Đồ Án Thủy Công Thiết kế Cống Lộ Thiên- Thầy Lê Hồng Phương Đại Học Thủy Lợi

N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Đồ án môn học
thết kế cống lộ thiên
Đề Số 45
phần A: tàI liệu
I) Nhiệm vụ công trình: cống B xây xựng ven sông Y ( chịu ảnh hởng của vùng thủy chiều để :
Tiêu nớc cho 30 000 ha ruộng.
Ngăn triều và giữ nớc ngọt.
Kết hợp tuyến đờng giao thông với loại xe 810 tấn đi qua.
II) Các mực nớc và lu lợng tiêu:
Trờng hợp
Chỉ
tiêu
Đề
45

Lấy nớc
Qmaxtiêu

Zkhống
chế

(m /s)
3

Zsôngmi

ZTKsông

đồng

3,70

min

(m)

(m)

3,54

Zđồng

Zsôngmax

n

(m)

(m)

57

Ngăn triều

0,05

(m)

6,15

0,07

III ) Tài liệu về kênh tiêu
Zđáy kênh = -1,00
Độ dốc mái m = 1,5
Độ nhám n = 0,025
Độ dốc đáy i =10 -4
IV) Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng:
Tần suất
P%
V(m/s)

2

3

5

20

30

50

28,0

26,0

22,0

18,0

16,0

14,0

Trờng hợp

Zsông bình th-

Zsông min

ờng

D (m)

200

300

V) Tài liệu địa chất:
-

Đất thịt từ cao độ +1,00-1,00

-

Đất cát pha từ -1,00-20,00

-

Đất sét từ -20,00 -40,00

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-1-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống
Loại đất

Thịt

Cát pha

Sét

k (T/m3)

1,47

1,52

1,41

TN(T/m3)

1,7

1,75

1,69

Độ rỗng n

0,4

0,38

0,45

TN (độ)

19

0

23

0

12

0

bh (độ)

16

0

18

0

10

0

Ctn (T/m2)

1,50

0,50

3,50

Kt (m/s)

4 10-7

2 10-6

1 10-8

Hệ số rỗng e

0,67

0,61

0,82

Hệ số nén (m2/N)

2,2

2,0

2,3

Hệ số không đều


8

9

7

Chỉ tiêu

VI ) Thời gian thi công:

-

Thời gian thi công công trình là 2 năm

V )Yêu cầu
1.

Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.

2.

Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu.

3.

Chọn cấu tạo các bộ phận cống.

4.

Tính toán thấm và ổn định cống.

`

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-2-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Phần B:

thuyết minh

I) Giới thiệu về công trình :
1. Vị trí, nhiệm vụ công trình :
dể :

Cống B xây dựng ven sông Y ( chịu ảnh hởng của vùng triều )

-

Tiêu nớc cho 30 000 ha ruộng.

-

Ngăn triều và dữ nớc ngọt.

-

Cống xây dựng trên tuyến đờng giao thông với xe loại 8-10 tấn đi
qua.

2. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:
a/ Cấp công trình:
Theo tiêu chuẩn VN 285 2002 cấp công trình xác định dựa theo
tiêu chí sau:
Theo chiều cao công trình và loại nền: Sơ bộ chọn chiều cao của

công trình là:
= Zmaxsông(chống lũ) + d Zđáy kênh = 6,15 +0,85 - (-1)
=8m
với d là độ vợt cao an toàn lấy d = 0,85m.
Tra theo QCVN 04-05-2010 hoặc bảng P1-1 với đối tợng là đập bê
tông trên nền đất. Ta có công trình thuộc công trìng cấp III.
-

Theo nhiệm vụ công trình: CT tới cho 30.103 ha Tra bng 1: Phân

cp công trình thy li (xác nh theo
2012/BNNPTNT ).ta có cấp công trình là cấp II.

QCVN

04-05:

Vậy chọn cấp công trình cho trờng hợp bất lợi nhất, ta chọn cấp công
trình là II.
b/ Các chỉ tiêu thiết kế:
Dựa vào cấp công trình (cấp II) theo QCVN 04-05-2012 ta xác
định đợc:
- Tần suất lu lợng và mực nớc lớn nhất tính toán ổn định kết cấu:
P = 0,5%
- Trọng lợng bản thân n = 1,05.
- áp lực thẳng đứng của trọng lợng dất 1,1.
- áp lực bên của đất 1,2
- Tải trọng của động đất 1,1
- Hệ số điều kiện làm việc: Theo bảng P1-5 có m= 1,00.
- TảI trọng do gió 1,3

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-3-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

- Hệ số tin cậy: theo bảng P1-6 có Kn = 1,15
- Tần suất mực nớc lớn nhất ngoài sông khai thác P = 10;
II) Tính toán thuỷ lực cống:
1)

Mục đích:

Xác định khẩu diện và tính toán tiêu năng phần (lập quy trình
đóng mở cống không yêu cầu trong đồ án này).
2) Tính toán kênh hạ lu:
-

Bài toán đặt ra ở đây là:

Ta biết i = 10

-4

; Zđáy kênh = -1,00

Độ dốc mái m = 1,5

Độ nhám n = 0,025
Lu lợng tính toán Q = 57 (m3/s)
Tính bề rộng kênh (B)



Độ sâu mực nơc trong kênh :
TK

hh = Z song - Zđáy kênh = 3,54- (-1) = 4,54 m
Dựa vào phơng pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực
Với mặt cắt kênh lợi nhất về thuỷ lực thì: với m = 1,5
m0 2 1 m 2 m 2 1 1.52 1.5 2.106


