Đồ an môn học cống lộ thiên đề a 18

Muc LễC:
MễC LễC:....................................................................................................1
Phần I: Tài liệu tính toán...........................................................................2
Phần II: Thiết kế sơ bộ cống lộ thiên........................................................4
1. Giới thiệu chung.....................................................................................4
I. Vị trí nhiệm vụ công trình:.............................................................4
II. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:...........................................4
2. Tính toán thủy lực cống........................................................................4
I. Tính toán kênh hạ lu:............................................................................4
II. Tính toán khẩu diện cống:..................................................................5
III - Tính tiêu năng phòng xói ...............................................................7
3. Bố trí các bộ phận cống........................................................................9
I - thân cống:..........................................................................................9
II. Đờng viền thấm:................................................................................10
III. Nối tiếp thợng lu và hạ lu:.................................................................12
4. Tính toán thấm dới đáy công trình....................................................13
I. Những vấn đề chung:.......................................................................13
II. Tính thấm cho trờng hợp đã chọn:....................................................13
III. Kiểm tra độ bền thấm của nền:.....................................................15
5. Tính toán ổn định cống....................................................................16
I. Mục đích và trờng hợp tính toán:......................................................16
II. TíNH TOáN ổn định:.......................................................................16
6. Tính kết cấu bản đáy cống................................................................20
I. Mở đầu..............................................................................................20
ii. tính toán ngoại lực:............................................................................20

kết luận và kiến nghị

.........................................................................25

Đồ án môn học

SVTH: NGUYEN THANH NAM1


Thiết kế cống lộ thiên
--- ---

PHầN I: TI LIệU TíNH TOáN
--- o0o --I. Nhiệm vụ công trình:
- Cống B xây dựng ven sông Y (cùng chịu ảnh hởng thuỷ triều)
để tiêu nớc, ngăn triều và giữ ngọt.
- Diện tích tiêu 30.000 ha.
- Cống xây dựng trên đờng giao thông có loại xe 8 -10 tấn đi
qua.
II. Lu lợng và mực nớc thiết kế:

Qtiêumax
(m3/s)

Tiêu nớc
Zkhống
ZTKsông
chế
(m)
đồng
(m)

90

3.66

Zminsông
(m)

3.49

0.25

Ngăn triều
Zmaxsông
Zminđồng
(m)
(m)
6.30

0.92

III. Tài liệu về kênh tiêu:
ZĐáy kênh = -1.00m
Độ dốc đáy i = 10-4
Độ dốc mái m = 1.5
Độ nhám n = 0.025
IV. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng:
- Gió: Bảng sau:
Tần suất P%
V(m/s)

2

3

5

20

30

50

28.0

26.0

22.0

18.0

16.0

14.00

- Sóng: Bảng sau:
Trờng hợp
D(m)

ZSông bình thờng

ZSông max

200

300

V. Tài liệu địa chất:
Đất thịt từ cao độ +1.00 đến -1.00
SVTH: NGUYEN THANH NAM2


Đất cát pha từ -1.00 đến -20.00
Đất sét từ -20.00 đến -40.00
Chỉ tiêu cơ lý (Bảng 1)
Thời gian thi công là 2 năm.
-

Bảng 1: 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/m3)
Cbh (T/m3)
Kt (T/m3)
Hệ số rỗng e
Hê số nén a(m2N)
Hệ
số
không
đều

Đất thịt

Cát pha

Đất sét

1.47
1.70
0.40
19o
16o
1.50
1.00
4.10-4
0.67
2.20

1.52
1.75
0.38
23o
18o
0.50
0.30
2.10-6
0.61
2.00

1.41

1.69
0.45
12o
10o
3.50
2.50
1.10-8
0.82
2.30

8.00

9.00

7.00

Phần II: Thiết kế sơ bộ cống lộ thiên
--- o0o ---

SVTH: NGUYEN THANH NAM3


1. Giới thiệu chung
I. Vị trí nhiệm vụ công trình:
Cống B đợc xây dựng ven sông Y để tiêu nớc, ngăn triều và giữ
ngọt. Cống có nhiệm vụ tiêu nớc cho 30.000 ha.

II. CấP CôNG TRìNH V CáC CHỉ TIêU THIếT Kế:
1. Tra bảng P1-2 ta có diện tích tiêu là 30.000 ha nên công
trình thuộc cấp III.

2. Các chỉ tiêu thiết kế: Với công trình cấp III ta xác định đợc:
Từ P1-3 ta xác định đợc tần suất thiết kế lu lợng P=1%.
Hệ số vợt tải (P1-4) n = 1,20.
Hệ số điều kiện làm việc (P1-5) : m =1
Hệ số tin cậy (P1-6) : Kn=1,15.

2. Tính toán thủy lực cống
Mục đích: Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng cống.

I. TíNH TOáN KêNH Hạ LU:
Ta có số liệu về kênh:
Độ dốc mái m = 1,5.
Độ dốc đáy kênh i = 10-4
Độ nhám n = 0,025.
Lu lợng tính toán Q = Qtiêumax = 60 m3/s.
ZĐáykênh = -1,00m.
hh = ZsôngTKế - Zđáy kênh = 3,36-(-1,0) = 4,36m
Ta tìm đợc chiều rộng đáy kênh theo phơng pháp mặt cắt lợi
nhất về thuỷ lực:
Tính: F(R ln)

4m0 i
8,424. 10 4

0,0014
Q
60

Tra theo phụ lục (8-1) bảng tra thuỷ lực ta đợc : Rln = 2,9357 h/Rln
= 4,36/2,9357 = 1,4852.

