Đồ an môn học cống lộ thiên đề a1

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 m 3/s
;
Z đầu kênh =
3,50 m
Zmaxsông = 7.50m
;
Z min sông
=
3.70 m
Chống lũ:
Zsông max = 8.60 m
;
Z đồng 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 :Hoàng gia Anh
Trang 1

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Các 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)
Ctn
(T/m2)
Cbh
(T/m2)
Kt
(m/s)
Hệ số rỗng
e
2
(m /N)
Hệ số nén a
Hệ
số
nén
không đều


Thòt

Cát pha

Sét

1,47
1,65
0,46
190
160
1,50
1,00
4.10-7
0,86

1,52
1,70
0,36
230
180
0,50
0,30
2.10-6
0,92

1,61
1,75
0,39
120

100
3,50
2,50
3.10-8
0,90

2,2
8

0,92
9

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 :Hoàng gia Anh
Trang 2

Lớp TH 11

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 :
K n = 1.2
(Bảng P 1 –
6)
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 3

Lớp TH 11

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

- Hệ số điều kiện làm việc :
1 – 5)

m = 1.0

(Bảng P

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 = 3,45 – 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.
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 4

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộng
không ngưỡng P = 0
3- Xác đònh bề rộng cống :
a. Xác đònh trạng thái chảy : Theo quy phạm QPTL C876 , 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 ta có :
TK : Diện tích mặt cắt kênh hạ lưu cống
TK = (b+mh)h
= (14 + 1.5 * 3.5)3.5 = 67.37 m2
V0 = QTK/TK = 100 / 67.37
= 1.48m/s
2
 H0 = 3.7 + (1.48 / 2*9,81) = 3.81 m
hn = 3.5 m > 0,8H o= 0.8 * 3.81 = 3.04 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.
Q c  n . g .  b.h 2g.(H o  h)

Trong đó :
- n : 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 = 0.35 ; tra
(bảng 14-13) ta được n = 0.93
- g : hệ số lưu tốc phụ thuộc thêm khi có co
hẹp ngang.
g = 0,5 0 + 0,5
0 sơ bộ ta chọn = 0.95
g = 0.5*0.95 + 0.5 = 0.975
QTK
 b = 
n. g. h.  2g ( H0 – h)
100
= 
= 12.31 m

0,93. 0,975. 3,50  2 . 9,81 .(3.81 -3.50)
Chọn b = 12 m
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 5

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

c. Phân chia các khoang và chọn mố :
Phân khoang chọn mố như sau : Chọn 4 cửa mỗi cửa
3 m; 1 mố trụ mỗi mố rộng 1m.
d. Kiểm tra chiều rộng cống :
b
12
0 = 
=
 = 0,92
(b + d)
(12 +1)
Trong đó : d = 1 m : Tổng chiều dày các mố.
Tính lại b với 0 = 0,92  g = 0,5 0 + 0,5 = 0,5 . 0,92
+ 0,5 = 0,96

 b =

100

= 12.57 m

0,96. 0,96. 3.5  2 . 9,81 (3.81 – 3.5)

Qc   n . g . b.h 2 g  H 0  h 
= 0,96 . 0,96 . 12.57 . 3,5
= 107.76 m3/s
Vậy chọn b = 12 m là phù hợp.

2 . 9,81 .(3.81 -3.45)

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 Z sông
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 :
Để xác đònh lưu lượng tính toán tiêu năng , cần tính
với các cấp lưu lượng từ Q min 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

     b  h c 2 g ( H o  h c )

Trong đó :
 : hệ số co hẹp bên, lấy  = 1
 : hệ số lưu tốc, lấy  = 0.95
hc = .a với  là hệ số co hẹp đứng  = 0.61.

