đồ án cống lộ thiên

Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Trường Đại học Thủy Lợi
Khoa Cơng trình
Bộ mơn Thủy Cơng

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
Thiết kế cống lộ thiên
Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Thị Thu Thủy

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Mai Chi

MSV:

1651010491

Lớp:

58C-TL2

Đề bài:

A-27

A. TÀI LIỆU
I. Cống A
1. Nhiệm vụ:
Cống A xây dựng ven sông X để :
- Lấy nước tưới cho 60000 ha ruộng;
- Ngăn nước sông vào đồng khi có lũ;
- Kết hợp chuyển đường giao thơng với loại xe 8-10 tấn đi qua.
2. Các lưu lượng và mức thiết kế (bảng A):
Bảng A: Lưu lượng và mực nước cống A
Trường hợp

Lấy nước
max

Ql�y
Chỉ tiêu
Đề số
(m3/s)

27

112

Zdầukênh Zsôngmin
(m)
(m)
3,31

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

3,61

Chống lũ
Zsôngmax
(m)
7,55

Zsôngmax
(m)
8,55

Zđồngmin
(m)
2,62

Trang: 1


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

3. Tài liệu về kênh hạ lưu :
 Zđáy kênh = 0,00 ;
 Độ dốc mái : m = 1,5 ; Độ nhám : n = 0,025 ;


Độ dốc đáy : i = 2.10-4

4. Tài liệu về gió :

Tần suất P%
V(m/s)

2
28,0

3
26,0

5
22,0

20
18,0

30
16,0

50
14,0

5. Chiều dài truyền sóng :
Trường hợp

ZSơng bình thường

ZSơng max

D (m)

200

300

6. Tài liệu địa chất :
 Đất thịt cao độ

: +3,5  +0,5

 Đất pha cát từ

: +0,5  -10,0

 Đất sét từ

: -10,0  -30,0

 Chỉ tiêu cơ lý:
Loại đất
Chỉ tiêu
K (T/m3)
Tn (T/m3)
Độ rỗng n
Tn (độ)
bh (độ)
CTn (T/m2)
Cbh (T/m2)
Kt (m/s)
Hệ số rỗng e
Hệ số nén a (m2/N)

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Thịt

Cát pha

sét

1,47
1,70
0,40
190
160
1,50
1,00
4.10-7
0,67
2,20

1,52
1,75
0,38
230
180
0,50
0,30
2.10-6
0,61
2,00

1,41
1,69
0,45
120
100
3,50
2,50
1.10-8
0,82
2,30
Trang: 2


Đồ án thiết kế cống lộ thiên
Hệ số không đều 

GVHD:Nguyễn Mai Chi
8,00

9,00

7,00

7. Thời gian thi công : 2 năm

B. U CẦU :
1.
Xác định cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế.
2.
Tính tốn thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.

3.
chọn cấu tạo các bộ phận cống.
4.
tính tốn thấm và ổn định cống .
5.
Chun đề : tính tốn bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn
hồi.
6.
Bản vẽ : khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện thượng lưu,
hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.
PHẦN II: THUYẾT MINH CHI TIẾT
A.GIỚI THIỆU CHUNG
I.
Vị trí nhiệm vụ cơng trình : Cống A xây dựng ven sơng X để :
- Lấy nước tưới cho 60.000 ha ruộng.

I.

-

Ngăn nước sông vào đồng khi có lũ.

-

Kết hợp tuyến đường giao thơng với xe loại 8 – 10 tấn đi qua.

Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế :
1. Cấp cơng trình:
(Xác định theo TCVN 285 – 2002)
a)

Theo chiều cao cơng trình :
Hct = + d - Zđáy kênh = 8,55 + 0,5 - 0 = 9,05 m
Trong đó: d là độ vượt cao an tồn, lấy d = 0,5 ÷ 0,7 m.
Tra bảng P1-1 (Phụ lục 1 - Đồ án mơn học Thuỷ cơng) tương ứng với cơng trình
đập bê tơng trên nền đất ta có cấp cơng trình là cấp III.
b)
Theo nhiệm vụ cơng trình :

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 3


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Tra bảng P1-2 (Phụ lục 1 - Đồ án môn học Thuỷ cơng) tương ứng cơng trình tưới
cho 60.000 ha ta có cơng trình Cấp I
 Chọn cấp cơng trình là cấp I.
2. Các chỉ tiêu thiết kế :
- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định, kết cấu : P = 0,5 %
-

Tần suất gió lớn nhất: p = 2 %

-

Tần suất gió bình qn: p = 50%

-

Tần suất mực nước lớn nhất ngồi sơng khai thác: p = 10% (Bảng P 4 – 4

-

TCVN285 – 2002)
Hệ số vượt tải : (Tra bảng P1 – 4)
+ Trọng lượng bản thân cơng trình: 1,05.
+ Áp lực thẳng đứng của trọng lượng đất: 1,20.
+ Áp lực bên của đất: 1,20.
+ Áp lực nước tĩnh, áp lực thấm ngược, áp lực sóng: 1,00.
+ Tải trọng do gió: 1,30.
+ Tải trọng của động đất: 1,00.

