 9,81 × 6 × 3600
=
= 7567,7
v
28

Tra đồ thị ta được

 _
 g τ = 3,8
 v
 _
g h
 2 = 0,075
v

(1)

gD 9,81 × 200
=
= 2,503
v2
28 2

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

10

.


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

 _
 g τ = 0,52

 v
 _
g h
 2 = 0,003
v

Tra đồ thị, ta được
(2)
Chọn cặp giá trị nhỏ hơn trong 2 cặp giá trị (1) và (2). Ta có :
_

τ=

0,56v 0,56 × 28
=
= 1,484 (s)
g
9,81

0,0034v2 0,0034 × 28 2
h=
=
= 0,24 (m)
g
9,81
_

_
2

gτ
9,81 × 1,4842
λ=
=
= 3,44 (m)
2π
2 × 3,14
_

_

λ
2

Ta thấy H = 4,5 (m) > =1,72 (m) nên giả thiết sóng nước sâu là đúng
Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 5%
_

h s 5% = K 1% × h = 1,75 × 0,24 = 0,42 (m)
η s = k ηs h 1%

Độ dềnh cao của sóng :
 λ 3,44
 H = 4,5 = 0,77

⇒ k ηs = 1,175
_
 h = 0,24 = 0,0697
 λ 3,44
η s = k ηs h 5% = 1,175 × 0,42 = 0,4935 (m)

Vậy
.
Zđỉnh1 = 3,5 + 0,0072 + 0,4935 + 0,5 = 4,501(m)
* Tính Zđỉnh2 :

-

Tính

Δh '

Δh ' = 2.10 −6.

v2D'
cosα s
gH

:
Trong đó:
+ v’ là vận tốc gió bình quân lớn nhất, v = 14(m/s) (công trình cấp 2 nên vận tốc gió
lấy vơi tần suất P = 50%).
+ D’ đà gió ứng với Zsôngmax; D’ = 300 (m).

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

11


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

+ H’ chiều sâu cột nước dưới cống, H’ =
+

αs

⇒

-

Tính

Z smax
ông − Z đc

= 6,1 – (-1) =7,1 (m)

góc kẹp bởi trục dọc cống với hướng gió;
Δh' = 2.10 −6.

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

αs

= 0.

v D'
14 × 300
cosα s = 2.10 −6.
cos0 = 0,0017 (m)

gH'
9,81 × 7,1
2

2

.

ηs '

:
Giả thiết sóng nước sâu, ta có:
gt 9,81× 6 × 3600
=
= 15135
v
14

Tra đồ thị ta được

 _
 g τ' = 5,0
 v
 _
 g h'
 2 = 0,118
v

(1)

gD' 9,81 × 300
=
= 15
v2
14 2
_

g
τ'

= 1,3
 v
 _
 g h'
 2 = 0,0132
v

Tra đồ thị, ta được
(2)
Chọn cặp giá trị nhỏ hơn trong 2 cặp giá trị (1) và (2). Ta có :
_

τ' =

1,3v 1,3× 14
=
= 1,855 (s)
g
9,81

0,0132v2 0,0132 × 14 2
h' =
=
= 0,264 (m)
g
9,81
_

_

g τ'2 9,81× 1,855 2
λ' =
=
= 5,375 (m)
2π
2 × 3,14
_

_

λ
2

Ta thấy H’ = 7,1 (m) > = 2,688 (m) nên giả thiết sóng nước sâu là đúng
Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 5%
SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

12

Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

_

h s 5% = K 5% × h ' = 1,75 × 0,264 = 0,462 (m)
η s = k ηs h 1%

Độ dềnh cao của sóng :
 λ' 5,375
 H' = 7,1 = 0,74

⇒ k'ηs = 1,13
_
h'
0,264
 =
= 0,05
 λ' 5,375
η' s = k'ηs h'5% = 1,13× 0,462 = 0,522 (m)

