Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.53 MB, 216 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

GVC-THS. PHẠM QUANG THIỀN

Bài giảng

THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH

THỦY LỢI VỪA VÀ NHỎ

(

Sách dùng cho ngành Kỹ thuật cơng trình xây dựng)

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2></div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

LỜI NÓI ĐẦU

Lần đầu tiên bài giảng “Thiết kế cơng trình thủy lợi vừa và nhỏ” được 
xuất bản nhằm đáp ứng yêu cầu học tập của sinh viên ngành Kỹ thuật cơng trình
xây dựng, Khoa cơ điện & cơng trình - Trường Đại học lâm nghiệp. Ngoài ra,
cuốn bài giảng này có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật
và sinh viên ngành khác như: Công thôn, giao thông, công trình thủy...

Bài giảng “Thiết kế cơng trình thủy lợi vừa và nhỏ” gồm 8 chương được 
tác giả biên soạn theo đúng đề cương chi tiết của môn học cùng tên đã được hội
đồng khoa học khoa và Nhà trường phê duyệt, tháng 6/2014. Với phương châm
“Cơ bản, hiện đại, Việt Nam” tác giả đã thu tập, đúc kết, biên tập mang tính kế
thừa có chỉnh lý bổ sung từ các giáo trình và các tài liệu khoa học trong và ngồi
nước có liên quan đến lỉnh vực chuyên môn này.

Tác giả xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ của

các nhà khoa hoc của trường Đại học Lâm nghiệp và trường Đại học Thủy lợi
Hà Nội.

Tác giả xin cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật cơng trình – Khoa cơ điện & Cơng
trình, Phòng quản lý đào tạo, Thư viện – Trường Đại hoc Lâm nghiệp, đã tạo
điều kiện thuận lợi để cuốn bài giảng này được xuất bản.

Tác giả đã cố gắng rất nhiều nhưng với thời gian và điều kiện hạn chế nên
bài giảng khơng thể tránh khỏi thiếu sót.

Xin được trân trọng đón nhận những ý kiến đóng góp xây dựng của bạn
đọc để cuốn bài giảng này được hoàn chỉnh hơn trong lần xuất bản sau. Các ý
kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật cơng trình, Khoa cơ điện và cơng
trình, Trường Đại học Lâm nghiệp - Hà Nội.

Xin chân thành cảm ơn!

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4></div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Chương 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ 
CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI

1.1. Các quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng cơng trình

Các cơng trình thủy lợi có cấp hạng từ 5  2 được gọi là cơng trình thủy
lợi vừa và nhỏ. Quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng các cơng trình
này bao gồm:

- Luật xây dựng (Quốc hội khóa XI thơng qua ngày 26/11/2003 có hiệu
lực từ ngày 1/7/2004);

- Nghị định số 16/2005/NĐ-CP ngày 7/2/2005 của Chính phủ;
- Nghị định số 112/2006 ngày 29/9/2006 của Chính phủ.

Dựa theo các căn cứ trên các cơ quan có thẩm quyền được phép phê duyệt
dự án đầu tư xây dựng như sau:

1.1.1. Phân loại dự án và quản lý nhà nước đối với dự án đầu tư xây dựng 
cơng trình

- Phân loại:

a. Theo quy mơ và tính chất

+ Nhóm A > 500 tỷ Việt Nam đồng (VNĐ);

+ Nhóm B = (15  500) tỷ VNĐ;

+ Nhóm C < (15  75) tỷ VNĐ.
b. Theo nguồn vốn

+ Vốn ngân sách nhà nước;

+ Vốn tín dụng do nhà nước bảo lãnh;
+ Vốn đầu tư phát triển của doanh nghiệp;

+ Các nguồn vốn khác (gồm các quỹ hỗ trợ ở trong nước và quốc tế).
- Việc đầu tư xây dựng cơng trình phải phù hợp với quy hoạch.

- Chủ đầu tư là người sở hữu vốn hoặc là người được giao quản lý và sử 
dụng vốn đề đầu tư xây dựng cơng trình.

1.1.2. Lập, thẩm định, phê duyệt dự án đầu tư xây dựng cơng trình

a) Lập báo cáo đầu tư

Báo cáo đầu tư gồm:

- Dùng cho cơng trình quan trọng nhóm A, để trình Thủ tướng Chính phủ
cho phép đầu tư;

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

- Xin phép đầu tư xây dựng cơng trình.
b) Lập dự án đầu tư

- Ngoài cơng trình chỉ lập báo cáo kinh tế kỹ thuật (báo cáo kinh tế kỹ
thuật dùng cho cơng trình tơn giáo; nâng cấp sửa chữa < 3 tỷ VNĐ, hạ tầng < 7
tỷ VNĐ), nhà ở riêng lẻ của dân, còn lại đều phải lập dự án.

- Nội dung có thuyết minh và thiết kế cơ sở:
c) Thẩm định dự án

- Là thẩm định cả nội dung và bản vẽ.

- Các cơng trình nhóm A do Bộ, ngành quản lý; nhóm B, C do các Bộ
hoặc địa phương quản lý.

- Thời gian thẩm định: Không quá 60 ngày làm việc đối với nhóm A, 30
ngày với nhóm B và 20 ngày với nhóm C.

1.2. Nhiệm vụ, nội dung công tác khảo sát và thiết kế cơng trình đầu mối 
thuỷ lợi

Sau khi qui hoạch lưu vực và phương án khai thác dịng sơng đã được xác
định, cần tiến hành khảo sát để chuẩn bị các tài liệu cần thiết phục vụ cho thiết

kế và thi cơng cơng trình thuỷ lợi. Tuỳ theo tính chất quan trọng đối với nền
kinh tế quốc dân và qui mô của các cơng trình mà mức độ và qui mơ khảo sát
thiết kế có khác nhau. Tài liệu khảo sát càng đầy đủ và chính xác thì cơng trình
được thiết kế càng phù hợp với thực tế, đảm bảo được điều kiện an toàn và kinh tế.

Trong các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn của cơng trình thuỷ lợi thì các
yếu tố chủ yếu nhất là điều kiện địa chất và thuỷ văn.

Thực tế xây dựng các cơng trình cho thấy khi tài liệu địa chất không đủ
hoặc thiếu chính xác thì các biện pháp và các kết cấu cơng trình được thiết kế
khơng thể phù hợp với thực tế, dẫn đến tình trạng quá lãng phí về kinh tế hoặc
xảy ra những sự cố hư hỏng nghiêm trọng.

Có nhiều cơng trình do số liệu quan trắc thuỷ văn không đầy đủ đã dẫn
đến tình trạng cơng trình xả lũ được thiết kế khơng đảm bảo năng lực xả lũ làm
cho mực nước hồ dâng lên tràn qua đỉnh đập và gây ra đổ vỡ cơng trình, ngựơc
lại cũng có trường hợp hồ chứa nhiều năm không trữ được đầy nước. Bởi vậy,
liệt thuỷ văn phục vụ cho tính tốn thiết kế cần có trên 20 năm tài liệu, nếu tài
liệu khơng đủ dài thì việc xác định cơn lũ thiết kế phải hết sức thận trọng.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

+ Nhiệm vụ khảo sát khu vực đập là cung cấp các tài liệu về địa chất nền
và bờ đập, tình hình mất nước ở nền và hai bờ, tình hình vật liệu xây dựng v.v…

Cơng tác khảo sát bao gồm các nội dung:

1. Điều kiện tự nhiên, địa hình, thuỷ văn, khí tượng.

Tỉ lệ bản đồ địa hình được quyết định bởi yêu cầu của từng giai đoạn thiết
kế. Ngoài các bản đồ khu vực hồ chứa tỉ lệ 1: 25000 hoặc 1: 50000 ta cần các
loại bình đồ tỉ lệ lớn để phục vụ cho việc bố trí và thiết kế cơng trình; bình đồ

lịng hồ thường dùng tỷ lệ 1:10000; bình đồ vị trí các cơng trình có thể dùng 1:
2000; 1: 1000 hoặc 1: 500; bình đồ khu tưới 1: 10000.

Tài liệu thuỷ văn bao gồm các tài liệu về lưu lượng, mực nước, lưu tốc
hàm lượng bùn cát của sông. Tài liệu thuỷ văn là tài liệu chủ yếu nhất để tính
tốn thuỷ lợi và thuỷ lực. Việc xác định lũ thiết kế ảnh hưởng lớn và trực tiếp
đến an tồn các cơng trình đầu mối. Ngồi các tài liệu thuỷ văn chính xác, liệt
thuỷ văn đủ dài, chúng ta cần điều tra nghiên cứu một cách đầy đủ đối với điều
kiện khí tượng trong vùng để phân tích bổ sung phục vụ cho việc tính tốn lũ sát
với điều kiện thực tế hơn. Các tài liệu khí tượng bao gồm: tình hình nhiệt độ,
mưa, bốc hơi, độ ẩm, hướng gió và tốc độ gió.

2. Điều kiện địa chất.

- Điều tra về cấu tạo địa chất như tình hình phân bố các tầng đất đá, các
hiện tượng uốn khúc, đoạn tầng, khe nứt, tầng phong hố v.v… Tính chất và đặc
trưng cấu tạo các tầng đất đá có quan hệ mật thiết đến độ ổn định, lún và tính
thấm nước của nền.

- Điều tra địa chất tự nhiên bao gồm dốc trượt, động đất, cac tơ v.v… đây
là các tài liệu ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và tình hình mất nước của hồ chứa.
- Về địa chất thuỷ văn: tình hình phân bố tầng thấm nước và tầng không
thấm nước, hệ số thấm của các tầng đất đá, sự thay đổi mực nước, lưu lượng,
lưu tốc và thành phần hoá học của nước ngầm. Các tài liệu này phục vụ cho việc
xử lý tiêu nước hố móng trong thời kỳ thi cơng, xử lý chống thấm và xử lý vật
liệu xây dựng chống ăn mịn hố học.

3. Tính chất cơ lý của đất đá.

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

4. Về vật liệu xây dựng

Tình hình phân bố, trữ lượng và tính chất cơ lý của các loại vật liệu địa
phương phục vụ cho việc xây dựng cơng trình, trữ lượng và chất lượng của các
vật liệu tại chỗ có tính quyết định đến hình thức và kết cấu của đập. Tuỳ theo
giai đoạn thiết kế mà yêu cầu về tính chính xác của cơng tác thăm dị vật liệu có
khác nhau, càng về sau càng chính xác, tỉ mỉ và cụ thể.

Công tác khảo sát và thiết kế phải kết hợp chặt chẽ với nhau, trong mối
quan hệ đó khảo sát phải đi trước một bước và công tác khảo sát phải luôn luôn
đáp ứng được yêu cầu của thiết kế.

Mặc dù sau khi điều tra, khảo sát thí nghiệm, các số liệu đều được chỉnh
lý để làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, nhưng trong một số trường hợp số
liệu đó có thể khác xa với tình hình thực tế; do đó khi thi cơng phải căn cứ vào
kết quả quan trắc hiện trường để sửa đổi lại cho phù hợp.

Sau khi qui hoạch lưu vực đã được xác định thì cần phải tiến hành làm
luận chứng kinh tế kỹ thuật để có chủ trương đầu tư và cơ sở lập thiết kế cho
một cụm hoặc một cơng trình nào đó. Riêng đối với những cơng trình có vị trí
quan trọng quyết định cơ cấu và tốc độ phát triển nền kinh tế quốc dân thì trước
khi lập luận chứng kinh tế kỹ thuật phải có dự án đầu tư.

Để có căn cứ lập luận chứng kinh tế kỹ thuật, cần tiến hành điều tra, khảo
sát, chọn vị trí cơng trình và tìm hiểu các vấn đề có liên quan đến cơng trình
như: tài nguyên trong vùng bị ngập; nguồn điện; giao thông; môi trường; bảo vệ
di tích văn hố, lịch sử; quốc phòng v.v… Trong nội dung của luận chứng kinh
tế kỹ thuật cần được làm rõ các vấn đề sau:

1. Về sự cần thiết phải đầu tư: phải xác định được nhu cầu dùng nước của 
các ngành kinh tế quốc dân và khả năng cung cấp của công trình.

2. Về hình thức đầu tư: cần đánh giá được hiện trạng thuỷ lợi của vùng, 
lập các phương án so sánh để chọn phương án hợp lý về hình thức đầu tư như
cải tạo, mở rộng hoặc xây dựng mới.

3. Về tuyến cơng trình: định các phương án về vùng tuyến và tiến hành so 
sánh kinh tế kỹ thuật các phương án đó trên các mặt:

- Điều kiện tự nhiên và tình hình kinh tế xã hội trong khu vực xây dựng;
- Nguồn cung cấp vật liệu xây dựng, lao động, thiết bị, giao thông vận tải
v.v…

- Chi phí về di dân, đền bù, ngập lụt, xử lý nền; bảo vệ tài nguyên, mơi
trường sinh thái và di tích văn hố lịch sử.

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

4. Các giải pháp xây dựng

Giải pháp xây dựng được đưa ra gồm:

- Các biện pháp cơng trình, các phương án về kết cấu và kích thước chủ
yếu của các hạng mục cơng trình.

- Các phương án bố trí mặt bằng.

- Các khối lượng xây dựng chủ yếu, các phương án dẫn dòng và tổng tiến
độ thi cơng.

5. Tính tốn sơ bộ vốn đầu tư và hiệu quả kinh tế

Công tác thiết kế được tiến hành theo hai bước: thiết kế kỹ thuật và thiết

kế bản vẽ thi công.

- Bước thiết kế kỹ thuật có nhiệm vụ xác định chính xác vị trí tuyến đập
và tuyến các cơng trình khác của cụm cơng trình đầu mối trong vùng tuyến đã
chọn và tiến hành tính tốn thiết kế các hạng mục cơng trình; tính tốn khối
lượng và lập tổng dự tốn. Cơng tác khảo sát trong giai đoạn này phải tiến hành
cụ thể cho từng hạng mục cơng trình.

- Bước thiết kế bản vẽ thi công: tiến hành thiết kế tỉ mỉ các kết cấu cơng
trình, dựa trên tài liệu địa chất chính xác để thiết kế xử lý nền, lập tổng tiến độ
thi cơng, phương pháp thi cơng, trình tự thi cơng và dự tốn các hạng mục cơng
trình. Giai đoạn này có thể gặp một số vấn đề về địa chất chưa đề cập ở giai
đoạn trước, do đó cần kịp thời thăm dò bổ sung, trong những trường hợp đặc
biệt có thể thay đổi vị trí tuyến đập và vị trí các cơng trình khác. Tuy nhiên cũng
phải lưu ý rằng, sau khi luận chứng kinh tế kỹ thuật đã được các cơ quan có
thẩm quyền xét duyệt nhưng lại muốn thay đổi vị trí tuyến, qui mơ cơng trình,
thì phải làm báo cáo trình lên cấp có thẩm quyền để xem xét lại chủ trương
đầu tư.

Đối với các cơng trình có kỹ thuật xây dựng đơn giản chỉ sử dụng thiết kế
định hình thì cơ quan xét duyệt luận chứng kinh tế kỹ thuật được quyền quyết
định cho thiết kế theo một bước: thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi cơng.

1.3. Lựa chọn vị trí và hình thức đập

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

hợp tài liệu địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, nhiệm vụ và qui mơ cơng trình
để tiến hành tính tốn so sánh chọn vùng tuyến, hình thức đập cũng như các
cơng trình khác trong cụm cơng trình đầu mối. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật
và thiết kế bản vẽ thi công, dựa vào các tài liệu khảo sát chính xác để so sánh
chọn vị trí tuyến đập và hình thức đập phù hợp với điều kiện khu vực xây dựng.

Khi chọn vị trí và hình thức đập phải dựa vào các điều kiện sau: 
1. Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn

Điều kiện địa chất tuyến đập có tính quyết định đến việc bố trí cụm các
cơng trình đầu mối, đồng thời cũng là yếu tố quan trọng để chọn hình thức đập.
Đập có cấp hạng kỹ thuật càng cao và quy mơ càng lớn thì yêu cầu về điạ chất
nền và bờ càng cao.

Nền để xây dựng đập nói chung cần phải đạt yêu cầu về cường độ, ít thấm
nước không bị phong hố, đảm bảo tính chỉnh thể, đồng nhất, khơng có đoạn
tầng. Tuy vậy trong thiên nhiên rất khó tìm được loại nền đạt được đầy đủ các
yêu cầu về xây dựng, do đó cần phải khảo sát nền một cách kỹ lưỡng để có biện
pháp xử lý thích hợp, đảm bảo u cầu xây dựng đối với cơng trình cụ thể.

2. Điều kiện địa hình

Khi xét điều kiện địa hình cần đề cập các mặt: khối lượng đập nhỏ; thuận lợi cho

việc bố trí các cơng trình khác trong cụm cơng trình đầu mối; đơn giản trong
việc dẫn dịng thi cơng; nếu đập dùng vật liệu tại chỗ thì phải gần bãi vật liệu;
điều kiện giao thông vận chuyển thuận tiện.

3. Điều kiện vật liệu xây dựng

Đây là điều kiện quyết định trực tiếp đến việc lựa chọn hình thức đập.
Nếu trong khu vực xây dựng có vật liệu tại chỗ thì phương án xét đến đầu tiên
phải là sử dụng vật liệu tại chỗ để xây dựng đập.

4. Điều kiện thi công

Trước tiên cần xét đến việc dẫn dịng thi cơng thuận tiện, gần vị trí đập ở
phía hạ lưu có bãi rộng để bố trí mặt bằng thi cơng; vị trí đập gần đường giao
thơng để vận chuyển máy móc, vật liệu)..

1.4. Bố trí cơng trình đầu mối

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

1.4.1. Ngun tắc chung

Khi bố trí cơng trình phải đề cập nhiều yếu tố nhưng cần tuân thủ theo
một số nguyên tắc chung sau:

1. Yêu cầu khai thác sử dụng

Các cơng trình làm việc khơng ảnh hưởng lẫn nhau. Đối với những cơng
trình quan trọng việc bố trí phải được kiểm tra trên mơ hình thí nghiệm.

2. Điều kiện kinh tế kỹ thuật

- Đảm bảo cơng trình làm việc an toàn, ổn định và thoả mãn tối đa các yêu
cầu dùng nước, vốn đầu tư hạ, chi phí khai thác hàng năm thấp.

- Đáp ứng được sự phát triển trong tương lai về nhu cầu điện, tưới, giao
thông và cung cấp nước của khu vực.

3. Điều kiện thi cơng

Cần đảm bảo dẫn dịng thi cơng được thuận tiện; gần vị trí đập có bãi thi
cơng rộng, dễ bố trí đường thi cơng.

4. u cầu mỹ thuật

Khi bố trí, thiết kế cơng trình đầu mối ngoài các yêu cầu về kỹ thuật kinh
tế, thi cơng, sử dụng thì cần chú ý đến u cầu về mặt mỹ thuật, đặc biệt là đối
với những cơng trình lớn và những cơng trình nằm gần các trung tâm du lịch.
1.4.2. Yêu cầu chung về bố trí các cơng trình đầu mối

1. Cơng trình đập

Việc chọn vị trí tuyến phải đảm bảo khối lượng đập nhỏ, dẫn dịng và bố
trí thi cơng thuận lợi. Trong thực tế có nhiều trường hợp tuyến đập ngắn, khối
lượng đập nhỏ nhưng do điều kiện dẫn dòng và bố trí thi cơng khơng cho phép
mà người ta phải chuyển đập đến một vị trí khác thích hợp hơn. Do đó việc chọn
vị trí tuyến đập là cơng việc quan trọng có ý nghĩa thực tiển cả về kinh tế và kỹ
thuật.

Đối với đập không tràn nước, tuyến đập thường bố trí thẳng, chỉ trong
những điều kiện địa hình, địa chất khơng cho phép lúc đó mới bố trí theo tuyến
cong hoặc gãy khúc. Trên mặt bằng phải bố trí sao cho khơng xuất hiện dịng
chảy song song với tuyến đập khi tràn làm việc. Đây là yêu cầu đặc biệt quan
trọng đối với đập đất, vì dịng chảy này có thể gây xói mái đập. Nếu phải bố trí
đập theo tuyến cong hoặc gãy khúc thì mái đập phải được gia cố bền vững.

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

vào thuận, cửa ra tốt nhất là cùng hướng với lịng sơng cũ, khơng làm ảnh hưởng
đến an tồn của đập. Đập tràn có thể bố trí ở lịng sơng hoặc ở bờ sơng, khi đập
dâng nước là đập bê tơng thì một phần đập dâng nước kết hợp làm đập tràn và
lúc đó vị trí tràn nên đặt ở lịng sơng, còn khi đập dâng nước là đập vật liệu địa
phương thì đập tràn thường được đặt ở một eo núi gần vị trí đập (nếu có).

2. Trạm thủy điện

Yêu cầu đối với trạm thủy điện là cửa vào phải thuận, cột nước tổn thất
nhỏ nhất. Hạ lưu đảm bảo mực nước không bị giao động nhiều, ảnh hưởng xấu
đến điều kiện làm việc bình thường hoặc làm giảm cơng suất của nhà máy.

Nhà máy nên bố trí ở phía có đường giao thông để tiện cho việc vận
chuyển khi lắp đặt các máy và thiết bị. Nên bố trí nhà máy khác phía với tràn xả
lũ; nếu vì điều kiện nào đó phải bố trí sát với tràn xả lũ thì cần có biện pháp
chống ảnh hưởng của dòng nước khi tràn xả lũ làm việc.

Khi chiều dài tuyến đập không đủ để bố trí đập tràn và trạm thủy điện thì có
thể xét chọn kiểu nhà máy trong đập hoặc kiểu tràn trên đỉnh nhà máy thủy điện.

3. Cơng trình lấy nước tưới

Trường hợp nhiệm vụ chính của hồ là phát điện thì cơng trình lấy nước
tưới có thể bố trí như sau: nếu mực nước hạ lưu trạm thủy điện có thể đủ để tưới
tự chảy thì làm cơng trình dẫn nước từ kênh xả trạm thủy điện đến khu tưới; nếu
mực nước hạ lưu trạm thủy điện thấp thì có thể tưới bằng các trạm bơm đặt trên
kênh xả của trạm thủy điện hoặc có thể làm thêm cơng trình lấy nước trực tiếp từ
hồ. Tuy nhiên trong trường hợp này dung tích của hồ phải đảm bảo lớn hơn
dung tích cần cho phát điện. Việc chọn phương án thiết kế phải qua tính tốn so
sánh kinh tế kỹ thuật.

Trường hợp nhiệm vụ chính của hồ là tưới, phát điện chỉ kết hợp thì
cơng trình lấy nước là cống dưới đập. Cống này thường đặt phía bờ có khu
tưới nhằm tránh cơng trình giao nhau giữa lịng sơng và kênh tưới. Cao trình
đặt cống thường dưới mực nước chết và trên cao trình bồi lắng của bùn cát
trong hồ chứa.

4. Cơng trình vận tải thủy

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

âu thuyền và chỗ tránh của thuyền khi có sóng gió ở trong hồ. Tuy nhiên, cần
chú ý đảm bảo thuyền bè ra vào âu thuyền được an tồn khi xả lũ.

5. Cơng trình chuyển gỗ

Cơng trình vận chuyển gỗ thường được bố trí cách xa nhà máy thủy điện
để không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của nhà máy. Bè gỗ
được thả tự do nên hạ lưu cần có đoạn sơng thẳng.

6. Cơng trình chuyển cá

Ở một số con sơng có những loại cá hàng năm theo mùa di chuyển chỗ ở
từ thượng lưu về hạ lưu và ngược lại. Để các loại cá đó khơng bị diệt chủng cần
thiết phải xây dựng ở khu đầu mối một cơng trình cho cá đi (cơng trình chuyển
cá). Cơng trình này cần có nước chảy thường xuyên nên thường được bố trí cạnh
nhà máy thủy điện.

7. Cơng trình giao thơng

Khi có đường sắt hoặc đường bộ đi qua, việc bố trí đường sắt, đường bộ,
cầu đường sắt, cầu đường bộ phải theo qui định kỹ thuật của ngành giao thơng.

Ngồi ra, khi bố trí cơng trình đầu mối cần xét đến vị trí của khu quản lý,

kho tàng, xưởng sửa chữa… Mặc dùcác cơng trình này khơng có tác dụng quyết

định tới việc bố trí các cơng trình đầu mối, nhưng nếu bố trí hợp lý sẽ tạo điều
kiện thuận lợi cho việc quản lý khai thác, phát huy tốt hiệu ích của cơng trình.

1.4.3. Bố trí cơng trình đầu mối thủy lợi

Cơng trình đầu mối có tác dụng hình thành hồ điều tiết năm hoặc nhiều
năm, thường được xây dựng ở các đoạn sông trung du, miền núi. Ở đây đập
thường cao và là cơng trình chủ yếu quyết định khối lượng, giá thành của cả khu
đầu mối nên phải được xây trên nền đá tốt. Đập vật liệu địa phương có thể được
xây trên nền khơng phải đá, nhưng nền cần được xử lý đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật.

Đối với đầu mối có đập làm bằng vật liệu tại chỗ, trừ đập ra các công
trình khác thường bố trí ở bờ. Tràn xả lũ thường bố trí ở bờ thoải hoặc eo núi
gần đập; cửa ra của tràn xả lũ cần đặt cách chân đập một khoảng nhất định để
tránh gây xói lở đập.

Đối với đầu mối có đập bê tơng trọng lực, đập tràn được đặt ở vị trí giữa
dịng sơng, cịn hai bên là các đoạn đập không tràn. Nhà máy thủy điện thường
đặt sau đập hoặc trong đập.

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

đập bê tông trong lực, phần đập tràn bố trí ở bờ sơng bên trái, phần đập khơng
tràn ở bờ phải được bố trí trên một tuyến cong để phù hợp với điều kiện địa chất
và địa hình. Nhà máy thuỷ điện bố trí ở chỗ lịng sông sâu nhất, như vậy sẽ giảm
được khối lượng đào.

1
2

3
1

Hình 1-1: Mặt bằng khu đầu mối có cột nước cao 
 1 - đập không tràn; 2 - đập tràn; 3 - nhà máy thuỷ điện.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

2

1

6
3

6
5
1

4
2

3

7 8

a)

b)

Hình 1-2: Bố trí khu đầu mối có cột nước thấp 
 a. mặt cắt dọc; b. mặt bằng.

1- đập tràn ; 2- nhà máy thuỷ điện; 3 - âu thuyền; 4 – tường cánh;

5 – tường bên; 6 – cống lấy nước; 7 – lỗ xả cát; 8 – kênh lấy nước.

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Câu hỏi ôn tập chương 1

1. Nêu những quy định chung đối với dự án đầu tư xây dựng cơng trình và 
lựa chọn vị trí, hình thức đập?

2. Trình bày những nội dung chính trong công tác khảo sát và thiết kế
cơng trình đầu mối thuỷ lợi?

3. Nêu những nguyên tắc chung và cách bố trí cơng trình đầu mối thuỷ lợi?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng, Cơng trình 
tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi, NXB Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 
1977.

2. Phạm Ngọc Quý, Lê Trí Mẫn, Bài giảng thủy công, NXB nông nghiệp 
– Hà Nội 1996.

3. Ngơ Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy cơng, tập II, NXB xây 
dựng – Hà Nội 2005.

4. TCVN 5060 – 90.

5. 14TCN 145 – 2005, Hướng dẫn lập đề cương khảo sát thiết kế cơng 
trình thủy lợi.

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Chương 2

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

2.1. Những vấn đề chung

Đập đất là công trình dâng nước, giữ nước hoặc điều chỉnh dịng sơng
(đê). Đập đất thường được xây dựng bằng các vật liệu hiện có ở khu vực xây
dựng như: Sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội,…Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững
chắc, dùng vật liệu tại chỗ, có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công và trong
nhiều trường hợp có giá thành hạ, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong hầu
hết ở các nước trên thế giới và Việt Nam. Hiện nay ở Việt Nam đập đất chiếm
khoảng 90% số đập đã được xây dựng và chủ yếu là đập có cấp hạng vừa và
nhỏ. Có thể kể đến tên của các đập tiêu biểu như: Đập Cẩm Sơn – Lạng Sơn,
Xạ hương – Vĩnh Phúc, Yên Lập – Quảng Ninh, Sông Qua – Bình Thuận
(hình 2-1).

Hình 2-1: Đập Sơng Qua ở Bình thuận (cao 40m). 
So với các loại đập khác, đập đất có những ưu điểm cơ bản sau:

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

2. Với những thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học đất, lý luận
thấm, trạng thái ứng suất cũng với sự phát triển của công nghiệp chất dẻo làm
vật chống thấm có thể sử dụng mọi loại đất hiện có ở vùng xây dựng và phế liệu
công nghiệp để đắp đập. Do đó mặt cắt đập có khả năng thu hẹp, chiều cao đập
có thể tăng bất kỳ và giá thành cơng trình hạ.

3. Xử lý các loại nền thấm nước dưới đập đất ít phức tạp hơn so với các
loại đập bê tơng. Cơng nghệ hiện nay có thể tạo thành các màng chống thấm cho
đập đất sâu hàng trăm mét.

4. Có khả năng cơ giới hố hồn tồn q trình thi cơng đập đất bằng

phưong pháp đầm nén cũng như phương pháp bồi và với máy móc có cơng suất
lớn hiện đại có thể rút ngắn được thời hạn thi công, hạ giá thành công trình và
giảm đến mức thấp nhất lực lượng thủ cơng.

5. Sử dụng ít nhất các loại vật liệu khơng có tại chố như sắt thép, gỗ, xi
măng… và theo đó giảm nhẹ được các hệ thống giao thông mới và phương tiện
giao thông.

6. Quản lý khai thác đơn giảm và không tốn kém kinh phí nhiều so với
các loại đập khác.

7. Sửa chữa hoặc tôn cao đập được dễ dàng hơn.
Tuy nhiên đập đất có một số nhược điểm sau:

1. Ít có khả năng thoát nước qua đập nên phải xây dựng nhiều cơng trình
thốt nước qua thân đập kể cả cơng trình thi cơng.

2. Đối với đập đất có độ ẩm khơng thích hợp và ở vùng có nhiều mưa thì
việc thi cơng theo phương pháp đầm nén gặp nhiều khó khăn vì khó khống chế
độ ẩm của đất. Do đập có đặc điểm là dâng nước và làm bằng đất nên trong quá
trình khai thác, đập đất mang những đặc tính sau đây:

- Đập đất có khối lượng lớn và chịu tác dụng ngoại lực khá phức tạp (Lực
thấm, lực sóng, lực động đất, áp lực kẽ hổng)). do đó thân và nền đập cần đảm
bao điều kiện chịu lực (trạng thái ứng suất); đồng thời phải đảm bảo điều kiện
chống trượt của hai mái dốc (thượng và hạ lưu trong mọi trường hợp).

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

- Trong mọi trường hợp đập đất có nước thấm qua thân đập và có thể
thấm qua nền đập và vòng quanh bờ, gây mất nước từ hồ chứa và gây ảnh hưởng
xấu đến ổn định của thân đập, nền và bờ (xói ngầm và trượt mái dốc). Bởi vậy

khi cần thiết phải có những biện pháp chống thấm có hiệu quả. Mặt khác thấm
có thể gây nên nguy hiểm ở vùng tiếp xúc giữa đập với nền, với những cơng
trình bê tông khác hoặc ở vùng dịng thấm thốt ra mái hạ lưu và trường hợp
nước trong hồ chứa hạ thấp đột ngột.

2.1.1. Nhiệm vụ cơng trình

Căn cứ vào tài liệu đã có, cần làm rõ nhiệm vụ cơng trình và các thành
phần của cơng trình đầu mối (thí dụ: phát điện, cấp nước tưới, ni cá ở lịng hồ
và cấp nước phục vụ dân sinh…).

2.1.2. Chọn tuyến đập

Dựa vào bình đồ khu đầu mối, người thiết kế cần xem xét phân tích và
đánh giá các điều kiện cụ thể về địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng… để chọn
tuyến đập hợp lý, phù hợp với dự án đầu tư.

2.1.3. Chọn loại đập

Để chọn loại đập trước hết cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và
vật liệu xây dựng. Trên cơ sở phân tích xác định các loại đập có thể xây dựng, ta
cần cân nhắc kỹ lưỡng để chọn phương án hợp lý nhất (ở đây là đập đất). Thí dụ:
đập đồng chất, đập có tường nghiêng và sân phủ, đập có tường tâm chân răng
v.v… Sơ đồ cấu tạo của đập đất thơng dụng được trình bày như hình 2-2.

Hình 2-2: Sơ đồ cấu tạo đập đất 
2.1.4. Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế

2.1.4.1. Cấp cơng trình

Xác định từ 2 điều kiện:

1. Theo chiều cao cơng trình và loại nền (tra bảng P1.1. phụ lục). Để xác
định chiều cao đập, sơ bộ định cao trình đỉnh đập = MNGC + d , trong đó có thể
lấy d = (1,5 3,0)m.

Bảo vệ mái TL
MNTL

Thân đập

Thiết bị chống thấm

MNHL
Thiết bị thoát nuớc
Cơ

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

2. Theo nhiệm vụ cơng trình và vai trị của cơng trình trong hệ thống (chủ
yếu hay thứ yếu). Tra bảng P1.2, phụ lục 1.

Cấp của đập lấy theo giá trị nào quan trọng nhất khi xác định theo 2 điều
kiện trên.

2.1.4.2. Các chỉ tiêu thiết kế

Từ cấp cơng trình xác định được:

- Tần suất lưu lượng, mức nước lớn nhất (bảng P1.3), hệ số tin cậy

(bảng P1.6).

- Tần suất gió lớn nhất và gió bình qn lớn nhất (theo QPTL C1-78), các
mức bảo đảm sóng (bảng P2-1, phụ lục 2).

- Độ vượt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng. Hệ số an tồn ổn định trượt
với tổ hợp lực cơ bản và tổ hợp lực đặc biệt. Theo QPVN 5060-90.

2.2. Các kích thước cơ bản của đập đất

2.2.1. Đỉnh đập

2.2.1.1. Cao trình đỉnh đập: xác định từ 2 mực nước: MNDBT và MNDGC 
Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a (2 – 1)

Z2 = MNDGC + ∆h

’

+ h’sl + a
’

(2 – 2)

Trong đó:

∆h và ∆h’ là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất nhất và gió
bình qn lớn nhất năm;

hsl và h’sl là chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%. ứng với gió tính tốn

lớn nhất và gió bình quân lớn nhất;
a và a’ là độ vượt cao an tồn.

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính
theo (2 – 1) và (2 – 2).

Trường hợp có làm tường chắn sóng (hình 2-2):
đỉnh tường = đỉnh đập khi khơng có tường.
đỉnh đập = MNLTK + ;   0,3m.

a. Xác định ∆h và hsl ứng với V gió lớn nhất

+ Xác định ∆h theo công thức:
∆h = 2.10-6

g
V .D

cos

g.h  (m) (2 – 3)

Trong đó:

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

D - đà sóng ứng với MNDBT (m);
g - gia tốc trọng trường (m/s2);
h - chiều sâu dưới đập (m);

αg - góc kẹp giữa trục của hồ và hướng gió.

+ Xác định hsl

Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như
sau:

hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% (2 – 4)

Trong đó:

hs1% là chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%;

K1, K2, K3, K4 là các hệ số.

hs1% xác định như sau (theo QPTL C1-78) :

Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu:

(H > 0,5) (2 – 5)

Tính các đại lượng khơng thứ ngun

2
g.t g.D

V V ;

Với t là thời gian gió thổi liên tục tính bằng đơn vị giây (s), khi khơng có
tài liệu có thể lấy t = 3600s đối với hồ chứa;

Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình P2-1 xác định được các đại

lượng không thứ nguyên S

2
g.h

V và
g.t

V (chọn trị số nhỏ trong 2 trị số tra được ở

trên); từ đó xác định được

h

Svà



; trị số



xác định như sau:

 =

2
g.

2


 (m) (2 – 6)

- Kiểm tra lại điều kiện sóng sâu theo (2 – 5)

- Tính hs1% = K1%.

h

S (2 – 7)

Trong đó K1% tra ở đồ thị phụ lục P2 - 2 ứng với đại lượng 2

g.D
V .

- Hệ số K1, K2 tra ở bảng P2 - 3, phụ thuộc đặc trưng lớp gia cố mái và độ

nhám tương đối trên mái.

- Hệ số K3 tra bảng P2 - 4, phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

- Hệ số K4 tra ở đồ thị hình P2 - 3, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số

%
1

S

h


b. Xác định ∆h’ và hsl’ ứng với gió bình qn lớn nhất V’: cách tính tương

tự như trên.

2.2.1.2. Bề rộng đỉnh đập B

Xác định theo yêu cầu giao thơng và cấu tạo. Khi khơng có u cầu giao

thơng, có thể chọn B = (5  6)m

2.2.2. Mái đập và cơ 
2.2.2.1. Mái đập

Sơ bộ định theo công thức kinh nghiệm, sau này trị số mái được chính xác
hố qua tính tốn ổn định.

Sơ bộ định hệ số mái như sau:

- Mái thượng lưu: m1 = 0,05 H + 2,00;

- Mái hạ lưu: m2 = 0,05H + 1,50. (2 – 8)

Trong đó: H là chiều cao đập (m).
2.2.2.2. Cơ đập

- Khi đập cao trên 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu, khoảng cách giữa 2 cơ
theo chiều cao chọn từ 10  20m; bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và
không lấy nhỏ hơn 2 m.

- Mái thượng lưu làm cơ nếu hình thức bảo vệ mái và điệu kiện thi cơng

địi hỏi. Khi đập cao, nên làm cơ ở cuối phần gia cố chính.

Trị số mái tính theo (2 – 8) chỉ là trị số trung bình. Khi đập cao nên chọn
mái có độ dốc thay đổi (mái dốc ở gần đỉnh và thoải dần về phía chân); vị trí
thay đổi độ dốc mái thường chọn tại các cơ đập.

2.2.3. Thiết bị chống thấm

Khi đất đắp đập và đất nền có hệ số thấm khá lớn thì phải làm thiết bị
chống thấm cho thân đập và cho nền.

Tài liệu cho tầng thấm có hai dạng: Tầng thấm tương đối mỏng (T ≤5 m)
và tầng thấm dày (T > 10 m). Với mỗi dạng tầng thấm cần chọn thiết bị chống
thấm cho đập và cho nền thích hợp. Các sơ đồ đơn giản thường dùng nhất là:

1. Khi tầng thấm tương đối mỏng

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

Vật liệu làm tường và chân răng thường là đất sét (như tài liệu đã cho).
Chọn loại này hay loại khác là trên cơ sở phân tích các điều kiện cụ thể về điều
kiện khí hậu, thi cơng, vật liệu xây dựng.

2. Khi tầng thấm dày

Hợp lý nhất là dùng thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng + sân phủ.
Trong phần chọn sơ bộ kích thước ban đầu cần xác định:

a. Chiều dày tường (nghiêng hay lõi) 
- Trên đỉnh: thường δ1 ≥ 0,8m.

- Dưới đáy: thường

10
1

H ≤ δ ≤ 2.1H
4

Trong đó H là cột nước lớn nhất

b. Cao trình đỉnh tường (nghiêng hay lõi).

Cao trình đỉnh tường được chọn không thấp hơn MNGC ở thượng lưu. 
c. Chiều dày sân phủ

- Ở đầu: t1 ≥ 0,5m;

- Ở cuối: t2 ≥
10

Trong đó H là chênh lệch cột nước ở mặt trên và mặt dưới tường.
d. Chiều dày chân răng

Chiều dày chân rằng được chọn như đối với đáy tường nghiêng hay tường
lõi. Ngoài ra còn đảm bảo điều kiện nối tiếp đều đặn (khơng có đột biến. giữa
tường nghiêng (hay lõi) với chân răng.

e. Chiều dài sân phủ (LS)

Trị số hợp lý của LS xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm

qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy
hiểm của nền. Sơ bộ có thể lấy:

LS = (3 5)H

Trong đó: H là cột nước lớn nhất.
2.2.4. Thiết bị thoát nước thân đập

Thường phân biệt 2 đoạn theo chiều dài đập:
1. Đoạn lịng sơng (hạ lưu có nước)

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

phải bằng (1 2)m. Bề rộng đỉnh lăng trụ thường ≥ 2m; mái trước và sau của
lăng trụ chọn theo mái tự nhiên của đống đá. Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập
và nền cần có tầng lọc ngược.

Khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều (hmax >> hhmin), có thể chọn thiết bị

thốt nước kiểu lăng trụ kết hợp với áp mái: cao trình lăng trụ chọn cao hơn mực
nước hạ lưu min, cịn cao trình đỉnh phần áp mái chọn cao hơn điểm ra của
đường bão hoà ứng với mực nước hạ lưu max.

2. Đoạn trên sườn đồi

Ứng với trường hợp hạ lưu khơng có nước, sơ đồ đơn giản nhất có thể
chọn là thốt nước kiểu áp mái. Khi cần phải hạ thấp đường bão hồ có thể chọn
thốt nước kiểu gối phẳng hoặc ống dọc.

2.3. Tính tốn thấm qua đập và nền

2.3.1. Nhiệm vụ và các trường hợp tính tốn 
1. Nhiệm vụ tính thấm

- Xác định lưu lượng thấm;

- Xác định đường bão hoà trong đập;
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2. Các trường hợp tính tốn

Trong thiết kế cần tính thấm với các trường hợp làm việc khác nhau của đập:
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min;

- Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max;
- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột;

- Trường hợp thiết bị thốt nước làm việc khơng bình thường.