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 6

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Ho : cột nước tính toán trước cửa van Ho = 7.5 (bỏ
qua lưu tốc tới gần)
Tính Ftc =

Q
3

 bc H o 2

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 = .(a/H).H = .a = 0,61* 0,32 = 0,20 m
Độ sâu phân giới hk : hk =

3

 q2
g

với q = Q/bc

=100/12 = 8,33 m2/s nên

hk =

3

8,332
1,92 m
9,81

Độ sâu liên hiệp hc " = 2,3 m
Mà ta có hh = 1,81 m. So sánh các độ sâu ta thấy :
hc = 0,2 m < hk = 1,64 m < hh = 1,81 m < hc" = 2,3 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.
(Từ bảng tính xác đònh Qtt tiêu năng , ứng với Q =
3
40m /s có trò số (hc’’ – hh) đạt giá trò lớn nhất .
Do đó ta chọn lưu lượng tính toán tiêu năng là Q tt =
3
40m /s
Xác đònh độ mở cống a :
Có Fc = 0.177 , tra bảng ta có a/H = 0.07m
=> a =a/H *H = 0.07* 7.5 = 0.525m)
3- Tính toán tiêu năng :
Biện pháp tiêu năng ta chọn tường và bể kết hợp .
+ Xác đònh chiều sâu bể :
Bài toán tính đúng dần .
 Giả thiết dgt = hc’’ – hh = 2.67– 2.38 = 0.49 m
Ta có E0’ = E0 + d0 = 7.5 + 0.28 = 7.78 m
40

Tính F(c) =  = 0.151
0,95.12 (8.15)3/2
c” = 0,9
 hc” = 0.2749*8.15
= 2.22 m
Chiều sâu bể tiêu năng xác đònh theo công thức :
dtt = hc” – hh - Z
(*)
Trong đó :

-  = 1.05
- hc’’ = 2.22 m
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 7

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

- hh = 1.81m
q2
Z =  2g.2 . hh2

q2

2g.( hc”)2

2.2222
2.2222

Z =  
= 0.0345 m
2
2
2*9,81*0,95 *1.81
2*9,81(1,05*2.22)2
Thay các giá trò vào (*) ta có :
dtt = 1.05*2.22 – 1.81 – 0.0345 = 0.4865 m
So sánh d0 và d1 ta thấy dgt  dtt . Như vậy ta chọn
chiều sâu bể d = 1.0m
+ Xác đònh chiều dài bể :
lb = l1 + ln
Trong đó :
 : Hệ số kinh nghiệm bằng (0,7  0,8). Chọn  = 0.8
L1  2 hk  P  0.35 * hk 

l1 : Chiều dài nước rơi được tính theo công thức :
L1  2 5.0671  0.35 5.067   7.5 m

P = d = 1 m là chiều cao ngưỡng cống so với bể
Chiều dài nước nhảy ln :
ln
= 4,5 hc” = 4,5*2.22 = 9.99 m ( Chiều dài nước
nhảy.)
lb = 7.5 + 0,8. 9,99 = 18.3 m.
Chọn lb = 18 m
Như vậy bể tiêu năng có kích thước được chọn là :
d = 1 m và lb = 18 m

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh

Trang 8

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

PHẦN III : BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN
CỐNG
I/- THÂN CỐNG : Bao gồm bản đáy, trụ và các
bộ phận trên đó.
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 9

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

1- Cửa van :
Chọn cửa van phẳng , cấu tạo bằng thép ,với
dàn đóng mở van quay, đỉnh cữa van cao hơn đáy
tường ngực 0.2m .
2- Tường ngực :
a- Cao trình đáy tường ngực :
Do không yêu cầu giao thông thủy nên ta có thể
chọn Zđt theo công thức :
Zđt = Ztt +  = 3,70 + 0,5 = 4,2m
Trong đó :
Ztt = 3,7 m : Cao trình mực nước tính toán.

 = 0,5 m : Độ lưu không
b- Cao trình đỉnh tường : Lấy bằng cao trình đỉnh
cống được xác đònh theo công thức :
Zđc = MNDGC + h’ + s’ + a’ (*)
Với :
- MNDGC = Zsôngmax = 8,5 m
- h’ : Độ dền do gió tính với trường hợp vận
tốc gió bình quân lớn nhất theo công thức :
h’ = 2.10-6. V2. D. cos /g.H
Vận tốc gió bình quân lớn nhất V50% = 14 m/s
D : Đà gió D = 300 m; g = 9,81 m/s2 ;  = 00
H = 8,5 – 0,0 = 8,5 m là chiều sâu dưới đập
 h’ = 2.10-6. (14)2. 300. 1/9,81. 8,5 = 0,0014 m
s’ : Độ dền cao nhất của sóng (công trình cấp II 
P = 1%). Tính s’ theo các bước sau :
Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H
> 0,5
Tính các đại lượng không thứ nguyên :
gt
9,81. 6. 3.600
*

