Chuyên đề kỹ thuật công trình kiểm soát nguồn nước thiết kế cống lộ thiên cống b đề số 43

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC

ĐỒ ÁN
Chuyên đề: Kỹ Thuật Cơng Trình Kiểm Sốt Nguồn Nước

Thiết Kế Cống Lộ Thiên
Cống B đề số 43

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo
SVTH: Văn Phát Tài
MSSV: 0550150077


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC

ĐỒ ÁN
Chuyên đề: Kỹ Thuật Cơng Trình Kiểm Sốt Nguồn Nước

Thiết Kế Cống Lộ Thiên
Cống B đề số 43

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo
SVTH: Văn Phát Tài
MSSV: 0550150077


Mục Lục

Phần I. Tài Liệu................................................................................................................................1
1. Nhiệm vụ cơng trình.................................................................................................................1
2. Các mực nước và lượng tiêu.....................................................................................................1
3. Tài liệu về kênh.........................................................................................................................1
4. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng...................................................................................1
5. Tài liệu địa chất.........................................................................................................................1
6. Thời gian thi công.....................................................................................................................2
7.Yêu cầu đồ án............................................................................................................................2
Phần II. Thuyết Minh.......................................................................................................................3
1. Giới thiệu về cơng trình............................................................................................................3
1.1 Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế................................................................................3
a) Cấp cơng trình..................................................................................................................3
b) Các chỉ tiêu thiết kế..........................................................................................................3
2. Tính tốn thủy lực cống............................................................................................................3
2.1 Mục đích..............................................................................................................................3
2.2 Tính tốn kênh hạ lưu.........................................................................................................3
2.3 Tính tốn khẩu diện cống....................................................................................................5
a) Trường hợp tính tốn........................................................................................................5
b) Chọn loại và cao trình ngưỡng.........................................................................................5
c) Xác định bề rộng cống......................................................................................................5
2.4 Tính tiêu năng phịng xói....................................................................................................8
a) Trường hợp tính tốn........................................................................................................8
b) Lưu lượng tính tốn tiêu năng..........................................................................................8
c) Tính tốn kích thước thiết bị tiêu năng............................................................................8
3. Bố trí các bộ phận cống..........................................................................................................10
3.1 Thân cống..........................................................................................................................10
a) Cửa van...........................................................................................................................10
b) Tường ngực....................................................................................................................10
c) Cầu công tác...................................................................................................................15
d) Khe phai và cầu thả phai................................................................................................15

e) Cầu giao thông................................................................................................................15
f) Mố cống..........................................................................................................................15


g) Khe lún...........................................................................................................................15
3.2 Đường viền thấm...............................................................................................................16
a) Sân trước........................................................................................................................16
b) Bản cừ............................................................................................................................17
c) Chân khay.......................................................................................................................17
d) Thoát nước thấm............................................................................................................17
e) Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm....................................................................18
3.3 Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu......................................................................................18
a) Nối tiếp thượng lưu........................................................................................................18
b) Nối tiếp hạ lưu................................................................................................................19
4. Tính toán thâm dưới đáy cống................................................................................................20
4.1 Những vấn đề chung.........................................................................................................20
a) Mục đích.........................................................................................................................20
b) Trường hợp tính tốn.....................................................................................................20
c) Phương pháp tính...........................................................................................................20
4.2 Tính thấm cho trường hợp đã chọn.......................................................................................20
a) Vẽ lưới thấm...................................................................................................................20
b) Dùng lưới thấm xác định các đặc trưng dòng thấm.......................................................21
4.3 Kiểm tra độ bền thấm của nền...........................................................................................22
a) Kiểm tra độ bền thấm chung..........................................................................................22
b) Kiểm tra độ bền thấm cục bộ.........................................................................................24
5. Tính tốn ổn định cống...........................................................................................................24
5.1 Mục đích và trường hợp tính tốn.....................................................................................24
a) Mục đích và trường hợp tính tốn..................................................................................24
b) Trường hợp tính tốn.....................................................................................................24
5.2 Tính tốn ổn định trượt cho trường hợp đã chọn..............................................................25

a) Xác định các lực tác dụng lên mảng tính tốn................................................................25
b) Xác định áp lực đáy móng.............................................................................................28
c) Tính tốn trượt phẳng.....................................................................................................30
Phần III. Kết Luận..........................................................................................................................31