4.m0
f(Rln )=

i

1

.Q

=

4.2,106.57
104

676, 64

Tra TCVN 4118 :2012 phụ lục H bang K1 với n =0,025 f(R ln)=676,64
Rln = 2,88

Ta có :

h
h
4,54
1,576 . Tra bảng K3 TCVN 4118:2012 với m = 1,5 :
=
=
Rln
Rln
2,88

1,576
b
= 3,055;
Rln

b = Rln.3,055 = 2,88.3,055 = 8,8(m);
Chọn b = 9(m);
= (b +mh)h = (9 + 1,54,54)* 4,54 = 64,56(m2);
B = b + 2mh = 9 + 2*1,5*4,54 = 22,62(m);

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-4-

GVHD: Lấ HNG PHNG

5
1,

m

=

=

m

1,

5

N : CTTHTTL

B

Hình 1 : Mặt cắt kênh
Kiểm tra lại mặt cắt đã chọn với m = 1,5; b = 9 ; h = 4,54;

-

Theo TCVN 4118 : 2012 Vmax < [Vkx]
[Vkx] = k.Q0,1 = 0,53.570,1 = 0,79m3/s.
(với k = 0,53 là hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, ở đây đất đáy lòng

kênh là cát pha)
-

Mà Vmax=

57
Qmax
=
= 0,88(m/s);
64,56


Vậy Vmax >[Vkx] = 0,79 không thoả mãn điều kiện thuỷ lực: không
xói
Chọn lại b =9,5 m

-

nên Vmax =

57
=0,68 < [Vkx] = 0,79 m3/s thỏa mãn
(12 1,5.4,54).4,54

b
12

2, 6 >2 thỏa mãn
h 4,54

Kết luận: ta chọn bề rộng kênh b = 12 m.

-

2) Tính toán khẩu diện cống:
a) Trờng hợp tính toán:
Chọn khi chênh lệch mức nớc thợng hạ lu nhỏ, cần tháo Qtk
-

Qtk = Qtieumax = 57 m3/s

-

Z = Zđồng khống chế -ZsôngTK = 3,7-3,54 = 0,16 m

b) Chọn loại đập và cao trình ngỡng cống:
- Để tăng khả năng tháo ta chọn ngỡng cống ngang với đáy kênh
thợng lu
Znc = -1,0 m
- Hình thức ngỡng cống là: Đập tràn đỉnh rộng
c) Xác định bề rộng cống:

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-5-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Sơ đồ tính toán khẩu diện cống

Zh
p

H0=4,7
2

-

h

1,0

hh

Định trạng thái chảy:

Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập khi thoả mãn điều kiện:
hn
hn
> (
)pg = 0,75 0,8
Ho
Ho
hn
hk
> (
)pg = 1,21,4

hk
Ho

hoặc

hn = hh - P1 =4,54 - 0 = 4,54
ta có: H = Zđôngkhống chế - Zđáy kênh = 3,7- (-1)= 4.7 m;
khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ coi V0 = 0 m/s
1.0,682
.V0 2
H o= H +
= 4,7 +
= 4,72 (m);
2.9,81
2g
hn
hn
4,54
=
= 0,96 > (
)pg = 0,75 0,8
Ho
4, 72
Ho

Chế độ chảy sau đập tràn đỉnh rộng là chế độ chảy ngập.
Do chênh lệch mực nớc thợng hạ lu nhỏ nên trong tính toán gần đúng bỏ
qua độ cao hồi phục Zhp = 0 h = hn = 4,54(m).
-

Tính bề rộng cống b:
Từ công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập co hẹp bên:



Q = n. g. b.h

2 g ( Ho h)

Trong đó:
Q = 57(m3/s): g = 9,81(m3/s);
Ho = 4,72(m); h = 4,54(m);
Chọn cửa vào tơng đối thuận. Tra bảng cumin ta có:
mgt = 0,34. Từ mgt = 0,34 tra bảng 14_4 thủy lực đợc ngt = 0,90
g : hệ số co hẹp bên:


g = 0,5 0 + 0,5

Sơ bộ giả thuyết: 0 = 0,95;

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-6-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

g = 0,5 0,95 + 0,5 = 0,975
b =

57
= 7,61(m);
0,90 0,975 4,54 2 9,81(4, 72 4,54)

Vậy chọn b = 7,8 m.
Tính chính xác lại bề rộng cống:
Chọn số khoang là n = 2, mỗi khoang có bề rộng b = 3,9 m, chọn mố
giữa lợn tròn có d = 1m, mố bên tờng lợn tròn r = 0,5 m.






Từ đó Suy ra 0 =

b
Bdk

=

7,8
= 0,65
12

b
b d

=

7,8
= 0,8.
7,8 2

Tra phụ lục 14-8 đập không ngỡng và có co

0,5
r
=
=0.064
7,5
b

hẹp bên ta có m = 0,35

Từ đó ta lại tra bảng 14_4 trong các bảng tra thuỷ lực ta có :
ntt = 0,93 gtt = 0,5.0,8+0,5 =0,9
b =

57
= 7,77(m);
0,93 0,9 4,54 2 9,81(4, 72 4,54)

Ta thấy b=7,77 b=7,8 m
-

Kiểm tra lại trạng thái chảy đã định ở trên

Ta có q =

Q
57
=
= 7,7,3(m2/s).
b 7,8

Từ q = 7,3 (m /s) hk =
2



Vậy ta chọn bề rộng cống b = 7,8 m.