= 
= 15.7
V
14
Với t là thời gian gió thổi liên tục lấy t = 6 giờ.
gD
9,81. 300
*


= 
= 15
2
2
V
14
Tra đồ thò P2-1 hướng dẫn đồ án môn học trang 136
ta tra được cặp nhỏ nhất :
gt

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 10

g

Lớp TH 11

gh


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Ứng với  = 15.7 được
 = 1,3 ;  =
0,0127
V
V
V2
Tính :

 và h
g
V
14
 =
 x  = 1,3. 
= 1,85 m
V
g
9,81
2
gh
V
142
h =
 x  = 0,0127. 
= 0,253 m
2
V
g
9,81

 

g2
9,81. 1,852
=  = 
= 3,4 m
2
2. 3,14

* Kiểm tra điều kiện sóng sâu H > 0,5  8,5 > 0,5.
3,4 = 1,7 m
Vậy giả thiết ban đầu sóng nước sâu là đúng.
* Tính chiều cao sóng theo tần suất P = 1% như sau :
h1% = K1%. hs . Tra đồ thò P2-2 hướng dẫn đồ án môn
học thủy công với gD/V2 = 15 tra được K 1% = 2,08  h1% =
2,08. 0,253 = 0,526 m
* Tính độ dềnh cao nhất của sóng :
s’ = kns. h1% . Tra đồ thò P2-4 với :

3,4
h
0,253
 =  = 0,459 và
 =  = 0,07  kns
= 1,15
H
7,4

3,4
s’ = 1,15. 0,526 = 0,6 m
* a’ = 0,3 m là độ vượt cao an toàn tra bảng (5-1)
giáo trình thủy công tậpI
Thay các giá trò tìm được vào công thức(*)
Zđc = 8,5 + 0,0014 + 0,6 + 0,3 = 9.4 m .
Vậy chiều cao tường ngực là : H tường = 9.4 – 4.2 = 5.2
m
+ Kết cấu tường gồm bản mặt và các dầm đỡ ,
bản mặt đổ liền khối với dầm, chiều dày bản = 0,2 m.

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 11

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

3- Cầu công tác : Dùng để đi lại thao tác cữa van ,
có chiều cao tính toán sao cho đảm bảo khi kéo hết cửa
van lên có khoảng không để đưa cửa van ra sửa chữa.
4- Cầu giao thông : Bố trí ngang đỉnh cống , để đảm
bảo cho xe có tải trọng 8 đến 10 tấn đi qua , chọn mặt
cầu rộng 6 m.
5- Mố cống : Bao gồm 2 mố bên và 1 trụ pin giữa
.Trên mố bố trí khe phai và khe van . Chiều dày trụ pin 1m
, chiều dày mố bên trên đỉnh cống rộng 0.6m , đáy
rộng 2m bằng BTCT liền khối với bản đáy , đầu trụ pin
chọn dạng tam giác thượng hạ lưu . Chiều dài mố ta chọn
L = 20m
6- Khe lún : Dùng bao tải tẩm nhựa đường 2 lớp
7- Bản đáy cống :
Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn các điều kiện
thủy lực , ổn đònh kết cấu bên trên , ta chọn bằng
chiều dài mố .
Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chòu lực ,
phụ thuộc vào bề rộng khoang cống , tải trọng bên
trên và tính chất nền . theo kinh nghiệm chọn bản đáy
dày 1m.
II/- ĐƯỜNG VIỀN THẤM : Bao gồm bản đáy

cống , sân trước , chân khay.
1- Sân trước :
a- Chiều dài sân :
Xác đònh theo công thức :
Ls  (34) H = 4*3.45 = 13.8m
Chọn Ls = 14 m.
b- Chiều dày sân :
Chiều dày sân chọn phải thỏa mãn   H/[J]
Trong đó : - H độ chênh mực nước trước và
sau sân , có thể lấy bằng độ chênh mực nước trước
và sau cống H = 0.25m .
- [J] (Gradien thấm cho phép phụ thuộc vào vật
liệu làm sân) = 4
H / [J] = 0.25/4 = 0.063
Vậy ta có thể chọn chiều dày sân trước là
0.25m .
Két cấu sân trước ta chọn bằng bê tông đá
1x2 vữa M 150 , lớp lót bằng bê tông đá 4x6 M100 .
2-Chân khay :
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 12

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Ở 2 đầu bản đáy cần làm chân khay cắm vào
nền để tăng ổn đònh và kéo dài đường viền thấm .
Chọn chân khay sâu 1m.