Mục Lục Bảng
Bảng 1 Lưu lượng và mục nước cống B.............................................................................1
Bảng 2 Tài liệu về gió.........................................................................................................1
Bảng 3 Chiều dài truyền sóng.............................................................................................1
Bảng 4 Tài liệu địa chất......................................................................................................1
Bảng 5 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống........................................................................2
Bảng 6 Kết Quả Tính Toán các Lực Tác Dụng.................................................................29


Mục Lục Hình Ảnh
Hình 1 Sơ đồ tính khẩu diện khi ngưỡng đỉnh rộng............................................................5
Hình 2 Mặt bằng của cống với mố trụ giữa hai cửa cống...................................................7
Hình 3 Trạng thái chảy ngập...............................................................................................7
Hình 4 Nước nhảy ở cống tiêu..........................................................................................10
Hình 5 Kích thước chân khay...........................................................................................17
Hình 6 Kích thước đường viền thấm.................................................................................18
Hình 7 Chênh lệch độ cao mực nước ở thượng lưu và hạ lưu...........................................20
Hình 8 Lưới thấm vẽ bằng tay..........................................................................................20
Hình 9 Sơ đồ áp lực thấm đẩy ngược................................................................................21
Hình 10 Biểu đồ Gradien thấm Jr......................................................................................22
Hình 11 Sơ đồ đường viền thấm.......................................................................................23
Hình 12 Kích thước của bản đáy.......................................................................................25
Hình 13 Kích thước của cầu giao thơng............................................................................26
Hình 14 Kích thước của cầu cơng tác...............................................................................26

Hình 15 Kích thước của tường ngực.................................................................................27


Phần I. Tài Liệu
1. Nhiệm vụ cơng trình
Cống B xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều) để tiêu nước, ngăn
triều và giữ ngọt. Diện tích tiêu: 30.000 ha.
Cống xây dựng trên tuyến đường giao thơng có loại xe 8-10 tấn đi qua.

2. Các mực nước và lượng tiêu
Tiêu Nước

Ngăn triều

Q tiêu
max

ống chế
Z kh
đồng

ZTK
sông

Z min
sông

Z max
sông

3

(m /s)

(m)

(m)

(m)

(m)

90

3,66

3,49

0,25

6,30

Z min
đồng (m)

0,92

Bảng 1 Lưu lượng và mục nước cống B

3. Tài liệu về kênh

 Zđáy kênh = - 1,00 m ;

 Độ dốc mái m = 1,5 ;

 Độ dốc đáy i = 10 –4 ;

 Độ nhám n = 0,025.

4. Tài liệu về gió và chiều dài truyền sóng
Tần suất P%

2

3

5

20

30

50

V (m/s)

28,0

26,0

22,0

18,0

16,0

14,0

Bảng 2 Tài liệu về gió
Trường hợp

Z sơng bình thường

Z sơng max

D (m)

200

300

Bảng 3 Chiều dài truyền sóng

5. Tài liệu địa chất
Loại đất

Đất thịt

Đất cát pha

Đất sét

Cao độ

+1,00 đến -1,00

-1,00 đến -20,00

-20,00 đến -40,00


Bảng 4 Tài liệu địa chất

Loại đất
Chỉ tiêu

Thịt

Cát pha

Sét

k (T/m3)

1,47

1,52

1,41

tn (T/m3)

1,70

1,75

1,69

Độ rỗng n

0,40

0,38

0,45

tn (độ)

190

230

120

bh (độ)

160`

180

100

Ctn (T/m2)

1,50

0,50

3,50

Cbh (T/m2)

1,00

0,30

2,50

4 . 10-7

2 . 10-6

1 . 10-8

Hệ số rỗng e

0,67

0,61

0,82

Hệ số nén a (m2/N)

2,2

2,0

2,3

Hệ số không đều 

8

9

7

Kt (m/s)

Bảng 5 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống

6. Thời gian thi công
Thời gian thi cơng cơng trình là 2 năm.

7. u cầu đồ án








Xác định cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế.
Tính tốn thuỷ lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêu năng.
Chọn cấu tạo các bộ phận cống.
Tính tốn thấm và ổn định cống.
Chun đề: tính tốn bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.
Bản vẽ: 1 - 2 bản khổ A1, thể hiện được cắt dọc, mặt bằng, chính diện
thượng, hạ lưu, mặt cắt ngang cống và các cấu tạo chi tiết.