3

.q 2 3 1.7,32

= 1,76(m).
g
9,81

hn
hn
4,54
=
= 1,2,58 > ( )pg = 1,21,4;
hk

1, 76
hk

Trạng thái chảy qua cống là trạng thái chảy ngập.
3) Tính toán tiêu năng phòng xói:
a) Trờng hợp tính toán:
-

Khi tháo lu lợng qua cống với chênh lệch mực nớc thợng hạ lu lớn nhất.

Khi Z sông lớn, Z đồng phụ thuộc vào lu lợng lấy. Chế độ nối tiếp
hạ lu phụ thuộc quy trình vận hành (chế độ đóng mở cửa van), ở
đây yêu cầu tính toán với trờng hợp đơn giản là mở đều các cửa.
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-7-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

-

MNTL = Zkhống chế đồng = 3,7(m)

-

MNHL = Zminsông

= 0,05 (m)

b) Lu lợng tiêu năng:
Với cống tiêu vùng triều, vì cống đặt gần sông nên nói chung mực
nớc hạ lu cống không phụ thuộc lu lợng tháo qua cống.Khi đó Qtt là khả
năng tháo lớn nhất ứng với các mực nớc tính toán đã chọn ở trên.
Qtt = Qmaxtiêu= 57 (m3)
Kiểm tra trạng thái chảy: V0=

57
Q
=
= 0,68 m/s
(12 1,5 4,54)4,54


V
1.0, 682
= 3,7-(-1) +
= 4,72 (m)
đồng- Zđáy kênh) +
2g
2.9,81

-

H0 = (Z

-

hh = Zminsông - Zđáy kênh =0,05- (-1) =1,05 (m)

-

hh
hh
1, 05
=
= 0,22 < (
) (0,7 0,85 ) chảy tự do
H0
H 0 pg
4, 72

khống chế

b) Xác định kích thớc bể tiêu năng:
Chọn biện pháp tiêu năng:

Có thể đào bể, xây tờng hoặc đào bể xây tờng kết hợp. Trong
trờng hợp này cống đặt trên nền đất, biện pháp đào bể thờng hợp lý
hơn các biện pháp khác. Vậy ta chọn hình thức tiêu năng ở đây là
đào bể.
Tính toán kích thớc
- Chiều sâu bể : d = .h ''c ( hh Z 2 )
Trong đó :
là hệ số chảy ngập, chọn =1,05
h ''c độ sâu liên hiệp sau nớc nhảy
Z2 chênh lệch đầu nớc ở cuối bể bào kênh, tính nh đập tràn
đỉnh rộng.

Z2 =

qk 2
qc 2

2 gn2 hh2 2 g ( h ''c ) 2

q là lu lợng đơn vị chảy qua bể tiêu năng.
qb =

Q

=

57
= 5,8 ( m3 )
7,8 1 2.0,5

Bcuoibe
Q
57
qk =
=
= 4,78 ( m3 )
Bk
12

hh là mực nớc hạ lu sau bể hh =Zsôngmin Zđáy kênh
hh = 0,05- (-1) =1,05 (m)
Theo phơng pháp này xác định đợc d bằng cách tính đúng dần :

Khi cha đào bể.
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-8-


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Ta có E0 = H0=4,72 (m)
q

F(c) =

3

.Eo2
trong đó: = 0,95
hc" c" .E o
5,8
3
F(c) =
=0,6
0,95.4,72 2

Tra bảng 15-1 (bảng tra thủy lực ) ta có :
''c = 0,602 hc" c" .E o =0,602.4,72 = 2,84 (m)
(h ''c - hh)= 2,84-1,05 = 1,79
Vì hc và Z2 điều phụ thuộc vào d nên phải tính gần đúng theo phơng pháp thử dần.

Giả thiết 1: Sơ bộ chọn dogt1 = hc - hh = 1,79 (m)
Thì Eo = Eo + do = 4,72 + 1,79 = 6,51(m).
F() =

q

5,8

= 0,37
3
.E o' 2
0,95.6,51 2
c = 0,49 hc = c.Eo = 0,49.6,51 3,19 m.

Thay các giá trị vào biểu thức (2) ta đợc:
5,82
4, 752
Z2 =
2 = 1 (m).
2.9,81 1, 05.3,19
2.9,81.0,952.1, 052
-

ta có:

3

=

dott1 = 1,05.3,19 - (1,05 + 1) = 1,3 (m).

Ta thấy dogt1 và dott1 khác nhau ta cần giả thiết lại giá trị chiều sâu của
bể.

* giả thiết 2: d 0gt 2 = 1,3(m).
Eo= 4,72 + 1,3 = 6,02(m).
F(c ) =

q

.E

'3
2
o

=

5,8
0,95.6, 02

3

2

= 0,41

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

-9-

N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

c = 0,514 hc = c.Eo = 0,514.6,02 3.1m.

Z2 =

4, 752
5,82
= 0,99m.
2.9,81.0,952.1, 052
2.9,81.(1, 05.3,1) 2

dott2 = .hc - (hh + Z2) = 1,05.3,1 (1,05 + 0,99) = 1,2(m).
Ta thấy dogt2 và dott2 khác nhau ta cần giả thiết lại giá trị chiều sâu
của bể.
gt 3

* giả thiết 3: d 0

= 1,2(m).

Eo= 4,72 + 1,2 = 5,92(m).
F(c ) =

q

.E

'3
2
o

=

5,8
0,95.5,92

3

2

= 0,42

c = 0,519 hc = c.Eo = 0,519.5,92 3,07m.

