Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
THIẾT KẾ CỐNG NGẦM
ĐỀ 17B
A – TÀI LIỆU CHO TRƯỚC
I. Nhiệm vụ công trình:
Hồ chưa nước H trên sông S đảm nhiệm các nhiệm vụ sau:
1. Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác
2. Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân
3. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi trường, sinh thái và phục vụ
du lịch.
II. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối:
1. Một đập chính ngăn sông
2. Một đường tràn xả lũ
3. Một cống đặt duới đập để lấy nước
III. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản
1. Địa hình: Cho bình đồ và vùng tuyến đập
2. Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích
lòng song cho ở bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong
hóa dày 0,5 ÷ 1m
3. Vật liệu xây dựng
a, Đất: Xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A ( Trữ lượng 800,000m 3 , cự ly
800m); B ( Trữ lượng 600,00m 3, cự ly 600m); C ( Trữ lượng 1,000,000m 3 , cự ly
1km). Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, các chỉ tiêu như
ở bảng 1. Điều kiện khai thác bình thường.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km, trữ lượng để làm thiết bị chống
thấm.
b, Đá: Khai thác ở vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm

bảo đấp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý: ϕ = 320 , n = 0,35 (của đống đá);
γk = 2,5 T/m3 (của hòn đá)
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

1

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

c, Cát, sỏi: Khai thác ở bãi dọc song, cự ly xa nhất là 3km, trữ lượng đủ làm
tầng lọc, cấp phối như ở bảng 2.
Bảng 1: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập
Chỉ tiêu

HS
rổng

Độ ẩm
W%

0.35

20

23


20

3.0

2.4

1.62

10-5

0.42
0.40
0.39

22
18
24

17
30
26

13
27
22

5.0
0
1.0


3.0
0
0.7

1.58
1.6
1.59

4.10-9
10-4
10-6

Đất đắp đập
(chế bị)
Sét(Chế bị)
Cát
Đất nền

ϕ (độ)
Tự
Bảo
nhiên
hoà

C (T/m3)
Tự
Bảo
nhiên
hoà


Bảng 2 - Cấp phối của các vật liệu đắp đập
d(mm)
Loại
Đất thịt pha sét
Cát
sỏi

d10

d50

d60

0.005
0.05
0.50

0.05
0.35
3.00

0.08
0.40
5.00

4. Đặc trưng hồ chứa:
- Mực nước trong hồ và mực nước ở hạ lưu: bảng 3
Đề
số
(1)

17

Sơ
đồ
(2)
B

Mực nước hạ
lưu (m)
MNBT
Bình
Max
(m)
Thường
(5)
(6)
(7)
89,5
62,5
64,5

Đặc trưng hồ chứa
D
(km)
(3)
3,8

MNC
(m)
(4)

69,5

Qcống(m3/s)
Khi
MNC(Qtk)
(8)
3,9

Khi
MNBT
(9)
(10)
3.3
69,33

- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Htràn = 3m
- Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%:
P%
V(m3/s)

2
32

3
30

5
26

20

17

30
14

50
12

- Chiều dài tuyền sóng ứng với MNBT : D ứng với MNDGC :
- D’= D + 0.3km=3,8+0.3=4,1
- Mực nước hạ lưu bình thường 62,5(m)
- Mực nước hạ lưu max 64,5(m)
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

2

MN
đầu
kênh

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua.
5.Tài liệu thiết kế công :
- Mực nước khống chế đầu kênh 69,33(m)

- Lưu lượng ứng với MNDBT là: Qcống = 3,3 (m3/s);
ứng với MNC là: Qtk = 3,9(m3/s)
- Tài liệu về kênh chính : hệ số mái m = 1.5 ; độ nhám n = 0.025 ; độ dốc đáy:
i = (3 ÷ 5).10-4 .

TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
I. Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế
1. Nhiệm vụ:
- Cấp nước tưới cho 2650 ha ruộng đất canh tác.
- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân.
2. Cấp công trình:
- Theo nhiệm vụ: cấp III(Tra bảng 1 QCVN 04-05)
- Theo cấp công trình đầu mối: cấp III
3- Chỉ tiêu thiết kế:
Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết
cho việc thiết kế cống như sau:
- Tần suất mực nước lớn nhất trước hồ: P = 1%
- Hệ số vượt tải: n.
- Hệ số độ tin cậy: kn = 1,15 (P1.5)
II- Chọn tuyến và hình thức cống:
1- Tuyến cống:
Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy,
điều kiện địa chất nền và quan hệ với các công trình khác. ở đây vì đường tràn đổ
sang lưu vực khác nên có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được.
Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý:
- Đặt cống trên nền đá. Tuy nhiên khi tầng phủ khá dầy thì cũng có thể đặt
cống trên nền đất
- Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mực nước bùn cát lắng đọng và thấp
hơn mực nước chết trong hồ.
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười


3

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

2- Hình thức cống:
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều
(từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp.
- Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật.
- Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van công tác và
van sửa chữa. Vị trí đặt tháp sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu tại vị trí
đặt cống.
3- Sơ bộ bố trí cống:
Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã có, sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định
được chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm căn cứ cho việc tính
toán thuỷ lực cống. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, có thể chọn cao trình đáy
cống thấp hơn MNC 1 (m). Cao trình đáy cống sẽ được chính xác hoá bằng tính
toán thuỷ lực sau này.
III. Thiết kế kênh hạ lưu cống:
Kênh hạ lưu được thiết kế để làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực
1. Thiết kế mặt cắt kênh :
Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng thiết kế Qtk = 3,9 (m3/s), tức là lưu
lượng lớn nhất (theo tài liệu đã cho).
Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (trong đồ án này cho là đất cát
pha), sơ bộ chọn được các chỉ tiêu sau :

+ Độ dốc đáy kênh (từ 1/3000 ÷ 1/5000) : Chọn i = 1/5000 = 2.10 −4
+ Độ nhám lòng kênh n = 0,025;
+ Hệ số mái kênh m = 1,5.
Tiếp theo cần xác định bề rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh (h).
Có thể giải theo trình tự sau :
a, Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức :
Vkx = K × Q0,1 (m/s).
Trong đó :
Q : Lưu lượng của kênh, Q = Qtk = 3,9 (m3/s);
K : Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha : K = 0,53.
Thay số được :
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

4

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long
Vkx = 0,53 × 3,90,1 = 0,607(m/s).

b, Sơ bộ định chiều sâu h theo công thức :
h = 0,5 × (1 + Vkx ) × 3 Q = 0,5 × (1 + 0,607 ) × 3 3,9 = 1,265 (m).
c, Từ Q, h, xác định b theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy
lực :
Tính các thông số :
f(Rln) =


4 × m0 × i
8,424 × 2.10 −4
=
= 0,0305
Q
3,9

Tra phụ lục (8-1) (Bảng tra thuỷ lực ) với f(Rln) = 0,0305 và n = 0,025 ⇒ Rln = 0,93
→

h
1,265
=
= 1,36 Tra phụ lục (8-3) được :
Rln
0,93

b
= 4,4
Rln

b

⇒ b = R × Rln = 4,4x0,93 =4,092(m).
ln
Lấy b = 2,5 (m), tính tương tự như trên ta được :
f(Rln) =

4 × m0 × i
8,424 × 2.10 −4

=
= 0,0305
Q
3,9

Tra phụ lục (8-1) BTTL với f(Rln) = 0,0305 và n = 0,025 ⇒ Rln = 0,93
→

b
2,5
h
=
=
2,688
Tra
phụ
lục
(8-3)
được
:
= 1,648
Rln 0,93
Rln
h

⇒ h = R × Rln = 1,648x0,93 = 1,533 (m) , ta chọn h = 1,55 (m)
ln
- Kiểm tra thấy

2,5

b
=
= 1,613 ∈ (0,5 ÷ 2) ⇒ Như vậy b, h đã tìm được là
h 1,55

hợp lý.
Vậy có thể chọn bề rộng kênh là ; b = 2,5 (m),
Và chiều sâu nước trong kênh là ; h = 1,55 (m),
2, Kiểm tra điều kiện không xói :
Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không
cần kiểm tra điều kiện bồi lắng. Ngược lại cần kiểm tra điều kiện xói lở, tức khống
chế : Vmax < Vkx
Trong đó :
Vmax : Lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Qmax;
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

5

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long
Qmax = K × Q = K × Qtk
K : Hệ số phụ thuộc Q, có thể lấy K = 1,2;

⇒ Qmax = 1,2 × 3,9 = 4,68 (m3/s).
Để xác định Vmax khi đã biết Qmax và mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu h
tương ứng trong kênh (Bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực) từ

