Giáo trình thủy công (tập 2) phần 2

Ch-ơng XI
kênh và công trình trên kênh

11.1. khái quát
Kênh là đ-ờng dẫn n-ớc hở hoặc kín đ-ợc xây dựng để chuyển và cấp n-ớc cho các
ngành dùng n-ớc khác nhau. ở n-ớc ta kênh ở các hệ thống t-ới đ-ợc xây dựng vào thời kỳ
tr-ớc những năm 90 của thế kỷ XX chủ yếu là kênh đào hoặc đắp bằng đất. Loại kênh này
có kinh phí xây dựng ban đầu không cao những l-ợng mất n-ớc do thấm lớn, chiếm nhiều
diện tích mặt đất, th-ờng xảy ra hiện t-ợng xói, hàng năm phải đầu t- kinh phí để sửa chữa.
Việc sửa chữa kênh không chỉ gây tốn kém về kinh phí mà còn làm gián đoạn việc chuyển
n-ớc, ảnh h-ởng đến sự làm việc bình th-ờng của hệ thống.
Để khắc phục những nh-ợc điểm nh- đã nêu trên, hiện nay mạng l-ới kênh đất đang
dần đ-ợc cứng hoá bằng cách lát mái bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc xây lại theo mặt
cắt chữ nhật bằng gạch, đá, bê tông, bê tống cốt thép. Các mạng l-ới kênh mới thiết kế chủ
yếu lựa chọn theo ph-ơng án kênh xây.
Nh- vậy theo hình thức kết cấu có hai loại: kênh đất và kênh xây.
Theo đối t-ợng phục vụ, kênh có thể chia thành các loại:
- Kênh dẫn n-ớc phát điện là một bộ phận của trạm thuỷ điện kiểu đ-ờng dẫn. Độ dốc
đáy của kênh này yêu cầu nhỏ để tốn thất cột n-ớc ít.
- Kênh t-ới, dẫn n-ớc t-ới ruộng. Loại kênh này phải thoả mãn đ-ợc l-u l-ợng và cột
n-ớc t-ới tự chảy. Vì vậy kênh th-ờng bố trí qua những nơi t-ơng đối cao, độ dốc kênh nhỏ
để hạn chế tổn thất dầu n-ớc.
- Kênh vận tải, kích th-ớc mặt cắt tuỳ theo kích th-ớc thuyền, chiều sâu n-ớc và l-u
độ đảm bảo cho thuyền qua lại đ-ợc an toàn (v = 0,6 1m/s).
- Kênh cấp n-ớc, dẫn n-ớc phục vụ cho sinh hoạt của nhân dân và các xí nghiệp. Loại
kênh này yêu cầu phải cung cấp n-ớc đ-ợc liên tục.
- Kênh tháo n-ớc, dùng để tháo n-ớc tiêu úng trong nông nghiệp, tháo n-ớc thừa của
công nghiệp, tiêu n-ớc bẩn của thành phố. Tuyến kênh th-ờng chọn qua những nơi thấp để
việc tập trung n-ớc để dễ dàng.
Kênh có thể đồng thời phục vụ nhiều mục đích khác nhau nh- t-ới ruộng, vận tải thuỷ
và phát điện v.v

Trên đ-ờng kênh th-ờng phải xây dnựg các công trình để khống chế, điều tiết mực
n-ớc và l-u l-ợng, phân chia n-ớc từ kênh chính vào kênh nhánh, vì vậy th-ờng gặp các
loại cống điều tiết, cống phân n-ớc. Các cống này có thể là loại lộ thiện hoặc ngầm. ở
những nơi đ-ờng kênh gặp đ-ờng giao thông, gặp kênh khác, sông suối hay qua các thung
lũng v.v thì tuỳ theo tình hình cụ thể mà dùng cống ngầm, xi phông ng-ợc để tiếp tục
chuyển n-ớc. Tr-ờng hợp kênh dẫn phải qua nơi địa hình thay đổi, hạ thấp đột ngột, dùng
83


dốc n-ớc hay bậc n-ớc để tiếp tục chuyển n-ớc trong kênh. Các công trình đ-ợc xây dựng
trên kênh trong các tr-ờng hợp kể trên gọi là công trình trên kênh.
11.2.kênh
11.2.1.Hình dạng mặt cắt kênh
Hình dạng mặt cắt kênh phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, tình hình địa chất nơi
kênh đi qua, điều kiện sử dụng, hình thức kết cấu, điều kiện thi công, điều kiện quản lý .
Mặt cắt loại kênh đất th-ờng hay gặp có tiết diện hình thang (hình 11-1a). Loại này thi
công đơn giản. Khi kênh có độ sâu khá lớn hoặc đào qua nhiều lớp đất có tính chất khác
nhau thì dùng loại độ dốc mái thay đổi, càng xuống d-ới mái càng thoải hơn (hình 11-1b).
Khi kênh đi qua vùng đá tốt, để giảm khối l-ợng đào, dùng mặt cắt chữ nhật (hình 11-1c).
Tr-ờng hợp không thể mở rộng mặt cắt của kênh nh- khi đi qua vùng dân c-, gần các công
trình khác, qua s-ờn dốc thì th-ờng xây t-ờng chắn đất để thu hẹp mặt cắt của kênh (hình
11-1e). Khi cần tiết kiệm n-ớc, tiết kiệm diện tích đất, th-ờng dùng ph-ơng án kênh xây.
Mặt cắt kênh xây phổ biến dạng chữ nhật (hình 11-1d) khi cần sử dụng mặt bằng hoặc
tránh đất, chất thải tràn vào kênh sử dụng hình thức kênh có nắp đậy hoặc mặt cắt kênh
hình hộp (hình 11-1g, h). Kênh vận tải thuỷ có thể dùng mặt cắt dạng tam giác để tăng độ
sâu vận tải và giảm sức cản của thuyền (hình11-1f).

Hình 11-1. Một số hình dạng mặt cắt kênh
Khi thiết kế mặt cắt kênh cần chú ý một số vấn đề sau:
-Mặt cắt kênh thiết kế sao cho t-ơng tự với mặt cắt có lợi về mặt thuỷ lực, tức là với

tiết diện -ớt là nhỏ nhất mà l-u l-ợng n-ớc chuyển qua lại lớn nhất. Nh- vậy sẽ giảm đ-ợc
khối l-ợng đào, đắp. Trong thuỷ lực học, ta đã biết mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực đối với
kênh mặt cắt hình thang là:
b
2( 1 m 2 m)
h

84

(11-1)


Trong đó b và h - chiều rộng đáy và chiều sâu n-ớc chảy trong kênh; m là độ xoải mái
kênh.
Đối với kênh đào trong điều kiện đảm bảo diện tích mặt cắt -ớt không đổi, nếu tăng độ
sâu, mặt cắt sẽ thu hẹp, nh- vậy có lợi về kinh tế. Đối với kênh đắp bằng đất, dùng mặt cắt
nông và rọng th-ờng có lợi hơn.
Mái dốc của kênh bằng đất chọn phải đảm bảo điều kiện ổn định. Nó phụ thuộc vào
điều kiện địa chất nơi kênh đi qua. Mái dốc kênh đào khi thiết kế có thể tham khảo bảng
(11-1). Mái dốc kênh đắp dựa vào tiêu chuẩn chọn mái dốc của đất đầm nén để lựa chọn.
Đối với kênh có chiều sâu lớn hơn 5m, cần phải tính toán ổn định mái theo các nguyên tắc
nh- ở đập đất. Về mặt thi công, chiều rộng đáy kênh nên chọn nh- sau: khi đào kênh bằng
công cụ thủ công, b 0,5m. Nếu đào bằng máy cần xét kính th-ớc máy đào. Nói chung
không nên nhỏ hơn 1,3 3m.
Bảng 11-1
Độ dốc mái kênh
Các loại đất