Tra theo phụ lục (8-3) bảng tra thuỷ lực ta đợc : b/Rln = 3,587.
b = (b/Rln).Rln = 10,532m. Chọn b = 10,60m để dễ thi công.
+ Kiểm tra điều kiện không xói:
Vmax < [Vkx]
Vkx = k.Q0,1 Với Q = 60 m3/s

SVTH: NGUYEN THANH NAM4


k = 0,53
Vkx = 0,53.60 = 0,798(m/s).
Vmax = Qmax/ mà:
Qmax = Q.k = 60.0,95 = 57,00 (m3/s) . Chọn k = 0,95.
= (mh+b)h = (1,5.4,36 +10,6).4,36 = 74,73m 2
Vmax = 0,763 (m/s).
Vậy: VmaxVì kênh sâu >4m nên ta chia thành 2 cấp, bờ kênh có cơ rộng
2m ( nh hình vẽ):
0,1

+3,96

m = 1,5

0,6
2,0

+3,36
2,0
4,36

1,20

2,36
-1,0

m = 1,5
10,6

II. Tính toán khẩu diện cống:
1. Trờng hợp tính toán: Chọn khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu
nhỏ, cần tháo lu lợng QTK.
2. Chọn loại và cao trình ngỡng cống:
a) Cao trình ngỡng cống: Chọn cao trình ngỡng bằng cao trình
đáy kênh tiêu.
b) Hình thức ngỡng: Là đập tràn đỉnh rộng.
3. Xác định bề rộng cống:
a) Định trạng thái chảy:
Theo QPTL C8-76, đập chảy ngập khi hn>nHo.
hn = hh - P1 ; (P1= 0 ) hn = hh = 4,36m
Ho = H + Vo2/2g ;
+ Tính V0: V0 = Q/0
0 = (10,6+1,5.2,36).2,36 + [(2.2+2.1,5.2,36+10,6+2.1,5.0,6+ 2.2
+2.1,5.2,36 + 10,6).0,6]/2 = 74,13 m2

V0 = 60/74,13 = 0,778 m/s
H0 = 4,54+1.0,7782/2.9,81 = 4,571 4,6m
+ Tính n.H0:
n: hệ số, 0,76n.Ho = 0,8.4,6 = 3,68 (m)

hn = 4,36 (m) > n.Ho = 3,68 m
SVTH: NGUYEN THANH NAM5


Cống chảy ngập.
b) Tính bề rộng cống:
Ta có công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:

Q n. g. b.h. 2gHo h
b

Q
n . g .h. 2gHo h

(*)

Trong đó:
n: hệ số lu tốc.
Với cửa vào tơng đối thuận, ngỡng tròn hoặc bạt góc, theo Cumin
lấy m = 0,36 nên:
n = 0,95.
g: hệ số co hẹp bên
g = 0,5o + 0,5
Chọn o = 0,97 g= 0,5.0,97 + 0,5 = 0,985
Thay các giá trị trên vào phơng trình (*), ta đợc:
Q
60
b

6,71 (m)

n . g .h. 2gHo h 0,96.0,985.4,36. 2.9,81. 4,6 4,36
Chọn b = 6,8m.
Phân cống thành 2 khoang, bề rộng mỗi khoang 3,4(m).
+ Tính lại n và g:
0 = b/(b+1) = 6,8/(6,8+1) = 0,872
g = 0,5.0 + 0,5 = 0,935
- Giả thiết lại 0 = 0,92 g = 0,5.0,92 + 0,5 = 0,96
Q
60

6,88
b
n . g .h. 2gHo h 0,96.0,96.4,36. 2.9,81. 4,6 4,36
+ Kiểm tra lại 0 = b/(b+1) = 6,88/(6,88+1) = 0,873
g = 0,5.0 + 0,5 = 0,9365
- Giả thiết 0 = 0,88 n = 0,5.0 + 0,5 = 0,94
Q
60

7,027
b
n . g .h. 2gHo h 0,96.0,94.4,36. 2.9,81. 4,6 4,36
Chọn b = 7,0m
+ Kiểm tra lại: 0 = b/(b+1) = 7/(7+1) = 0,875
n = 0,5.0 + 0,5 = 0,9375 0,94
Vậy b = 7,0m. Chia cống làm 2 khoang, bề rộng mỗi khoang
có chiều rộng: bc = 3,5m, mố bên lợn tròn bán kính r, có m = 0,7 và
hai mố giữa đầu tròn (mố trụ) có mt= 0,45 . Chọn chiều dày mố
d=1(m)

SVTH: NGUYEN THANH NAM6


III - Tính tiêu năng phòng xói .
1. Trờng hợp tính toán: khi tháo lu lợng qua cống với chênh
lệch mực nớc thợng hạ lu lớn nhất là Zmax. lúc này mực nớc triều hạ
xuống thấp nhất (chân triều), phía đồng là mực nớc đã khống chế.
Trờng hợp này thờng tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lu lợng tiêu
qua cống có thể lớn hơn lu lợng tiêu thiết kế. Tuy nhiên chế độ đó
không duy trì trong một thời gian dài. Lúc này: Zkcđồng= 3,54(m)
2. Lu lợng tính toán tiêu năng:
Vì cống đặt gần sông nên mực nớc hạ lu cống không phụ
thuộc lu lợng tháo qua cống. Khi đó lu lợng tiêu năng chính là khả
năng tháo lớn nhất ứng với mực nớc tính toán H = 4,66m.
+ Tính độ cao mở cống a:
Xác định theo công thức tính lu lợng qua cống chảy tự do:

Q .. bhc 2g(h0 hc )
Trong đó:
: hệ số co hẹp bên, : hệ số lu tốc
hc = .a, với là hệ số co hẹp đứng.
= F(a/H).
Ta có:
F c

Q
60

0,915, tra Phụ lục 16-1 đợc
3/2

.bc .H0
0,95.7,0.4,63 / 2

c = 0,236 a/H0 = 0,375.
Vì c = .(a/H) (a/H0) = (c/) 0,375 = 0,236/ = 0,629
a = H0.c/ = 4,6.0,236/0,629 = 1,726 m
q2
+ Tính hk: hk
1,957m
g
3


hc
+ Tính h''c: h 1
2

''
c

h
8 k
hc





3

1





Với: hc = c.H0 = 0,236.4,6 = 1,086

1,086
h
2

''
c

3



1 8 1,957 1 3,216m


1,086



So sánh các độ sâu ta thấy: h c = 1,086 < hk = 1,957 < h''c =
3,216(m) Cống chảy tự do. Và h''c = 3,216 > hh = 1,2 (m) Sau

cống có nớc nhảy phóng xa, cần phải tính toán tiêu năng.
3.Tính toán kích thớc thiết bị tiêu năng:
a) Chọn biện pháp tiêu năng:
Với cống xây trên nền đất ta chọn biện pháp tiêu năng bằng bể.
SVTH: NGUYEN THANH NAM7


b) Tính toán kích thớc bể:
Chiều sâu bể đợc xác định theo công thức:
d = h''c - (hh+
z2).
Trong đó:
: hệ số ngập, lấy = 1,05.
h''c: độ sâu liên hiệp sau nớc nhảy.
Eo= Ho + d = 4,6 + d.
Giả thiết chiều sâu bể dgt
Q
60
q

