thiết kế dẫn dòng thi công và công tác hố móng

Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

ĐỒ ÁN DẪN DÒNG THI CÔNG VÀ CÔNG TÁC HỐ MÓNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Vị trí và nhiệm vụ công trình

Công trình đầu mối hệ thống thủy lợi TL được xây dựng trên suối TC, thuộc xã
X, huyện H, cách thị xã T 20 km về phía Bắc.
1.1.1. Nhiệm vụ công trình
Công trình có các nhiệm vụ chính như sau:
- Cung cấp nước tưới cho nông nghiệp
- Phát điện
- Cung cấp nước cho sinh hoạt cho và công nghiệp
- Lòng hồ kết hợp nuôi trồng thủy sản;
- Cải tạo môi trường và du lịch
1.2. Quy mô công trình
Công trình gồm các hạng mục: Đập đất, cống lấy nước, tràn xả lũ.
1.2.1. Thông số hồ chứa
Ứng với các cao trình mực nước hồ có các dung tích sau:
- Mực nước dâng bình thường : 18,60 m
- Mực nước gia cường
: 20,26 m
- Mực nước chết
: 11,50 m
- Dung tích tòan bộ (Vtb): 4,919 * 106 m3.
- Dung tích hữu ích (Vhi): 3,831 * 106 m3.
- Dung tích chết (Vc): 1,008 * 106 m3.

1.2.2. Đập đất
Kết cấu đập bằng đất đắp. Có các thông số kỹ thuật của đập như sau:
- Hình thức đập: đập đồng chất.
- Cao trình đỉnh đập (

∇
đđ

): +20,8m.

- Cao trình đỉnh tường chắn sóng (

∇
tcs

): +21,3m.

∇

- Cao trình đống đá tiêu nước ( đtn): +10,00m
- Chiều cao đập lớn nhất (Hmax): 16,8 m.
- Chiều dài theo đỉnh đập chính (Lđ): 227 m.
- Bề rộng mặt đập (Bđ) : 5 m.
- Hệ số mái thuợng lưu (m): 3,5
- Hệ số mái hạ lưu (m): 3,0
- Bảo vệ mái thựơng lưu: đá hộc lát khan trên lớp đá dăm, cát lót và vải địa kỹ
thuật. Mái hạ lưu được bảo vệ bằng phương pháp trồng cỏ.
1.2.3. Cống lấy nước

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

1


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

Loại
cống

Lưu
lượng
thiết kế
(m3/s)
1.0

3

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Độ dốc Chiều
Chiều
đáy
dài cống rộng (m)
cống
(m)

Chiều
cao (m)

Cao
trình
cửa vào

Vị trí

0.02

4.1

+6.0

Bờ
trái

80

3.8

1.3.4. Đập tràn

1.3.

Loại tràn

Bề rộng ngưỡng (m)

2

18

Cao trình ngưỡng
(m)
+15.8

Thời gian thi công
Công trình được xây dựng trong khoảng 3 năm kể từ ngày khởi công.

1.4.

Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng công trình

1.4.1. Điều kiện địa hình
Suối TC chảy qua vùng đồi thấp, đỉnh hình tròn, hai bên lòng suối có thềm rộng,
thuận tiện cho việc thi công.
1.4.2. Đặc trưng khí tượng, thủy văn
Khu vực xây dựng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa. Mùa mưa từ tháng V đến
tháng X, mùa khô từ tháng XI đến tháng IV.
1.4.3. Các đặc trưng thủy văn và các yếu tố dòng chảy vùng công trình đầu mối
Hồ TL dự kiến xây dựng trên Suối TC. Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập đo
được 16,6 km2.
Lưu lượng thiết kế mùa lũ và mùa kiệt
Quan hệ Q~Zh ở hạ lưu tuyến đập

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

2

Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

1.4.4. Động đất
Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 7.
1.5.

Nguồn vật liệu xây dựng

1.5.1. Vật liệu đất
Mỏ 1 nằm phía vị trí đập tràn, cách tuyến đập 400m, gồm chủ yếu là lớp đất sét
và có lớp á sét từ trung đến nặng có lẫn dăm sạn xen kẹp, lớp này có lúc ở dưới, ở giữa
và ở trên lớp đất sét. Bề dày khai thác tương đối đồng đều 2÷2,5m.
Mỏ 2 nằm ở thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập 500m gồm các loại đất: á sét,
sét, bề dày trung bình 2,8m.
Mỏ 3 nằm ở sau vai trái tuyến đập. Mỏ này chủ yếu là đất sét, bề dày trung bình
2,5m cách tuyến đập 800m.
Mỏ 4 nằm phía thượng lưu tuyến đập, cách tuyến đập khoảng 1500m, bề dày
khoảng 2,4m, gồm đất sét, á sét.
Bốn mỏ đất gồm hai loại nguồn gốc chính là Eluvi và Deluvi. Đất ở bốn mỏ này
có dung trọng tự nhiên khô ɣtnk = 1,6T/m3 , đều dùng để đắp đập được.
1.5.2. Cát, đá, sỏi
Dùng đá vôi ở mỏ Bache, đá ở đó rất tốt dùng trong các công trường xây dựng.
Mỏ này cách tuyến đập 6 ÷7km.
Vì sỏi ít nên dùng đá dăm ở mỏ Bache để đổ bê tông, cát phân bố dọc sông Đà
dùng làm cốt liệu rất tốt, cự ly vận chuyển khoảng 5 ÷10km.
1.5.3. Giao thông vận tải

Công trình nằm ở huyện H cách quốc lộ khoảng 12km. Đường đến công trình
thuận tiện cho việc vận chuyển thiết bị thi công và vật liệu xây dựng.
1.6.