-

Hệ số điều kiện làm việc : m =1 (Với cơng trình bêtơng và bêtơng cốt thép trên nền

-

đất)
Hệ số tin cậy : Kn = 1,2

B. TÍNH TỐN THUỶ LỰC CỐNG
I. Tính tốn kênh hạ lưu.
1. Số liệu thiết kế :
Độ dốc kênh
: i= 2.10- 4 ( sơ bộ ta chọn , sau đó kiểm tra lại
điều kiện bồi lắng và xói lở )

Độ dốc mái
:m
= 1,5
Độ nhám
:n
= 0,025
max
3
Lưu lượng
: QTK = Q lấy =112 ( m /s )
2. Tính tốn Thuỷ lực :
* Độ sâu mực nước trong kênh:
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 4


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

H = Zđầu kênh - Zđáy kênh = 3,31 – 0 = 3,31 m
* Chiều rộng đáy kênh:
Với :

m = 1,5  4m0 = 8,424

=

8,424. 2.104

112
=
= 0,0637

Tra bảng phụ lục 8 – 1 (bảng tra thuỷ lực) với n = 0 ,025 RLn= 3,3 m

3,31
Lập tỷ số = 3,3 = 1,003
Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta được :
= 7,69  B = 7,69.3,3 = 25,38 m  26 m, chọn B=26m
* Kiểm tra điều kiện không xói :

Vmax

< [Vkx]

- Lưu tốc khơng xói:
[Vkx] = k= 0,53.1120,1

= 0,85 (m/s)

Với K: hệ số quyết định bởi tính chất đất nơi kênh đi qua, với đất cát pha K= 0,53
- Tốc độ dòng chảy trong kênh khi dẫn với Qmax:

Vmax=

Vậy = h.(b+m.h) = 3,31 .( 26 +1,5.3,31) = 102,494(m2)

112
 1,093

Vmax= = 102,494
(m/s)
So sánh:Vmax = 1,093( m/s) >[Vkx]= 0,85 (m/s)
Nh vậy kênh thiết kế đà không thỏa mÃn đợc điều kiện

xói lở.
Nên ta phải tính toán tiêu năng phòng xói cho kênh hạ
lu.
II.
Tớnh toỏn khu din cng :
1. Trng hp tính tốn : chọn khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là nhỏ, cần
lấy nước vào đồng với lưu lượng QTK:
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 5


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Z

= - Zđầu kênh = 3,61 - 3,31 = 0,3 m

QTK

= = 112 m3/s.

2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :

a) Cao trình ngưỡng : để tăng khả năng tháo ta chọn ngưỡng cống ngang với đáy
kênh thượng lưu, Znc = 0,0 m.
b) Hình thức ngưỡng: đập tràn đỉnh rộng.
+3.61m

+3.31m

H
0.
0

h

hn

P
Hình 1: Sơ đồ tính tốn khẩu diện cống

3. Xác định bề rộng cống :
a) Xác định trạng thái chảy:
Theo QPTL C8-76 :
Ta có: hn
= hh – P1= hh = Zhl – Zđáy kênh = 3,31 – 0 = 3,31 m
Ho = H+ a
Bỏ qua lưu tốc tới gần V o , do chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu nhỏ độ cao
hồi phục Z có thể bỏ qua, ta có:
min

Ho= H =Z song - Zđáy kênh = 3,61– 0 = 3,61 m
=

3,31
3,61 = 0,917 > ()pg=(0,75 ÷ 0,83) 

Cống chảy ngập

b) Tính bề rộng cống :
Từ cơng thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:
Q=
Trong đó:
n : H/s lưu tốc, lấy theo trị số của h/s lưu lượng m (Tra bảng của Cumin)
n = 0,96
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 6


Đồ án thiết kế cống lộ thiên
g : h/s co hẹp bên : g

GVHD:Nguyễn Mai Chi
= 0,50 + 0,5

Chọn sơ bộ: 0= 0,95  g = 0,975.
Q = Qtk = 112 m3/s
Thay các giá trị vào biểu thức trên ta được:
112
=
= 0,975.0,96.3,31. 2.9,81.(3,61 3,31) =14,9 (m)
Chọn = 15 m , cống có 3 cửa mỗi cống rộng 5 m cách nhau bằng mố trụ dày 1,0 m;

mố bên dày 0,5 m.
Tính lại jn và jg theo trị số của m và eo :
eo
=
=
= 0,833
Trong đó:
: Tổng chiều dày các mố,= 3 m
jg= 0,5eo +0,5 = 0,5.0,833+0,5 = 0,917
m