3- Thoát nước thấm :
Bố trí các lỗ thoát nước trong phần bể tiêu năng ,
bên dưới có bố trí tầng lọc ngược dưới sân.
4- Kiểm tra chiều dài đường viền thấm :
Đường viền thấm phải đảm bảo điều kiện : L tt 
C.H

1m

1m

Trong đó:
- Ltt là chiều dài tính toán của đường viền thấm ,
tính theo phương pháp Len
Ltt = Lđ +(Ln/m)
Với :
- Lđ : chiều dài tổng cộïng của các đoạn thẳng
đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương
ngang  45o
Lđ = 0.25 + 1.75 + 1 +1 = 4.6 m
- Ln : chiều dài tổng cộïng của các đoạn nằm ngang
và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang 
45o
- m : hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên
các đoạn thẳng đứng so với đoạn nằm ngang – m =1
(không có cừ) .
Ln = 14 + 20 = 34.0 m
Ltt = 4.6 +34.0/1 = 38.6 m
C : hệ số phụ thuộc vào tính chất đất nền tra
bảng P 3-1 có C = 6

H : cột nước thấm lớn nhất = 8.5 – 2.5 = 6.0 m
 Ltt = 38.6 m > C.H = 6*6.0 = 36.0 m
Vậy công trình đảm bảo điều kiện an toàn về
chiều dài đường viền thấm .
III/- NỐI TIẾP THƯNG HẠ LƯU :
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 13

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

1- Thượng lưu : Để dòng chảy thuận dòng bố trí
tường cánh dạng loe từ mái kênh đến tường bên
của cống.
2- Hạ lưu : Tường cánh có góc loe tg  =14o
Sân tiêu năng bằng bê tông.
+ Chiều dày sân sau : t = 0,15. V1  h1
Trong đó :
V1 ,h1 : Lưu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước
nhảy ứng với h1 = hc = 0,2 m

q
2.222
V1 =  =
 =
h
0.2
hb = hc”

hc = h1 = 0,2 m

11.11 m/s.

t  0.15.V1 h1  0.15 * 11 .11 0.2 1.1 m
Chọn t = 1,1 m.
+ Chiều dài sân sau : Tính theo công thức :
LSS  K q H

.H = 6 m : Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu.
q = QTK/B = 40/18 = 2.222 m/s : Lưu lượng đơn vò cuối
sân tiêu năng.
K = 8 : Hệ số phụ thuộc nền đất dính.
LSS  10

2.222

6.0  23m

Chọn LSS = 23 m

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 14

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

PHẦN IV : TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI

ĐÁY CÔNG TRÌNH
I/-XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN :
Dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay xác
đònh lực đẩy ngược lên đáy công trình W t và Grien
thấm J.
Trong đồ án này chỉ tính cho trường hợp khi chênh
lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất ứng với trường
hợp chống lũ .
Hmax = Zsôngmax – Zđồngmin = 8.50 – 2.50 = 6.0m
II II/- TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY CÔNG TRÌNH :
III 1/- Trường hợp tính toán :
IV Trong phạm vi đồ án , ta tính cho trường hợp chênh
lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất .
V hmax = Zsôngmax - Zsôngmin = 8.5 – 2.5 = 6.m
2- Vẽ lưới thấm :
Xây dựng lưới thấm : Bằng phương pháp vẽ đúng
dần dựa vào các điều kiện sau :
- Tất cả các đường dòng và đường đẳng thế phải
trực giao nhau.
- Các ô lưới phải là các đường vuông cong.
- Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ các
điểm góc của đường viền phải trùng với phân giác
góc đó.
- Các giới hạn của lưới thấm :
+ Đường đẳng thế đầu tiên là mặt nền thấm
phía thượng lưu.
+ Đường thế cuối cùng là mặt nền thấm phía
hạ lưu.
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 15