Phần ở d-ới
n-ớc

Phần ở trên
cạn

Đất cát hạt nhỏ

3,0 3,5

2,5

Đất cát rời, cát pha sét không chặt

2,0 2,5

2,0

Cát pha chặt, đất thịt, sét nhẹ

1,5 2,0

1,5

1,5

1,0 0,5

1,0 1,5

0,5

Đất sét nặng, chặt

1,0

0,75 0,5

Đất có đá cuội

1,5

1,0

Đá cuội và sỏi sạn

1,25 0,50

1,0

Đá phong hoá và đá cuội

0,25 0,50

0,25

Đá hoàn chỉnh

0,10 0,25

0

Đất thịt pha sét trung bình
Đất thịt pha sét nặng

Kênh đ-ợc thiết kế cần đảm bảo điều kiện không xói, không lắng và không mọc cỏ
trong kênh. Các chỉ tiêu tính toán phải thuân theo các quy phạm hiện hành.
11.2.2.Thấm và biện pháp chống thấm cho kênh đào và đắp bằng đất

N-ớc trong kênh bị tổn thất do một phần bị bốc hơi, một phần bị thấm vào đất. L-ợng
n-ớc tổn thất do bốc hơi nhỏ hơn so với tổn thất do thấm. L-ợng n-ớc thấm vào đất của
kênh có thể đạt tới 50 60% l-u l-ợng hữu ích qua kênh. Dòng thấm từ kênh vào đất phụ
thuộc vào tình hình tầng đất thấm n-ớc mà kênh đi qua nh- chiều dày tầng thấm, độ sâu
mực n-ớc ngầm, hệ số thấm của lớp đất v.v Nó cũng còn phụ thuộc cả vào loại kênh có
đ-ợc gia cố hay không gia cố v.v.
85


L-ợng n-ớc tổn thất do thấm qua kênh giảm dần theo thời gian vì có sự lắng đọng của
các hạt lơ lửng trong kênh lấp kín các lỗ hổng và tạo nên một màng chống thấm trên mặt
lòng kênh. Khi đất lòng kênh có cấp phối không đều và lỗ rỗng không lớn, ng-ời ta đem
đất sét hoà vào trong n-ớc hoặc cho n-ớc đục chứa bùn cát hạt nhỏ chảy qua để có sự lắng
đọng lấp đầy khe kẽ.
Cũng có thể tạo màng chống thám bằng cách phủ một lớp rơm, rạ, cỏ v.v rồi phía
trên đắp một lớp đất bảo vệ dày khoảng 10 15cm. Khi lớp hữu cơ đó mục nát, nó làm
tăng thêm tính mềm dẻo của đất đồng thời cũng có tác dụng chống thấm tốt. Có khi ng-ời
ta còn dùng muối (3 5kg/m2) hoặc dầu hoả (4 15 kg/m2) cho vào đất lòng kênh để tạo
màng chống thấm nh-ng cách này khá đắt. Ngoài ra, có thể nén chặt đất lòng kênh để tăng
c-ờng khả năng chống thấm.
Hiện nay bên cạnh các biện pháp đơn giản nh- trên, để chống thấm ng-ời ta dùng các
loại vải chống thấm, màng chống thấm có bột bentonit hoặc thay thế bằng kênh bê tông.
11.2.3.Bảo vệ mái kênh

Để chống xói, giảm độ nhám, tăng năng lực chuyển n-ớc và giảm tổn thất cột n-ớc,
tăng khả năng chống thấm, tăng ổn định của mái dốc kênh, chống cỏ mọc, chống các động
vật phá hoại lòng kênh, phải có các hình thức bảo vệ kênh.
Trồng cỏ: mục đích chủ yếu là chống xói. Loại này dùng khi đất lòng kênh là cát,
kênh không lớn, l-u tốc trong kênh nhỏ hơn 1,2m/s.
Lớp bảo vệ bằng đất sét chủ yếu là để chống thấm. Lớp bảo vệ này đ-ợc cấu tạo ở mặt
nghiêng hoặc ở bờ kênh (giống nh- t-ờng nghiêng, t-ờng tâm ở đập đất). Đối với kênh có
độ sâu cột n-ớc 1,52m, mái dốc t-ơng đối xoải m=23 có thể dùng lớp đất sét dày 0,2
0,3m bảo vệ dọc theo mái nghiêng và đáy của kênh. Phía ngoài lớp đất sét là lớp bảo vệ dày
0,20,7m. Đối với kênh nửa đắp nửa đào có thể dùng t-ờng tâm.
Lớp bảo vệ bằng đá: có thể dùng đá để bảo vệ mái kênh. Khi dùng đá đổ thì tác dụng
chủ yếu là chống xói. Đ-ờng kính hòn đá chừng 0,30,4m. Chiều dày lớp đá 0,30,6m.
Bên d-ới có lớp đệm bằng sỏi hoặc cát to dày 1520cm. Hình thức này làm tăng độ nhám,
tổn thất ma sát dòng chảy khá nhiều. Có thể làm lớp bảo vệ bằng một hoặc hai lớp đá xây
khan dày 1540cm và lớp lót bảo vệ dày 1520cm. Để tăng c-ờng ổn định cho mái, chống
xói, chống thấm,làm lớp nhám bên ngoài trát lớp vữa xi măng dày 23cm.
Bảo vệ mái bằng bê tông và bê tông cốt thép, các tấm bê tông này có thể đổ tại chỗ
hoặc đúc sẵn. Khi dùng tấm bê tông đúc tại chỗ, chiều dày của nó khoảng 0,10,2m và
xuống d-ới thì chiều dày lớn hơn. Lớp đệm bằng đá dăm, sỏi, dày 0,10,4m, lớp này còn
có tác dụng thoát n-ớc. Khi n-ớc ngầm ở cao thì lớp này càng phải dày. Để đề phòng
chống nứt do nhiệt độ thay đổi và lún không đều theo chiều dài của kênh, cứ khoảng 25m
bố trí khe hở rộng 12cm và tại đây có thiết bị chống thấm nh- đổ nhựa đ-ờng hay chèn
gỗTấm bảo vệ đáy và mái kênh cũng làm tách rời và bố trí thiết bị chống thấm. Khi dùng
các tấm bê tông đúc sẵn, hình dạng tấm có thể vuông hoặc hình sáu cạnh, chiều dài mỗi
cạnh 4060cm và bên d-ới cũng có lớp đệm thoát n-ớc.
86