15
: tra bảng của Cumin (với cotg =1; == 26 =0,58)  m = 0,36

Tra bảng phụ lục 14 – 4 Bảng tra thuỷ lực m = 0,36  n = 0,96


=

112
0,917.0,96.3,31. 2.9,81.(3,61 3,31) = 15,84(m)

 Chọn = 16,5 m :

Chọn cống có 3 cửa, bề rộng mỗi cửa là 5,5 m, cách nhau

bằng mố trụ dày 1m, mố bên dày 0,5m.
Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập:
q

112
 6,8
16,5
==
(m2/sm)
3

hk


=

=

1.6,82
9,81

3,31
= 1,68 = 2

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

= 1,68 (m)
> ()pg = (1,2  1,4)  thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập

Trang: 7


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

III. Tính tiêu năng phịng xói :
1. Trường hợp tính tốn :
Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn.
song

Z=Z max - Z daukenh =7,55 – 3,31 = 4,24 (m)
Cống lấy nước tưới: khi Zsông lớn, Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy. Chế độ nối tiếp hạ lưu
phụ thuộc quy trình vận hành (chế độ đóng mở cửa van) . Trường hợp đơn giản tính tốn
khi mở đều các cửa.
2. Lưu lượng tính tốn tiêu năng :
Cống lấy nước: Mực nước hạ lưu phụ thuộc lưu lượng lấy (khi Z sơng đã có).
Để xác định lưu lượng tính tốn tiêu năng, cần tính tốn với các cấp lưu lượng từ Q min
''
đến Qmax, với mỗi cấp lưu lượng, cần xác định độ mở cửa cống a, độ sâu liên hiệp hc và

độ sâu hạ lưu hh : Qtt là trị số ứng với ( hc  hh )max.
Cách xác định : Tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực :
* Tính độ sâu hạ lưu hh :
Tính :
''

4

, với i = 2.10 tra bảng 8-1 (bảng tra thuỷ lực) được Rln.
b
b
�h �
.R ln

� �
R
R
R
�
ln
�
Lập tỉ số ln , với b = bk=26 m tra bảng với m = 1,5 ta được ln  hh = h =
''

* Tính độ sâu liên hiệp hc :
Giải theo bài toán phẳng : Eo = P + Ho

(Cống khơng có ngưỡng : P = 0)
.Vo2
Ho = H = 7,55 m (bỏ qua lưu tốc tới gần 2g )  E0 = 7,55 m
q
3
2
o

q

Q
�bc

Từ F( c )= E , với
ta có c và tính ra hc  c.Eo
Trong đó :  là hệ số lưu tốc , đánh giá sự tổn thất năng lượng của dòng chảy, theo
Pavơlơpski , với đập tràn đỉnh rộng có :  = 0,85 �0,95 .

Ta chọn  = 0,95
''

''

''

BẢNG TÍNH CHỌN QTN
Q
(m3/s)
112

f(Rln)
0.00091

Rln
3.456

b/Rln
7.523

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

hh
3.607

q
6.05

F(c)

0.30698

’’
c

0.4561

hc''
3.444

hc''-hh
-0.163

Trang: 8


Đồ án thiết kế cống lộ thiên
110
100
90
80
70
60
50
40

0.00093
0.00102
0.00114
0.00128

0.00146
0.00171
0.00205
0.00256

3.428
3.313
3.178
3.142
2.893
2.725
2.545
2.343

GVHD:Nguyễn Mai Chi
7.584
7.848
8.181
8.275
8.987
9.541
10.216
11.097

3.565
3.385
3.181
3.120
2.746
2.502

2.250
1.974

5.95
5.41
4.86
4.32
3.78
3.24
2.70
2.16

0.30191
0.27451
0.24660
0.21920
0.19180
0.16440
0.13700
0.10960

0.4528
0.4339
0.4136
0.3924
0.3688
0.3435
0.3157
0.2841

3.419
3.276
3.123
2.963
2.784
2.593
2.384
2.145

-0.146
-0.109
-0.058
-0.157
0.038
0.091
0.134
0.171

Dựa vào các bảng tính trên ta có : Lưu lượng tính toán tiêu năng Q tn = 40 m3/s,
tương ứng với q = 2,16 (m3/s.m) và với ( – hh)max = 0,171 m
+ Eo = 7,55 m
+
= 2,145 m
+ hh = 1,974 m
* Xác định độ mở cống :
Công thức chảy dưới cửa cống :
Q=
Trong đó:
+

: hệ số co hẹp bên
H0
  1  a0 .
H 0  �b
. Với a0 là hệ số phụ thuộc vào hình dạng mố. Đầu mố dạng nửa
tròn a0= 0,11
7,55
  1 0,11
7,55 18,5 = 0,968

+
: hệ số lưu tốc
Với cống có đáy ở ngang đáy kênh có thể lấy = (0,95 1), chọn = 0,95
+ hc :độ sâu dòng chảy tại mặt cắt co hẹp
+a
: độ mở cống.
Độ mở cống được xác định:
+ : hệ số co hẹp đứng.