đó ta có ;
f(Rln) =

4 × m0 × i
8,424 × 2.10 −4
=
= 0,0255
Q
4,68

Tra phụ lục (8-1) (Bảng tra thuỷ lực) với f(Rln) = 0,0255 và n = 0,025
⇒ Rln = 0,99
→

h
b
2,5
=
= 2,525 Tra phụ lục (8-3) được :
= 1,679
Rln 0,99
Rln
h

⇒ h = R × Rln = 1,679x0,99 = 1,662 (m) ;
ln

Vmax =

Qmax

ϖ

Với : ω = (b + m × h) × h = (2,5+ 1,5 × 1,662) × 1,662 = 8,298 (m2);
⇒ Vmax =
→

4,68
= 0,564 (m/s) < Vkx = 0,607 (m/s)
8,298

Thoả mãn Điều kiện không xói do đó mặt cắt trên là hợp lí

Vậy mặt cắt kênh hạ lưu có các đặc trưng sau : b = 2,5 m , m = 1,5 , i = 2.10 −4 .
3. Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng :
Trong tài liệu cho một số cấp lưu lượng để tính toán cống với các trường hợp
khác nhau. Ứng với mỗi cấp lưu lượng cần xác định độ sâu dòng đều tương ứng
trong kênh, tức là xác định quan hệ Q~h Bài toán này giải theo phương pháp đối
chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực,
Trong đồ án này cho hai cấp lưu lượng :
a, Khi MNC :
Q = Qtk = 3,9 (m3/s); từ trên ta có h = 1,55 m
b. Khi MNDBT :
b

Q = 3,3 (m3/s) , b =2,5 m → f(R ln ) = 0,036 → R ln = 0,875 m → R = 2,857
ln
h

h


Tra bảng (8-3) ta có : R = 1,628 m → h = R . R ln =1,628x0,875 = 1,425 m
ln
ln
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

6

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

IV, Tính khẩu diện cống :
1. Trường hợp tính toán :
Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu
nhỏ và lưu lượng lấy nước tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở
thượng lưu, còn hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Z kc, chênh lệch mực
nước thượng hạ lưu khi đó sẽ là :
[∆Z] = MNC - Zkc = 69,5 – 69,33 = 0,17 (m).
Lúc này để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van. Sơ đồ tính toán (Hình vẽ
III - 1) :

Hình 4.1. Sơ đồ tính toán thủy lực xác đinh khẩu diện cống
Trong đó :
Z1 : Tổn thất cột nước cửa vào;
Zp : Tổn thất do khe phai ;
ZL : Tổn thất qua lưới chắn rác;
Zv : Tổn thất qua tháp van;

Z2 : Tổn thất cột nước cửa ra.
2. Tính bề rộng cống bc :
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch
mực nước thượng hạ lưu [∆Z] đã khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện :
∑Zi ≤ [Z]
Trong đó :
∑Zi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + iL
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

7

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long
i : Độ dốc dọc cống;
L : Tổng chiều dài cống;

Theo đồ án thiết kế đập đất ta có ∇ ĐĐ = 96,2 m , mái thượng lưu m 1 =4,25,
hạ lưu m 2 =3,75
Chiều rộng đỉnh B = 5 m ; chiều rộng cơ b = 3 m
→ L dap = H.4,25 + B +H.3,75 + 3 = 229,6 (m) ;

(H = ∇ ĐĐ - MNC -1 = 96,2 –( 69,5-1) =27,7 m )
Đoạn từ của vào đến tháp van có chiều dài là L1 = 60m
Đoạn từ tháp van đến của ra có chiều dài là L2 = 169,6m
+ Tổn thất cửa ra :
Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu như sơ dồ đập tràn đỉnh rộng chảy

ngập, khi đó :
α × Vb2
Q2
−
Z2 =
2
2× g
2 × g × ( ϕ n × b × hh )

Trong đó
b : Bề rộng ở cuối bể tiêu năng, b = bkênh = 2,5 (m);
hh : Chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Qtk ;
ϕn : Hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập), lấy ϕn = 0,96;
Vb : Lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng được tính như sau :
Ta giả thiết chiều sâu bể có thể lấy như sau :
Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 m ; bb = bk = 2,5 (m), hh = h0 = 1,55(m).
Ứng với Qtk = 3,9 (m3/s).
Vb =

Q
, ω = b.hb , hb = d + h = 0,5+1,55 = 2,05 (m ).
ωb

Vb =

3,9
= 0,761(m/s).
2,5 × 2,05

Z2 =


3,9 2
0,7612
−
= 0,027(m)
2.9,81.(0,96.2,5.1,55) 2 2.9,81

+ Tổn thất dọc đường :
Coi dòng chảy trong cống là dòng chảy đều với độ sâu là hl
hl = hh + Z2 = 1,55+ 0,027 = 1,577 (m).
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