Z2 =

4, 752
5,82
0,99m.
2.9,81.0,952.1, 052
2.9,81.(1, 05.3, 07) 2

dott3 = .hc - (hh + Z2) = 1,05.3,07 (1,05 + 0,99) = 1,18(m).
-

Ta thấy dogt3 dott3 Vậy ta có chiều sâu bể tiêu năng là d = 1,2 (m).

-

Chiều dài bể tiêu năng Lb:
Lb = L1 + 0,8Ln

Trong đó:
L1: chiều dài nớc rơi từ ngỡng xuống sân tiêu năng có thể tính theo
công thức Tréc tô - U xốp
L1 = 2 hk (P +0,35hk )

hk =

2
2
H 0 .4, 72 3,15(m)
3
3

L1 = 2 3,15(0 0,35.3,15) 3, 73(m) .
Ln = 4,5 hc = 4,5.3,07 = 13,8(m).
Vậy lb = 3,73 + 0,8.13,8 = 14,77 (m). chọn Lb =14,8 m
III) Bố trí các bộ phân thân cống:
1) Thân cống:
a) Cửa van:
Vì kích thớc của khoang cống b = 3,9 (m), do đó chọn của van
phẳng
b. Tờng ngực: Bố trí để giảm chiều cao và lực đóng mở
-

Các giới hạn của tờng:

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 10 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Cao trình đáy tờng:



Zđt = Ztt + ;
Trong đó:
Ztt: là mực nớc tính toán khẩu diện cống, tức cần đảm bảo ứng với trờng
hợp này khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống là không áp : độ lu
không ( = 0,6m).
Ztt = Zđồngkhống chế = 3,7 (m).
Zđt = 3,9 + 0,6 = 4,5(m).

Cao trình đỉnh tờng : Lấy bằng cao trình đỉnh cống xác
định bằng trị số lớn nhất theo 2 điều kiện sau:
Z1 = ZTKsông + h + s + a (1)
Z2 = Zmaxsông +h+ s + a(2)
Trong đó :
h , s xác định với vận tốc tính toán lớn nhất

h, s xác định với vận tốc gió bình quân lớn nhất
a, a : Độ vợt cao an toàn


Trờng hợp 1:
Z1 = ZTKsông + h + s + a
a: độ vợt cao an toàn theo quy phạm a = 0,5(m).
Xác định h:
V2D
h = 2.10 .
g.H
-6

V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với P = 2% V = 28(m/s).
D: Đà gió ứng với Zsông bình thờng ta có D = 200(m)
H:chiều sâu cột nớc dới cống: H= ZTKsông - Zđc = 3,54 - (-1) =
4,54(m)
h = 2.10-6


282.200
0, 007(m)
9,81.4,54

Xác định s : Độ dềnh cao nhất của sóng
s = ks . hs1%



Giả thiết rằng trờng hợp đang xét là sóng nớc sâu H > 0,5;

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 11 -


N : CTTHTTL

Từ:

GVHD: Lấ HNG PHNG

g .D 9,81.200

2,5
V2
28 2



g
0,52
V
gh
0,003
V2

(I)

g

1,45
V
gh
0,016
V2

gt 9,81.6.3600

7567,7
V
28

(II)

(Thời gian gió thổi liên tục t = 6h)
h (

gh V 2
282
).

0
,
003
.
0,24(m)
V2 g
9,81

(

g . V
28
). 0,52.
1,484( s )
V g
9,81

So sánh (I) và (II) ta chọn (I) suy ra:



Bớc sóng trung bình xác định theo công thức:
2

g.
9,81.1,484 2


3,44(m)
2.
2.3,14
Ta thấy H = 4,54 > 0,5. = 1,72(m).
Vậy giả thiết ở trên sóng nớc sâu là đúng.

Chiều cao sóng ứng với mực nớc đảm bảo P= 1% xác định theo
công thức
h1% = k1%. h
Từ

gD
=2,5 tra đồ thị P2_2 K1% = 2,1
V2

h1%= 2,1.0,24 = 0,504(m).


Độ dềnh cao của sóng

s = ks.h1%
Từ:

h 0,24

0,07
3,44

tra đồ thị P2-3 ks = 1.18

3, 44

0, 447
H 7, 7



s

=

1,18.0,504

0,594(m).


Thay các giá trị vào (1) ta có

Z1= 4,54 + 0,007 + 0,594 + 0,5 = 5,6(m).


Trờng hợp 2:

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 12 -

=


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Z2 = Zmaxsông +h + s + a
Độ cao an toàn a = 0,4 (m)
V 2.D
h'=2.10
g.H

6

với:

V = VP=25% = 17(m/s)
D= 300(m)
H = Zsôngmax - đáy = 6,15- (-1) = 7,15(m).

6
h ' 2.10



17 2.300
0, 0025(m)
9,81.7,15

Xác định s :

Để xác định độ dềnh cao nhất của sóng trớc hết ta giả thiết rằng trờng hợp đang xét là sóng nớc sâu H > 0,5 :
gD 9,81.300

10,18
V2
17 2

Từ:

g

0,81
V

(III)

gh
0,0061
V2

g.t 9,81.6.3600

12464,5
V
17

g
4,1
V
gh
0,085
V2

So sánh (III) và (IV) Ta chọn (III):

(IV)

g
0,81
V
gh

0,0061
V2

h (

gh V 2
17 2
).