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 9


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Mối quan hệ giữa các đại lượng ;
16-1/219 giáo trình thủy lực tập II

Thay vào biểu thức tính Q:

 c ; F ( c ) … được tính tốn và lập sẵn theo bảng

112  0,968.0,95. .a.18,5. 2.9,81.(7,55  .a)

1,4863   .a. 7,55  .a

Giải thử đúng dần:
Lần 1: Giả thiết   0,617 � a  0,91128m
a
H 0 = 0,1207 Tra bảng 16-1 �   0,617
Vậy độ mở cống a= 0.9 m
3. Tính tốn thiết bị tiêu năng :
a)
Chọn biện pháp tiêu năng :
Trường hợp này kênh làm trên nền đất nên ta chọn hình thức làm bể tiêu năng.
b)
Tính tốn kích thước bể :
* Chiều sâu bể :
Sơ bộ chọn chiều sâu bể là : d = . hc  (hh  Z 2 )
''

'
Lúc đó cột nước toàn phần sẽ là: Eo  Eo  d o =7,55+0,289=7,839(m)
= 2,145 m

 : hệ số chảy ngập (1,05 – 1,10) , ta chọn  = 1,1 ta có
=1,1.2,145 =2,36 m
2,162

2,16 2

2
2
2
 Z 2 = = 2.9,81.0,95 .1,974 2.9,81.2,36 =0,0245 m

Tính lại chiều sâu bể theo cơng thức:
d = - (hh + Z 2 )=2,36 -(1,974 + 0,0245) = 0,36m  Chọn theo kích thước bể cấu
tạo : d=0,5 m
* Chiều dài bể tiêu năng :
Lb = L1 + Ln
Trong đó:
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 10


Đồ án thiết kế cống lộ thiên
L1

: chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng, tính theo Trectơuxốp
L1 =
hk

P

GVHD:Nguyễn Mai Chi

H0 = .7,55 = 5,03 (m)

: Chiều cao ngưỡng cống so với bể, P = d = 0,5 m

 L1= 2. 5, 03.(0,5  0,35.5, 03) = 6,74 (m)
Ln

: Chiều dài nước nhảy, ta tính theo cơng thức kinh nghiệm:
Ln
=4,5. = 4,5.2,145 = 9,65 (m)

Chọn hệ số = 0,70,8.


Chiều dài bể tiêu năng:
Lb = L1 + Ln =6,74 + 0,8.9,65 = 14,46(m)  Chọn Lb= 14,5 m

C. BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỐNG
I. Thân cống :
Gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.
1. Cửa van :
Do kích thước cống trung bình nên ta chọn cửa van hình phẳng.
2. Tường ngực :
Bố trí để giảm chiều cao cửa van và lực đóng mở.
a)
Các giới hạn của tường ngực :
* Cao trình đáy tường ngực :
Zđt

= Ztt + 

Trong đó :
+ Ztt
= 3,61 m, mực nước tính tốn khẩu diện cống, tức cần đảm bảo ứng với
trường hợp khi mở hết cửa van chế độ chảy qua cống phải không áp.
+

: Độ lưu không (0,5 – 0,7 m), lấy  = 0,6 m
 Zđt = Ztt +  = 3,61 + 0,6

= 4,2m

* Cao trình đỉnh tường ngực : lấy bằng cao trình đỉnh cống, xác định như đập
bêtông

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 11


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Zđỉnh cống=max(Zđ1, Zđ2), với
Zđ1 =
Zđ2 =
Zđ2 =

binhthuong
Z sông

max
Z song

+ Δh +

'
η
+ Δh' + s

max
Z songcl

ηs

+a

+ a’

+ a’’

Trong đó:

 s : độ dềnh do gió và chiều cao sóng dềnh lớn nhất tính với vận tốc gió tính tốn

+,
lớn nhất

'

+ h , s : độ dềnh do gió và chiều cao sóng dềnh lớn nhất tính với vận tốc gió bình

qn lớn nhất
+ a, a’: độ vượt cao an toàn tra theo cao trình đỉnh đập đất theo TCVN 8216-2009
với cơng trình cấp I (tra bảng ứng với cơng trình cấp II)→ a = 1,2m; a’ =1m a’’=0,3 m
'


 Tính Δh và s
 Tính  h :
h  2.106

V2 D
cos 1
g.H

Trong đó:
V: vận tốc gió tính tốn lớn nhất ứng với cơng trình cấp I thì P = 2% có V=28
m/s
D : đà sóng ứng với mực nước sơng bình thường. D = 200 m.
g : gia tốc trọng trường. g = 9,81 m/s2
H : Chiều sâu cột nước trước cống. H = 7,55 – 0 =7,55( m)
1 : Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió. Chọn 1 = 0. Cos 1 =1
Thay số ta có:
282.200
h  2.10 .
.cos00
9,81.7,55
= 0,0042(m)
6