8,571m3 / m.s
b
7
q
F(c )
.E 3o / 2
Có F(c ), tra phụ lục (15-1) - bảng tra thuỷ lực đợc c'' , hc''= c ''.E0
Với Z2 là chênh lệch mực nớc ở cuối bể vào kênh, tính nh đập
tràn đỉnh rộng chảy ngập.
q2

q2
Z2

2
2
2
2g. n
.hn
2g .h'c'



n



Trong đó:
q = 8,571 (m3/s.m)
n= 0,95
n= 1,05
hc''
hh= Zminsông - Zđáy kênh = 0,2 - (-1,0) = 1,2 (m).
Kết quả tính toán đợc ghi ở bảng sau:
d(gt)
0,7
0
-0,6

E'0

F(c)

''c

h''c

Z2

hh+Z2

.h''c

d(tt)

0,739 0,650 3,449
5,3
4
9
5 2,5957 3,7957 3,6220 -0,174
0,914 0,697 3,208
4,6
5
5
4 2,5511 3,7511 3,3688 -0,382
1,127 0,735 2,942
4
8
6
4 2,4888 3,6888 3,0895 -0,599

Từ kết quả tính toán ta thấy dtt < 0 với mọi trờng hợp dgt
không cần làm bể tiêu năng, tuy nhiên để đảm bảo ta chọn
chiều sâu bể tiêu năng theo cấu tạo, d = 0,6 m
Chiều dài bể:
Lb = L1+ Ln
L1: Chiều dài nớc rơi: L1 2 hk P 0,35hk
hk 2/3.Ho = 2/3.4,6 = 3,067 (m)

SVTH: NGUYEN THANH NAM8


P : chiều cao ngỡng cống so với bể P = 0,6 m
L1 2 3,067 0,6 0,35.3,067 4,531(m)
Ln : chiều dài nớc nhảy , tính theo công thức kinh nghiệm
Ln = 4,5(hc''- hc) = 4,531(2,942 - 0,6) =10,612 (m)
= 0,8
Lb = 4,531+0,8.10,612 = 13,021(m) chọn L b= 13 (m)

3. Bố trí các bộ phận cống
I - thân cống:
Bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó
1. Cửa van:
Ta có bc = 3,5 (m) bề rộng cống không lớn nên bố trí cửa van
phẳng. Loại này đợc sử dụng phổ biến vì cấu tạo đơn giãn, lắp
ráp dễ, điều tiết lu lợng khá tốt. Chọn chiều rộng cánh cống b = 4m
( b = 3,5+2.0,25 = 4m), chiều cao h = 4,54 + 0,96 = 5,5m
2. Tờng ngực:
a). Các giới hạn của tờng ngực: bố trí để giảm chiều cao van
và lực đóng mở
Cao trình đáy tờng ngực

Zđt = Ztt +
Trong đó Ztt là mực nớc tính toán qua khẩu diện cống, tức là
cần đảm bảo ứng với trờng hợp này, khi mở hết cửa van chế độ
chảy trong cống phải là không áp, ứng với H0 = 4,6m Ztt = +3,6
(m)
: độ lu không, lấy = 0,6 (m)
Zđt= 3,6 + 0,6 = 4,2
Cao trình đỉnh tờng ngực đợc xác địng
Z1 = MNDBT + h + hsl + a
Z2 = MNDGC + h' + h'sl + a'
Trong đó:
h , h' : độ dềnh của sóng do gió ta có thể bỏ qua.
hsl , h'sl : độ dềnh cao nhất của sóng ứng với mức đảm bảo 1%
ứng với gió tính toán bình quân lớn nhất, trong đồ án này có thể
lấy hsl = h'sl = 0,4m
a, a': độ cao an toàn với công trình cấp III
a = 0,7(m)
a' = 0,5(m)
Z1 = 3,36 + 0,4 + 0,7 = 4,46m
Z2 = 6,4 + 0,4 + 0,5 = 7,3 m
Zđỉnh tờng = 7,3m
SVTH: NGUYEN THANH NAM9


b). Kết cấu tờng:
Với chiều rộng khung cống b = 3,5m, chiều cao tờng L = 7,3 5,2 = 2,1m, ta có: b/L < 2 tính theo bản.
Kích thớc sơ bộ xác định: = 0,2m
- Dầm trên: 0,40,59,6 (m3)
- Dầm dới: 0,40,69,6 (m3)
3. Cầu công tác:

Cầu công tác là nơi mặt đáy đóng mở và thao tác van. Chiều
cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo khi kéo hết cữa van lên
vẫn không còn khoảng không cần thiết để đa van ra khỏi vị trí
cống khi cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống.
Kích thớc các bộ phận nh sau:
Cao trình đỉnh cầu: Zđc = Zđt + h + l + =
7,3+7+1,5+0,5 = 16,3m
Bề rộng cầu 3m.
Kích thớc cột chống (3030)cm.
Chiều cao lan can 0,8m.
4. Khe phai và cầu thả phai:
Đợc bố trí ở đầu và cuối cống để ngăn nớc và giữ cho khoảng
không khô ráo khi sửa chữa cống, trên cầu thả phai ta bố trí đờng
ray cho cầu thả phai.
5. Cầu giao thông:
Cao trình mặt cầu bố trí cao hơn đỉnh cống khoảng 0,5m.
Bề rộng mặt cầu do yêu cầu giao thông có xe qua lại từ 8 10 tấn,
ta chọn b = 5m.
Vị trí đặt cầu chọn sao cho không cản trở thao tác van, phai.
6. Mố cống: Bao gồm mố giữa và mố bên.
- Do bố trí cửa van phẳng nên trên mố có khe van và khe phai.
- Chiều dày mố giữa d = 1m. Chiều cao đỉnh mố: Z đm = Zđt =
7,3
- Mố giữa phải bố trí đầu mố tròn để đảm bảo điều kiện
thuận dòng.
- Chiều dày mố bên cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang,
chọn db=0,8m. Đầu mố dạng nửa tròn để thuận dòng.
7. Khe lún: Do bề rộng cống không lớn lắm nên không cần bố trí
khe lún.
8. Bản đáy:

Chiều dài bản đáy thờng thoả mãn điều kiện thuỷ lực, ổn
định của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên. Sơ bộ chọn
chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí kết cấu bên trên L = 18m.
Chiều dài bản đáy chọn theo điều kiện thuỷ lực, nó phụ thuộc
bề rộng cống, tải trọng bên trên và tính chất đất nền. Thông thờng
SVTH: NGUYEN THANH NAM10


ta chọn theo kinh nghiệm = 1m, sau đó kiểm tra lại bằng tính
toán kết cấu bản đáy.

II. Đờng viền thấm:
Bao gồm bản đáy cống, sân trớc, các bản cừ, chân khay, kích
thớc bản đáy cống.
Kích thớc các bộ phận khác nh sau:
1. Sân trớc: Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tông, bê
tông cốt thép hoặc bitum. Khi có vật liệu tại chỗ (đất sét, á sét)
cần cố gắng tận dụng.
Chiều dài sân Ls (34)H.
Trong đó:
H: là cột nớc trớc cống.
Chọn Ls= 2,2H = 2,2.4,54 = 9,988m. Chọn Ls= 10m.
Chiều dày sân trớc: H/[J], với [J] = 1, H = 0,18
Trong đó:
H: là độ chênh mực nớc ở phía trên và phía dới sân trớc lấy
bằng chênh lệch mực nớc trớc và sau cống, ở đây H = 0,18m
[J]: Gradien thấm cho phép, phụ thuộc vào vật liệu làm sân,
lấy [J] = 46.
Khi sân bằng bê tông thờng làm chiều dày không thay đổi từ
đầu đến cuối sân. Chiều dày ở đầu sân thờng lấy theo điều

kiện cấu tạo t = 0,5m.
Sân trớc bằng bê tông M200 đổ tại chỗ, dới có lớp bê tông lót
M100 dày 10cm.
2. Chân khay:
ở hai đầu bản đáy, sân trớc và sân sau, sân tiêu năng cần
làm chân khay cắm sâu vào nền để tăng ổn định và góp phần
kéo dài đờng viền thấm.
Sơ bộ chọn kích thớc bản đáy nh hình vẽ:

1,0

2,0

1,0
1,0 1,0

4. Thoát nớc thấm:
Các lỗ thoát nớc thấm thờng bố trí ở sân tiêu năng, dới sân phải bố
trí tầng lọc ngợc bao gồm lớp cát lọc dày 20cm, lớp dăm (sỏi) lọc dày
20cm, sân tiêu năng đợc làm bằng bê tông M200, dày 1m đổ tại
chỗ.

SVTH: NGUYEN THANH NAM11


5. Sơ bộ kiểm tra chiều dài đờng viền thấm:
Ta có công thức:
Ltt C.H
Trong đó:
Ltt: chiều dài tính toán của đờng viền thấm tính theo phơng

pháp của Len
H: cột nớc lớn nhất trong cống.
C: hệ số phụ thuộc vào loại đất nền. Tra phụ lục P3-1 C = 3.
H = ZđTK- Zđk = 3,54 - (-1,0) = 4,54 m.
Ltt > 3.4,54 = 13,62 m.
Theo phơng pháp Len:
Ltt= lđ + ln/m.
lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các
đoạn xiên góc có góc nghiêng so với phơng ngang 45o.
lđ= 0,5 + 1,5 + 1,4 + 1,4 + 2 = 6,8 m.
ln= 14 + 2 +10 = 26 m.
m = (11,5). Chọn m = 1,0.
Ltt= 6,8 + 26/1,0 = 32,8 m.
Ltt > C.H thoả mãn điều kiện.

III. Nối tiếp thợng lu và hạ lu:
1. Nối tiếp thợng lu:
Góc mở của tờng về phía trớc, chọn với tg = 1/4 ( = 14o). Vì
cống dẫn lu lợng thiết kế tơng đối lớn QTK = 60m3/s nên ta chọn tờng cánh là mặt nón góc mở 14o nối tiếp với kênh thợng lu.
Đáy đoạn nối tiếp kênh thợng lu cần có lớp phủ chống xói bằng
đá xây vữa M100, dới lớp đá xây có tầng đệm bằng dăm cát dày
15cm. Chiều cao lớp phủ chống xói ta chọn bằng 0,8m, L sân phủ =
0,8.10 = 8,0m.
2. Nối tiếp kênh hạ lu:
- Tờng cánh hình thức giống tờng cánh thợng lu, mặt nón, góc
mở nhng góc mở 1 nhỏ hơn sao cho tg1 = 1/4 1,6. Ta lấy 1 = 12o

14o

SVTH: NGUYEN THANH NAM12

12o


- Sân tiêu năng: bằng bê tông M200 đổ tại chỗ, có bố trí lỗ
thoát nớc. Chiều dày sân đợc xác định nh sau: t 0,15V1 h1
V1,h1: lu tốc và chiều sâu đoạn nớc nhảy.
h1= .hc = 1,05.1,086 = 1,14 m.
V1= Q1/1 = 60/(bk.h1) = 60/(7.1,14) = 7,52 (m/s).

t 0,15.7,52 1,14 1,2m
Chọn t = 1m.
- Sân sau: Làm bằng bê tông M200 đổ tại chỗ, có lỗ thoát nớc,
phía dới có tầng đệm bằng hình thức lọc ngợc.
Chiều dài sân sau xác định theo công thức kinh nghiệm:

L ss k q. H
Trong đó:
H: chênh lệch cột nớc thợng hạ lu, H = 3,54 - 3,36 = 0,18 m.
k: hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh. Do đất lòng kênh là loại
đất cát pha nên k = 10 20, lấy k = 10
q: lu lợng đơn vị cuối sân tiêu năng.
q = Q/b = 60/7 = 8,571 (m3/s.m)
Lss 10 8,571. 0,18 19,069 m. Chọn Lss= 19 m.