Trong tr-ờng hợp nhiệt độ thay đổi nhiều hoặc địa chất yếu có thể dùng các tấm bê
tông cốt thép. Chiều dày các tấm giảm khoảng 25% so với tấm bê tông. Hàm l-ợng cốt thép

dùng khoảng 24%, đ-ờng kính thép 812mm. Bố trí thép theo l-ới ô vuông cách nhau
2030cm. Bên d-ới các tấm này có lớp đệm.
Ngoài ra, có thể bảo vệ mái bằng bê tông nhựa đ-ờng (hỗn hợp nhựa đ-ờng, cát và đá
dăm), đặt trên lớp đệm dày 58cm. Loại này có -u điểm là dễ biến dạng và chống thấm tốt.
11.2.4.Chọn tuyến kênh
Chọn tuyến kênh là một vấn đề quan trọng trong thiết kế kênh. Căn cứ vào công dụng
của kênh, l-u l-ợng dẫn, tốc độ chảy kết hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thi công
và khối l-ợng đất đào và đất đắpmà quyết định.
Điều kiện địa hình có ảnh h-ởng nhiều đến khối l-ợng đào đắp. Trong khi xác định
tuyến kênh nên cố gắng đảm bảo sao cho khối l-ợng từng mặt cắt hoặc từng đoạn đất đào,
đất đắp gần bằng nhau, hoặc nếu không thì khối l-ợng đào nên nhiều hơn, vì cùng yêu cầu
chất l-ợng nh- nhau, đối với phần đắp giá thành th-ờng đắt hơn, thi công phức tạp hơn.
ở vùng đồng bằng, nên cố gắng chọn tuyến kênh thẳng, đất đào lên đ-ợc sử đụng đắp
ngay tại chỗ. Địa hình của tuyến đi qua phải đáp ứng đ-ợc các yêu cầu sử dụng. Thí dụ
kênh t-ới bố trí ở chỗ cao để đảm bảo t-ới tự chảy, kênh tiêu chỗ thấp để dễ tập trung n-ớc.
ở vùng núi, để khối l-ợng đào đắp xấp xỉ nhau nên đặt tuyên kênh theo đ-ờng đồng
mức, đất đào đ-ợc sử dụng đắp ở một bên (hình 11-2). Vì tuyến kênh đi men theo đ-ờng
đồng mức nên có nhiều đoạn cong, kênh sẽ dài, khối l-ợng tăng, do đó cần phải so sánh
chọn ph-ơng án thích hợp.

Hình 11-2. Mặt cắt kênh khi đi ven s-ờn dốc
Về mặt địa chất, tuyến kênh không nên chọn qua vùng đá, vì khó đào. Cũng không nên
qua vùng đất tr-ợt, đất thấm n-ớc nhiều. Cần tránh đ-ờng giao thông, các sông ngòi để
giảm các công trình phụ tại chỗ giao nhau. Trong những tr-ờng hợp phải chuyển n-ớc qua
những vùng địa chất xấu, nếu làm kênh đất thì không có lợi. Khi đó nên chọn tuyến ngắn
nhất và sử dụng biện pháp kênh máng hoặc đ-ờng ống.
Về mặt thi công, phải chú ý sao cho việc cơ giới, tổ chức thi công, lấy đất hoặc đổ đất
đào dễ dàng, vận chuyển vật liệu tới xây dựng các công trình kênh tiện lợi.
Kênh kết hợp giao thông thuỷ, tuyến không nên quá cong, th-ờng bán kính cong R
5L (L là chiều dài của thuyền) để đảm bảo thuyền qua lại đ-ợc dễ dàng.

87


Tóm lại, việc chọn tuyến kênh cần phải cân nhắc phân tích tổng hợp để có thể thoả
mãn đầy đủ các mặt kinh tế và kỹ thuật.
11.2.5.Một số biện pháp công trình bảo vệ kênh
1. Tràn bên bờ kênh
Trong quá trình vận hành, kênh có thể bị tràn bờ. Các nguyên nhân làm cho kênh tràn
bờ là do các cống lấy n-ớc đầu kênh hoặc các cống điều tiết mực n-ớc trên kênh hoặc các
cống điều tiết mực n-ớc trên kênh làm việc không đúng quy trình. Những kênh đi qua s-ờn
dốc, l-ợng n-ớc m-a tràn vào kênh quá nhiều cũng gây ra hiện t-ợng n-ớc trong kênh tràn
qua bờ. Các hiện t-ợng tràn này ảnh h-ởng đến an toàn bờ kênh, nhiều khi gây ra sự cố ảnh
h-ởng đến sự làm việc bình th-ờng của hệ thống. Để bảo vệ an toàn cho kênh ở những đoạn
đầu kênh sau cống lấy n-ớc, tr-ớc cống điều tiết trên kênh, ở đoạn kênh đi qua s-ờn dốc có
n-ớc m-a tập trung vào kênh, ở đó cần bố trí các tràn bên. Tràn bên là một đoạn bờ kênh
đ-ợc hạ thấp nh- hình (11-3). Các đoạn bờ kênh đất cho n-ớc tràn cần đ-ợc bảo vệ để dòng
chảy không gây xói lở bờ.

Hình 11-3. Sơ đồ tràn bên
2. Cống tháo cuối kênh
Cuối kênh th-ờng bố trí các cống ngầm hoặc cống hở (hình 11-4). Các cống này dùng
để tháo cạn kênh khi cần thiết hoặc dùng để tháo l-ợng bùn cát lắng đọng ở đoạn cuối
kênh. Nó cũng có thể đ-ợc dùng để tháo bớt l-ợng n-ớc thừa khi kênh bị quá tải.

Hình 11-4. Sơ đồ bố trí cống tháo cuối kênh
88


3. Kênh tiêu s-ờn dốc

Các tuyến kênh đi qua s-ờn dốc và mùa m-a th-ờng bị sạt lở hoặckênh bị lấp đầy bùn
cát. Để bảo vệ kênh dọc theo tuyến kênh cần xây dựng các kênh tiêu n-ớc s-ờn dốc (hình
11-5). N-ớc từ các s-ờn dốc tập trung vào các kênh này chảy về những nơi trũng. Tại đó
dùng cống luồn hoặc tràn băng để tiêu qua kênh.

Hình 11-5. Kênh tiêu trên s-ờn dốc
11.3. Cống hở và cống ngầm
Trên các hệ thống thủy nông, cống dùng để dâng n-ớc, điều tiết l-u l-ợng, phân n-ớc
từ kênh chính vào kênh nhánh hoặc tháo n-ớc. Cống cũng còn có tác dụng chuyển n-ớc khi
kênh gặp đ-ờng giao thông hoặc kênh khác. Về hình thức cống trên kênh cũng có cống lộ
thiên, cống ngầm. Nguyên lý tính toán thiết kế cống lộ thiên và cống ngầm đã trình bày ở
ch-ơng IX và ch-ơng X
11.4.Cống luồn
11.4.1 Khái niệm
Trên đ-ờng kênh chuyển n-ớc, do điều kiện địa hình, kênh gặp phải các ch-ớng ngại
nh- gặp núi chắn ngang, cắt ngang bởi kênh khác, sông suối hoặc thung lũng sâu. Để n-ớc
trong kênh tiếp tục v-ợt qua các ch-ớng ngại cần phải làm công trình chuyển tiếp. Thuộc
loại này có thể là đ-ờng hầm, cống luồn hay cầu máng. Rõ ràng kênh cần xuyên qua núi thì
dùng hình thức đ-ờng hầm. Khi điều kiện địa chất cho phép và nếu làm kênh đi vòng phức
tạp, tốn kém hơn thì dùng đ-ờng hầm cũng là hợp lý. Về cầu máng sẽ đ-ợc trình bày ở
ch-ơng sau. Riêng về cống luồn, nếu gặp kênh, sông suối khác mà mực n-ớc ở trong hai
kênh giao nhau chênh lệch không nhiều, ta dùng cống luồn qua d-ới đáy của loại kia tiếp
tục chuyển n-ớc để dòng chảy không ảnh h-ởng lẫn nhau. Tr-ờng hợp gặp thung lũng,
dùng cống luồn đặt lộ thiên trên mặt đất để tiếp tục chuyển n-ớc v-ợt qua thung lũng đó.
Tất nhiên cần xem xét về mùa m-a lũ nếu có dòng chảy trong thung lũng vẫn đảm bảo
không làm h- hỏng, đẩy trôi cống luồn đặt nổi này.
Nh- vậy dòng chảy trong cống luồn là dòng chảy có áp. Để tạo đ-ợc dòng chảy từ đầu
này sang đầu kia, phải tổn thất một đầu n-ớc nhất định, nói khác đi mực n-ớc của kênh ở
đầu vào cống phải cao hơn mực n-ớc kênh ở đầu ra của cống một trị số nhất định. Thông
th-ờng ở kênh t-ới cần hạn chế tổn thất đầu n-ớc, do vậy độ chênh này th-ờng chỉ khoảng