Trong thiết kế sơ bộ chỉ yêu cầu tính thấm với một trường hợp (trường hợp 1).
3. Các mặt cắt tính tốn (u cầu tính với 2 mặt cắt đại biểu):

- Mặt cắt lịng sơng (chỗ tầng thấm dày nhất);
- Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền khơng thấm).
2.3.2. Tính thấm cho mặt cắt lịng sơng

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

1. Sơ đồ đập có những tường nghiêng + sân phủ (hình 2-3) 
0
0
Kd
Kn x
y
m
2
m1
h3 h2

T
h1
Ls L

Hình 2-3: Sơ đồ đập có tường nghiêng + sân phủ

Vì hệ số thấm của tường nghiêng và sân phủ nhỏ hơn rất nhiều hệ số thấm
của nền và thân đập nên có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Pavơlôpxki:
bỏ qua lưu lượng thấm qua tường nghiêng và sân phủ.

a) Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước ao, ta có hệ

phương trình sau để xác định q và h3:

q = kn 1 3

S 3

(h h ).T
0, 44T L mh



  (2 – 9)

q = K đ.

2 2

3 2

h h

2(L mh )




 Kn

3 2

3
(h h ).T
(L mh 0, 44T)



  (2 – 10)

Các ký hiệu được biểu thị trên hình (2-3).

b) Phương trình đường bão hồ trong hệ trục tọa độ như trên hình (2.1) có
dạng:

Y =

2 2

2 3 2

3
3
h h
h x
L mh



 (2 – 11)

c) Kiểm tra đô bền thấm

Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trơi đất) có thể
đảm bảo được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với
thân đập và nền). Ngoài ra cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố
trong trường hợp xảy ra hang thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập
hay nền.

- Với thân đập, cần đảm bảo điều kiện:
Jk

</div>
(26)<div class='page_container' data-page=26>

trong đó:
Jk

= 3 2

1 3
h h
L m h



 (2 – 13)

[Jk]đ phụ thuộc loại đất đắp đập và cấp cơng trình, có thể lấy theo số liệu

của Trugaép (bảng P3-3, phụ lục 3).

- Với nền đập, cần đảm bảo điều kiện:

 

k k n

J  J (2 – 14)
Trong đó:

n 1 2

k
s

h h

L L 0,88T




  (2 – 15)

[Jk]n phụ thuộc loại đất nền và cấp cơng trình, có thể lấy theo bảng P3-2.
2. Sơ đồ đập có tường nghiêng +chân răng (hình 2-4)

K

t

m

h

z

0 K

Kn

x

y

m

2 m1

h3

h2

T

h1

L

Hình 2- 4: Sơ đồ đập có tường nghiêng + chân răng

a) Lưu lượng thấm: dùng phương pháp phân đoạn để tính. Bỏ qua độ cao
hút nước a0 ở cuối dòng thấm, lưu lượng thấm q và độ sâu h3 sau tường nghiêng

xác định từ hệ phương trình sau:
q = K0(

2 2 2

1 3 0 1 3

h h z h h

2 sin t

  



  ) (2–16)

q = Kđ.

2 2

3 2 3 2

3 1 3

h h (h h )T

K .

2(L mh ) L m h 0, 44T

 



   (2–17)

Trong đó:

δ - chiều dày trung bình của tường nghiêng;
t - chiều dày trung bình của chân răng;
Các ký hiệu khác xem hình (2-4).

</div>
(27)<div class='page_container' data-page=27>

b) Đường bão hịa: trong hệ trục như trên hình (2-4), phương trình đường
bão hồ thỏa mãn phương trình (2-11).

c) Kiểm tra độ bền thấm: độ bền thấm đặc biệt cho đập và nền kiểm tra
theo các công thức (2-12) và (2-14).

Trong đó Jkđ tính theo (2-13), cịn Jkn tính như sau:

Jk
n

= 3 2

1 3

h h

L m h 0, 44T


  (2 – 18)

3. Sơ đồ đập có tường lõi + chân răng (hình 2-5)

Hình 2-5: Sơ đồ đập có tường lõi + chân răng 
a) Lưu lượng thấm

Dùng phương pháp phân đoạn để tính. Bỏ qua a0, lưu lượng thấm q các độ

sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định từ hệ phương trình sau:

2 2

1 3 1 3

d n

1 1 1 1

h h (h h )T

q k k .

2(L L) L m h 0, 44T

 

 

    ; (2 – 19)

q = k0

2 2

3 4

h h



 ; (2 – 20)

q = kđ

2 2

4 2 4 2

n '

2 2 1 2

h h (h h )T

2L L m h 0, 44T

 



  (2 – 21)

Trong đó δ là chiều dày trung bình của tường lõi, với hệ trục như trên
hình 2-5.

b) Phương trình đường bão hồ có dạng

Y2 =

4 2

(h

h )

x

L



(2 – 23)

</div>
(28)<div class='page_container' data-page=28>

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt ta dùng các công thức (2-12) và (2-14),
trong đó Jk

và Jk
n

tính riêng cho từng đoạn trước tường lõi và sau tường lõi.
2.3.3. Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi

Với tài liệu đã cho, sơ đồ chung của mặt cắt sườn đồi là đập trên nền
không thấm, hạ lưu khơng có nước, thốt nước kiểu áp mái.

1. Sơ đồ đập có tường nghiêng (hình 2-6) 
a) Lưu lượng thấm

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q và các độ sâu h3, a0 được

xác định từ hệ phương trình sau:
q = ko

2 2 2

1 2 0

h h z

2 sin

 

 

(2 – 23)

q = kđ

2 2

3 0

1 3 2 0

h a

2(L m h m a )


  (2 – 24)

q = kđ 0

2
a

m 0,5 (2 – 25)

0
z0
a0
Kd
x
y
h3
h1
L
m1
m
2

Hình 2-6: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng 
trên nền khơng thấm, hạ lưu khơng có nước

Cũng có thể giải bài toán thấm này bằng phương pháp biến đổi tương
đương: biến đổi tường nghiêng có chiều dày δ, hệ số thấm k0 thành một tường

mới có chiều dày, hệ số thấm kđ rồi giải bài tốn đập đồng chất trên nền khơng

thấm. Khi biến đổi như vậy cần lưu ý rằng khi tỉ số kđ/k0 khá lớn (điều này

thường xẩy ra. thì ở sơ đồ tính tốn phương của dịng thấm trong tường biến đổi
là gần như nằm ngang, còn ở tường thực, phương dịng thấm gần như vng góc
với mặt tường thượng lưu (cụ thể xem QPTL C1 – 78).

b) Đường bão hịa

Trong hệ trục như hình 2-4, phương trình đường bão hồ có dạng:

y = 2

3
d
2.q

h x

 (2 – 26)

</div>
(29)<div class='page_container' data-page=29>

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Tiến hành theo công thức (2-12), trong đó:
J kđ = 3

1 3
h

Lm h (2 – 27)

2. Sơ đồ đập có tường lõi (hình 2-7)

Hình 2-7: Sơ đồ đập có tường lõi trên nền khơng thấm, hạ lưu khơng có nước 
a) Lưu lượng thấm

Giải bằng phương pháp biến đổi đồng chất, theo các bước sau:

- Biến lõi có chiều dày δ, hệ số thấm k0 về một lõi mới có chiều dày , hệ

số thấm kđ, với:
 = d

0
k

k  (2 – 28)

Ở đây δ là chiều dày trung bình của lõi thực.

- Tính thấm trên đập biến đổi : lưu lượng thấm xác định từ hệ phương
trình sau:

q = kđ

2 2

1 0

2 0
0

h a

2 L L ( 1) m a

k


 

     

 

 

(2 – 29)

q = 0

2
k.a

m 0,5 (2 – 30)

b) Đường bão hồ

- Trong đập biến đổi (hình 2-7):

Y = 2

1
d
2q

h .x

</div>
(30)<div class='page_container' data-page=30>

Từ hình 2-7, xác định được các độ sâu h3, h4 ở trước và sau lõi biến đổi.

- Trong đập thực: Giữ lại các đoạn trước và sau lõi.

c) Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt

Tiến hành theo công thức (2-12), trong đó Jkđ tính riêng cho các đoạn

trước và sau lõi.

2.4. Tính tốn ổn định mái đập

2.4.1. Trường hợp tính tốn

Theo quy phạm thiết kế đập đất, cần kiểm ta ổn định với các trường hợp sau:
1. Cho mái hạ lưu

- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy
ra, thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản).

- Khi thượng lưu có MNDBT, sự làm việc bình thương của thiết bị thoát
nước bị phá hoại (tổ hợp đực biệt);

2. Cho mái thượng lưu

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể
xẩy ra (tổ hợp cơ bản).

- Khi mực nước thượng lưu ở các cơng trình thấp nhất nhưng không nhỏ
hơn 0,2H đập (tổ hợp cơ bản).

- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể
xẩy ra (tổ hợp đặc biệt).

Tuy nhiên, trong đồ án thiết kế thường chỉ giới hạn kiểm tra ổn định cho
một số trường hợp cơ bản, quan trọng.

2.4.2. Tính tốn ổn định mái bằng phương pháp cung trượt 
1. Tìm vùng có tâm trượt nguy hiểm

Để xác định vùng có tâm trượt nguy hiểm ta sử dụng 2 phương pháp sau:
a) Phương pháp Filennít

Tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận đường MM1 như trên hình 2-8. Các

trị số





phụ thuộc độ dốc mái, tra bảng 2.1.

Bảng 2-1: Bảng xác định các tri số góc



và 

Độ 
dốc 
mái 
đập

Góc 
nghiêng 
mái đập





Độ dốc 
mái 
đập

Góc 
nghiêng 
mái đập



o

1:1,0 450 37 28 1:3,0 18026’ 35 25

1:1,5 33041’ 35 26 1:4,0 14003’ 36 25

</div>
(31)<div class='page_container' data-page=31>

b) Phương pháp Fanđaép

Tâm trượt nguy hiểm nằm ở trong hình thang cong bcde trên hình 2-8.
Các trị số bán kính r và R phụ thuộc hệ số mái m và chiều cao đập Hđ, tra ở bảng 2-2.

Bảng 2-2: Bảng xác định các trị số r và R

Mái dốc đập 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

R/H 1,5 1,75 2,3 3,75 4,8 5,5

r/H 0,75 0,75 1,0 1,5 2,2 3,0

Kết hợp cả 2 phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm
cung trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đoạn AB ta giả định các tâm O1, O2
,O3 … Vạch các cung trượt đi qua một điểm Q1 ở chân đập, tiến hành tính tốn

hệ số an tồn ổn định k1, k2, k3 cho các cung tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa

ki và vị trí tâm Oi, ta xác định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường

thẳng M1M. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó, kẻ đường N-N vng góc với

đường M1M. trên đường N-N ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung đi qua

điểm Q1 ở chân đập, tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm

O, ta xác định được trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đập. Với các điểm Q2,

Q3 …ở mặt nền hạ lưu đập, bằng cách tương tự, ta cũng tìm được trị số Kmin

tương ứng. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa Kmin với các điểm ra của cung Qi, ta tìm

được hệ số an tồn nhỏ nhất Kmin min cho mái đập.

Ở đây, chỉ yêu cầu tìm Kmin ứng với một điểm Q1 ở chân đập.

M1

4,5Hd

Hd

M
A

B
c

b d

e

0

85

Hình 2-8: Xác định vùng chứa tâm trượt nguy hiểm của mái đập 


</div>
(32)<div class='page_container' data-page=32>

2. Xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ

Theo phương pháp mặt trượt trụ trịn, có nhiều cơng thức xác định hệ số
an toàn K cho một cung trượt. Khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách
xác định lực thấm. Sau đây giới thiệu công thức Ghécxêvanốp xem khối trượt là
vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng
lên mặt trượt và hướng vào tâm như sơ đồ hình 2-9.

O

R

b

Z

G

T

N

Hình 2-9: Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập đất theo phương pháp Ghécxêvanốp 
Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b như hình vẽ. Ta có cơng
thức tính tốn sau:

K = n n n n n

(N W )tg C l

  



(2 – 32)

Trong đó:



và Cn là góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n;

- ln là bề rộng đáy của dải thứ n;

- Wn là áp lực thấm ở đáy của dải thứ n,

Wn = n.hn.ln; (2 – 33)

- hn là chiều cao cột nước, từ dường bão hoà đến đáy dải;

- Nn và Tn là thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn:

Nn = Gncosn;

Tn = Gn.sin  ; n

Gn = b(



i.z )n.i (2 – 34)

</div>
(33)<div class='page_container' data-page=33>

Chú ý rằng γi với đất ở trên đường bão hoà lấy theo dung trọng tự nhiên,

còn đất dưới đường bão hòa lấy theo dung trọng bão hoà nước; qui định này chỉ
phù hợp với phương pháp Ghécxêvanốp đang xét.

Trong tính tốn, cần tiến hành lập bảng để tiện xác định các đại lượng

trong công thức (2-32).

3. Đánh giá tính hợp lý của mái đập

Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thoả mãn diều kiện:

Kmin ≥ [K] (2 – 35)

Trong đó K phụ thuộc cấp cơng trình và tổ hợp tải trọng, xem bảng P1-7
(phụ lục I). Tuy nhiên để đảm bảo kinh tế, cần khống chế:

Kmin ≤ 1,15 [K] (2 – 36)

Mái đập được gọi là hợp lý nếu thoả mãn đồng thời (2-35) và (2-36). Nếu
một trong hai điều kiện trên không thoả mãn, cần thay đổi lại hệ số mái dốc và
kiểm tra đến khi nào thoả mãn cả hai điều kiện mới thôi. Do khối lượng tính
tốn lớn nên việc chọn mái đập hợp lý có thể tiến hành trên máy tính.

2.5. Các cấu tạo chi tiết 
 2.5.1. Đỉnh đập

Khi trên đỉnh đập không làm đường giao thông chỉ cần phủ một lớp dăm

sỏi dày 1525cm để bảo vệ. Mặt đỉnh đập làm dốc về hai phía với độ dốc i = 2

3% để thoát nước mưa. Trường hợp mặt đập dùng làm đường giao thơng thì
phải gia cố theo các quy phạm giao thơng như hình 2-10.

Hình 2-10: Cấu tạo đỉnh đập có đường giao thơng. 
2.5.2. Bảo vệ mái đập

1. Mái thượng lưu

</div>
(34)<div class='page_container' data-page=34>

Khi tính tốn lớp bảo vệ mái, cần dựa vào chiều cao sóng lớn nhất (theo
tần suất gió và mức bảo đảm sóng được quy định bởi quy phạm).

a) Khi hS ≤ 1,25m, có thể bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan

Khi dùng đá đổ:

- Trọng lượng cần thiết của hòn đá (theo Sankin):

G = A.γđ

3
2

n S

d n

h

1 m

.

m(m

2)













  







(2 – 37)
Trong đó:

A = 7,2 khi lS/hs < 15,

A = 8,2 khi lS /hS > 15.

- Chiều dày lớp đá đổ:
tđ > 2,5.3

d

G

 (2 – 38)

Khi dùng đá lát khan:

Chiều dày cần thiết của lớp đá có thể xác định theo cơng thức Sankin:

t = 1,7

d n

1 m

.h

m(m

2)





  



(2 – 39)

Trong các công thức từ (2-37) đến (2-39):
γđ - dung trọng của hòn đá, N/m

;
γn - dung trọng nước, N/m3;

m - hệ số mái thượng lưu;
hS - chiều cao sóng, m;
lS - chiều dài sóng, m.

Dưới lớp đá đổ hay lát cần có tầng đệm, cấu tạo theo hình thức tầng lọc
ngược.

b) Trường hợp hS > 1,25m

</div>
(35)<div class='page_container' data-page=35>

(hình 2-11). Chiều dày tấm (hb) xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi

và lật. Sơ bộ có thể tính theo cơng thức Anđrâytrúc:

hb= n S 2

d n

K. .h 3 B

1 ( )

( .cos 4 Ls

  



 

      (2 – 40)

Trong đó:

B - bề rộng tấm;

Α - góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang;

K - hệ số, khi tấm đặt trên lớp lọc liên tục bằng hạt lớn lấy k = 0,23; khi
lớp lọc không liên tục: k = 0,15.

Các ký hiệu khác đã giải thích ở trên (cơng thức 2-37).

Hình 2-11: Sơ đồ cấu tạo gia cố mái thượng lưu.

Trong tính tốn cần kiểm tra điều kiện bền của tấm khi chịu áp lực sóng
lớn nhất. Theo điều kiện này, với các tấm bê tông và đá xây nên chọn B không
lớn (B < 1 2m); với các tấm bê tông cốt thép, có thể chọn B lớn hơn.

2. Mái hạ lưu

</div>
(36)<div class='page_container' data-page=36>

Hình 2-12: Sơ đồ bảo vệ mái hạ lưu 
2.5.3. Chọn thiết bị thốt nước

Dựa vào kích thước cơ bản của đập đã được xác định và kết quả tính tốn
thấm qua đập để chọn các thiết bị thoát nước cho thân đập, nền đập và thiết bị
thoát nước mái đập. Các thiết bị thoát nước phải đảm bảo làm việc ổn định và
kinh tế. Cá biệt có trường hợp nước ngầm khơng thốt ra ở mái hạ lưu hoặc bộ
phận thân đập hạ lưu là sỏi, sạn, đá cuội, đá hộc thì có thể khơng đặt các thiết bị
thoát nước.

1. Thoát nước thân đập

Thiết bị thốt nước thân đập có tác dụng làm cho dịng thấm thốt ra ở hạ
lưu được dễ dàng và an toàn, hạ thấp đường bão hịa khơng cho dịng thấm thốt
ra ở mái hạ lưu, tăng được ổn định, chống xói ngầm và chống trượt mái. Hình

thức và cấu tạo của thiết bị thoát nước phụ thuộc loại đập, điều kiện địa chất,
mực nước hạ lưu và nguyên vật liệu tại chỗ. Để đảm bảo yêu cầu chống xói
ngầm, người ta làm vật thốt nước có cấu tạo của tầng lọc ngược theo các hình
thức như: thốt nước kiểu áp mái (hình 2-13), thốt nước đặt trong thân đập kiểu
lăng trụ (hình 2-14), thốt nước kiểu hổn hợp…Tất cả các thiết bị thoát nước
này đều đã được nghiên cứu kỹ trong học phần thủy cơng.

</div>
(37)<div class='page_container' data-page=37>

Hình 2-14: Thiết bị thốt nước kiểu lăng trụ 
2. Thoát nước nền đập

Để giảm áp lực nước kẽ rỗng của đất sét hoặc đất pha sét, người ta làm
các thiết bị thoát nước nền đập. Trên thực tế loại thoát nước này gồm các lỗ
khoan, trong đó bố trí tầng lọc ngược hoặc đặt những ống bê tơng có đục lỗ trên
thành để dẫn nước.

3. Thoát nước mái đập

Hình 2-15: Thốt nước mái đập

2.5.4. Nối tiếp đập với nền và bờ 
1. Nối tiếp đập với nền

Về các hình thức chống thấm cho nền đã được nêu trên. Ở đây đề cập đến
việc xử lý mặt tiếp giáp giữa thân đập và nền. Thường phải bóc một lớp dày
(0,31)m trên mặt nền: khi đất thân đập và đất nền khác nhau, cần làm chân
răng. Khi đắp đập trên nền đá có thể xây các răng bằng bê tơng hay đá.

</div>
(38)<div class='page_container' data-page=38>

2. Nối tiếp đập với bờ

Ngoài các yêu cầu như nối tiếp đập với nền cần chú ý thêm mấy điểm:

- Ở chỗ nối tiếp với bờ, thiết bị chống thấm phải cắm sâu vào đá tốt hoặc
đá ít phong hố. Khi tầng khơng thấm nằm rất sâu trong bờ, phải cắm thiết bị
chống thấm vào bờ một khoảng nhất định. Hai bờ thường có đất tàn tích và đá
phong hóa thấm nước mạnh, ổn định kém, do đó phải dọn bỏ một lớp dày
0,40,5m cho đến đất chặt.

- Để tránh hiện tượng lún không đều mặt nối tiếp thân đập với bờ không
nên đánh cấp, không làm quá dốc (thường không vượt quá độ dốc 1:0,75),
không cho phép làm dốc ngược.

</div>
(39)<div class='page_container' data-page=39>

Câu hỏi ôn tập chương 2

1. Nêu khái niệm chung về đập đất và nói rõ các ưu điểm và nhược điểm
của loại đập này?

2. Tính tốn thấm qua đập và nền cho các trường hợp đập có: tường
nghiêng + sân phủ; tường nghiêng + chân răng; tường lõi + chân răng?

3. Tính tốn ổn định mái đập đất?

4. Trình bày cấu tạo chi tiết các bộ phận chính của đập đất?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Xuân Trường, Thiết kế đập đất, NXB Khoa học và kỹ thuật – 
Hà Nội 1972.

2. Ngơ Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy cơng, tập I, NXB xây 
dựng – Hà Nội 2004.

3. 14TCN – 150 – 2006, Đất xây dựng cơng trình thủy lợi.

4. QCVN04 – 05 – 2012, Cơng trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế. 
5. 14TCN 157 – 2005, Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén.

6. QPTL C1 – 78, Quy phạm tải trọng do sóng và tàu.

7. Bộ môn thủy công – Trường ĐHTL, Đồ án môn học thủy công, Nhà 
xuất bản xây dựng, Hà Nội - 2004.

</div>
(40)<div class='page_container' data-page=40>

Chương 3

THIẾT KẾ CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC DƯỚI ĐẬP ĐẤT

3.1. Những vấn đề chung

3.1.1. Các loại cống ngầm (khái niệm)

Cống ngầm là loại cơng trình đặt dưới đê, đập vật liệu địa phương… dùng
vào việc tháo và dẫn nước. Cống thường có các bộ phận chính: thân cống, bộ
phận lấy nước, cửa vào và cửa ra.

Cống ngầm được phân thành các loại sau:

1. Theo vật liệu xây dựng: có các loại cống ngầm bằng sành, bằng bê 
tông, bê tông cốt thép và ống kim loại. Trong thực tế xây dựng sử dụng nhiều
nhất là cống bằng bê tông cốt thép và kim loại, chỉ trong trường hợp cột nước
thấp đường kính ống nhỏ mới dùng ống sành, ống bê tông.

2. Theo hình dạng kết cấu: cống trịn (hình 3-1a), cống hộp (hình 3-1b), 
cống vịm (hình 3-1c).

Hình 3-1: Các hình thức mặt cắt cống ngầm

</div>
(41)<div class='page_container' data-page=41>

Hình 3-2: Ống ngầm đặt trong hành lang

Cách bố trí thứ hai tương đối an toàn và bảo đảm, kiểm tra sửa chữa

dễ dàng, nếu dùng hành lang để dẫn dòng thi cơng thì hình thức bố trí này càng
hợp lý. Trên nền không phải là đá, nền xấu, đường ống có áp thường dùng hình
thức này.

4. Theo hình thức lấy nước

a) Lấy nước kiểu đặt van khống chế ở hạ lưu

Hình thức lấy nước này đơn giản, cửa van chính đặt ở cửa ra, khơng phải
làm cầu công tác và bộ phận đầu vào có thể làm đơn giản giảm được khối lượng
cơng trình (hình 3-3a). Hình thức này có nhược điểm là đường ống thường
xuyên ở trong trạng thái có áp nên thân ống cần phải được làm bằng những vật
liệu chịu được áp lực cao như bê tông cốt thép, cũng như những yêu cầu đối với
đường ống có áp đặt trong thân đập. Nói chung loại này thường dùng cho những
ống ngầm nhỏ, có lưu lượng nhỏ.

5
3

2 2 2 2 2 2 2 2 2

5
3

2 2

2 2 2 2

2 2 2

Hình 3-3: Các loại ống ngầm lấy nước

</div>
(42)<div class='page_container' data-page=42>

b) Lấy nước kiểu ống đặt nghiêng

Dùng một ống đặt nghiêng trên mái đập hoặc sườn đồi (hình 3-3b), trên
ống có bố trí các lỗ ở các cao độ khác nhau để lấy nước trong hồ. Nước chảy qua
lỗ vào ống nghiêng đến bể tiêu năng rồi chảy vào ống ngầm. Hình thức này
thường dùng cho những hồ chứa loại nhỏ có cột nước thấp, lưu lượng tháo dẫn
qua ống nhỏ (Q = 0,14m3/s) loại này tuy kết cấu đơn giản, phương tiện đóng

mở đơn giản nhưng quản lý phức tạp do hay bị rò rỉ nước, khó khống chế lưu
lượng.

c) Lấy nước kiểu cửa kéo nghiêng (hình 3-4)

Thường dùng khi cột nước và lưu lượng nhỏ. Ưu điểm là giảm nhẹ được
khối lượng xây dựng phần vào, thiết bị đóng mở đơn giản: dùng cửa van nắp
xoay và đóng mở bằng tời, giá thành hạ. Nhược điểm cơ bản của loại này cửa
van và dây kéo luôn nằm dưới nước nên dễ bị han rỉ hư hỏng, kiểm tra sửa chữa
khó khăn, khó khống chế chính xác lưu lượng, khi cửa mở một phần nước chảy
vào thường gây rung động.

Hình 3-4: Lấy nước kiểu cửa kéo nghiêng

1. ông ngầm qua đập; 2. lưới chắn rác; 3. cửa van; 4. tời đóng mở 
d) Lấy nước kiểu tháp

Hình thức này thường được dùng nhiều nhất là trong các hồ chứa loại vừa
và tương đối lớn, có cột nước cao, lưu lượng qua cống lớn. Dùng cửa van để
điểu chỉnh lưu lượng tháp cũng có hai loại: kiểu kín (hình 3-5) và kiểu hở (kiểu
cầu cảng) như hình 3-6.

Hình 3-5: Tháp lấy nước kiểu kín

</div>
(43)<div class='page_container' data-page=43>

Loại tháp có cửa van khống chế lưu lượng dưới sâu (hình 3-5) có nhược
điểm là khi nước trong hồ cao, dùng loại này lấy nước ở quá sâu nên nhiệt độ

thấp khơng có lợi cho sinh lý cây trồng. Mặt khác khi cửa van làm việc dưới cột
nước cao, dòng nước phía dưới cửa van rất xiết, dễ gây rung động sẽ ảnh hưởng

đến điều kiện làm việc của cửa van và do lưu tốc dòng chảy sau cửa van lớn nên

có thể gây xói thân cống. Vì vậy có thể dùng hình thức tháp (hình 3-6). Loại này
có kết cấu phức tạp hơn vì có thêm một cửa van ở lưng chừng tháp. Vị trí cửa
van này do yêu cầu thiết kế xác định. Về mùa kiệt lấy nước bằng cửa van phía
dưới, mùa nước lớn dùng cửa van phía trên. Trong q trình tháp làm việc, khi
mở cửa van trên yêu cầu nước trong tháp phải có độ sâu nhất định để tiêu năng.
Độ sâu này phải khống chế trước, sao cho vừa bảo đảm tiêu năng vừa bảo đảm
tốc độ dòng chảy trong ống sau tháp không quá lớn. Do kết cấu và sử dụng loại
này tương đối phức tạp nên thường ít được dùng.

Đối với những hồ chứa nhỏ, chiều sâu lấy nước nhỏ hơn 7m có thể dùng
hình thức giàn kéo (cầu cảng) hình 3-6.

a)

b) c)

Hình 3-6: Lấy nước kiểu cầu cảng

</div>
(44)<div class='page_container' data-page=44>

Tháp van có thể đặt ở ba vị trí I, II, III (hình 3-7). Khi đặt tháp van ở vị trí

I thì cầu cơng tác dài, tháp sẽ bị lún nhiều hơn so với các bộ phận khác, tháp
chịu ảnh hưởng lớn của sóng gió động đất nhưng nó cũng có ưu điểm là kiểm tra
sữa chữa đường ống dễ dàng. Đặt tháp van ở vị trí III: tháp sẽ chịu áp lực cột đất
lớn, đoạn đường ống chịu cột nước áp trúc dải. Nếu đặt tháp ở vị trí II sẽ khắc
phục được những nhược điểm của hai vị tí trên.

Hình 3-7: Các vị trí tháp van đặt tháp van ở cống ngầm

5. Theo áp lực dư trong cống: bao gồm cống có áp và cống khơng áp. 
Trong thực tế xây dựng ở một cống có thể có đoạn có áp, có đoạn khơng áp tuỳ
theo yêu cầu thiết kế và vận hành.

3.1.2. Nhiệm vụ, cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế

1. Nhiệm vụ: căn cứ mục tiêu xây dựng cơng trình, nêu rõ nhiệm vụ của 
cống (Ví dụ: Lấy nước tưới nông nghiệp, phục vụ sinh hoạt, ni cá…)

2. Cấp cơng trình: xác định theo hai điều kiện: 
- Theo nhiệm vụ;

- Theo cấp chung của cả công trình đầu mối, vì cống là một trong số các
cơng trình chủ yếu của đầu mối. Cấp của cả cơng trình đầu mối xác định như ở
phần thiết kế đập đất.

3. Các chỉ tiêu thiết kế: từ cấp cơng trình, dựa vào quy phạm ta xác định 
được các chỉ tiêu cần thiết cho cống thiết kế (chẳng hạn tần suất mực nước lớn
nhất trước hồ, tần suất gió lớn nhất, các hệ số vượt tải, hệ số độ tin cậy…)

3.1.3. Chọn tuyến và hình thức cống 
1. Tuyến cống

</div>
(45)<div class='page_container' data-page=45>

lưu vực khác thì có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được. Khi đó
việc đặt cống ở bờ nào chủ yếu phụ thuộc vị trí khu tưới và điều kiện địa chất.
Khi chọn tuyến đặt cống cụ thể cần lưu ý:

- Cố gắng đặt cống trên nền đá. Tuy nhiên khi tầng phủ dày thì cũng có
thể đặt trên nền đất, khi đó khơng nên đặt nổi cống trên nền, mà phải có một độ
chơn sâu nhất định.

- Đáy cống ở thượng lưu chọn cao hơn mức bùn cát lắng đọng và thấp
hơn mức nước chết trong hồ.

2. Hình thức cống

- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi
nhiều từ mực nước chết (MNC) đến MNDBT nên hình thức hợp lý là cống
ngầm lấy nước không áp.

- Vật liệu làm cống chọn là bê tông cốt thép; mặt cắt cống thường dùng có
dạng hình chữ nhật.

- Dùng tháp van để khống chế lưu lượng. Trong tháp có bố trí van cơng
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 tình tốn thuỷ lực cống sau này. Để sơ bộ xác định chiều dài cống, có thể

chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC từ 11,5m. Cao trình đáy cống sẽ được

chính xác hố bằng tình tốn thuỷ lực.

3.2. Thiết kế kênh hạ lưu cống

Kênh hạ lưu được thiết kế trước để làm căn cứ cho việc tính tốn thuỷ lực cống.
3.2.1. Thiết kế mặt cắt kênh

Mặt cắt kênh được tính tốn với lưu lượng thiết kế Q, tức lưu lượng lấy
nước lớn nhất (theo tài liệu đã cho).

Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (ví dụ: chọn là đất cát pha),
sơ bộ chọn được các chỉ tiêu sau:

- Độ dốc đáy kênh (từ 1/3000 đến 1/5000);

</div>
(46)<div class='page_container' data-page=46>

Tiếp theo cần xác định bề rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh
(h). Có thể giải theo trình tự sau:

- Sơ bộ xác định vận tốc khơng xói theo cơng thức:

0,1
KX

V K.Q (3 – 1)

Trong đó:

Q - lưu lượng của kênh;

K - hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, k = 0,53.
- Sơ bộ định chiều sâu h, theo công thức:

3
KX

h



0,5.(1 V ) Q



(3 – 2)

- Có Q, h, xác định b theo phương pháp đổi chiều với mặt cắt lợi nhất về
thuỷ lực của Agơrốtskin: tính F(Rln), tra bảng tìm Rln, tính h /Rln, tra bảng tìm

b/Rln,cuối cùng tính được b.

- Kiểm tra tỷ số b/h, thường khống chế trong khoảng từ 2  5. Nếu vượt

ra ngoài khoảng này, nên định lại b rồi tính h tương ứng.
3.2.2. Kiểm tra điều kiện khơng 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 (3 – 3)

Trong đó:

Vmax - lưu tốc lớn nhất trong kênh, tính với lưu lượng Qmax,

Qmax = k.Q, ở đây Q là lưu lượng thiết kế của kênh;

K- hệ số phụ thuộc Q, có thể chọn k = 1,2.

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 với mặt cắt lợi nhất về thuỷ
lực của Agờrốtskin, từ đó có Vmax = max

Q



, trong đó có tính độ sâu h.

Nếu điều kiện (3-3) không thoả mãn, cần phải thay đổi độ dốc đáy kênh
và tính lại mặt cắt kênh.

3.2.3. Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng

</div>
(47)<div class='page_container' data-page=47>

3.3. Tính khẩu diện cống

3.3.1. Trường hợp tính tốn

Khẩu diện được tính tốn 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 Zkc, chênh lệch

mực nước thượng hạ lưu khi đó sẽ là [Z] = MNC - Zkc. Lúc này, để lấy đủ lưu

lượng thiết kế, cần mở hết cửa van, sơ đồ tính tốn như trên hình 3-8.

Trong đó:

Z1 - tổn thất cột nước ở cửa vào;

Zp - tổn thất do khe phai (nếu có);

ZL - tổn thất qua lưới chắn rác;

ZV - tổn thất qua tháp van;

Z2 - tổn thất ở cửa ra.

Zv
Zp

Z1

h2

L

h2 Z2

d hh

Zi

bc

0

bc

Z

Hình 3-8: Sơ đồ tính tốn thuỷ lực xác định khẩu diện cống

3.3.2. 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 ] (3 – 4)
Trong đó:

L
i
Z
Z
Z
Z
Z

Zi  1 P  L  V  2  .



, (3 – 5)

ở đây:

</div>
(48)<div class='page_container' data-page=48>

Trị số bc được tìm bằng phương pháp tính đúng dần hay phương pháp đồ

thị (hình 3-9): tự cho bc , xác định các trị số tổn thất Zi, sau đó thử lại theo điều

kiện (3-4).

Với mỗi trị số bc, các tổn thất cột nước được xác định như sau:
1. Tổn thất cửa ra

Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh
rộng chảy ngập, ta có:

2
2
b
2 2
n h
V
Q
Z

2g( bh ) 2g


 

 (3 – 6)

Trong đó:

b - bề rộng ở cuối bể tiêu năng;

hh - chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính tốn Q;

 - hệ số lưu tốc (trường hợp chảy ngập);

Vb - lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng (khi tính tốn có thể giả thiết

trước chiều sâu bể d).

2. Tổn thất dọc đường

Coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu h1 = hh + Z2, khi đó tổn thất

dọc chiều dài cống bằng i.L, với i là độ dốc dọc cống, xác định như sau:

2
Q
i
.c R
 
  


  (3 – 7)

Trong đó



và

c R

tính với mặt cống có bề rộng bc , chiều sâu h1.

3. Các tổn thất cục bộ ZV, Zl , Zp:

Các loại tổn thất cục bộ được xác định theo công thức chung như sau:
Zi =

2
i
i

V

2g





( 3 – 8)
Trong đó ilà hệ số tổn thất, đối với khe phai và khe van xác định theo
quy phạm tính tốn thuỷ lực cống dưới sâu; đối với lưới chắn rác thì xác định
theo cẩm nang tính tốn thuỷ lực.

4. Tổn thất ở cửa vào

Xác định theo công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:
Z1 =

2
2
0
2

V

Q

2g(

)

2g







(3 – 9)

Trong đó:

</div>
(49)<div class='page_container' data-page=49>



- diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào;
Vo - lưu tốc tới gần.

Bằng đồ giải như trên hình (3-8), ta tìm được trị số của bc vừa đủ để lấy

được lưu lượng cần thiết với tổn thất cột nước khống chế [∆Z]. Ngoài ra cần lưu
ý:

- Theo điều kiện cấu tạo, không chọn bc quá nhỏ, thường khống chế bc ≥

11,2m để tiện kiểm tra sửa chữa.

- Khi bc quá lớn, có thể chia cống ra nhiều khoang theo nguyên tắc phân

đều lưu lượng cho các khoang.

Do khối lượng tính tốn nhiều, việc tính tốn khẩu diện cống cần được
thực hiện trên máy tính điện tử.

3.3.3. Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống 
1. Chiều cao mặt cắt cống

Hc = h1 + ∆ (3 – 10)

Trong đó:

h1 - xem trên hình 3-8;

∆ - độ lưu khơng, có thể lấy từ 0,5  1m.

Ngoài ra theo điều kiện cấu tạo, thường khống chế Hc ≥ 1,6m để tiện kiểm

tra sửa chữa.

2. Cao trình đặt cống

- Cao trình đáy cống ở cửa ra:

Zr = Zkc - hh (3 – 11)

Trong đó Zkc - cao trình mực nước khống chế ở hạ lưu ứng với lưu lượng thiết kế.

- Cao trình đáy cống ở cửa vào:

Zv = Zr + il ( 3 – 12)

Các ký kiệu như đã giải thích ở trên.

3.4. Kiểm tra trạng thái chảy và tính tốn tiêu năng

3.4.1. Trường hợp tính tốn

Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cửa van để lấy được
lưu lượng cần thiết do năng lượng của dòng chảy lớn, dòng chảy ở ngay sau cửa
van thường là dòng xiết. Dòng xiết này nối tiếp với dòng êm ở kênh hạ lưu qua
nước nhảy, do đó cần tính tốn để:

</div>
(50)<div class='page_container' data-page=50>

trong cống là không tránh khỏi. Tuy nhiên khi đó năng lượng của dịng chảy
khơng lớn nên mức độ rung động không gây nguy hiểm đáng kể.

- Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra
của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu

Căn cứ phần giới hạn nhiệm vụ tính tốn, ta thực hiện tính tốn cho 2
trường hợp mực nước thượng lưu cao ứng với các lưu lượng tương ứng. Sơ đồ
tính tốn cho các trường hợp này như hình 3-9.

hc
a
H1
hh
Z2
d
hr

L2 Lb

Hình 3-9: Sơ đồ tính tốn thuỷ lực khi mực nước cao ở thượng lưu 
3.4.2. Xác định độ mở rộng cống

Tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ, ta có:

Q = '

c 0

. .a.b 2g(H a)

    ,

Từ đó suy ra bề rộng tại nơi co hẹp:





c
'
0
Q
b

. .a 2g H a

  





(3 – 13)
Trong đó:

 - hệ số lưu tốc;

- hệ số co hẹp đứng;
a – độ cao mở cống;

'
0

H - cột nước tính tốn trước cửa van, '
0

H = H0 -

h

Ở đây

h

wlà tổn thất cột nước từ cửa vào tới vị trí cửa van,
H0 = H +

2
0
V
2g


</div>
(51)<div class='page_container' data-page=51>

Tính F(τc):

F(τc) = ' 3/ 2

c 0

Q
.b .H

 (3 – 15)

Từ đó tra bảng xác định được trị số a/H và τc.

Theo đó '

0
(a / H)xH

  ; hc = c.H'0;

h

a

 

3.4.3. Kiểm tra chảy trong cống

1. Vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr

a) Định tính

Cần xác định hc, ho, hk:

- Độ sâu co hẹp sau van: hc =.a

- Độ sâu phân giới hk: với kênh chữ nhật,

hk =

3 .q

g


(3 – 16)

Trong đó: q =

c
Q

b .

- Độ sâu dịng chảy đều h0: Tính với Q, bc, i đã biết, có thể tìm h0 theo

phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực.

So sánh ba trị số hc, h0, hk sẽ xác định được dạng đường mặt nước sau van

là đường nước dâng CI.

b) Định lượng

Xuất phát từ mặt cắt co hẹp c-c vẽ về cuối cống. Mặt cắt c-c thường lấy
cách cửa van một khoảng 1,4a. Có thể dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ

đường mặt nước. Theo phương pháp này, khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ
sâu h1, h2 đã biết sẽ là:

i J
 
 

 (3 – 16)

Trong đó:

2
2

2 1 2 2

; h ;

2g

      

 = h1 +

2
i
V
;
2g


J J2 J1
2



J2 =

2
2
2
V
C r
 
 
 
 

; J1 =

</div>
(52)<div class='page_container' data-page=52>

Bằng cách đó ta xác định được độ sâu cuối cống hr.
2. Kiểm tra nước nhảy trong cống

Nước nhảy không xảy ra trong cống khi

r K

r h

h h

 



  (3 – 17)

Trong đó '

h là độ sâu liên hiệp với hh. Nếu điều kiện (3-17) không thoả mãn, sẽ

xẩy ra nước nhảy trong cống, khi đó cần xử lý bằng các biện pháp sau:
- Thay đổi độ dốc đáy cống;

- Thay đổi vị trí đặt tháp van;
- Làm bể tiêu năng trong cống.
3.4.4. Tính tốn tiêu năng

Bài tốn đặt ra là xác định chiều sâu bể d để đảm bảo xảy ra nước nhảy
ngay sau cửa ra cống (trong phạm vi bể). Muốn vậy cần có:

hb ≥ h"c (3 – 18)

Trong đó:

hb = hh + d + Z2 (xem hình 3-9);

 - hệ số ngập, = 1,05 1,10;

"
c

h - Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp ở đầu bể, tính với năng lượng tồn
phần:

Eo = hr +

2
r

V

d

2g



, (3 – 19)

trong đó hr và vr là độ sâu và lưu tốc bình qn của dịng chảy tại mặt cắt cuối

cống.

Bài toán xác định d thường được giải bằng thử dần: giả thiết d, tính Eo, từ

đó xác định được hc
’’

(theo phương pháp Agơrốtxkin), cuối cùng kiểm tra theo
điều kiện (3-18).

Chiều dài bể xác định theo công thức:

Lb = L1 + β.Ln (3 – 20)

Trong đó:

L1 - chiều dài nước rơi;

β - hệ số, β = 0,7 0,8;

Ln - chiều dài nước nhảy, có thể tính theo cơng thức gần đúng của

Saphơrannét:
n = 4,5 "

</div>
(53)<div class='page_container' data-page=53>

3.5. Chọn cấu tạo cống

3.5.1. Cửa vào, cửa ra

Cửa vào và cửa ra của cống ngầm có tường hướng dịng mở rộng dần và
loe rộng (hình 3-10).