4. Tính toán thấm dới đáy công trình
I. NHữNG VấN đề CHUNG:
1. Mục đích:
Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên bản đáy cống
Wt và Gradien thấm J. ở đây do đặc tính của cống chỉ yêu cầu

xác định Wt và J.
2. Trờng hợp tính toán:
Khi chênh lệch mực nớc thợng - hạ lu lớn nhất.
3. Phơng pháp tính: Vẽ lới thấm bằng tay.

II. Tính thấm cho trờng hợp đã chọn:
1. Vẽ lới thấm:
- Tất cả các đờng dòng và đờng đẳng thế phải trực giao
nhau.
- Các ô lới là hình vuông cong.
- Đờng thế đầu tiên là mặt nền thấm phía thợng lu
- Đờng thế cuối cùng là mặt nền thấm phía hạ lu
- Đờng dòng cuối cùng là tầng không thấm nớc ở -40
SVTH: NGUYEN THANH NAM13


Sơ đồ lới thấm dới công trình:

2. Dùng lới thấm xác định các đặc trng của dòng thấm:
Từ chiều dày địa chất đã cho và chiều dài công trình, ta vẽ lới
thấm có:
- Có 7 ống dòng.
- Có 22 dải.
+ Cột nớc tổn thất qua mỗi dải:
H = H/n với H = Z Sôngmax - Zđồngmin = 6,4 - 0,9 = 5,5m H
=5,5/22=0,25m
+ Cột nớc thấm tại một điểm x bất kỳ cách đờng thế cuối cùng i
dải, có cột nớc thấm sẽ là hx = i. H
Ta xác định đợc:
hA = 18.0,25 = 4,5 m

hB = 9. 0,25 = 2,25 m.
Dựa vào hA và hB ta vẽ đợc biểu đồ áp lực thấm dới đáy công
trình.
Biểu đồ áp lực thấm dới đáy công trình

SVTH: NGUYEN THANH NAM14


Từ đó tính đợc tổng áp lực thấm đẩy ngợc lên bản đáy:
Wt = Wđn+ Wtt.
Wdn

n hA hB L bd
1 4,5 2,2518

60,75(T/m)
2
2

Wtt = đn (H2+t)Lbđ = 1(1,9 + 1)18 = 52,2 (T/m).
Wt = Wđn+ Wtt = 60,75 + 52,2 = 113,0 (T/m).
+ Xác định lu lợng thấm:
Gọi m là số ống dòng của lới thấm, lu lợng đơn vị sẽ là:
q = K.(m/n).H = 2.10-6.(7/22).5,5 = 3,5.10-6 m3/m.s
K là hệ số thấm của đất cát pha, lấy K = 2.10-6 m/s
3. Xác định Gradien thấm ở cửa ra:
H
n.S
Dựa vào lới thấm ta tính đợc Jtb1, Jtb2, Jtb3, ..., kết quả tính toán ghi
ở bảng sau :

Gradien thấm tại một ô lới bất kỳ có trung đoạn S sẽ là: J tb

Thứ tự tính toán
1
2
3
4
...

S
1,357
1,6
1,9
2,3
...

Jtbi
0,1842
0,1563
0,1316
0,1087
...
Jtb = 0,1469

Từ kết quả tính toán ở bảng, ta thấy: J tb = 0,1469 < JKtb = 0,22
đảm bảo độ bền thấm.
Dựa vào kết quả trên ta vẽ đợc biểu đồ Gradien thấm ở cửa ra
nh hình vẽ trên.

III. Kiểm tra độ bền thấm của nền:
1. Kiểm tra độ bền thấm chung:
Kiểm tra theo công thức: J tb

J Ktb
Kn

Trong đó:
Jtb: Gradien cột nớc trung bình trong vùng thấm tính toán.
Kn: Hệ số tin cậy, Kn = 1,15
JKtb: Gradien cột nớc tới hạn trung bình tính toán lấy theo bảng 2
TCVN 4253-89, JKtb= 0,22
Trị số Jtb đợc xác định theo công thức:

SVTH: NGUYEN THANH NAM15


J tb

H
Ttt.

Trong đó:
H - Cột nớc tác dụng, H = 5,5m
Ttt: Chiều sâu tính toán của nền.
- Tổng hệ số cản của đờng viền thấm tính theo phơng pháp của Trugaev: = v + r + d + n
+ v, r: Hệ số sức kháng ở bộ phận vào và ra, ta coi bộ phận
vào và ra nh nhau và không có cừ.
v = r = 0,44+b = 0,44+a/T0 = 0,44+1,0/19 = 0,493
+ d = b + c, vì không có cừ nên: d = b= a1/T1 = 1/19 = 0,053

+ n: Hệ số sức kháng của bộ phận nằm ngang, vì không có cừ
nên:
n = L/T = 18/19 = 0,947
= 0,493+0,493+0,053+0,947 = 1,985
Jtb = 5,5/(19.1,985) = 0,146
Vậy: Jtb = 0,146 < JKtb/Kn = 0,22/1,15 = 0,193
Thoả mãn độ thấm chung.
2. Kiểm tra thấm cục bộ:
Ta có công thức:
JK Jra
Trong đó:
Jra: tri số gradien cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả trên.
JK: gradien thấm cục bộ.
Theo tiêu chuẩn đã nêu, JK cần xác định theo thí nghiệm mô
hình hoặc ở hiện trờng. ở đây vì cha có tài liệu nh vậy nên có
thể tham khảo các trị số của Ixtomina: Theo đó trị số J K phụ thuộc
trị số không đều của hạt s= d60/d10 theo đề ra s= d60/d10= 9.
Ta tra phụ lục P3-1:
JK= 0,5 > Jtb= 0,087.
Vậy không xẩy ra hiện tợng trôi đất.