Điều kiện dân sinh kinh tế

Theo phương hướng quy hoạch đây là một huyện có dân số không nhiều nhưng
lại có nhiều dân tộc khác nhau. Cuộc sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp, điều kiện
sinh hoạt thấp kém.
1.7.

Khả năng cung cấp điện nước

1.7.1. Cung cấp điện
Cách công trình có đường dây cao thế 35KV chạy qua thuận tiện cho việc sử
dụng điện cho công trường.
1.7.2. Cung cấp nước
Nước dùng cho sản xuất được đảm bảo cả về số lượng lẫn chất lượng nhờ việc sử
dụng nguồn nước lấy từ các sông, suối.
Nước cho sinh hoạt cần xử lý bảo đảm vệ sinh cho người dùng.
1.8.

Điều kiện thi công
-

Công trình đầu mối thủy lợi do Công ty M đảm nhận thi công.
Vật tư thiết bị cung cấp đến chân công trình theo đúng tiến độ.
Máy móc đảm bảo cho việc thi công.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

3


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

-

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Nhà thầu có khả năng tự huy động vốn đáp ứng nhu cầu thi công.
Thời gian thi công 3 năm.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

4


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG

2.2.

2.1. Mục đích, ý nghĩa của việc chọn phương án dẫn dòng thi công
2.1.1. Mục đích của công tác dẫn dòng thi công
Tìm hiểu biện pháp hợp lý và tối ưu để dẫn được nước từ thượng lưu về hạ lưu,
hạn chế thấp nhất sự phá hoại của dòng chảy đến công trình. Đảm bảo công trình được triển
khai thi công trong điều kiện khô ráo, đúng tiến độ thiết kế.
2.1.2. Nhiệm vụ của công tác dẫn dòng
- Chọn phương án dẫn dòng
- Chọn tần suất và lưu lượng dẫn dòng thi công
- Tính toán thuỷ lực và điều tiết dòng chảy.
- Thiết kế các công trình tạm, đắp đê quai, dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu
2.1.3. Ý nghĩa của công tác dẫn dòng
Công tác dẫn dòng thi công có ý nghĩa quyết định đến việc lựa chọn hình thức kết
cấu và bố trí công trình thuỷ lợi đầu mối, ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ thi công, biện
pháp thi công và giá thành công trình.
Phương án dẫn dòng thi công
2.2.1. Nguyên tắc lựa chọn phương án dẫn dòng thi công
- Thời gian thi công ngắn nhất
- Phí tổn dẫn dòng và giá thành công trình rẻ nhất.
- Thi công thuận tiện, liên tục, an toàn và chất lượng cao.
- Triệt để lợi dụng các điều kiện có lợi của tự nhiên và các đặc điểm của kết
cấu công trình thuỷ công để giảm bớt khối lượng và giá thành các công trình tạm.
- Khai thác mọi khả năng, lực lượng tiên tiến về kỹ thuật tổ chức và quản lý như:
Máy móc có năng suất cao, phương pháp và công nghệ thi công tiên tiến, tổ chức thi công
khoa học để tranh thủ tối đa thi công vào mùa khô với hiệu quả cao nhất. Cụ thể là mùa khô
mực nước thấp, đắp đê quai ngăn dòng tập trung đắp đập với tốc độ nhanh vượt lũ tiểu mãn
và lũ chính vụ.
- Khi thiết kế các công trình tạm nên chọn các phương án thi công đơn giản, dễ làm,
thi công nhanh, dỡ bỏ dễ dàng, tạo điều kiện cho công trình chính sớm khởi công và thi
2.2.2. Nêu phương án dẫn dòng thi công
Căn cứ vào việc phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến việc dẫn dòng thi công, có thể đề

xuất các phương án sau:

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

5


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

• Phương án 1: Theo phương án này thời gian thi công là 2,5 năm. Bắt đầu thi công từ
tháng 1.
Bảng 2 - 1: Trình tự dẫn dòng theo phương án 1
Năm
thi
công

1

2

3

Tần suất Lưu lượng
Công trình
Các công việc phải làm và
Thời gian

TKDD (P dẫn dòng
dẫn dòng
các mốc khống chế
%)
(m3/s)
Mùa khô I
Lòng sông
10
15.4
- Đắp đê quai TL, HL,
(Tháng 1 đến thu hẹp
đê quai dọc bờ trái
tháng 8)
-Thi công cống
-Đắp một phần đập chính
bên bờ trái , đến cao trình
vượt lũ
Mùa lũ I
Lòng sông
10
150
-Thi công đập bên bờ trái
(Tháng 9 đến thu hẹp kết
đến cao trình thiết kế
tháng 12)
hợp cống
Mùa khô II
Cống
10
15.4

- Thi công đắp đập bờ
(Tháng 1 đến
phải
tháng 8)
- Đào móng tràn
Mùa lũ II
Cống và
10
150
Chặn dòng. Thi công đắp
(Tháng 9 đến móng tràn
đập bờ phải và hoàn
tháng 12)
thiện đập
Mùa khô III Cống
10
15.4
-Thi công tràn
(Tháng 1 đến
- Đắp và hoàn thiện đập 2
tháng 8)
bên tràn