89


0,2 0,4 m, tất nhiên khi điều kiện cho phép có thể lấy lớn hơn. Còn ở kênh tiêu mức độ
hạn chế ít hơn, nên chênh lệch đầu n-ớc này khoảng 0,4 0,6 m.
Cống luồn có thể phân loại theo các hình thức sau:
Theo kết cấu bao gồm loại giếng đứng và ống nghiêng, hình (11-6).
Loại giếng đứng, th-ờng dùng khi cống chịu áp lực nhỏ, kích th-ớc không lớn, cấu tạo
t-ơng đối đơn giản hơn. Nhờ tác dụng phần sâu của chân giếng để bùn cát lắng đọng, dễ
nạo vét, tránh gây tắc ống ngang. Tuy nhiên loại này tổn thất đầu n-ớc nhiều hơn.
Loại ống nghiêng, đ-ợc sử dụng rộng rãi hơn trong tr-ờng hợp cống đặt nổi hay chìm,
kích th-ớc, áp lực n-ớc lớn hay nhỏ. Dòng chảy qua cống thuận hơn, tổn thất đầu n-ớc ít
hơn, phần cấu tạo có phức tạp hơn, nhất là phải chú ý biện pháp chống mất ổn định của
đoạn đặt nghiêng.
Về mặt cắt ngang tròn, chữ nhật hoặc vòm. Loại vòm chỉ dùng khi cống nhỏ, thuộc
phần nằm ngang của kiểu giếng đứng bằng gạch đá xây.
Về vật liệu xây dựng, có thể dùng gỗ ghép tạo thành ống, gạch đá xây, bê tông và bê
tông cốt thép.
Khi cống đặt luồn d-ới sông, suối, thì đỉnh cống ở đoạn nằm ngang phải thấp hơn đáy
sông, suối khoảng 0,5 1 m để tránh bị xói lòng sông ảnh h-ởng.
a)

b)

Hình 11-6. Cống luồn
a) Giếng đứng; b) ống nghiêng.

90

Loại ống nghiêng, tùy điều kiện địa hình mà chọn. Th-ờng dốc nghiêng khoảng
m = 2 3.
Cửa vào và ra cũng nh- các loại công trình khác phải đảm bảo cho dòng chảy vào, ra
đ-ợc thuận, cần có t-ờng h-ớng dòng và chắn đất bờ kênh.
Đỉnh cửa vào phải đặt thấp hơn mức n-ớc trong kênh 0,5 m khi chuyển l-u l-ợng lớn
nhất, nhằm tránh khi làm việc không hút không khí vào cống, gây bất lợi cho chế độ làm
việc của cống.
Cửa vào cần bố trí l-ới chắn rác. Ngoài ra tùy tình hình cụ thể cần bố trí hàng phai hay
cửa chắn n-ớc để đảm bảo điều kiện làm việc, kiểm tra, tu sửa.
Khi xác định kích th-ớc cống, ngoài yêu cầu tính toán thủy lực đảm bảo yêu cầu
chuyển n-ớc, cần xét thuận lợi cho kiểm tra, tu sửa.
11.4.2.Tính toán thủy lực cống luồn
1.Mục đích tính toán thủy lực cống luồn
Giải một trong ba bài toán sau đây:
1- Đã biết l-u l-ợng Q, kích th-ớc mặt cắt ngang ống , tính cột n-ớc tổn thất khi
dòng n-ớc chảy qua ống Z, tức là xác định cao trình đáy kênh ở phía th-ợng l-u và hạ l-u
cống luồn vì chiều sâu n-ớc trong kênh đã đ-ợc xác định.
2- Đã biết l-u l-ợng và cột n-ớc tổn thất, xác định kích th-ớc mặt cắt của ống.
3- Biết kích th-ớc mặt cắt và cột n-ớc tổn thất, tính l-u l-ợng n-ớc chảy qua ống.
Tính toán thủy lực của cống luồn phải căn cứ vào l-u tốc dòng n-ớc qua ống làm cơ sở.
Để cho bùn cát không lắng đọng d-ới đáy ống và cột n-ớc tổn thất Z t-ơng đối nhỏ, th-ờng
lấy l-u tốc n-ớc trong ống v = 1,5 3 m/s và không nhỏ hơn l-u tốc n-ớc trong kênh.
2.Tính toán thủy lực

Qmax
Qmax

Qmin

Qmin

Hình 11-7. Sơ đồ tính toán thủy lực
Dòng n-ớc qua cống luồn là chảy có áp lực, do đó l-u l-ợng tính theo công thức:

Q 2gZ0

(11-2)

Trong đó:

- hệ số l-u l-ợng,
91




1

(11-3)



- tổng số các hệ số tổn thất cột n-ớc của ống gồm: tổn thất ở cửa vào ( CV ),
l-ới chắn rác ( L ), khuỷu cong ( KC ), theo chiều dài ( d ) và ở cửa ra ( CR )

CV L 2KC d CR

(11-4)

- diện tích mặt cắt của ống;
Z 0 - chênh lệch mực n-ớc ở th-ợng và hạ l-u cống luồn có kể tới l-u tốc tiến gần
v0 (hình 11-7):

Z0 Z

V02
2g

(11-5)

Khi thiết kế, để xác định mặt cắt ống hoặc cột n-ớc tổn thất Z ta dùng l-u l-ợng lớn
nhất Qmax để xác định và phải dùng l-u l-ợng nhỏ nhất Qmin để kiểm tra lại điều kiện tổn
thất trong ống.
Nếu kênh ở th-ợng và hạ l-u cống có kích th-ớc mặt cắt ngang giống nhau thì độ
chênh mực n-ớc tr-ớc và sau cống luồn t-ơng ứng với các l-u l-ợng bất kỳ phải bằng Z.
Trong thực tế, t-ơng ứng với Qmin độ chênh (Z + Z1) lớn hơn Z một l-ợng là Z1 nên n-ớc từ
kênh chảy vào ống hình thành đ-ờng n-ớc đổ nh- là một dốc n-ớc và sinh ra n-ớc nhảy
trong ống, gây ra các chấn động làm h- hỏng các khớp nối. Để khắc phục hiện t-ợng này,
tức là phải tìm cách tiêu hao cột n-ớc thừa Z1 ta có thể thay đổi mặt cắt ống hoặc dùng
biện pháp thay đổi cấu tạo cửa vào nh- hình (11-8). Trong hình (11-8c) làm bể tiêu năng
tr-ớc cửa vào của ống, n-ớc từ kênh chảy vào bể và tạo nên mặt nằm ngang rồi mới chảy
vào ống. Trong hình (11-8b) có thể hạ thấp đáy cửa vào theo mặt nghiêng, th-ờng dùng khi
mực n-ớc ở đầu ống gần bằng cao trình đáy kênh th-ợng l-u. Cũng có thể đặt hàng song gỗ
ở cửa ra để nâng cao mực n-ớc, giảm độ chênh Z1. (hình 10-3a).