 Tính  s :

s = ks . h
Trong đó:
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 12


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

ks : tra đồ thị P 2-4, ks phụ thuộc vào /H và h1%/
h : chiều cao truyền sóng.
H : chiều sâu nước sơng
 ': chiều dài sóng.
 Vì chưa biết  nên ta giả thiết là trường hợp sóng nước sâu. (H > )
 Tính các giá trị khơng thứ ngun, trong đó t là thời gian gió thổi liên tục (Khi
khơng có tài liệu lấy t = 6h).
g . t 9,81. 6 . 60 . 60

 7567, 714
V
28

+Tính:

Từ đó tra đường bao đồ thị P2-1 được các giá trị không thứ nguyên
�gt
 3,8

�
�V
(1)
�
�gh  0, 075
�
V2
g . D 9,81. 200

 2, 503
2
282
+ Tính: V

Từ đó tra đường bao đồ thị P2-1 được các giá trị không thứ nguyên
�gt
 0,52
�
�V
(2)
�
�gh  0, 0029
�
V2

+ Chọn cặp giá trị nhỏ nhất trong 2 cặp giá trị trên ta tính được các giá trị sau: chu kỳ
sóng bình qn , chiều cao sóng bình qn , chiều dài sóng bình qn Vậy ta có:
�gt
 0,52
�

�V
�
�gh  0, 0029
�
V2
�g . h
h � 2
�V

�V 2
282
.

0,
0029
.
 0, 232 m
�
9,81
�g

28
�g .  �V
  � �.  0,52 .
 1, 484 s
9,81
�V � g


g .  2 9,81.1, 4842


 3, 44 m
2
2 . 3,14

 Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu:
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 13


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

H1 = 7,6 > /2 = 3,44/2 = 1,72 m
Vậy thoả mãn điều kiện sóng nước sâu.
 Tính chiều cao sóng hs
Từ cấp cơng trình cấp I, theo quy phạm thuỷ lợi C1 – 78 ta tính tốn h s với mức đảm
bảo i = 1%
hs1% = k1% . h
g . D 9,81. 200

 2,503
2
282
k1% : tra ở đồ thị P2-2 với V

ta có k1% = 2,1
 h1% = 2,1 . 0,232 = 0,487(m)



Tính độ dềnh cao của sóng: s = ks . h1%
� 3,44
 0,453
� 
�H 7,6
�
�h1%  0,487  0,142
�
3,44
�

Từ đó tra được trên đồ thị P2-4 được ks = 1,24
s = 1,24 . 0,487 = 0,6 (m )
Tính  h' và  s':



 Tính  h' :
Trong đó:
V': vận tốc gió tính tốn bình qn lớn nhất là vận tốc gió có tần suất xuất hiện là P =
25% , ứng với P = 25% có V = 17( m/s)
D’ : đà sóng ứng với mực nước sơng lớn nhất. D' = 300 m.
g : gia tốc trọng trường. g = 9,81 m/s2
H'1 : Chiều sâu cột nứơc dưới cống.
H'1 =

max
Z song

- đáycống = 8,55- 0 =8,55( m)

1 : Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió. Chọn 1 = 0. Cos 1 =1
Thay số ta có:
h  2.106.

172.300
.cos00
9,81.8,55
= 0,0021 m

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 14


Đồ án thiết kế cống lộ thiên



GVHD:Nguyễn Mai Chi

Tính  's :
's = k's . h'

Trong đó:
k's : tra đồ thị P2-3, k's phụ thuộc vào /H' và h1%/
h': chiều cao truyền sóng.
H' : chiều sâu nước sơng

 ': chiều dài sóng.
 Vì chưa biết ' nên ta giả thiết là trường hợp sóng nước sâu.
g .t 9,81.6.3600

 12464, 47
17
+Tính: V

Tra đường bao đồ thị P2-1 được các giá trị không thứ nguyên:

�gt
 4,1
�
�V
(1)
�
�gh  0, 085
�
V2

g . D ' 9,81. 300

 10,18
2
17 2
+ Tính: V '
�gt
 0,8
�
�V

�
�gh  0, 0061
2
Tra đồ thị hình 2 – 1 ta có �V
(2)

Chọn cặp giá trị nhỏ nhất trong 2 cặp giá trị trên ta tính được:

�gt
 0,8
�
�V
�
�gh  0, 0061
�V 2

�g .h ' �V '2
17 2
h '  � '2 �
.
 0, 0061.
 0,18(m)
�V � g
9.81
� �
17
�g .  ' �V '
 '�
 0,8 .
 1,386 s