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

6

Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

• Phương án 2: Theo phương án này thời gian thi công là 2 năm.
Bảng 2 - 2: Trình tự dẫn dòng theo phương án 2
Năm
thi
công

1

2

Tần suất Lưu lượng
Công trình
Các công việc phải làm và
Thời gian
TKDD (P dẫn dòng
dẫn dòng
các mốc khống chế
%)
(m3/s)
Mùa khô I
Lòng sông
10
15.4
- Đắp đê quai TL, HL,
(Tháng 1 đến thu hẹp
đê quai dọc bờ trái

tháng 8)
-Thi công cống
-Đắp một phần đập chính
bên bờ trái đến cao trình
vượt lũ
Mùa lũ I
Lòng sông
10
150
-Thi công đập bên bờ trái
(Tháng 9 đến thu hẹp kết
đến cao trìnhthiết kế
tháng 12)
hợp cống
- Đào móng tràn
Mùa khô II
Cống
10
15.4
- Chặn dòng. Thi công
(Tháng 1 đến
đắp đập bờ phải
tháng 8)
- Thi công tràn
Mùa lũ II
Cống và
10
150
Thi công đắp đập bờ
(Tháng 9 đến tràn

phải và hoàn thiện đập
tháng 12)

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

7


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

2.2.3. So sánh phương án
• Phương án 1: Phương án này sử dụng phương án dẫn dòng qua lòng song thu hẹp kết hợp
với cống . Thời gian thi công trong vòng 2,5 năm. Ưu điểm của phương án này là có cường
độ thi công vừa phải, đồng đều trong các giai đoạn,
• Phương án 2: Sử dụng lòng sông thu hẹp, cống, tràn xả lũ để dẫn dòng. Thời gian thi
công trong vòng 2 năm. Ưu điểm của phương án này là có thời gian thi công ngắn, đẩy
nhanh tiến độ thi công. Tuy nhiên, phương án này lại có nhược điểm là cường độ thi
công trong các gian đoạn khá lớn. cung ứng vật liệu nhân công gấp
• Kết luận: Qua đó ta thấy phương án 1 là phương án dẫn dòng tối ưu hơn. Đảm bảo đúng
tiến độ thiế kế, yêu cầu kỹ thuật.
2.2.4. Chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn dẫn dòng
ứng với tần suất dẫn dòng thi công.
2.2.4.1. Chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công.
Công trình hồ chứa nước Phú Hà là công trình cấp III. Theo tiêu chuẩn QCVN 0405/2012, tần suất lưu lượng để thiết kế công trình tạm phục vụ cho dẫn dòng thi công được
xác định dựa vào thời gian công trình đầu mối hoàn thành. Hồ chứa nước Phú Hà là công

trình cấp III, dẫn dòng qua nhiều mùa khô chọn tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để
thiết kế công trình tạm phục vụ cho công tác dẫn dòng là P=10%.
2.2.4.2. Chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công.
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn thiết kế
dẫn dòng thi công ứng với tần suất thiết kế đã chọn. Căn cứ vào lưu lượng trung bình tháng
trong thời đoạn dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng đã chọn ở trên ta chọn được lưu
lượng thiết kế dẫn dòng thi công như sau:
Mùa khô: QddTK = 16.4 m3/s
Mùa lũ : QddTK = 165 m3/s.
2.3. Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công
2.3.1. Tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp mùa khô năm thứ nhất.
2.3.1.1.Mục đích
- Xác định quan hệ Q~ZTL khi dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp
- Xác định cao trình đê quai thượng lưu và hạ lưu
- Xác định cao trình đắp đập chống lũ cuối mùa khô
- Kiểm tra điểu kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy.
2.3.1.2. Nội dung tính toán
- Xác định mức độ thu hẹp lòng sông.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

8


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Mức độ thu hẹp của lòng sông phải hợp lý. Một mặt đảm bảo yêu
cầu về mặt bằng thi công, mặt khác đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp
dòng chảy cho hạ du mà không gây xói lở, theo giáo trình thi công tập I,
mức độ thu hẹp lòng sông được xác định theo công thức:

K=
Trong đó:

ω2

ω1
*100%
ω2

(2-1)

- Diện tích mặt cắt ướt của sông ban đầu (m 2)
ω1
- Diện tích mặt cắt ướt của đê quai và hố móng

chiếm chỗ (m2)
K - Mức độ thu hẹp của lòng sông.
Thông thường theo kinh nghiệm K =30% ~ 60%.
Tuy nhiên với những sông miền núi có lưu lượng lớn nên tính toán với
mức độ thu hẹp lòng sông nhỏ để giảm bớt xói cho lòng sông.
-Sơ đồ tính toán:
Zvl
Zdq
Ztl
W1

W2

Hình 1- Mặt cắt ngang sông khi thu hẹp lòng sông

Ztl
Vo

Z

Vc

Zhl

Hình 2- mặt cắt dọc đê quai.
Ta có quan hệ Q-Zhl như sau :
Q (m3/s)
Zhl (m)
Q (m3/s)
Zhl (m)

0.00
4.0
495.2
1
14.5

SVTH: Vũ viết Duy

21.30

5.5

21.59
7.0

90.12
8.5

217.58
10.0

377.65
11.5

570.65
13.0

502.63

532.90

573.51

620.20

671.08

725.19

16.0

17.5

19.0

20.5

22.0

23.5

Lớp: 51 CT- TL

9


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Từ Qdd = 16.4 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta được cao trình Zhl = 5,6 (m)
*Xác định Ztl :
∆Z gt → ∆ZTL = Z hl + ∆Z gt