0
,
0061
.
0,18(m).
V2 g
9,81

(

g. V
17
). 0,81.
1,4( s ).
V g
9,81
2

2

g. 9,81.1,4 3,06(m).

2.
2.
H = 6,15 > 0,5 = 1,53(m).
Vậy trờng hợp trên giả thiết sóng nớc sâu là đúng.
Chiều cao sóng ứng với mực nớc đảm bảo P= 1% xác định theo
công thức:
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 13 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

h1% = k1%. h
Từ

gD
10,18 tra đồ thị P2_2 K1% = 2,1
V2

h1%= 2,1.0,18 = 0,378(m).



Độ dềnh cao của sóng

s = ks.h1%
h 0,18

0,059
3,06

Từ:

3, 06

0, 674
H 4,54

tra đồ thị P2-3 ks = 1.13


s

=

1,13.0,378

0,427(m).
thay các giá trị vào ta đợc:



Z2 = 6,15 + 0,0025 + 0,427 + 0,4 = 7(m).
Vậy ta chọn cao trình đỉnh tờng là đ = 7(m).


Kết luận:

đỉnh tờng = 7(m) , đáy tờng = 4,5(m).

250

20

210

20

Kết cấu của tờng : gồm bản mặt và các dầm đỡ.

Bố trí hai dầm đỡ: ở đỉnh tờng và đáy tờng

Bản mặt đổ liền khối với dầm chiều dày bản mặt chọn sơ bộ
bằng 0,2m

20 20

c) Cầu công tác:
Là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Cao trình cầu
công tác và kết cấu đợc chính xác bởi tính toán kết cấu phần sau.
d) Khe phai và cầu thả phai :
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 14 -

=

N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Bố trí ở phần đầu và phia trớc cống để ngăn nớc giữ cho khoang cống
khô ráo khi cần sửa chữa hoặc khi gặp sự cố do bão lụt lớn.Trên cầu
thả phai cần bố trí đờng ray cho cầu thả phai, có thể thiết kế thêm
hệ thống cầu trục để thả phai
e) Cầu giao thông :
Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tờng ngực.
Dầm cầu cao 50 cm mặt cầu dày 30 cm.
Cao trình mặt cầu cao 7 + 0,5 + 0,3 = 7,8 m
Bề rộng cầu theo yêu cầu giao thông chọn b = 6 m
f) Mố cống :
Bao gồm mố giữa và các mố bên, trên mố bố trí khe phai và khe
van.

Chiều dày mố giữa sơ bộ chọn d= 1 m mố bên lợn tròn d = 0,5 m

Chiều cao mố chọn không thay đổi từ thợng lu về hạ lu
Hmố = đỉnh tờng - đáy = 7 - (-1) =8 m
i) Khe lún:
Vì cống có bề rộng nhỏ b=9,8(m) chia làm 2 khoang do đó
không cần bố trí khe lún mà toàn cống là một mảng .
g) Bản đáy:
Chiều dày bản đáy cần thoả mãn điều kiện thuỷ lực ổn định
của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên. Chiều dày bản đáy cống
chọn theo điều kiện thuỷ lực.Vì trong đồ án này không yêu cầu chi
tiết phần bản đáy lên sơ bộ bớc đầu ta chọn chiều đáy là 1m, chiều

dài bản đáy l = 15 m.
2) Đờng viền thấm:
Bao gồm bản đáy cống, sân trớc các bản cừ, chân khay,kích thớc bản
đáy cống nh đã chọn ở trên. Kích thớc các bộ phận khác chọn nh sau:
a) Sân trớc:

Vật liệu làm sân đất sét

Chiều dài sân : Ls < (34) H
Trong đó:
H:cột nớc tác dụng Hmax = Zkhống chếđồng - Zđáy kênh=3,7-(-1)= 4,7
Thờng chọn Ls=3,5.H = 3,5.4,7 = 16,45 lấy Ls=16,5 (m).
Chiều dày sân :Đợc lấy theo điều kiện câu tạo t1 = 0,6 (m).
Chiều dày cuối sân: xác định theo yêu cầu chống thấm
t2

H
[J ]

Trong đó:
H: độ chênh lệch cột nớc 2 mặt sân (trên và dới).
J: građien thấm phụ thuộc vào vạt liệu làm sân thờng lấy 46, ta lấy J
=5
t
Vậy

t1 = 0,6 m
t2 = 1 m
b) Bản cừ:

4, 7
0,94
5

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

lấy t2 = 1 m

- 15 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Vị trí đặt: Cống chịu đầu nớc 2 chiều ta đóng cừ ở phía nớc cao
hơn
Chiều sâu đóng cừ:
Chiều sâu đóng cừ phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu
làm cừ và điều kiện thi công. ở đây ta thấy tầng thấm dày do đó ta
làm cừ lơ lửng (cừ treo).
Chiều dày tần thấm T=(-1)-(-20)=19 m>10m
Vởy ta chọn cừ lơ lửng làm 2 cừ S1= 4 m S2= 6 m
c) Chân khay:
ở 2 đầu bản đáy ta làm chân khay cắm sâu đóng cừ để tăng
ổn định và góp phần kéo dài đờng viền thấm.Kích thớc chân khay
chọn nh hình vẽ
1,5

t1=0,

6

S= 4
m

0,5 0,5

0,5

0,5

d) Thoát nớc thấm:
Các lỗ thoát nớc thấm thờng bố trí ở sân tiêu năng: dới sâu, khi đó
phải bố trí tầng lọc ngợc. Đờng viền thấm đợc tính đến vị trí bắt
đầu có tầng lọc ngợc. trong trờng hợp này vì cống làm việc với cột nớc
hai chiều, có thể sử dụng một đoạn sân tiêu năng không đục lỗ (đoạn
giáp với bản đáy. Đoạn này đóng vai trò nh một sân trớc ngắn khi cột nớc đổi chiều.
e) Sơ bộ kiểm tra chiều dài đờng viền thấm:
Dựa vào công thức Ltt = C.H
Trong đó:
H = Zmaxsông - Zminđong = 6,15 - (0.07) = 6,08 m
C = 5,0 Dựa vào bảng P3-1 C.H = 7,15.5 = 30,04 m
Ltt = Lđ +