�.
9,81
�V ' � g

 '

g .  '2 9,81.1,3862

 3m
2
2 . 3,14

 Kiểm tra H' = 8,6> /2 = 3/2 = 1,5( m)  thoả mãn điều kiện sóng nước sâu.
 Tính chiều cao sóng với mức đảm bảo i = 1% là: h'1% = k'1% .
k'1% : tra ở đồ thị P2-2 ta có k'1% = 2,1

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 15


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

h'1% = 2,1 . 0,18= 0,378( m)
 Tính độ dềnh cao của sóng: 's = k's . h'1%
�
3
 0,35

� 
�H 8, 6
�
�h1%  0,378  0,126
�
3
�

Từ đó tra được trên đồ thị P2-4 được ks = 1,23
's = 1,23 . 0,378= 0,465 ( m).
Vậy cao trình của đỉnh đập:
đ1 =3,31 + 0,0042+0,6 + 1,2 = 5,1 ( m)
đ2 =7,55+ 0,0021+0,465 + 1 = 9 ( m)
đ3 = 8,55 + 0,3 = 8,85 ( m)
Vậy ta chọn cao trình đỉnh tường là 9 m
 Chiều cao tường : ht = 9,01-4,21 =4,8 m
Chọn chiều cao tường h=5 m
b) Kết cấu tường :
Gồm bản mặt và các dầm đỡ. Do chiều cao tường không lớn, chỉ cần bố trí 2 dầm
đỡ (ở đỉnh và đáy tường); Bản mặt đổ liền với dầm, chiều dày bản mặt chọn bằng 0,3 m ,
chiều dày chân tường bằng 0,4 m . Các kích thước như hình vẽ.

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 16


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

3. Cầu cơng tác :
Là nơi đặt thiết bị đóng mở và thao tác van. Kết cấu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ
và các cột chống. Chiều cao cầu công tác đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn
khoảng khơng cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần. Cao trình mặt cầu cơng tác
phụ thuộc vào kích thước của van,cao trình đỉnh trụ, thiết bị đóng mở, kích thước dầm,
bản mặt cầu cơng tác, phương thức lắp ráp, bảo dưỡng ,sửa chữa. Kích thước mặt cắt
ngang cột và dầm đảm bảo chịu lực, cấu tạo. Chiều rộng bản mặt đảm bảo đủ để bố trí
thiết bị và người đi lại để vận hành sửa chữa. Ngoài ra để phục vụ cho việc lợi dụng tổng
họp thì kết cấu cầu ngồi đảm bảo ổn định thì cũng cần có kết cấu, kiến trúc đẹp mắt,phù
hợp với cảnh quan. Sơ bộ xác đinh kích thước cầu cơng tác trường hợp của van phẳng mở
bằng tời như sau:


HCau  HV  d  a

Với

�dayvan

=0

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 17


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

d là kích thước bộ phận truyền động sơ bộ d=1,0÷1,5 (m) chọn d= 1,2m ;
Hv là chiều cao van Hv>Zđáy tường ngực = 4,2 m
Vậy chọn Hv= 4,5m; a độ vượt cao an tồn sơ bộ chọn a=0,3 ÷ 0,5m Chọn a
= 0,5 m

� Chiều cao cầu : chọn Hcầu = 6m
 Bề rộng cầu : 3m

4. Khe phai và cầu thả phai :
Ta bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa
chữa. Ta chọn kích thước khe phai : 30 x 30cm, trên cầu thả phai ta bố trí đường ray cho
cần cẩu thả phai như hình vẽ. Cầu thả phai có chiều dài bằng chiều rộng
chiều rộng 1m , dày 20cm.

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

�b

c

cống,

Trang: 18


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

100

20

20
5. Cầu giao thơng :
Theo u cầu giao thơng ta bố trí cầu bắc qua cống với loại xe 8 �10 tấn lưu thơng.
Cao trình mặt cầu chọn ngang bằng đỉnh cống. Bề rộng và kết cấu cầu chọn theo yêu cầu
giao thơng. Chọn kích thước cầu :
• Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh tường ngực, dầm cao 50cm, mặt cầu
dày 30cm
• Cao trình mặt cầu: Do cầu giao thơng đặt ở phía hạ lưu trong khi mực nước ở hạ
lưu lại nhỏ, do vậy để khối lượng cơng trình giảm bớt thì hạ thấp cao trình mố phía hạ lưu
để cao trình mặt cầu giao thơng bằng cao trình mố phía thượng lưu Zmặt cầu = +9,0 m
• Bề rộng cầu, theo u cầu của giao thơng chọn b = 5m

