THIẾT kế CỐNG lộ THIÊN đề a 1

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN
( Đề số : A – 1 )

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
= 100 m3/s
;
Zđầu kênh = 3,50 m
max
Z sông = 7.50m
;
Zmin sông = 3.70 m
Chống lũ:
Zsông max = 8.60 m
;
Zđồng min = 2.50 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 Dân

Lớp TH 9

Trang 1


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 Dân

Lớp TH 9

Trang 2


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 được xác đònh theo TCXDVN 285:2002 :
-Căng cứ vào quy phạm 20-02 với đối tượng là đập bê tông trên nền đất ở
trạng thái bão hòa nước và chiều cao đập≤ 8m là công trình cấp IV
-Căn cứ vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tưới cho 60.000 ha ta có công
trình thuộc cấp II là chủ yếu,cấp III thứ yếu.
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 Dân

Lớp TH 9

Trang 3


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 = 3.50 m
HTK = Z TK – Zđáy kênh = 3,5 – 0,00 = 3.50 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 = 100 m3/s.
4mo√ i
8,424 √ 0,0004
⇒ f(Rln) =  = 
= 0,0017
Q
100
Tra phụ lục (8-1) với n = 0,025 tra được Rln = 2,75
Vậy h/Rln = 3.50 / 2.75 = 1.27
Tra phụ lục (8-3) ⇒ b/Rln = 5.13
⇒ b = b/Rln . Rln = 5.13*2.75 = 14.12m. Chọn b = 14 m
II/- TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG :
1- Trường hợp tính toán : Khi cần tháo lưu lượng Q tưới = 100 m3/s với
chênh lệch mực nước thượng lưu nhỏ Z sôngmin =3.7 m ; Zđầu kênh = 3.50 m ; ∆Z =
0.20 m.
2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :
- Cao trình ngưỡng : Chọn bằng cao trình đáy kênh Z = 0.00 m.
- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộng không ngưỡng P = 0

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 4


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

h

H

hh=hn

Zhp

3- Xác đònh bề rộng cống :
a. Xác đònh trạng thái chảy : 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 = 3.50 m (bỏ qua độ cao hồi phục Zhp).
* Tính H0 :
Từ công thức H0 = H+ V02/2g≈ 3.70 m
hn = 3.5 m > 0,8H o= 0.8 * 3.7 = 2.96 m
Vậy thoã mãn điều kiện để đập chảy ngập.
Tính bề rộng cống : Tính tổng bề rộng cống từ công thức đập tràn đỉnh
rộng chảy ngập.

Qc =ϕn .ϕg .∑b.h 2 g ( H 0 −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 = 0.95
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 5


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

ϕg = 0.5*0.97 + 0.5 = 0.97

QTK
⇒ ∑b = 
ϕn. ϕg. h. √ 2g ( H0 – h)

100
= 
0,96. 0,97. 3,50 √ 2 . 9,81 .(3.7 -3.50)

= 15.5 m

Chọn ∑b = 16 m
c. Phân chia các khoang và chọn mố :
Phân khoang chọn mố như sau : Chọn 4 cửa mỗi cửa 4 m; 3 mố trụ pin
mỗi mố rộng 1m. 2 mố bên mỗi mố rộng 0.6 m
d. Kiểm tra chiều rộng cống :
∑b
16
ε0 = 

= --- = 0,8
(∑b + ∑d)
(16 +1*3+2*0.5)
Trong đó : ∑d = 4 m : Tổng chiều dày các mố.
Tính lại ∑b với ε0 = 0.8 ⇒ ϕg = 0,5 ε0 + 0,5 = 0,5 . 0,8 + 0,5 = 0,90

100
⇒ ∑b = 
0,96. 0,90. 3.5 √ 2 . 9,81 (3.7 – 3.5)

= 16.7 m

Qc = ϕn .ϕg .∑b.h 2 g ( H 0 − h )

= 0,96 . 0,90 . 16.7. 3,5
Vậy chọn ∑b = 16 m là phù hợp.