Phần II. Thuyết Minh
1. Giới thiệu về cơng trình
Theo quy hoạch và phát triển của vùng. Cống lộ thiên xây dựng ven sông Y
là vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều có nhiệm vụ tiêu nước cho 30,000 ha, ngăn
triều và giữ ngọt cho ruộng.

1.1 Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế
a) Cấp cơng trình
Theo QCVN 04 – 05 : 2012 cấp cơng trình được xác định theo các tiêu chí sau
 Theo chiều cao cơng trình và loại nền: Tra theo bảng 1 với đối tượng là đập
bê tơng trên nền đất nhóm B. Ta có sơ bộ cơng trình thuộc cơng trình cấp II.
 Theo nhiệm vụ cơng trình, thì cấp cơng trình là cấp thiết kế cơng trình là
cấp II.
Vậy chọn cấp cơng trình là cấp II
b) Các chỉ tiêu thiết kế
Dựa vào cấp cơng trình (cấp II) xác định được:
 Tần suất lưu lượng,mực nước lớn nhất để tính tốn ổn định, kết cấu là P% = 0,5
% (theo bảng P1-3).
 Tần suất mực nước lớn nhất ngồi sơng khai thác P% = 10%.

 Hệ số lệch tải n = 1,00.
 Hệ số điều kiện làm việc m = 1,00 (theo bảng P1-5).
 Hệ số tin cậy Kn = 1,20 (theo bảng P1-6).
 Tải trọng động đất = 1,00

2. Tính tốn thủy lực cống
2.1 Mục đích
Xác định khẩu diện và tính tốn tiêu năng (phần lập quy trình đóng mở cống
khơng u cầu trong đồ án này).
2.2 Tính tốn kênh hạ lưu
Bài tốn ở đây có i, m, n, Q, h (do khống chế cao trình đáy và mực nước thiết
kế) từ đó có thể tìm được B. Có thể giải bằng phương pháp đối chiếu với mặt cắt
lợi nhất về thuỷ lực. Ta chọn sơ bộ chọn độ dốc kênh i = 10 -4, độ dốc mái m = 1,5,
độ nhám n = 0,025.
Chiều sâu cột nước trong kênh là h = ZTK
Sông – Zđáy
(m).
3
Lưu lượng tính tốn: Q = Q tiêu
max = 90(m /s)

kênh

= 3,49 – (-1,0) = 4,49


 Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực
 m0 = 2√ 1+m2 – m = 2√ 1+1,52 – 1,5 = 2,11.


4 m0 √i
f(Rln) =
Q

=

4. 2,11. √ 10−4
= 0,0009
90

Tra bảng phụ lục 8 – 1 ở Các bảng tính thủy lực với n = 0,025, thì giá trị R ln =
3,42 m.
Lập tỉ số

hk
R ln

=

4,49
= 1,314.
3,42

Tra bảng phụ lục 8 – 3 ở Các bảng tính thủy lực với m = 1,5 kèm theo phương
B KH

pháp nội suy một chiều, thì được giá trị R = 4,78.
ln
Từ đó có thể xác định được giá trị b cụ thể : B KH = 3,42 . 4,78 = 16,3 m. Chọn
BKH = 17 m.

 Kiểm tra điều kiện khơng xói trong kênh
Sơ bộ xác định vận tốc khơng xói (Vkx) theo cơng thức (theo 4118:2012): Vkx =
K.Q0,1, trong đó K là hệ số phụ thuộc vào đất lòng trong kênh K = 0,53. Vậy, V kx =
0,53 . 900,1 = 0,831 m/s.
Vì kênh dẫn nước từ đồng nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần
kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ta chỉ cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức cần khống chế
Vmax< Vkx, trong đó Vmax là lưu tốc lớn nhất trong kênh ứng với lưu lượng Q max = 90
m3/s.
Sau đó, cần xác định h max theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về
thủy lợi
Tra bảng phụ lục 8 – 1 ở Các bảng tính thủy lực với n = 0,025, thì giá trị R ln =
3,42 m.

 f(Rln) =
Lập tỉ số

4 m0 √i
Q

=

4. 1,5. √ 10−4
= 0,000938.
90

B BH
17
=
= 4,97.
3,42

R ln

Tra bảng phụ lục 8 – 3 ở Các bảng tính thủy lực với m = 1,5 kèm theo phương
h

h

pháp nội suy một chiều, thì được giá trị R = 1,318. Từ đó giá trị hmax = Rln . R =
ln
ln
3,42 . 1,318 = 4,51 m.