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 19


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

6. Mố cống :
Bao gồm hai mố giữa và hai mố bên. Trên mố bố trí khe phai và khe van, hình dạng
đầu mố dạng nửa trịn có bán kính r = 0,5 m để đảm bảo điều kiện thuận dòng. Mố có tác
dụng phân chiều rộng cống thành các khoang để bố trí của van phù hợp với kỹ thuật chế
tạo, thi công và năng lực làm việc của các thiết bị đóng mở cửa van. Ngồi ra mố bê cịn

có tác dụng đỡ cầu công tác, cầu giao thông và các thiết bị đặt trên. Mố bên tác dụng liên
kết kết cấu cống với bờ. Chiều dày mố bên cần đủ lớn để đảm bảo chịu áp lực đất nằm
ngang.
Chọn mố giữa d = 1m, mố bên d’ = 0,5m
Chiều cao mố = Zđỉnh tường – Zđáy=9 – 0 = 9 m
7. Khe lún :
Đối với cống lớn cần phải bố trí khe lún có tác dụng làm mềm kết cấu giảm ứng
suất trong kết cấu thân cống khi lún không đều. Khoảng cách giữa các khe lún từ 15-20m.
Do bc = 18,5 m nên ta khơng bố trí khe lún mà toàn cống làm cùng một mảng.
8. Bản đáy :
Dựa vào điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên.
Chiều dài bản đáy được chọn đủ để bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng
tính tốn ổn định cống và độ bền của nền. Theo kinh nghiệm ta chọn kích thước bản đáy
sơ bộ:
LC =’+Bcầuthảphai++Bcầuct++Bcầugt++Bcầuthảphai+’
= 0,5+1+1+3+1+3+1+1+0,5 = 12 m
Với:  khoảng cách giữa cầu công tác và cầu giao thơng =1 m
’ khoảng cách phía sau cầu thả phai ’ =0,5 m
Chiều dày t = 1 m.
II.

Đường viền thấm ::
Bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản đáy cống
đã chọn ở trên. Các kích thước khác sơ bộ chọn như sau:
1. Sân trước :
Để tận dụng vật liệu tại chỗ ta làm bằng đất sét .
* Chiều dài sân :Ls

 (3  4)H

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 20


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Trong đó: H là cột nước tác dụng lên cống, H = -= 8,55 – 2,62 = 5,93 m
(ứng với TH chống lũ - trường hợp bất lợi nhất)


Ls



= 3,5.5,93= 20,755 m

chọn Ls = 21 m.

* Chiều dày sân :
Chiều dày sân thay đổi từ đầu sân đến cuối sân, chiều dày đầu sân chọn theo cấu tạo
t1= 0,6 (m). Chiều dày cuối sân t2 
Trong đó:
[J] = 5 – gradien thấm cho phép, đối với đất sét làm nền (4  6).
H : Chênh lệch cột nước ở mặt trên và mặt dưới của sân. Do chưa biết H nên
lấy t2 theo cấu tạo. Chọn t2=1m
Để bảo đảm chống xói, chống nứt nẻ trên mặt sân trước ta phủ một lớp cát sỏi dày
20cm

2. Bản cừ :
a)
Vị trí đặt :
Do cống chịu tác dụng của đầu nước một chiều nên ta đóng cừ ở phía đầu bản đáy.
b)
Chiều sâu đóng cừ :
Do tầng thấm rất dày, khơng thể đóng cừ đến tầng khơng thấm, ta đóng cừ treo ở
phía đầu bản đáy với chiều sâu S= 5(m).

0,5

3. Chân khay :
Để tăng thêm tính ổn định và kéo dài đường viền thấm ta bố trí chân khay ở hai đầu
cống. Chân khay cắm sâu vào lòng đất 0,5m

0,5

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

0,5

Trang: 21


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

4. Thoát nước thấm :
Để phịng chống hiện tượng xói ngầm cơ học xảy ra trong nền thì ở sân của bể tiêu

năng bố trí các lỗ thốt nước. Vị trí lỗ thốt nước cách bản đáy cống 2 m về phía hạ lưu.
Khoảng cách giữa các lỗ là 1,5 m. Phía dưới sân tiêu năng bố trí tầng lọc ngược.
Tầng lọc ngược được tạo thành từ các loại vật liệu không dính như cát, sỏi...được
sắp xếp theo chiều đường kính hạt tăng dần theo chiều dòng thấm và thiết kế lựa chọn
cấp phối sao cho thỏa mãn một số yêu cầu:
o Các hạt trong mỗi lớp không được di động
o Các hạt của lớp hạt nhỏ không được chui vào lớp hạt lớn
o Đất không được chui vào tầng lọc ngược
o Tầng lọc phải khơng được tắc
Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng lọc ngược.
5. Sơ đồ kiểm tra chiều dài đường viền thấm :

Theo công thức tỷ lệ đường thẳng :
Ltt C.H
Trong đó:
Ltt là chiều dài tính tốn của đường viền chống thấm tính theo phương pháp của
Len.
Ltt = Lđ +
Lđ: Chiều dài tổng cộng các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc
nghiêng so với phương ngang 450
Lđ=0,6 +0,5+5+5+0,5+0,5 = 12,1(m)