5. Tính toán ổn định cống
I. Mục đích và trờng hợp tính toán:
1. Mục đích:
Kiểm tra ổn định của cống về trợt, lật, đẩy nổi . Trong phạm
vi đồ án này chỉ giới hạn phần tính toán ổn định trợt.

SVTH: NGUYEN THANH NAM16

2. Trờng hợp tính toán:
Ta tính cho trờng hợp bất lợi. Nhất là khi chênh lệch mực nớc thợng - hạ lu là lớn nhất.
ZSmax = 6,4 m
Zđồngmin = 0,9 m Z = 5,5m
Vì cống không có khe lún nên sơ đồ tính toán là toàn bộ bản
đáy với tất cả các bộ phận trên nó.

II. TíNH TOáN ổn định:
1. Xác định các lực tác dụng lên bản đáy:
a). Các lực đứng: Bao gồm: trọng lợng cầu giao thông, cầu
công tác, cầu thả phai, cữa van, tờng ngực, mố cống, bản đáy, nớc
trớc cống (nếu có), phần đất giữa hai chân khay (trong phạm vi
khối trợt) và các lực đẩy ngợc (thấm, thủy tĩnh).
+ Trọng lợng mố cống G1:
G1 = V1.b (b= 2,5 T/m3).
G1 = [1.8,3.18+2.(0,8.8,3.18]2,5 = 971,1 (T), a 1 = 0
+ Trọng lợng tờng ngực G2:
G2= (0,4.0,5+0,4.0,6+0,2.2,1).9,6.2,5 = 20,64 (T).
Ta
có:
Yc
=
(F1Y1+F2Y2+F3Y3)/(F1+F2+F3)
=
(2,1.0,2.0,1+0,4.0,5.0,45 + 0,4.0,6.0,5)/(2,1.0,2+0,4.0,5+0,4.0,6) =
0,293 a2 = 9-(4+0,239) = 4,767 m
+ Trọng lợng cầu công tác G3:
G3 = (Vtrụ+Vdầm dọc+Vdầm ngang ).b = ( 6.0,4.0,4.9 + 2.0,3.0,6.9,6 +
6. 0,3.0,3.4).2,5 = 35,64 (T), a3 = 5m
+ Trọng lợng cầu giao thông G4: Sơ bộ chọn G4 = 100 T, a4 =

4m
+ Trọng lợng cửa van G5: Sơ bộ chọn G5 = 50T, a5 = 5m
+ Trọng lợng bản đáy G6
G6 = {1.18.9,6+[2.(1+2)/2]9,6}2,5 = 504(T), a 6 = 0
+Trọng lợng nớc phía sông G7
G7= 7.7,4.14.1 = 725,2T, a7 = 2m
+ Trọng lợng nớc phía đồng G8:
G8= 7.1,9.4.1 = 53,2 (T), a8 = 7m
+ áp lực thủy tĩnh đẩy ngợc G9:
G9 = Wtt .Bc= 1.3,9.18.7 = 491,4(T), a9 = 0
+ áp lực thấm G10:
G10 = Wt .Bc= 1.[(2,25+4,5)/2].18.7 = 425,25(T), a 10 =
3m
b).áp lực ngang: gồm áp lực nớc thợng, hạ lu, áp lực đất chủ động
ở chân khay.
+ áp lực nớc thợng lu:
T1= n.H12/2.bc = 1.7,42/2.9,6 = 262,848(T).
SVTH: NGUYEN THANH NAM17


Điểm đặt cách đáy: y1 = Hđ/3 +0,5 = 7,4/3 +0,5 =
2,967(m).
+ áp lực nớc hạ lu:
T2 = n.H22/2.bc = 1.1,92/2.9,6 = 17,33(T), y2 = 1,9/3 + 0,5 =
1,133(m).
+ áp lực đất chủ động ở chân khay thợng lu Ecđ:
Ecđ = đ.H2.c/2
Trong đó:
đ - Dung trọng của đất, đ = 1,7 T/m3
H - Chiều cao cột đất tác dụng, H = 2m

Với = = 0 c = tg2(45o -/2) = tg2(45o - 18o/2) = tg236o =
0,528
Ecđ = 1,7.22.0,528/2 = 1,795 T/m
Toàn bộ chân khay: Ecđ = 1,795.9,6 = 17,23 T, ycđ = 0,833
+ áp lực đất bị động ở chân khay hạ lu:
Ebh = b với b dH b 2C b
Trong đó:
b - Cờng độ áp lực đất ở điểm đáy chân khay.
C - Lực dính đơn vị của đất, C = 0,3T/m3
b = tg2(45o +/2) = tg2(45o + 18o/2) = tg254o = 1,89
b = 1,7.2.1,89+2.0,3. 1,89 = 7,25 T/m
Ebh = 7,25.9,6 = 69,6T, ybđ = 0,833
+ Tính P: Từ kết quả tính toán lực tác dụng lên bản đáy của
các bộ phận trên cống, ta có:
P
=
G1+G2+...+G10
=
971,1+20,64+35,64+100+50+504+725,2+53,2
+491,4+425,25+262,848 = 3639,28 (T)
+ Tính: M0 - Tổng mô men các lực đứng tác dụng lên bản đáy
lấy với tâm bản đáy.
M0 = G1a1+G2a2+...+G10a10 - T1y1 + T2y2 + Ecđycđ - Ebđybđ = 971,1.0
+ 20,64.4,767 + 35,64.5 + 100.4 + 50.5 + 504.0 + 53,2.7 +
491,4.0 + 425,25.3 -262,848.2,967 + 17,33.1,133 +17,23.0,833 69,6.0,833 = 1770,88 T/m
2. Xác định áp lực đáy móng theo sơ đồ nén lệch tâm:
Theo sơ đồ nén lệch tâm:
= (P/F) (Mo/W).
Trong đó:
F: Diện tích đáy cống, F = (14+2+1,414.2)9,6 = 180,75m 2.

W: môđun chống uốn của đáy cống, W = B.L 2/6 = (9,8.182)/6 =
518,4m3.
P: tổng các lực thẳng đứng.