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

+ Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm
dưới đáy công trình
+ Đường dòng cuối cùng là
mặt tầng không thấm nước , ở cao trình –10 (tầng đất
sét) .
( Sơ đồ xem hình trang sau ) có 18 dải và 6
ống dòng.
3- Xác đònh áp lực thấm :
- Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải được
xác đònh theo công thức :
H = H/n = 6/24 = 0.25
- Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ xác
đònh theo công thức :
hx = ix * ( H/n )
(1)
Trong đó:
- H chênh lệch cột nước thượng hạ lưu = 6.0
m
- n số dải của lưới thấm (n = 24)
- Ix số dải tính từ điểm tính toán đến đường
thế cuối cùng .
Dựa vào công thức trên ta vẽ được áp lực thấm
dưới đáy công trình . Từ đó xác đònh được tổng áp
lực thấm tác dụng lên bản đáy .

* Cột nước thấm tại điểm A cách đường thế
cuối cùng 18 dải là :
hA = 18*6.0/24 = 4.5 m
* Cột nước thấm tại điểm B cách đường thế
cuối cùng 6 dải là :
hB = 6*6.0/24 = 1.5 m
- Từ kết quả trên ta vẽ được biểu đồ áp lực
thấm dưới đáy công trình, từ đó tính được tổng áp
lực thấm đẩy ngược lên bản đáy.
Wtđ = n (hA + hB )L/2 = 1(4.5 + 1.5) 20/2 = 60 T/m
- p lực thủy tónh đẩy ngược được xác đònh :
Wtt = n .(hh +t )L = 1(2.5 + 1) 20 = 70.0 T/m
 Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy cống là :
W = Wtđ + Wtt = 60 + 70 = 130 T/m
Điểm đặt của tổng áp lực đẩy ngược được xác
đònh như sau :

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 16

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Gọi e là khoảng cách từ điểm đặt lực đến
e



L
3

.

 b  2a 
b  a 

điểm A đáy cống.
Trong đó : L = 20 m
b = 1.5 + 3.5 = 5.0 m

e 

20  5  2 * 8
10.77 m
 5  8
3
a = 4.5 +3.5 = 8.0 m

4- Xác đònh lưu lượng thấm đơn vò :
Gọi m là số ống dòng , n là số dãi của lưới
thấm.Lưu lượng thấm đơn vò sẽ là :
q  K.

m
7
.H  2.10  6 *
* 6.0  3.5.10  6
n

24

Trong đó K = 2.10-6 m/s (Đối với đất cát pha)
5- Xác đònh gradien thấm :
Gradien thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là s

J TB  i.
sẽ là :

H
H

S
n.S

Dựa vào công thức để vẽ biểu đồ gradien thấm tại
cửa ra.
Ta có:
- Với S1 = 0.6  Jtb 1 = 6.0 / (24* 0.8) = 0.3125
- Với S2 = 0.6  Jtb 2 = 6.0 / (24*1.2) = 0,2083
- Với S3 = 0.6  Jtb 3 = 6.0 / (24*1.4) = 0,1786
- Với S4 = 0.6  Jtb4 = 6.0 / (24*1.8) = 0.1389
Dựa vào số liệu tính toán trên vẽ biểu đồ gradien
thấm cửa ra và xác đònh được JTB
JTB = (0.3215 + 0.2083 + 0.1786 + 0.1389 )/4 = 0.2118
III/- KIỂM TRA ĐỘ BỀN THẤM CỦA NỀN :
Kiểm tra độ bền thấm chung :
J tb 

Jk tb

Kn

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 17

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Trong đó Jtb là gradien cột nước trung bìnhtrong vùng
thấm tính toán ; Jktb là gradien cột nước tới hạn trung bình
tính toán, (tra bảmg ta có Jktb = 0.22).Kn : hệ số tin cậy Kn
= 1.15.
J tb 

H
Ttt  

Trong đó : H : cột nước tác dụng : T tt : chiều sâu tính
toán của nền
Ttt =9.5-1 =8.5;
 là tổng hẹ số cản của đường viền thấm tính
theo phương pháp của Trugarep.
-Tính  = v + r + đ + n
Trong đó : v , r : hệ số sức kháng ở bộ phận vào
và ra. Ta coi bộ phận vào và ra như nhau và không có
cừ.
v = r = 0.44+b =0.44 + a/Ttt = 0.44 + 1/8.5 = 0.56
đ = b = a/Ttt = 1/8.5 = 0.12

n là hệ số sức kháng của bộ phận nằm ngang, vì
không có cừ nên n = L/Ttt =34/8.5 = 4
Vậy  = v + r + đ + n = 2*0.56 + 0.12 +4 = 5.24
Thay các giá tròù