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 22


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Ln: Chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn nghiêng góc so
với phương ngang một góc  45o
Ln=21 + 10,5 =31,5(m)
m là hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ thấm. Khi có 1 hàng cừ thì
chọn m = 1,01,5
31,5
Ltt = 12,1 + 1 = 43,6(m)



C : Hệ số phụ thuộc tính chất nền, tra bảng 3-1 ta có C = 6 ứng với cát hạt nhỏ.
H : Độ chênh mực nước thượng hạ lưu, H = 5,93 (m)
Kiểm tra :
Ltt

= 43,6 C.H

= 6.5,93 = 35,58 (m).  Đường viền thấm hợp lý.

III. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu :
1. Nối tiếp thượng lưu :
Chọn hình thức nối tiếp dạng xoắn vỏ đỗ, với góc mở  có tg =. Hình thức tường
cánh là tường thẳng nối tiếp với kênh thượng lưu.
Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói bằng đá xây dày 0,4 m.
Chiều dài lớp phủ : lP=4H1, với H1 là chiều sâu nước chảy vào cống, H1 = 5,93 m


lP

= 4.5,93

= 23,72 (m). Chọn lP = 24 (m).

Phía dưới lớp đá bảo vệ có tầng đệm bằng dăm cát dày 15 cm.
2. Nối tiếp hạ lưu :
* Tường cánh : Chọn dạng xoắn vỏ đỗ, theo kinh nghiêm góc mở thường chọn

trong khoảng

tg 

1 1
�
4 6 nên chọn tg1 =

* Sân tiêu năng: Bằng bê tông đổ tại chổ có bố trí lỗ thốt nước. Phía dưới có tầng
đệm theo hình thức lọc ngược. Chiều dày sân tiêu năng xác định theo cơng thức
Dơmbrốpxki:
t = 0,15V1
Trong đó : h1 chiều sâu đầu đoạn nước nhảy, h1= hc=  .a = 0,617.0.9=0,56(m)
V1 lưu tốc đầu đoạn nước nhảy
SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 23


Đồ án thiết kế cống lộ thiên

V1 =



GVHD:Nguyễn Mai Chi
Qtn
Q

 �bh1

112
 10,81
= 18,5.0,56
(

t= 0,15.10,81. 0,56 = 1,21m , chọn t = 1 m

* Sân sau : Làm bằng đá xếp để tiêu hao nốt phần năng lượng thừa còn lại, phía
dưới có tầng đệm theo hình thức lọc ngược.
Chiều dài sân sau nối tiếp với hạ lưu được xác định theo cơng thức kinh nghiệm :
lSS= K
Trong đó :
112
q lưu lượng đơn vị cuối sân tiêu năng q= = 26 = 4,3 (m3/s.m)

H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, H =5,93 m
K: Hệ số phụ thuộc tính chất lịng kênh, với đất cát, cát pha chọn K = 15.


lSS = 15

4,3. 5,93

= 48,54(m)Chọn lSS = 49 m.

D. TÍNH TỐN THẤM DƯỚI ĐÁY CỐNG
I. Những vấn đề chung :
1. Mục đích :
Xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên cống W t và gradien thấm J,
trong đồ án này ta chỉ tính Wt và J.
3. Trường hợp tính tốn :
Tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.
4. Phương pháp tính :
Sử dụng phương pháp đồ giải vẽ lưới thấm bằng tay. Kiểm tra bằng phương pháp
hệ số sức kháng.

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 24


Đồ án thiết kế cống lộ thiên
II.

GVHD:Nguyễn Mai Chi

Tính thấm bằng phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay :
1. Xây dựng lưới thấm :
a) Xây dựng lưới thấm
Lưới thấm được xây dựng bằng phương pháp vẽ gần đúng.
 Đường dòng đầu tiên trùng với bản đáy cống và đi qua các biên của cừ như hình
vẽ.

 Đường dịng cuối cùng là biên lớp đất sét.
 Đường thế đầu tiên là biên của tầng lọc ngược dưới đáy bể hạ lưu.
 Đường thế cuối cùng là mặt đất nằm ngang
J ra

?S

H=5,93m

A

B

23
22
21

20 19

18 17 16 15 14 13 12 11 10

9

8

7

6 5 4

3

2

1

b) Cách xác định áp lực thấm :
Sơ đồ lưới thấm có 23 dải (n = 21) và có 4 ống dòng (m = 4)
H 5,93

23 = 0,26 (m)
Cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải là H = n

Cột nước thấm tại một điểm x nào đó cách dải cuối cùng i dải là : hx= i.H
iA=5,5  hA = 8,5.0,26 = 2,21 (m)
iB= 0  hB = 0 (m)
* Áp lực thấm :

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thủy

Trang: 25