√2 . 9,81 .(3.7 -3.5) = 100.03 m3/s

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 Zsông 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 :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 6

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

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

Q

= ε × ϕ × ∑ b × h c 2 g ( 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 = 7.5 (bỏ qua lưu tốc tới gần)
Q

Tính Fτc = ϕ × b × H 1 / 5
c
o
và a/H = 0.042. Nên ta có độ mở cống a =a/H*H = 0.042*7.5 = 0.32 m
hc = Tc . Ho = ε.(a/H).H = ε.a = 1* 0,68 = 0,68 m
Độ sâu phân giới hk : hk =
hk =

3

3

α q2
g

với q = Q/bc =100/14 = 7,14 m2/s nên

7,14 2
= 2,37 m
9,81

Độ sâu liên hiệp hc " = 3.20 m
Mà ta có hh = 3,02 m. So sánh các độ sâu ta thấy :
hc = 0.68 m < hk = 2.37 m < hh = 3.02 m < hc" = 3.2 m tức là 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.
BẢNG TÍNH QUAN HỆ Q~a

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 7


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
qE0=H

F(τc)τc
''a/Hah
c"hc"hh1207

,50,004
21,950
7,181,0
772,10
1,437,5
0,0730,
24050,
070,53
1,8040,2962
307,50,
00282,
2506,2
21,160
2,612,1
47,50,1
100,28
440,08
0,602,1
330,4773
407,50
,00212
,5005,
601,20
93,022
,867,50
,1460,
42700,
090,68
3,203
MaTẢI

TRỌNG
KÝ
HIỆUT
RỊ
SỐ0,18
04507,
50,001
72,700
5,191,2
693,43
3,577,5
0,1830,
36250,
10,752,
0

TT

1

Q

Trọng lượng mố cống

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

H

G1

Lớp TH 9

F(R)ln

611

Rln

b/Rln

0

Trang 8

0


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
7180,7085
607,50,
00142,
9004,8
31,299
3,774,2
97,50,2
200,38
990,11
0,832,9
240,8436
707,50,

00123,
1004,5
21,341
4,165,0
07,50,2
560,42
220,10,
753,16
70,9917
807,50,
00113,
2004,3
81,369
4,385,7
17,50,2
930,45
100,15
1,133,3
830,9988
1207,5
0,0007
3,4004,
121,38
64,718,
577,50,
4390,5
3500,1
71,284,
0130,7009
1007,5

0,0008
3,6003,
891,43
65,177,
147,50,

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 9


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên
3660,4
6500,2
1,503,4
881,682h

/Rlnhh
(T.m)
(m)
(T)

Từ
bảng
tính
xác
đònh
Qtt

tiêu
năng
, ứng
với
Q =
40m3
/s có
trò số
(hc’’
– hh)
đạt
giá
trò
lớn
nhất
.
o đó
ta
chọn
lưu
lượn
g
tính
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 10

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

toán
tiêu
năng
là Qtt
=
40m3
/s
ác
đònh
độ
mở
cống
a:
ó Fτc
=
0.14
6 ,
tra
bảng
ta có
a/H
=
0.09
m

> a
=a/H
*H =

0.09
* 7.5
=
0.68(
m)
3Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Tính
toán
tiêu
năn
g:
iện
pháp
tiêu
năng
ta
chọn
tườn
g và
bể
kết
hợp .