J tb 

H

6

 0.13
=
Ttt  
8.5  5.24
So sánh ta thấy Jtb = 0.13 < 0.22/1.15 = 0.191
Kết luận đảm bảo độ bền thấm chung.
Kiểm tra độ bền thấm theo điều kiện :
Jra  [Jra]
Trong đó : - Jra là Gradien thấm cục bộ (Đã tính
ở trên) .
- [Jra] Gradien thấm không cho phép xói ngầm cơ
học , được xác đònh theo biểu đồ Ixtômina
phụ thuộc vào hệ số không đồng đều hạt
của đất .
Với đất nền là cát pha có  = d60/d10 = 9 ,Tra
trên biểu đồ (Hình P3-1)
ta được [Jra] = 0.35
Với tính toán trên ta có JTB = 0.2118  [Jra] = 0.35
Do đó độ bền thấm của nền tại cửa ra đảm

bảo không bò xói ngầm cơ học . Nhưng theo yêu cầu
cấu tạo ta vẫn làm tầng lọc ngược để tăng khả
năng ổn đònh cho công trình .

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 18

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

PHẦN V : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH
CỐNG
I/- MỤC ĐÍCH :
Kiểm tra ổn đònh cống bao gồm kiểm tra về trượt,
lật, đẩy nổi. Giới hạn trong phạm vi đồ án ta chỉ tính
toán kiểm tra ổn đònh về trượt của cống .
II/- XÁC ĐỊNH TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN :
Tính với trường hợp bất lợi khi mực nước thượng , hạ
lưu chênh lệch lớn nhất
Căn cứ vào điều kiện làm việc của công trình ; trường
hợp chống lũ mực nước ngoài sông lớn nhất = 8.5 m
và mực nước trong đồng min = 2.5 m. Vậy H = 6.0 m.
Sơ đồ tính toán là toàn bộ bản đáy với các bộ
phận đặt lên nó .
III/- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯT :
1- Xác đònh các lực tác dụng lên công trình :
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 19

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên



a/ Các lực đứng : Bao gồm :
- Trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác .
- Cửa van, tường ngực, mố cống , bản đáy .
- Nước trong cống .
- Phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vi
khối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm, thủy
tónh).
Trọng lượng các mố : Gồm 2 mố bên và1 mố
giữa .

P1 = [9.4*1*20*1 + 2*9.4*20(0.6 +2)/2]2.5 = 1692 T
Cánh tay đòn so với bản đáy a1 = 0
*Trọng lượng tường ngực :
P2 = (0.4*0.4 + 0.2*5.2)14*2.5 = 42 T

xc 

F1 .x1  F2 .x2
 0.6 * 5.2 0.3   0.4 * 4.4 0.4  0.1706 m

 0.6 * 5.2   0.4 * 4.4
F1  F2

Xác đònh cánh tay đòn a2 :

a2 = 6 – 0.1706 = 5.83 m
* Trọng lượng cầu công tác ( P3 ):
Trụ đứng (6 trụ)
= (6*0.4*0.4*10)2.5 = 24 T
Dầm ngang (6 dầm) = (6*0.3*0.3*4)2.5 = 5.4 T
Dầm dọc (2 dầm)
= (2*0.4*0.8*16)2.5
= 25.6 T
Hành lang , bậc thang = 20 T
Tổng cộng : P3 = 75 T
a 3 = 5.0 m
* Trọng lượng cầu giao thông :
Chọn cầu bê tông cốt thép cho các loại xe có tải
trọng 8 _ 10 tấn
Có trọng lượng P4 = 100 T ; a4 = +2.0m
Trọng lượng cữa van : P5

P5 =31 T
P5  0.157 * F 4 F  0.157 *  5 * 14 4  5 * 14  31.8 T

a5 = 5 m
* Trọng lượng bản đáy : P6
P6 = [(1.0*19*20) + 2*19(1.0+2.5)/2]2.5 = 1116.25 T
P6 = 1200 T
a6 = 0
* Trọng lượng nước trong cống :
Trọng lượng nước trong cống ứng với trường hợp

chống lũ :
- Phần ngoài sông :
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 20