R

a) b)

Hình 3-10: Kiểu tường hướng dịng mở rộng dần và loe rộng 
 a. Tường hướng dòng mở rộng dần;

b. Tường hướng dòng loe rộng.

Cửa vào, cửa ra cần đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận với kênh thượng, hạ
lưu. Thường bố trí tường hướng dịng hình thức mở rộng dần. Góc chụm của 2
tường hướng dòng ở cửa vào lấy nước khoảng 180  230 hoặc lớn hơn; góc chụm
ở cửa ra khơng vượt quá 80  120 để tránh hiện tượng tách dịng, các cánh có thể
làm hạ 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. có chiều dài bằng chiều dài sân sau Lsn.

3.5.2. Thân cống 
1. Mặt cắt

Cống hộp thường được làm bằng bê tông cốt thép, đổ tại chỗ. Mặt cắt
ngang 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 ≥

 

J (3 – 22)
Trong đó:

H - cột nước lớn nhất;

[ J] - gradien cho phép về thấm của vật liệu bê tong, với bê tông cốt thép
thông thường [ J] = 10 15; khi điều kiện (3-22) không thoả mãn thì cần có biện
pháp sử dụng phụ gia chống thấm.

2. Phân đoạn cống

</div>
(54)<div class='page_container' data-page=54>

Tại khe nối tiếp 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 có
cấu tạo như trên hình 3-11. Khi cột nước tác dụng khơng cao có thể làm thiết bị
chống rò nước tại khớp nối bằng dây thừng tẩm nhựa đường.

5

2
3

1

4 1

4

2
a)

b)

Hình 3-11: Sơ đồ khớp nối của cống hộp bằng bê tông 
a. Nối tấm ngang; b. Nối tấm đứng.

1- bao tải tẩm nhựa đường; 2- đổ nhựa đường;

3- tấm kim loại hình Ω; 4- tấm kim loại phẳng; 5- vữa đổ sau. 
3. Nối tiếp thân cống với nền

Cống hộp có thể đổ trực tiếp trên nền hay trên bê tơng lót dày 10  15cm.
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 0,5 1m.
Tại chỗ nối giữa các đoạn cống cần làm các gờ để nối tiếp cống với đất đắp
được tốt hơn.

3.5.3. Tháp van

Vị trí tháp van được kiểm tra thơng qua tính tốn thuỷ lực cống (đảm bảo
khơng sinh nước nhảy trong cống ứng với các mực nước cao).

</div>
(55)<div class='page_container' data-page=55>

Mặt cắt ngang tháp thường làm dạng chữ nhật. Chiều dày thành cũng xác
định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thấm và yêu cầu cấu tạo. Thường
làm 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 hoặc bờ.

3.6. Tính tốn kết cấu cống

3.6.1. Mục đích tính tốn

Tính tốn kết cấu nhằm mục đích xác định nội lực trong các bộ phận cống
ứng với các trường hợp làm việc khác nhau để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra
tính hợp lý của chiều dày cống đã cho.

3.6.2. Trường hợp tính tốn

Cần tính tốn cống với các trường hợp làm việc khác nhau:
- Khi mới thi công xong, trong cống chưa có nước;

- Khi thượng lưu là MNDBT, cống mở để lấy nước;
- Khi thượng lưu là MNDGC, cống đóng;

- Khi có lực động đất v.v…

Trong đồ án thiết kế sơ bộ chỉ yêu cầu tính tốn ngoại lực tác dụng lên
một mặt cắt cống (mặt cắt giữa đỉnh đập) cho một trường hợp đại biểu (chẳng
hạn, trường hợp thứ ba). Việc tính tốn nội lực và bố trí cốt thép không bắt buộc.

3.6.3. Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống (trường hợp cống

hộp tính cho 1m dài) 
1. Áp lực đấ. 
a) Trên đỉnh

q1 = k.





i

.Z

i (3 – 24)

Trong đó:

Zi và γi tương ứng là chiều dày và dung trọng của các lớp đất đắp trên

đỉnh cống; phần trên đường bão hoà tính theo dung trọng tự nhiên; phần dưới
đường bão hồ tính theo dung trọng đẩy nổi.

K - Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt ống:
- Ống chôn trong hào, K = f(H/Bo);

- Ống chôn nổi, K = f (H/B).

Trị số K tra ở các bảng tương ứng theo “Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng, Thiết 
kế cống, Nhà xuất bản nông nghiệp – Hà Nội 1988”.

</div>
(56)<div class='page_container' data-page=56>

b) Hai bên

Biểu đồ áp lực bên có dạng hình thang (hình 3-11) được xác định như sau:
- Trên đỉnh:

P1 = q1tg
2

(450 -

2


); (3 – 24)

- Dưới đáy:

,
1
P = '

q tg2(450 -

2


). (3 – 25)

Ở đây '

q = q1 + γđH; γđ là dung trọng đất đắp hai bên thành cống, lấy theo

dung trọng đẩy nổi.

Để tính nội lực, thường phân tải trọng bên thành hai bộ phận: bộ phận đều

(có cường độ P1. và bộ phận tuyến tính (có cường độ lớn nhất P1' – P1).

2. Áp lực nước

Gồm áp lực nước bên ngoài và bên trong cống (nếu có). Áp lực nước
ngoài cống tác dụng ở trên đỉnh, hai bên và dưới đáy cống. Áp lực nước bên
trong cống tác dụng ở hai bên và trên đáy cống. Cường độ áp lực nước theo quy
luật thuỷ tĩnh:

- Trên đỉnh:

q2 = γn.Z2;

- Hai bên:

P2 = γn.Z2;

'
2

P = γn(Z2 + H).

- Dưới đáy:

q3 = γn(Z2 + H).

3. Trọng lượng bản thân 
a) Tấm nắp

q4 = γb.tn, (tn: chiều dày tấm nắp).

b) Tấm bên (phân bố theo phương đứng)

q5 = γb.tn, (tn : chiều dày tấm bên).

c) Tấm đáy

</div>
(57)<div class='page_container' data-page=57>

4. Phản lực nền

Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc loại nền và cách đặt ống; thường
r phân bố khơng đều, song trong tính tốn xem phần đứng là phân bố đều, ta có:

r = q1 + q2 + q4 + q6 – q3 + 2 5 d n

q (H t t )
B

 

(3 – 26)
5. Sơ đồ lực cuối cùng, trường hợp trong cống khơng có nước (hình 3-11) 
a) Các lực thẳng đứng

- Phân bố trên đỉnh:
q = q1 + q2 +q4;

- Phân bố 2 bên thành: q5;

- Phân bố dưới đáy:
qn = r – q6 + q3.

b) Các lực nằm ngang
- Bộ phận đều:

P = P1 + P2;

- Bộ phận tuyến tính:
Pt = P1'P2' - P1 - P2.

Hình 3-12: Sơ đồ các lực tác dụng lên cống ngầm

</div>
(58)<div class='page_container' data-page=58>

Câu hỏi ơn tập chương 3

1. Trình bày cách phân loại và chọn cấu tạo cống ngầm lấy nước dưới đập
đất?

2. Tính tốn khẩu diện cống ngầm lấy nước?
3. Kiểm tra trạng thái chảy và tính tốn tiêu năng?
4. Tính tốn kết cấu cống ngầm lấy nước?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Văn Cung và các tác giả khác, Thuỷ lực 
tập II, NXB nông nghiệp, Hà Nội – 2006.

2. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng, Cơng trình 
tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – 
Hà Nội 1977.

3. Ngơ Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy cơng, tập II, Nhà xuất 
bản xây dựng – Hà Nội 2005.

4. Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng, Thiết kế cống, Nhà xuất bản nông nghiệp – 
Hà Nội 1988.

5. Trường Đại học thủy lợi, Bộ môn thủy công, Đồ án môn học thủy công, 
NXB

xây dựng, Hà Nội – 2004.
6. TCVN 5060 – 90.

</div>
(59)<div class='page_container' data-page=59>

Chương 4

THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

4.1. Mở đầu

Đập bê tông trọng lực là loại đập được xây dựng bằng vật liệu bê tơng và
được duy trì ổn định nhờ khối lượng bê tông của đập. Do khối lượng bê tông lớn
nên yêu cầu về nền của đập rất cao (thông thường là nền đá tốt).

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây xu thế xây dựng đập bê tông đang
ngày càng được chú ý phát triển. Ví dụ: Đập Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận,
đập Lòng Sơng ở Bình Thuận, đập Định Bình (hình 4-1), đập Sơn La… đều là
đập bê tơng trọng lực.

Hình 4-1: Mơ hình đập Định Bình (Bình Định)

Để làm đồ án thiết kế đập bê tông trọng lực đảm bảo tốt yêu cầu về kinh

tế và kỹ thuật, trước tiên ta cần nghiên cứu những vấn đề sau.

4.1.1. Vị trí và nhiệm vụ cơng trình

</div>
(60)<div class='page_container' data-page=60>

4.1.2. Chọn tuyến đập và bố trí cơng trình đầu mối 
1. Tuyến đập

Dựa vào bình đồ khu đầu mối và mặt cắt địa chất, nêu những căn cứ để
chọn tuyến có lợi nhất về kỹ thuật và kinh tế. Ví dụ: tuyến được chọn là tuyến
ngắn nhất, nền đá tốt, gần đường giao thông nên thuận lợi cho công tác điều vận
và thi công đập…

2. Chọn loại đập

Dựa vào tài liệu địa chất và vật liệu xây dựng, phân tích để chọn loại đập
thích hợp (ở đây là đập bê tông trọng lực).

3. Bố trí tổng thể cơng trình đầu mối

Trên tuyến đã chọn, cần phân tích điều kiện cụ thể để chọn vị trí đập tràn,
vị trí nhà máy thuỷ điện và các cơng trình khác trong hệ thống đầu mối.

4.1.3. Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế 
1. Cấp cơng trình

Cấp cơng trình được xác định theo hai điều kiện:

- Theo chiều cao đập và loại nền (thường là đập bê tông trên nền đá); 
- Theo nhiệm vụ tưới, phát điện, phòng lũ.

Cấp cơng trình được chọn theo trị số nào quan trọng nhất từ hai điều kiện trên.
2. Các chỉ tiêu thiết kế

Từ cấp cơng trình và loại đập, xác định được:

- Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất tính tốn;
- Tần suất gió lớn nhất và bình qn lớn nhất tính toán;
- Các hệ số vượt tải, hệ số điều kiện làm việc, hệ số tin cậy;
- Các độ vượt cao của đỉnh đập.

4.2. Tính toán mặt cắt đập

4.2.1. Mặt cắt cơ bản

1. Dạng mặt cắt cơ bản

Do đặc điểm chịu lực, mặt cắt cơ bản của đập bê tơng trọng lực có dạng tam

giác, tải trọng tính toán bao gồm trọng lượng bản thân, áp lực nước, áp lực thấm.
Trên hình 4-2, các thơng số hình học của mặt cắt cơ bản được xác định
như sau:

- Đỉnh mặt cắt ở ngang MNDGC, ở đây MNDGC = MNDBT + Ht, trong

đó Ht là cột nước siêu cao, lấy theo tài liệu đã cho ứng với tần suất lũ thiết kế P%.

- Chiều cao mặt cắt:

</div>
(61)<div class='page_container' data-page=61>

Trong đó đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập đã cho, lấy tại

vị trí sâu nhất sau khi đã bóc bỏ lớp phủ;

- Chiều rộng đáy đập là B, trong đó đoạn hình chiếu của mái thượng lưu
là nB, hình chiếu của mái hạ lưu là (1- n)B. Trị số n có thể xác định theo các
điều kiện ổn định và ứng suất.

Hình 4-2: Sơ đồ tính tốn mặt cắt cơ bản của đập 
1. Xác định chiều rộng đáy đập

a. Theo điều kiện ổn định:

Theo điều kiện ổn định, chiều rộng đáy đập (B) được tính theo công thức:

B = Kc 1

1
n

f ( n  )


(m. (4 – 2)

Trong đó:

H1 - chiều cao mặt cắt tính bằng đơn vị m;

f - hệ số ma sát;

γ1 - dung trọng của đập tính bằng đơn vị N/m3;

γn - dung trọng của nước tính bằng N/m3;

n - trị số đã chọn ở mục trên;

α1 - Hệ số cột nước cịn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, cơng trình

quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo

màng chống thấm. Trị số α1 xác định theo mức độ xử lý nền, sơ bộ có thể chọn

α1 = 0,4  0,6. Trị số α1 sẽ được chính xác hố bởi việc tính tốn xử lý nền sau

này;

Kc - Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính tốn ổn định

</div>
(62)<div class='page_container' data-page=62>

c tt
n
m
n .N .R

 (4 – 3)

Trong đó:

nc - hệ số tổ lợp tải trọng;

m - hệ số điều kiện làm việc;
Kn - hệ số độ tin cậy;

Ntt và R lần lượt là giá trị tính tốn của tổng lực gây trượt và của lực

chống trượt giới hạn.

Có thể viết (4-3) dưới dạng:

c n

R n .K

N  m (4 – 4)

So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi:

c n

n .K
K

 (4 – 5)
b) Theo điều kiện ứng suất

B = 1

1
n

(1 n) n(2 n)



    



(m) (4 – 6)

Trong đó các đại lượng đã được giải thích ở trên.
c) Chọn trị số B

Để thoả mãn đồng thời cả hai điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B' là trị

số lớn nhất trong hai trị số đã tính ở trên.

4.2.2. Mặt cắt thực dụng đập không tràn

Từ mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ sung một số chi tiết ta được mặt cắt thực
dụng.

1. Xác định cao trình đỉnh đập

Cũng như đập đất, cao trình đỉnh đập bê tông của phần không tràn được
xác định từ 2 điều kiện:

đ1 = MNDBT +Δh + ηs + a (4 – 7)

đ2 = MNDGC + Δh

+ η's + a
'

(4 – 8)
Trong đó:

</div>
(63)<div class='page_container' data-page=63>

Δh' và η's xác định với vận tốc gió tính tốn bình qn lớn nhất, trong đó

Pmax cũng phụ thuộc cấp cơng trình, tra bảng P2-1, phụ lục 2;

Δh, Δh' được xác định giống như đã trình bày trong đồ án thiết kế đập đất;

ηs, η
'

s được xác định như trong đồ án tính tốn lực và thấm;

Trị số của a và a' phụ thuộc vào cấp công trình, có thể tham khảo
QCVN04 – 05 – 2012, Cơng trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế.

Cao trình đỉnh đập được chọn là trị số lớn nhất theo hai điều kiện (4-7) và (4-8).
2. Bề rộng đỉnh đập

Nếu đỉnh đập khơng có u cầu giao thơng thì nên chọn theo điều kiện
cấu tạo: b = 2m; cịn khi có u cầu giao thơng thì chọn theo quy phạm thiết kế
của giao thơng.

3. Bố trí các các hành lang

Các hành lang (lỗ khoét) trong thân đập có tác dụng tập trung nước
thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chữa; hành lang ở gần nền
để sử dụng phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang chọn theo yêu cầu sử
dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi cơng (kích thước máy khoan
phụt vữa và khoảng không cần thiết khi thi công); Các hành lang khác chọn
không nhỏ hơn 1,2 x 1,6m.

Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách

tầng kia 15 20m. Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang

chọn theo điều kiện chống thấm: δ = H/J, trong đó H - cột nước tính đến đáy
hành lang; J - građien thấm cho phép của bê tơng, J = 10  15. Khi có sử dụng

phụ gia chống thấm, có thể lấy J lớn hơn.

4.2.3. Mặt cắt thực dụng của đập tràn 
1. Mặt cắt đập tràn

Chọn mặt tràn dạng Ơphixêrốp khơng chân khơng. Loại này có hệ số lưu
lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định. Cách xây dựng mặt cắt đập như
sau:

- Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT (tràn tự động);

</div>
(64)<div class='page_container' data-page=64>

- Vẽ đường cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn
(đường aBd);

- Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp
xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D.

- Mặt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R,

R = (0,2 0,5).(p +Ht), (4 – 9)

Trong đó:

p - chiều cao đập;

Ht - cột nước trên đỉnh đập tràn.

Mặt tràn nước cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF (hình 4-3) được biểu thi như sau:
- AB là nhánh đi lên của đường cong Ôphixêrốp (khi mặt thượng lưu đập
tràn là nghiêng, cần kéo dài đoạn Ba về phía trước cho đến khi gặp mái thượng

lưu tại A);

- BC là đoạn nằm ngang trên đỉnh;

- CD là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ôphixêrốp;
- DE là một đoạn của mi hạ lưu thuộc mặt cắt cơ bản;

- EF là cung cong nối tiếp với sân sau.

Hình 4-3: Xây dựng mặt cắt đập tràn

</div>
(65)<div class='page_container' data-page=65>

Hình 4-4: Sơ đồ mặt cắt thực dụng đập tràn 
 a. Thêm một phần ở chân đập phía hạ lưu

b. Bớt một phần ở thượng lưu và thêm một phần ở chân hạ lưu 
 2. Trụ pin và cầu giao thông

Đỉnh đập có thể có hoặc khơng có đường giao thơng chính chạy qua,
nhưng để đi lại kiểm tra và khai thác cơng trình vẫn phải làm cầu giao thông qua
đập tràn. Trường hợp bề rộng tràn lớn, cần làm các trụ pin để đỡ cầu và phải
đảm bảo điều kiện chảy bao hợp lý (hình 4-5). Cao trình đỉnh cầu giao thơng
chọn ngang đỉnh đập, bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập. Trường hợp tràn có
cửa van, cần làm cầu cơng tác để đóng mở van. Chiều cao cầu công tác xác đỉnh
theo yêu cầu kéo van lên với độ lưu khơng cần thiết.

Hình 4-5: Hình dạng trụ pin và trụ biên thơng dụng

4.3. Tính tốn màng chống thấm

4.3.1. Mục đích

Xác định các thông số cần thiết của màng chống thấm (chiều sâu, chiều
dày, vị trí đặt) để đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra: hạn chế lượng mất
nước, giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập.

</div>
(66)<div class='page_container' data-page=66>

4.3.2. Xác định các thông số của màng chống thấm 
1. Chiều sâu phụt vữa

S1 phụ thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập, chiều sâu xử lý

chống thấm xác định như sau:

- Khi H < 25m: xử lý đến độ sâu có lượng mất nước 0,05 l/ph; 
- Khi 25m ≤ H < 75m: tương ứng đến 0,03l/ph;

- Khi H  75m: tương ứng đến 0,01 l/ ph. 
Trong đó H là cột nước thấm lớn nhất của đập.

Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác định được chiều sâu màng
chống thấm S1 như hình 4-1.

2. Chiều dày màng chống thấm

Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màng:

δ ≥

 

H
J


(4 – 10)
Trong đó:

 - cột nước tổn thất qua màng,  = 1 -  , với 1  đã giả thiết ở trên. 1
[J] - Gradien thấm cho phép của vật liệu làm màng, xác định theo CH
123-60:

Bảng 4-1: Xác định gradien thấm cho phép của vật liệu làm màng

Lượng mất nước khống chế (l/ph) [J]

0,05 10

0,03 15

0,01 20

3. Vị trí màng chống thấm

Màng chống thấm được bố trí càng gần mặt thượng lưu đập càng tốt.

Nhưng để chống thấm cho thành phía trước của hành lang phụt vữa cần khống
chế l1 ≥ 1

b
H

J , trong đó H1 - cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang; Jb -

Gradien thấm cho phép của bê tơng, có thể lấy Jb =10 15.

4.3.3. Kiểm tra trị số của  1

Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó:

2
1

</div>
(67)<div class='page_container' data-page=67>

Với: p1 = γnH;

p2 =

2
n

.H 1 X

arccos 1 b

a S
    
   
 
   
 
    
 
 

(4 – 11)

Ta có:  = 1

1 1 X

arccos 1 b

a S
    
  
 
   
 
    
 

 

(4 – 12)

X ;
2


 
2 2
1 2
1 1

1 l l

a 1 1

2 S S

 
   
 
     
     
 

(4 – 13)

2 2

2 1

1 1

1 l l

b 1 1

2 S S

 
   
 
     
     
 

(4 – 14)
Trong đó các ký hiệu được biểu thị trên hình 4-2.

Trường hợp  tính theo (4-12) khơng phù hợp với trị số đã giả thiết ở (4-3), cần 1
chọn lại các thông số của màng chống thấm (l1, l2, X), hoặc là tính lại mặt cắt

đập theo trị số  mới. 1

4.4. Tính tốn thuỷ lực đập tràn

4.4.1. Tính tốn khẩu diện tràn

1. Công thức chung

Từ tài liệu đã có (cao trình ngưỡng, cột nước lớn nhất trên tràn ứng với
tần suất thiết kế và lưu lượng cần tháo), ta xác định được bề rộng tràn để tháo
với lưu lượng cần thiết. Sử dụng công thức chung của đập tràn:

3/2

t n 0

Q   m



b 2gH (4 – 15)

Trong đó:

 - hệ số cọ hẹp bên;

δn - hệ số ngập, trường hợp đập tràn chảy tự do thì δn = 1,0.

m - Hệ số lưu lượng;



b- Tổng chiều dài tràn nước;
H - Cột nước trên đỉnh tràn.
Qt - Lưu lượng tháo qua tràn.

2. Xác định các thông số

</div>
(68)<div class='page_container' data-page=68>

Qt = Q - αtQo (4 – 16)

Trong đó:

Q - lưu lượng tháo lũ lớn nhất (theo tài liệu đã cho);

Q0 - khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thuỷ điện, lấy trong trường hợp

cả 4 tổ máy đều làm việc;

 - hệ số lợi dụng, có thể lấy  = 0,75t 0,9.
b) Hệ số lưu lượng m của đập tràn

m =  H hd.mct (4 – 17)
Trong đó:

mct - hệ số lưu lượng của đập tràn tiêu chuẩn (đập Cơrigie - Ôphixêrốp)

loại 1,

mtc = 0,49

H - hệ số sửa chữa do cột nước thay đổi;

Hd- hệ số sửa chữa do thay đổi hình dáng so với mặt cắt tiêu chuẩn.
Trị số của  và H Hdđược chọn trong các bảng tương ứng của sổ tay tính
tốn thuỷ lực.

c) Hệ số co hẹp bên ε phụ thuộc số khoang và dạng mố, xác định theo
công thức:

mb (n 1) mt H0

1 0, 2. .

n b

   

   (4 – 18)

Trong đó:

 và mb lần lượt là hệ số co hẹp của mố trụ và mố bên;
n - số khoang ;

b - bề rộng 1 khoang.
d) Cột nước toàn phần
Ho = H +

g
vo

2
2



(4 – 19)
Với v0 là lưu tốc tới gần.

3. Xác định khẩu diện tràn

Từ công thức (4-15) rút ra:

3/2

n 0

Q
b

. .m. 2gH


 



(4 – 20)

</div>
(69)<div class='page_container' data-page=69>

- Giả thiết trị số ε;

- Thay vào (4-20) tìm



- Tiến hành phân khoang, chọn loại mố;

- Tính lại ε theo (4-18); nếu ε khác với trị số đã giả thiết, cần tính lại



với trị số ε mới.

4.4.2. Tính tốn tiêu năng

1. Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng 
a) Hình thức

- Có thể là tiêu năng đáy hoặc phóng xạ. Hình thức tiêu năng mặt khơng
thích hợp khi mực nước hạ lưu thay đổi tương đối lớn.

b) Biện pháp

- Khi tiêu năng đáy: có thể đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp.
Trường hợp nền đá nếu đào bể quá sâu thì khơng có lợi; xây tường q cao cũng
khơng kinh tế vì phải xử lý nước nhảy ở sau tường. Hợp lý nhất nên xét làm bể -
tường kết hợp.

- Khi tiêu năng phóng xa: cần làm mũi phun cuối đập tràn. Cao trình mũi
phun chọn cao hơn mực nước max ở hạ lưu.

2. Tính tốn cho hình thức tiêu năng đáy 
a) Xác định lưu lượng tính tốn tiêu năng

Giả thiết các cột tràn (từ 0  Hmax), tính lưu lượng tràn Qt theo (4-15); với

cột nước và lưu lượng đó, tính độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp hc
"

(có thể tính
theo phương pháp tra bảng tìm "ccủa Agơrốtxkin).

Độ sâu hạ lưu tìm được từ quan hệ Q ~ Zhạ với lưu lượng xả Q = Qt + αtQ0.

Lưu lượng tính tốn tiêu năng là trị số Qt nào ứng với (hc
''

- hh)max.

b) Tính tốn kích thước bể tiêu năng

Dựa vào hiệu số (hc" - hh)max để chọn biện pháp tiêu năng thích hợp. Khi

(hc"-hh. nhỏ chỉ cần đào bể hoặc xây tường; khi (hc"-hh)lớn, nên làm bể tường kết

hợp. Việc tính tốn kích thước thiết bị tiêu năng tương ứng (chiều sâu bể d,
chiều cao tường c, chiều dài bể lb. được thực hiện theo phương pháp thuỷ lực.

3. Tính tốn cho hình thức tiêu năng phóng xa 
a) Tìm góc nghiêng hợp lý của mũi phun

Thường chọn trước cao trình mũi phun. Để tìm góc nghiêng hợp lý của
mũi phun im, giả thiết các phương án im khác nhau, tính với lưu lượng xả Qmax,

</div>
(70)<div class='page_container' data-page=70>

coi là hợp lý khi tỉ số dx/lp là nhỏ nhất. Cách xác định dx và lp tham khảo giáo

trình Thuỷ lực tập II, NXB Nông nghiệp, Hà Nội- 2006.

b) Vẽ đường bao hố xói

Mục đích: Xác định mức độ hố xói lan vào chân đập để có biện pháp xử

lý thích đáng.

Cách vẽ: tính với các cấp lưu lượng xả qua tràn từ 0 đến Qtmax (Ht thay đổi

từ 0 Htmax). Với mỗi cấp lưu lượng tính được lp và dx, chọn hệ số mái của hố

xói mx, vẽ được hố xói tương ứng, nối các điểm ngoài cùng của các hố xói ta

được đường bao hố xúi (hỡnh 4-6).

Lp4
Lp2

Lp3

hh

0

dx1 dx2 dx3
Ht

ĐƯờng bao hố xói

Hỡnh 4-6: Sơ đồ tính tiêu năng kiểu phóng xa

4.5. Tính tốn ổn định của đập

4.5.1. Mục đích

Kiểm tra ổn định trượt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn.
Trong thiết kế, yêu cầu tính ổn định trượt cho phần đập không tràn (kiểm tra cho
mặt cắt có chiều cao lớn nhất).

4.5.2. Các trường hợp tính tốn

Cần kiểm tra với các trường hợp làm việc khác nhau của đập:

- Ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình
thường (tổ hợp cơ bản);

- Ứng với MNDBT, có động đất (đặc biệt);
- Ứng với MNGC (đặc biệt);

- Ứng với MNDBT, các thiết bị chống thấm và thốt nước làm việc khơng
bình thường (đặc biệt)…

</div>
(71)<div class='page_container' data-page=71>

4.5.3. Kiểm tra ổn định trượt cho các trường hợp

Kiểm tra ổn định đập được thực hiện theo các trình tự sau:

- Xác định các lực tác dụng lên đập (bài tốn phẳng) như đồ án thủy cơng số 1.
- Kiểm tra sự an toàn về trượt phẳng (đập trên nền đá), trường hợp mặt
trượt nằm ngang: tiến hành kiểm tra theo công thức (4-4), trong đó:

Ntt =



P (tổng các lực gây trượt chủ động);

R = f0



Gt + C.B, (4 – 21)

Với



G- tổng hợp lực chủ động theo phương vng góc với mặt trượt

kể cả lực đẩy nổi;

f0 và C - đặc trưng chống trượt (theo tài liệu đã cho);

B- Bề rộng mặt trượt.

- Kết luận về tính hợp lý của mặt cắt đập.

4.6. Phân tích ứng suất thân đập

4.6.1. Mục đích

Xác định các đặc trưng phân bố ứng suất trong thân đập như: các đường
đẳng ứng suất, quỹ đạo ứng suất N1, N2, T để sử dụng cho việc phân vùng vật

liệu, bố trí khe thi cơng, phân tích ứng suất lỗ kht…
4.6.2. Trường hợp tính tốn

Cần phân tích ứng suất với các trường hợp làm việc khác nhau của đập
(xem mục 4.5).

Trong đồ án thiết kế sơ bộ yêu cầu tính với 1 trường hợp (trường hợp 3).
Tính cho một mặt cắt đập không tràn (mặt cắt đã kiểm tra ổn định ở trên).

4.6.3. Phân tích ứng suất cho mặt cắt đã chọn

Sử dụng phương pháp phân tích trọng lực theo trình tự như sau:
1. Chia lưới

Chia Mặt cắt đập ra các phần bởi một lưới vng, kích thước mặt cắt lưới

cỡ 10 x 10m như sơ đồ hình 4-7.

2. Tính tốn ngoại lực tác dụng lên đập ứng với các mặt cắt nằm ngang 
khác

Các lực cần tổng hợp gồm:



- tổng lực thẳng đứng;



- tổng lực nằm ngang;

0
M

</div>
(72)<div class='page_container' data-page=72>

3. Tính ứng suất biên trên từng mặt cắt

Sử dụng các cơng thức và quy định đã trình bày (Giáo trình thủy cơng, 
tập I, Nhà xuất bản xây dựng - Hà Nội 2004), ta có:

a. Ứng suất pháp

 = G 6 2M0

B  B



(4 – 22)

0
2
y

G 6 M

B B

 







(4 – 23)

Ở đây B là bề rộng của mặt cắt nằm ngang đang xét.
b. Ứng suất tiếp 

- Biên thượng lưu:

' '

n y 1

( y )tg

      (4 – 24)

Trong đó:

γn - dung trọng của nước;

y - chiều sâu nước tính đến mặt cắt ngang đang xét;

'
y

 - trị số ứng suất pháp y tại biên thượng lưu;

α1 - góc giữa mái thượng lưu đập và phương thẳng đứng.

- Biên hạ lưu:  = " "ytgα2
'

, (4 – 25)

Trong đó:

"
y

 - trị số ứng suất pháp ytại biên hạ lưu;

 - góc giữa mái hạ lưu đập và phương thẳng đứng.
c) Ứng suất pháp  x

- Biên thượng lưu: 'x = γn y - (γn.y -

'
y

 .tg2α1 ; (4 – 26)

- Biên hạ lưu: "x= "ytg2α2 . (4 – 27)

d) Ứng suất chính
- Biên thượng lưu:

N2' = γn.y; (4 – 28)

N1
'
=
'
y 2
n 1
2
1
ytg
cos

  

 . (4 – 29)

- Biên hạ lưu:

</div>
(73)<div class='page_container' data-page=73>

N1
''
=
"
y
2
2
cos


 . (4 – 31)
e) Ứng suất cắt chính

- Biên thượng lưu:

' '

' N1 N2

2


 . (4 – 32)

- Biên hạ lưu:

" N1
T

 . (4 – 33)

4. Tính tốn các thành phần ứng suất trong mặt cắt

Chọn trục x hướng từ hạ lưu về thượng lưu cho từng mặt cắt, ta có:
a) Ứng suất pháp ytrên mặt cắt nằm ngang

Giả thiết yphân bố theo quy luật tuyến tính:

y a b.x

  

Tại x = 0, ta có :

 = "y, tứclà "y = a; (1)
Tại x = B, ta có :

'
y

 = y, tức là 'y = a + b.B. (2)
Giải hệ phương trình (1. và (2) ta được:

a = "y, b =

' "
y y
B
  
,
y

 = "y+

' "

y y

X
B
  

(4 – 34)
b) Ứng suất pháp trên mặt cắt thẳng đứng

 = "x +

' "

y y

X
B
  

</div>
(74)<div class='page_container' data-page=74>

c. Ứng suất pháp chính

N1,2 =

X y x y 2

2 2

      

    

 

(4 – 36)

d) Ứng suất tiếp chính

T =





x y 2

xy
2

  

  (4 – 37)
5. Vẽ các đường đẳng ứng suất và quỹ đạo ứng suất

a) Đường đẳng ứng suất

Đường đẳng ứng suất là đường cong mà trên đó các ứng suất có cùng trị
số. Dựa vào các đường đẳng ứng suất người thiết kế có thể chọn vật liệu thích
hợp cho từng vùng trong thân đập. Trong thiết kế đập bê tông trọng lực đường
đẳng ứng suất được vẽ theo hai phương pháp sau:

+ Phương pháp sức bền vật liệu

- Chia mặt cắt đập thành những ơ lưới có kích thước thơng thường 5 x 5m
(hoặc 10 x 10m).

- Tính các trị số y,  ,  , Nx 1, N2 tại các mắt lưới.

- Nối các điểm có cùng trị số ứng suất N1, N2 ta được các đường cong liên

tục, đó chính là các đường đẳng ứng suất. Ví dụ: Các đường đẳng ứng suất N1

</div>
(75)<div class='page_container' data-page=75>

Hình 4-7: Đường đẳng ứng suất N1

Hình 4-8: Đường đẳng ứng suất N2

198,16m
MNDBT=190,5m

131,25m

135,13m

198,16m
MNDBT=190,5m

131,25m

</div>
(76)<div class='page_container' data-page=76>

+ Phương pháp lý luận đàn hồi

Từ đỉnh mặt cắt tam giác kẽ hàng loạt các tia và đánh số thứ tự theo: trục
Oy được ký hiệu là o, các tia phía phải Oy được ký hiệu là 1, 2, 3… các tia phía
trái Oy được ký hiệu là -1, -2, -3…như hình 4-9.

Hình 4-9: Sơ đồ vẽ đường đẳng ứng suất

Theo thuyết đàn hồi ứng suất tại một điểm bất kỳ trong thân đập có chiều
cao vơ hạn được biểu diễn dưới dạng các hàm số tuyến tính sau:

x 1 1 1 1 x

(a x b y) a b y y

 

       

 

(4 – 38)

y 2 2 2 2 y

(a x b y) a b y y

 

       

 

(4 – 39)

3 3 3 3

(a x b y) a b y y

 

       

 

(4 – 40)

Tại 1 điểm A(x,y) trên một tia bất kỳ thì x tg n

y   do đó

* * *

x, y,

   là hằng

số cho mỗi tia.

Thay các biểu thức (4-38), (4-39), (4-40) vào các công thức(4-36), (4-37)
ta tính được các ứng suất chính trên tia đang xét theo:



  

2 2

* * * * *

x y x y *

1,2 1,2

( ) 2

N y N y

        

  (4 – 41)



* *

  

2 * 2

* *

x y

1 2

2 N N

T y Ty

2 2

     

</div>
(77)<div class='page_container' data-page=77>

Như vậy tại một tia bất kỳ ta có thể tính được x tg nm

y   và các trị số

* * *
x, y,

   , * * *
1 2

N , N ,T ; đồng thời sử dụng các công thức (4 - 41), (4 – 42) để vẽ các
đường đẳng ứng suất. Thí dụ trên hình 4-10 biểu thị 02 đường đẳng ứng suất
pháp chính N1 đã được vẽ.

Trong thiết kế các đường đẳng ứng suất thường được vẽ với các trị số ứng
suất là 5, 10, 15, 20…KG/cm2.

b. Đường quỹ đạo ứng suất

Trên sơ đồ hình 4-10 góc nghiêng  được tạo bởi phương tác dụng của

các ứng suất pháp chính với trục ox theo:



  

2 2

* * * * *

x y x y

( ) 2

         
 

 (4 – 43)

Trong đó, dấu dương tương ứng với ứng suất chính thứ nhất; dấu âm cho
ứng suất chính thứ hai.

Hình 4-10: Sơ đồ vẽ đường quỹ đạo ứng suất pháp chính 
Các đường quỹ đạo ứng suất pháp chính được vẽ như sau:

Từ đỉnh tam giác ta vẽ các tia 1, 2, 3…, dựa vào cơng thức (4-43) ta tính

được tg cho từng tia. Sau đó dùng phương pháp đồ giải để vẽ đường quỹ đạo

ứng suất pháp chính (hình 4-10). Theo phương x lấy một đoạn 00 có chiều dài '

đơn vị, ta vẽ các đoạn 01, 02, 03… theo điều kiện:

' '

</div>
(78)<div class='page_container' data-page=78>

tia đã được tính theo cơng thức (4 - 43). Phương của các đoạn 01, 02, 03…biểu
thị phương của ứng suất pháp chính trên các tia1, 2, 3…

Để vẽ đường quỹ đạo ứng suất pháp chính N2 ta thực hiện như sau:

Từ một điểm A nào đó trên tia 1 ta kẻ đoạn AB // 01, điểm B nằm trên
đường phân giác của góc hợp giữa tia 1 và tia 2, từ B kẻ đoạn BC // 02 , điểm C
nằm trên đường phân giác của góc hợp giữa tia 2 và tia 3. Tiếp tục làm tương tự
ta xác định được các điểm D, E, F, G và vẽ đường cong qua các điểm A, B, C,
D, E, F, G ta được quỹ đạo ứng suất N2.

Đường quỹ đạo ứng suất pháp chính N1 được vẽ như sau:

Từ điểm A'trên tia 9 vẽ đoạn A B' 09 điểm B'nằm trên đường phân
giác của góc được tạo thành giữa tia 9 và tia 8; từ B vẽ đoạn '

B C08, điểm

C nằm trên đường phân giác của góc được hợp thành giữa tia 8 và tia 7, tương
tự ta vẽ được đường quỹ đạo ứng suất chính N1 là A B C D E F D và họ đường ' ' ' ' ' ' '

quỹ đạo ứng suất chính N1.

Ví dụ: Trên hình 4-11 biểu thi các đường quỹ đạo ứng suất N1,cịn trên

hình 4-12 là các đường quỹ đạo ứng suất N2.

Đường quỹ đạo ứng suất tiếp chính được vẽ hướng theo góc 45 so với 0
các đường quỹ đạo ứng suất pháp chính.

</div>
(79)<div class='page_container' data-page=79>

Hình 4-12: Đường quỹ đạo ứng suất N2

4.7. Các cấu tạo chi tiết

4.7.1. Phân đoạn đập và cấu tạo khớp nối

Nhằm tránh hiện tượng lún không đều và nứt nẻ ta phải chia đập thành
các đoạn, giữa các đoạn là khe lún. Mỗi khe cách nhau 50m. Riêng ở phần đập
tràn thì các khoang cũng cách nhau bởi một khe lún ở giữa mố (hình 4-13). Khe
lún tồn tại trong suốt quá trình làm việc của đập. Khe lún cắt suốt chiều cao của
đập đảm bảo cho các đoạn đập làm việc độc lập.

Hình 4-13: Sự phân bố khe lún và khe nhiệt độ 
1- khe lún, 2- khe nhiệt độ

</div>
(80)<div class='page_container' data-page=80>

Khe lún có dạng phẳng hoặc dạng hình khớp (hình 4-14). Hiện nay loại
khe phẳng được dùng phổ biến hơn do có cấu tạo đơn giản, dễ thi công. Khớp
nối thường được làm bằng cao su để đảm bảo chống thấm tốt.

Hình 4-14: Cấu tạo khe lún

1- nút chống thấm, 2- tấm kim loại,

2- giếng nhỏ chứa bitum, 4- giếng thoát nước và kiểm tra.

4.7.2. Cấu tạo đỉnh đập

Cao trình đỉnh đập phải cao hơn mực nước lớn nhất trong hồ. Đối với đập
tương đối cao có thể làm thêm tường chắn sóng phía thượng lưu để giảm khối
lượng cơng trình. Nếu đỉnh đập có đường giao thơng đi qua thì phải dựa vào quy
phạm giao thông để thiết kế mặt đập (mặt đường).

Thơng thường cao trình đỉnh đập được lấy theo tính toán thiết kế.
4.7.3. Thiết bị thoát nước và hành lang trong đập

Thân đập bố trí các đường ống thốt nước thấm, các ống đặt thẳng đứng,

đường kính 0,15m đặt cách nhau 1,5  3,0m, cách mặt thượng lưu đập khoảng

1/10  1/12 cột nước tác dụng lên đập và không nhỏ hơn 2m.

Các ống tập trung nước làm bằng bê tông xốp, nước thấm được tập trung
vào các ống thẳng đứng và dẫn xuống các hành lang để thoát ra hạ lưu.

Để giảm áp lực thấm lên đáy đập, dọc trục đập sau màng chống thấm
thường khoan 1 2 hàng lỗ để thoát nước, các lỗ khoan cách nhau 2  5m nước
thấm từ nền qua các lỗ khoan vào hành lang và tháo xuống hạ lưu.

</div>
(81)<div class='page_container' data-page=81>

Trên hình 4-15 cho thấy hành lang có kích thước được chọn theo đúng
quy định ở trên và khoảng cách giữa 2 hành lang theo chiều cao đập là 20m.

Hình 4-15: Bố trí thiết bị thốt nước và hành lang trong thân đập

4.7.4. Nối tiếp phần tràn và không tràn

Hình thức nối tiếp thường là khớp nối hình , trong đó có phun bê tơng

mác cao chống thấm. Có thể tham khảo lượng xi măng trong 1m3 bê tông như
sau: vùng sát nền 230  240kG (mác bê tông 200 B10), vùng mép đập 240kG

(mác bê tông 200 B8), vùng giữa đập 160kG (mác bê tông 150 B2), mặt đập tràn

260kG (có thể cao hơn tùy thuộc vào lưu tốc dòng chảy); vùng có mực nước
thay đổi 270kG (mác bê tông 250 B8, theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ).

4.7.5. Nối tiếp đập với nền và bờ

Trước khi thi cơng phải tiến hành bóc bỏ lớp phong hố trên mặt nền. Mặt
nền có thể làm phẳng hoặc hơi nghiêng về phía thượng lưu. Khi mặt nền quá
nhấp nhô, thay đổi đột ngột thì cần sữa lại cho bằng phẳng để tránh phát sinh
ứng suất tập trung. Tiến hành gia cố nền bằng cách:

a) Phụt vữa tạo màng chống thấm

Màng chống thấm trong nền được tạo bởi các lỗ khoan và phụt vữa có tác
dụng giảm áp lực thấm dưới đáy đập và hạn chế lượng nước tổn thất qua nền.