Vận tốc lớn nhất trên kênh hạ lưu
Vmax =

Qmax
ω max

=

Q max

( b+m . hmax ) . hmax

90

= ( 17+1,5.4,51 ) .4 .51 = 0,841 m/s.

Vậy Vmax > Vkx nên kênh tiêu sẽ bị xói. Phải có biện pháp tiêu năng phịng xói

cụ thể như làm sân tiêu năng bằng bê tơng có lỗ thốt nước thấm.


2.3 Tính tốn khẩu diện cống
a) Trường hợp tính tốn
Chọn tính tốn trong trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần
tháo với lưu lượng thiết kế (do ta khơng mở hết cửa van-vì cống cịn làm nhiệm vụ
giữ nước)
 QTK = Q max = 90 m3/s
khống chế
 ZTL = Z đồng = 3,66 m
TK
 ZHL = Z sông = 3,49 m
tiêu

Chênh lệch thượng hạ lưu: ∆ Z = ZTL – ZHL = 3,66 – 3,49 = 0,17 m.
b) Chọn loại và cao trình ngưỡng
 Cao trình ngưỡng
Đối với cống tiêu và cống lấy nước tưới khi chênh lệch mực nước khống chế
nhỏ, ta chọn ngưỡng thấp để tăng khả năng tháo. Trong đồ án này, ta chọn ngưỡng
cống ngang đáy kênh thượng lưu ∇ đk = - 1,00 m.
 Hình thước ngưỡng
Do chọn cao trình ngưỡng là ngưỡng thấp nên chọn hình thức ngưỡng là đập
tràn đỉnh rộng.

Zhp
HTL=4,6
6

-1,00

h=4,5
1

hn

Hình 1 Sơ đồ tính khẩu diện khi ngưỡng đỉnh rộng
c) Xác định bề rộng cống
 Định trang thái chảy
Theo QPTL C8 – 76, đập chảy ngập khi hn > nH0, trong đó
TK
 hn = hh – P1 = Z sông – Zđk = 3,49 – (-1,00) = 4,49 m.




α V 20
khống chế
H0 = H +
= Z đồng - Zđk = 3,66 – (-1,00) = 4,66 m.
2g
n là hệ số, sơ bộ có thể lấy từ 0,75 ≤ n ≤ (0,83 ÷ 0,87), chọn n = 0,8. Từ đó

n.H0 = 0,8 . 4,66 = 3,728 m.
Do hn > nH0, trạng thái chảy trong đập là chảy ngập.


 Tính bề rộng cống ∑ b
Từ cơng thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập
Q = φ n φ g ∑ b . h √ 2 g(H 0 −h)

Trong đó
φ n: hệ số lưu tốc, lấy theo trị số của hệ sống lưu lượng m.

Từ hình thức cửa vào của ngưỡng, tra bảng 14-3 (Các bảng tính thủy lực), sơ
bộ chọn hệ số lưu lượng của ngưỡng là m = 0,35. Từ m = 0,35 Tra bảng 14-4 (Các
bảng tính thủy lực), ta chọn được giá trị hệ số lưu tốc φ n = 0,93.
φ g : hệ số co hẹp bên. Ta có: φ g = 0,5ε 0 + 0,5

Sơ bộ có thể chọn ε 0 = 0,96. Hệ số co hẹp bên là: φ g = 0,5 . 0,96 + 0,5 = 0,98.
Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ,thường xảy ra chảy ngập.Độ cao
phục hồi Zhp thường nhỏ,có thể bỏ qua ở đây ta lấy gần đúng h=hn= 4,49 m.
Thay vào cơng thức tính lưu lượng, ta xác định được bề rộng cống

∑ b=

Q
φn φ g h √ 2 g (H 0−h)

=

90
0,93.0,98.4,49 . √ 2.9,81(4,66−4,49)

= 12,042 m.