SVTH: NGUYEN THANH NAM18


Mo: tổng mô men của các lực tác dụng lên cống, lấy đối với
tâm đáy cống.
Thay số liệu vào công thức trên ta đợc:
max = 3639,28/180,75 + 1770,88/518,4 = 23,55 T/m 2
max = 3639,28/180,75 - 1770,88/518,4 = 16,72 T/m 2
tb = (23,55+16,72)/2 = 20,135 T/m2
3. Phán đoán khả năng trợt:
Xét theo 3 điều kiện:
a. Chỉ số mô hình hoá:
N = max/B.1 Nlim
Trong đó:
B - Chiều rộng bản đáy, B = 18m, phơng song song với lực đẩy
trợt
1 - Dung trọng đất nền 1 = đn - (1-n).1 = 1,52 - (1-0,36).1 =
0,88
Nlim- Chỉ số không thứ nguyên, Nlim = 3.
N = 23,55/18.0,88 = 1,486 < Nlim = 3
b. Chỉ số kháng trợt:
tg 1 = tg1 + C1/tb 0,45
Trong đó:
1, C1 - Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền chỉ
số 1 là tơng ứng khi tính toán đất nền theo trạng thái giới hạn thứ
nhất: 1 = 18o, C1 = 0,3 T/m2.

tg1 = tg18o+0,3/20,135 = 0,34 < 0,45
Không thoả mãn điều kiện chỉ số kháng trợt, nh vậy, ngoài
trợt phẳng ta phải xét đến trợt sâu và trợt hỗn hợp. Tuy nhiên trong
phạm vi đồ án môn học này chỉ tính toán cho trờng hợp trợt phẳng.
4. Tính toán trợt phẳng:
Sự ổn định của cống đợc đảm bảo về trợt khi: ncNtt

m
R
Kn

Trong đó:
nc- Hệ số tổ hợp tải trọng, với công trình cấp III, tổ hợp lực chủ
yếu n=1,2
Kn - Hệ số tin cậy, Kn = 1,15
Ntt và R là các giá trị tính toán của lực tổng quát gây trợt và
chống trợt giới hạn. Vì mặt trợt nằm ngang nên các giá trị trên xác
định nh sau:
Ntt = Ttl + Ecđl - Thl
R = Ptg1 +m1Ebh+FC1
Với công thức tính Ntt, Ttl và Thl là tổng giá trị tính toán các
thành phần nằm ngang của các lực chủ động tác dụng ở thợng lu và
hạ lu trừ áp lực chủ động của đất.
Ntt = T1+Ecđ+T2 = 262,848+1,795+17,33 = 281,973 T
SVTH: NGUYEN THANH NAM19


Với công thức tính R, m1 là hệ số điều kiện làm việc xét đến
quan hệ giữa áp lực bị động của đất với chuyển vị ngang của
cống, lấy m1 = 0,7

R = 3639,28.tg18o+0,7.69,6+180,75.0,3 = 1285,42T
Thay các kết quả trên vào điều kiện (*), ta đợc:
ncNtt = 1,2.281,973 = 338,367 < (m/Kn).R = (1/1,15).1285,42
1117,76 (T)
Vậy công trình ổn định về trợt phẳng

SVTH: NGUYEN THANH NAM20


6. Tính kết cấu bản đáy cống.
I. Mở đầu.
1. Mục đích: Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố
trí cốt thép trong bản đáy cống. Trong phạm vi đồ án này, ta chỉ
xác định sơ đồ ngoại lực để tính kết cấu bản đáy theo phơng
pháp dầm trên nền đàn hồi.
2. Trờng hợp tính toán:
Tính toán với trờng hợp bất lợi nhất khi chênh lệch mực nớc thợng,
hạ lu lớn nhất, Z = 5,5m
3. Chọn băng tính toán:
Tính cho 1 băng ở sau cửa van, giữa hai mặt cắt vuông góc với
chiều dòng chảy, có chiều rộng b = 1m.

ii. tính toán ngoại lực:
Trên 1 băng của mảng, ngoại lực tác dụng lên bản đáy gồm lực
tập trung từ các mố, lực phân bố trên băng và các tải trọng bên.
1. Lực tập trung truyền từ mố:
Đây chính là tổng hợp của các áp lực đáy các mố trong phạm vi
của băng đang xét, thờng xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính toán
cho một mố nh sau:
G4

G5
G6

G3
G1
T1

G2

T2

B

max
Pk
max

SVTH: NGUYEN THANH NAM21

min

Mố bên

min

Mố giữa

Pk

Từ sơ đồ cần xác định:
- G1, G2 - Trọng lợng các phần của mố
- G3 - Trọng lợng tờng ngực
- G4 - Trọng lợng cầu công tác.
- G5 - Trọng lợng cầu giao thông
- G6 - Trọng lợng do ngời và xe trên cầu.
- T1, T2 - áp lực nớc ngang từ thợng lu và truyền qua khe van .
ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thức nén
lệch tâm:
max

mmin

G M0

Fm
Wm

Trong đó:
G: tổng các lực thẳng đứng
Mo: tổng mô men ngoại lực lấy với tâm đáy mố.
Fm: diện tích đáy mố
Wm: mô men chống uốn của đáy mố.
Ta tổng hợp đợc bảng sau:
Loại
mố

Mố
bên

Tên
tải
trọng
G1
G2
G3
G4
G5
G6
T1
T2


Trị số
74,7
5,16
8,91
25
2,5
8,3
13,3
12,5
128,7
7

Tay
đòn
(m)
0

Mo(+)