Màng chống thấm thường được thi cơng sát về phía thượng lưu, đường

kính lỗ khoan khoảng 5  15cm. độ sâu của hố khoan tùy thuộc yêu cầu chống

</div>
(82)<div class='page_container' data-page=82>

màng chống thấm được chọn đảm bảo sao cho độ dốc thấm lớn nhất qua màng
chống thấm không vượt quá trị số cho phép theo quy phạm hiện hành.

Để tiết kiệm, nên làm màng chống thấm có độ dốc thay đổi, cụ thể như sau:
- Phía trên có thể làm ba hàng lỗ khoan, phía dưới chỉ cần một hàng;

- Khoảng cách giữa các hàng tùy thuộc vào mức độ nứt nẻ của nền
(thường từ 1,5  2 hoặc 3  4m), trong mỗi hàng khoảng cách các lỗ khoan có
thể lấy 2  5m.

Vật liệu tốt nhất để làm màng chống thấm là vữa xi măng, đối với nước
có tính ăn mịn nền thì nên dùng vữa bi tum, cịn trường hợp nền có những hang
khe lớn thì có thể dùng vữa đất sét.

b) Phụt vữa gia cố nền

Chúng ta biết rằng nền của đập bê tơng trọng lực có u cầu cao hơn rất
nhiều so với nền của các loại đập khác. Bởi vậy, trong tự nhiên ít có loại nền
đảm bảo được yêu cầu xây dựng của loại đập này. Để đảm bảo tính chỉnh thể
của nền, tăng cường sự liên kết giữa đập và nền, nâng cao cường độ của nền,
người ta tiến hành phụt vữa xi măng trên khắp diện tích mặt nền. Độ sâu các hố
khoan phụ thuộc vào tính chất nứt nẻ và chất lượng nền. Độ sâu phụt vữa gia cố
có thể từ 5  15m. Trên mặt bằng, các lỗ khoan thường được bố trí dạng chữ
nhật hoặc dạng hoa mai đối với từng trường hợp cụ thể.

c) Xử lý các lớp kẹp xấu

Khi nền có những lớp kẹp xấu thẳng đứng, người ta có thể làm một lớp
đệm bằng bê tông cốt thép dạng phẳng hoặc dạng vịm (hình 4-16a. để truyền
lực xuống hai bên thành đá tốt, hoặc làm các nút bê tơng (hình 4-16a).

</div>
(83)<div class='page_container' data-page=83>

Câu hỏi ơn tập chương 4

1. Tính tốn mặt cắt đập BTTL?
2. Tính tốn thuỷ lực đập tràn?
3. Tính toán ổn định đập BTTL?

4. Xây dựng đường đẳng ứng suất và đường quỹ đạo ứng suất trong thân
đập BTTL?

5. Trình bày cấu tạo chi tiết các bộ phận chính của đập BTTL?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xn Đặng, Ngơ Trí Viềng, Cơng trình 
tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – 
Hà Nội 1977.

2. Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến và các tác giả khác, Giáo trình thuỷ 
công tập I, NXB xây dựng, Hà Nội – 2004.

3. Trường Đại học thủy lợi, Bộ môn thủy công, Đồ án môn học thủy công, 
NXB

xây dựng, Hà Nội – 2004.
4. TCVN 5060 – 90.

</div>
(84)<div class='page_container' data-page=84>

Chương 5

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN 
5.1. Giới thiệu chung

5.1.1. Vị trí, nhiệm vụ cơng trình

Cống lộ thiên là loại cống hở được xây dựng để điều tiết lưu lượng và
khống chế mực nước nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu úng,
ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn. Cống lộ thiên được dùng rộng rãi ở vùng đồng
bằng và do đó nó cịn được gọi là “cống đồng bằng”, ví dụ: cống hạ lưu Liên
Mạc (hình 5-1).

Hình 5-1: Cống hạ lưu Liên Mạc

Căn cứ luận chứng kinh tế kỹ thuật và dự án xây dựng công trình, trong
đồ án thiết kế cần nêu tóm tắt về vị trí nhiệm vụ của cống như sau:

Ví dụ 1: Cống A được xây dựng ven sông X để lấy nước tưới cho 
55.000ha ruộng, ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ; đồng thời kết hợp

tuyến đường giao thông với loại xe 8  10 tấn đi qua.

Ví dụ 2: Cống B được xây dựng ven sông Y (vùng chịu ảnh hưởng thủy 
triều) để tiêu nước, ngăn triều và giữ ngọt; diện tích tiêu 36.000ha; cống nằm

trên tuyến đường giao thơng có loại xe 10  15 tấn đi qua.

Ví dụ 3: cống C được xây dựng ven sông Z để làm nhiệm vụ dâng nước 
tưới cho 33.000ha ruộng, tiêu nước cho khu vực trên và ngăn lũ từ sông vào.

Cống nối liền tuyến đường giao thông cấp 5 đồng bằng.

5.1.2. Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế

1. Cấp cơng trình (xác định theo TCVN 5060 – 90): dựa vào 2 điều kiện: 
- Chiều cao cơng trình tra theo bảng 1-1, TCVN 5060 – 90 với đối tượng
là đập bê tông trên nền đất;

- Nhiệm vụ cơng trình: tra bảng 1-2 quy phạm đã dẫn.

</div>
(85)<div class='page_container' data-page=85>

2. Các chỉ tiêu thiết kế

Dựa vào cấp cơng trình được chọn cần xác định các chỉ tiêu sau:

- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để phục vụ cho tính tốn ổn định
và kết cấu của cơng trình;

- Tần suất mực nước lớn nhất ngồi sơng khai thác;

- Các hệ số vượt tải, hệ số điều kiện làm việc, hệ số tin cậy cần được xác
định cụ thể đối với cống thiết kế.

5.2. Tính tốn thuỷ lực cống

Mục đích tính tốn thủy lực cống là để xác định khẩu diện và tính tốn
tiêu năng. Ngồi ra cịn có thể lập quy trình đóng mở cống cho một số trường
hợp cần thiết.

5.2.1. Tính tốn kênh hạ lưu

Có thể chọn độ dốc kênh i theo tài liệu đã gợi ý. Bài toán ở đây là: có i, m,
n, Q, h (do khống chế cao trình đáy và mực nước thiết kế), tìm B. Để giải ta
dùng phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực của Agờrốtxkin
(Chương 6 - Bài giảng thủy lực cơ sở, Hà Nội - 2012).

5.2.2. Tính tốn khẩu diện cống 
1. Trường hợp tính tốn

Chọn trường hợp khi chênh mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo với
lưu lượng Q thiết kế.

2. Chọn loại và cao trình ngưỡng cống 
a) Cao trình ngưỡng

Có thể chọn cao trình ngưỡng cống bằng hoặc cao hơn đáy kênh. Nói
chung đối với cống tiêu và cống lấy nước tưới khi chênh lệch mực nước khống
chế nhỏ, nên chọn ngưỡng thấp để tăng khả năng tháo (có thể chọn ngưỡng cống
ngang với đáy kênh thượng lưu).

b) Hình thức ngưỡng

- Khi ngưỡng thấp chọn đập tràn đỉnh rộng.

- Khi ngưỡng cao chọn đập tràn thực dụng, có thể chọn loại mặt cắt hình
thang, hoặc mặt cắt cong như hình 5-2.

</div>
(86)<div class='page_container' data-page=86>

3. Xác định bề rộng cống

Sau đây trình bày sơ đồ thường gặp là chảy qua đập tràn đỉnh rộng (hình 5-3).

Hình 5-3: Sơ đồ tính khẩu diện cống khi ngưỡng đỉnh rộng 
a) Xác định trạng thái chảy

Theo QPTL C1 - 78, đập chảy ngập khi hn = nH0.

Trong đó:

hn = hh - p1 (hình 5-3);

n - hệ số, sơ bộ có thể lấy 0,75 ≤ n ≤ (0,830,87);

H0 = H +

2
0
v
2g


. (5 – 1)
Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, có thể xảy ra chảy ngập. Độ
cao hồi phục Zhp thường nhỏ, có thể bỏ qua, khi đó lấy h = hn.

b) Tính bề rộng cống

Gọi b là bề rộng cống, từ công thức của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập ta
có:



H h



g
2
h
.
.

Q
0
c

n  



 (5 – 2)

Trong đó:

 - hệ số lưu lượng, lấy theo trị số của hệ số lưu lượng m (tra bảng của
Cumin, QPTL C1-78).

 - hệ số co hẹp bên,  = 0,5c  + 0,5 0 (5 – 3)

Sơ bộ có thể định trước  (chẳng hạn từ 0,95 0  1).

+ Trình tự xác định khẩu diện cống như sau:

- Định trước  , n  (từ m và c  ), thay vào (5 - 2), xác định được 0



b;
- Tiến hành phân khoang và chọn mố;

h hn

</div>
(87)<div class='page_container' data-page=87>

- Tính lại  ,n  theo trị số của m và c  . 0

b d

 





(5 – 4)

Ở đây:



d- tổng chiều dày các mố;

m - phụ thuộc chiều cao ngưỡng p, độ co hẹp (b d
b


) và dạng mố, tra
theo các bảng của Cumin.

- Thay giá trị mới của  và n  vào (5-2. để tính lại c



b) Cuối cùng cần
kiểm tra lại trạng thái chảy đã định ở trên.

5.2.3. Tính tốn tiêu năng phịng xói

1. Trường hợp tính tốn: khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực 
nước thượng hạ lưu lớn.

a) Cống lấy nước

Khi mực nước sông lớn; mực nước đồng phụ thuộc lưu lượng lấy. Chế độ
nối tiếp hạ lưu phụ thuộc quy trình vận hành (chế độ đóng mở cửa van); ở đây
yêu cầu tính với trường hợp đơn giản là mở đều các cửa.

b) Cống tiêu vùng triều

Trường hợp mức nước triều hạ xuống thấp (chân triều): ở phía đồng là
mức nước đã khống chế. Trường hợp này thường tranh thủ mở hết cửa van để
tiêu, lúc đó lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng tiêu thiết kế. Tuy
nhiên chế độ đó khơng duy trì trong một thời gian dài.

c) Cống tiêu kết hợp dâng tưới

Trường hợp mực nước sông nhỏ nhất và mực nước đồng lớn. Nhưng
trường hợp này do yêu cầu dâng nước mà không mở hết van, chỉ mở đủ để tháo
lưu lượng tiêu thiết kế. Ở đây cũng yêu cầu tính với chế độ mở đều các cửa.

2. Lưu lượng tính tốn tiêu năng 
a) Cống lấy nước

Mực nước hạ lưu phụ thuộc lưu lượng lấy, khi mực nước sơng (Zsơng ) đã

có. Để xác định lưu lượng tính tốn tiêu năng, cần tính với các cấp lưu lượng từ
Qmin Qmax, với mỗi cấp Q, cần xác định độ mở cửa cống. Với độ sâu liên hiệp

vùng triều '
c

h và độ sâu hạ lưu hh, Qtt là trị số ứng với (h"c - hh)max.

b) Cống vùng triều

Vì cống đặt gần sơng nên nói chung mực nước hạ lưu cống không phụ
thuộc lưu lượng tháo qua cống. Khi đó Qtt là khả năng tháo lớn nhất ứng với các

</div>
(88)<div class='page_container' data-page=88>

c) Cống tiêu kết hợp dâng tưới

Xét trường hợp mực nước hạ lưu cống không phụ thuộc lưu lượng tháo và
khi mực nước thượng lưu đã khống chế thì Qtt chính là lưu lượng tháo thiết kế

của cống.

Khi đó cần xác định độ mở a của cống theo công thức chảy dưới cửa
cống:

Q = ε .φ.



b.hc 2g(Ho h )c (5-5)

Trong đó:

ε - hệ số co hẹp bên;
φ - hệ số lưu tốc;

hc = α.a, với α là hệ số co hẹp đứng, α = F(a/H) có thể tra theo bảng của

Jucốpxki (Bảng 16-1, Thuỷ lực tập II, NXB Nông nghiệp, Hà Nội – 2006). 
Khi đã khống chế Q, a được tìm bằng cách như đã nêu ở chương 3 (Thiết
kế cống ngầm lấy nước dưới đập đất).

3. Tính tốn kích thước thiết bị tiêu năng 
a) Chọn biện pháp tiêu năng

Có thể đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp. Với cống trên nền đất,
biện pháp đào bể thường hợp lý hơn. Khi có xây tường kết hợp cần đảm bảo
không ảnh hưởng đến khả năng tháo của cống ứng với trường hợp tính tốn
khẩu diện ở trên.

b) Tính tốn kích thước bể
- Chiều sâu bể (d):

d = σhc'' - (hh - Z2. (5-6)

Trong đó:

σ - hệ số ngập, chọn bằng 1,05  1,10;
hc

- độ sâu liên hiệp sau nước nhảy, có thể xác định theo phương pháp
của Agơrốtski, trong đó năng lượng đơn vị E0 tính đến đáy bể.

Z2 - chênh lệch đầu nước ở cuối bể vào kênh, tính như đập tràn đỉnh rộng

chảy ngập:
Z2 =



"



2
c
2
2
h
2
2
h
.
g
2
q
h
.

g
2
q



 (5-7)

Như vậy, d được xác định bằng cách tính đúng dần theo cơng thức (5-6).
- Chiều dài bể tiêu năng:

</div>
(89)<div class='page_container' data-page=89>

Trong đó:

l1- chiều dài nước rời từ ngưỡng xuống sân tiêu năng, tính theo

Tréctơuxốp:

l1 = 2 h (pk 0,35h )k (5-9)

hk H0
3
2

 ; (5-10)

p - chiều cao ngưỡng cống so với bể;

ln - chiều dài nước nhảy, có thể tính theo công thức kinh nghiệm:

ln = (4,5  5,0).(hc" - hc) (5-11)

β - hệ số, lấy bằng 0,7 - 0,8.

5.3. Bố trí các bộ phận cống

5.3.1. Thân cống

Thân cống bao gồm bản đáy, trụ và các bộ phận bố trí trên đó.

Thân cống với các bộ phận của nó có tác dụng điều tiết lưu lượng, khống
chế mực nước và liên kết với bờ hoặc cơng trình thủy lợi khác ở bên cạnh. Cách
bố trí các bộ phận chính của thân cống cần phải tuân theo các quy định sau đây.

1. Cửa van

Có thể chọn van phẳng hay van cung. Van cung thích hợp khi kích thước lỗ
cống lớn; van phẳng hay dùng với các lỗ cống nhỏ hơn. Trong thực tế thường
phải thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật để chọn phương án hợp lý. Chú ý rằng,
với loại van cung, cần tăng chiều dài thân cống để bố trí càng van; cần chọn vị
trí tâm quay thích hợp để tiện đóng mở và đảm bảo an tồn trong mọi trường
hợp (chương 17 – Giáo trình thủy cơng, tập II, Nhà xuất bản xây dựng – Hà Nội 
2005).

2. Tường ngực

Tường ngực được bố trí để giảm chiều cao van và lực đóng mở.
a) Các giới hạn của tường

- Cao trình đáy tường:

Zđt = Ztt + δ (5-11)

Trong đó:

Ztt là mực nước tính tốn khẩu diện cống, tức cần đảm bảo ứng với trường

</div>
(90)<div class='page_container' data-page=90>

- Cao trình đỉnh tường: lấy bằng cao trình đỉnh cống, xác định như đỉnh
đập bê tông trọng lực (chương 4).

b) Kết cấu tường

Gồm bản mặt và các dầm đỡ. khi chiều cao tường không lớn, chỉ cần bố
trí hai dầm đỡ (ở đỉnh và đáy tường); khi chiều cao lớn, cần bố trí thêm các dầm
trung gian. Bản mặt đổ liên khối với dầm; chiều dày bản mặt chọn từ 0,1  0,3m
và được chính xác hố bởi tính tốn kết cấu.

3. Cầu cơng tác

Cầu cơng tác là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công
tác cần tính tốn đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn cịn khoảng khơng cần
thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần. Kết cấu cầu bao gồm: bản mặt, dầm
đỡ và các cột chống. Kích thước các bộ phận có thể tham khảo các cơng trình đã
có (xem các bản vẽ mẫu) và được chính xác hố bởi tính tốn kết cấu.

4. Khe phai và cầu thả phai

Khe phai và cầu thả phai thường được 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 di chuyển khi thả phai; với
các cống nhỏ việc thả phai có thể tiến hành bằng thủ cơng.

5. Cầu giao thơng

Cao trình mặt cầu thường được chọn ngang hoặc thấp hơn đỉnh cống; bề
rộng và kết cấu cầu chọn theo yêu cầu giao thơng (xem bản vẽ mẫu). Vị trí đặt
cầu giao thông cần chọn sao cho không cản trở việc thao tác van và phai.

6. Mố cống

Mố cống bao gồm các mố giữa và hai mố bên. Trên mố bố trí khe phai và
khe van (khi van phẳng) hoặc bộ phận đỡ trục quay van cung (tai van). Chiều
dày mố khi dùng van phẳng cần lớn hơn khi dùng van cung. Chiều dày mố bên
cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang. Hình dạng đầu mố giữa cần đảm bảo điều
kiện thuận dòng, thường chọn dạng nữa trịn hoặc tam giác. Chiều cao mố có thể
thay đổi từ thượng lưu về hạ lưu tuỳ theo mực nước cao thấp ở mỗi phía.

7. Khe lún

Khi cống rộng, cần dùng khe lún phân cống thành từng mảng độc lập. Bề

rộng mỗi mảng phụ thuộc điều kiện địa chất nền, thường không vượt quá 15 

20m. Mỗi mảng có thể gồm từ 1 3 khoang. Các mảng nên bố trí giống nhau để

</div>
(91)<div class='page_container' data-page=91>

Khe lún thường bố trí ở mố giữa. Mố có chứa khe lún là mố kép. Trên khe
lún cần bố trí thiết bị chống rò nước, lỗ để đổ nhựa đường.

8. Bản đáy

Chiều dài bản đáy cần thỏa mãn các điều kiện thuỷ lực, ổn định của cống

và yêu cầu bố trí kết cấu bên trên. Thường chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện
bố trí các kết cấu bên trên, sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định cống và độ
bền của nền.

Chiều dày bản đáy chọn theo điều kiện chịu lực, nó phụ thuộc vào bề rộng
khoang cống, tải trọng bên trên và tính chất nền. Thường chọn theo kinh
nghiệm, sau đó chính xác hố bằng tính toán kết cấu bản đáy.

5.3.2. Đường viền thấm

Đường viền thấm bao gồm bản đáy cống, sân trước, các bản cừ và chân
khay. Kích thước bản đáy cống như đã chọn ở trên. Kích thước các bộ phận
khác có thể chọn như sau:

1. Sân trước

Vật liệu làm sân có thể là đất sét, á sét, bê tơng cốt thép hay bi tum. Khi
có sẵn vật liệu tại chỗ (đất sét, á sét) nên cố gắng tận dụng.

- Chiều dài sân:

Ls ≤ (34)H (5-12)

Trong đó:

H là cột nước tác dụng lên cống, thường chọn Ls= 3,5H.

- Chiều dày: khi sân bằng đất sét hay á sét thì nên làm chiều dày thay đổi

từ đầu đến cuối sân. Chiều dày ở đầu thường lấy theo điều kiện cấu tạo:

t1 ≥ 0,6m. Chiều dày ở cuối sân xác định theo yêu cầu chống thấm:

t2 

 

H
J


(5-13)
Trong đó:

ΔH - độ chênh cột nước ở hai mặt sân (trên và dưới);

[J] - gradien cho phép phụ thuộc vật liệu làm sân, thường lấy [J] = 46.
2. Bản cừ

a) Vị trí đóng cừ

</div>
(92)<div class='page_container' data-page=92>

(cừ làm tăng áp lực đẩy ngược dưới bản đáy). Ngồi ra trong nhiều trường hợp
có thể khơng cần đóng cừ. Điều này cần được làm rõ bằng tính tốn ổn định
cống và kiểm tra độ bền thấm của nền.

b) Chiều sâu đóng cừ

Chiều sâu đóng cừ chủ yếu phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu
làm cừ và điều kiện thi công.

- Khi tầng thấm không dày (T < 510m) nên đóng cừ cắt ngang tầng
thấm (cừ chống).

- Khi tầng thấm dày, có thể làm cừ lơ lửng (cừ treo). Chiều sâu đóng cừ
khi đó chọn theo vật liệu làm cừ và điều kiện thi công.

3. Chân khay

Ở hai đầu bản đáy cần làm chân khay cắm sâu vào nền để tăng ổn định và
góp phần kéo dài đường viền thấm.

4. Thoát nước thấm

Các lỗ thốt nước thấm thường được bố trí ở sân tiêu năng, dưới sân cần
phải bố trí tầng lọc ngược. Đường viền thấm được tính đến vị trí bắt đầu có tầng
lọc ngược. Trường hợp cống làm việc với cột nước hai chiều, có thể sử dụng
một đoạn sân tiêu năng không đục lỗ (đoạn giáp với bản đáy). Đoạn này đóng
vai trị như một sân trước ngắn khi cột nước đổi chiều tác dụng.

5. Sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm

Kiểm tra chiều dài đường viền thấm theo công thức:

Ltt ≥ C.H (5 – 14)

Trong đó:

Ltt - chiều dài tính tốn của đường viền thấm tính theo phương pháp của

Len (Theo đồ án thủy công số 1: Tính lực và thấm dưới đáy cơng trình thủy lợi); 
H - cột nước lớn nhất của cống;

C - hệ số phụ thuộc loại đất nền có thể tra ở bảng P3 -1 (phụ lục 3).

Trường hợp điều kiện (5-14) chưa thoả mãn, cần thay đổi chiều dài sân
trước, chiều sâu đóng cừ hoặc đóng thêm hàng cừ phụ ở đầu sân trước.

5.3.3. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu 
1. Nối tiếp thượng lưu

Góc mở của tường cánh về phía trước chọn với tgθ 

4
1
3
1

 hình thức

</div>
(93)<div class='page_container' data-page=93>

Đáy đoạn nối tiếp thượng lưu cần có lớp phủ chống xói (bằng đá xây
hoặc đá đổ dày 0,3 0,5m). Chiều dài lớp phủ khoảng (35)H1, trong đó H1 là

chiều sâu nước chảy vào cống. Trường hợp có làm sân phủ chống thấm thì lớp
bảo vệ ít nhất phải dài bằng sân chống thấm. Phía dưới lớp đá bảo vệ cần có tầng

đệm bằng dăm cát dày 1015cm.

2. Nối tiếp hạ lưu

- Tường cánh: hình thức có thể chọn như tường cánh thượng lưu, song
góc mở θ1 chọn nhỏ hơn, thường tgθ1 =

6
1
4
1

 .

- Sân tiêu năng: thường làm bằng bê tơng đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thốt
nước. Chiều dày sân có thể xác định theo cơng thức Đônbrốpxki:

t = 0,15.V1 . h1 , (5 – 15)

Trong đó V1 và h1 là lưu tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy.

- Sân sau: làm bằng đá xếp hoặc tấm bê tơng có đục lỗ thốt nước, phía
dưới có tầng đệm theo hình thức tầng lọc ngược.

Chiều dài sân sau được xác định theo công thức kinh nghiệm:

lss = K q H (5 – 16)

Trong đó:

q - lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng;
ΔH - chênh lệch cột nước thượng hạ lưu;

K - hệ số phụ thuộc tính chất lịng kênh, chọn K theo bảng 5-1.
Bảng 5-1: Bảng xác định hệ số K

Loại đất trị số K

Cát, cát pha 1020

Cát thơ, đất có tính dính 89

Đất sét cứng 67

5.4. Tính tốn thấm dưới đáy cống

5.4.1. Những vấn đề chung 
1. Mục đích

Xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt và gradien

</div>
(94)<div class='page_container' data-page=94>

2. Trường hợp tính tốn

Nêu các trường hợp cần tính, thơng thường yêu cầu tính thấm với một
trường hợp khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất.

3. Phương pháp tính

Có nhiều phương pháp tính thấm dưới đáy cơng trình. Đối với cống lộ
thiên yêu cầu dùng phương pháp đồ giải vẽ lưới thấm bằng tay để tính tốn.
5.4.2. Tính thấm cho trường hợp đã chọn

Nội dung tính thấm được thực hiện như sau: 
- Vẽ lưới thấm;

- Dùng lưới thấm để xác định các đặc trưng của dòng thấm: Wt, Jra

(Tính theo các cơng thức đã nêu trong đồ án thủy cơng tính lực và thấm).
5.4.3. Kiểm tra độ bền thấm của nền

Độ bền thấm của nền tính tốn theo TCVN 5060 – 90 được thực hiện như 
sau:

1. Kiểm tra độ bền thấm chung:

Jtb ≤

tb
K

n
J

K (5 – 17)

Trong đó:

Jtb - gradien cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán;

tb
K

J - gradien cột nước giới hạn trung bình tính toán, lấy theo bảng 2 của
tiêu chuẩn đã nêu;

Kn - hệ số độ tin cậy.

Trị số Jtb có thể xác định theo công thức:

Jtb =

tt
H



 (5 – 18)

Trong đó:

H - cột nước tác dụng;

Ttt - chiều sâu tính tốn của nền;





- tổng hệ số cản của đường viền thấm tính theo phương pháp của
Trugaép.

2. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ

Kiểm tra theo cơng thức:

</div>
(95)<div class='page_container' data-page=95>

Trong đó:

Jr - trị số gradien cục bộ ở cửa ra, xác định theo kết quả tính ở trên;

Jk - gradien tới hạn cục bộ. Theo tiêu chuẩn đã nêu Jk cần được xác định

theo thí nghiệm mơ hình hoặc ở hiện trường. Khi chưa có đầy đủ tài liệu này thì
có thể tham khảo các trị số của Ixtơmina (hình P3-1 - Phụ lục 3), theo đó trị số Jk

chủ yếu phụ thuộc hệ số khơng đều hạt η = d60/d10.

5.5. Tính tốn ổn định cống

5.5.1. Mục đích và trường hợp tính tốn

1. Mục đích: kiểm tra ổn định của cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong thiết 
kế kỹ thuật chỉ giới hạn phần tính tốn đối với việc kiểm tra ổn định trượt.

2. Trường hợp tính tốn: nêu các trường hợp bất lợi có thể xẩy ra. Ở đây 
yêu cầu tính với một trường hợp là khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống
lớn nhất (trường hợp đã tính thấm ở trên).

Khi cống phân thành nhiều mảng bởi các khớp lún, cần kiểm tra ổn định
cho tất cả các mảng. Trong đồ án thiết kế thường yêu cầu tính cho một mảng đại
diện.

5.5.2. Tính toán ổn định trượt cho trường hợp đã chọn 
1. Xác định các lực tác dụng lên mảng tính toán

a) Các lực đứng: bao gồm trọng lượng cầu giao thông cầu công tác, cầu
phai, cửa van, tường ngược, mố cống, bản đáy, nước trong cống (nếu có), phần
đất giữa 2 chân khay (trong phạm vi khối trượt) và các lực đẩy ngược (thấm,
thuỷ tĩnh).

b) Các lực ngang: áp lực nước thượng lưu và hạ lưu, áp lực đất chủ động
ở chân khay thượng lưu (Ectl), áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu (Ebhl).

2. Xác định áp lực đáy móng 
Theo sơ đồ nén lệch tâm

 = p M0

F  W



(5 – 20)

Trong đó:



- tổng lực đứng;

0
M



- tổng Mômen của các lực tác dụng lên mảng lấy đối với tâm đáy

mảng;

F - diện tích đáy mảng;

</div>
(96)<div class='page_container' data-page=96>

Từ công thức (5-20. xác định được ứng suất móng lớn nhất maxvà ứng
suất đáy móng bình qn  . tb

3. Phán đoán khả năng trượt

Để phán đoán khả năng trượt cần xét 3 điều kiện:

a) Chỉ số mơ hình hố

N = max

1
B.


 ≤
lim

N (5 – 21)
Trong đó:

B - chiều rộng mảng (chiều song song với lực đẩy trượt);
γ1 - dung trọng đất nền (lấy theo dung trọng đẩy nổi);

lim

N - chuẩn số không thứ nguyên lấy bằng 1 đối với cát chặt và bằng 3
đối với các loại đất khác.

b) Chỉ số kháng trượt
tg φ = tgφ1 +

tb

C



1 ≥ 0,45 (5 – 22)

Ở đây φ1, C1 - góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền, chỉ số “1”

là tương ứng khi tính tốn nền theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất.
c) Hệ số mức độ cố kết

o t 0

c 2

n 0

k (1 e)t
C

a .h



 ≥ 4 (5 – 23)

Trong đó:

Kt - hệ số thấm (m/s);

e - hệ số rỗng của đất tự nhiên;
to - thời gian thi công cơng trình (s);

a - hệ số nén của đất (m2/N);
γn - dung trọng của nước (N/m3);

h0 - chiều dày tính tốn của lớp cố kết, lấy bằng chiều dày của lớp đất có

sét h1 (nhưng không lớn hơn B).

Nếu cả ba điều kiện nêu trên đều thoả mãn thì chỉ cần xét trượt phẳng.
Nếu một trong ba điều kiện không thỏa mãn thì ngồi trượt phẳng cịn phải xét
cả trượt sâu và trượt hỗn hợp. Tuy nhiên trong thiết kế sơ bộ thường chỉ yêu cầu
kiểm tra trượt phẳng.

4. Tính tốn trượt phẳng

</div>
(97)<div class='page_container' data-page=97>

nc.Ntt ≤

n
m

k R (5 – 24)

Trong đó:

nc - hệ số tổ hợp tải trọng;

m - hệ số điều kiện làm việc;
kn - hệ số tin cậy;

Ntt và R là giá trị tính tốn của tổng lực gây trượt và của lực chống trượt

giới hạn. Khi mặt trượt nằm ngang các giá trị này được xác định như sau: 
Ntt = Ttl + Ectl -Thl , (5 – 25)

R =



ptg 1 m E1 bhl F.C1 . (5 – 26)
Ở đây:

Ttl và Thl là tổng giá trị tính tốn các thành phần nằm ngang của các lực

chủ động tác dụng từ phía thượng lưu và hạ lưu, từ áp lực chủ động của đất;
m1 là hệ số điều kiện làm việc, xét đến quan hệ giữa áp lực bị động của

đất với chuyển vị ngang của cống, khi khơng có số liệu thí nghiệm có thể
lấy m1 =0,7.

Các ký hiệu khác như đã giải thích ở trên.

5.6. Tính tốn kết cấu bản đáy cống

5.6.1. Mở đầu 
1. Mục đích

Mục đích tính tốn là xác định sơ đồ ngoại lực, tính tốn nội lực và bố trí
cốt thép trong bản đáy cống. Dưới đây yêu cầu xác định sơ đồ ngoại lực để tính
kết cấu bản đáy theo các phương pháp dầm đảo ngược và dầm trên nền trên nền
đàn hồi.

2. Trường hợp tính tốn

Nếu các trường hợp làm việc bất lợi về mặt chịu lực của bản đáy. Trong

đồ án thiết kế kỹ thuật yêu cầu tính với trường hợp khi chênh lệch mực nước
thượng hạ lưu lớn nhất (trường hợp đã tính ổn định ở trên).

3. Chọn băng tính tốn

</div>
(98)<div class='page_container' data-page=98>

5.6.2. Tính tốn bản đáy theo phương pháp dầm đảo ngược

Phương pháp này xem phản lực nền theo phương dòng chảy phân bố theo
quy luật bậc nhất và theo phương vng góc là đều (hình 5-4). Phản lực nền
theo phương dịng chảy tính theo cơng thức nén lệch tâm:

0
max,min

G M

F w

 







(5 – 27)

Trong đó:

G - tổng các lực thẳng đứng;

0
M



- Tổng môn men ngoại lực lấy với tấm O;

F - diện tích mặt tính tốn, F = b x 2l;

b - chiều dài bản đáy theo phương dòng chảy;

2l- chiều rộng bản đáy theo phương vng góc với dịng chảy; 
W- mơmen chống uốn của mặt tính tốn, W =1/6. b.(2l).

2 l

Hình 5-4: Sơ đồ tính bản đáy cống theo phương pháp dầm đảo ngược 
Như vậy sơ đồ tính tốn là một dầm liên tục mà gối tựa là các trụ hay bán
trụ. Ở đây có thể thể coi phản lực nền là một tải trọng, cùng các tải trọng khác
như: nước, trọng lượng bản thân,… ta tính ra M, Q, rồi từ đó tính Fa, Fa' và kiểm

tra nứt.

Ưu điểm của phương pháp này là tính tốn đơn giản, tuy nhiên phương
pháp này còn những nhược điểm sau:

- Chưa xét tới tính chất biến dạng của nền và bản đáy;

- Xem phản lực nền theo phương vng góc với dịng chảy là đều, nói
chung khơng chính xác.

</div>
(99)<div class='page_container' data-page=99>

5.6.3. Tính tốn bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi

Trường hợp cống gồm nhiều mảng ngăn cách bởi khớp lún thì việc tính

tốn kết cấu cũng tiến hành cho từng mảng độc lập. Trên một băng của mảng
các ngoại lực tác dụng lên bản đáy bao gồm lực tập trung từ các mố, lực phân bố
trên băng và các tải trọng bên.

1. Lực tập trung truyền từ các mố

Đây chính là tổng hợp của áp lực đáy các mố trong phạm vi của băng
đang xét. Thường xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính tốn cho một mố như trên
hình 5-5. Từ sơ đồ cần xác định:

- G1, G2: trọng lượng các phần của mố;

- G3: trọng lượng tường ngực;

- G4: trọng lượng cầu công tác;

- G5: trọng lượng cầu giao thông

- G6: tải trọng do người và xe cộ trên cầu;

- T1, T2 - áp lực nước theo phương ngang từ thượng lưu và hạ lưu truyền

qua khe van (khi van đóng).

Các lực G3, G4, G5, G6, T1, T2 tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửa

nhịp cống khi tính cho mố bên, 2 nửa nhịp hai bên khi tính cho mố giữa).

Hình 5-5: Sơ đồ tính tốn lực của mố truyền cho bản đáy 
Ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thức nén lệch tâm:

0
m

m m

G M

F w

 







(5 – 27)

Trong đó:

</div>
(100)<div class='page_container' data-page=100>

0
M



- tổng môn men ngoại lực lấy với tấm đáy mố;

Fm - diện tích mặt tính tốn (diện tích đáy mố);

Wm – mơ men chống uốn của mặt tính tốn.

Từ biểu đồ ứng suất đáy mố (hình 5-5), xác định được trị số bình qn Pk

ở giữa băng tính tốn (K =1, 2… là thứ tự các mố).

Cuối cùng lực của mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung có trị
số:

K k

p p .b.d (5 – 28)
Trong đó:

b - bề rộng của băng tính tốn;
d - chiều dày mố ở đáy;

k - thứ tự của mố.

2. Các lực phân bố trên băng 
- Trọng lượng nước trong cống:

qo = γn.hh.b, (5 – 29)

Trong đó hn là chiều dày lớp nước tại băng tính tốn.

- Trọng lượng bản đáy:

q1 = γb.t.b, (5 – 30)

Trong đó :

γn - dung trọng của vật liệu bản đáy;

t - chiều dày bản đáy tại băng tính tốn;
- Lực đẩy nổi (lực thấm và lực thuỷ tĩnh):

q2 = γnhđn.b (5 – 31)

- Phản lực nền (sơ bộ coi là phân bố đều):
q3 = pp.b

Trong đó:

hđn là cột nước đẩy nổi tại băng tính tốn;

Pp là cường độ áp lực đáy móng tại băng tính tốn.

3. Lực cắt không cân bằng 
a) Trị số

Xác định từ phương trình cân bằng tĩnh 
Q +



Pk+ 2l

i
i 0

q


</div>
(101)<div class='page_container' data-page=101>

i
q 



q0+q1 +q2 + q3

Trong đó: 2l là chiều dài băng đang xét; phép cộng ở vế trái của (5-32) là cộng 
đại số.

b) Phân phối Q cho mố và bản đáy

A1

Fm1 Fm2Fm2 Fm1

Truc trung hịa
y

Hình 5-6: Biểu đồ mơ men tỉnh của mặt cắt ngang cống

- Xác định vị trí trục trung hồ từ hình 5-6 ta có:

y0 =

m 1 d 2

m d

F .Y F .Y

F F






(5 – 24)

Trong đó:

m
F



- tổng diện tích các mố;

Fđ - diện tích phần bản đáy.

Vẽ biểu đồ mơ men tĩnh Sc của băng tính tốn:

Sc = Fc .yc (5 – 25)

Trong đó:

Fc - phần diện tích bị cắt;

yc - khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích bị cắt đến trục trung hồ.

- Tính diện tích biểu đồ Sc, phần tương ứng với mố A1 và với bản đáy A2.

- Phân phối Q cho mố (Qm) và bản đáy (Qđ):

Qm = Q 1

1 2

A A (5 – 26)

Qđ = Q - Qm

- Phân phối Q cho các mố theo tỷ lệ diện tích:

' m

k mk

m
Q

P F .

F


</div>
(102)<div class='page_container' data-page=102>

Trong đó:

Fmk - diện tích mố thứ K;

K - thứ tự mố.

- Phân Qđ đều cho bản đáy:

q4 = d

2L (5 – 28)

4. Tải trọng bên

a) Khi đầu mảng tính tốn giáp với bờ đất
- Xác định phạm vi đất (do đào móng); 
- Tải trọng đứng:

S = γđ. hđ .b (5 – 29)

Ở đây γđ và hđ là dung trọng và chiều cao của cột đất đắp.

- Mô men do áp lực đất nằm ngang gây ra (lấy đối với đáy):

Mđ = E. Yđ (5 – 30)

Trong đó:

E - áp lực ngang của đất;

Yđ - khoảng cách từ điểm đặt của E đến đáy băng.

- Tải trọng của xe cộ trên đường: q5.

b) Khi đầu mảng tính tốn tiếp giáp với mảng khác

Tải trọng bên chính là áp lực đáy móng của mảng bên cạnh, nếu các mảng
giống nhau thì sơ bộ có thể lấy tải trọng bên bằng phản lực nền của chính mảng
đang xét, S = q3.

5. Sơ đồ ngoại lực cuối cùng

Sơ đồ lực cuối cùng được xây dựng như hình 5-7, từ các lực sau:
- Các lực tập trung tại mố:

Pk = Pk' + Pk" , (k = 1,2, …).

- Lực phân bố đều trên băng:
q = q0 + q1 +q2 + q4

- Lực bên từ phía giáp với đất: S, Mđ, q5;

</div>
(103)<div class='page_container' data-page=103>

Hình 5-7: Sơ đồ lực cuối cùng

5.7. Tính tốn tường ngực

5.7.1. khái qt chung về kết cấu tường ngực

Tường ngực được bố trí nhằm mục đích chắn nước để giảm bớt chiều cao
cửa van và cao trình cầu cơng tác. Cao trình đỉnh tường ngực cao hơn mực nước
cao nhất ở thượng lưu, còn cao trình đáy tường ngực cao hơn mực nước mùa

kiệt khi mở hoàn toàn cửa van khoảng 0,3  0,5m. Tường ngực gồm bản chắn,

dầm trên và dầm dưới (hình 5-8).

Hình 5-8: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước lên tường ngực

</div>
(104)<div class='page_container' data-page=104>

Thực tế cho thấy loại ngàm chặt có thể đổ mỏng hơn, tuy nhiên chổ nối tiếp dễ
bị nứt.

5.7.2. Tính tốn kết cấu tường ngực

Tính tốn kết cấu tường ngực là tính tốn bản chắn, dầm trên và dầm
dưới.

a) Bản chắn

Bản chắn có thể nối cứng hoặc nối khớp với dầm. Chiều dày 0,30,5m.

Nếu


b

 2 thì tính theo sơ đồ bản; nếu


b

> 2 thì tính theo sơ đồ dầm. Bằng cách
cắt ra một dải đơn vị, có nhịp tính tốn là l0 = 1,05l; lực tác dụng là áp lực nước,

sóng, va đập…ta tính được kết cấu của bản chắn.

b) Dầm trên

Sơ đồ tính tốn có thể là ngàm hoặc khớp. Tải trọng tác dụng gồm trọng
lượng bản thân, lực từ khe phai truyền xuống, người đi lại (theo phương đứng),
áp lực nước, sóng va đập (gồm phần tác dụng trực tiếp vào dầm và phần do bản
mặt truyền tới. theo phương ngang.

c) Dầm dưới

Tùy theo kiểu liên kết với mố trụ mà có thể là dầm hai đầu ngàm hay là
khớp. Tải trọng tác dụng gồm trọng lượng bản thân, thiết bị…theo phương
đứng; áp lực nước, sóng, va đập…trực tiếp chịu và từ bản mặt truyền tới theo
phương ngang. Ngoài ra theo phương pháp thi công mà dầm dưới còn chịu cả
trọng lượng bản thân dầm trên và bản mặt.

5.8. Bố trí và chọn kết cấu cống

Việc bố trí và lựa chọn kết cấu cống cần chú ý đến các điều kiện sau:
1. Về địa hình

Cần chọn vị trí cống sao cho dịng chảy được thuận và thỏa mãn các yêu
cầu đặt ra. Nếu là cống lấy nước thì phải bảo đảm yêu cầu về lưu lượng và chất
lượng nước. Cống tiêu chọn ở vị trí thấp, đảm bảo khống chế được cả vùng tiêu.
Nơi xây dựng cơng trình phải thuận lợi cho công tác thi công và giao thông vận
tải qua cống, đồng thời tuân theo nguyên tắc sử dụng tổng hợp - đa mục tiêu.