Chọn ∑ b = 12 m. Chia cống làm 2 khoang, mỗi khoang rộng b = 6 m. Các
khoang cách nhau bởi các mố trụ dày 1 m. Mố bên dày 0,5 m.
Tiền hành tính lại các giá trị φ n,φ gtheo trị số m và ε 0.
ε0 =

12
∑b =
= 0,857
∑ b+ ∑ d 12+(0,5+1+0,5)

trong đó ∑ d là tổng chiều dài các mố.
φ g = 0,5ε 0 + 0,5 = 0,5 . 0,857 + 0,5 = 0,93

Chọn góc mở rộng θ có cotgθ = 1; ta có tỉ số β =

∑b =
B
BH

12
17

= 0,706, m phụ

thuộc vào chiều cao ngưỡng P, độ co hẹp ε 0 và dạng mố, m được tra theo bảng của
Đ.I Cumin (bảng 14 – 9 thuộc Các bảng tính thủy lực) và sử dụng phương pháp nội
suy một chiều thì giá trị m = 0,379. Từ giá trị m đã tra được, tra tiếp tục ở bảng 14
– 4 thì có được giá trí hệ số lưu tốc φ n= 0,998.
Từ đó thay vào cơng thức tính bề rộng cống

∑ b=

Q
φn φ g h √ 2 g ( H 0−h)

=

90
0,989.0,93.4,49 . √ 2.9,81( 4,66−4,49)

= 11,93 m.


Ta thấy kết quả chênh lệch nhau không đáng kể nên chọn bề rộng cống ∑ b =
12 m là thoả mãn.

b
1m

B

b

Hình 2 Mặt bằng của cống với mố trụ giữa hai cửa cống

Kiểm tra lại trạng thái dòng chảy của cống
Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập
 q=

Q

∑b

=

90
= 7,5 m3/s.m
12

2
2
2
 hk = 3 α q = 3 α q = 3 1 . 7,5 = 1,71 m

√ √ √

g
g
9,81
hn 4,49
hn

=
= 2,625 > ( )pg = (1,2 ÷ 1,4)
hk 1,71
hk

-> Thỏa mãn tiêu chuẩn chảy ngập.

Hình 3 Trạng thái chảy ngập


2.4 Tính tiêu năng phịng xói
a) Trường hợp tính tốn
Tính toán trong trường hợp tháo lưu lương qua cống với chênh lệch mực nước

hạ lưu lớn. Với loại cống tiêu vùng triều, trường hợp mực nước triều hạ thấp nhất
(chân triều); ở phía đồng là mực nước đã khống chế. Trường hợp này thường tranh
thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua sống có thể lớn hơn lưu lượng thiết
kế. Tuy nhiên chế độ đó khơng duy trì trong một thời gian dài.
 Z đồng = 3,66 m (phía thượng lưu).
min
 Z sơng = 0,25 m (phía hạ lưu).
b) Lưu lượng tính tốn tiêu năng
khống chế

Vì cống đặt gần sơng nên nói chung mực nước hạ lưu cống khơng phụ thuộc
lưu lượng tháo qua cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất ứng với các mực
3
nước tính tốn đã chọn ở trên. Vì vậy, Qtt = Q tiêu
max = 90 m /s.
c) Tính tốn kích thước thiết bị tiêu năng
 Chọn biện pháp tiêu năng
Có thể tiêu năng theo phương pháp đào bể hoặc xây tường hoặc làm bể tường
kết hợp. Trong đồ án này với cống trên nền đất, tiến hành tiêu năng bằng phương
pháp đào bể là phương pháp hợp lý hơn.
 Tính tốn kích thước bể tiêu năng
¿

Chiều sâu đào bể d = σ . h c - (hh + Z2)
Trong đó
σ là hệ số ngập sơ bộ chọn bằng 1,05.
h c¿ là độ sâu liên hiệp sau nước nhảy.

Z2 là chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính như đập trà đỉnh rộng chảy
ngập.

Z2 =
¿

q2
2. g . φ2n . h2h

-

q2
(1)
2. g . ¿ ¿ ¿

Vì h c và Z2 đều phụ thuộc vào d nên phải tính gần đúng theo phương pháp thử
dần.
H = 3,66 – (-1) = 4,66 m
hh = 0,25 – (-1) = 1.25 m


Bỏ qua lưu tốc đi tới ở thượng lưu, ta có cột nước thượng lưu so với kênh hạ
lưu
E0 =E = H0 = H = 4,66 m
90

q = 12 = 7,5 m2/s
F(τ c) =

q
7,5
= 0,7848
3/ 2 =

φ . E0
0,95. 4,663 /2

Trong đó
φ là hệ số lưu tốc xác định theo bảng 15 – 1 ở Các bảng tính thủy lực.