Vậy
.
Zđỉnh2 = 6,1 + 0,0017 + 0,522 + 0,4 = 7,02 (m)
Vậy, chọn cao trình đỉnh tường là 7,1 (m)
b. Kết cấu tường ngực : bao gồm bản mặt và các dầm đỡ.
- Chiều cao tường ngực :
Ht = Z đỉnh – Zđ = 7,1–4,501 = 2,6 (m)
- Cấu tạo tường ngực :

Bố trí 2 dầm đỡ ở đỉnh và đáy tường.
Bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày bản mặt chọn 0,3 (m).
- Kết cấu tường ngực được chính xác hoá trong tính toán kết cấu ở phần sau.
3. Cầu công tác :
Là nơi đặt thiết bị đóng mở và thao tác van. Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ
và các cột chống. Các cột chống gắn liền với trụ cống. Chiều cao cầu công tác đảm bảo
khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khi
cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống. Kích thước các bộ phân :
-chiều cao cầu 6m
- Bề rộng cầu: 3 (m).
- Kích thước cột chống: 30x40 (cm).
- Chiều cao lan can: 0,8 (m).
4. Khe phai và cầu thả phai:
bố trí ở đầu và cuối cống, để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa
chữa hay khi gặp sự cố bão lụt lớn.
5. Cầu giao thông:
- Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tường ngực. Dầm cầu cao 50 cm, mặt cầu
dày 30 cm.
- Cao trình mặt cầu: Z mặt cầu = 7,1 + 0,5 + 0,3 = 7,9 (m).
- Bề rộng cầu: theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 (m)
6. Mố cống:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

13


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Bao gồm mố giữa và hai mố bên. Trên mố bố trí khe phai và khe van, hình dạng đầu
mố dạng nửa tròn có bán kính r = 0,5 m để đảm bảo điều kiện thuận dòng. Mố có tác
dụng phân chiều rộng cống thành các khoang để bố trí của van phù hợp với kỹ thuật chế
tạo, thi công và năng lực làm việc của các thiết bị đóng mở cửa van. Ngoài ra mố bên còn
có tác dụng đỡ cầu công tác, cầu giao thông và các thiết bị đặt trên. Mố bên tác dụng liên
kết kết cấu cống với bờ. Chiều dày mố bên cần đủ lớn để đảm bảo chịu áp lực đất nằm
ngang.
- Chọn mố giữa d = 1m, mố bên d’ = 0,5m.
- Chiều cao mố = Z đỉnh tường – Z đáy = 7,1 – (-1) = 8,1 (m).
7. Khe lún:
Đối với cống lớn cần phải bố trí khe lún có ác dụng làm mềm kết cấu giảm ứng suất
trong kết cấu thân cống khi lún không đều.Khoảng cách giữa các khe lún từ 1520m. Do B = 15,9m nên ta không bố trí khe lún mà toàn cống làm cùng một mảng.
8. Bản đáy:
Dựa vào điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên.
Chiều dài bản đáy được chọn đủ để bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng
tính toán ổn định cống và độ bền của nền. Theo kinh nghiệm ta chọn kích thước bản đáy
II.

1.
2.
a.
b.
3.

sơ bộ:
Chiều dài bản đáy : L = 18m
Chiều dày bản đáy t = 1 m.
Đường viền thấm :
Đường viền thấm bao gồm bản đáy công,sân trước,bản cừ và chân khay,kích thước

bản đáy cống chọn như trên,kích thước các bộ phận khác chọn như sau:
Sân trước :
Sân trước làm bằng bê tông.
÷
Chiều dài sân : Ls = (3 4)H
H = (Z đồng khống chế - Z đáy kênh) = 3,68 – (-1) = 4,68 (m)
Chọn Ls = 14 (m).
Chiều dày sân : Sơ bộ chọn t = 1 (m).
Bản cừ :
Vị trí :do cống chịu áp lực nước từ 1 chiều nên ta bố trí cừ ở đầu bản đáy.
Chiều sâu đóng cừ: Do tầng thấm dày nên ta chọn loại cừ treo.
Chọn S = 4 (m) ở đầu thượng lưu
S = 6 (m) ở đầu hạ lưu
Chân khay:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