2. Về địa chất

</div>
(105)<div class='page_container' data-page=105>

Như vậy, khi thiết kế cống trước hết cần phải căn cứ vào điều kiện địa
hình, địa chất, thủy văn, nhiệm vụ thiết kế và các điều kiện cụ thể khác để sơ bộ

định ra hình thức kết cấu cống. Sau đó bằng tính tốn thủy lực, tính tốn kết cấu
mà kiểm tra lại, sửa chữa các bộ phận cho hợp lý hơn. Nói tóm lại q trình thiết
kế cống là một quá trình xen kẽ giữa các bước tính tốn, bố trí, chọn cấu tạo các
bộ phận, do đó phải thay đổi sửa chữa để chọn được cơng trình an tồn và kinh
tế nhất.

Thực tế cho thấy, đối với cống nhỏ nên chọn cao trình ngưỡng cao thì
kích thước lỗ cống có lớn hơn nhưng lại giảm được khối lượng phần nối tiếp hai
bên (bộ phận này thường chiếm một tỷ lệ lớn trong toàn bộ khối lượng cống), do
đó giá thành có thể hạ. Ngược lại, các cống lớn có khối lượng bộ phận bên
thường nhỏ so với toàn bộ khối lượng cống, bởi vậy nên chọn ngưỡng thấp thì
rút ngắn được kích thước lỗ cống, giảm khối lượng sân trước, sân sau và bản
đáy.

Mặt khác, khi bố trí kết cấu thân cống cần xét đến khả năng lợi dụng tổng
hợp. Thí dụ bố trí cầu giao thơng qua các trụ, hoặc kết hợp bản đáy thân cống
làm sân tiêu năng để giảm chiều dài sân sau…

</div>
(106)<div class='page_container' data-page=106>

Câu hỏi ơn tập chương 5

1. Tính tốn thuỷ lực cống lộ thiên?

2. Trình bày cách bố trí các bộ phận cống lộ thiên?
3. Tính tốn thấm dưới đáy cống lộ thiên?

4. Tính tốn ổn định cống lộ thiên?

5. Tính tốn kết cấu bản đáy cống lộ thiên?

6. Trình bày tính tốn tường ngực và cách chọn kết cấu cống lộ thiên?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Chiến và các tác giả, Đồ án thủy công, Trường Đại học 
thủy lợi – Hà Nội 1992.

2. Ngơ Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy cơng, tập II, Nhà xuất 
bản xây dựng – Hà Nội 2005.

3. Trường Đại học thủy lợi, Bộ môn thủy công, Đồ án môn học thủy công, 
NXB

xây dựng, Hà Nội – 2004.

4. Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng, Thiết kế cống, Nhà xuất bản nông nghiệp – 
Hà Nội 1988.

5. TCVN 5060 – 90.

6. QCVN04 – 05 – 2012, Cơng trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế. 
7. QPTL C1 – 78.

</div>
(107)<div class='page_container' data-page=107>

Chương 6

THIẾT KẾ THUỶ LỰC KÊNH, BẢO VỆ BỜ VÀ MÁI

CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

6.1. Khái niệm chung về hệ thống kênh nội đồng

Một hệ thống liên thơng gồm kênh chính và các kênh nhánh được xây

dựng để phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp gọi là hệ thống kênh nội đồng.

6.1.1. Chức năng

Chức năng của kênh là vận chuyển đầy đủ nước từ nguồn cấp tới khu vực
sử dụng (hoặc tiêu úng).

6.1.2. Các yếu tố thiết kế

Một loạt các yếu tố được kể đến trong thiết kế là:

- Lưu lượng yêu cầu (Qy/c) cho dòng chảy ổn định hoặc thay đổi;

- Chất lượng nước được vận chuyển, hàm lượng phù sa, độ mặn;

- Các đối tượng sử dụng: tưới, cấp nước, giao thơng thuỷ;
- Các thuộc tính của đất trên tuyến kênh;

- Khả năng và tính sẵn có của thiết bị thi cơng, lao động;
- Điều kiện thi công, độ cao mực nước ngầm;

- Đường xá và công tác bảo dưỡng, thiết bị đo đạc kiểm tra, các đoạn
kênh vượt;

- Các ảnh hưởng tới môi trường, tạo ra các rủi ro dịch bệnh, nước úng,
dâng cao nước ngầm;

- Các sử dụng không đựơc lập kế hoạch: nước uống cho gia súc, bơi lội và
các dịch vụ khác;

- Thực vật: cỏ trên cạn và trong nước.
6.1.3. Các yếu tố thuỷ lực của lòng dẫn

Các yếu tố thủy lực của lòng dẫn gồm: 
- Độ sâu: h;

- Mực nước: T;
- Diện tích ướt: ω;
- Chu vi ướt: χ;
- Bề rộng đáy: b;
- Độ dốc mái: m;

</div>
(108)<div class='page_container' data-page=108>

Hình 6-1: Các yếu tố hình học của kênh 
6.1.4. Mặt cắt kênh

Nói chung chúng được xác định bằng các tiêu chuẩn thuỷ lực, bằng khối
lượng đào đắp, hình dạng bờ bao, đường xá và đặc trưng của đất cùng các yếu tố
có liên quan đến thấm và ổn định.

6.1.5. Phân loại và thuật ngữ

Một cấp độ rộng về thuật ngữ được sử dụng để xác định kênh về cả chức
năng và kích thước. Sự phân loại thay đổi tuỳ theo từng nước và nói chung có
tiêu chuẩn quốc gia đựơc thừa nhận ở các nước theo truyền thống ngành thuỷ
lợi.

Hệ thống chung nhất được xét như sau: 
Thuật ngữ về kênh:

- Kênh chính: Cấp 1;

- Kênh nhánh: Cấp 2;
- Kênh phân phối: Cấp 3;
- Kênh nội đồng: Nội đồng.

Thuật ngữ này được áp dụng tương tự đối với kênh tiêu trong 1 hệ thống.
6.1.6. Bố trí kênh

Serge Leviavsky (Thiết kế thuỷ lực và tưới, tập 2, 1957) nhận xét rằng

" Nguyên lý đầu tiên trong thiết kế một sơ đồ các kênh tưới lâu dài như 
sau: các kênh tưới phải nằm trên vùng cao và kênh tiêu trên vùng thấp ". 
Nguyên lý cơ bản thứ hai của ông là "Các kênh chính phải nằm dọc theo các đồi

chính và kênh nhánh nằm dọc đồi thứ cấp". Các nguyên lý này được coi là các

chỉ dẫn có ích.

Một số các yếu tố liên quan đến việc bố trí, giảm giá thành (cả giá đầu tư
và giá vận hành) là yếu tố chủ đạo.

Các yếu tố khác bao gồm:

</div>
(109)<div class='page_container' data-page=109>

- Các kiểu thông thường: sử dụng các đường thẳng và mạng lưới đối với
đất phẳng hoặc có độ dốc đều;

- Thực trạng đường xá;

- Các cấu trúc vật lý hoặc các điều kiện không mong muốn;
- Các phát triển khác: Làng xóm, nghĩa địa, cần được xét đến;

- Làm tròn các chỗ cong để giảm xói lở và bồi lắng. Cục khai hoang Mỹ
(USBR) khuyến nghị bán kính cong từ 37 lần bề rộng mặt nước, Leviavsky
ghi nhận bán kính từ 10  15 lần bề rộng đáy kênh (b), trong khi đó Priyani
(Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật tưới, Ấn độ, 1964) xác nhận " Đối với các kênh 
lớn, bán kính cong tối thiệu phải bằng 60b và đối với các kênh nhỏ, bán kính 
cong tối thiểu phải bằng 45b".

Đối với các mục đích thiết kế khác nhau trong thực tế, các trị số tối thiểu
có thể chọn theo bảng 6-1:

Bảng 6-1:Các quan hệ giữa vận tốc, lưu lượng với bán kính cong

Vận tốc (m/s) Lưu lượng (m3/s) Bán kính cong (m)

> 0.6 > 3.0 10.b

>1.0 > 5.0 15.b

6.1.7. Chiều cao an toàn

Chiều cao an toàn (Fb) là phần bờ cao được xác định bằng khoảng cách

thẳng đứng kể từ đỉnh bờ kênh đến mực nước thiết kế trong kênh. Về cơ bản, nó
tạo một ranh giới an toàn để tránh chảy tràn hoặc các thiết hại khác do nhiễu
động mặt nước và ảnh hưởng của sóng, cũng như sự lún của bờ kênh.

Fb thường được tính bằng mét (m) theo các cơng sau:

Theo USBR thì Fb = cd với c biến đổi từ 0,5  0,75 đối với dòng chảy ≥

115 m3/s.

Lacey đề xuất: Fb = 0,2+0,15Q1/3

Với các mục đích thiết kế trong thực tế các giá trị được chọn phải không
nhỏ hơn 0,3m. Khi gió gây ra sóng có thể quan trọng đối với kênh rộng và dài,
giá trị thích hợp nhỏ nhất lấy bằng 1,0m.

Các trị số điển hình của Fb được sử dụng như sau:

</div>
(110)<div class='page_container' data-page=110>

6.1.8. Bờ

Bờ dùng để giữ nước và đắp cao thành đường cho xe cộ đi lại dọc kênh
tưới và kênh tiêu. Khi khơng địi hỏi đối với các mục đích khác, bờ là biện pháp
thích hợp để chứa đất thải khi đào kênh. Các chi tiết điển hình của bờ kênh xem
trên hình 6 - 2.

Hình 6 -2: Các mặt cắt kênh và bờ bao điển hình 
a. lịng kênh có hệ số mái khơng đổi 
b. lịng kênh có hệ số mái thay đổi

Dạng hình học của bờ được xem xét theo tình trạng đường xá và đất thải
có sẵn.

Các yếu tố khác là:

- Chiều cao an tồn, đã nói ở trên;
- Các nghiên cứu về thấm .

Gradient thấm phải không cắt mái dốc ngoài của bờ. Trị số gradient chỉ

dẫn phải nằm trong khoảng 1/5 1/10 tương ứng đối với đất sét và cát hoặc đất
bùn.

</div>
(111)<div class='page_container' data-page=111>

dạng cuối cùng. Sự kết tụ của đất bão hồ có thể cần được đảm bảo theo điều
kiện tự nhiên trước khi cắt xén, khi đưa thiết bị công tác đất đến để là bờ.

Hệ số mái thường không được dốc hơn 1:2. Bề rộng đỉnh, nơi thường làm
đường không đựơc nhỏ hơn 4m. Mui luyện tiêu nước thường phải cao hơn mặt
kênh, cần có độ dốc trong khoảng 1:20 đến 1:50. Các bờ khơng có lớp áo thường
khơng được đi lại trong điều kiện ẩm ướt.

Nên có thảm thực vật và lớp đất phủ lên bờ để hạn chế các dòng thấm và
tránh để lại các vùng yếu trong đất. Thông thường không cần các đống đá dưới
chân mái.

Với các kênh rộng, có thể cần có cơ hai bên (hình 6-2b), rất thiết thực cho
việc thi công đào bờ và để tăng độ ổn định. Hiệu quả mà cơ mang lại trong các
hoạt động bảo dưỡng sau này cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế.

6.2. Thiết kế thuỷ lực kênh

6.2.1. Công thức Manning

Công thức Manning là công thức thường được dùng nhất cho dòng chảy
trong lịng dẫn hở. Đối với lịng dẫn khơng lát, nói chung ứng dụng của nó dựa
trên khái niệm: xác định vận tốc lớn nhất cho phép hoặc vận tốc khơng làm xói
kênh (VTKX).

V = 1/n.R2/3.S1/2, hay là V = (1/n. R2/3. i1/2) (6 – 1)

hoặc Q = V. ω = 1/n.R2/3.i1/2.ω, (6 – 2)

Trong đó :

V - vận tốc dòng chảy, m/s;
Q - lưu lượng, m3/s;

(S), Jp - độ dốc mặt nước;

n - hệ số nhám;

ω – mặt cắt ướt của kênh, m2.

Giới hạn VTKX dựa trên đặc tính đất và phù sa trong nước. Nước ngậm
phù sa sẽ cho phép sử dụng VTKX lớn hơn. Vận tốc giới hạn thường dao động
từ 0,4 m/s đối với vật liệu cát mịn kết dính và đến 1,2m/s đối với sỏi thơ. Các trị
số thích hợp với nước ngậm phù sa có thể từ 0,8m/s đến 1,8m/s.

Giá trị "n" thay đổi từ 0,012 đối với lịng dẫn lát bê tơng phẳng đến 0,050
đối với lịng dẫn đất khơng lát (có ít cỏ mọc tự do và lòng dẫn bằng đất).

</div>
(112)<div class='page_container' data-page=112>

Trong 'OPen Channel Hydraulics' của Ven Te Chow có trích dẫn giới hạn
vận tốc và độ nhám thích hợp. Một vài trị số được dẫn ra trên bảng6.1.

Tỷ lệ bề rộng đáy trên độ sâu lòng dẫn (b/d) được suy luận từ thực tế, các
trị số điển hình đối với lịng dẫn không lát biến đổi từ 2 đến 10. Với các kênh
lớn thường chọn các tỷ lệ lớn hơn để tránh việc đào quá sâu.

6.2.2. Thiết kế chế độ cho kênh (công thức Lacey)

Lý thuyết thiết kế này liên quan đến kênh có đáy khơng lát có thể bị xói.
Vận chuyển nước phù sa nói chung có kích thước hạt như kích thước vật liệu
đáy. Kênh đựơc thiết kế để vận hành với một cấp độ vận tốc không gây xói lở
hoặc bồi lắng. Phương pháp được xây dựng từ những quan trắc về trạng thái
kênh ở Ấn độ và được áp dụng đối với những kênh có vật liệu đáy do phù sa
trong nước tích tụ lại.

Các quan trắc hình học của kênh chế độ là kênh mà trong đó mặt cắt ít
thay đổi qua nhiều năm, mặc dù có sự bồi hoặc xói theo mùa.

Sự phát triển ban đầu của phương trình chế độ liên quan đến các quan trắc
của Kennedy và được biểu diễn bằng công thức kinh nghiệm:

V = k.dm (6 – 3)
Với m là chỉ số mũ, m = 0,64,

k = 0,55.

Hai yếu tố này có thể biến đổi ở mức độ nào đó.

Ở dạng tổng qt các phương trình chế độ như sau:
- Bề rộng mặt nước:

T = K1.Q1/2 (6 – 4)

- Bán kính thủy lực:
R = K2. Q

1/3

(6 – 5)
- Độ dốc đáy :

i = K3.Q
-1/6

(6 – 6)
Dựa trên các quan trắc và đo đạc từ các hệ thống kênh ổn định, Lacey đưa
ra các trị số kinh nghiệm như sau:

T = 4,83.e.Q1/2 (6 – 7)

</div>
(113)<div class='page_container' data-page=113>

Trong đó:

e: yếu tố hình dạng, thay đổi từ 0,7 đối với đất sét cứng đến 1,0 đối với
phù sa xói và cát mịn;

f : yếu tố phù sa, có quan hệ hàm số đối với kích thước hạt,

f = 1,76.D1/250 (6 – 10)
[ D50] tính bằng mm.

Những thay đổi ở các phương trình trên xuất phát từ các điều kiện đặc
trưng thích hợp, hoặc để đưa ra các tham số có ảnh hưởng sau này như: hình
dạng hoặc bề rộng lòng dẫn. Tương tự, trị số f cũng thay đổi để phù hợp với
kích thước hạt khác nhau.

Trong thực hành, các phương trình được áp dụng cho nhiều vùng mà số
liệu có thể lấy từ các kênh sẵn có, cho nên khơng nhất thiết xác định trị số tuyệt
đối của f và của các tham số khác.

Trong các trường hợp mà lý thuyết chế độ có thể thích hợp, cần phát triển
một số kiểu phương trình chế độ tương tự như của Inglish - Lacey và Blench.
Kết quả nghiên cứu được công bố trong 'Uniform water Conveyance Channels
in Alluvial Materials' của ASCE 5/1960 là thích đáng.

Chi tiết về lý thuyết và áp dụng các phương trình Lacey được đưa ra trong
các cơng trình của Varshey và Gupta, 1983.

6.2.3. Phương pháp lực kéo 
a) Nguyên lý chung

Dựa trên nhận định: lực đẩy và lực kháng lên đáy lòng dẫn và bờ là cân
bằng trong một mặt cắt ổn định. Phương pháp do USBR (Cục khai hoang Mỹ)
phát triển, ban đầu liên quan đến các vật liệu khơng kết dính như cuội sỏi và cát
thô tại bờ và đáy.

Lực kéo đơn vị lên mép lịng dẫn tính theo phương trình:

  0 c dS (lòng dẫn kênh). (6 – 11)

với:  - trọng lượng đơn vị của nước [N/m3];

</div>
(114)<div class='page_container' data-page=114>

Hình 6-3: Phân bố lực kéo mặt cắt kênh hình thang

Mái dốc lòng dẫn chịu tác động bổ sung của trọng lực, có xu thế dịch
chuyển các hạt xuống phía đáy. Do đó, lực kéo mà các hạt trên bờ có thể kháng
lại sẽ nhỏ hơn các lực này tại đáy. Như vậy giới hạn tác động lên bờ có thể
dùng cho việc thiết lập một chỉ tiêu thiết kế.

Tỷ số s
1


 được gọi là tỷ số lực kéo K, xác định bằng công thức:

K = s

1


 = cos

2 2

tg sin

1 1

tg sin

 

   

  (6 – 12)

Trong đó:

 - lực kéo đơn vị lên mái dốc;

 - lực kéo đơn vị lên mặt bằng;
 - góc nghiêng của mái;

- góc ma sát của vật liệu.

Giá trị lực kéo cho phép được USBR xác định thông qua khảo sát hiện
tượng mở rộng. Chúng liên quan đến vật liệu mịn khơng kết dính và đưa ra trên
bảng 6.4. Số liệu gốc cho các giá trị này được vẽ trên (hình 6.4. là theo Chow,
đơn vị là fps (dễ dàng chuyển đổi: 1b/ft2 = 47,88 N/m2).

Với vật liệu thơ khơng kết dính, trị số thiết kế của lực kéo cho phép
(N/m2) xấp xỉ bằng 0,75 lần D75 (mm), 25% trọng lượng vật liệu lớn hơn.

 = 0,75 D75 (6 – 13)

</div>
(115)<div class='page_container' data-page=115>

nhất. Ở những trường hợp như vậy, góc ma sát không cần xét đến, mặc dù độ
dốc mái bất kỳ lúc nào cũng không được quá lớn.

Với vật liệu kết dính có thể sử dụng các giá trị lực kéo giới hạn. Vận tốc
lớn nhất và lực kéo đơn vị được đưa ra dựa trên các cơng trình của Forter &
Scobey (1926) và USBR. Trị số Maning "n" tương ứng cũng được đưa ra.

Các trị số này liên quan đến các kênh thẳng và đối với các kênh cong, cần
giảm cả vận tốc và lực kéo đơn vị cho phép lấy theo bảng 6-2, theo Lane (1955).

Bảng 6-2: Tỷ lệ giảm vận tốc và lực kéo đơn vị đối với kênh cong.

Loại kênh % giảm vận tốc % giảm lực kéo đơn vị

Hơn cong 3 10

Cong vừa 13 25

Rất cong 22 40

b) Quy trình thiết kế mặt cắt

Quy trình xác định kích thước phù hợp của một mặt cắt ngang như sau:
+ Với vật liệu hạt thô không kết dính (D75 > 5 mm)

- Giả thiết độ dốc mái và tỷ lệ b/d cho kênh. Độ dốc mái phải nhỏ hơn góc
ma sát của vật liệu. Lúc đầu tỷ số b/d nên lấy ≥ 4. Xác định lực kéo đơn vị lớn
nhất lên mái kênh đối với độ sâu d bằng phương trình  = c.  .d.s. s

- Xác định tỷ số lực kéo K dựa trên góc ma sát của vật liệu tại đáy và hệ
số mái. Từ đó xác định giá trị lực tới hạn lên mái dốc. Dùng trị số lực kéo đơn vị
lớn nhất ở (1. để tính ra độ sâu lớn nhất cho phép.

- Tính bề rộng đáy từ d đã biết và có b/d. Tính lưu lượng Qc bằng cách giả

thiết hoặc lấy trị số Maning "n". Tính vận tốc trung bình.

- Nếu lưu lượng tính tốn Qc lớn hơn hoặc nhỏ hơn lưu lượng thiết kế Qd

thì cần giảm hoặc tăng bề rộng đáy cho thích hợp. Sự thay đổi có thể nhận được
bằng cách tính tốn bề rộng kênh có thể tải được sự chênh lệch lưu lượng
(Qc - Qd).

Bề rộng đáy được tính như sau:
ΔQ = Qc - Qd ;

ΔA = ΔQ/V;

Δb = ΔA/d = ΔQ/v/d = (Qc - Qd)/V/d → Δb = Δω/h = (ΔQ/V)/h.

</div>
(116)<div class='page_container' data-page=116>

- Kiểm tra xem trị số lực kéo đơn vị lớn nhất lên đáy lịng dẫn có vượt q
trị số cho phép hay khơng. Nếu có, phải giảm độ sâu đến giá trị giới hạn và lặp
lại từ bước (3) và (4).

+ Với vật liệu kết dính và vật liệu hạt mịn khơng kết dính

Trong các vật liệu này các lực kéo dính thực sự trội hơn hẳn so với thành
phần trong lực tác động lên mái kênh. Lực kéo tới hạn và lớn nhất phát sinh tại
đáy kênh, nơi trị số của hệ số c là lớn nhất.

- Giả thiết độ dốc mái thích hợp với vật liệu tại đáy và bờ. Giả thiết tỷ số
b/d cho kênh, thông thường lúc đầu lấy bằng 4. Xác định lực kéo đơn vị lớn nhất
lên đáy kênh đối với độ sâu d. Hồn tồn có thể chấp nhận giả thiết hệ số c = 1
cho giai đoạn này.

- Xác định lực kéo đơn vị tới hạn đối với vật liệu đáy. Nồng độ bùn cát
trong nước sẽ ảnh hưởng đến giá trị này. Có thể xác định gần đúng theo các

bảng 6.1 hoặc 6.3. Từ (1), cho giá trị lực kéo đơn vị bằng giá trị tới hạn và tính
được độ sâu d.

- Lặp lại các bước (3. và (4. từ mục 1 ở trên. Nếu tỷ số hình dạng b/d thấp,
ví dụ b/d = 2, cần hiệu chỉnh để tính lại với trị số c nhỏ hơn như trên bảng 6.2.
Trong thực hành, sự khác biệt tính tốn phải khơng đáng kể.

c) Mặt cắt thuỷ lực ổn định

Việc xác định kích thước mặt cắt kênh từ sự đánh giá trị số lực kéo lớn
nhất lên một điểm tới hạn của kênh (đáy hoặc bờ. sẽ cho các giá trị nhỏ hơn tới
hạn. Để mặt cắt thuỷ lực ổn định có hiệu quả nhất, các giá trị tới hạn của lực kéo
phải được áp dụng tại mọi điểm ở đáy và ở bờ. Điều này sẽ làm cho kênh có
diện tích ướt bé nhất, vận tốc trung bình lớn nhất và đào đắp ít nhất. USBR đề ra
phương trình dẫn tới việc xác định hình dạng kênh. Phương trình dưới đây là đối
với hệ tính toán chiều dài bằng mét.

d0 = 0

0,97 S




V = 0,91 0,8 t g 2/3 1/2
d S
n

 

A =

2
0
2, 04d

t g

Hình dạng kênh là một hàm số sin đơn giản:
d = d0 cos (

0
t g

( x)

</div>
(117)<div class='page_container' data-page=117>

Với d là độ sâu tại khoảng cách x kể từ tim kênh. Bề rộng đỉnh của kênh T
bằng 2x khi d = 0. Điều này xảy ra khi:

Cos (

0
t g

x) 0
d



 , x = . d

2 tan




Khái niệm mặt cắt thuỷ lực ổn định với thiết kế kênh chỉ có giá trị lý
thuyết, chưa có ý nghĩa thực hành. Phân bố lực kéo trên mặt cắt ổn định được
thể hiện như hình 6-4.

Hình 6-4: Phân bố lực kéo trên mặt cắt ổn định

6.3. Bố trí hệ thống kênh

6.3.1. Cột nước

Cột nước là khoảng cách chênh lệch giữa mặt nước trong kênh và cao
trình mặt đất kề bên. Đối với tưới tự chảy trị số cột nước là số dương và thích
hợp để đảm bảo dòng chảy dự kiến từ kênh vào được trong đồng.

Cột nước khơng thích hợp sẽ ngăn cản hoặc giảm bớt sự chuyển nước từ
kênh vào đồng. Ngược lại, nếu cột nước quá thừa, mực nước trong kênh quá cao
so với cao trình mặt đất kề bên cũng khơng cần thiết vì một loạt lý do:

- Cần nhiều đất đắp bờ;
- Tổn thất thấm nhiều hơn;

- Rủi ro lớn hơn và liên tiếp phá bờ đê quai;
- Có thể bị xói ở kênh lấy nước nội đồng.

Yêu cầu về cột nước được xác định theo cao trình mặt ruộng, thông qua
hệ thống đi đến các kênh và cơng trình, điểm phân phối nước trên sơng hoặc các
vị trí nguồn khác như hồ chứa hoặc giếng cấp nước. Các cao trình tính tốn
trong hệ thống kênh được đối chiếu với các cao trình mực nước thiết kế.

</div>
(118)<div class='page_container' data-page=118>

- Độ sâu nước trên ruộng (khi thích hợp);

- Tổn thất đầu nước:

+ Kênh nội đồng đến ruộng

+ Kênh C3 đến kênh nội đồng

+ Kênh C2 đến kênh C3. v.v…

- Độ dốc mặt nước:
+ Trong kênh nội đồng
+ Trong kênh C3 v.v…

Cao trình cột nước được xác định tại các điểm khác nhau trong hệ thống,
Ví dụ tại mọi điểm lấy nước khác nhau, khơng nhất thiết phải tương thích mà có
thể hiệu chỉnh theo một mức độ sai số chấp nhận được. Điều này có thể thực
hiện bằng cách thay đổi độ dốc mặt nước trong kênh để cho phép nhận được cột
nước thiết kế. Có trường hợp phải thay đổi đồng thời cao trình mực nước cùng
với độ dốc mặt nước trong kênh.

Yêu cầu cột nước điển hình và tổn thất nước đại biểu được đưa ra dưới
đây:

- Độ yêu cầu của nước trong đồng: 0,10  0,20m;

- Tổn thất cột nước, kênh nội đồng đến ruộng: 0,10  0,15m;
- Cao trình cột nước của kênh nội đồng: 0,15  0,30m.

Sai số so với cao trình thiết kế, đối với các giá trị cận trên và cận dưới có
thể khác nhau. Có thể thực tế không tưới đủ cho một khu ruộng, nếu cao trình hạ
thấp hơn cao trình thiết kế là 0,1m , trong khi đó có thể đạt được cao trình cao
hơn cao trình thiết kế bằng cách tăng tổn thất đầu nước giữa kênh nội đồng và
ruộng.

Trong thực tế, sai số thường phải cấp từ 0,10m đến 0,15m.

Các cấp tổn thất cột nước điển hình dung cho các mục đích thiết kế được
chọn như sau:

- Kênh C3 đến kênh nội đồng: 0,15m;

- Kênh C2 đến kênh C3: 0,20m;

- Kênh C1 đến kênh C2: 0,30m;

- Phân phối từ sông đến kênh C1: 0,05m.

</div>
(119)<div class='page_container' data-page=119>

Khi kênh chỉ đi vượt qua một khu ruộng mà không cấp nước cho nó,
khơng địi hỏi cột nước. Ở những khu vực như vậy, cao trình mực nước lớn nhất
phải thấp hơn hoặc bằng cao trình mặt đất để giảm tổn thất thấm và để giảm các
thiệt hại do bị phá huỷ hoặc mất mát bất hợp pháp. Sự cân bằng về đào và đắp
trong các khu vực như vậy cũng có thể là yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định
cao trình mực nước thiết kế.

6.3.2. Bố trí kênh, đánh số và ký hiệu 
6.3.2.1. Tổng quan

Kênh phải đảm bảo đủ cả hai nhu cầu tưới và tiêu của hệ thống. Cần một
sự bố trí thống nhất để hai nhu cầu trên có hiệu quả và kinh tế. Hệ thống tiêu có
thể cần hợp nhất các biện pháp tiêu nước mặt cũng như lớp dưới mặt và cần
xem xét điều này ở giai đoạn thiết kế ban đầu. Như đã nêu ở mục 6.1 (nắn thẳng
kênh) chỉ dẫn về bố trí kênh tưới trên vùng đồi (vùng đất cao) và tiêu ở vùng
trũng là một khái niệm thiết kế cơ bản.

Sơ đồ bố trí kênh có các ơ ruộng, các ô này có thể tạo thành các khối ô,
như khối C2, C3. Các khối ô kết hợp thành các đồng hoặc cánh đồng. Thuật ngữ

liên quan đến ô biến đổi tuỳ theo từng nước và không có một hệ thống đặc biệt
nào được quốc tế hoá.

6.3.2.2. Ô ruộng

Ô ruộng được định nghĩa một cách đơn giản là một vùng được cấp nước
bởi một kênh tưới nội đồng riêng biệt (hoặc kênh tiêu nội đồng). Vùng này
thường rộng từ 10  15ha và có thể được chia thành các miếng nhỏ tách biệt,
mỗi miếng có đường đến kênh tưới hoặc kênh tiêu nội đồng. Trong một vài hệ
thống, các miếng riêng biệt được tưới từ các miếng bên cạnh cao hơn và tiêu
sang miếng bên cạnh thấp hơn. Một hệ thống điển hình về ơ ruộng chỉ ra trên
hình 6-5.

6.3.2.3. Đánh số ký hiệu kênh và cơng trình

</div>
(120)<div class='page_container' data-page=120>

Bảng 6-3: Các cấp hạng tiêu biểu và cơng trình của kênh

Hạng mục Chữ viết tắt

Kênh tưới cấp 1(kênh tiêu) PS (PD)

Kênh tưới cấp 2 (kênh tiêu) SC1 (SD1), đánh số liên tiếp nhau

Kênh tưới C3 (k.tiêu) TC1(TD1), đánh số liên tiếp nhau

Kênh tưới nội đồng (k.tiêu) FC1(FC1), đánh số liên tiếp nhau

Cơng trình kiểm sốt (hoặc điều tiết) C

Cơng trình kiểm sốt bậc nước CD

Bậc nước D

Cơng trình lấy nước hoặc điều chỉnh

cột nước O hoặc HR

Cống luồn CU

Cầu BR

Đập tràn RS

kênh xả TE

Hình 6-5: Sơ đồ tưới điển hình

* Chú thích

Cơng trình bắc ngang hoặc cơng trình điều tiết
- Cống điều tiết đầu kênh cùng cơng trình đo nước
- Cống cấp nước cho ô ruộng 50ha

</div>
(121)<div class='page_container' data-page=121>

Vị trí của hạng mục trong hệ thống có thể xác định bằng cách kết hợp các
mục nói trên, tuần tự từ thượng lưu xuống hạ lưu. Ví dụ: kênh nội đồng thứ 2
đối với kênh C3 thứ 3, đối với kênh C2 thứ 1 được biểu thị theo sơ đồ hình 6-6.

Hình 6-6: Sơ đồ đánh số cấp hạng của các kênh. 
6.3.3. Mặt cắt ngang và cắt dọc

Các cắt ngang và cắt dọc được sử dụng để cung cấp các thông tin nổi bật
đối với việc thiết kế và thi công kênh và cho phép tính tốn khối lượng làm đất.
Vị trí và loại cơng trình được chỉ ra trên cắt dọc.

Tỷ lệ điển hình của mặt cắt ngang là 1:50 đến 1:500. Tỷ lệ tự nhiên theo
hướng ngang và hướng đứng là bằng nhau. Đối với các kênh lớn thường tăng tỷ
lệ đứng, nhưng cần thận trọng để đảm bảo khơng bị sai sót. Với mặt cắt dọc, tỷ
lệ ngang thường sử dụng khoảng 1:100 đến 1:20000, bằng tỷ lệ mặt bằng (sơ đồ)
của các bản vẽ vùng dự án. Tỷ lệ đứng thường được tăng để dễ nhìn, đủ để làm
rõ những khác biệt về cao độ giữa các yếu tố khác nhau: đáy, mặt đất nguyên
thuỷ, cơ, cao trình mặt nước và cao trình đỉnh bờ .

Các mặt cắt điển hình trên hình 6-3 và 6-4 cho thấy mức độ thơng tin cần có.
6.3.4. Bài tập thiết kế kênh

Bố trí vị trí kênh C3 ở sơ đồ kèm theo. Kênh tưới được thi cơng trong vật

liệu có kích thước trung bình D50 = 1,2mm. Điều kiện chế độ chiếm ưu thế trong

vùng.

Các kênh nội đồng, mỗi kênh có hai đường dẫn nước với lưu lượng thiết
kế. Có thể giả thiết rằng mọi đường dẫn sẽ vận hành đồng thời đủ lưu lượng
thiết kế.

Phía hạ lưu cửa lấy nước của kênh nội đồng thứ 2, kênh C3 được tiếp nối

</div>
(122)<div class='page_container' data-page=122>

Yêu cầu các vấn đề sau đây:

1) Thiết kế mặt cắt cho 2 nhánh của kênh C3 và cho mỗi nhánh của 2 kênh nội
đồng, mô tả độ dốc, bề rộng đáy, độ sâu và lưu lượng thiết kế.

2) Xác định mực nước thiết kế trong tất cả các kênh. Giả thiết tổn thất đầu nước 
tại cửa vào kênh C3 và nội đồng, là 0,1m. Cột nước thiết kế trong kênh nội đồng là
0,4m mặc dù sai số 0,1m được chấp nhận.

3) Cần chuẩn bị cắt dọc kênh cùng với các mặt cắt ngang tại đoạn 600m và 
đoạn 1000m. Độ dốc mái 1:2 (V:H). Đường đi có bề rộng tối thiểu 4m giữa 2 kênh nội
đồng 1 và 2. Không yêu cầu đường đi dọc nhánh dẫn nước còn lại của kênh C3. Cần
tính chiều cao an tồn cho phép thích hợp.

4) Tính khối lượng đào đắp cho mỗi nhánh kênh và giải thích các trị số kết quả.

6.4. Thấm và các tổn thất khác

6.4.1. Tổn thất dòng chảy từ kênh

Tổn thất dòng chảy từ kênh do các nguyên nhân sau:
- Vật lý:

+ Thấm,
+ Bốc hơi,

+ Rị rỉ qua cửa và cơng trình.
- Quản lý: chủ yếu là tổn thất do vận hành.

6.4.2. Các tổn thất do thấm

6.4.2.1. Các yếu tố

Các yếu tố ảnh hưởng đến thấm:

- Các thuộc tính của đất, độ dẫn suất thuỷ lực;
- Độ sâu nước;

- Chu vi ướt;

- Phù sa trong nước;

- Thay đổi dòng chảy và vận hành kênh (gián đoạn hoặc liên tục);
- Độ sâu đến tầng nước ngầm;

- Súc vật và rễ cây.

Chất lơ lửng trong nước của kênh có thể chuyển thành vật liệu đáy kênh
thơng qua thấm, do đó có ảnh hưởng làm giảm tỷ lệ thấm tự nhiên hoặc thấm

ban đầu của đáy kênh. Ngoài ra trầm tích, bùn mịn và các loại phù sa khác cũng
có thể tạo nên một lớp khơng thấm trên đáy kênh.

</div>
(123)<div class='page_container' data-page=123>

Bảng 6-4: Tổn thất thấm điển hình đối với kênh khơng lát

Loại đất Tổn thất thấm (m3/s/Mm2)

Đất á sét khơng thấm
Á sét trung bình
Á sét hoặc đất phù sa
Á sét pha cát hoặc cuội sỏi

Sét pha cát
Đất cát
Đất cát có sỏi
Đất sỏi thấm được

0,8  1,2
1,2  1,7
1,7  2,7
2,7  3,5
3,5  5,2
5,2  6,4
6,4  8,4
10,4  20,8
6.4.2.2. Đo đạc các tổn thất do thấm

Có thể đo đạc trực tiếp các tổn thất trong kênh bằng một số phương pháp sau:
1. Tính dịng chảy vào ra hoặc đo đạc cân bằng nước

Sự thay đổi dòng chảy giữa hai mặt cắt trong một nhánh kênh sẽ nhận
được bằng đo đạc trực tiếp dòng chảy tại mỗi mặt cắt.

Đo dòng chảy địi hỏi phải thật chính xác, tổn thất thấm phải lớn một cách
đáng kể để cho phép xác định chúng một cách rõ ràng và vượt qua những sai số
thơng thường trong đo đạc.

Nếu dịng chảy đo đạc tương đối chính xác, đập tràn thành mỏng hoặc chữ
V có thể có độ chính xác 23% . Độ chính xác này liên quan đến cả 2 vị trí
đo. Như vậy sự khác biệt của dòng chảy đến 6% có thể xảy ra giữa 2 trạm đo
trong một tình trạng là dịng chảy thực tế khơng thay đổi. Tổn thất thấm cơ bản
phải lớn hơn độ chính xác của đo đạc tại bất kỳ một cơng trình nào. Có thể cần
thiết lặp lại một số lần đo đạc dịng chảy để cải thiện độ chính xác của kết quả đo.

Khi sự thay đổi của dịng chảy tương đối nhỏ (< 5%) thì phương pháp này
khơng thích hợp.

2. Đắp bờ làm ao

Đắp bờ làm ao để đo đạc tổn thất do thấm là phương pháp chính xác nhất.
Nó gồm việc cách ly một nhánh kênh bằng cách đóng lại hai đầu và đo đạc sự
giảm mực nước theo thời gian, đồng thời phát hiện bất kỳ thốt lưu nào, ví dụ dị
rỉ qua các cửa cống…

Sự thay đổi lượng nước trữ theo thời gian được tính tốn và chuyển đổi
thành đơn vị thích hợp, ví dụ m3/s/Mm2 hoặc m3/m2 trong 24 giờ. Phương pháp
đo này thường được thực hiện trong nhiều ngày nên cần tính cả tổn thất do bốc hơi.

</div>
(124)<div class='page_container' data-page=124>

Mực nước đo được phải đảm bảo thật chính xác, đặc biệt từ vị trí các cơng
trình trên kênh. Nếu khơng có các mốc thủy chí cố định ở vị trí cần đo thì dùng

thước sắt cắm xuống đáy kênh để đo. Sự thay đổi mực nước ở mỗi đầu nhánh
Kênh (hoặc sông) cần được quan trắc.

Một biến thể của phương trình nói trên là duy trì một mực nước không đổi
bằng cách đổ thêm một lượng nước vào. Tổng số lượng thêm vào, lượng bốc hơi
hoặc các rò rỉ khác đo được là thấm.

3. Dùng thấm kế để đo các đặc trưng thấm cục bộ

Độ thiếu chính xác sẽ xẩy ra cả ở việc sử dụng thiết bị lẫn ở việc áp dụng
những kết quả không đại biểu. Tuy nhiên, các vùng cục bộ có độ thấm cao có
thể phát hiện và khẳng định trong một hệ thống kênh bằng cách kiểm tra chặt
chẽ theo từng đoạn.

Có thể sử dụng kỹ thuật hiệu ứng điện (rất chuyên môn). Các vùng khá
ẩm ướt trong đất sẽ có điện trở nhỏ hơn các vùng khơ. Hiệu ứng điện của các lỗ
khoan ở bên trong hoặc bên cạnh kênh tạo nên một chi số về lượng thấm tương đối.

4. Có thể dự báo thấm bằng cách xác định độ thấm hoặc dẫn suất thuỷ 
lực trên hiện trường hoặc trong phịng thí nghiệm

Chi tiết về các đánh giá về thấm nói trong tài liệu của FAO: phát triển đất
và nước, tập I "Lát kênh tưới" DB Kratz 1974.

6.4.2.3. Công thức để đánh giá tổn thất do thấm

Có một số phương pháp giải tích và phương pháp kinh nghiệm để đánh
giá thấm. Từ các quan trắc, USBR đưa ra công thức Moritz:

S = 0,2 C ( Q/V)1/2,

Trong đó:

S - độ thấm, ft3/s/mile;
Q - lưu lượng, ft3/s;
V - vận tốc, ft2/s;

C - hằng số phụ thuộc loại đất, biến đổi từ 0,34 đối với " xi măng trộn sỏi
và đất cứng chứa sét pha cát" đến 2,2 đối với cát sỏi". Đơn vị C là ft3/ft của chu
vi ướt trong 24 giờ.

Trong hệ Metric, độ thấm được tính theo cơng thức:
S = 0,038 C (Q/V)1/2 ,

</div>
(125)<div class='page_container' data-page=125>

Bảng 6-5: Bảng tra hệ số C

Vật liệu C (m3/m2/ ngày)

Bê tông 0,02

Sét và á sét 0,12

Sét pha cát 0,20

Đất cát có đá 0,51

Đất cát và sỏi 0,67

6.4.2.4. Phương pháp giải tích

Có phương pháp giải tích. Lời giải theo đồ thị của Bouwer, sử dụng độ
dẫn suất thuỷ lực của đất (K) như một tham số, dễ dàng áp dụng theo các đồ thị
của FAO, 1974.

Lời giải và xác định theo tài liệu của FAO được dùng trong thiết kế . Các
ứng dụng thực tế của lời giải này đòi hỏi các yếu tố sau đây phải biết (hoặc giả
thiết):

- Dẫn suất thuỷ lực của đất (K);
- Dạng hình học của kênh;
- Vị trí của nước ngầm.

Bouwer để cập đến 3 đặc tính hình học cơ bản. Để dựng đồ thị cần xác
định tham số phi thứ nguyên Is/K.

Tỷ lệ thấm được tính theo cơng thức:
qs = (Is/ K)K.Ws,

Trong đó:
qs (m

/m/ngày);

K - độ thấm thủy lực (m/ngày);
Ws - bề rộng mặt nước.