- Giả thiết:
→ Đo diện tích trên mặt cắt ngang ta được các thông số :
+ -Diện tích ướt phần công trình chiếm chỗ
+ - Diện tích ướt phần lòng sông tự nhiên
- Tính V0, Vc
Lưu tốc tại mặt cắt co hẹp :

Vc =

V0 =

tk
Qdd
ε (ω2 − ω1 )

tk
Qdd
ω2

Lưu tốc tới gần :
Trong đó :
+ Qdd = 16.4 m3/s là lưu lượng thiết kế dẫn dòng.
+ là hệ số co hẹp bên.
+ -Diện tích ướt phần công trình chiếm chỗ
+ - Diện tích ướt phần lòng sông tự nhiên
- Tính :
∆Z tt =

Vc2
V02
−
ϕ 2 .2 g 2 g

Trong đó :
ϕ = 0,85

+

là hệ số lưu tốc.
+ Vc là lưu tốc tại mặt cắt co hẹp
+ V0 là lưu tốc tới gần
-So sánh Ztt với Zgt cho đến khi sai số chấp nhận được.Nếu tính toán không chấp
nhận được thì giả thiết lại Zgtcho đến khi Zgt ≈ Ztt thì dừng lại.
- Dữ liệu tính toán được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 1- tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp mùa kiệt năm nhất
Zgt

Ztl

W2

0.35

5.95

71.8

0.01

5.61

W1

Wc

30.26 41.54

45.81 16.86 28.95

17.02 29.12
0.015 5.615 46.15
8
2
0.018 5.618 46.36 17.13 29.23
SVTH: Vũ viết Duy

Vo
0.22841
23
0.35800
04
0.35536
29
0.35375

Vc
0.6
0.6
0.6
0.6

Zctt
0.02234
1
0.01846
8
0.01856
4
0.01862

Lớp: 51 CT- TL

10


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

16.82 28.91
0.009 5.609 45.74
8
2
0.009 5.609 45.77 16.84 28.93
5
5
6
4
2

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

32
0.35854
83
0.35826
63

0.6
0.6

2

0.01844
8
0.01845
8

Ta thấy giá trị ∆Zgt ≈ ∆Ztt =0,018m. Vậy chọn ∆Z = 0,018 m.
Xác định mực nước sông phía thượng lưu về mùa khô năm thứ nhất :
• Mùa kiệt: ở bảng tính 1 ta có ∆Ztt = ∆Zgt =0,018 m thỏa mãn điều kiện tính gần đúng.
ZTl = Zhl + ∆Zgt = 5.6+ 0,018 = 5,618 m
- Kiểm tra điều kiện co hẹp lòng sông:

-

Thỏa mãn K thuộc khoảng từ 30%-60%.
• Ứng dụng kết quả tính toán
Xác định cao trình đỉnh đê quai thượng lưu:
Mùa khô: Zđqtlmk = Ztlmk + δ = 5,618 + 0,7 = 6.318m
Xác định cao trình đỉnh đê quai hạ lưu:
Mùa khô : Zđqtlmk = Zhlmk + δ = 5.6 + 0,7 = 6.3 m
- Xác định cao trình đắp đập vượt lũ
Zđđvl = Zđqtlmk + δ = 6.318+ 0,7 = 7.02 m.
Với δ = (0,5-0,7) m là độ cao an toàn, chọn δ = 0,7 m.
- Kiểm tra điều kiện chống xói.
Đất nền đáy sông là bùn á sét đến bùn sét chứa nhiều hữu cơ ở trạng thái chảy dẻo kém
chặt [Vc ]kx=0,5(m/s) ; vậy Vc =0.6 >[Vc]kx, vậy lòng sông bị xói
- Biện pháp gia cố: vì lớp bùn đáy sông là đất yếu sẽ phải bóc bỏ khi thi công đập nên ta
tiến hành bóc bỏ nó để mở rộng lòng sông,tăng tiết diện, tức là giảm nhỏ Vc. Mặt khác đất
lòng sông mới cũng có khả năng chống xói tốt hơn ta bóc bỏ lớp bùn sét đi khoảng 1 m.
2.3.2. Tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp cho mùa lũ năm nhất
Từ Qdd =165 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta được cao trình Zhl = 9,38(m) *Xác định Ztl :

∆Z gt → ∆ZTL = Z hl + ∆Z gt

- Giả thiết:
→ Đo diện tích trên mặt cắt ngang ta được các thông số :
+ -Diện tích ướt phần công trình chiếm chỗ
+ - Diện tích ướt phần lòng sông tự nhiên

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

11


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

- Tính V0, Vc
Lưu tốc tại mặt cắt co hẹp :
tk
Qdd
Vc =
ε (ω2 − ω1 )
tk
Qdd
V0 =
ω2

Lưu tốc tới gần :

Trong đó :
+ Qdd = 165 m3/s là lưu lượng thiết kế dẫn dòng.
ε = 0,95

+
là hệ số co hẹp bên.
+ -Diện tích ướt phần công trình chiếm chỗ
+ - Diện tích ướt phần lòng sông tự nhiên
- Tính :
Vc2
V02
∆Z = 2
−
ϕ .2 g 2 g
tt