E0 là cột nước toàn phần của thượng lưu so với đáy sân sau tại mặt cắt co
hẹp c – c.
Tra bảng 15 – 1 (Các bảng tính thủy lực), từ giá trị F( τ c) tính được và hệ số lưu
tốc φ .
 τ c = 0,198 => hc = τ c . E0 = 0,198.4,66 = 0,92 m
¿
¿
¿
 τ c = 0,6648 => h c = τ c . E0 = 0,6648.4,66 = 3,10 m
¿
 σ . h c = 1,05.3,10 = 3,25 m
¿

Giả thiết lần 1: d0 = σ . h c - hh = 3,25 – 1,25 = 2,00 m
= > E'0 = E0 + d0 = 4,66 + 1,91 = 6,66 m
F(τ c) =




q
7,5
3/ 2 =
φ . E0

0,95.6,66 3/ 2

= 0,4590

τ c¿ = 0,5417 => h c¿ = τ c¿ . E'0 = 0,5417.6,66 = 3,61 m.
¿
σ . h c = 1,05.3,61 = 3,79 m

Thay các giá trị tính được vào biểu thức (1) Z 2 = 1,69 m. Từ đó giá trị d0 = 3,79
– (1,25 +1,69) = 0,85 m.
Giả thiết lần 2: d0 = 0,85 m
= > E'0 = E0 + d0 = 4,66 + 0,85 = 5,51 m
F(τ c) =




q
7,5
3/ 2 =
φ . E0
0,95.5,513 /2

= 0,6101

τ c¿ = 0,6066 => h c¿ = τ c¿ . E'0 = 0,6606.5,51 = 3,34 m.
¿
σ . h c = 1,05.3,34 = 3,51 m

Thay các giá trị tính được vào biểu thức (1) Z 2 = 1,65 m. Từ đó giá trị d0 = 3,79

– (1,25 + 0,19) = 0,61 m.


Ta thấy d 0 (1) ≈ d tt0 (1) đó ta không phải giả thiết lại giá trị của d. Vậy ta đào bể
tiêu năng với độ sâu là d0 = 0,85 m.
¿

Thượng Lưu (Đồng)

H

Hạ Lưu (Sơng)

E0
=H0

E0’
d0

hh

Hình 4 Nước nhảy ở cống tiêu
Chiều dài bể tiêu năng Lb
Lb = L1 + 0,8Ln
Trong đó
L1 là chiều dài nước rơi từ ngưỡng xuống sân tiêu năng có thể tính theo cơng thức
Tréc tô-Uxốp
L1 = 2 √ hk ( P+0,35 hk )
2
2

hk = H0 = . 4,66 = 3,11 m
3
3

L1 = 2 √ 3,11 (0+0,35 .3,11) = 3,68 m

¿

ln = 4,5 h c = 4,5 . 3,34 = 15,05 m.
Vậy Lb = 3,68 + 0,8.15,05 = 15,71 m => Lấy Lb = 16 m.

3. Bố trí các bộ phận cống
3.1 Thân cống
Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó
a) Cửa van
Do lỗ cống tương đối lốn nên chọn bố trí cửa van cung. Chon thân cống dài 15 m.
b) Tường ngực
Tường ngực được bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.
 Các giới hạn của tường ngực
 Cao trình đáy tường ngực
Zđt = Ztt + δ
Trong đó
Ztt là Mực nước tính tốn khẩu diện cống, ứng với trường hợp khi mở hết cửa van


ống chế
chế độ chảy qua cống là chảy không áp => Ztt = Z kh
= 3,66
đồng

δ là độ lưu không có giá trị từ 0,5 ÷ 0,7 m. Lấy δ = 0,5.