Đồ thị ứng dụng cho độ dốc mái là Z = 1H : 1V. Nếu cần tính kênh có

hình dạng khác, bề rộng đáy hiệu quả (tương đương. Wb từ giá trị thực tế của

Ws, giả thiết kênh có mặt cắt hình thang với Z = 1, ta có:

Wb = Ws - 2Hw

Trị số bề rộng đáy hiệu quả Wb tính ra được sử dụng để xác định tỷ số yêu

cầu cần thiết cho việc giải bằng đồ thị.

</div>
(126)<div class='page_container' data-page=126>

được coi là " thấm" cho các mục đích phân tích (điều kiện A). Ngược lại nếu K
nhỏ hơn 10 lần lớp trên, lớp dưới coi như khơng thấm.

6.4.2.5. Ví dụ tổn thất thấm

Ví dụ thực hành dưới đây áp dụng đồ thị Bouwer:

Kênh được xây dựng trong vật liệu sét pha cát đồng nhất với độ dẫn suất
thuỷ lực 0,5 m/ngày. Nằm phía dưới là lớp sét dày có giá trị K = 0,03 m/ngày.
Các thông số khác của kênh như sau:

- Lưu lượng 4 m3/s;

- Độ sâu dòng chảy: 1,0m;
- Bề rộng đáy: 3,0m;
- Độ dốc mái: 1:1.

Chiều sâu lớp sét nằm dưới đáy kênh là 5,0m và cách 30m kể từ tim kênh,
dưới mặt nước kênh là tầng nước ngầm 2,5m.

Tính dịng thấm từ kênh và biểu diễn theo đơn vị quy ước m3/s /Mm2 của
vùng diện tích ướt. So sánh kết quả nhận được với kết quả theo công thức
Moritz giả thiết giá trị C = 0,2 m3/m2/ngày đối với vật liệu sét pha cát.

Dọc theo kênh, độ sâu lớp sét dưới đáy kênh tăng lên 10m và tầng nước
ngầm hạ thấp 5m so với mặt nước kênh. Tính lượng thấm cho nhánh kênh này.

Cuối cùng, kênh đi qua một đáy sơng cũ, có tầng nước ngầm ở sâu và tầng
thấm gồm cuội sỏi có độ sâu 5m phía đáy kênh. Đánh giá lượng thấm ở điểm
này.

Giải thích kết quả và tính hiệu quả của phương trình Moritz.

6.5. Các tổn thất dịng chảy khác

6.5.1. Tổn thất do bốc hơi

Tổn thất dễ dàng tính theo diện tích mặt nước và lượng bốc hơi hàng ngày
từ mặt thoáng.

Tổn thất bốc hơi thường nhỏ so với tổn thất thấm nhưng có thể quan
trọng, Ví dụ trong các nhánh kênh dài của kênh cấp nước, nơi tổng diện tích mặt
nước trở nên có ý nghĩa.

6.5.2. Tổn thất qua cơng trình và cửa

</div>
(127)<div class='page_container' data-page=127>

Các tổn thất này phải tương đối có ý nghĩa trong những cố gắng đo đạc
độ thấm và hiển nhiên phải được loại trừ để không phải nhận các đo đạc không
đúng. Trong thực tế, sự kiểm tra kỹ lưỡng và đều đặn phải phát hiện được các
tổn thất như vậy trong một hệ thống kênh và trong quá trình bảo dưỡng cần có

sự sửa chữa. Khi tổn thất dòng chảy trong hệ thống kênh được đo đạc để xác
định theo yêu cầu, hoặc mặt khác, cho việc lát kênh, thì cần cẩn thận để đảm bảo
rằng các tổn thất đo được khơng được giả thích một cách sai lầm như tổn thất do
thấm, trong khi các tổn thất khác như rị rỉ, hoặc thậm chí tràn qua bờ lại xảy ra.
6.5.3. Các tổn thất khác

Các tổn thất cục bộ có thể là hậu quả của rễ cây, súc vật uống nước, đầm
nén kém trong khi thi cơng hoặc nứt đất do bị khơ. Khơng có một phương pháp
đặc biệt nào để xem xét trong thiết kế mặc dù có các yêu cầu về thanh tra và bảo
dưỡng trong những điều kiện như vậy là rất khó.

6.5.4. Ví dụ về thấm

Bổ sung nước từ kênh không lát vào nước ngầm và từ các hoạt động tưới
trên hiện trường.

Một thiết kế cho dự án tưới bề mặt với diện tích 11.000 ha ở vùng đất khơ
có các độ dài kênh trung bình trên 1 đơn vị diện tích ha. Lưu lượng kênh điển
hình và kích thước cũng được đưa ra theo bảng 6-6.

Bảng 6-6: Lưu lượng và kích thước kênh điển hình

Loại 
kênh

Độ dài 
(m/ ha.

Q 
(m3/s.

Độ sâu 
(m. 
Bề rộng 
(m. 
Hệ số 
mái 
Cột 
nước 
(m. 
Cấp1
Cấp2
Cấp3
Nội đồng
3,2
5,6
11,0
75,0
15
1,5
0,5
0,1
1,3
0,7
0,6
0,4
8,0
1,5
1,2
0,3

1,5
1,0
1,0
1,0
0,5
0,5
0,5
0,5

</div>
(128)<div class='page_container' data-page=128>

Yêu cầu xác định mức thấm từ các kênh không lát so với sự bổ sung nước ngầm
do việc tưới trên bề mặt.

Các thử nghiệm hiện trường chỉ ra rằng hiệu suất tưới trên ruộng chỉ đảm
bảo 70%. Trong số 30% tổn thất, 5% từ dòng chảy mặt và 25% do thấm xuống sâu.

Vùng đất được gieo trồng hai vụ với một hệ thống tưới quay vòng sử
dụng lượng nước tưới cho đồng ruộng khoảng 1800mm/năm. Các kênh nội đồng
sẽ vận hành với 25 trường hợp trong năm. Mỗi trường hợp là 1 ngày. Tổn thất
thấm từ các kênh nội đồng được xác nhận là khá cao, khoảng 12 m3/s/Mm2.

Tìm được 2 lớp đất đại biểu nằm phía dưới. Trong một vùng, lớp đất
không thấm hiệu quả nằm tại độ sâu khoảng 5m dưới mặt đất. Trong vùng còn
lại, đất đồng nhất theo độ sâu.

Cần đánh giá lượng tổn thất tiềm năng từ kênh và từ vùng tưới bổ sung
cho nước ngầm trên 1ha cơ bản đối với các điều kiện đất đại biểu. Mưa khơng
đóng góp cho nước ngầm. Tổn thất kênh có thể tính theo phương pháp giải tích
của Bouwer. Có thể so sánh bằng phương pháp Moritz.

Các đánh giá về thấm này chỉ là thử nghiệm. Tuy vậy có lý do để thấy
rằng các tổn thất từ các kênh lớn hơn sẽ lớn hơn. Lý giải điều này phù hợp với
các kết quả nhận được theo phương pháp Bouwer. Nếu cần phải thực hiện việc
lát đối với 1 trong số 4 loại kênh, nên ưu tiên cho loại kênh làm giảm độ thấm
lớn nhất.

6.6. Kỹ thuật bảo vệ bờ và mái các cơng trình thủy lợi

6.6.1. Ngun nhân gây ra xói lở bờ

Sự mất ổn định của bờ sông, bờ kênh hoặc bờ hồ chứa nước biểu hiện ở
các dạng khác nhau:

</div>
(129)<div class='page_container' data-page=129>

Hình 6-7: Sạt lở bờ trên hệ thống kênh Phù Sa - Hà Nội

Nguyên nhân gây ra hiện tượng trên do nhiều yếu tố, có thể phân tích một
số nguyên nhân chính như sau:

1. Xói lở bờ do biến đổi dịng sơng và dòng chảy

Khi vân tốc dòng chảy sát bờ vượt q khả năng chống xói của đất bờ, bờ
sơng bị xói lở. Vận tốc này không chỉ phụ thuộc vào mực nước hay lưu lượng
mà phụ thuộc lớn hơn vào hình dạng dịng sơng, đặc biệt là hình dạng lịng sơng
mùa cạn.

Trong giai đoạn lũ cao, nước tràn bãi, trục động lực dòng chảy thẳng hơn,
vận tốc gần bờ lõm lại có xu hướng giảm nhỏ. Khi rút lũ, dịng chảy đi theo lịng
sơng mùa cạn quanh co hơn, ép sát bờ lõm hơn, vận tốc gần bờ nhiều trường
hợp lớn hơn cả trong mùa lũ. Xói lở bờ trong mùa cạn càng mạnh do chênh lệch
giữa cao trình bãi và mức nước mùa cạn khá lớn, một khi bị xói chân, bờ sơng bị

lở từng tảng lớn hoặc trượt vòng cung sâu vào bờ hàng chục mét. Nhiều nơi trên
sông Hồng quan sát thấy xói lở mạnh vào mùa cạn.

</div>
(130)<div class='page_container' data-page=130>

Giữa lịng sơng và dịng chảy có mối liên hệ chặt chẽ. Lịng sơng biến đổi
sẽ làm thay đổi dòng chảy, và sự biến đổi của dòng chảy lại sinh ra những vùng
xói hoặc bồi mới. Quá trình tác động tương hỗ này xảy ra thường xuyên, liên
tục, kết quả là lòng sơng ln bị xói lở. Sự vận động của lịng sông thường tuân
theo những qui luật xác định. Sự hiểu biết về đặc điểm vận động lịng sơng, sẽ
giúp phán đoán về nguyên nhân lở bờ và dự báo xu thế phát triển của hiện
tượng. Do đó, các cán bộ quản lý đê, hơn ai hết, phải là người biết tường tận các
quy luật vận động của lịng sơng ở đoạn đê mình phụ trách.

a) Sạt, trượt mái

Địa chất bờ sông thường được cấu tạo thành từng lớp xen kẽ: á sét, đất
cát, và cát rời. Dưới tác dụng của dòng thấm và dòng chảy mặt, lớp đất cát và
cát rời rất dễ bị xói trơi, bờ sông rất dễ bị sạt trượt. Thường quan sát thấy các
hiện tượng sau:

+ Sạt từng tảng đất: Do dòng chảy sát chân, làm mái quá dốc mà gây sạt
từng tảng. Đất lở xuống chân mái, làm cho chân mái thoải hơn, tạo nên trạng
thái ổn định tạm thời, sau khi dòng chảy mang hết khối đất vừa bị lở, xói thêm
vào chân mái, lại xuất hiện trạng thái mất ổn định và bờ bị lở tiếp. Hiện tượng
này thường gặp khi bờ là sét.

+ Trượt vòng cung:

Thường gặp trong 2 điều kiện:

- Khi bờ bị ngâm nước lâu, đất bão hòa, sức kháng trượt giảm. Khi nước

rút áp lực chủ động của đất và áp lực của dòng thấm làm bờ bị trượt.

- Khi mái quá dốc và mực nước sông thấp, chân mái bị khoét sâu.

+ Cát chảy: Thường xuất hiện ở lớp cát mịn nhiều hạt nhỏ, lớp đất cát
nhiều hạt bụi rất hay gặp ở bờ sơng. Khi bão hịa nước và khi áp lực dòng thấm
mạnh, rất dễ xuất hiện cát chảy. Hạ du các trạm Thủy điện chạy theo chế độ phủ
đỉnh, mực nước sông thay đổi rất nhanh, áp lực thấm tức thời rất lớn thường là
điều kiện thuận lợi để cát chảy xuất hiện.

Xây dựng cơng trình hộ bờ ở vùng có thể xuất hiện cát chảy mái phải xoải
và được đầm bền chặt, bố trí tầng lọc ngược giữa mái đất và lớp áo bảo vệ.

b) Xói bờ do sóng gió và sóng tàu

</div>
(131)<div class='page_container' data-page=131>

Tàu thuyền lớn chạy trên sông gây ra sóng và dịng chảy phụ có tác dụng phá
hoại bờ. Đối với kênh, rạch, lòng dẫn hẹp, tác động này khá lớn. Đối với sông
lớn, tác động phá hoại của sóng tàu có nhẹ hơn, song nếu có tàu lớn thường
xuyên chạy, vẫn phải tính tốn kiểm tra.

2. Xói ngầm trong thân đê và nền đê

Rất ít hệ thống đê được xây dựng hoàn chỉnh ngay từ đầu. Đại đa số xây
dựng từ đời này sang đời kia, to hơn, cao hơn, dần dần đến ngày nay. Lúc đê cịn
thấp, ít ai chú ý đến nền đê, cho đến khi đê khá cao, hay xảy ra hư hỏng, thì chất
lượng nền đê trở thành mối quan tâm của nhiều người.

Hiện tượng xói ngầm, hay cịn gọi là mạch đùn, mạch sủi thường xuất
hiện ở những vùng nền đê yếu, là một trong những hiện tượng rất nguy hiểm,
khó kiểm sốt và nhiều trường hợp dẫn đến vỡ đê.

Nền đê thường được cấu tạo từ các lớp trầm tích có chiều dày và thành
phần hạt rất khác nhau. Cấu tạo điển hình của nền đê thường gặp ở đồng bằng
sơng Hồng và dễ gây xói ngầm được trình bày trên hình 6 -8.

Khi đầu nước H đủ lớn, dưới tác dụng của dịng thấm, tính chất cơ lý của
lớp đất 2 thay đổi dần, xuất hiện những vùng thấm tập trung (mạch sủi), gặp lũ
lớn, áp lực thấm mạnh lên, phá vỡ lớp mặt, dòng thấm và bùn cát từ nền tràn lên
mặt đất (gây ra mạch đùn). Lúc này, hiện tượng xói rỗng nền đê phát triển rất
nhanh, nếu khơng có những biện pháp cấp bách, thân đê có thể đổ sập.

Hình 6-8: Các lớp địa chất nền đê 
1- á sét;2- đất cát;3- cát; 4- sét.

</div>
(132)<div class='page_container' data-page=132>

càng xuất hiện nhiều. Hiện tượng điển hình về thấm xói đã làm vỡ đê Vân Cốc
(năm1986). Nguyên nhân chính của sự cố này là: Cách đê Vân Cốc về phía
thượng lưu khoảng 50m dân địa phương đào 1 ao khá sâu để lấy đất, phá hoại
lớp đất phủ mặt bãi. Khi lũ cao dòng thấm phát triển từ ao, chạy ngầm qua thân
đê, phá vỡ một vùng ở hạ lưu và hạ lưu đê. Vì vậy, khơng được phá hoại lớp đất
thịt mặt bãi cả ở thượng lưu và hạ lưu đê. Quy định hiện nay là phải bảo vệ bãi
cách thượng lưu đê khoảng 100m, và cách hạ lưu khoảng 200m.

Tổ mối trong thân đê cũng là một ẩn họa rất đáng chú ý. Tổ mối thường
xun nằm trên đường bão hịa, song nó có thể di chuyển lên xuống theo đường
bão hòa. Những năm lũ nhỏ, mối có thể đưa tổ xuống sâu, tạo thành những lỗ
rỗng sâu trong thân đê. Trên thực tế, việc phát hiện các tổ mối ở dưới sâu là rất
khó, do đó tiềm ẩn mối đe doạ thân đê và nền đê là rất lớn.

6.6.2. Phương Pháp nghiên cứu và các biện pháp bảo vệ bờ 
1. Phương pháp nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu là đề xuất được các giải pháp cơng trình có hiệu
quả để ngăn chặn hiện tượng xói lở. Do đó cần lựa chọn phương pháp thích hợp.
Hiện nay ở nước ta thường áp dụng hai phương pháp:

a) Phương pháp đo đạc, khảo sát

Dùng các thiết bị, máy móc tiến hành đo đạc các yếu tố lịng sơng, dịng
chảy và bùn cát. Sau khi chỉnh lý số liệu chúng ta có thể đánh giá khá chính xác
sự biến đổi trong thời gian hiện tại của dịng sơng thơng qua việc tính tốn các
đặc trưng hình thái lịng sơng, các quan hệ giữa các yếu tố dịng nước, lịng sơng
và bùn cát.

Mặt khác, kết hợp với phương pháp phân tích bản đồ địa mạo, phân tích
ảnh hàng khơng (viễn thám) chúng ta cịn có thể lập được bản đồ về diễn biến
lịch sử của đoạn sông nghiên cứu, xác định được tốc độ dịch chuyển đường bờ.
Trên cơ sở đó có thể phân tích, xác định nguyên nhân sạt lở bờ ở từng đoạn sơng.

b) Phương pháp mơ hình

</div>
(133)<div class='page_container' data-page=133>

Mơ hình tốn – thủy lực được chú ý nhiều hơn trong những năm gần đây,
cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính tốn trên máy vi tính. Phương
pháp này có ưu điểm là cho lời giải nhanh và cùng lúc có thể kiểm nghiệm trên
nhiều phương án khác nhau. Tuy vậy, cũng có hạn chế về kết quả do việc xác
định các điều kiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán.

2. Các biện pháp bảo vệ bờ

a) Biện pháp “không cơng trình”

Sau khi phân tích các tài liệu cơ bản, nếu đã thấy rõ qui luật diễn biến của
đoạn sông và các nguyên nhân gây ra xói lở bờ thì có khi không cần phải xây
dựng công trình bảo vệ. Sau một thời kỳ xói lở (có thể thành chu kỳ. đoạn bờ đó
lại được bồi.

Mặt khác, không phải đoạn bờ lở nào cũng cần được bảo vệ, thường chỉ
hộ bờ ở những vùng an toàn sản xuất và dân sinh bị đe dọa. Do đó, để đi đến
quyết định xây dựng cơng trình bảo vệ bờ cần phải cân nhắc thận trọng trên cơ
sở phân tích kỹ các tài liệu có liên quan như địa hình, địa chất, thủy văn và dân
sinh, kinh tế…Khi buộc phải xây dựng cơng trình thì phân tích lựa chọn loại
cơng trình cho phù hợp, đảm bảo các tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật.

b. Biện pháp cơng trình

Khi đã xác định trên một đoạn bờ xói lở phải làm cơng trình bảo vệ thì
cần lựa chọn một trong các loại biện pháp cơng trình sau:

* Kè lát mái: là biện pháp hay gặp nhất trong cơng trình bảo vệ bờ. Dùng 
các vật liệu bền chắc (như đá hộc, bê tơng) làm lớp áo bảo vệ phía ngồi giữ cho
bờ khơng bị xói.

* Cơng trình giảm nhẹ tác động của dòng chảy vào mái bờ: thường dùng 
các loại đập mỏ hàn ngắn hoặc cơng trình chảy vịng nhân tạo.

* Cơng trình lái dịng (hoặc hướng dòng, chuyển dòng): thường áp dụng 
khi đoạn bờ bị xói quá dài, biện pháp bảo vệ trực tiếp khó thực hiện vì khối
lượng vật liệu q lớn.

Cơng trình lái dòng là các đập hướng dòng hoặc một hệ thống đập mỏ hàn
hoặc đào luồng lạch chuyển hướng dòng chảy.

</div>
(134)<div class='page_container' data-page=134>

+ Kè lát mái có thể dùng ở mọi nơi. Khi bờ lở đến gần chân đê, nhất thiết
phải lát mái suốt chiều dài xói lở, đồng thời với các biện pháp hỗ trợ khác. Dùng
đá hộc lát khan bảo vệ mái thường rẻ nhất. Nếu vận tốc sát bờ lớn phải dùng rọ
đá hoặc đá có kích thước lớn. Ở những vùng có mỏ đá có điều kiện thì cơng
bằng cơ giới có thể dùng loại đá có cấp phối, khai thác ngay tại mỏ đá để làm
lớp áo bảo vệ. Những vùng địa chất tốt, u cầu cơng trình hộ bờ có độ bền cao
và đảm bảo đẹp thì có thể lát mái bằng đá xây hoặc các tấm bê tông.

Chân kè lát mái nên dùng rồng đá hoặc rọ đá: Chỉ trong trường hợp có sẵn
đá đường kính đủ lớn, mới dùng đá đổ làm kết cấu giữ chân mái.

Về nguyên tắc kết cấu bảo vệ chân mái phải kéo đến vị trí lạch sâu, nhưng trong
nhiều trường hợp khó thực hiện vì khối lượng q lớn. Qui trình thiết kế kè của
Bộ Thủy lợi (cũ), cho phép dừng chân mái ở điểm gặp mái dốc lòng sông m > 4.
Trong trường này phải theo dõi sự chuyển dịch của lạch sâu và có biện pháp bổ
sung thêm đá giữ chân, khi lạch sâu chuyển gần chân kè.

Kết cấu bảo vệ chân mái phải đạt tới độ sâu xói tới hạn thì kè lát mái mới
ổn định. Nhiều trường hợp cao trình độ sâu xói tới hạn tính tốn thấp hơn cao
trình đáy sơng khi xây dựng cơng trình. Có thể giải quyết bằng cách đổ thêm
một khối lượng đá dự trữ, để khi lịng sơng xói sâu, đá dự trữ sẽ lăn xuống bảo
vệ vùng bị xói.

+ Khi bờ lở đã gần chân đê, cần tạo một thềm bãi mới để tăng an tồn, thì 
cùng với kè lát mái có thể bố trí một số mỏ hàn. Nhiệm vụ của các mỏ hàn là
giảm nhẹ tác động của dòng chảy, tạo điều kiện gây bồi giữa các mỏ hàn.

Với nhiệm vụ này, cao trình đỉnh mỏ hàn lấy bằng mức nước tạo lòng,
chiều dài mỏ hàn chọn tùy theo chiều rộng của sông. Nếu dùng mỏ hàn đặc, bố
trí với khoảng cách thích hợp thì cịn có thể giảm nhẹ kết cấu bảo vệ chân của kè
lát mái.

+ Những vùng bờ cong, nếu xuất hiện các hố sâu đe dọa gây sạt trượt bờ, 
song song với kè lát mái, cần thả cây xuống vùng hố xói để gây bồi nâng cao
lịng sơng.

+ Trường hợp chân mái (phần dưới nước kiệt) quá dốc và kết cấu giữ 
chân mái có khối lượng quá lớn nên khó thực hiện, có thể dùng các loại mỏ hàn
đặc đẩy lòng chảy ra xa bờ để giữ chân. Thân mái, từ mực nước kiệt trở lên vẫn
bảo vệ bằng lát mái.

</div>
(135)<div class='page_container' data-page=135>

mỏ hàn được tính tốn theo các cơng thức về chiều dài tác dụng cảu mỏ hàn. Do
không lát mái, nên giữa các mỏ hàn, bờ có thể bị xói lõm vào, hình thành tuyến
bờ hình răng cưa. Có thể chấp nhận tuyến bờ răng cưa nếu bờ lở còn xa đê.
Thường khi dùng loại mỏ hàn dài, có thể không lát mái giữ hai mỏ hàn.

Nếu bố trí một hệ thống mỏ hàn lần lượt xây dựng trong nhiều năm, thì
sau các mỏ hàn mới xây có thể thả cây gây bồi, nâng cao lịng sơng làm giảm
khối lượng và tăng cường ổn định cho mỏ hàn xây dựng tiếp theo.

+ Những vùng sông quá cong, bờ bị xói lở quá dài, bãi sông rộng, điều 
kiện tự nhiên cho phép đẩy chủ lưu ra khỏi vùng bị xói, có thể xây dựng các mỏ
hàn hướng dòng hoặc đào kênh mồi, khơi luồng dẫn dòng chảy ra xa vùng bờ bị
xói. Thường dùng phối hợp mỏ hàn và khơi luồng dẫn dòng. Biện pháp khơi
luồng, hướng dòng khá phức tạp, muốn đảm bảo kết quả phải được nghiên cứu
trên mơ hình thủy lực. Chỉ dùng các loại mỏ hàn đẩy dòng và hướng dòng ở
những đoạn sơng có tuyến chỉnh trị xác định.

+ Khi xuất hiện những điều kiện đặc biệt làm vận tốc sát bờ tăng lớn (ví 
dụ ở Quang Lãng khi sơng đổi dịng) phải tính đến phương án lùi đê. Nên coi lùi
đê là một biện pháp cơng trình như bao biện pháp khác nhằm đảm bảo an tồn
với một chi phí có thể chấp nhận được. Khi lùi đê, nếu điều kiện cho phép vẫn
phải hộ bờ đến một chừng mực nào đó, nhằm giữ thế sơng, để khơng gây ra biến
đổi dây chuyền cho vùng hạ du.

+ Nếu xảy ra lở bờ đột xuất trong lũ, đe dọa an toàn đê, cần thả ngay rồng 
đá, rọ đá giữ chân và thả các cụm cây gần vùng bờ lở nhằm giảm nhẹ tác động
của dòng chảy, trong khi chờ nghiên cứu biện pháp bảo vệ lâu dài.

Trên đây giới thiệu một số kinh nghiệm lựa chọn biện pháp cơng trình bảo
vệ bờ. Khi lập dự án khả thi cần đưa ra 2  3 phương án, với cùng một mục tiêu,
để thảo luận và lựa chọn.

6.6.3. Một số kết cấu cơng trình bảo vệ bờ 
1. Tiêu chuẩn thiết kế

a) Cấp cơng trình

Theo qui định trong thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sơng của Bộ Thủy lợi
(cũ), cấp cơng trình bảo vệ bờ (BVB. được xác định tùy thuộc vào cấp đê như
bảng 6.7.

</div>
(136)<div class='page_container' data-page=136>

Bảng 6.7: Xác định cấp cơng trình BVB theo cấp đê hiện hành.

Cấp đê Cấp cơng trình BVB

Đặc biệt III

I III

II IV

III IV

IV IV

b) Mực nước thiết kế
Thường gồm 3 mức:

- Mực nước lớn nhất Hmax,
- Mực nước tạo lòng Htl,
- Mực nước kiệt nhất Hmin.

Mực nước lớn nhất và kiệt nhất là các trị số thực tế đã quan sát được. Mực
nước tạo lịng tìm được bằng cách tính lưu lượng tạo lịng (cũng có thể dùng
mực nước ngang bãi già).

c) Vận tốc dòng chảy thiết kế

Thường dùng vận tốc dòng chảy gần bờ ứng với mực nước tạo lòng làm
vận tốc thiết kế. Trong trường hợp đặc biệt, khi thấy rõ vận tốc gần bờ xảy ra
trong một chế độ lưu lượng nào đó, lớn hơn vận tốc ứng với lưu lượng tạo lòng
thì phải chọn Vmax làm vận tốc thiết kế.

Trong các điều kiện đặc biệt, vận tốc thiết kế cần được xác định bằng thực
đo hoặc mơ hình thủy lực. Nếu khơng có tài liệu thực đo, có thể xác định Vtk từ
vận tốc trung bình mặt cắt, có tính thêm các hệ số xét đến hình dạng của tuyến

sông. Theo qui định trong hướng dẫn tính cơng trình bảo vệ bờ của Bang
California, Vtk tính như sau:

- Đoạn sơng thẳng: Vtk = 2/3 Vtb,
- Đoạn sông cong: Vtk = 4/3 Vtb,

- Trong đó Vtb là vận tốc trung bình mặt cắt.
d) Sóng gió

</div>
(137)<div class='page_container' data-page=137>

e) Sóng tàu

Nếu có tàu lớn chạy trên sơng phải tính tác động của sóng do tàu chạy.
Trong bước lập dự án khả thi, cần xác định tải trọng tàu thiết kế (hay diện tích
mặt cắt ngang của tàu thiết kế. và vận tốc tàu chạy. Nên tính sóng tàu với mực
nước trung bình kiệt, khi này lịng sơng hẹp, tác động của sóng lớn hơn ở mực
nước lớn, đồng thời, thời gian duy trì mức nước trung bình kiệt khá dài.

f) Chiều sâu đáy sơng ở chân cơng trình

Xác định chiều sâu xói tới hạn ở chân kè và dầu mỏ hàn có ý nghĩa quan
trọng đến khối lượng và an toàn cơng trình.

g) Hmax ở vùng bờ cong

Hmax là chiều sâu lớn nhất ở đỉnh cong ứng với lưu lượng tạo lịng.
Thơng thường Hmax được xác định từ thực đo. Vì độ cao đáy sông phụ thuộc
nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm, kể cả đo trong mùa lũ và tài liệu ở các
đỉnh cong lân cận. Khi sử dụng tài liệu thực đo, cần lưu ý đến nhận xét của
Apduraopop: nếu bờ sông được bảo vệ, Hmax có thể tăng thêm. Nếu trong tự
nhiên bờ sơng dễ xói (tốc độ xói bờ hàng trăm mét / năm), khi bờ hồ Hmax tăng

không nhiều lắm.

Dựa vào tài liệu thực đo đoạn sông Hồng – Sơn Tây – Vạn Phúc đã thiết
lập được quan hệ tính Hmax như sau:

0,308
max

0 0

H R

2,34

H B



 

  

 

(6 – 13)
Trong đó:

R – bán kính cong đoạn bờ

B0, H0 – chiều rộng và chiều sâu ứng với lưu lượng tạo lòng

Antunin cho cơng thức tính chiều sâu của vùng sơng cong

Hc = K1H1; (6 – 14)

Hmax = K2H.

Trong đó:

Hc – chiều sâu trung bình của vùng song cong;

Hmax – chiều sâu lớn nhất của vùng sông cong;

H1 – chiều sâu trung bình đoạn sơng thẳng, H1 được xác định từ tài liệu

</div>
(138)<div class='page_container' data-page=138>

Bảng 6-8: Hệ số tính Hc, Hmax sông cong

B/R 0 0.16 0.20 0.25 0.32 0.50 0.70 1.00

K1 1.00 1.24 1.27 1.33 1.43 1.60 2.69 3.00

K2 1.274 1.48 1.84 2.20 2.57 3.00 - -

h) Hmax ở đỉnh mỏ hàn

Chiều sâu xói đầu mỏ hàn ứng với cấp lưu lượng thiết kế có thể tính theo
cơng thức của Antunin:

Hmax = KαKmKqHo (6 – 14)

Trong đó:

Hmax – chiều sâu dòng chảy đầu mỏ hàn;
Ho – chiều sâu dịng chảy phía trước mỏ hàn;

Kα – hệ số tính đến góc chéo mỏ hàn;

Kq – hệ số thu hẹp lịng sơng.

Bảng 6-9: Hệ số Kα

Α 1500 1200 900 600 300

Kα 1.18 1.07 1.00 0.96 0.84

Bảng 6-10: Hệ số Km

M 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00

Km 1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50

Bảng 6-11: Hệ số Kq

Q1/Q 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

Kq 2.00 2.65 3.22 3.45 3.64 3.87 4.06 4.20

Q1 – lưu lượng bị choán chỗ;

Q – tổng lưu lượng.

Ở Ấn Độ hay dùng cơng thức Lacey tính xói đầu mỏ hàn

</div>
(139)<div class='page_container' data-page=139>

Trong đó:

DLacey là chiều sâu dịng chảy vùng sơng thẳng;

DLacey = 0,473(Q/f)1/3; (6 – 16)

Q – lưu lượng;

f = 1,76 m1/.2 (thông số bùn cát).

m – đường kính trung bình theo trọng lượng của bùn cát đáy, (mm.

Trong công thức (6 -15) khi mái dốc mũi mỏ hàn tương đối thoải chọn hệ số
2,25; nếu tương đối dốc chọn 3,80.

2. Một số dạng vật liệu và cấu kiện xây dựng cơng trình bảo vệ bờ

Vật liệu cơng trình chỉnh trị sơng nói chung và cơng trình bảo vệ bờ nói
riêng rất đa dạng và phong phú như xi măng, sắt, thép, nhựa đường, bê tông…
đến các loại thông dụng như đất đá, gỗ, tre, nứa, rơm, rạ, lau lách… Về cấu kiện
thường dùng các cấu kiện cơ bản sau đây:

a) Bó cành cây

Đó là những bó rồng tre (cành tre) hoặc những bó sú vẹt, đường kính

khoảng từ 10  20cm, chiều dài tùy thuộc theo yêu cầu mà định, có thể dài từ 5

 10m, khoảng cách giữa nút buộc bằng lạt hoặc bằng dây thép dài từ 25 

30cm.

b) Rồng tre

Rồng tre là một loại cấu kiện dùng các vật liệu như cành cây, nhánh tre
hoặc tre nứa, lau lách bó thành những khối hình trụ mà lõi là đất sét hoặc đá hộc
hai đầu bó kín.

Rồng tre có đường kính từ 0,6  1,0m; dài từ 5 10m, thường dùng dây

thép hoặc dây thừng buộc cách nhau từ 0,3  0,5m. Cũng có nơi người ta bó
rồng dài 15 đến 20m và nặng hàng ba bốn tấn.

Rồng tre thường dùng để bảo vệ chân bờ sông tầng dới mực nước kiệt
hoặc để hàn khẩu đê vỡ.

c) Bè chìm

Bè chìm được dùng để che phủ lịng sơng bảo vệ đáy cơng trình, chống
xói tốt. Về thi cơng bè chìm, trước tiên cần làm kết cấu của bè chìm gồm những
bó cành cây buộc thành những ơ vng, giữa là rơm rạ, cành cây. Người ta dùng
dây thép hoặc là buộc chặt thành một tảng bè có chiều dày từ 0,5  1,2m chiều
dài có thể hơn chục mét, thơng thường có nơi làm bè có chiều cao 0,75m; diện
tích bè 60 x 50m. Khi làm bè nên bố trí cách thượng lưu cơng trình chừng 500 

</div>
(140)<div class='page_container' data-page=140>

bó cây thành những tấm có ơ vuông 1 x 1m, chỗ giao nhau nên buộc chắc, làm

xong một tấm lại phủ một lớp vật liệu như rơm, rạ, lau lách… rồi đặt tấm khác
lên trên buộc chặt, tiếp tục phủ vật liệu…số tầng và độ dày tùy theo yêu cầu mà
định, nói chung từ 2  3 tầng. Mỗi tầng dày khoảng 0,3m. Các tầng trên dưới và
ở giữa được buộc lại thành một khối chặt chẽ. Nếu bè chìm dùng để bảo vệ bờ
và đáy sông thì trên bè nên đóng những cây cọc. Các cọc làm thành những
khoảng rộng khoảng 2 x 3m cao chừng 0,5m giữ cho đá trên bè không bị trơi.

Để cho bè chìm được bền chặt và giảm bớt độ dày người ta có thể dùng
những tấm lưới làm bằng dây thép thay thế các tấm đáy của bè, khi thiếu vật liệu
cũng có thể dùng các cây tre nhỏ để thay thế các bó cành cây.

Khi thả bè chìm cần phải chất đá hộc lên bè để cho bè chìm xuống.
Đường kính đá hộc và số lượng đá hộc cần thiết phải thông qua tính tốn cụ thể.
Khi dùng bè chìm bảo vệ bờ, do bờ sông thường rất dốc để đảm bảo đá hộc khỏi
bị trôi, ta phải căn cứ vào lưu tốc bắt đầu chuyển động của đá hộc trên sườn dốc
mà chọn kích thước đá.

Dùng bè chìm để bảo vệ bờ và đáy sơng có ưu điểm là mềm dẻo và là một
khối chỉnh thể, thích hợp với sự biến hình của lịng sơng, đồng thời nó cũng là
cấu kiện khá bền chắc, thời gian sử dụng có thể từ 10  30 năm và nó có thể
chống lại được lưu tốc 4m/s. Nhưng nhược điểm của nó là khối lượng vật liệu
nhiều, giá thành cao, kỹ thuật làm bè và thả bè cũng tương đối phức tạp.

Hiện nay trong các cơng trình bảo vệ bờ sơng và đáy sơng, chống xói lở ở
đầu đập mỏ hàn… đã có nhiều nước trên thế giới dùng đến loại bè chìm này.

d) Khung giá

</div>
(141)<div class='page_container' data-page=141>

thép, khung làm bằng thanh thép có đường kính thơng thường, hai đầu được uốn
cong để khi thả xuống nước dễ móc vào nhau.

e) Rọ đá

Dùng các vật liệu như dây thép, tre đan thành rọ hoặc sọt, bên trong bỏ đá
hộc, đá dăm, cuội sỏi…gọi là rọ đá. Rọ đan bằng dây thép có đường kính 1

2,5mm thành những lưới mắt cáo có dạng hình hộp, hình trụ với kích thước 1 x
1 x 1m hoặc 2 x 1 x 1m…Rọ đá bằng lưới thép có thể tích và trọng lượng tương
đối lớn, chắc chắn nhưng cũng dễ biến dạng để phù hợp với sự biến hình của
lịng sơng, thời gian sử dụng dài nhưng giá thành cao. Rọ đá dùng để bảo vệ bờ
sông (kè lát mái) xây đập, hàn khẩu chặn dòng, bảo vệ các trụ mố cầu...

Ở Việt Nam rọ thép được đan sẵn dưới dạng những hình hộp, xếp thành
từng tấm, về mùa lũ rọ thép được để sẵn ở những đoạn đê xung yếu cùng với đá
hộc để đề phịng những bất trắc có thể xảy ra.

3. Phân tích lựa chọn dạng cơng trình hợp lý 
Cơng trình bảo vệ bờ có thể phân thành 2 loại:

- Dùng các loại đập mỏ hàn, đập thuận dịng hoặc cơng trình tạo dòng
chảy vòng để đẩy dòng chảy ra xa, bảo vệ bờ.

- Kè lát mái bằng vật liệu chống xói che phủ bờ trên mặt dốc và chân dốc.
Tùy theo từng điều kiện cụ thể phải phân tích, lựa chọn loại cơng trình
hợp lý đảm bảo hiệu ích kinh tế - kỹ thuật của cơng trình. Nếu được phân tích,
lựa chọn kỹ thì có thể chỉ cần đâu tư kinh phí khơng lớn nhưng cơng trình sẽ sử
dụng được lâu dài và đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật.

Khác với các cơng trên cạn, có các điều kiện tự nhiên xác định, các cơng
trình bảo vệ bờ ít nhiều có tính đột xuất, tài liệu khảo sát thường không đầy đủ,

các điều kiện tự nhiên ln thay đổi: hơm nay đang xói mạnh, ngày mai lại có
thể bồi đọng, hôm nay đê mới bắt đầu bị uy hiếp, ngày mai có thể trở thành
nghiêm trọng. Vì vậy, lập dự án khả thi cơng trình hộ bờ là tương đối phức tạp,
mang nhiều nội dung nghiên cứu, đòi hỏi kiến thức tổng hợp, có kinh nghiệm và
thuộc tính của đoạn sơng đang xem xét.

Cơng trình bảo vệ thường có khối lượng lớn, ít cũng phải 5m3, nhiều lên

đến 50m3 đá trên một mét dài bảo vệ. Kinh nghiệm bảo vệ bờ trên sông Mêkông

</div>
(142)<div class='page_container' data-page=142>

nào cũng có thể làm rõ ràng. Nếu nghiên cứu chưa đầy đủ, dễ dẫn đến mất an
tồn hoặc chi phí quá tốn kém.

Nội dung chính trong việc phân tích lựa chọn biện pháp cơng trình hợp lý là:
- Phân tích tính tốn các đặc trưng cơ bản về thủy văn, thủy lực, bùn cát;
- Phân tích diễn biến lịng sơng, dự báo sự phát triển của vùng đang bị xói lở;
- Đánh giá đúng mức độ uy hiếp an toàn của tuyến đê hoặc các cơng trình khác;
- Xác định các thơng số thiết kế cơng trình (các đặc trưng lưu lượng, mực
nước thiết kế, và các quan hệ hình dạng sơng tương ứng);

- Phân tích, xác định biện pháp cơng trình hợp lý.
6.6.4. Kết cấu bảo vệ mái dốc

1. Bảo vệ mái dốc ở cơng trình Thủy lợi 
a) Bảo vệ chống sóng

Mái đê, mái đập, bờ biển, bờ kênh chịu tác dụng trực tiếp của nước mà
trong đó yếu tố động học mạnh mẽ nhất là sóng, dịng ven biển hoặc dịng chảy
trong sơng, trong kênh,… vì vậy các mái dốc này cần thiết phải được bảo vệ.
Kết cấu bảo vệ mái dốc theo điều kiện chống sóng có nhiều loại, trong đó có thể

kết hợp chống sóng với việc chống thấm cho cơng trình.

b) Một số hình thức bảo vệ chống sóng kết hợp chống thấm

Người ta dùng các lớp phủ, lớp lát khác nhau để bảo vệ đáy và mái kênh
khỏi bị xói lở, chống tác dụng cơ học của dòng chảy, của sóng, giảm tổn thất
thấm, giảm độ nhám và để tăng khả năng dẫn nước.

Các loại áo kênh chủ yếu thường dùng hiện nay là: (1) Đổ các loại đá lớn
nhỏ khác nhau, (2) lát đá, (3) xây đá có vữa, (4) các lớp lát bằng bê tông và bê
tông cốt thép, (5) phun xi măng đặc, (6) các lớp lát bê tông nhựa đường.

Lớp áo kênh loại (3), (4), (5), (6) thường được lựa chọn vì nó thỏa mãn
được các yêu cầu cơ bản: khơng thấm nước, khơng bị xói lở và có độ nhám nhỏ.

Để giảm lượng thấm trên kênh người ta gia cố mái kênh và đáy bằng đất
sét, bằng lớp bồi lắng nhân tạo, lớp bao tải tẩm dầu, làm đất hóa mặn, dùng các
phương pháp sinh vật để giảm tính thấm nước của đất, đầm nện bằng cơ giới.

c) Bảo vệ mái cơng trình dưới tác dụng khác
+ Dưới tác dụng của mưa

</div>
(143)<div class='page_container' data-page=143>

+ Giữ độ ẩm

Dưới tác dụng của nhiệt độ bên ngoài thân đê thân đập, bờ kênh có thể bị
nứt. Vì vậy, cần có biện pháp bảo vệ để giữ độ ẩm tránh những tác hại do nhiệt
độ gây ra. Phương pháp tiên tiến hiện nay là dùng vải địa kỹ thuật (VĐKT).

+ Giữ nhiệt độ

Nhiệt độ thay đổi làm cho đất của thân đê, thân đập có thể bị nứt ảnh
hưởng đến độ an tồn. Vì vậy, mái dốc ở các loại cơng trình này được bảo vệ
chống ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ. Các phương pháp thông thường hiện nay là
tăng cường lớp đất bề mặt, dấu sâu phần đất cần bảo vệ. Phương pháp tiên tiến
là dùng vải địa kỹ thuật (Geotextile).