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

P7 = 8.5*15*5*1 = 638 T
a7 = 7.5m
-Phần phía đồng :
P8 = 2.5*15*15*1 = 563 T
a8 = +2.5 m
* p lực thuỷ tónh ở bản đáy cống :
P9 = 70*19 = 1330 T
a9 = 0
* p lực đẩy ngược ở bản đáy cống :
P10 = 60*19 = 1140 T
a10 = 3.3 m
b/ Các lực nằm ngang : Áp lực nước thượng hạ
lưu, áp lực đất bò động ở chân khay thượng lưu.
* Áùp lực nước phía sông :
T1 = 0.5*n*B*H2 = 0.5*1*15*8.52 = 542 T
e1 = 0.5 + H/3 = 0.5 + 8,5 / 3 = +3.3 m
* Áùp lực nước phía đồng :
T2 = 0.5*n*B*hh2 = 0.5*1*15*2.5 = 19 T
e2 = 0.5 + hh/3 = 0.5 + 2,5/3 = 1.3 m
* Áp lực đất chủ động thượng lưu (chân khay thượng

lưu) :
Ectl =1/2(đH2c)
Trong đó : - đ trọng lượng riêng của đất
- H chiều cao cột đất tác dụng
Với  =  =  = 0 => c = tg2 (45o-/2) = tg2(45o-18o/2) = tg236o
= 0.528
=> Ectl = 1/2(1.7*22*0.528) = 1.8 T/m
Toàn bộ chân khay Ectl = 1.8*19 = 34 T
e3 = 1.5 - 2/3 = 0.83 m
Áp lực đất bò động hạ lưu (chân khay hạ lưu) :


Eb

hl

 2.C b
 

 b H
2
2 


Trong đó: - b cường độ áp lực đất tại điểm đáy chân
khay được tính như sau
b = đ*H*b + 2C b
C = 0.3T/m2 lực dính đơn vò của đất
b = tg2 (45o+/2) = tg2(45o+18o/2) = tg254o = 1.89


b = 1.7*2*1.89 + 2*0.3 1.89 = 7.25T/m




2 * :Hoàng
0.3 1.89
7.25 Lớp TH 11
hl
Sinh 
viên
gia 
Anh
Ebthực
hiện

 2  8.07T
2
2 
Trang 21



Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Toàn bộ chân khay Ebhl = 8.07*19 = 153 T
e4 = 1.5 – 2/3 = 0.83 m
2/- Xác đònh áp lực đáy móng :

Theo sơ đồ nén lệch tâm, được xác đònh bởi công

thức :

 

P M

F
W

Trong đó :
- P
tổng các lực thẳng
đứng (tấn)
- F diện tích đáy móng (m2)
- M Tổng mô men của các lực tác dụng
lên móng , lấy đối với tâm đáy móng.
- W mô đuyn chống uốn của đáy móng(m3)
Tính M = P1 a1 + P2 a2 + P3 a3 + P4 a4 + P5 a5 + P6 a6 + P7 a7
+ P8 a8 + P9 a9 + T1 e1 + T2 e2 + Ectl e3 + Ebhl e4
M = 1692*0 – 42*5.83 - 75*5 +100*2 - 31*5 +1200*0
– 638*7.5 + 563*2.5 + 1140*3.3 +1330*0 + 542*3.3 - 19*1.3 34*0.83 + 153*0.83 = 1672Tm
P = 1871 T
Fmg = 20*19 = 380 m2
W = (B*L2)/6 = (19*202)/6 = 1266.7 m3
Vậy :
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 22

Lớp TH 11

Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

1871
mg

max

=

1672
+

=

380
mg

1266.7

1871
min

=

6.24 T/m 2.

1672
-

=

3.6 T/m 2.

380
1266.7
tb = (max+min)/2 = 4.92 T/m2
3- Phán đoán khả năng trượt : Xét 3 điều kiện
a/ Chỉ số mô hình hóa :
N = max/ (B. đn) = 6.24/ (20 . 0.88) = 0,35 Nc = 3
Trong đó :
- B : Chiều rộng mảng (chiều // lực đẩy ngược).
- đn : Dung trọng đất nền (lấy dung trọng đẩy nổi).
- Nc : Chuẩn số không thứ nguyên lấy = 3 đối với
các loại đất khác
đn = k – (1 - n) n = 1.52 –(1- 0.36)1 = 0.88 T/m3.
b/ Chỉ số kháng trượt :
tg = tg1 + C1/th = tg 180 + 0,3/4.59 = 0,39
Trong đó : 1; C1 : Góc ma sát trong và lực dính đơn vò
đất nền
Ta có : tg = 0,39 < 0,45
Yêu cầu không được
thoã mãn.
c/ Hệ số mức độ cố kết :
C v0 