Trong đó :
ϕ = 0,85

+
là hệ số lưu tốc.
+ Vc là lưu tốc tại mặt cắt co hẹp
+ V0 là lưu tốc tới gần
-So sánh Zttvới Zgt cho đến khi sai số chấp nhận được.Nếu tính toán không chấp
nhận được thì giả thiết lại Zgtcho đến khi Zgt ≈ Ztt thì dừng lại.
- Dữ liệu tính toán được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 2- tính toán thủy lực dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp mùa lũ năm nhất
Zgt Ztl
W1
W2

Wc
Vo
Vc
Zctt
0.03 9.41 435. 213.8 221.9 0.37861
0.0276
5
5
8
55
45
4 0.79
94
435. 213.5 221.6 0.37913
0.0276
0.03 9.41
2
6
4
6 0.79
74
434. 212.9 221.0 0.38016
0.0276
0.02
9.4
02
7
5
68 0.79
34

0.02 9.40 434. 213.2 221.3 0.37964
0.0276
5
5
62
6
6
2 0.79
54

Ta thấy giá trị ∆Zgt ≈ ∆Ztt =0,027m. Vậy chọn ∆Z = 0,027 m.
Xác định mực nước sông phía thượng lưu về mùa lũ năm thứ nhất :
• Mùa lũ : ở bảng tính 1 ta có ∆Ztt = ∆Zgt =0,027 m thỏa mãn điều kiện tính gần đúng.
SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

12


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

ZTl = Zhl + ∆Zgt = 9.38 + 0,027 = 9.407m
Kiểm tra điều kiện co hẹp lòng sông:

-

Thỏa mãn K thuộc khoảng từ 30%-60%.

• Ứng dụng kết quả tính toán
Xác định cao trình đỉnh đê quai thượng lưu:
Mùa lũ : Zđqtlmk = Ztlmk + δ = 9.407+ 0,7 = 10.107m
Xác định cao trình đỉnh đê quai hạ lưu:
Mùa lũ : Zđqhlmk = Zhlmk + δ = 9,38 + 0,7 = 10.08m
- Xác định cao trình đắp đập vượt lũ cuối mùa khô
Zđđvl = Zđqtlmk + δ = 10.107+ 0,7 = 10,81 m.
Với δ = (0,5-0,7) m là độ cao an toàn, chọn δ = 0,7 m.
Ta thấy cao trình đê quai tl và hl gần bằng nhau nên chọn cao trình bằng nhau Zđq =10.81m
Vậy cuối mùa khô năm nhất cần phải đắp đập tới cao trình vượt lũ là : Zđđvl =10,81m
- Kiểm tra điều kiện chống xói.
Đất nền đáy sông là bùn á sét đến bùn sét chứa nhiều hữu cơ ở trạng thái chảy dẻo kém
chặt [Vc ]kx=0,5(m/s) ; vậy Vc =0,79 >[Vc]kx, vậy lòng sông bị xói
- Biện pháp gia cố: vì lớp bùn đáy sông là đất yếu sẽ phải bóc bỏ khi thi công đập nên ta
tiến hành bóc bỏ nó để mở rộng lòng sông,tăng tiết diện, tức là giảm nhỏ Vc. Mặt khác đất
lòng sông mới cũng có khả năng chống xói tốt hơn ta bóc bỏ lớp bùn sét đi khoảng 1 m.
2.3.3. Tính toán thủy lực cho cống ngầm cho mùa khô năm thứ hai.
2.3.3.1. Đặc điểm của cống ngầm
- Chọn cao trình ngưỡng cống: +6,0m
- Chọn độ dốc đáy cống i = 0,02
- Kích thước cống (b x h): 3.8 x 4,1 (m2)
- Độ nhám lòng cống (tra bảng 4-1 các bảng tính thuỷ lực) ta có n =0,017
- Lưu lượng thiết kế dẫn dòng : Qc=16,4 m3/s
- Lưu lượng thiết kế cống Qc=1 m3/s
- Chiều dài cống Lc= 80m
mk
dd

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng Q và quan hệ Q~Zhl ta xác định được Zhl
Ứng với Qc = 1 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta có: Zhl = 5,08 (m)

2.3.3.2. Mục đích
- Lập quan hệ giữa lưu lượng qua cống và mực nước thượng lưu cống: (Q ~ Z TLC).
- Lợi dụng công trình lâu dài để dẫn dòng.
- Xác định mực nước trước cống để xác định cao trình đỉnh đê quai thượng lưu, cao
trình đắp đập vượt lũ.
- Kiểm tra sự an toàn của cống khi dẫn dòng.
2.3.3.3. Tính toán thủy lực cho kênh dẫn sau cống
Căn cứ vào địa hình vùng xây dựng công trình, sơ bộ thiết kế kênh dẫn dòng có các
thông số như sau:
- Chiều rộng của đáy kênh: b = 4 m.
SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

13


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

- Hệ số mái: m = 1,5
- Độ nhám lòng kênh (phụ lục 4-3 các bảng tính thuỷ lực ): n = 0,025.
- Độ dốc: i = 0,002.
- Chiều dài kênh: Lk = 78 m (đo trên bình đồ).
- Lưu lượng dẫn dòng : QK = 16,4 (m3/s)
- Cao trình đầu kênh: Zđk = Zcr cống = 6 – 0,02.80 = 4.4 m.
- Cao trình cuối kênh : Zck = Zđk – iLk = 4.4 – 0,002.78 = 4.24 m
• Mục đích: lập quan hệ Q- ZTL
• Nội dung tính toán:

- Xác định độ sâu dòng đều h0:
Độ sâu dòng đều được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ
lực:
Cấp lưu lượng tính thuỷ lực kênh: Qk = Qddmk = 16,4m3/s.
4mo i
8,422 0,002
= 0,023
16, 4
Q
f(Rln) =
=
Trong đó :
2 1 + m 2 − m = 2 1 + 1,52 − 1,5 = 2,105

mo=
i: độ dốc của kênh i=0,002
Tra bảng PL8-1 bảng tra thuỷ lực (với n = 0,025) ta có Rln= 1,0323
b
R ln

=

4
= 3,875
1, 0323

tra bảng thuỷ lực PL8-3 ta được:
R ln.(

→ ho =

⇒

h

h
R ln

R ln

= 1, 438

) = 1, 0323.1, 438 = 1, 484m

Cao trình bờ kênh:

cr = Z + h +δ = 4,4+1,484+ 0,6 =6,484 m
Zbk
cr o

(chọn

δ = 0, 6 m

)

+ Xác định độ sâu phân giới (hk).
Dùng công thức gần đúng:


h k 1 −
cn

hk =
3

Với :

hkcn =

SVTH: Vũ viết Duy

αQ 2
gb 2

3



σn
2 
+ 0,105σ n 
3


1.16, 42
= 1,197m
9,81. 42

=

Lớp: 51 CT- TL

14


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

σcn =

m.h k
b

cn

1,5.1,197
4

=



1,197. 1 −

 hk =

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

0, 45

3

= 0, 45



+ 0,105. 0, 452 ÷ = 1,043m

Ta thấy hk = 1,043 m < ho = 1,484 m
→ đường mặt nước là đường nước dâng hoặc đường nước hạ
Q

2

ω k C k Rk
2

2

+ Tính độ dốc ik:
ik =
Trong đó: Q = 16,4 m3/s.
ωk = (b + mhk)hk = (4+ 1,5. 1,043). 1,043 = 5,804m2
χk = b + 2hk

Rk =
Ck =

ωk

χk

1 + m2

1 + 1,52

= 4+ 2. 1,043.

= 7,76 m

5,804
= 0, 748 m
7, 76

=

1 1/6
1
Rk =
0, 7481/6 = 38,11
n
0, 025

2

16,4
= 0, 0075
2
5,804 . 38,112. 0, 748

Vậy:
ik =
Ta thấy ik = 0,0075 > i= 0,002. Vậy h0> hk và ik> i0> 0 nên đường mặt nước là đường nước
hạ.
Hình 3: Sơ đồ tính toán thủy lực cho kênh

Zhl

i%

N1
K
N2

hk

N1
K
N2

ho

Zdk

hdk

Ho

Ztl

K
N2

Zck

i < ik

i > ik
Độ sâu tại cửa ra của kênh là: hCK = hK = 0,1768 m.
+ Ta lập được bảng tính h0 và hK tương ứng với các cấp lưu lượng như sau
Q(m3/
Rln(
s)
f(Rln) m)
b/Rln h/Rln hcn
σcn
hk
ho
19 0,019 1,091 3,666 1,470 1,32 0,495 1,13 1,60
SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

15


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

82
4
2
6
4
0,020
3,741 1,459 1,273 0,477 1,10
18
92 1,069
8
3
3
5
1 1,56
0,021
3,787 1,449 1,244 0,466
1,53
17,4
64 1,056
9
8
8
8 1,08
1
1,032 3,874 1,437 1,196 0,448 1,04 1,48
16,4 0,023
3
8
6
6

7
3
4
0,0251
1,417 1,127 0,422
1,41
15
1 0,998 4,008
8
5
8 0,99
5
0,026
1,401 1,076 0,403
1,36
14
9 0,973 4,111
8
9
8 0,95
4
0,028
4,179 1,391 1,045 0,392 0,92 1,33
13,4
1 0,957
7
8
9
2
6

2
0,030
4,301 1,374 0,993 0,372 0,88 1,27
12,4
37 0,93
1
2
2
4
4
8
+ Tính và vẽ đường mặt nước: Tính dòng ổn định không đều bằng phương pháp cộng trực
tiếp xuất phát từ độ sâu cuối kênh, công thức tính như sau:
ω = (b + mh)h (m2).
ω
2
1+ m
χ
χ = b + 2h
(m). R =
(m).

V=

Q
ω

2

∆∋

Vi
2g

(m2/s); Эi = hi + a

; ∆L =

i−J

α V 22
2g

Trong đó: ∆Э = Э2 – Э1 ; Với Э2 = h2 +
J=

J1 + J 2
2

; Với J1 =

 V 1 
 C R1 

2

; J2 =

α V 12
2g

; Э 1 = h1 +

 V 2 
 C R2 

; i = 0.002

2

+ Dựa vào bảng tính và sơ đồ tính như hình vẽ ở trên ta có với L = 46,76 m ta có
ứng với từng cấp lưu lượng.
Từ đó ta có :
Ztl = Zdk + hđk + Zcv (Zcv = Ho – hđk)

Ztl = Z dk + H o
Vậy:
- Đoạn đầu kênh coi như đập tràn đỉnh rộng:

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

16

hdk


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

 hn  hn 
>

÷ ≈ 0, 7 ÷ 0,8
 H o  H o  p. g

 hn >  hn  ≈ 1, 2 ÷ 1, 4
 hk  hk ÷
 p. g


- Xác định chỉ tiêu chảy ngập:
Ta lấy gần đúng hn = hđk rồi xét chỉ tiêu chảy ngập.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

17


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

- Nếu chảy không ngập :

Chọn

ϕ

= 0,956 ;

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Q = ϕ .ω. 2 g ( H o − hdk )

ω = (b + m.h).h

( )

1 Q
2 g ϕω

→ Ho =

2

+

hđk

2g (H o − h )

- Nếu chảy ngập: Q = φnω

(h = hn – Z2)

Trong đó: Z2 -độ cao hồi phục
ω - Diện tích mặt cắt ướt ứng với độ sâu h (m).