max
min

a)

b)

c)

Hình 11-8. Các hình thức tiêu hao cột n-ớc thừa của cống luồn

92


11.4.3.Cấu tạo cống luồn
1.Khái niệm
Quy mô của cống luồn lớn hay nhỏ phụ thuộc vào l-u l-ợng n-ớc dẫn qua và vốn đầu
t- xây dựng công trình.
Cống luồn loại nhỏ, th-ờng gồm hai giếng đứng ở cửa vào và cửa ra, nối với nhau bằng
một đoạn nằm ngang; gọi là cống luồn kiểu giếng đứng. Vật liệu xây dựng th-ờng bằng gỗ,
đá xây có khi làm bằng bê tông. Loại này đ-ợc sử dụng với l-u l-ợng không lớn và chênh
lệch mực n-ớc th-ợng hạ l-u cống luồn nhỏ.
Tr-ờng hợp lòng sông t-ơng đối rộng và nông, có thể xây dựng cống luồn kiểu mái
thoải. Cống luồn mái thoải đi qua đ-ờng giao thông. Đáy đoạn cửa vào và cửa ra gồm một
đoạn nằm ngang và một đoạn dốc. Độ dốc đáy đoạn cửa vào lấy khoảng (1:1,5 1:2), đối
với cửa ra lấy thoải hơn, th-ờng (1:3 1:4).
Nếu l-u l-ợng n-ớc dẫn qua cống luồn lớn hơn thì kết cấu công trình phức tạp hơn và
th-ờng làm bằng bê tông, cốt thép. Kết cấu cống luồn gồm hai đoạn ống nghiêng ở cửa vào
và cửa ra đ-ợc nối với nhau bằng ống nằm ngang, gọi là cống luồn kiểu ống nghiêng.
Cống luồn gồm ba bộ phận chủ yếu: đoạn cửa vào, thân ống và đoạn cửa ra.
Sau đây trình bày từng bộ phận.
2.Cửa vào và cửa ra cống luồn
Tác dụng của đoạn cửa vào và cửa ra để h-ớng dòng n-ớc từ kênh chảy vào ống và từ
ống chảy ra kênh hạ l-u đ-ợc êm thuận, gồm có: t-ờng cánh, sân tr-ớc và sân sau.

Cửa vào cống luồn có những đặc điểm cấu tạo và bộ phận chi tiết sau:
1- Vật liệu xây dựng th-ờng là đá xây vữa, bê tông hoặc bê tông cốt thép.
2- Hình thức t-ờng cánh là t-ờng ngoặt, t-ờng mở rộng (nh- cửa cống).
3- Mép đỉnh ống ở cửa vào cống luồn cần phải ngập d-ới mực n-ớc một đoạn là h
vào khoảng 0,6D và lớn hơn 50cm, ở đây D - đ-ờng kính ống.
4- ở cửa vào cần có l-ới chắn rác để giữ vật nổi không cho chui vào ống.
5- Nếu cần điều tiết l-u l-ợng hoặc để sửa chữa cống luồn, ở cửa vào làm cửa van
phẳng hoặc cửa phai.
6- Sàn cầu công tác trên cửa vào để dùng đóng mở cửa van và dọn sạch vật nổi ở l-ới
chắn rác.
7- Để lắng bùn cát không cho rơi vào ống (nhất là đối với ống nằm ngang) cần làm bể
lắng cát ở cửa vào.
Cửa ra cũng cần bố trí cửa van phai và cầu công tác để khống chế mực n-ớc khi lấy
Qmin hoặc đóng cửa cống khi cần sửa chữa. Trên sân sau làm bể tiêu năng để tiêu hao năng
l-ợng của dòng chảy khi qua cống.

93


3.Thân cống luồn
Vật liệu làm thân cống luồn là bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ hoặc hỗn hợp.
- Cống luồn bê tông th-ờng đ-ợc dùng khi áp lực trong ống đến 0,3 at (H = 3 m
cột n-ớc).
- Cống luồn bê tông cốt thép áp lực cho phép khoảng 3 5 at (H = 30 50 m cột n-ớc).
- Cống luồn thép chịu áp lực đến 10 at, vì giá thành đắt nên hạn chế dùng.
- Cống gỗ chịu áp lực cũng khá lớn có thể đến H = 20 30 m.
a)

b)

c)

Hình 11-9. ống luồn gỗ
a) Cắt ngang; b) Nhìn bên; c) Bệ đỡ.
- Cống luồn có thể làm theo mặt cắt hình vuông, chữ nhật hoặc hình tròn.
- Thân cống luồn gồm 3 đoạn: hai ống nghiêng và đoạn nằm ngang. Độ dốc của ống
nghiêng không đ-ợc lấy lớn để không bị tr-ợt và tổn thất cột n-ớc ống không nhiều,
th-ờng lấy góc nghiêng 30.
- Thân cống có thể đặt trên nền cứng (đá hoặc đất rắn chắc) còn nói chung là đặt trên
lớp đệm đá dăm hoặc trên bệ đỡ bằng bê tông, hay đá xây vữa.
- Chiều dày của ống căn cứ vào áp lực n-ớc bên trong, bên ngoài và áp lực đất... để xác
định. Chiều dày ống bê tông cốt thép có thể sơ bộ xác định theo công thức sau:
= 3,5 + 0,06 (D - 15)
Trong đó:

(11-6)

- Chiều dày của ống

D - đ-ờng kính của ống (cm).
Thi công ống có thể đổ bê tông liền khối tại nơi xây dựng hoặc dùng các ống đúc sẵn
lắp ghép. Hình thức nối các đoạn ống th-ờng dùng là nối bằng cầu và nối kiểu ngàm; tại
khe nối xây vành đai bằng gạch, bê tông và bê tông cốt thép để bảo vệ.
ở chỗ khuỷu cong của ống luồn (chỗ nối đoạn nghiêng và ống nằm ngang) làm bệ bao
đỡ ống, các đầu của ống cắm vào bệ bao ống từ (0,20 0,25) m
Khi chịu áp lực nhỏ, bệ bao xây bằng đá; khi cột n-ớc cao thì làm bệ bằng bê cốt thép.
Kích th-ớc của bệ bao ống định theo điều kiện ổn định và cấu tạo.

94

- Để tháo cạn n-ớc trong ống khi cần sửa chữa và làm sạch bùn cát bồi lắng, có thể
làm lỗ tháo n-ớc ở vị trí thấp nhất của ống nằm ngang và có cửa van đóng mở lỗ này.
- Lòng sông trong phạm vi cống luồn đi qua phải đ-ợc đắp lại bằng đất tốt, ít thấm
n-ớc, có chiều dày tối thiểu (50 70) cm và dùng đá xây lát để bảo vệ chống xói.