K t 1  e t 0
a n h0

2

 0.4

Trong đó :
- Kt : Hệ số thấm của đất nền ( K t
-6
=2.10 m/s)
- e : Hệ số rỗng của đất nền tự nhiên
(e=0.92)
- t0 : Thời gian thi công trình ( t = 63.25.10 6)
- a : Hệ số nén của đất nền (a = 2 m2/N)
- n : Dung trọng của nước (n = 9.81.103 N/m3)
- h0 : Chiều dày tính toán của lớp cố kết,
lấy bằng chiều dày của lớp đất có sét, nhưng trong
trường hợp này ta lấy không lớn hơn B, ta chọn h 0 = B =
20 m.
Vậy ta có : C v0 

2.10  6 .1  0.92 63.25.10  6
 3.09.10  5
2
2 9810  20

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 23

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

Vậy một trong 3 điều kiện không đạt ngoài trượt
phẳng còn phải xét cả trượt sâu và trượt hổn hợp;
Trong đồ án này chỉ yêu cầu kiểm tra trượt phẳng.
4- Tính toán trượt phẳng : Ổn đònh của cống về
trượt phẳng khi :
nc. Ntt < (m/Kn). R
Trong đó :
nc = 1
: Hệ số tổ hợp tải trọng
m = 1.0 : Hệ số điều kiện làm việc tra bảng P1-5
Kn = 1.2 : Hệ số tin cậy
Ntt; R
: Giá trò tổng quát của lực gây trượt và
của lực chống trượt giới hạn.
Ntt = Ttl + Ectl – Tht = 542+ 34 – 19 = 557 T
R = P. tg1 + m1. Ebhl + F. C =
= 1871* tg180 + 0.7*153 + 380* 0,3 = 829 T
nc. Ntt = 1. 557 = 557 T < (m/K n). R = (1/1,2). 829 =
690.8 T
Đảm bảo an toàn trượt phẳng, công trình ổn đòmh.

PHẦN VI : TÍNH TOÁN KẾT CẤU
BẢN ĐÁY CỐNG
I/- MỤC ĐÍCH VÀ CÁC TRƯỜNG HP TÍNH TOÁN
:
1. Mục đích :
- Xác đònh sơ đồ ngoại lực .
- Tính toán nội lực và bố trí cốt thép .
- Bố trí cốt thép trong bản đáy

Theo yêu cầu đồ án ta chỉ xác đònh sơ đồ
ngoại lực để tính toán kết cấu bản đáy theo phương
pháp dầm trên nền đàn hồi .
2- Trường hợp tính toán : Ta tính cho trường hợp khi
chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. Vì vậy ta
chọn trường hợptổ hợp chống lũ như đã tính ở phần
thấm và ổn đònh ở trên trên.
Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 24

Lớp TH 11


Đồ án môn học Thủy công - Cống lộ thiên

3- Chọn băng tính toán : Tính toán cho băng sau cửa
van, có chiều rộng bằng 1m được giới hạn bởi hai mặt
cắt vuông góc với chiều dòng chảy .
II/- TÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN
BĂNG :
Gồm các lực tác dụng lên bản đáy, bao gồm các
lực tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và
các tải trọng bên.
1- Lực tập trung truyền từ các mố :
- G1 : Trọng lượng các phần của mố.
- G2
: Trọng lượng tường ngực.
- G3
: Trọng lượng cầu công tác.
- G4

: Trọng lượng cầu giao thông.
- G5
: Tải trọng do người và xe trên cầu.
- G6
: trọng lượng cửa van .
- T1, T2 : p lực nước ngang từ thượng lưu và hạ lưu
truyền qua khe van (khi van đóng).

Sơ đồ tính toán lực của mố truyền cho bản đáy

Sinh viên thực hiện :Hoàng gia Anh
Trang 25

Lớp TH 11