8

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Khi đó tổn thất dọc đường là i.L với i là độ sâu dốc cống xác định theo công
thức :
Q



i= 
ω ×c× R 


2

Với : Q = 3,9 (m 3 /s ) ; ω = bc .h 1 = bc . 1,577 ; c =

ωi
1
× R1 / 6 ; R =
;
χi
n

với cống làm bằng BTCT n = 0,014
ω : diện tích mặt cắt cống ứng với các bề rộng cống khác nhau

χ : chu vi ướt χ = 2.h1 + bc ( m )
→ Tổn thất dọc đường là : i.L = i. 229,6 (m) ;

+ Tổn thất cục bộ qua tháp van :
Do khoảng cách từ tháp van đến cửa ra xấp xỉ bằng chiều dài cống, vì vậy ta
có thể lấy chiều sâu cột nước ngay sau cửa van là : hv = h1 + i.L
Từ đó tính được tổn thất qua van là :Zv = 2ξ v
Chọn

ξv = 0,1;

Vv =

αV 2
2g


Q
; Q = 3,9 (m 3 /s ) .
ω

ω : diện tích mặt cắt ướt chỗ tháp van ω = bc. hv

+ Tổn thất qua lưới chắn rác :
α .v 2
ZL = ξ L .
2g

;

V L=

Q
Q
=
bc( hv + Z v )
ω

;

VP =

Q
Q
=
bc ( hv + Z v + Z L )
ω


+ Tổn thất khe phai :
ZP = ξ P .

α .v 2
2g

+ Tổn thất tại cửa vào :
Xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

9

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học
Z1 =

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Q2

2 × g × ( ϕ .ε .b.h1 )

ϕn = 0,95

2


;

ε = 0,611

;

h1 = hp + zp

Thay số vao các công thức trên ta có kết quả tính khẩu diện cống,
Bảng 4.1. Bảng tính toán khẩu diện cống
bc

Z2

i

i.L

VV

ZV

VL

ZL

VP

ZP


V0

Z1

0,8

0,0270

0,0086

1,9724

3,091

2,911

2,851

0,0829

2,719

0,0579

2,27

1,2

0,0270


0,0025

0,5805

2,061

0,097
0,04
3

0,035
4

∑Z

2,006

0,0168 1,985

0,0402

1,938

0,74

1,6

0,0270

0,0011


0,2502

1,546

0,024

1,522

0,0097 1,513

0,0233

1,491

1,8

0,0270

0,1785

1,374

0,019

1,357

0,0077 1,351

0,0186


1,335

2,2

0,0270

0,0008
0,000
4

0,0294
0,017
4
0,014
0

0,1014

1,124

0,013

1,115

0,0126

1,103

0,0270

0,0270

0,0003
0,0002

0,0712
0,0434

0,989
0,824

0,010
0,007

0,983
0,821

0,0098
0,0068

0,975
0,816

0,0095
0,007
4
0,0052

0,17


2,5
3

0,0052 1,111
0,004
0
0,981
0,0028 0,819

Vẽ quan hệ giữa bc ∼

∑Z

i

ta được

Hình 4.2. Đồ thị quan hệ bc ∼

∑Z

i

Từ kết quả tính toán ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ quan hệ giữa ∑ Zi ~ b . Từ
đó ta chọn được trị số bc = 2,1 (m) vừa đủ để lấy được lưu lượng cần thiết với tổng
cột nước tổn thất : ∆ Z = 0,16 (m) < [ ∆ Z] = 0,17 (m) .
Vậy chiều rộng cống là : bc = 2,1 (m ) .
3. Xác định chiều cao cống và cấo trình đặt cống.
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười


10

Lớp 54LT-C1

i

0,35
0,27

0,13
0,09


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

a, Chiều cao mặt cắt cống .
Hc = h1 + ∆
Trong đó :
h1 = 1,577
∆ : Độ lưu không chọn từ 0,5 ÷ 1 (m), ở đây chọn ∆ = 0,9476 (m).
⇒ Hc = 1,577 + 0,923 = 2,5 (m).
b, Cao trình đặt cống :
Cao trình đáy cống ở cửa vào : Zv = MNC – h - ∑ Zi
Trong đó :
h : độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Qtk : h = 1,55 (m)
∑ Zi :Tổng tổn thất cụ bộ ở cửa vào , khe phai , lưới chắn rác , tháp

van khi tháo Qtk

∑ Zi = 0,0095 +0,0126 + 0,0052 + 0,013 = 0,0403 (m) .
⇒ Zv = 69,5 – 1,55 – 0,0403 = 67,91 (m) .