Ln
m

Lđ = 0,6 +0,5+ 4 + 4 +6+6 +0,5+0,5= 22,1(m)
Ln = 16,5 + 15 -0,5-0,5 =30,5 m.
m = 1,0 1,5 chọn m = 1,5

Ltt = 22,1 + 30,5/1,5 = 42,4
Ta thấy Ltt > C.H =30,04 m
3) Nối tiếp với thợng hạ lu:
a) Nối tiếp thợng lu
Góc mở của đờng phía trớc chọn với tg =1/4 . Hình thức thức tờng cánh phụ thuộc quy mô cống ta tòng xoắn vỏ đỗ.
b) Nối tiếp hạ lu:
Tờng cánh:

góc mở chọn tg = 1/5
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 16 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG


Hình thức giống tờng cánh thợng lu
Sân tiêu năng: bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí lỗ thoát nứơc.
Chiều dày sân đợc xác định theo công thức Đônbrốp
t = 0,15.V1 h1
h1 = .hc =1,05.3,07 =3,22

Trong đó
V1 =

Q
57

=
=1,8 m/s
b.h1
(7,8 1 2.0,5).3, 22

t = 0,15.1,8 3,22 =0,48 m lấy t = 0,5 m

Sân sau : làm bằng đá xếp hoặc lỗ bê tông có đục lỗ thoát nớc,
phía dới có tầng đệm theo hình thức tầng lọc ngợc.

Chiều dày sân sau xác định theo công thức kinh nghiệm:
Lss = k. q. H
Trong đó:
= Chênh lệch cột nớc thợng hạ lu = 3,7- (-1)=4,7 m
k: Hệ số phụ thuộc tính chất dòng kênh , k = 10
q =

57
Q
=
= 5,8 m2/s Lu lợng đơn vị ở cuối
7,8

1

0
,5.2
b

sân tiêu năng.

Lss = 10 5,8. 4, 7 35,5 m
IV) Tính toán thấm ở dới đáy cống:
1) Những vấn đề chung:
a) Mục đích:
Xác định lu lợng thấm q, lực thấm đẩy ngợc lên đáy cống Wth và
građien thấm J, ở đây do đặc điểm của cống chỉ yêu cầu xác định
Wt, J.
b) Trờng hợp tính toán:
Yêu cầu tính toán cho trờng hợp chênh lệch cột nớc thợng hạ lu là lớn
nhất
max
min
H Z song
Z dong
=6,15-0,07=6,08 (m)

c) Phơng pháp:
Dùng phơng pháp đồ giải vẽ lới thấm bằng máy(hình trang bên) ta
có.

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 17 -


N : CTTHTTL

-

GVHD: Lấ HNG PHNG

Trong đó m=11 Số dải thế
n=3 : số ống dòng
Cột nớc tổn thất của mỗi dải:
H =

6, 08
= 0,55 (m)
11

Cột nớc thấm tại một diểm x bất kỳ cách đờng thế cuối cùng i dải
hx = i. H
Ta xác định đợc
hA = 5,5.0,55 = 3,025 (m)
hB = 6,7.0,55 = 3,685 (m)

Vẽ biểu đồ áp lực thấm
Tính áp lực thấm
(h h ).15
n .15.( H 2 t ) =
W= Wđn + Wtt = n a b
2
-

1.(3, 025 3, 685).15
1.15.(1, 07 1,5)
2

= 86,5 (T/m).
Xác định građien thấm tại cửa ra:

Biểu đồ građien thấm tại mặt cắt cửa ra

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 18 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

XY-Gradient vs. Distance
0.6

XY-Gradient

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

1

2

3

4

5

Distance

2) Kiểm tra lại độ bền thấm của nền:
a) Kiểm tra lại độ biền thấm chung:
JTb

[ J Tb ]
kn

Trong đó:
J k: građien cột nớc tới hạn tính toán (lấy theo bảng 2 tiêu chuẩn công
trình cấp II cát hat trung bình)
[Jtb ] = 0,28
kn: hệ số tin cậy; kn = 1,15 tra theo phụ lục 6 đồ án thủy công
JTb: građien cột nớc thấm TB trong vùng thấm tính toán
tb

Ttt: chiều sâu tính toán của nền (phụ thuộc vào Lo/So)
Lo 16,5 15

4, 2 > 5
So

7,5

Tra bảng 3-2 giáo trình thuỷ công tập I đợc Ttt =2,5.7,5 = 18,75 (m)
So sánh thấy T0 = 19 > Ttt =18,75 nên lấy tầng thấm thực tế T = T tt để
tính toán hệ số sức kháng
= v + r + g + n + n
* B phn 1: b phn ca vo cha bc vi chiu sõu bc a=0,5m
S
6
0,5 2
0,5
S
T3
6
18,75
cv 0,44 b 0,44 1,5 2
0,44 1,5