Hình 11-10. ống bê tông cốt thép
a) Cắt dọc; b) Bệ đỡ ở đoạn thẳng; c) Bệ đỡ ở khuỷu cong
11.5.Cầu máng
11.5.1.Khái niệm
Cầu máng là công trình dẫn n-ớc v-ợt qua sông suối, kênh tiêu, vùng đất trũng, vùng
đất cát thấm n-ớc mạnh. Cầu máng đ-ợc dùng trong các tr-ờng hợp sau:
- Khi kênh t-ới gặp đ-ờng giao thông, mặt đ-ờng thấp so với đáy kênh, các loại xe
chạy trên đ-ờng không chạm vào đáy cầu máng.
- Khi kênh t-ới gặp sông, suối, kênh tiêu mà mực n-ớc kênh t-ới cao hơn mực n-ớc
của sông, suối, kênh tiêu. Nếu kênh t-ới là đ-ờng giao thông thủy thì tàu thuyền vẫn đi qua
phía d-ới cầu máng.
- Khi kênh t-ới đi qua vùng đất thấp: Nếu đắp kênh nổi đi qua thì khối l-ợng lớn, tốn
kém hơn so với làm cầu máng.
- Khi kênh t-ới phải v-ợt qua núi: Nếu làm tuy nen thì tốn kém hoặc không có khả
năng làm, ta làm kênh dẫn vòng qua hoặc làm cầu máng giá đỡ để chuyển qua.
95


11.5.2.Tính toán thủy lực cầu máng
Mục đích: Định hình thức dòng chảy và xác định kích th-ớc cửa vào, thân, cửa ra
cầu máng.
Khi tính toán thủy lực cầu máng, xem dòng chảy từ kênh vào máng nh- qua đập tràn
đỉnh rộng và th-ờng là trạng thái chảy ngập, (hình 11-11).

Hình 11-11. Sơ đồ tính toán thủy lực cầu máng
Ta có công thức:
Q = 2gZ 0

(11-7)

Trong đó:
Q - l-u l-ợng thiết kế chảy qua máng;
- hệ số co hẹp cửa vào, th-ờng lấy 0,95 0,98;
- hệ số l-u tốc, th-ờng lấy 0,90 0,95;
Z0 - chênh lệch cột n-ớc trong kênh và máng có kể tới t-u tốc tới gần. Th-ờng Z0
= 0,1 0,15 m;
- tiết diện -ớt trong máng, nếu là chữ nhật = bh với b chiều rộng máng và h
chiều sâu dòng chảy đều trong máng. L-u tốc trong máng th-ờng chọn v =1 1,5 m/s. Nói
chung không nên chọn lớn. Tuy kích th-ớc cầu máng có đ-ợc thu hẹp một chút song kinh
nghiệm cho thấy khối l-ợng xây dựng chủ yếu là bộ phận đỡ tựa, không thay đổi đáng kể,
vì thế khối l-ợng chung giảm không nhiều, tổn thất đầu n-ớc lớn. Đối với kênh t-ới cần tiết
kiệm đầu n-ớc này. Ngoài ra nếu kênh máng còn sử dụng vận chuyển nội địa, thì l-u tốc
lớn sẽ không an toàn cho thuyền qua lại.
Độ dốc của máng đ-ợc xác định đảm bảo dòng đều, dùng công thức: Q = C Ri mà
quyết định. Th-ờng i = 1/500 1/2000.

96


Nếu hình thức cửa ra của cầu máng cũng giống nh- cửa vào thì mực n-ớc trong kênh
sẽ thấp hơn mực n-ớc trong máng một độ cao Z. Khi có gió thổi ng-ợc chiều dòng chảy sẽ
làm cho mặt n-ớc trong máng dềnh cao thêm một l-ợng Z1.
Vì vậy khi quyết định chiều cao của thành máng phải chú ý đến hiện t-ợng này. Cũng
có thể hạ thấp cửa ra một trị số Z1, nh- vậy cũng có thể tránh đ-ợc tình trạng n-ớc dềnh cao

trong máng khi có gió thổi.
11.5.3.Cấu tạo cầu máng
Cầu máng gồm ba bộ phận chính: Cửa vào; cửa ra; thân máng và bộ phận giá đỡ máng.
1.Cửa vào, cửa ra
Cửa vào và cửa ra của cầu máng là đoạn nối tiếp giữa thân máng với kênh dẫn n-ớc
th-ợng hạ l-u, có tác dụng làm cho dòng chảy vào máng thuận, giảm bớt tổn thất do thu
hẹp gây ra và dòng n-ớc ở máng chảy ra không làm xói lở bờ và đáy kênh.
T-ờng cánh của cửa vào và cửa ra th-ờng làm theo hai kiểu: Kiểu l-ợn cong và kiểu
mở rộng hoặc thu hẹp dần. Kiểu l-ợn cong n-ớc chảy vào, chảy ra thuận, nh-ng khi thi
công khó khăn hơn. Góc mở rộng của t-ờng cánh có ảnh h-ởng đến dòng chảy vào và ra
khỏi máng. Th-ờng lấy tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài là 1/41/3. Chiều dài đoạn cửa
vào và cửa ra sơ bộ lấy bằng bốn lần chiều sâu cột n-ớc trong kênh.
Để kéo dài đ-ờng viền thấm, ở cửa vào và cửa ra làm sân phòng thấm. Sân phòng thấm
th-ờng làm bằng đất sét, ở trên có lát đá để phòng xói. Cũng có khi cửa vào và cửa ra đóng
ván cừ hoặc làm chân khay kéo dài đ-ờng n-ớc thấm (hình 11-12 và hình 11-13).

H

Z

Bể lắng cát

b
2

bK
2

Hình 11-12. Sơ đồ cấu tạo cửa vào cầu máng

97


S

Hình 11-13. Sơ đồ cấu tạo cửa ra cầu máng
2.Thân máng
Thân máng làm nhiệm vụ chuyển n-ớc, mặt cắt dạng chữ nhật, bán nguyệt, pa-ra-bôn
hoặc chữ U..., có cấu tạo kín hoặc hở. Vật liệu đ-ợc dùng để xây dựng cầu máng có thể là
gỗ, gạch, đá xây, bê tông cốt thép và xi măng l-ới thép hoặc hỗn hợp các vật liệu đó.
Thân máng gỗ th-ờng làm theo hai kiểu: Kiểu giằng ngang và kiểu chống xiên.
Do ảnh h-ởng của mực n-ớc dao động trong máng và nhiệt, thành máng dễ bị mục và nứt,
độ dày nhỏ nhất của ván thành bên th-ờng lấy lớn hơn 4 cm.
b)

a)

d)

e)

c)
f)

g)

Hình 11-14. Một số loại cầu máng
a) Khung đỡ trên nền; b) Khung đỡ trên trục vòm; c) Vòm treo;

d) Máng bê tông cốt thép; e) Máng gỗ; f) Vỏ mỏng; g) Gạch đá xây.
98


Ván đáy và thành bên có nhiều kiểu ghép, đơn giản nhất là ghép đầu bằng, chỗ khe nối
nhét nhựa đ-ờng và đóng thêm nẹp gỗ hoặc theo hình thức ghép mộng.
Để giảm bớt tổn thất cột n-ớc vì ma sát, mặt giáp n-ớc của ván đáy là thành bên phải
bào nhẵn, hai góc đáy máng đóng nẹp gỗ hình tam giác.
Cầu máng bằng bê tông cốt thép mặt cắt ngang theo hình thức chữ nhật hở hoặc kín
hoặc cũng có thể theo dạng vỏ trụ tròn, khi xây dựng bằng ph-ơng pháp lắp ghép có thể chế
tạo bằng ph-ơng pháp ly tâm, khi mặt cắt ngang không lớn và có đủ ph-ơng tiện máy móc
vận tải và xây dựng các cấu kiện lắp ghép của lòng máng có thể làm nhẵn từng nhịp một.
Mặt trong của lòng máng đ-ợc trát một lớp vữa không thấm n-ớc (có tỷ lệ X:C = 1:2)
dày 2 cm. Đôi khi trên lớp vữa còn trát lớp nhựa đ-ờng. Mặt ngoài của tất cả các kết cấu
trát lớp vữa xi măng. Lòng máng hở có mặt cắt là hình chữ nhật hay hình vuông.
Kích th-ớc mặt cắt ngang lòng máng đ-ợc xác định theo tính toán thủy lực đủ để tháo
l-u l-ợng thiết kế. Không gây xói, bồi và cản trở dòng chảy trong máng khi dẫn n-ớc.
Độ v-ợt cao an toàn của đỉnh thành máng trên mực n-ớc lớn nhất trong máng tính theo
công thức:
e = h/12 + 5 cm