2. Đặc điểm làm việc của kết cấu bảo vệ mái dốc 
a) Các yêu cầu thiết kế

Các kết cấu bảo vệ mái dốc chịu tác dụng của sông và các đặc trưng thủy
động lực học khác của dòng triều, dịng ven, dịng chảy trong sơng… Vì vậy, khi
thiết kế cần đảm bảo một số điều kiện sau:

- Ổn định không bị trượt trên mái dốc của đê, đập;
- Mềm, ít bị gẫy;

- Có tuổi thọ cao;

- Dễ phát hiện hư hỏng;

- Dễ thi cơng và sửa chữa khi có hư hỏng;
- Giá thành hạ.

Ngoài ra, các yêu cầu cụ thể như thoát nước tốt để giảm áp lực thấm, tiêu

hao năng lượng sóng ngay trên mái dốc.

b) Sự làm việc và quan điểm tính tốn hiện đại

Kết cấu bảo vệ mái dốc nằm trên nền đất đắp khi có sóng tác dụng đất

trong đê, trong đập bão hòa, kết cấu làm việc phức tạp. Theo quan điểm hiện đại
phân tích kết cấu chính xác là giải quyết bài tốn 3 mơi trường: Đất, nước và
cơng trình. Q trình phân tích này như ở sơ đồ hình 6-9.

</div>
(144)<div class='page_container' data-page=144>

c) Sự hư hỏng và tải trọng thiết kế

Khác biệt cơ bản so với một số kết cấu khác ở cơng trình thủy lợi, lớp
bảo vệ mái dốc ln chịu tác dụng của tải trọng động. Vì vậy, nghiên cứu cơ chế
phá hoại để từ đó quyết định chỉ tiêu tính tốn thiết kế là hết sức cần thiết. Về
vấn đề này hiện nay có nhiều cơng trình nghiên cứu đều tập trung nghiên cứu sự
cố và làm rõ cơ chế phá hoại. Song các vấn đề thường không giải quyết được
trọn vẹn mà phải quy về sự gần đúng.

+ Ví dụ về phương pháp phân tích sự cố

Nghiên cứu và phân tích các sự cố cơng trình là một nội dung quan trọng
trong các bước phân tích đánh giá sự làm việc của cơng trình và từ đó có cách
ứng xử trong quá trình thiết kế, xây dựng cũng như quản lý. Đây là một việc làm
khó, đặc biệt là đối với những cơng trình chịu ảnh hưởng của điều kiện phức tạp
như đê, kè biển.

Theo quan điểm đánh giá sự hư hỏng cơng trình hiện nay thì sự hư hỏng
được định nghĩa như là một sự thay đổi nào đó trong trạng thái của cơng trình.
Trạng thái của cơng trình được phản ánh bởi ba đặc trưng sau:

- Đặc trưng thứ nhất là các đường biên ngoài hoặc các đường viền của
cơng trình;

- Đặc trưng thứ hai là các mặt cắt ngang điển hình của cơng trình và các
hạng mục của cơng trình;

- Đặc trưng thứ ba là tình trạng nguyên vẹn của các phần tử kết cấu cơng
trình.

Những hư hỏng ở mức độ đặc trưng thứ nhất và thứ hai thường là những
hư hỏng có thể quan sát hoặc đo đạc được bằng việc tiến hành những chương
trình kiểm tra, giám sát. Đặc trưng thứ 3 là đặc trưng cơ học của công trình phải
qua phương tiện nghiên cứu. Quá trình sự cố có thể tóm tắt trên sơ đồ hình 6-10.

</div>
(145)<div class='page_container' data-page=145>

Quan hệ giữa sự cố hư hỏng của đê, kè biển là mối quan hệ phức tạp. Nó
khơng chỉ phụ thuộc vào cường độ của tải trọng mà còn phụ thuộc vào thời gian
tác động của tải trọng. Vì vậy đánh giá đẩy đủ nguyên liệu quan trắc ngoài hiện
trường kết hợp nghiên cứu trên các mô hình thí nghiệm và trên các mơ hình
tốn.

Như trên đã phân tích q trình hình thành đê biển nước ta chưa được đặt
trên một nền tảng công nghệ tiên tiến. Mặt khác, các tài liệu theo dõi công trình
trong quá trình quản lý chỉ là những tài liệu thống kê chưa đủ để phân tích sự hư
hỏng theo một quá trình như sơ đồ hình 6-11. Tuy nhiên, các tài liệu này cũng
cho phép khái quát các hiện tượng hư hỏng đê biển do sóng tác động theo sơ đổ
cành cây sự cố.

Từ sơ đồ 6-11 cho thấy rõ sóng là một trong những nguyên nhân quan
trọng gây ra sự cố cho đê biển.

Thực tế nước ta, theo các tài liệu thống kê thì đê biển bị vỡ phần lớn là
xảy ra khi có bão. Mỗi trận bão lớn ở nơi xảy ra vỡ đê thiệt hại lên đến hàng
chục tỷ đồng. Vì vậy, nghiên cứu giải pháp chống sóng bảo vệ đê biển là cần
thiết và cấp bách.

Hình 6-11: Sơ đồ cành cây sự cố đê biển 
+ Ví dụ về tính gần đúng tải trọng động:

</div>
(146)<div class='page_container' data-page=146>

3
r

d r

W .H
W

K (S 1) .cot g



  (6 – 17)

Trong đó:

Wr - trọng lượng riêng khơ của cấu kiện tính bằng đơn vị N/m
3

;
Sr - tỷ trọng của vật liệu làm cấu kiện;

W - trọng lượng của cấu kiện tính bằng đơn vị N;

θ – góc nghiêng của mái dốc so với phương ngang.

Kd - hệ số ổn định có liên quan đến nhiều đặc trưng của kết cấu và điều

kiện làm việc. Hệ số này được xác định bằng thí nghiệm và giá trị của nó được
quyết định tương ứng với số con sóng tác dụng tới khi kết cấu có sự cố. Như vậy
điều kiện ổn định đã xét tới tính chất động của kết cấu.

3. Các phương pháp thiết kế 
a) Giải pháp tất định

Dùng giải pháp tất định để thiêt kế là một phương pháp truyền thống. Nội
dung của phương pháp này là đưa ra điều kiện trạng thái giới hạn đánh giá sự
làm việc của cơng trình được mơ tả bằng mối quan hệ giữa hàm số biểu thị sức
chịu tải R và hàm số biểu thị tải trọng tác dụng tiêu chuẩn S. Khi S > R kết cấu
có sự cố.

Vấn đề ở đây là lựa chọn R và S có thể chấp nhận theo một xác suất nào

đó mà xác suất đó được lựa chọn qua phân tích sự cố tương ứng với một tải
trọng nào đó (ví dụ độ cao sóng thiết kế hs) được thu thập từ xác suât thống kê.

Như vậy, ở đây có một sự hạn chế là: các tải trọng thường xuyên dưới mức thiết
kế cũng có đóng góp vào sự cố cơng trình nhưng chưa được xét đến.

Nguyên tắc của giải pháp tất định là: Tính tốn đối với những bất định
trong S và R bằng cách đưa thêm vào một số hệ số an tồn thích hợp. Hệ số an
tồn này được xác định bằng tỷ số ln ln lớn hơn 1.

Trên cơ sở nguyên lý của giải pháp này người ta xét các hệ số an toàn

riêng, tổng hợp lại thành hệ số an toàn chung của kết cấu. Đây là cách vận dụng
để giảm bớt những hạn chế của giải pháp thiết kế truyền thống.

b) Giải pháp xác suất thống kê

Các phương pháp thống kê trong thiết kế là sự mở rộng phương pháp
truyền thống. Để lựa chọn được hệ số an tồn thích hợp phải dùng phương pháp
thống kê để mơ tả các thuộc tính ngẫu nhiên của cả điều kiện bền và tải trọng.

Tính theo giải pháp này người thiết kế sẽ thu nhận được phạm vi an toàn

</div>
(147)<div class='page_container' data-page=147>

biến tải trọng và biến độ bền. Bằng cách chấp nhận một xác suất sự cố nào đó,
người thiết kế hiệu chỉnh phạm vi an toàn trong một q trình hợp lý. Chính vì
vậy so với giải pháp tất định, giải pháp xác suất thống kê có một số ưu điểm sau:

- Đánh giá các thống kê về độ bền và tải trọng chính xác hơn.

- Tránh được những bảo thủ trong thiết kế gây lãng phí khơng cần thiết.
- Đưa ra được những phương pháp tính tốn và những chú ý trong quản lý
bảo dưỡng và duy tu cơng trình.

Theo sự phân chia thì phương pháp thống kê xác suất có 4 mức độ sau:
Mức độ III: Những phương pháp kể đến sự phân bố xác suất của các biến
tải trọng và độ bền.

Mức độ II: Những phương pháp dùng các hàm phân bố đã được sơ đồ hoá
đối với các biến tải trọng và độ bền.

Mức độ I: Trong thực tế có những phương pháp gần như là xác suất thống
kê, các phương pháp này sử dụng hệ số an toàn từng phần đối với các biến.

Mức độ 0: Các phương pháp tất định sử dụng một hệ số an toàn là tỷ số
giữa độ bền đặc trưng và tải trọng đặc trưng, các phương pháp này thường được
mô tả như là các phương pháp xác suất thống kê mức độ 0.

4. Một số bài toán dùng trong thiết kế hiện nay 
a) Các bước tính tốn thiết kế lớp bảo vệ mái dốc

- Phân tích các tài liệu cơ bản: Thuỷ văn, thuỷ lực, địa cơ nền móng, vật
liệu xây dựng…

- Lựa chọn hình thức kết cấu;

- Tính tốn ổn định bao gồm ổn định tổng thể của lớp bảo vệ trên mái dốc
và ổn định của kết cấu;

- Tính tốn kết cấu của lớp bảo vệ (theo kết cấu vật liệu.
- Lựa chọn giải pháp thi công;

- Quản lý vận hành và duy tu bảo dưỡng;
b) Kiểm tra ổn định tổng thể

Khi độ dốc của mái đê, mái đập,… đã ổn định thì lớp bảo vệ mái dốc duy
trì được ổn định tổng thể trên mái dốc là nhờ ma sát giữa lớp bảo vệ và lớp tiếp
theo. Hệ số ổn định được tính:

i i

f (N W ) C

T


 





l (6 – 18)

Trong đó:

</div>
(148)<div class='page_container' data-page=148>

Wφ – áp lực đẩy ngược;

i i
C



 – tổng thành phần lực dính giữa lớp bảo vệ và lớp đệm;

f - Hệ số ma sát giữa lớp bảo vệ và lớp đệm.

Khi không đảm bảo điều kiện ổn định thì phải củng cố khối chân kè và
tiến hành kiểm tra ổn định khối này. Trong thực tế nhiều trường hợp lớp bảo vệ
bị trượt kéo theo cả một phần đất đắp. Vì vậy trong q trình tính tốn cần kiểm
tra và xét đến khả năng này.

c) Kiểm tra ổn định đẩy nổi

Mái dốc của đê, đập và bờ kênh ngập trong nước, đất đắp ở dưới lớp bảo
vệ ln bão hồ, dưới tác dụng của sóng, mực nước phía trên ln thay đổi hình
thành dịng thấm không ổn định từ thân đê (đập. ngược lại sông, hồ. Tổng hợp

các hiện tượng này có một áp lực đẩy ngược lên lớp bảo vệ. Trong tính tốn xét
đến điều kiện cân bằng chống đẩy nổi, công thức tổng quát để xét cân bằng của
lớp đẩy nổi là:

W = (γb – γn) + P’ = pdn (S – S0) (6 – 19)

Trong đó:

W - thể tích của lớp bảo vệ trong sơ đồ tính tốn;
γb, γn - trọng lượng riêng của lớp bảo vệ và của nước;

pdn – áp lực đẩy nổi;

P’ – lực liên kết giữa các cấu kiện;
S – diện tích chịu áp lực đẩy ngược;

S0 – diện tích các lỗ rỗng (khe hở hoặc các lỗ thoát nước).

Trên cơ sở nguyên lý cân bằng chung áp dụng cho từng loại kết cấu, nhiều
nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm xây dựng các cơng thức tính tốn: Kích
thước hịn đá, kích thước cấu kiện trong kết cấu, chiều dày lớp bảo vệ bằng đá
xây, chiều dày lớp bê tông, bê tông cốt thép… Trong đó yếu tố động lực chính là
chiều của sóng.

d) Phân tích sự làm việc của kết cấu

</div>
(149)<div class='page_container' data-page=149>

e) Tính tốn lớp lọc

Ổn định của lớp bảo vệ chống sóng phụ thuộc nhiều vào kết cấu lớp lọc.

Lớp này vừa đóng vai trị tầng lọc vừa có vai trị lớp đệm giữa lớp bảo vệ phía
ngồi với thân đê, đập, bờ kênh. Có nhiều hình thức kết cấu lớp lọc, một số hình
thức thường dùng hiện nay là:

* Lớp lọc dạng hạt

Tầng lọc gồm nhiều lớp theo nguyên tắc tầng lọc ngược. Tuỳ theo kết cấu

chặt hoặc lỏng của từng lớp mà khả năng các hạt ở lớp liền kề có thể chui qua.
Nguyên tắc tính tốn là nước thốt ra nhưng không cho phép kéo các hạt. Tiêu
chuẩn của thiết kế tầng lọc hiện nay người ta đánh giá qua cấp phối hạt giữa các
lớp: có thể căn cứ vào D15, D50 và D85 hoặc nhóm D10, D60 và D90. Cụ thể như

- Ổn định giữa các lớp D15f/D85b < 4 ÷ 5;

- Ổn định thấm D15f/D85b > 4 ÷ 5;

- Ổn định từng lớp D15f/D85b < 20 ÷ 25;

- Ổn định bên trong Cu = D50/D10. Khi Cu < 10 thì ổn định, Cu > 20 có sự

dịch chuyển.

Tóm lại, tính tốn thiết kế tầng lọc phải căn cứ theo các quy phạm hiện hành.
* Tầng lọc bằng vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật dùng làm tầng lọc có độ rỗng đảm bảo thốt nước khơng
có áp lực đẩy nổi nhưng đủ nhỏ để giữ các hạt đất đi ra ngồi.

Ví dụ để đảm bảo các yêu cầu trên thì O90 < D90b, trong đó O90 là kích cỡ

của vải, D90b đặc trưng kích thước hạt của lớp đất cần giữ.

6.6.5. Ứng dụng kỹ thuật công nghệ mới để bảo vệ bờ và mái các cơng trình 
thủy lợi

6.6.5.1. Sử dụng vải địa kỹ thuật (GEOTEXTILE) trong xây dựng công trình bảo 
vệ bờ và mái

Vải địa kỹ thuật (GEOTEXTILE) là các vật phẩm polime dùng trong Địa
kỹ thuật có các tính chất ưu việt sau:

- Có độ bền cơ học cao, có khả năng chống chịu tốt với mơi trường sinh hố. 
- Có thể chế tạo theo yêu cầu thiết kế mà các vật liệu thơ khác khó đáp ứng.
- Là loại vật liệu nhẹ, dễ vân chuyển;

- Thi công lắp đặt nhanh trong mọi hoàn cảnh thời tiết, chống được phá
hoại ngay trong lúc thi công.

</div>
(150)<div class='page_container' data-page=150>

Ngày nay người ta đã chế tạo ra nhiều loại polime tổng hợp tạo điều kiện
cho việc chế tạo ra nhiều chủng loại vật liệu địa tổng hợp có những tính năng
khác nhau trong xây dựng thuỷ lợi nói chung và bảo vệ bờ và mái nói riêng. Các
nước phát triển có cơng nghệ cao đã chế tạo được nhiều chủng loại vật liệu tổng
hợp địa kỹ thuật trong đó gồm 2 loại: thấm nước và không thấu nước, được biểu
thị như sơ đồ hình 6-12.

Hình 6-12: Sơ đồ phân loại vật liệu tổng hợp ĐKT 
Trên thực tế sử dụng vật liệu géocomposite có thể là:

- Phối hợp của géotextile với géomenbrane;
- Phối hợp của géogrid với géomenbrane;

- Phối hợp của géotextile, géotextile, géogrid với géomenbrane;

- Phối hợp của một trong ba loại géotexlile, géogrid và géomenbrane với
các loại vật liệu khác.

Thí dụ: Bấc thấm là một trong những dạng của vật liệu địa kỹ thuật

(géocomposite) để gia cố nền đất yếu. Loại géocomposite này được chế tạo có
lõi nhựa polypropylene được gia cơng đặc biệt có độ bền cao để chuyển tải được
lượng nước ở các nền đất yếu do chứa nhiều nước. Hai bên lõi nhựa là lớp vật
liệu vải lọc géotextile không dệt. Géogrids là những loại vật liệu địa kỹ thuật
phát triển mạnh hơn so với géotextile, géomenbrane nhưng đã phát nhanh trong
một thời gian gần đây và trở thành một vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng khá
rộng rãi theo hai chức năng chính là phân cách và gia cố tăng cường. Trong thuỷ
lợi hai chức năng chính này được sử dụng nhiều nhất để ổn định các mái đất và
làm rọ đá (các nước phát triển đã sử dụng thành 25 vùng khác nhau).

</div>
(151)<div class='page_container' data-page=151>

- Polyester;
- Polyethylene;
- Polypropylene ;

- Polyethylene tỷ trọng cao (HDPE).

Khác với géotextile, géogrids là loại chất dẻo tạo thành những hình thể rất

thống, có các lỗ hổng rộng và khi sử dụng thường được kéo căng ra theo một
hoặc hai chiều để tận dụng những đặc trưng vật lý, cơ học của chúng. Hình 6-13
biểu thị cách dùng géogrids để ổn định mái dốc

Hình 6-13: Dùng 4 lớp Geogrids để ổn định mái dốc (kênh mương) 
1. Vải địa kỹ thuật làm chức năng bảo vệ (protextion)

Bờ sông, bờ hồ, bờ kênh, đáy sông, đáy hồ, hố xói, cũng như những mặt
ngồi của cơng trình đất nói chung (kênh dẫn, mái đê, mái đập) thường chịu tác
động cơ học có nguồn gốc khác nhau, như quan trọng hơn cả là tác động bào
mòn của dòng nước và tác động của sóng. Lớp bảo vệ nhằm mục đích ngăn
khơng cho các hạt đất bong ra khỏi khối đất.

Đến nay, phương án dùng VĐKT làm trực tiếp chức năng bảo vệ khơng
được ưa chuộng vì hai lý do chính sau đây:

* VĐKT làm trực tiếp chức năng bảo vệ phải trải ngoài mặt đất nên chịu 
tác dụng của tia cực tím của ánh sáng mặt trời.

* Đảm bảo ổn định cho lớp VĐKT có nhiều khó khăn.

Do vậy, VĐKT được dùng kết hợp cùng với các loại vật liệu khác để làm
lớp bảo vệ với chức năng đệm hoặc lọc. Tuy nhiên, cũng có thể dùng VĐKT
dưới 3 dạng: túi (geobag. đựng cát, sỏi hoặc rọ (gabion. đựng đá hộc để làm lớp
bảo vệ và VĐKT tẩm nhựa đường để ngăn tác dụng của tia cực tím, chống thấm
nước, ngăn nước mặt, nước mưa ngấm vào đất.

</div>
(152)<div class='page_container' data-page=152>

thực tế xây dựng các cơng trình thuỷ lợi từ những năm cuối thập kỷ 60 của thế

kỷ 20.

Nguyên lý của đất có cốt là tăng cường cho cốt một loại vật liệu bền lâu
chống nén tốt, với một khả năng chống kéo nhờ đặt vào đất các sợi, các cốt.

Trước đây, cột đất phải làm bằng các thép không rỉ để đảm bảo độ bền lâu
của cốt tương ứng với độ bền lâu của đất. Hiện nay các VĐKT có những tính
năng có thể thay thế các vật liệu đắt tiền để làm cốt cho đất. Đất có cốt đã được
công nhận như một giải pháp khoa học về sự cải thiện tính chất của đất và sự đổi
mới về kết cấu của cơng trình đất. Sự làm việc của “đất có cốt” dựa vào mối
liên kết giữa đất và cốt thông qua khả năng chống trượt của đất. Một cơng trình
đất có cốt khi ở trạng thái giới hạn sẽ hình thành 2 vùng: Vùng kéo và vùng neo.

Đất trong vùng kéo, đất truyền ứng suất cắt cho cốt đất. Trong vùng neo,
đất giữ cốt thông qua lực chống trượt của đất lên mặt ngoài của cốt.

Trên mỗii cốt, lực kéo phân bố không đều và đặt trị số lớn nhất tại một
nơi nào đó của cốt. Qủi tích của những điểm có lực kéo lớn nhất của các cốt là
mặt phân cách giữa 2 vùng: Vùng kéo và vùng neo. Mặt phân cách này chính là
mặt trượt khả dĩ phá hoại cơng trình đất (mái đất, khối đất đắp sau tường, nền
đất v.v…).

Hình 6-14: Sơ đồ ứng suất làm việc của vùng đất có cốt

Mục đích đặt cốt cho khối đất là đảm bảo cho mặt trượt phá hoại không
xảy ra: lực kéo của cốt vượt được lực kéo tách khối đất ra để hình thành khối đất
trượt.

</div>
(153)<div class='page_container' data-page=153>

khối đất, người ta phân biệt 2 chức năng làm cốt của VĐKT: VĐKT dùng làm
màng chịu kéo và VĐKT dùng làm cốt cho đất.

a) VĐKT dùng làm màng chịu kéo (membranetendue)

VĐKT có chức năng của màng chịu kéo khi được đặt giữa 2 mặt tiếp xúc
của hai lớp đất có trạng thái ứng suất khác nhau, một trong chúng chịu áp suất
lớn.

Thí dụ: VĐKT xử lý các vết nứt lớn hay các hang cactơ trong nền đá.

VĐKT đặt dưới đệm cát vừa có chức năng phân cách cát với đất mềm yếu ở
dưới vừa có khả năng màng chịu kéo khi chúng được đặt rộng ra ngoài phạm vi
đáy đệm cát một khoảng đáng kể. VĐKT dùng làm túi (GEOBAG. là một dạng
của màng chịu kéo. Trong hai trường hợp sau, VĐKT có hai chức năng là lọc
và màng chịu kéo.

Sự mất cân bằng về áp suất của lớp trên đè lên lớp dưới xẩy ra khi xử lý
kẻ nứt và đệm cát được điều chỉnh bằng lực kéo của VĐKT.

b) VĐKT dùng làm cốt

VĐKT dùng làm cốt đất khi nó được phát huy khả năng chịu kéo để tăng
cường mức độ ổn định cho khối đất như đã nêu ở trên, tóm lại:

Khi sử dụng VĐKT trong địa kỹ thuật cần thiết phải tạo mọi điều kiện để 
phát huy càng nhiều càng tốt các tính chất của VĐKT, tức bắt VĐKT đảm nhiệm 
nhiều chức năng. Như vậy các phương án sử dụng VĐKT mới có hiệu quả kỹ 
thuật và kinh tế đáng kể. Bởi vậy, chúng ta có thể khẳng định rằng, nếu chỉ biết 
VĐKT như một loại vật liệu, vật phẩm xây dựng mới mà không am hiểu Địa kỹ

thuật thì mọi phương án sử dụng VĐKT sẽ dẫn đến hậu quả khơng lường hết được. 
Do đó, sử dụng VĐKT có thể được xem như một bộ phận của môn cơ học đất.

2. Phương án sử dụng VĐKT

Hiện nay, cơng trình đất và cơng trình có liên quan đến đất có nhiều dạng
rất khác nhau. VĐKT cũng có nhiều loại khác nhau về nguyên liệu và về cơng
nghệ chế tạo. Vì vậy một phương án sử dụng VĐKT phải được nêu rõ các nội
dung sau:

a) Mục đích dùng VĐKT

- Dùng VĐKT có ngun liệu gì: polypropylene, Polyester, vv…

- Dùng loại VĐKT có cơng nghệ chế tạo nào: dệt, không dệt ở dạng vải
hay dạng lưới v.v…

</div>
(154)<div class='page_container' data-page=154>

b) Kết cấu, kích thước của cơng trình có phương án sử dụng VĐKT

c) Chọn phương pháp tính tốn ổn định cục bộ của VĐKT và ổn định
chung của cơng trình.

Có ba loại phương pháp lập phương án sử dụng VĐKT và định kích thước
của cơng trình như sau:

* Phương pháp kinh nghiệm:

Phương pháp này dựa vào thống kê các công trình đã xây dựng và kết cấu
phân loại cơng trình theo những tình huống và những tính chất của đất và của
VĐKT. Cần chú ý rằng, các hãng sản xuất VĐKT của các nước sử dụng tiêu

chuẩn thí nghiệm của nước mình để xác định các tính chất của VĐKT; thí dụ
như xác định các đặc trưng về tính chất thấm nước, tính dẫn nước, độ thưa, sức
chịu kéo v.v… Các đặc trưng này được cho trong nhãn hiệu của hàng hoá
VĐKT.

* Phương pháp tương tự:

Phương pháp này dựa vào kết quả thí nghiệm xác định các đặc trưng của
VĐKT của các hãng sản xuất và loại thí nghiệm tương thích VĐKT của các
chuyên gia địa kỹ thuật. Thí nghiệm tương thích đặc biệt quan trọng khi lựa
chọn VĐKT cho các công trình vĩnh cửu. Có những đặc tính của VĐKT, thí dụ
hiện tượng bịt lọc do tính chất điện hoá của sợi làm VĐKT, hiện tượng tắc lọc
do đặc tính của đường cấp phối lỗ rỗng của VĐKT và đặc tính của đường cấp
phối hạt của đất v.v… Có nhiều loại thí nghiệm tương thích cần phải thực hiện
mỗi khi thấy cần thiết phải làm sáng tỏ, thí dụ như sức bền chống trượt của
VĐKT trong đất, mức độ giảm bền của VĐKT khi nước trong đất nhiễm bẩn
v.v…

* Phương pháp giải tích:

Phương pháp này căn cứ vào việc phân tích lý thuyết mà đề ra các công
thức tính tốn về một mặt nào đó. Thí dụ khi chọn VĐKT làm vật thốt nước thì
căn cứ vào hằng số thấm ψ, hệ số dẫn nước θ v.v…. Cần lưu ý rằng các công
thức lý thuyết đã được xây dựng trên cơ sở một mơ hình vật lý đơn giản hoá nên
nhiều khi ứng dụng trong điều kiện thực tế cho kết quả không thể chấp nhận
được. Phải xây dựng mơ hình vật lý mới và suy diễn các cơng thức mới chính
xác hơn. Đó là phép biện chứng khoa học.

</div>
(155)<div class='page_container' data-page=155>

Thí dụ: Khi sử dụng VĐKT làm tầng phủ bảo vệ mái thượng lưu đập hoặc 
với mục đích chống sóng hoặc chống thấm thì tuỳ trường hợp mà tính tốn ổn

định cục bộ của tầng phủ theo phương pháp kinh điển nhưng ở đây cần phải xét 
đến áp lực đẩy nổi khi có sóng vỗ, sóng leo, khi mực nước trong hồ hạ xuống 
nhanh v.v… Tính tốn ổn định tổng thể của mái đập cũng theo các phương pháp 
kinh điển nhưng cần phải chú ý đến sự tham gia của VĐKT như những “cốt” 
chịu kéo.

3. Vài nét về thi công lắp VĐKT 
a) Chắp nối VĐKT

VĐKT được bán ở thị trường từng cuộn có chièu khá lớn đến hàng trăm
mét nhưng chiều rộng không lớn, từ 5  5,5m nên thường phải chắp nối. Mối
nối phải đảm bảo kỹ thuật cho từng loại VĐKT tuỳ theo chức năng VĐKT, Thí
dụ: dùng làm lọc thì chổ nối phải đảm bảo độ sít như vải liền; dùng làm cốt thì
chổ nối phải đảm bảo độ bền chịu kéo v.v…Thường dùng hai kiểu chắp nối:

* Kiểu để chờm không khâu;
* Kiểu khâu.

Có thể tham khảo các số liệu của các nước phương tây như bảng 6.12.
Bảng 6-12: Độ chờm chắp nối VĐKT

Cường độ của đất Độ chờm (in.

Chỉ số CBR Khơng khâu Có khâu

< 1 48 9

1  2 36 6

2  3 30 3

>3 24 3

</div>
(156)<div class='page_container' data-page=156>

Hình 6-15: Sơ đồ mối nối VĐKT 
b) Trải vải

Trải vải thực hiện bằng cơ giới hoặc thủ công. Trường hợp trải vải dưới
nước thì ưu tiên chọn loại polyester vì nó có trọng lượng đơn vị lớn hơn nước
nhiều (vải đạt khoảng 1,3  1,4 T/m3, nước: 1 T/m3. và phải khâu nối trước ở
xưởng. Nếu dùng thiết bị thi công cơ giới thì có thể khâu trước 10 cuộn với
nhau, tức có chiều rộng vào khoảng 50m rồi gập lại kiểu bản lề theo từng xếp để
khi kéo và trải vải được thuận lợi.

Vải địa trải ra không được nhăn nhúm và chỗ chờm lên nhau (khơng
khâu) phải thuận với dịng chảy theo kiểu lợp mái nhà. Trường hợp vải bị nhăn
nhúm quá nhiều thì phải dồn những chỗ nhăn lại, cắt rời chỗ nhăn và đặt chờm 2
mép cắt lên nhau theo tiêu chuẩn đã nêu.

Trường hợp trải vải địa lên mái đất, thường cố định trước đầu mút vải ở
đỉnh mái rồi trải từ trên xuống, mối khâu, mép chờm bố trí vng góc với đường
trục của mái.

c) Kết cấu mút VĐKT

Trong cơng trình chỗ bắt đầu và chỗ kết thúc của VĐKT gọi là mút vải.
Để đảm bảo độ ổn định cục bộ của bộ phận có VĐKT, phần mút vải địa kỹ thuật
được tạo thành kết cấu dạng túi.

6.6.5.2. Dùng vật liệu xi măng lưới thép (XMLT) để bảo vệ mái kênh

XMLT là loại vật liệu gồm vữa xi măng và các lưới dây thép.

So với bê tông cốt thép, XMLT là vật liệu đồng chất hơn vì trong đó các
sợi thép nhỏ được phân bố đều và dày đặc. Các tính chất khác như tính đàn hồi,
cường độ chịu kéo, khả năng chống nứt, chống thấm nước của XMLT cao hơn
bê tông cốt thép. Sử dũng XMLT cho phép tiết kiệm được vật liệu và giảm được
trọng lượng bản thân của kết cấu.

</div>
(157)<div class='page_container' data-page=157>

1. Vật liệu dùng trong XMLT 
a) Vữa xi măng

Để chế tạo xi măng lưới thép người ta dùng vữa xi măng hay cịn gọi là bê
tơng cốt liệu nhỏ (kích thước cỡ hạt < 5mm). Thành phần của vữa xi măng khác
với bê tông thường xem bảng 6-13. Vữa xi măng cũng khác với vữa thường là
nó có cường độ cao hơn nhiều và tỷ lệ nước xi măng (N:X) nhỏ. Tỷ lệ xi măng
cát (X:C) khoảng 1:4 đến 1:1; tỷ lệ (N:X) chỉ lấy khoảng 0,3  0,4, vì nếu nhiều
nước thì lượng nước thừa sẽ tạo ra trong vữa xi măng những lỗ rỗng có ảnh
hưởng xấu đến cấu trúc và làm giảm cường độ của nó.

Bảng 6-13: Tỷ lệ các cốt liệu trong hỗn hợp bê tông thường và vữa xi măng (%)

Loại bê tong Xi măng Nước Cát Đá sỏi hay đá dăm

Bê tông thường 7  14 15  20 20  25 40  58

Vữa xi măng

(BT cốt liệu nhỏ. 15  25 25  35 40  60 Khơng có

Kết cấu XMLT thường được dùng bằng vữa xi măng mác 300, 400, 500
và 600. Vữa xi măng có mác cao sẽ nâng cao được cường độ, chất lượng và độ
lâu bền của kết cấu. Tuy vậy trong nhiều trường hợp cũng không cần tăng mác
xi măng lên cao quá, vì khi tăng mác vữa thì cường độ chịu kéo của bê tông tăng
chậm hơn cường độ chịu nén của nó. Để chế tạo vữa xi măng, qui định dùng xi

măng poóc lăng mác 400 600 với khối lượng khoảng 400700kg cho 1m2 vữa.

Trong thực tế, người ta đã sử dụng xi măng mác 300, 400 với tỉ lệ X : C = 1:
(1,21,75); N : X = 0,350,4. Khi hàm lượng xi măng và tỷ lệ nước xi măng
càng cao thì biến dạng co ngót và từ biến càng tăng.

Cát dùng cho XMLT là cát vàng, cát phải sạch, đúng cấp phối, kích thước
hạt cát lớn nhất phụ thuộc vào số lượng lưới thép và kích thước mắt lưới. Khi
mắt lưới lớn hơn 10mm thì hạt cát lớn nhất có thể tới 5mm, khi mắt lưới nhỏ
hơn nên dùng cát nhỏ hơn 3mm. Lưới thép càng dày đặc, kích thước hạt cát
càng phải nhỏ. Tuy nhiên không nên dùng cát tồn hạt nhỏ vì sẽ làm giảm cường
độ của vữa xi măng.

b) Lưới thép

</div>
(158)<div class='page_container' data-page=158>

Bảng 6-14: Các loại lưới thép 
Loại 
lưới 
N0
lưới 
Đường 
kính 
sợi

thép 
(mm) 
Kích 
thước 
mắt 
lưới 
(mm) 
Diện tích 
tiết diện 
một số 
sợi (cm2)

số 
lượng 
sợi 
cho 
1m 
lưới 
Trọng 
lượng 
1m2
lưới 
(kg) 
Hàm lượng 
cốt thép 

khi đặt 1 lưới 
cho 1 cm 
chiều dài

Lưới
dệt

6 0,7

1,1 6x6

0,00385
0,01131
149
139
0,9
2,7
0,0058
0,0157

7 0,7

1,1 7x7

0,00385
0,00951
130
125
0,8
1,9
0,0050
0,0119

8 0,7

1,2 8x8

</div>
(159)<div class='page_container' data-page=159>

Bảng 6-15: Cường độ tính tốn và cường độ tiêu chuẩn, hệ số đồng nhất, 
hệ số điều kiện làm việc, mô đun đàn hồi

Loại 
lưới 
thép 
Đường 
kính sợi 
dây thép 
(mm) 
Cường độ 
tiêu chuẩn 
(kg/cm2)

Hê số

Cường 
độ tính 
tốn

Mơ đun 
đàn hồi Ea

(Kg/cm2) 
Đồng 
nhất 
Điều

kiện 
làm 
việc 
lưới dệt
0,7
1,0
1,1
1,2

3.000 0,9 0,8 2.200 1.500.000

Lưới
dệt

0,7 3.000 0,9 0,0 2.400 1.500.000

1,2 2.800 0,9 0,9 2.200 1.500.000

Lưới
hàn

0,7 2.600 0,9 0,95 2.200 1.500.000

1,2 2.800 0,9 0,95 2.400 1.500.000

* Ghi chú:

Lưới được đánh số theo kích thước của mắt lưới. Đối với mắt lưới hình 
chữ nhật, lưới được đánh số là một phân số với tử số là kích thước theo phương 
dọc, mẫu số là kích thước theo phương ngang.

2. Đặc điểm cấu tạo của XMLT

Các cấu kiện XMLT có chiều dày chỉ bằng 1040mm. Chiều dày của các

sườn viền theo chu vi của một số cấu kiện có thể lớn hơn 40mm.

Bê tơng cốt thép có cốt thép tập trung, cịn trong XMLT các sợi thép phân
bố đều làm cho nội lực đuợc phân bố đều trên tiết diện. Chúng ta biết rằng khả
năng chịu kéo của BTCT càng lớn khi tiết diện tiếp xúc của cốt thép với bê tơng
càng lớn. Tính chất đó được tận dụng trong bê tông lưới thép. Những sợi thép
phân bố dày đặc tuy không làm thay đổi được trị số độ dãn cực hạ của bê tông
trước khi xuất hiện vết nứt; nhưng sau khi vết nứt xuất hiện, chúng cản trở biến
dạng của bê tông, làm cho bề rộng khe nứt phát triển chậm và đến khi gần bị phá

hoại chỉ bằng khoảng 0,05  0,1mm. Đó chính là tính chất ưu việt của XMLT.

Trong nhiều bộ phận chịu lực của XMLT, phải đặt thêm các sợi thép thường hay
ứng lực trước. Chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ đối với lưới thép là
4mm, đối với các cốt thép khác là 8mm. Hàm lượng thép thường nằm trong

</div>
(160)<div class='page_container' data-page=160>

quá 4 lớp lưới. Các kết cấu XMLT chịu tác dụng va đập hay mài mòn cần có
hàm lượng lưới thép tối đa  = 2,5%.

Để giữ đúng vị trí của lưới thép khi thi cơng có thể dùng cốt thép phân bố

với khoảng cách 1015cm, đường kính thường dùng 6 8mm.

Có thể nối lưới thép bằng phương pháp nối ghép. Chiều dài tối thiểu của

đoạn lưới chồng lên nhau lấy theo bảng 6-16.

Bảng 6-16: Chiều dài đoạn lưới chồng lên nhau

Các lưới thép chịu kéo nên nối so le. Tại một tiết diện hay trên đoạn dài
mối ghép, diện tích cả lưới thép bị nối khơng được vượt quá 50%. Đối với lưới
hàn, trên đoạn nối ghép mỗi lưới phải có ít nhất là 4 thanh ngang đã được hàn
với tất cả các thanh dọc chịu lực.

3. Tính tốn kết cấu của XMLT

XMLT có diện tích tiếp xúc với bê tơng lớn hơn nhiều so với bê tơng cốt
thép. Đặc tính này được thể hiện qua hệ số diện tích tiếp xúc được tính theo
cơng thức:

S
k

100.000.


 (cm

/ cm3) (6 – 16)
Trong đó:

S - diện tích tổng cộng của tất cả các sợi thép trong 1 đơn vị diện tích
bằng 1m2;

δ - chiều dài của bản tính bằng đơn vị cm.

Tuỳ thuộc hệ số diện tích tiếp xúc chúng ta có thể tính tốn kết cấu bê
tông cốt thép theo một trong hai phương pháp sau.

- Phương pháp thứ nhất: Theo giai đoạn đàn hồi như đối với vật liệu 
đồng chất khi hệ số diện tích tiếp xúc kt > 2cm. Theo phương pháp này thì trạng

thái giới hạn của kết cấu được lấy là giai đoạn ngay khe nứt xuất hiện, biểu đồ 
ứng suất trong vùng chịu nén và vùng chịu kéo đều lấy theo hình tam giác 
nhưng với góc nghiêng khác nhau.

- Theo các nguyên tắc chung của tính tốn bê tơng cốt thép: khi diện tích

tiếp xúc kt < 2cm.

Loại lưới thép Loại mối nối lmin(mm)

Lưới dệt Chịu lực 100

Cấu tạo 50

Lưới hàn Chịu lực 60

</div>
(161)<div class='page_container' data-page=161>

Trong thiết kế XMLT để kiên cố hoá kênh mương thì việc tính toán kết
cấu theo biến dạng nứt là đặc biệt quan trọng. Nội dung tính tốn cấu kiện này
như sau:

a) Kiểm tra sự hình thành vết nứt

Để cấu kiện chịu uốn không bị nứt cần phải thoả mãn điều kiện sau:
nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rk

. Wqd (6 – 17)

Trong đó:

Mc – mơ men do tác dụng của tồn bộ tải trọng tiêu chuẩn;

Mn – mơ men tính với khả năng chịu lực của tiết diện ngay trước khi có

khe nứt;

γ1- tính như kết cấu bê tơng cốt thép;

Rk
c

- cường độ chịu kéo tiêu chuẩn;

Wqd - mô men kháng của tiết diện quy đổi, tính như kết cấu bê tơng cốt

thép. Lúc đó hàm lượng cốt thép tương đương xác định theo công thức:

td a

1
F
F

     (6 – 18)
Ở đây:

  - hàm lượng của lưới thép và thanh thép;
F1, Fa - mô đun đàn hồi của lưới thép và thanh thép.

b) Tính bề rộng khe nứt

Bề rộng của khe nứt được tính theo cơng thức của bê tơng cốt thép, trong
đó ứng suất trong cốt thép tính theo công thức của sức bền vật liệu đối với tiết
diện thép tương đương. Để đưa về tiết diện thép tương đương, phần chịu kéo của
tiết diện chỉ tính đến diện tích cốt thép, cịn phần chịu nén tính cả diện tích của
cốt thép và bê tông, mô đun đàn hồi tương đương được xác định:

td 1 a a

E E

E    

   (6 – 19)

Thí dụ: tiết diện tính tốn chữ I của cấu kiện XMLT được đưa về tiết diện 
thép tương đương có kích thước như sau:

- Chiều dày của cánh chịu nén:

- ' ' ' b

ctd c c td
a
E

h h h

   (6 – 20)

- Chiều dày của cánh chịu kéo:

ctd td c

h   h (6 – 21)

- Chiều dày của sườn chịu kéo:

k
td td

</div>
(162)<div class='page_container' data-page=162>

Tuy nhiên kết cấu XMLT dùng trong kiên cố hoá kênh mương thường
không cho phép khe nứt xuất hiện.

c) Tính theo biến dạng

Độ cong do tác dụng ngắn hạn của tồn bộ tải trong được tính theo cơng
thức:

c n

1 ngh ngh

M M

1 M

B B



 

 (6 – 23)

Trong đó:

Bngh – độ cứng của cấu kiện khi chịu tác dụng tải trọng ngắn hạn,

Bngh = 0,85EbJqd (6 – 24)

Eb lấy bằng mô đun đàn hồi ban đầu của vữa xi măng,

Jqd - mơ men qn tính của tiết diện qui đổi, khi này hàm lượng cốt thép

tính theo cơng thức (6 - 25):

B’ngh = θ.Bngh (6 – 25)

θ - hệ số tính đến sự giảm độ cứng, phụ thuộc vào cách đặt cốt thép; θ =
0,1 khi đặt lưới thép phân bố đều; θ = 0,2 khi đặt lưới thép với các loại thép
khác.