Vậy cao trình đáy tường ngực: Zđt = 3,66 + 0,5 = 4,16 m.
 Cao trình đỉnh tường
Cao trình đỉnh thường được lấy bằng cao trình đỉnh cống.
TH1: Zđỉnh = Z sơngbìnhthường (MNDBT) + ∆ h +s + a
TH2: Z'đỉnh = Z sôngmax (MNLTK) + ∆ h’ + ’s + a’
Trong đó:
∆ h và ∆ h’ là độ dềnh do gió ứng với gió tính tốn lớn nhất và gió bình qn lớn

nhất.
s và ’s là độ dềnh cao nhất của sóng (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính tính
tốn lớn nhất và gió bình qn lớn nhất.
a và a’ là độ vượt cao an toàn.
Trường hợp 1 Xác định ∆ h và s ứng với gió tính tốn lớn nhất.
Xác định ∆ h
∆ h = 2.10-6

v2 . D
. cos β
g. H

Trong đó
v là vận tốc gió tính tốn lớn nhất, v = 28 m/s
D là chiều dài truyền sống ứng với Z sơngbìnhthường , D = 200 m.
g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
H là chiều sâu cột nước dưới cống.
H = ZTK
sông – Zđk = 3,49 – (-1) = 4,49 m
β là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, β = 0 o

∆ h = 2.10-6

28 2 .200
. cos 0 o = 0,007 m
9,81.4,49

Xác định s (độ dềnh cao nhất của sóng)
s = ks . hs1%
Trong đó
λ h

ks tra đồ thị P2-3, ks = f( H , λ )
hs1% là chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo
λ là chiều dài sóng



Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5).
Ta có t là thời gian gió thổi liên tục. Do khơng có tài liệu nên ta lấy t = 6h.
¿ 9,81.6 .3600
= 7567,714
v =
28
gD 9,81.200
=
= 2,503
v2
282
gD

¿

Tra hình P2-1 ứng với các giá trị v và 2
v
gh

¿

Ứng với v = 7597,714 ta có 2 = 0,0096
v

(1)

gτ
= 1,06
v

Ứng với

gD
gh
= 0,0027
2 = 2,503 ta có
v
v2

(2)

gτ
= 0,50

v

So sánh (1) và (2) thì chọn cặp giá trị (2). Từ đó tính được các giá trị.
h=

0,0027. v 2 0,0027.28 2
=
= 0,216 m
9,81
9,81

τ=

0,50. v 0,50.28
= 9,81 = 1,427 s
9,81

λ=

g . τ 2 9,81.1,427 2
=
= 3,181 m
2. π
2.3,14

Vậy ta có : H = 4,49 m > 0,5λ = 1,591 m
Vậy điều kiện giả thiết là đúng.
Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảm bảo 5%: hs5% = k5% . h
Tra đồ thì P2-2 ứng với

gD
= 2,503 ta có ks5% = 1,712.
v2

hs5% = 1,712 . 0,216 = 0,369 m
Từ giá trị hs5% và λ tra từ độ thị P2-4 được giá trị ks
λ
3,181
=
= 0,709
H
4,49
h 0,369
=
= 0,116
λ 3,181

Từ đó tra được ks = 1,22


Từ đós = ks . h = 1,22 . 0,369 = 0,451 m
= > Zđỉnh = 4,49 + 0,007 + 0,451 + 0,5 = 5,448 m.
Trường hợp 2 Xác định ∆ h và s’ ứng với gió bình qn lớn nhất.
Xác định ∆ h
∆ h = 2.10-6

v2 . D
. cos β
g. H

Trong đó
v là vận tốc gió tính tốn lớn nhất, v = 14 m/s
D là chiều dài truyền sống ứng với Z sông max , D = 300 m.
g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
H là chiều sâu cột nước dưới cống.
H = Z max
sông – Zđk = 6,30 – (-1) = 7,30 m
β là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, β = 0 o
∆ h = 2.10-6

14 2 .300
. cos 0 o = 0,0016 m
9,81.7,30

Xác định s (độ dềnh cao nhất của sóng)
s = ks . hs1%
Trong đó
λ h

ks tra đồ thị P2-3, ks = f( H , λ )
hs1% là chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo
λ là chiều dài sóng
Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5λ).
Ta có t là thời gian gió thổi liên tục. Do khơng có tài liệu nên ta lấy t = 6h.
¿ 9,81.6 .3600
= 15135,43
v =
14
gD 9,81.300
=