14


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

Tại 2 đầu bản đáy làm chân khay cắm sâu vào nền 1 m để tăng ổn định và kéo dài
đường viền thấm.
4. Thoát nước thấm:
Các lỗ thoát nước thấm được bố trí ở sân tiêu năng, dưới sân bố trí tầng lọc ngược.
Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược.
5. Sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm:

L tt ≥ C.H

Trong đó:
+ Ltt chiều dài tính toán của đường viền thấm.
L tt = L đ +

14 m
1m

Ln
m

18 m

0,5 m
12.6 m

1m

6m

4m

Hình 2: Sơ đồ đường viền thấm.
+ Lđ: chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn có góc nghiêng > 45º
so với phương ngang.
Lđ = 1 + 1 + 4 + 4 + 1 + 1 + 6 + 6 + 0,5 = 24,5 (m)
+ Ln: chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn có góc nghiêng < 45º
so với phương ngang.
Ln = 14 + 18 + 1+1 = 34 (m)

+ m: hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đường viền thấm,
lấy m = 2.
+ C: hệ số phụ thuộc vào loại đất nền, tra bảng P3-1 với đất cát pha lấy C = 5.
+ Cột nước lớn nhất của cống:
Z smax
ông − Z đc

H=

= 6,1 – (-1) = 7,1 (m).

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

15


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

34
2

Ltt = 24,5 +
= 41,5 (m) > C.H = 35,5 (m).
III.
Nối tiếp với thượng, hạ lưu.
1. Nối tiếp với thượng lưu.
1
4

Góc mở của tường về phía trước lấy với tgθ1 =
Hình thức tường là mặt trụ nối tiếp với kênh thượng lưu, đáy đoạn kênh nối tiếp với
kênh thượng lưu được xây bằng đá có chiều dày 0,5m. Phía dưới có tầng đệm cát dày
15cm.
2. Nối tiếp hạ lưu.
-

1
5

Tường cánh: Góc mở của tường về phía sau tgθ2 = hình thức tường là tường thẳng.
Sân tiêu năng: Bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí lỗ thoát nước ở cuối bể. Chiều dày sân

xác định theo công thức:

t = 0.15.V1.

h1

Trong đó: V1 và h1 là lưu tốc & chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy.
h 1 = σh "c = 1,05 × 2,99 = 3,14 (m)

v1 =

Q
95
=
= 1,91 (m/s)
bh 1 15,9 × 3,14

Chiều dày t = 0,51 (m).
Chọn t = 0,55 (m).
-

Sân sau: làm bằng đá xếp có độ gồ ghề lớn để tiêu hao nốt năng lượng còn lại. Dưới lớp
đó có thể bố trí tầng lọc ngược.
Chiều dài sân sau nối tiếp với kênh hạ lưu được xác định theo công thức kinh
nghiệm:
4
Lss = K. q . ∆H

Trong đó:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

16


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

957
= 5,975 (m 3 / s.m)
15,9

+ q: lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng. q =
+ ∆H: chênh lệch cột nước thượng lưu, hạ lưu tính cho trường hợp cống mở
∆H = H = Zđồng khống chế – Zsông min= 3,68 – 0,15 = 3,53 m

K: hệ số phụ thuộc vào tính chất lòng kênh, K = 10 (cát pha).
→ Lss =

10 × 5,975 × 4 3,53 = 33,5 (m)

=> chọn = 33,5(m).