Cao trình đáy cống cửa ra : Z r = Z v - i L
i.L _ tổn thất dọc đường ; i.L = 0,1014 (m) .
⇒ Zr = 67,91 – 0,1014 = 67,81(m) .

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

11

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

V. Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng :
1. Trường hợp tính toán:
Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van để lấy được lưu
lượng cần thiết. Do năng lượng dòng chảy lớn , dòng chảy ở ngay sau cửa van
thường là dòng chảy xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua
nước nhảy. Do đó cần tính toán để :
Kiểm tra xem mức nước nhảy có xảy ra trong cống không. Thường với mực
nước thượng lưu cao, cần khống chế cho mực nước trong cống để tránh rung động
bất lợi. Còn đối với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước chảy trong cống là
không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức
độ rung động nguy hiểm không đáng kể.
Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước chảy ngay sau cửa ra của

cống, tránh xói lở ở bờ kênh hạ lưu.
Trong phần đề ra đã giới hạn việc tính toán cho hai trường hợp mực nước cao
với các lưu lượng tương ứng. Sơ đồ tính toán cho các trường hợp này như hình vẽ
sau. Ở bài này tính với trường hợp là MNDBT, tương ứng với lưu lượng Q tk.
2. Xác định độ mở cống :
Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ
Q = ϕ.α .a.bc . 2.g.( H '0 −α .a )
Trong đó :
ϕ : Hệ số lưu tốc lấy ϕ = 0,95;
α : Hệ số co hẹp đứng lấy α = 0,611
H0’ : Cột nước tính toán trước cửa vào đến vị trí của van;
H0’ = H0 - h W

; H0 = H +

α .V02
,
2.g

h W : tổn thất cột nước từ cửa vào đến vị trí cửa van :
h W ≈ 0 m: Vì tại vị trí cửa vào (đoạn cống trước van) nước chảy đầy cống do
đó w lớn mà lưu lượng QTK không thay đổi nên V nhỏ, mà V tỷ lệ với V 2 hên tổn
thất hw không đáng kể có thể bỏ qua.
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

12

Lớp 54LT-C1



Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

có : H =MNDBT - ∇đáy cống =MNDBT - Zv =113,0 – 90,8 =22,2 (m)
⇒ H0’ = 22,2+0,038 = 22,238 (m), (Với hw ≈ 0).
a
 có thẻ xác định a bằng phương pháp sử dụng
H

Hệ số co hẹp đứng α = f 
bảng quan hệ của Jucốpki
Q

4,6

Tính F(τc) = ϕ × b × H 3 / 2 =
= 0,0185
0,95 × 2,5 × 22,2383 / 2
0
Như vậy ta thấy F(τc) < 0,264 Sử dụng bảng (15-1) tra được τc = 0,00425
và tra bảng (16-1) được : α = ε = 0,611 ⇒a = τ c ×

22,238
H 0'
= 0,00425 ×
= 0,15
0.611
ε


(m)
Tính lại ε và a tương ứng đã chọn :
Q = ϕ.α .a.bc . 2.g.( H 0 − α .a )
Q = 0,95.0,611.0,15.2,5. 2.9,81.(22,238 − 0,611 × 0,15) = 4,54 (m3/s);
Ta thấy : ∆Q =

4,6 − 4,54
.100% = 1,3% ⇒ ∆Q < 5% . Chấp nhận được.
4,6

3, Kiểm tra chảy trong cống :
Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr
a, Định tính : cần xác định hc , ho , h k
Trong đó:
hc: Độ sâu co hẹp sau van : hc = α.a = 0,611.0,15 = 0,092 (m).
hk: Độ sâu phân giới : hk =
→ hk =

3

3

4,6
α ..q 2
với q =
= 1,84 (m).
2,5
g

1.1,84 2

= 0,70(m)
9,81

Độ sâu dòng đều h0 : Tính theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi
nhất về thủy lực :
Với Q =4,6 (m 3 /s) , bc = 2,5 m , i = 8,4 .10 −4 , m = 0
→ 4m 0 = 8 , f(Rln) =

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

8.0,02898
4m 0 i
=
= 0,0504 → Rln = 0,58(m)
4,6
Q

13

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học
→

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

b
h
h

= 4,31 →
= 1,88 → h 0 =
.Rln = 1,88.0,58= 1,1(m)
Rln
Rln
Rln

So sánh 3 trị số vừa tìm được thấy : h c < hk < h0 . Vậy đường mặt nước sau
van là đường nước dâng.
b, Định lượng :
Xuất phát từ mặt cắt co hẹp vẽ về mặt cắt cuối cống. Mặt cắt thường lấy cách
cửa van một khoảng :

l =1,4.a = 1,4.0,15 = 0,21 (m).