Xác
đònh
chiề
u
sâu
bể :
ài
toán
tính
đúng
dần .
Trìn
h tự
tính
toán
như
sau:
−
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 12


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Tí
nh d
lần

thứ
nhất
theo
công
thức
sau:
d1 =
hc” hh ,
hoặc
giả
đònh
một
trò số
xấp
xỉ trò
số
trên;
−
V
ới độ
sâu
d1 đã
chọn
, tính
độ
sâu
co
hẹp
hc và
độ

sâu
liên
hiệp
hc”
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 13


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

theo
cột
nước
Eo’ =
Eo +
d1
theo
cách
sau:
−
Tí
nh
F (τ c ) =

q
ϕ ⋅ E 3o / 2

; có
F(τc)
,
chọn
ϕ =
0,9
tra
bảng
tra
thủy
lực
được
hc và
hc”.
−
Đ
ònh
chiề
u
sâu
mực
nước
trong
bể
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 14

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

tiêu
năng
: hb =
σ.hc”
.;
chọn
σ =
1,1;
−
Tí
nh
∆Z
theo
công
thức:
−
∆Z =

q2
q2
−
2gϕ 2 h 2h 2g(σh "c ) 2

−

Tí
nh

chiề
u
sâu
d
của
bể
theo
công
thức
: d =
σhc”
– (hh
+
Z2);
−

N
ếu
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 15


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

giá
trò d
tính

ra
bằng
hay
gần
bằng
giá
trò d1
đã
chọn
thì
việc
chọn
d1 là
đúng
và
đó là
độ
sâu
bể
cần
đào.
Nếu
hai
giá
trò d
chưa
bằng
nhau
thì
lấy

giá
trò d
vừa
tính
để
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 16


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

tính
lại
lần
nữa
theo
trình
trự
trên.
−

T
hiên
về
an
toàn,
kinh

tế và
đề
phòn
g bất
trắc
chọn
d =
1(m)
.

Xác
đònh
chiề
u dài
bể :
−

T
ính
chiề
u
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 17


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

dài
bể:
chiề
u dài
bể
tiêu
năng
được
tính
theo
công
thức:
−

L
b =
L1 +
βLn
−

T
rong
đó:
−

L
1

:
chiề

u dài
nước
rơi
từ
ngưỡ
ng
xuốn
g
sân
tiêu
năng
, tính
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 18


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

theo
công
thức
của
Trec
tôux
ốp:
−

L 1 = 2 h K (P + 0,35h K )

với
hK =

2
2
H o = ⋅ ×7,50 = 5.0 (m )
3
3

−

L 1 = 2 5.0(2 + 0,35 × 5.0) = 8,70(m )
−

β
: hệ
số
lấy
bằng
0,7 ÷
0,8,
lấy β
=
0,8;
−

L
n

:
chiề
u dài
nước
nhảy
, tính
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 19


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

theo
công
thức
kinh
nghi
ệm:
−

Ln =
(4,5
÷ 5)
(hc”
– hc)
lấy

Ln =
5(hc”
– hc)
−

Ln =
5(3.2
03 –
0,68)
=
12,6
(m)
−

V
ậy
chiề
u dài
bể
tiêu
năng
:
−

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 20

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Lb =
8,7+
0,8 .
12,6
=18,
8
(m)
−

C
họn
chiề
u dài
bể
tiêu
năng
Lb =
19
(m).

−

−

I
VBỐ
TR

Í
CÁ
C
BỘ
PH
ẬN
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 21


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

/THA
ÂN
CỐ
NG :
Bao
gồm
bản
đáy,
trụ
và
các
bộ
phận
trên
đó.

1C

h
ọ
n
c
ử
a
v
a
n
p
h
ẳ
n
g
,
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 22


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

c
ấ
u
t

ạ
o
b
ằ
n
g
t
h
é
p
,
v
ớ
i
d
à
n
đ
ó
n
g
m
ở
v
a
n
q
u
a
y

,
đ
ỉ
n
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 23


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

h
c
ữ
a
v
a
n
c
a
o
h
ơ
n
đ
á
y
t

ư
ờ
n
g
n
g
ư
ïc
0
.
2
m
.
3aC
2.
Do không yêu cầu
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 24


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Zđt =
Ztt +
δ =
3,70
+ 0,5

=
4,2m
r
o
n
g
đ
ó
:
tt
=
3,7 m :
Cao
trình
mực
nước
tính
toán.
= 0,5
m
:
Độ lưu
không
Cao
trình
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dân

Lớp TH 9

Trang 25