(11-8)

Trong đó: e - độ v-ợt cao an toàn;
h - chiều sâu n-ớc lớn nhất trong máng.
Nói chung mặt d-ới của dầm ngang phải cao hơn mực n-ớc lớn nhất trong máng từ (15
20) cm.
Máng mỏng bằng xi măng l-ới thép, thân máng dạng vỏ hình trụ. Mặt cắt có dạng bán
nguyệt, pa-ra-bôn, elip hoặc chữ U. Trong đó dạng chữ U có thanh giằng có -u điểm hơn cả.
Vật liệu cấu tạo máng là lớp l-ới thép, ngoài trát vữa xi măng M 400 500, cả cốt thép

và lớp áo dày 2 3 cm, loại vật liệu này có độ bền và chống thấm tốt nh- bê tông cốt thép
nh-ng kết cấu thân máng nhẹ hơn, do đó dùng vào việc xây dựng cầu máng có rất nhiều -u
điểm.
3.Giá đỡ máng
Tùy theo điều kiện ở nơi xây dựng và hình thức kết cấu máng, giá đỡ có thể bằng bê
tông cốt thép hoặc bằng gạch đá xây. Hình thức giá đỡ có thể là cột, khung, vòm hoặc vòm
treo. Vòm hoặc vòm treo thích hợp với những nơi có khe sâu.
4.Khớp nối
ở cầu máng có khớp nối giữa hai đoạn của cầu máng và khớp nối nhiệt độ. Khớp nối
giữa các đoạn của cầu máng, giữa cầu máng với đoạn vào và đoạn ra cần phải di động kiểu
khớp và không thấm n-ớc.
Bề rộng các khớp nối đ-ợc xác định theo công thức:
l = t.L

(11-9)

99


Trong đó:

- hệ số nở dài của bê tông và bê tông cốt thép;

t - biên độ dao động của nhiệt độ ngoài không khí ở nơi xây dựng công
trình đối với nhiệt độ xây dựng công trình;
L - khoảng cách giữa các khe nối (m).
Bề rộng của khe nối đ-ợc lấy nhỏ hơn 2 cm. Khi cầu máng có kết hợp cho ôtô và
ng-ời qua lại, các khớp nối phải đặt trên giá đỡ. Có thể kê cầu máng hai đầu vào bờ theo
hình thức gối tự do. Nếu cầu máng dài có thể đặt trên giá đỡ theo hình thức dầm liên tục
hoặc dầm công xôn kép, lúc đó chọn chiều dài của nhịp l và chiều dài của mút thừa a theo

quan hệ l = 2,7a thì giá trị momen âm và d-ơng lớn nhất xảy ra trong dầm sẽ bằng nhau,
tiện cho việc bố trí cốt thép.
3

3 1

1

2

4

4

Hình 11-15. Nối tiếp chống thấm giữa thân máng và bộ phận cửa vào
1) Nhựa đ-ờng; 2) Bao tải tẩm nhựa đ-ờng; 3) Xi măng trát; 4) Bê tông lót.

a

a

Hình 11-16. Sơ đồ nhịp máng kiểu mút thừa

100


11.6.dốc n-ớc
11.6.1.KháI niệm
Khi kênh dẫn đi qua những nơi có độ dốc lớn , vận tốc dòng n-ớc sẽ xói lở s-ờn dốc
và phần kênh nối tiếp sau dốc. Để bảo vệ s-ờn dốc và phần kênh nối tiếp, phải xây dựng

công trình nối tiếp qua đoạn dốc (hình 12-17). Các công trình đó có thể là dốc n-ớc, bậc
n-ớc, máng phun. Khi độ dốc 100 ng-ời ta làm dốc n-ớc.
11.6.2.Tính toán thủy lực dốc n-ớc (dốc n-ớc cửa vào không có ng-ỡng)
1. Tính toán thủy lực cửa vào
Dòng chảy qua cửa vào nh- qua đập tràn đỉnh rộng không ngập.

Hình 12-17. Các công trình nối tiếp
a) Dốc n-ớc; b) Bậc n-ớc; c) Máng phun.

101


Với cửa vào có mặt cắt ngang hình chữ nhật, dùng công thức tính toán:

Q mb 2gH 30 / 2 MbH 30 / 2

(11-10)

M m 2g

(11-11)

Trong đó:

b - chiều rộng cửa vào.
2. Tính toán thân dốc
Tính toán thủy lực thân dốc n-ớc nhằm xác định đ-ờng mặt n-ớc, từ đó thiết kế đ-ợc
chiều cao t-ờng bên và đoạn cần bố trí mố nhám nhân tạo. Xác định chiều sâu n-ớc cuối
dốc để tính toán tiêu năng ở cửa ra.
Cửa vào dốc không có ng-ỡng thì chiều sâu n-ớc đầu dốc h1 hpg. Mặt n-ớc trên thân

dốc là đ-ờng n-ớc hạ bII, tính toán theo ph-ơng trình chuyển động không đều, biến đổi đều
của B.A. Bakhơmêchiép:

i0
L 2 1 1 J tb 2 1
h0

(11-12)

Trong đó:
i0, h0 - độ dốc và chiều sâu của chế độ dòng đều với l-u l-ợng qua dốc;
1

h1
h0

(11-13)

2

h2
h0

(11-14)

() - hàm số phụ thuộc trị số x;

J tb

C 2tb i 0 Btb

g tb

(11-15)

Ctb - hệ số Sêdi;
Btb - chiều rộng trung bình mặt cắt ứng với h ;
tb - chu vi -ớt trung bình ứng với h ;
h - chiều sâu n-ớc trung bình trong dốc n-ớc, h

h1 h2
2

(11-16)

Căn cứ vào chiều sâu n-ớc cuối dốc để kiểm tra an toàn cho dốc. Từ đó bố trí mố
nhám nhân tạo.
Vmax < [Vmax]

(11-17)

[Vmax] - trị số l-u tốc cho phép, phụ thuộc vật liệu và chiều sâu n-ớc.

102


Do vận tốc n-ớc qua thân máng rất lớn nên có hiện t-ợng trộn khí, làm cho chiều sâu
n-ớc tăng lên. Có thể tính chiều sâu n-ớc khi có trộn khí theo công thức gần đúng sau đây:
(với điều kiện v < 20 m/s)
v

h tk h1

100
h - độ sâu n-ớc tính toán;

(11-18)

v - l-u tốc ở mặt cắt tính toán.
3. Tính toán thủy lực cửa ra
Tính toán thủy lực cửa ra nhằm xác định bể hoặc t-ờng tiêu năng để tạo ra n-ớc
nhảy ngập.
Để tính toán nối tiếp ta lấy chiều sâu h2 cuối dốc lm độ sâu trước nước nhy h v xc
định chiều sâu liên hiệp sau nước nhy h.
Khi tính sơ bộ có thể lấy h2 h0.
11.6.3.Cấu tạo dốc n-ớc
Dốc n-ớc dẫn n-ớc từ trên cao xuống kênh d-ới thấp với l-u tốc rất lớn nh-ng không
làm các tia dòng tách khỏi máng dẫn. Kích th-ớc và độ dốc đ-ợc xác định bởi l-u tốc cho
phép lớn nhất của vật liệu làm máng và tính chất bùn cát chứa trong máng n-ớc.
Dốc n-ớc gồm các bộ phận sau: Cửa vào, thân dốc, cửa ra (hình 11-18).