Ta có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước theo phương
pháp này khoảng cách giữa 2 mặt cắt có độ sâu đã biết h1, h2 là :
∆L =

∆∋
i− j

Trong đó :
∆∋ = ∋2 - ∋1 ;

∋2 = h2 +

αV22
;
2g


 v1
J = (J1 + J2)/2 ; J1 = 
 c R1

2


 ; J2 =



∋1= h1 +
 v2

c R
2







αV12
;
2g

2


∆L: Khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán
∆∋: Chênh lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt
i: Độ dốc của cống, i = 8,4.10-4
J : Độ dốc thủy lực trung bình giữa hai mặt cắt tính toán

Để thuận tiện cho việc tính toán, lập bảng tính toán:
Giải thích các đại lương trong bảng tính
Cột 1: Thứ tự mặt cắt tính toán
Cột 2: Chiều sâu cột nước giả thiết tại mặt cắt tính toán hi , giá trị bắt đầu hc
Cột 3: Diện tích ướt tại mặt cắt tính toán ωi = bc.hi
Cột 4: Lưu tốc tại mặt cắt tính toán vi =

Qi

ωi

α.v 2

Cột 5: Tỷ năng tại mặt cắt tính toán ∋1 = h1 +

2. g

Cột 6: Chênh lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt: ∆∋ = ∋2 - ∋1
Cột 7: Chu vi ướt tại mặt cắt tính toán: χi = bc + 2hi
SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

14

Lớp 54LT-C1



Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Cột 8: Bán kính thủy lực: Ri =

ωi
χi

1
6
Cột 9: Hệ số Cezi: C = R , n = 0,014 là hệ số nhám của vật liệu làm cống
i
n
2

Q2
v
= 2i
Cột 10: Độ dốc thủy lực J i = 2 2
ωi .Ci .Ri
Ci .R

Cột 11: Độ dốc thủy lực trung bình J i =

J i + J i +1
2

Cột 12: Hiệu số i – J

Cột 13: Khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán ∆Ltt =

∆∋
i −j

Cột 14: Khoảng cách cộng dồn ΣL
Với chiều sâu cột mực nước tại mặt cắt đầu tiên là h c (m) cách vị trí cửa van một
đoạn là Lc = 1,4a. Giả thiết h tăng dần tính cho tới khi hết chiều dài cống

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

15

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long
Bảng 5.1. Kết quả tính toán đường mặt nước trong cống ngầm ở sau cửa van

MC
1

1
2
3
4
5
6

7
8
9
10

h(m) ω(m2)
2
3
0,092
0,23
0,152
0,38
0,212
0,53
0,272
0,68
0,332
0,83
0,392
0,98
0,452
1,13
0,512
1,28
0,572
1,43
0,70
1,75

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười


V(m/s) ϶
∆϶
4
5
6
20
14,0706
12,105
6,1772
-7,88
8,68
3,9603 -2,203
6,7647
3,0390 -0,907
5,5422 2,5705
-0,455
4,6938
2,30 -0,256
4,0708
2,1300 -0,156
3,5937
2,0162 -0,099
3,2168
1,8791 -0,066
2,6285
1,8291 -0,036

16


χ(m)
7
2,684
2,804
2,924
3,044
3,164
3,284
3,404
3,524
3,644
3,9

R(m)
8
0,0856
0,1355
0,1812
0,2234
0,2623
0,2984
0,3319
0,3632
0,3924
0,4487

C

J


9
47,418
51,191
53,73
55,64
57,14
58,39
59,434
60,334
61,116
62,497

10
2,0782
0,4128
0,1440
0,0661
0,0358
0,0216
0,0141
0,0097
0,0070
0,0039

Lớp 54LT-C1

Jtb
11
1,2455
0,2784

0,1050
0,051
0,0287
0,0178
0,0119
0,0083
0,0054

∆L(m) Σ∆L(m)
i-J
12
13
14
0
-1,24 6,354
6,354
-0,277 7,953 14,307
-0,104 8,721 23,028
-0,050
9,1 32,128
-0,028
9,14 41,268
-0,017
9,17 50,438
-0,011
9,0 59,438
-0,007
9,43 68,868
-0,005
7,2