1,13
S
T3 1- 0,75 3
18,75 1- 0,75 6
T3
18,75
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 19 -


ĐỒ ÁN : CTTHTTL

GVHD: LÊ HỒNG PHƯƠNG

* Bộ phận 5: bộ phận cửa ra chứa cừ với chiều sâu cừ bằng 4 m

cr  0,44  b  0,44 

a1
0,6
 0,44 
 0,47
T0
18,75

* Bộ phận nằm ngang 4:
Bộ phận chứa đường viền thấm nằm ngang của sân trước:
S  a1
4  0,5
16,5
2,25 (thỏa mãn)
2
2
L  0,5.( S1  a1 ) 16,5  0,5(4  0,5)
 n1 

 0,79
T1
17,95

Kiểm tra điều kiện: L �۳1

* Bộ phận nằm ngang 2:
Bộ phận chưa đường viền thấm nằm ngang của sân trước:
S  S2
46
15
5(m) (thỏa mãn)
2
2
L  0,5.( S1  S2 ) 15  0,5(6  4)
n2 

 0,56
T2
17,75

Kiểm tra điều kiện: L �۳1

*Bộ phận 3: Bộ phận giữa chứa cừ, chiều sâu cừ bằng 4m và bậc:
T

17, 75

2
Kiểm tra điều kiện: 0, 5 �T  17, 95  0,98 �1
1

S
4
0� 1 

�0,8
T2 17, 75

S
4
0,5 1
0,5
a
S
T2
0,5
4
17,75

 1,5

 0,5
g= 1  1,5 1 
S 17,95
T1
T2
17,75 1-0,75 4
1- 0,75 1
17,75
T2

Tổng hệ số sức kháng :

= v + n1 +n2+ g + cr =1,13+ 0,79 + 0,56 + 0,5 +0,47= 3,45
Thay vào JTB=

H
6, 08
 0, 09
=
Ttt. i 18,75.3, 45

tb
Yêu cầu J tb �( J K / K n )

So sánh: 0,09<

0,28
 0,24
1,15

Vậy đường viền thấm đủ dài đảm bảo độ bền thấm chung.

6, 08
J
0,28
0,24
 0, 09 < Tb 
kn
1,15
17, 75.3, 45
b) KiÓm tra ®é bÒn thÊm côc bé:
Jra  [Jcp]
Trong ®ã:

 JTb =

SV:TRẦN NGUYÊN HIẾU – LỚP 53CTL1

- 20 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Jra: Trị số građien cục bộ ở cửa ra xác định theo kết quả tính
toán ở trên.
Jk: građien tới hạn cục bộ
Theo tiêu chuẩn đã nêu nên Jk cần xác định theo thí nghiệm mô
hình hoặc ỏ hiện trờng. V hệ số không đều hạt s = d60/d10=9 đối với
cát pha (tra đồ thị 3-26 giáo trình giới thiệu và cơ sở thiết kế công
trình thủy)
jcp
=0,7 .Ta thấy Jra <[ Jcp]
V) Tính toán ổn định cống:
1) Mục đích và trờng hợp tính toán :
a) Mục đích:
Kiểm ta ổn định của cống về trợt lật, đẩy nổi. Trong đồ án này
chỉ giới hạn tính toán trong việc kiểm tra ổn định trợt.
b) Trờng hợp tính toán:
Chỉ tính toán với trờng hợp là khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu
cống lớn nhất.
Cống đợc chia thành 2 mảng bởi 1 khe lún và vì 2 mảng đối
xứng, có kết cấu giống nhau vì vậy ta tính ổn định trợt cho 1 mảng.

2) Tính toán:
a) xác định các lực lún tác dụng lên mảng tính toán:
Các lực đứng: Bao gồm trọng lợng cầu giao thông, cầu công tác,
cầu thả giữa hai chân khay(trong phạm vi khối trợt) và các lực đẩy ngợc
(thấm và thuỷ tĩnh )
Các lực ngang: áp lực thợng, hạ lu áp lực đất chủ động, ở chân
khay thợng lu (Ectl), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lu (Ebhl)
b) Xác định áp lực đáy móng:
Theo sơ đồ nén lệch tâm
P
Mo
=
P
W

Trong đó:
P: Tổng lực đứng;
Mo: Tổng mô men các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm mảng.
F: Diện tích đáy mảng.
W:Mô đun chống uốn của đáy mảng.
Xác định các lực tác dụng:
1: Các lực đứng.
Trọng lợng đứng của bản đáy

Diện tích mặt cắt ngang của bản đáy
B = b + d + 2d = 7,8+ 1 + 2.0,5 = 9,8 m
1 0,5
0,5 15.375 m2
S = 15.1+2
2

+ Khối lợng bản đáy:
Gđ = V = .S.B = 2,4.15,375.9,8 = 361,62 (T)
Trọng lợng trụ gữa :

Chiều cao trụ pin: H = 7 (m)

Diện tích mặt cắt: F = 1.15 + .0,52 = 15,785(m2)
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 21 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG


Thể tích trụ V = H.F = 15,785.7 = 110,5 (m3).
Gtp = 2,4.110,5 = 265,2 (T).
- Trọng lợng trụ bên:
Diện tích mặt cắt: 2 trụ bên có điện tích và thể tích bằng trụ
giữa
F =15,785 (m3).
G = 110,5 (m3).
Gtb = 2,4.104,18 = 265,2 (T).
Trọng lợng cầu giao thông:
50

50

100

500

50

200

50

+7,8

20

30

50

300

30

50

20

Chiều dài cầu:
L = 9,8 +1 = 10,8 (m)
+Diện tích mặt cắt ngang:
F= 2.0,1.0,2 + 2.0,2.0,5 +4,6.0,3 +0,3.0,5= 1.77(m 2)

Ggt =.L.F = 2,4.10,8.1,77 = 45,9 (T).
Trọng lợng cửa van: làn bằng thép
Gcv = q.H.lo
(GT thuỷ công tập I)
Trong đó:
lo : chiều rộng cửa van =bcửa cống + 0,3 =3,9 + 0,3 = 4,2m
H: Chiều cao cửa van = 6 m (đáy tờng ngực + 0,5-Zđáykênh)
q:Trọng lợng phần động của cửa van phẳng tính cho 1m2 lỗ cống

q 60.