+Kết quả tính toán được ghi ở các bảng tính toán đường mặt nước trong kênh

Tính toán tương tự với các lưu lượng:, 18 m3/s, 17,4m3/s, 15 m3/s, 14 m3/s.

*Kết quả tính toán cuối cùng được trình bày trong bảng sau.
Q(m3/s
)
18
17,4
16,4

hk(m)
1,101
1,08
1,043

SVTH: Vũ viết Duy

hđk(m
hđk/hk
)
1,304
1,436
1,306
1,411
1,312
1,368

(hn/hk)p
g

1,3
1,3
1,3

chế độ
w(m2/s) Ho(m) Ztl(m)
chảy
chảy ngập 9,883
5,96
1,56
chảy ngập 9,645
5,93
1,53
chảy ngập
9,24
5,88
1,484
Lớp: 51 CT- TL

18


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

15
14

0,99
0,95

1,307
1,261

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

1,320
1,327

1,3
1,3

chảy ngập
chảy ngập

8,664
8,245

5,82
5,76

1,415
1,364

Từ kết quả này ta xác định được quan hệ (Q ~ Ztlkênh).

d. Tính toán thủy lực qua cống dẫn dòng
mk
dd

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng Q và quan hệ Q~Zhl ta xác định được Zh

mk
dd

Ứng với Q = 16,4 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta có: Zhl = 5.88(m)
*Trình tự tính toán:
Giả thiết một số trị số lưu lượng qua cống để tính toán và xác định quan hệ Q – ZTL. Ứng
với mỗi trị số lưu lượng Q giả thiết ta tính toán như sau:
Dòng chảy trong cống diễn ra ở một trong 3 trạng thái: có áp, bán áp và không áp. Muốn
xác định lưu lượng qua cống trước hết phải xác định trạng thái chảy qua cống.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

19


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

SVTH: Vũ viết Duy

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Lớp: 51 CT- TL

20


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Sơ đồ tính toán thuỷ lực của cống ngầm
- Giả thiết cống chảy không áp.
- Về mặt định tính, ta thấy L > Lk = (8 ÷10)H nên có thể coi cống làm việc như một đập tràn
đỉnh rộng nối tiếp với hạ lưu bằng một đoạn kênh. Nghĩa là phải xét đến ảnh hưởng của độ
dốc và độ nhám của lòng cống.
Ta có :

Ltràn= 1,4.D = 1,4.3,8 = 5,74(m)
Lkênh= L-Ltràn=80-5,74= 74,26 (m)
3

- Tính độ sâu phân giới (hk):

hk =

α Q 2 3 1.16, 42
=
= 1, 238
gb2
9.81.3,82

Trong đó:

-

b: Bề rộng cống, b = 3,8m;
g = 9,81(m/s2) là gia tốc trọng trường.
α: Hệ số cột nước lưu tốc, α = 1.

Q: Lưu lượng qua cống ngầm
Độ sâu phân giới,với Q = 16,4 (m2/s) ta có :
hk = 1,238 (m)< d = 3,8(m)
Vậy không thể có nước nhảy trong cống,có 2 khả năng: hoặc là chảy nửa áp với dòng chảy
xiết trên toàn bộ chiều dài cống hoặc là chảy có áp.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

21


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

* Ta lập bảng tính toán đường mặt nước:
- Mục đích để xác định cột nước tính toán đầu cống hx từ đó biết được chế độ chảy trong
cống.
- Xuất phát từ dòng chảy cuối cống hr ta tính ngược lên trên đầu cống xác định được cột
nước hx.
hr = hx khi hk > hn.
hr = hn khi hk < hn.
Trong đó:
hx- Độ sâu cột nước gần cửa vào.
+ Ứng với lưu lượng dẫn dòng là Qdd = 16.4m3/s. Tính toán đường mặt nước trong cống theo
phương pháp cộng dồn từ cuối cống với h cc= hn= 1,368 m. Tính cho đoạn cống có chế độ
chảy như đối với kênh có Lkênh= 74,26 m.
- Ta dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương pháp này

khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết sẽ là:
∆∋

∆L =

i−J

α V 22
2g

Trong đó:

∆Э = Э2 – Э1 ; Với Э2 = h2 +

α V 12
2g

; Э 1 = h1 +
2

J=

J1 + J 2
2

; Với J1 =

 V 1 
 C R1 

; J2 =

 V 2 
 C R2 

; i = 0%
2

- Diện tích mặt cắt ướt với cống : ω = bihi (m2)
- Chu vi ướt của cống : χ = bi + 2hi. (m)

- Bán kính thủy lực: R =

ωi
χi

(m)

Qi

- Vận tốc dòng chảy: V =

ωi

(m/s); Hệ số SêZi: C =

1 1
R6
n

(theo công thức Maninh).

- Ứng với từng cấp lưu lượng Qi và chiều dài cống L = 80m.