76,07


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Kết quả tính toán ở trên ta thấy đường mắt nước cắt đường K-K trong cống khi
chưa ra khỏi cống (Σ∆L=76,06m < L2 = 146m) nên xảy ra hiện tượng nước nhảy
trong cống
c, Xác định vị trí và chiều cao nước nhảy
+, Vẽ đường C1 theo phương pháp cộng trực tiếp
+, Vẽ đường e – e (C 1’’) là đường liên hiệp với đường C1 với

h
q2

h '' = . 1 + 8
−
1
2
g .h 3




+, Dịch đường e – e xuống hạ lưu được đường f-f với độ dịch chuyển
Ln = 4,5h’’
+, Với độ sâu hr = hh nên đường mặt nước trong cống sau nước nhảy là đường
nước hạ b1. Vẽ đường b1 bắt đầu từ cửa ra và ngược lại, đường b 1 cắt đường f-f tại

điểm S có độ sâu h’’. Đó chính là độ sâu sau nước nhảy xảy ra trong cống.
Bảng 5.2. Bảng tính vẽ đường C1” và đường f-f
h(m)
0,092
0,152
0,212
0,272
0,332
0,392
0,452
0,512
0,572
0,70

L(m)
0
6,354
14,307
23,028
32,128
41,268
50,438
59,438
68,868
76,07

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

h"(m)
2,693

2,056
1,701
1,463
1,285
1,145
1,030
0,933
0,849
0,702

17

Ln(m)
12,118
9,252
7,654
6,583
5.782
5,152
4,635
4,198
3,820
3,159

L+Ln(m)
12,118
15,606
21,961
29,611
37,91

46,42
55,073
63,636
72,506
79,23

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long
Bảng 5.2. Bảng tính đường mặt nước từ cuối cống lên

MC
1

1
2
3
4
5

h(m) ω(m2)
2
3
1,22
3,05
1,221 3,0525
1,222 3,055

1,223 3,0575
1,2232 3,058

V(m/s) ϶
4
5
1,5082 1,3276
1,5070 1,3284
1,5057 1,3293
1,5045 1,3301
1,5042 1,3302

∆϶
6
-0,0008
-0,0008
-0,0008
-0,0001

χ(m)
7
4,94
4,942
4,944
4,946
4,9464

R(m)
8
0,6174

0,6176
0,6179
0,6181
0,6182

C

J

9
65,91
65,916
65,921
65,925
65,926

10
0,0008
0,0009
0,0009
0,0009
0,0009

Hình 5.1. Hình xác định vị trí và chiều dài nước nhảy

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

18

Lớp 54LT-C1


Jtb
11
0,0009
0,0009
0,0009
0,0009

∆L(m) Σ∆L(m)
i-J
12
13
14
146
-2E-05 40,56 105,44
-2E-05 42,008 63,432
-1E-05 51,457 11,975
-1E-05 11,52 0,4548


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Kết quả tính toán:
+, Độ sâu trước nước nhảy: h’=0,336(m)
+, Độ sâu sau nước nhảy: h”= 1,280(m)
+, Chiều dài nước nhảy: Ln = 5,760(m)
Nước nhảy trong cống gây bất lợi cho cống về mặt ổn định trong quá trình làm việc,
vì sẽ xảy ra hiện tượng chân không ở khu vực sau của van cũng như là hiện tượng xâm