B: TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG
I. Những vấn đề chung :
1. Mục đích:
Xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wth,gradien thấm J.
2. Trường hợp tính toán:
Khi chênh lệch mực nước thượng hà lưu là lớn nhất
∆H= - = 6,1 – 1,02 = 5,08 (m)
3. Phương pháp tính toán :
Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay.
II.TÍNH TOÁN THẤM
1.Vẽ lưới thấm
-

Đường dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ như
hình vẽ.
- Đường dòng cuối cùng là biên lớp đất sét.
- Đường thế đầu tiên trùng với biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu.
- Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang phía thượng lưu.
Theo hình vẽ ta có: chọn theo ví dụ giáo trình.
- Số dải thế : n= 18
- Số ống dòng : m= 8

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

17


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

2.Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng của dòng thấm
Cột nước tổn thất qua mỗi dải đường thế là :
Δh = = = 0,282.
Cột nước thấm tại điểm x cách đường thế cuối cùng I dải :
hx =i.Δh=i. =
Điểm A : = 7,5. Δh = 7,5 . 0,282 = 2,115 m
Điểm B : = 11,8. Δh = 11,8. 0,282 = 3,328 m
Biểu đồ áp lực lên đáy công:

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

18


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

B

-

Tống áp lực thấm tác dụng lên đáy công trình là :
Wt = γ n .

-

hD + hF
2,115 + 3,328
.Lday = 10.
.18 = 490.
2
2

Xác định graddien thấm :
===

STT

5

4

3

2

1

∆Si

1,25

1,75

2,5

3

4

H/n

0,333

0,333

0,333

0,333

0,333

Jtbi

0,417

0,583

0,833

1,0

1,333

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

19


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

III. Kiểm tra độ bền thấm của nền:
J TB

1. Kiểm tra độ bền thấm chung:
Trong đó:

J KTB
≤
Kn

JTB- građien cột nước trung bình trong vùng thấm.
: gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán.

JTB=

H
Ttt .Σξ i

.

H – cột nước tác dụng , H = 5,08 m
Ttt – chiều sâu tính toán của nền.

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

20


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

(2)
(1)

(3)

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

(5)

(4)

(6) (7)

+ Hình chiếu đứng của đường viền : = 6m
+ Hình chiếu bằng của đường viền : = 18 + 14 =32
Ta có tỉ lệ = = 5,33
Tra bảng 2-1 ( GTTC tập 1 ) ta được = 2,5 . =
Ta có :

=

ξv

ξv

+

ξn1

+

ξcu

+

ξn 2

+

ξra

= 0,44 + 1,5 . + = 0,44 + 1,5 . + = 0,91

Khoảng cách giũa 2 hàng cừ L = 18m > . Vậy ta có :
ξn1

= = = 0,72
0,5 ≤

Ta có : == 18m nên thỏa mãn điều kiện

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

21

T2
=1
T1

0≤

và

S1
< 0,8
T2


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi
ξcu

Vậy

GVHD: Nguyễn Hoàng Long

= 1,5 . + + = 1,5. + + 1/18 =0,78

Chiều dài sân trước là L = 14m >= 2.vậy ta có :
ξn 2

= ==0,67

Tại cửa ra ta có :
ξra

= 0,44 + = 0,44 + =0,496

=> Vậy = 0,91 +0,72+0,78+0,496+0,67=3,576
= =0,078
Tra bảng P3- 2 ta có : = 0,22
= 0,078 < = =0,183

2.Kiểm tra thấm cục bộ:
Công thức kiểm tra :
<
Trong đó:
- - gradien thấm ở cửa ra ,= 0,17
- - gradien thấm tới hạn cục bộ.Có thể xác định theo biểu đồ theo
thông số không đều của đất.
==9
Tra hình 3-1 ta có : = 0,6
Vậy < =0,6 thỏa mãn ổn định thấm cục bộ.

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

22


Đồ án môn học Công trình trên hệ thống Thủy Lợi

SVTH: Nguyễn Văn Hải – Lớp: 53CTL4

23

GVHD: Nguyễn Hoàng Long