3



H c .lo 2 1 daN / m 2

(Hc:cột nớc tính toán tại tâm lỗ cống 7 /2 = 3,5m)
q 60.



3



3,5.4, 22 1 177,1daN / m2 1, 771KN / m 2

Gcv = (1,771.6.4,2).2 = 89,3 (KN)= 89,3 (T)
Trọng lợng cầu công tác:
Chiều dài cầu công tác:
L = B+1 =9,8 +1 =10,8 m

diện tích mặt cắt ngang:
F1 = 0,1.0,8.2+0,2.4,2 =1
F2=2.0,2.5,8+0,2.2.3 =3,52 m2
có 2 khoang vậy coi nh có 2 hàng cột chống mố giữa và mố bên mỗi
hàng cột dày 0,4 m
-



SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 22 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Gct = .V = 2,4.[F1.L+ F2 .2.0,4]
= 2,4.[1.10,8+3,52.2.0,4]=32,7 (T)

680

20 80

420

20

300

20

Trọng lợng tờng ngực:
Chiều dài tờng ngực: Lt= bc = 7,8m
Diện tích mặt cắt ngang tờng:
F = 0,2.0,4.2 + 2,1.0,2= 0,58 m2
V= F.Lt= 0,58.7,8 = 4,524 m3
Gtn = 2,4.4,524 = 10,86 (T)

20

250

210

20

-

20 20

-

trọng lợng nớc trong cống:

Cột nớc phía sông:
H=Zsôngmax-Zđáy=6,15-(-1)=7,15 m
Ta giả sử cửa van cách cột nớc phía sông một khoảng là 10 m

thì:
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 23 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Gn song= Vchênhlệch.n = 1.7,8.7,15.10 = 557,7(T)
Cột nớc phía đồng H=Zdôngmin-Zđáy=0,07-(-1)=1,07 m
Gn đong= Vchênhlệch.n = 1.7,8.1,07.5= 41,73(T)
áp lực thuỷ tĩnh:
Nh đã tính toán ở trên bằng lới thấm ta có: Wt= 25,05 (T/m)

Trên toàn đáy cống: Wt=38,55.9,8=377,79 T
- áp lực đẩy thấm ngợc:
Wth =50,325 T/m Trên toàn cống Wth
=50,325.9,8=493,2 T
Trọng lợng đất giữa chân khay :

0, 61
bh k
. n 1,52
.1 1,9 T/m3

1
1 0, 61
-

Gđc=1,9.

13 14
.1.9,8=251,37 T
2

- Cầu thả phai

50

30 20

50 20 40 20 50

30
Cầu thả phai
Khe phai

F=2.(0,2.0,5+0,3.0,3)=0,95 m2
Gp= n .b.F =1.0,95.7,8 =7,41 T
2:Các lực ngang:
gồm có
áp lực nớc sông:
ET = n.H12.Bc/2 = 1.8,652.9,8/2=366,6(T)
Điểm đặt cách đáy một khoảng bằng 8,65/3=2,88 m, Phơng ngang hớng từ phía sông lu về đồng.
áp lực nớc đồng:

Eh = n.Hh2.Bc/2 = (1.2,572.9,8)/2 = 32,4(T)
Điểm đặt cách đáy một khoảng 1,07/3=0.86m, Phơng ngang hớng từ
phía đồng về sông.
áp lực chủ động ở chân khay thợng lu:
SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 24 -


N : CTTHTTL

GVHD: Lấ HNG PHNG

Pcd dn Z .K cd 2c K cd
Với Kcd=tg2(450- /2) = tg2(45 -18/2) = 0,528
C=0,3 T/m; dn k n (1 n) =1,52-1(1-0,38)=0,9 (T/m2)
Z=1m ,
- tại Z=1,5 ta có: Pcd=0,9.(1,5).0,528-2.0,3. 0,528 =0,27 T
tại Z=0 ta có: Pcd= -0,43 T
tại Z=0.82 ta có Pcd=0
1

2.C

EcTL= 2 .(dn .H .K c 2.C. K c ).( H . K ) .Bc
dn
c

-

- E=0,5.0,27.0,82.9,8=1,08 T
điểm đặt cách mép bản mặt một đoạn(1,5-0,82)/3=0,23 m
áp lực đất bị động ở chân khay hạ lu:
-

1
2

EbHL = .H .(2.C. K b dn .H .K B 2.C. K b ) Bc
1
2

= .1,5.( 2.0,3. 1,894 0,9.1,5.1,894 2.0,3. 1,894 ) .9,8
Kb= tg2(45 +/2) = 1,894 ;
Ebhl = 30,87 (T) , điểm đặt cách mép bản mặt một đoạn 0,667m

SV:TRN NGUYấN HIU LP 53CTL1

- 25 -