thực vật liệu làm cống, không đảm bảo chế độ sử dụng nước.
Ta có thể sử dụng các biện pháp để đẩy nước nhảy ra ngoài như thay đổi kích thước
cống, dịch tháp van gần về phía hạ lưu, tăng độ dốc đáy cống nhưng các biện pháp này
cũng gây bất lợi cho một số điều kiện khác của cống.
Do cống có chiều cao Hc = 2,5m , trong khi h” = 1,280(m) nên nước nhảy không
chạm trần cống, ta có thể dùng cách gia cố khớp nối thì công cống để đảm bảo cho cống
vẫn làm việc bình thường khi có nước nhảy trong cống.
4, Tiêu năng sau cống
Theo điều kiện cấu tạo, tại của ra của cống ta phải bố trí tiêu năng để dòng chảy ra hạ
lưu cống được an toàn. Chọn hình thức tiêu năng năng cho cống tại cửa ra là tiêu năng đáy,
làm bể tiêu năng cấu tạo.
Chiều dài bể tiêu năng lb = 5(m); bể sâu db = 0,5m
Dưới đáy bể bố trí tầng lọc ngược, trong bể có đục các lỗ thoát nước.
VI : Chọn cấu tạo cống :
I. Cửa vào cửa ra :
Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ lưu. Thường bố
trí tường hướng dòng hình thức mở rộng dần. Góc chụm của 2 tường hướng dòng ở cửa
vào lấy khoảng 180 ÷ 230 hoặc lớn hơn, ở đây lấy 200 . Góc chụm ở cửa ra không vượt quá
80 ÷ 120 để tránh hiện tượng tách dòng, ở đồ án này ta lấy bằng 100 .
Các tường cách có thể làm thấp dần theo mái. Cấu tạo cửa ra cần kết hợp với việc bố trí
các thiết bị tiêu năng. Cuối bể tiêu năng cần có bộ phận chuyển tiếp ra kênh hạ lưu (thường
bằng đá lát) , sau bể tiêu năng cần bố trí một đoạn bảo vệ kênh hạ lưu có chiều dài bằng
Lsn xác định theo công thức :
Lsn = (2,5 ÷ 3)Ln , chọn bằng 3 ⇒Lsn = 3.Ln = 3.5,760 = 17,28 (m).

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

19

Lớp 54LT-C1



Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

II. Thân cống :
1/ Mặt cắt :
Cống hộp thường làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt ngang của cống có kết
cấu khung cứng, thường làm vát các góc để tránh ứng suất tập trung. Chiều dày thành cống
xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Theo điều kiện
chống thấm cần đảm bảo :
t≥
Trong đó :

H
[J]

H : Cột nước lớn nhất, H = 14,5 (m),

[J] : Gradien cho phép về thấm của vật liệu bê tông, [J] = 10 ÷ 15, ở đây ta chọn [J] = 15.
⇒ t=

H
14,5
=
[ J ] 15 = 0,967 (m)

Chọn theo tính toán là quá lớn vì vậy ta chọn theo cấu tạo t = 0,5 (m)
2/ Phân đoạn cống :

Khi cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn nhỏ để tránh rạn nứtdo lún
không đều. Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, thường
từ khoảng 10 ÷ 20 (m). ở đây ta chọn Lđoạn = 20 (m) .
Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước, thiết bị chống rò nước được làm bằng tấm kim
loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp.
Khi cột nước tác dụng không cao có thể làm thiết bị chống rò tại khớp nối kiểu dây thừng
tẩm nhựa đường. Chi tiết tấm nối ngang và tấm đứng được thể hiện chi tiết như trong bản
vẽ.
3/ Nối tiếp thân cống với nền :
Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên lớp bê tông lót dày khoảng 10 ÷ 15 (cm),
khi nền không phải là đá và tải trọng lên cống lớn cần tăng bề rộng đáy cống để hạn chế
ứng suất đáy móng.
4/ Nối tiếp thân cống với đập :
Thường dùng đất sét nện chặt thành một lớp bao quanh cống dày khoảng 0,5 ÷ 1 (m). Tại
chỗ nối tiếp các đoạn cống, làm thành các gờ để nối tiếp cống với đất đắp được tốt hơn.
III. Tháp van :

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

20

Lớp 54LT-C1


Đồ Án Môn Học

GVHD:Nguyễn Hoàng Long

Vị trí tháp van thường bố trí ở khoảng giữa mái thượng lưu đập để đảm bảo không sinh ra
nước nhảy trong cống ứng với các mực nước cao và đảm bảo các yêu cầu khác.

Trong tháp thường bố trí van công tác và van sửa chữa sự cố, cần bố trí lỗ thông hơi khi
cần thiết (khi có nước nhảy trong cống và chiều sâu sau nước nhảy xấp xỉ tới trần cống).
Mặt cắt ngang tháp thường dạng chữ nhật. Chiều dày thành cũng xác định theo điều kiện
chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường thành tháp có chiều dày thay
đổi (kiểu dật cấp) theo sự thay đổi của áp lực ngoài.
Phía trên tháp có nhà để đặt máy đóng mở và thao tác van; có cầu công tác nối tháp van
với đỉnh đập.

SVTH: Nguyễn Đỗ Mười

21

Lớp 54LT-C1