Loại
mố

Trị số

Mố
giữa

186,7
5
10,32
17,82
50
5
362,6
26,6
25
294,8
9

0

4,707 -24,29
5 -44,55
4
100
4
10

2 362,6
7
-93,1
5
-62,5
248,1
6

Tay
đòn

Mô
men
0

0

4,707
5
4
4
2
7
5

-48,57
-89,1
200
20
724,2

-186,2
-125
495,52

Tính cho mố bên:
Fm = 0,8.18 = 14,4 (m2).
d.L2m
0,8.182
Wm

43,2 (m3)
6
6
G Mo
128,77 248,16
max



14,68 (T/m2)
Fm
Wm
14,4
43,2

Mo
G
128,77 248,16

3,2 (T/m2)
Fm
Wm
14,4
43,2
Tính cho mố giữa:
Fm = 1.18 = 18 (m2).
min

SVTH: NGUYEN THANH NAM22


max

Wm = 54 (m3).
Mo
G
294,89
495,5




25,56T/m2
Fm
Wm
18
54

G
Mo
294,89 495,5



7,206T/m2
Fm
Wm
18
54
Từ biểu đồ trên ta tách một giải bất kỳ để tính toán, cụ thể ta
tính cho một giải cách hạ lu một đoạn x = 9m
+ Tính P'1 là lực của mố bên truyền cho đáy, P'1 = PK1.b.d,
với b = 1m, d = 0,8
min

PK1 min

max min
(14,68 3,2).9
.x 3,2
8,94T
L
18

P'1 = 8,94.1.0,8 = 7,15 T
+ Tính P'2 là lực của mố giữa truyền cho đáy: P' 2 = PK2.b.d, với b
= 1m, d = 1m.
PK 2 min

max min
(25,56 7,2).9
.x 7,2
16,38 T
L
18

P'2 = 16,38.1.1 = 16,38 T

2. Các lực phân bố trên băng:
-Trọng lợng nớc trong cống
qo = .b.hn = 1.1.1,9 = 1,9 T/m
(hn: chiều sâu lớp nớc ở bản tính toán)
- Trọng lợng bản đáy q1:
q1 = b.t.b = 2,5.1.1 = 2,5 T/m
- Lực đẩy nổi: ( lực thấm và lực thuỷ tĩnh)
q2 = nhđnb = 1.5,275.1 = 5,275 T/m
Trong đó:
hđn = h2 + t +HB +(HA-HB).x/L = 1,9+1+2,25+(4,5-2,25).9/18 =
5,275 m
- Phản lực nền: q3
q3 = Pp.b = 18,73.1 = 18,73 T/m
Trong đó:
Pp = min+(max-min).x/L = 12,368+(25,09-12,368).9/18 = 18,73 T/m 2
3.Lực cắt không cân bằng (Q):
a) Trị số:
Q + PK + 2l.qi = 0.
Trong đó:
2l: chiều dài băng tính toán, 2l = 9,6 m

P'K = 2P'1 + P'2 = 2.7,154+16,383 = 30,69T
qi = qo + q1 - q2 - q3 = 1,9+2,5-5,275-18,75 = -19,605 T/m
3

Q = -P'K - 2l. qi = -30,69 + 9,6.19,605 = 157,517 T
i 0

SVTH: NGUYEN THANH NAM23


Q = -157,2 + 12,78.15,81 = 73,85 (T).
b) Phân phối lực cắt cho mố và bản đáy:

5,582
40,506
30,89

Yc =
3,718
9,6m
+ Tính Yc:
Yc

2Fbê nYcbê n FgYcg FdYcd
2Fbê n Fg Fd



2.0,8.8,3.5,15 1.8,3.5,15 1.9,6.0,5
3,718m

2.0,8.8,3 1.8,3 1.9,6

+ Vẽ biểu đồ mô men tĩnh Sc của băng tính toán:
- Vẽ từ trục trung hoà trở lên:
Sc = Fc.Yc = 2.5,582.0,8.5,582/2+5,582.1.5,582/2 = 40,506
- Vẽ từ đáy mố trở xuống:
Sc = Fc.Yc = 1.9,6.(3,718-0,5) = 30,89
+ Xác định biểu đồ Sc:
- Phần A1: SA1 = 5,582.40,506/2+(40,506+30,89).2,718/2 =
210,08 m2
- Phần A2: SA2 = 30,89.1/2 = 15,45m2
Tổng diện tích: Sc = SA1 + SA2 = 225,53m2.
+ Phân phối Q cho mố (Qm) và bản đáy (Qđ):
A1
210,08
Q m Q.
157,517.
146,73T
A1 A 2
210,08 15,45
Qđ = Q - Qm = 157,517-146,73 = 10,79 T.
+

Phân

phối

Qm

cho

các

mố

theo

Q
P ' 'K Fmk. m
Fm

- Fmố bên = 0,8m2
- Fmố giữa = 1 m 2
Fmố = 2.0,8+1 = 2,6m2
+ Mố bên P''1 và P''3:
Với P''1 = P''3 = 0,8.146,73/2,6 = 45,15T
+ Mố giữa P''2 = 1.146,73/2,6 = 56,43T

SVTH: NGUYEN THANH NAM24

tỷ

lệ

diện

tích:


T/m

+ Phân Qđ đều cho bản đáy: q4 = Qđ/2l = 10,79/9,6 = 1,124

c).Tải trọng bên (mảng giáp với bờ đất):
Mô men do áp lực đất nằm ngang gây ra:
Mđ = E.Yđ
Trong đó:
E - áp lực đất nằm ngang
Yđ - khoảng cách từ điểm đặt của E đến đáy băng đợc xác
định theo công thức sau:
E

dH2 . c
2.C 2
2CH c
2
d

Với c = tg2(45-/2) = tg2(45o-16/2) = 0,56
Yđ = Hđ/3 = 9,3/3 = 3,1
Mđ =(1,65.9,32.0,56/2 - 2.1.9,3. 0,56 +2.12/1,65)3,1 =
84,48Tm
+ Tải trọng do xe cộ trên đờng q5 = 10/10 = 1T/m
d). Sơ đồ ngoại lực cuối cùng:
+ Các lựctập trung tại mố
- Mố giữa: P2 = P'2 + P''2 = 16,383+56,43 = 72,813 (T).
- Mố bên:
P1 = P3 = P'1 + P''1 = P'3+P''3 = 7,154+45,15 =
52,304 (T).
- Lực phân bố đều trên băng

q = q0 + q1 + q2 +q3 + q4 = 1,9+2,5-5,275-18,73 +1,124 = 18,481
(T/m).
- Lực bên từ phía giáp đất ( S, Mđ, q5):
S = 0; Mđ = 84,48; q5 = 1

SVTH: NGUYEN THANH NAM25