= 15,02
v2
14 2
gD

¿

Tra hình P2-1 ứng với các giá trị v và 2
v
¿

gh

Ứng với v = 15135,43 ta có 2 = 0,
v
42

(1)


gτ
= 2.72
v

Ứng với

gD
gh
= 0,0125
2 = 15,02 ta có

v
v2

(2)

gτ
= 1,29
v

So sánh (1) và (2) thì chọn cặp giá trị (2). Từ đó tính được các giá trị.
h=

0,0125. v 2 0,0125.14 2
=
= 0,250 m
9,81
9,81

τ=

1,29. v 1,29.14
= 9,81 = 1,841 s
9,81

λ=

g . τ 2 9,81.1,8412
=
= 5,294 m
2. π

2.3,14

Vậy ta có : H = 4,49 m > 0,5λ = 2,647 m
Vậy điều kiện giả thiết là đúng.
Chiều cao sóng h ứng với mức đảm bảm bảo 5%: hs5% = k5% . h
Tra đồ thì P2-2 ứng với

gD
= 15,02 ta có ks5% = 1,917.
v2

hs5% = 1,917 . 0,250 = 0,492 m
Từ giá trị hs5% và λ tra từ độ thị P2-4 được giá trị ks
λ
3,181
=
= 0,725
H
4,49

Từ đó tra được ks = 1,205

h 0,369
=
= 0,093
λ 3,181

Từ đós = ks . h = 1,205 . 0,492 = 0,593 m
= > Z'đỉnh = 7,30 + 0,0016 + 0,593 + 0,5 = 8,395 m.
Chọn cao trình đỉnh tường ngực ZĐ = max(Zđỉnh, Z'đỉnh). Vậy chọn đỉnh tường ngực có

cao trình là ZĐ = +8,4 đã có cao trình đáy tường ngực là 4,46 m.
 Kết cấu tường

Gồm bản mặt và các dầm đỡ.
Chiều cao tường ngực Htường = Zđỉnh – Zđáytường = 8,4 – 4,46 = 4,24 m.


Cần bố trí hai dầm đỡ (ở đỉnh và đáy tường). Bản mặt được đổ liền khối với
dầm, sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là 0,2m.


c) Cầu công tác
Cầu công tác là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu cơng tác
cần tính tốn để đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn cịn khoảng khơng cần thiết
để đưa van ra khỏi vị trí của cống khi cần. Kết cấu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và
các cột chống.
Kích thước các bộ phận của cầu cơng tác có thể được chọn như sau:
 Chiều cao cầu: 6,5 m
 Bề rộng cầu: 3 m
 Chiều cao lan can: 0,8 m
d) Khe phai và cầu thả phai
Thường bố trí phía đầu và cuối cống để ngăn nước giữ cho khoang cống khô ráo khi
cần sửa chữa. Với các cống lớn, trên cầu thả phai cần bố trí đường ray cho cần cẩu thả
phai.
e) Cầu giao thơng
Đặt dầm cầu lên cao trình bằng cao trình đỉnh cống. Dầm cầu cao 50 cm, bề dày của
mặt cầu là 30 cm.
Zmặt cầu = 8,4 + 0,5 + 0 ,3 = 9,2 m
Theo yêu cầu về giao thông, bề rộng mặt cầu là 6m.

Cầu giao thông được đặt ở vị trí sao cho khơng ảnh hưởng đến việc thao tác van và
phai.
f) Mố cống
Bao gồm mố giữa và các mố bên. trên mố bố trí khe phai và bộ phận đỡ trục quay van
cung (tai van).
Mố bên có chiều dày phải đủ lớn để có thể chịu được áp lực đất nằm ngang, chọn
d’=0,5m. Chiều cao mố bên là: hmố = Zđỉnh – Zđáy= 8,4 – (-1) = 9,4 m
Mố giữa cũng có chiều cao là 9,4 m, chọn mố giữa có chiều dày d =1 m. Hình dạng
đầu mố được lượn trịn để đảm bảo điều kiện thuận dịng.
Chiều cao mố chọn khơng đổi từ thượng lưu về hạ lưu.
g) Khe lún
Do cống rộng nên cần dùng khe lún để phân cống thành từng mảng độc lập. Bề rộng
mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền, song thường khơng vượt q 15 ÷ 20m.
Mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang. Các mảng được bố trí giống nhau để tiện thiết
kế, thi cơng và quản lý.
Khe lún thường được bố trí ở mố giữa, mố có chứa khe lún là mố kép. Trên khe lún có
bố trí các thiết bị chống rò nước, lỗ để đổ nhựa đường.