Hình 11-18. Cấu tạo dốc n-ớc
1) Cửa vào; 2) Thân dốc; 3) Cửa ra.

103


1. Cửa vào của dốc n-ớc (hình 11-19)
Cửa vào có nhiệm vụ h-ớng n-ớc từ kênh th-ợng l-u vào thân máng đ-ợc thuận, tránh
sự co hẹp nhiều dòng n-ớc khi vào thân máng gây khó khăn cho sự làm việc của bể tiêu
năng. Cửa vào dốc n-ớc cấu tạo t-ơng tự cửa vào của cống. Riêng tr-ờng hợp dốc ngắn có

l-u l-ợng lớn thì làm chỗ vào theo hình phễu loe đầu để hạn chế sự co hẹp của dòng n-ớc
khi đổ vào thân máng.
H

Hk
L

b)

a)

Hình 11-19. Cửa vào của dốc n-ớc
2. Thân dốc
Thân dốc là bộ phận chính dẫn n-ớc qua s-ờn dốc. Vận tốc n-ớc trên dốc th-ờng rất
lớn. Để thân dốc đ-ợc bền và ổn định th-ờng đ-ợc làm bằng bêtông, bêtông cốt thép hoặc
đá xây. Chiều dày đáy dựa vào tính chất nền và l-u tốc để quyết định.
Có thể chọn chiều dày đáy theo công thức của V.M. Đômbơrốpxki

t 0, 030 0, 035 .a.v. h
Trong đó:

(11-19)

v- l-u tốc trung bình của dòng chảy;

h- chiều sâu n-ớc trong dốc;
a- hệ số phụ thuộc tính chất đất nền:
+ Đất sét và á sét chắc

a = 0,8

+ Đất cát

a = 1,5

+ Cát sỏi

a = 2,0

+ Đất thịt trung bình

a = 1,0

th-ờng chiều dày này không nhỏ hơn 0,3 m đối với bê tông và 0,5 m đối với đá xây.
Mặt cắt ngang thân dốc với nền đá th-ờng làm chữ nhật, trên nền đất có dạng hình
thang hoặc hình chữ nhật.

104


Do vận tốc lớn trong dốc lớn gây nên hiện t-ợng n-ớc ngậm khí, làm chiều sâu n-ớc
tăng lên. Độ cao an toàn của t-ờng bên trên mực n-ớc trong dốc lấy lớn hơn ở cống điều
tiết khoảng 30%.
Kích th-ớc t-ờng bên, hoặc lớp gia cố tùy thuộc vào vật liệu làm t-ờng, tính chất đất
sau t-ờng và sự liên kết giữa t-ờng bên với tấm đáy để lựa chọn và tính toán (hình 11-20).

c)

a)
h

o

45 + 0,5

Nền đá
Lớp trát bê tông
Có cốt thép

b)
1:1

,5

,5

h

1:1

L-ới cốt thép d=8mm

h

Lớp xây bảo vệ

1,0

Cát

d)
ho

Đinh néo d=20

Hình 11-20. T-ờng bên, lớp bảo vệ

Dọc theo chiều dài, dốc n-ớc đ-ợc chia ra các khe nối cách nhau từ 5 20 m, tùy
thuộc độ dày t-ờng bên và cấu trúc đất nền dốc. Tại khe nối phải bố trí vật chắn n-ớc.
Tuyến của dốc n-ớc th-ờng bố trí thẳng. Tr-ờng hợp tuyến thẳng nh-ng khối l-ợng
đào đắp quá lớn thì có thể chọn tuyến cong. Dòng chảy theo tuyến cong sẽ sinh ra lực ly
tâm làm mực n-ớc dềnh cao ở phía bờ lõm. Do đó t-ờng phía bờ lõm phải làm cao hơn ở
phía bờ lồi. Với dốc n-ớc có lòng rộng, vận tốc n-ớc lớn, để tránh t-ờng bờ lõm phải làm
quá cao, thì đáy dốc làm nghiêng theo h-ớng ngang nh-ng độ nghiêng đáy nhỏ hơn độ
nghiêng mặt n-ớc. Nếu bề rộng dốc lớn thì nên làm t-ờng phân dòng (hình 11-21).

105


Hình 11-21. T-ờng phân dòng
Khi dốc n-ớc có độ dốc đáy lớn, để giảm tốc độ và tăng chiều sâu n-ớc trên máng cần
làm vật nhám ở đáy, thành bên hoặc cả đáy và thành bên (còn gọi là mố nhám nhân tạo).
Mố nhám có thể bố trí suốt dọc thân máng hoặc ở phần cuối dốc có l-u tốc lớn hơn l-u tốc
cho phép. Cấu tạo và hình thức bố trí mố nhám nh- hình (11-22).



c)

h

e)

a

h)



h

a)
d)
g)

b)



i)

đ)

Hình 11-22. Mố nhám

106


Hình 11-23. Ng-ỡng phân tán dòng n-ớc tại của ra
3. Cửa ra dốc n-ớc

Kích th-ớc của thân dốc th-ờng nhỏ hơn kích th-ớc lòng kênh hạ l-u. Để đảm bảo an
toàn cho nền, bờ kênh hạ l-u nơi nối tiếp với dốc n-ớc cần phải tạo ra n-ớc xuống kênh là
chảy ngập. Đồng thời dòng n-ớc đ-ợc phân bố đều vào kênh không gây xô va, chảy cuộn.
Vì vậy cửa ra th-ờng làm hình loa phễu kéo dài, hình phễu ngắn với giếng tiêu năng. Góc
mở của loa phễu tg = 1/8 1/12 để dòng n-ớc không tách khỏi hai bên thành loa.
Ngoài ra còn có thể bố trí mố, ng-ỡng phân tán dòng n-ớc tại cửa ra (hình 11-23).
11.7.Bậc n-ớc
10.7.1.Khái niệm
Khi dòng chảy đi qua địa hình có độ dốc lớn ( > 100), hoặc cao độ hạ thụt thì sử dụng
công trình nối tiếp là bậc n-ớc sẽ thích hợp hơn.
Tại bậc n-ớc, n-ớc chuyển động một phần đ-ờng trên công trình sau đó rơi vào không
khí để xuống bậc d-ới. Do đó l-u tốc dòng chảy thay đổi cả về đại l-ợng và ph-ơng h-ớng.
L-u tốc tăng từ đại l-ợng không lớn lắm ở đỉnh bậc tới trị số lớn nhất ở nơi dòng chảy rơi
xuống. Khi n-ớc rơi xuống bậc d-ới còn gây nên lực xung kích rất lớn. Vì vậy khi thiết kế
phải xét đến các lực này.
Căn cứ vào độ chênh cao của dốc mà làm một bậc hay nhiều bậc, để đảm bảo tốt điều
kiện làm việc và giá thành xây dựng rẻ.

107