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

22


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

- Tiến hành vẽ đường mặt nước trong cống theo phương pháp cộng trực tiếp, vẽ từ cuối
cống lên đầu cống với độ sâu cuối cống là h = hn. Từ đó chúng ta xác định được hx.
*Kết quả tính toán trong bảng sau:

Ta có giá trị hx= 3.147m với Q=16,4m3/s.Tính toán phần đầu cống như 1 đập tràn đỉnh rộng
với chiều dài Ltràn = 5,3 m.
Tính toán tương tự với các lưu lượng: 14m3/s, 15 m3/s, 16,4m3/s, 17,4 m3/s, 18 m3/s.
- Từ đây ta có quan hệ giữa các cấp lưu lượng và cột nước tính toán đầu cống.
* Tính toán xác định cột nước đầu cống :
- Nếu chảy ngập công thức tính lưu lượng là:

Q = φnω

2 g ( H o − h z)

Trong đó:
hz = h n – Z 2
Z2: Độ cao hồi phục khi mở sau đập tràn đỉnh rộng.
φn: Hệ số lưu tốc khi chảy ngập.
Theo bảng (14-4) ( Bảng tra thuỷ lực ) với cửa vào không thuận, hệ số lưu lượng m = 0,33
ta có φn = 0,87. Trong tính toán gần đúng ta coi Z2 ≈ 0. Vậy ta có:
2 g ( H o − hn

Q = φnbhn

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

23


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

→

Ho =


Q
 b
 ϕ n hn

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

2



2g 

+ hn

Tính toán với các cấp lưu lượng Qi ta được các cột nước Ho.
- Nếu chảy không ngập công thức tính lưu lượng là:
2g (H o − hx )

Q = φω
Trong đó:
hx: cột nước tính toán đầu cống
φ : Hệ số lưu tốc phụ thuộc vào hình dáng kích thước cửa vào.
Tra 14-4 (Bảng tra thủy lực) với m = 0,33 ta có φ = 0,963

→

Ho =

 Q
 ϕb
 hx



2g 

2

+ hx

Tính toán với các lưu lượng Qi ta có các cột nước H0
Giả thiết cống chảy không ngập t có bảng sau:
Q(m3
)
hk(m) hn(m)
18 1,3176
3,24
17,4 1,2881 3,206
16,4 1,2383 3,147
15 1,1668 3,063
14 1,1143 3,002
- Kiểm ta trạng thái chảy trong cống:





Ho(m)
3,3575
3,3181
3,2504
3,1543
3,0848

Ztl
9,3575

9,3181
9,2504
9,1543
9,0848

Theo Hứa Hạnh Đào ta so sánh
Nếu H < 1,2d: Cống chảy không áp;
Nếu H > 1,4d: Cống chảy có áp;
Nếu 1,2d ≤ H ≤ 1,4d: Cống chảy bán áp hoặc có áp;

SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

24


Đồ án dẫn dòng thi công và công tác hố móng

GVHD: Nguyễn Văn Sơn

Theo bảng tổng hợp trên thì ta thấy:
- Ứng với các cấp lưu lượng(13,4÷19,4) thì có: H < 1,2d =1,2*4,1 = 4.92, do vậy giả thiết
cống chảy không áp là đúng.
. Ứng dụng kết quả tính toán:
Cao trình mực nước thượng lưu là :
⇒

Ztl = Zcv + Ho = 6 + 3,2504 = 9,2504 (m)
- Xác định cao trình đê quai thượng lưu

δ
Zđê quai tl = Ztl + = 9,2504+ 0,6 = 9,85( m )
Chọn cao trình đê quai thượng lưu bằng= 9.85 m.
- Xác định cao trình khống chế đắp đập:
δ
Z đắp đập = Zđê quai tl + = 9.85+ 0,6 = 10.45 (m) (δ = 0,5 ÷ 0,7m), lấy δ = 0,6
m.

Chọn cao trình khống chế đắp đập là 10.45 (m)
- Xác định cao trình đê quai hạ lưu:
δ
Zđê quai hl = Zhl + = 5.88 + 0,6 = 6.48 (m )
Chọn cao trình đê quai hạ lưu bằng 6.48( m.)
2.4. Tính toán thủy lực qua cống dẫn dòng và tràn bê tông xây dở mùa lũ năm thứ hai.
Trong tính toán thủy lực cống chúng ta thấy bước sang mùa lũ lưu lượng tăng lên rất
nhanh đê quai ngăn dòng có khối lượng quá lớn. Do đó chúng ta sẽ dùng móng tràn bê tông
ở cao trình +15,8 m cho lũ tràn qua. Do đó trong mùa lũ chúng ta kết hợp dẫn dòng qua
cống và tràn đang xây dở.
2.4.1. Mục đích tính toán
- Xác định quan hệ Qxả ~ Zc,đập
- Dùng để xác định cao trình đắp đập vượt lũ.
2.4. 2. Nội dung tính toán
Số liệu tính toán:
+ Cống dẫn dòng:
- Cống dẫn dòng làm bằng bê tông cốt thép cao trình ngưỡng cống tại cửa vào
+6,0m.
- Độ dốc đáy cống iC= 0,02.
- Chiều dài cống L=80 m
- Kích thước 1 lỗ cống bxh=3,8 x 4,1 m
- Số lượng lỗ cống: 1 lỗ

- Độ nhám n=0,017 (PL4-3 bảng tra thuỷ lực)
SVTH: Vũ viết Duy

Lớp: 51 CT- TL

25