Độ cong tác dụng do ngắn hạn của tải trọng dài hạn được tính theo cơng

thức: dh

M
1

B


 (6 – 26)

Trong đó:

Mdh - mơmen của tải trọng dài hạn;

B = χ.Bngh - độ cứng;

χ - hệ số giảm độ cứng:

1
0,85 (0,85 )m


 

   , (6 – 27)

m1 = Mn/M.

Độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn được tính theo cơng
thức:

3 2

1 1

C


  (6 – 28)

Trong đó:

C - hệ số tính đến ảnh hưởng của từ biến của bê tông,
C = 2 khi độ ẩm >400, C = 3 khi độ ẩm ≤ 400.

Độ cong toàn phần:

1 2 3

1 1 1 1

  

</div>
(163)<div class='page_container' data-page=163>

4. Công nghệ sản xuất kênh máng XMLT 
a) Công nghệ thủ công (trát tay)

Năm 1988 Trường đại học thủy lợi Hà Nội đã thi cơng kênh máng Bình
Sơn - Phan Rang. Cầu máng hình thang này có nhịp 6m, chiều dày 6cm, với tiết
diện mặt cắt ngang S = 1,2m2, dài gần 2km.

Thực tế cho thấy thi công XMLT bằng phương pháp trát tay được tổ chức

thực hiện ngay tại hiện trường thì khơng mất cơng vận chuyển, nhưng chất
lượng phụ thuộc vào trình độ của người thợ, phụ thuộc vào thời tiết… Ngồi ra,
kích thước thiết kế khó đảm bảo.

b) Công nghệ rung

Phương pháp thi công nêu trên có nhiều nhược điểm nên cuối những năm
90 (Thế kỷ 20) Bộ mơn kết cấu cơng trình - Trường đại học thuỷ lợi Hà Nội đã
nghiên cứu công nghệ rung sản xuất cầu máng Parabol nhịp dài 3m, tiết diện dẫn
nước S = 0,35m2, chiều dày thành máng 25mm, công nghệ đầu tiên này được
nghiên cứu theo phương thức rung thể tích đặt ngửa (hình 6 -16).

Công nghệ này đã được chuyển giao cho cơ quan sản xuất, và đã được sản
xuất lắp đặt ở nhiều nơi như Hà Tây, Nam Định, Ninh Bình, Thanh Hóa, Huế,
Quảng Ninh… Hạn chế của loại sản phẩm đầu tiên này là kích thước nhỏ, thao
tác nạp vữa khó khăn, kỹ thuật chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ bóng
nhẵn, yêu cầu chống thấm…

Để đa dạng hoá sản phẩm và nâng cao chất lượng kỹ thuật, người ta đã
nghiên cứu sản xuất cầu máng tiết diện hình thang với nhịp khoảng 4m, kết cấu
chịu lực của cầu máng XMLT được tính tốn thiết kế theo qui phạm của Liên
Xơ (cũ) có diện tích mặt cắt ướt S = 1m2, thành máng dày 35mm. Ngoài ra,
phương pháp rung thể tích máng đặt úp như sơ đồ hình 6-17 cũng đã được
nghiên cứu thành công. Kết quả cho thấy phương thức rung đặt úp đạt hiệu quả
tốt hơn về nhiều mặt như: nạp vữa dễ dàng, mặt máng tiếp xúc với nước bóng
nhẵn, khơng có lỗ nhỏ trên bề mặt. Trên cơ sở cơng nghệ sản xuất XMLT đã có,

</div>
(164)<div class='page_container' data-page=164>

trường đại học thủy lợi (ĐHTL) Hà Nội đề xuất phương án kiên cố hố kênh
mương nội đồng thuộc cơng ty thuỷ nông Phù Sa - Đồng Mô bằng kênh máng
XMLT có tiết diện chữ U đáy 1/2 đường tròn, mỗi đoạn dài 4m, thành máng dày
40mm, với 2 loại kích thước mặt cắt khác nhau: rộng 1,2m, cao 1,3m và rộng
0,8m, cao 0,9m. Trên thực tế loại kích thước XMLT vỏ mỏng này do cơ sở II
của trường ĐHTL Hà Nội đã sản xuất thành công và ứng dụng cho hệ thống
N31A kênh Đông Củ Chi - Thành phố Hồ Chí Minh.

* Cơ sở lý thuyết của công nghệ rung:

Để sản xuất một cấu kiện XMLT bằng phương pháp rung (hình 6-17) thì
phải chọn được cơ cấu hệ rung có tần số và biên độ dao động thích hợp. Việc
thiết kế và chế tạo hệ rung để sản xuất kết cấu XMLT có trọng lượng khác nhau
được dựa vào các phương trình dao động trong giai đoạn bình ổn:





'' 2

1 2 2

m m x Cx m a .cos t



(6 – 30)

2 2

m a sin t.x Mm ga sin t (6 – 31)

Hình 6-17: Sơ đồ sản xuất cấu kiện XMLT bằng phương pháp rung

1. động cơ máy rung; 2. hệ lò xo; 3. bệ máy rung;

4. ván khuôn thép; 5. gông cứng 
Ở đây:



m

1: khối lượng các bộ phận công tác;
- m2 : khối lượng bộ phận kích động;

- C =



C1: tổng độ cứng các lò xo;



: vận tốc góc;

- a: độ lệch tâm bộ phận kích động.

Giải hệ phương trình trên ta tìm được các thơng số cơ bản để thiết kế, chế
tạo hệ rung:

- Biên độ dao động:
B =





2
2

1 2

m a
C

m m



  

 

    

  

  

 



</div>
(165)<div class='page_container' data-page=165>

- Công suất động cơ:

N = BC. Cosωt + g



m1 (6 – 33)

- Lực nén tổng cộng lên các lò xo:

2
2

Pm a .(g B .cos t)sin t     (6 – 34)

Hệ rung này đã được liên tục cải tiến, đến nay đã có máy rung hệ thứ 3.

Với trọng lượng các đơn nguyên thân máng khi rung từ 1  4T và các thông số

kỹ thuật phù hợp cho kênh N31A - 16 đã chế tạo, hệ rung này có các bộ phận cơ
bản như sau:

- Sàn rung bằng thép U120: rộng 1,95m, dài 3,1m.

- Hệ kích động được đặt ở mặt dưới sàn rung gồm 4 cặp lò xo đối xứng để
triệt tiêu dao động ngang của hệ.

- Mơ tơ truyền động cho hệ kích động được đặt ngoài sàn rung và truyền
động bằng dây cua roa.

* Ván khuôn bằng thép:

Được chế tạo với nguyên tắc đủ bền, đúng kích thước và tháo lắp dễ dàng.
Ván khuôn gồm nhiều mảnh ghép với nhau, mỗi bộ ván khn gồm có ván
khn trong, ván khn ngồi. Tuỳ theo hình dạng, kích thước cỡ, việc tháo lắp
ván khn có thể chia nhỏ, nhưng phải đặc biệt chú ý kỹ thuật ghép nối để tránh
hiện tượng rò rỉ nước xi măng trong lúc rung đúc.

* Các bước sản xuất:

- Các đơn nguyên thân máng được sản xuất trong “ xưởng”;

- Sau khi gia công cốt thép được đặt vào khuôn, chỉnh đúng yêu cầu kỹ
thuật, cần chú ý đến việc bảo đảm lưới thép khơng được lộ ra ngồi sau khi rung.

- Ván khuôn được đặt úp trên sàn rung. Định vị ván khuôn xuống sàn
rung, đổ vữa vào khuôn và tiến hành rung.

- Thời gian rung từ 30  40 phút tuỳ thuộc vào kích thước cấu kiện, cấp
phối vữa, nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, tần số, biên độ hệ rung và nhiều yêu
tố khác…

- Kết thúc quá trình rung, sản phẩm được chuyển ra bãi thành phẩm. Sau 5

 6 giờ có thể tháo được các mảnh ván khuôn (hồi trong và đáy. tuỳ thuộc vào

loại tiết diện, mác vữa… Cấu kiện được bảo dưỡng trong 10 ngày đầu bằng các

phương pháp như phủ bao tải gai tưới nước giữ ẩm, phun nước… Sau 10  15

ngày thì lật ngửa thân máng và đặt các thanh giằng vào thân máng.

</div>
(166)<div class='page_container' data-page=166>

Câu hỏi ôn tập chương 6

1. Nêu khái niệm chung về hệ thống kênh mương nội đồng?
2. Trình bày những nội dung cơ bản trong thiết kế thuỷ lực kênh?

3. Thấm và các tổn thất khác trên kênh. Các phương pháp đo đạc thấm từ
kênh?

4. Phương Pháp nghiên cứu và các biện pháp bảo vệ bờ?
5. Trình bày nội dung chính trong kết cấu bảo vệ mái dốc?

6. Phân loại vải địa kỹ thuật (GEOTEXTILE) và khả năng ứng dụng vật
phẩm này trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ và mái?

7. Trình bày kết cấu và công nghệ chế tạo vật liệu xi măng lưới thép
(XMLT) dùng để bảo vệ mái kênh?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Báo cáo tổng quan về các cơng trình thủy lợi thay thế nhiệm vụ hồ 
chứa nước – Hà Nội 1997.

2. Bộ NN và PTNT, Trường Đại học thuỷ lợi “Dự án WBCr – 2711 – 
VN” – Nâng cao năng lực thiết kế cơng trình thủy lợi, Hà nội – 1997.

3. TCVN 5060 – 90.

4. QPTL C1 – 78, Quy phạm tải trọng do sóng và tàu.

5. QCVN04 – 05 – 2012, Cơng trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế. 
6. 14181 – 2006, Cơng trình thủy lợi – Cầu máng vỏ xi măng lưới thép – 
Hướng dẫn tính tốn thiết kế kết cấu.

</div>
(167)<div class='page_container' data-page=167>

Chương 7

QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ MỞ RỘNG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI

7.1. Khái niệm chung

Muốn khai thác, sử dụng và phát huy được tác dụng của cơng trình thuỷ
lợi nhằm phục vụ các ngành kinh tế khác nhau thì phải làm tốt cơng tác quản lý
cơng trình.

Nhiệm vụ của cơng tác quản lý cơng trình là củng cố, nâng cao chất
lượng, phát huy lợi ích của cơng trình, đảm bảo cơng trình làm việc an tồn.

Qua sử dụng cơng trình chúng ta có điều kiện kiểm tra mức độ chính xác
của qui hoạch, chất lượng thiết kế và thi công. Đây là cơ sở để nghiên cứu, phát
hiện và sửa chữa thiếu sót, nâng cao trình độ thiết kế và xây dựng cơng trình
thuỷ lợi. Mặt khác, do các điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội thay đổi thì kế
hoạch sử dụng cơng trình cũng phải có những thay đổi. Có thể phải tơn cao, mở
rộng qui mơ cơng trình nhằm thoả mãn các u cầu kinh tế đặt ra.

7.1.1. Nội dung của công tác quản lý cơng trình 
1. Sử dụng cơng trình

Dựa vào tình hình đặc điểm của cơng trình, điều kiện thuỷ văn dự báo và
theo yêu cầu dùng nước của các ngành, bộ phận quản lý phải xây dựng kế hoạch
lợi dụng tổng hợp nguồn nước. Trong q trình sử dụng tổng hợp cần có tài liệu
dự báo thuỷ văn chính xác, nắm vững tình hình và xử lý linh hoạt nhằm đảm bảo
cho cơng trình làm việc an tồn, khai thác nguồn nước với hiệu ích kinh tế cao.

1. Công tác quan trắc

Cần tiến hành quan trắc thường xuyên toàn diện, nắm vững các qui luật
làm việc và những diễn biến của công trình, đồng thời dự kiến các khả năng có

thể xảy ra.

2. Công tác bảo dưỡng

Cần bảo dưỡng tốt để cơng trình đảm bảo chất lượng, tăng tuổi thọ, giảm
và hạn chế các hiện tượng hư hỏng các bộ phận cơng trình, giảm tổn thất cột
nước và lưu lượng.

3. Công tác sửa chữa

Phải sửa chữa kịp thời các bộ phận cơng trình bị hỏng, tránh mở rộng
phạm vi hư hỏng gây nguy hiểm cho cơng trình.

4. Cơng tác phịng và chống bão lụt

</div>
(168)<div class='page_container' data-page=168>

Quản lý cơng trình là một cơng tác lâu dài, tỷ mỉ, là công tác khoa học kỹ
thuật quan trọng, phức tạp. Nếu quản lý không tốt gây lảng phí lớn, có khi làm
tổn hại đến tài sản và tính mạng của nhân dân.

7.1.2. Các ngun nhân gây ra hư hỏng cơng trình thuỷ lợi

Các cơng trình thủy lợi có thể bị hư hỏng do những nguyên nhân sau: 
- Các tài liệu và chỉ tiêu thiết kế như điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn,
tài liệu về lưu lượng, mực nước… khơng được thu thập phân tích đầy đủ.

- Cơng trình và bộ phận cơng trình bị hư hỏng dần trong quá trình sử
dụng. Máy móc bị mịn, bê tơng bị thối hố …

- Thao tác sử dụng và quản lý cơng trình không đảm bảo kỹ thuật hoặc
khơng kịp thời. Thí dụ: lũ đến khơng kịp mở cửa van để nước tràn qua đập …

- Thiên tai lớn vượt quá tiêu chuẩn thiết kế.

Trong q trình sử dụng lâu dài, cơng trình bị hư hỏng là điều tất nhiên,
song cần phát hiện kịp thời, có biện pháp tu sửa thích đáng để tránh những hư
hỏng phát triển từ nhỏ đến lớn, từ cục bộ đến toàn bộ và gây tác hại nghiêm trọng.

7.2. Bảo quản và quản lý các cơng trình thuỷ lợi

Trong q trình thiết kế phải chú ý tạo điều kiện thuận lợi cho cơng tác
quản lý, phải bố trí các thiết bị quan trắc, các thiết bị đảm bảo an toàn và những
điều kiện cần thiết để bảo dưỡng và sửa chữa cơng trình được dễ dàng. Trong
q trình thi cơng phải đánh giá chính xác chất lượng cơng trình, ghi chép tỷ mỷ
những kết quả kiểm nghiệm. Khi thi công phải đặt và chôn các thiết bị quan trắc,
kịp thời tổ chức và tiến hành quan trắc. Khi làm xong phải nghiệm thu tỷ mỷ và
toàn diện

Cán bộ quản lý phải nắm vững các tài liệu kỹ thuật như văn bản thiết kế
kỹ thuật các công trình đầu mối, bản đồ thi cơng, những biện pháp xử lý trong
quá trình thi cơng, các tài liệu thí nghiệm và nghiệm thu. Phải ghi chép rõ tình
hình làm việc của cơng trình, những sự cố, hư hỏng đã xẩy ra, biện pháp tu sửa
và kết quả.

Chỗ dựa chủ yếu của người quản lý là các tài liệu chỉ tiêu thiết kế và
những qui định về quản lý cơng trình. Các qui định về quản lý bao gồm những
nội dung sau:

7.2.1. Chế độ làm việc và sử dụng cơng trình

Chế độ làm việc và sử dụng cơng trình bao gồm:

</div>
(169)<div class='page_container' data-page=169>

2. Xác định rõ các mực nước đặc trưng của cơng trình như mực nước 
dâng bình thường, mực nước báo động phịng lũ, mực nước thấp nhất, cao nhất
ở thượng hạ lưu cơng trình và các lưu lượng tương ứng.

3. Qui định chế độ đóng mở cửa van, đảm bảo điều kiện tiêu năng tốt nhất 
ở hạ lưu cơng trình. Qui định về tốc độ đóng mở cửa van, đảm bảo tiêu lũ kịp
thời.

4. Những qui định về trình tự thao tác, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn 
của thiết bị máy móc.

5. Những qui định về chống bão, chống lũ đối với cơng trình.

6. Những biện pháp phịng chống bùn cát lắng đọng ở thượng hoặc hạ lưu 
cơng trình. Thí dụ: qui định về mực nước và lưu lượng khi tháo xả cát, chế độ
đóng mở van khi xói rửa cát…

7. Những qui định về đảm bảo an tồn như nghiêm cấm việc nổ mìn gần 
cơng trình, khơng cho nước vào các ống đo áp…

8. Những qui định về ngăn các vật nổi. 
9. Những qui định về phịng hỏa. 
7.2.2. Cơng tác quan trắc

* Đối với cơng trình thuỷ lợi, thường dùng các biện pháp quan trắc sau đây: 
- Quan trắc bằng mắt những hiện tượng nứt nẻ, ẩm ướt ở mặt ngoài bê
tong; những hiện tượng nứt nẻ, sạt lở thấm qua các cơng trình đất.

- Lấy mẫu phân tích trong phịng thí nghiệm: thí dụ phân tích lượng ngậm

cát…

- Định các điểm quan trắc và đo đạc ở mặt ngồi cơng trình: độ lún,
chuyển vị, mực nước v.v…

- Quan trắc bằng các thiết bị đặt bên trong cơng trình như dùng máy đo áp
lực nước, áp lực thấm, áp lực đất, máy đo nhiệt độ, biến dạng…

* Đối với cơng trình đầu mối, cần quan trắc các mục sau:

- Sự thay đổi mực nước thượng, hạ lưu cơng trình và trong kênh;
- Phân bố lưu tốc, lưu lượng tháo qua kênh;

- Xói lở ở thượng hạ lưu cơng trình và bờ sơng;
- Sự thay đổi của bờ hồ chứa nước;

- Sự chuyển động của dòng mang bùn cát trong hồ, trong kênh và hiện
tượng bồi lắng;

</div>
(170)<div class='page_container' data-page=170>

- Biến hình thấm của cơng trình và đất nền;

- Mức độ nứt nẻ và thấm của công trình bê tơng và bê tơng cốt thép;
- Hiện tượng xâm thực của bê tông và nền đá;

- Sự thay đổi nhiệt độ của cơng trình;
- Biến hình lún của cơng trình;

- Hiện tượng khí thực và chấn động của các cơng trình tháo nước.

Trong qui định quản lý cần định rõ các hạng mục quan trắc; vị trí các

điểm quan trắc và chỉnh lý các kết quả quan trắc.

* Công tác quan trắc cần đảm bảo những nguyên tắc sau đây:

- Nội dung quan trắc phải tồn diện. Đối với những nơi phát hiện có vấn 
đề phải kịp thời bổ sung các điểm quan trắc và tăng cường theo dõi đo đạc;

- Phải qui định thời gian và số lần quan trắc thích đáng. Căn cứ vào điều
kiện bình thường để xác định số lần quan trắc cho thích hợp. Khi tiêu lũ tháo
nước hoặc có hiện tượng khơng bình thường phải tăng thêm số lần quan trắc;

- Những hiện tượng có liên quan cần đồng thời quan trắc, thí dụ: khi đo
lún và chuyển dịch thấy hiện tượng khơng bình thường phải tăng thêm số lần
quan trắc lún và chuyển dịch, đồng thời quan trắc về thấm v.v…

- Các kết quả quan trắc cần được chỉnh biên, lên bảng biểu và phân tích
kịp thời.

Cơng tác quan trắc cần được tiến hành trong thời gian thi cơng. Thời kỳ
cơng trình bắt đầu làm việc là thời kỳ quan trọng nhất, do đó phải tăng thêm số
lần đo đạc.

7.2.3. Cơng tác bảo dưỡng

Để bảo dưỡng tốt, cần phân biệt rõ các loại sự cố. Đối với những hư hỏng
nhẹ không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của cơng trình như
mặt ngồi bê tơng bị tróc, mặt đất bị nứt nẻ … thì cần phải bảo dưỡng tu sửa
thường xuyên kịp thời. Đối với những hư hỏng nặng, hạn chế hiệu ích cơng trình
hoặc cơng trình khơng sử dụng được thì cần sửa chữa lớn và khôi phục lại.

Công tác bảo dưỡng bao gồm các nội dụng sau: 
1. Bảo dưỡng thông thường

</div>
(171)<div class='page_container' data-page=171>

- Thường xuyên lau chùi cửa van, các thiết bị máy móc. Phải bảo đảm
lượng nước rị rỉ ít, khi cần phải có phụ tùng thay thế.

2. Các cơng tác bảo dưỡng cơng trình đất

- Lấp các hang hốc trong thân đập. Phải diệt trừ động vật sống trong hang
sau đó đào rãnh hoặc phụt vữa lấp lại.

- Các rãnh trên mái dốc bị bào mòn do mưa phải đắp lại và trồng cỏ bảo vệ.

- Sửa chữa những nứt nẻ dọc theo mặt đập đất. Nếu vết nứt rộng 2 3cm

và khơng sâu q 1m có thể lấp khe bằng cách phụt vữa hoặc đổ đất và dùng cây
thọc đầm kín lại. Trường hợp nứt nghiêm trọng hơn phải đào rãnh dọc theo mặt
cắt đập xuống sâu hơn chân vết nứt 0,3  0,5m rồi đổ từng lớp đất không dày
quá 15cm và đầm nện chặt để lấp lại. Rãnh phải đào theo mặt cắt hình thang để
đất thân đập gắn chặt với đất mới đắp. Đất đắp phải chọn cùng loại với đất thân
đập.

- Xếp lại đá bảo vệ mái bị tróc.

3. Các cơng tác bảo dưỡng cơng trình bê tơng và bê tơng cốt thép

- Xử lý các vết nứt ở mặt ngoài khối bê tơng: Có thể khoan lỗ phụt vữa xi
măng pha chất chống thấm hoặc phủ nhựa đường… để lấp kín các khe như
hình 7.1.

- Xử lý bê tông bị xốp hoặc bị xâm thực: trường hợp này dùng cách phụt
vữa thường khơng có hiệu quả. Để xử lý phải đào bỏ phần bê tông bị hỏng và
làm lại bằng bê tông mới, cần đảm bảo cho chỗ vá gắn chặt vào khối bê tơng cũ
(hình 7.2).

</div>
(172)<div class='page_container' data-page=172>

Hình 7- 2: Sửa chữa mặt bê tông bị hỏng 
1. hốc trong đập; 2. ván khuôn; 3.phễu đổ bê tông. 
- Đổ nhựa đường vào các giếng chống thấm của khe co giãn.

- Dọn sạch đá sỏi trong sân tiêu năng trước khi tháo nước để sân cống
khơng bị bào mịn.

4. Các cơng tác bảo dưỡng kết cấu thép 
- Định kỳ cạo gỉ và sơn lại;

- Kiểm tra các bu lông, rỉ vê, các mối hàn bị biến dạng hoặc hư hỏng để
kịp thời sửa chữa;

- Thay đổi các bộ phận chịu lực xung kích bị hỏng.
5. Công tác bảo dưỡng kết cấu gỗ

- Xử lý chống mục, chống xâm thực;

- Thay các thanh hoặc các tấm gỗ đã bị mục;

- Định kỳ kiểm tra và vặn chặt các thanh giằng, các bu lông;
- Điều chỉnh các đai ống không quá chặt hoặc q lỏng.
7.2.4. Cơng tác phịng lũ

Cơng tác phịng lũ gồm các nội dung sau: 
1. Cơng tác dự báo.

2. Đề rõ chủ trương và các biện pháp xử lý, bảo đảm an toàn đối với các 
tình huống khác nhau.

3. Kế hoạch tổ chức lao động, huy động nhân lực, phân khu để nguyên vật 
liệu phòng lũ.

</div>
(173)<div class='page_container' data-page=173>

5. Đảm bảo giao thơng vận tải trong mọi tình huống, kế hoạch rõ ràng cụ 
thể, phương tiện huy động kịp thời.

6. Lập kế hoạch huấn luyện kỹ thuật và thực tập chống lụt.

Đối với các hồ chứa thường xảy ra sự cố như: nước tràn qua đỉnh đập,
sóng gây xói lở mái, hiện tượng rị rỉ hoặc mái bị sụt lở hay xói lở do dịng chảy
gây ra.

Khi có lũ đặc biệt lớn, nước tràn qua đỉnh đập có thể xử lý theo các biện
pháp sau:

- Đắp con chạch (hình 7-3); dùng đất, bao tải đất, gỗ tấm … để tạm thời
tơn cao đỉnh đập. Nếu đập có tường nghiêng hoặc tường lõi phải đồng thời tơn
cao các bộ phận chống thấm đó.

- Tạm thời mở rộng đập tràn hoặc mở thêm tràn tạm để tăng khả năng
tháo lũ.

Hình 7-3: Đắp con chạch trên đỉnh đập

Khi trong hồ có sóng lớn làm xói lở mái đập hoặc làm hỏng thiết bị bảo
vệ mái, người ta thường dùng các biện pháp phòng chống sau đây:

- Dùng vật liệu nổi để giảm bớt lực sóng đánh vào mái đập như:

Thả bè chống sóng (hình 7-4a). Bè cũng có thể ghép bằng các bó cành
cây, dùng mảng bè nổi chống sóng là biện pháp có kết quả tốt. Thả các bó cành
chống sóng (hình 7-4b).

Nước rị rỉ hoặc chảy theo các hang hốc:

</div>
(174)<div class='page_container' data-page=174>

Hình 7-4:: Kết cấu chống sóng

a. bè gỗ chống sóng; b. bó cành chống sóng

Hình 7- 5: Rọ đá 
a. hình hộp; b. hình trụ 
Khi mái đất bị trụt:

</div>
(175)<div class='page_container' data-page=175>

Xói lở do dòng chảy gây ra:

Đối với trường hợp này sân cống hoặc lịng sơng gần cơng trình có thể bị
dịng chảy làm xói lở. Phịng và chống xói lở thường dùng các biện pháp sau:

- Thả đá hoặc bó cây lấp hố xói.

- Làm kè tạm ở hạ lưu hố xói để tăng mực nước và giảm xói lở.

- Thay đổi độ mở cửa van, điều chỉnh lưu lượng và mực nước có lợi cho

phịng chống xói lở.

- Khi đoạn sơng hạ lưu bị xói lở có thể làm kè hoặc xây tường để thay đổi
hướng dòng chảy.

7.3. Sửa chữa các cơng trình thuỷ lợi

7.3.1. Ngun tắc chung

Khi phát hiện cơng trình bị hư hỏng, trước hết phải có biện pháp ngăn
chặn không cho hiện tượng phá hoại tiếp tục phát triển.Thí dụ: thấy chỗ rị rỉ thì
phải làm tầng lọc ngược và dẫn cho dịng nước thốt ra, nếu xét thấy cần thiết có
thể hạ thấp mực nước trong hồ. Khi đập đất bị vỡ, trước hết phải củng cố hai đầu
đoạn vỡ, ngăn không cho phát triển thêm.

Trong công tác sửa chữa cần đảm bảo các nguyên tắc sau đây:

1. Sửa chữa không phải chỉ làm lại như cũ một cách đơn giản. Phải phân 
tích kỹ nguyên nhân hư hỏng để cải tiến và nâng cao chất lượng cơng trình.

2. Trong quá trình sửa chữa phải cân nhắc và cố gắng để khơng hoặc ít 
làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của cơng trình. Thí dụ khơng
hoặc chỉ hạ thấp một phần mực nước trong hồ. Khi cần tháo hết nước để sửa
chữa phải tính tốn kế hoạch trữ nước để cơng trình sớm trở lại phục vụ sản xuất;

3. Đảm bảo nối tiếp tốt giữa cơng trình cũ và phần mới sửa; 
4. Tận dụng ngun vật liệu cịn có thể sử dụng lại;

5. Kiểm tra kỹ các bộ phận cơng trình tương tự để kịp thời ngăn chặn, 
củng cố.

7.3.2. Sửa chữa rò rỉ và nứt nẻ 
a) Đối với đập đất

Thân đập bị rò rỉ thường do các nguyên nhân sau:

</div>
(176)<div class='page_container' data-page=176>

- Do cố kết thân đập và nền lún không đều làm thân đập bị nứt nẻ tạo
thành các khe thông từ thượng lưu về hạ lưu. Biện pháp xử lý là dùng đê quây
quanh miệng rò rồi đào rãnh dọc theo vết nứt và đổ đất đắp lại (hình 7-6).

- Do đất đắp đập có hệ số thấm lớn hoặc tầng lọc ngược làm không đảm
bảo kỹ thuật, nước thấm chảy ra đục, có thể đắp thêm tường nghiêng chống
thấm ở thượng lưu hoặc mở rộng thân đập để giảm độ dốc thấm, giảm lượng
nước rịi rỉ.

Hình 7- 6: Xử lý khe nứt từ thượng lưu về hạ lưu đập đất 
1. đỉnh đập; 2. khe nứt; 3. rãnh đào; 4. nêm đất; 5. để quây 
b) Đối với đập bê tơng

Các ngun nhân gây rị rỉ:

- Do trong thân đập có các khe nứt thơng từ thượng lưu về hạ lưu. Biện
pháp xử lý là khoan phụt vữa xi măng gắn đập thành một khối liền. Tốt nhất là
bố trí các lỗ khoan thẳng góc với các khe nứt và khoan từ đỉnh đập hoặc từ mái
hạ lưu vào. Nếu có chỗ bê tơng bị phá hoại nghiêm trọng thì cần đào bỏ và đổ bê
tông mới.

</div>
(177)<div class='page_container' data-page=177>

tông không đảm bảo cường độ cần đào bỏ và đổ lại. Nếu khối bê tơng có cường
độ đảm bảo u cầu thì có thể làm mặt chống thấm ở hạ lưu. Mặt chống thấm có
thể tạo thành bằng cách:

+ Phụt vữa;

+ Phụt vữa có cốt thép;

+ Dùng lớp nhựa đường (hình 7-7);
+ Dùng bản bê tơng cốt thép (hình 7-8).

c) Trường hợp nền đập và hai bờ vai đập bị rò rỉ

Khi thấy nền đập bị rò rỉ nhiều, trước hết phải làm tầng lọc ngược cho nước
thoát ra hạ lưu. Đối với đập bê tông xây trên nền đá có thể làm thêm các lỗ thoát
nước để giảm lực thấm, đảm bảo ổn định cho đập. Các biện pháp chống thấm gồm:

- Phụt vữa tạo màng để tăng khả năng chống thấm. Khu vực khoan phụt
vữa là nền hoặc hai bờ tuỳ theo yêu cầu chống thấm.

- Đổ đất xuống đáy sông thượng lưu hoặc hai vai đập để giảm áp lực nước
thấm và tăng ổn định thân đập.

7.3.3. Cơng trình bị lún hoặc xê dịch ngang

Khi cơng trình lún q trị số tính tốn hoặc đột nhiên lún nhiều thường do
nền bị phá hoại hoặc cơng trình khơng ổn định.

Hình 7-7: Bố trí bản bê tơng cốt thép

ở thượng lưu đập để chống thấm

Hình 7-8: Sơ đồ mặt cắt chống thấm

bằng nhựa đường

a) mặt cắt thẳng đứng; b) mặt cắt ngang 
1. mái thượng lưu; 2. lớp bị tum dày 4 - 5cm 
3. ván khuôn ; 4. thanh kẹp.

</div>
(178)<div class='page_container' data-page=178>

a) Thân đập đá xếp bị lún sụt

Khi thân đập bị phá hoại thì thiết bị chống thấm cũng bị hư hỏng. Khi sửa
chữa phải xếp đá cho đủ cao trình và sữa lại thiết bị chống thấm.

b) Xử lý đập đất

Ngoài việc sửa chữa thiết bị chống thấm còn kiểm tra thiết bị thoát nước.
Nhiều trường hợp phải làm lại thiết bị thoát nước mới.

c) Xử lý đập bê tông hoặc cống trên nền đất lún nhiều

- Nếu hư hỏng do hiện tượng biến hình thấm trong đất nền gây ra, phải
tăng cường tầng lọc ngược ở hạ lưu và đặt thêm thiết bị chống thấm phía thượng
lưu.

- Nếu đất nền không đủ sức chịu tải thì có thể dùng biện pháp đóng cọc
phía thượng lưu và hạ lưu cơng trình qy quanh đáy cơng trình để tăng khả
năng chịu tải của nền.

d) Khi công trình bị chuyển dịch ngang quá nhiều 
- Tăng thêm lực chống đỡ (hình 7-9);

- Bơm nước giảm áp lực dưới đáy cơng trình;

- Thêm sân chống thấm phía thượng lưu. Sân chống thấm này có thể đúc
bằng bê tơng và đặt thép neo chặt để tăng ổn định chống trượt cho cơng trình;

- Nếu tường bên của cơng trình bị chuyển dịch có thể đào bỏ một phần đất
sau lưng tường, tăng cường biện pháp tiêu nước trong đất và có thể dùng neo để
giữ tường ổn định.

Hình 7-9: Chống trượt bằng biện pháp tăng lực chống đỡ phía hạ lưu

7.3.4. Mái đập bị trượt

Phải phân tích kỹ nguyên nhân gây trượt để có biện pháp xử lý thích
đáng. Trước khi đắp lại phải dọn sạch chỗ sụt.

</div>
(179)<div class='page_container' data-page=179>

- Nếu do lực thấm trong thân đập quá lớn hoặc khu bão hoà nước quá
nhiều, làm giảm lực chống cắt và gây sạt mái thì trước hết phải có biện pháp tiêu
nước và dẫn dòng thấm thoát ra dễ dàng ở hạ lưu. Sau đó đắp lại mái đập và
tăng cường chống thấm phía thượng lưu (hình 7-10).

Hình 7-10: Xử lý mái đập đất bị trượt

- Nếu mực nước thượng lưu rút nhanh hoặc mái đập quá dốc mà sinh trượt
thì phải đắp lại với mái xoải hơn và bố trí thiết bị tiêu nước dưới dạng tầng lọc
ngược ở mái thượng lưu và lát đá bảo vệ.

7.3.5. Xói lở

Dựa vào nguyên nhân gây xói lở, các nhà khoa học đã đề ra các biện pháp

xử lý sau:

1. Cải tiến trình tự đóng mở van

2. Tăng cường thiết bị tiêu năng để hạn chế xói lở

3. Tăng cường bảo vệ mặt cơng trình hoặc lịng sơng để chống xói tốt 
Sân sau đập và ngưỡng tiêu năng chịu lực xung kích, chấn động, chịu ứng 
suất kéo hướng xiên, bởi vậy khi cần thiết phải bố trí cốt thép chịu kéo; để giảm 
áp lực đẩy ngược lên sân cống người ta bố trí lỗ thốt nước. Khi sân cống xây 
trên nền đá có thể đặt các neo thép cắm xuống tầng đá.

4. Nếu bộ phận bị xói lở khơng ảnh hưởng đến ổn định của cơng trình và 
nền có thể đổ đá để củng cố. Phạm vi củng cố phải kéo dài về hạ lưu quá đáy hố 
xói.

7.3.6. Sửa chữa đập đất hoặc đập đá đổ bị vỡ

</div>
(180)<div class='page_container' data-page=180>

Trước khi đắp lại phải dọn sạch những lớp đất ngậm nước nhiều. Trong quá
trình tu sửa tranh thủ trữ nước dần để cơng trình sớm trở lại phục vụ (hình 7-11).

Hình 7-11: Sửa chữa đập đất bị vỡ 
a. mặt cắt dọc đập bị vỡ;

b. mặt cắt ngang được sửa chữa.

7.4. Mở rộng, tôn cao các cơng trình thuỷ lợi

Tơn cao, mở rộng các cơng trình thuỷ lợi thường do các u cầu sau: 
- Nhiệm vụ phát triển thuỷ lợi thay đổi do đó nhiệm vụ cơng trình thay đổi

theo;

- Cần cải tiến công trình hoặc nhóm cơng trình đầu mối dựa vào những
thành tựu mới của khoa học kỹ thuật;

- Trong quá trình khai thác, quản lý nếu phát hiện nhiều thiếu sót thì cần
được bổ sung.

Việc tơn cao, mở rộng được thực hiện trên hai mặt sau:

- Tăng chiều cao đập, tăng dung tích hồ chứa;

- Tăng thêm lưu lượng của cơng trình tháo nước.
7.4.1. Tơn cao, mở rộng đập đất, đập đá xếp

Việc tôn cao và mở rộng đập đất, đập đá xếp thường được tiến hành trong
điều kiện khơng tháo cạn hồ.

</div>
(181)<div class='page_container' data-page=181>

Hình 7-12: Các sơ đồ tôn cao và mở rộng mặt cắt đập đất

Khi chọn đất phải phối hợp với việc chọn sơ đồ bố trí mặt cắt đập mở
rộng, bảo đảm hạ thấp đường bão hồ. Thí dụ khi đắp thêm đất ở mái hạ lưu thì
tốt nhất là chọn loại đất có hệ số thấm lớn hơn hệ số thấm của đất cũ.

Đối với đập có tường nghiêng hoặc tường lõi phải có biện pháp tốt để
nâng cao thiết bị chống thấm (hình 7-12c,d).

Khi cần tôn cao và mở rộng đập đá đổ hoặc đá xây khan người ta thường
xếp đá khan ở mái hạ lưu và nâng cao thêm thiết bị chống thấm.

7.4.2. Tôn cao đập bê tông và bê tông cốt thép

Muốn tôn cao đập bê tông trọng lực người ta thường xây cao thêm đỉnh
đập và mở rộng thêm mặt cắt đập về phía thượng lưu hoặc hạ lưu. Sự tơn cao có
thể thực hiện trong điều kiện tháo cạn hồ hoặc không tháo cạn hồ.

Điều khó khăn trong việc tôn cao đập bê tông trọng lực là đảm bảo độ
bền, độ ổn định cũng như vấn đề nối tiếp giữa hai phần bê tông cũ và mới khi
chúng cùng chịu lực.

</div>
(182)<div class='page_container' data-page=182>

Mở rộng mặt cắt đập về phía thượng lưu sẽ làm cho cả hai phần của cơng
trình cùng làm việc tốt và có lợi trong trường hợp nếu phần đập cũ có tính thấm
lớn.

Khi cần tơn cao nhiều thì mặt cắt đập phải làm rộng ra. Trong trường hợp
mở rộng về phía hạ lưu, thì hợp lý nhất là các khe nối tiếp hướng theo phương
quỹ đạo ứng suất chính.

- Nếu cho phép tháo cạn hồ thì có thể mở rộng mặt cắt đập về phía thượng
lưu hoặc cả phía hạ lưu (hình 7-13a,b).

Kinh tế nhất là tôn cao đập dưới dạng tường bê tơng chắn nước, phía hạ
lưu xây dựng các thiết bị chống để đảm bảo ổn định (hình 7-13c,d).

Có thể tơn cao đập trụ chống bằng đổ đầy bê tông vào trong và giữa các
trụ (hình 7-14a. hoặc mở rộng phía hạ lưu trụ và gia cố mặt chắn nước
(hình7-14b,c,d).

</div>
(183)<div class='page_container' data-page=183>

Hình 7-14: Sơ đồ tôn cao các kiểu đập trụ chống

</div>
(184)<div class='page_container' data-page=184>

Câu hỏi ơn tập chương 7

1. Trình bày nội dung bảo dưỡng và quản lý các công trình thuỷ lợi ?
2. Sửa chữa các cơng trình thuỷ lợi khi bị hư hỏng?

3. Mở rộng, tôn cao các cơng trình thuỷ lợi?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Ngọc Q, Lê Trí Mẫn, Bài giảng thủy cơng – Nhà xuất bản 
Nông Nghiệp – Hà Nội 1996.

2. Ngô Trí Viềng và các tác giả, Giáo trình thủy cơng, tập II – Nhà xuất 
bản xây dựng –Hà Nội 2005.

3. TCVN 5060 - 90.

4. QCVN04 – 05 – 2012, Cơng trình thủy lợi – Các quy định về thiết kế. 
5. 14TCN 157 – 2005, Tiêu chuẩn thiết kế đập đầm nén.

</div>
(185)<div class='page_container' data-page=185>

Chương 8

NGHIÊN CỨU CÁC CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI

8.1. Khái qt

Ngày nay nghiên cứu các cơng trình thủy lợi có thể thực hiện trong phịng
thí nghiệm trên các mơ hình và ngồi thực địa. Các kết quả nghiên cứu này ngày

càng phong phú và đạt được độ chính xác cao, nhằm phục vụ công tác kiểm tra
thiết kế cơng trình và phát triển lý thuyết thuỷ cơng.

Nghiên cứu trong phịng thí nghiệm được phân làm ba loại: thí nghiệm
các chỉ tiêu, thí nghiệm bằng mơ hình và thí nghiệm tổng qt. Cụ thể như sau:

- Thí nghiệm các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng vật liệu và nền cơng
trình, tính chất cơ lý… bằng phương pháp chuẩn và bằng máy móc theo qui
phạm qui định;

- Thí nghiệm mơ hình được tiến hành để giải quyết các vấn đề của một
cơng trình hay một bộ phận cụ thể của một cơng trình;

- Thí nghiệm tổng quát với mục đích nghiên cứu qui luật chung của hiện
tượng và giải quyết những vấn đề khoa học chung có tính ngun tắc của việc
phát triển lý thuyết về thực tiển xây dựng cũng như việc quản lý các cơng trình
thuỷ lợi.

Trong phịng thí nghiệm thường tiến hành nghiên cứu những vấn để về
thuỷ lực mà trong đó có cả khí thực và thấm; nghiên cứu về kết cấu, ổn định,
biến dạng và điều kiện làm việc của các bộ phận dưới tác dụng của ngoại lực
(tĩnh và động).

Nghiên cứu thực địa có quan hệ chặt chẽ với q trình thi cơng, quản lý
và sử dụng cơng trình sau này. Nội dung nghiên cứu bao gồm đo đạc q trình
lún, chuyển dịch, biến dạng của cơng trình và nền; vấn đề thấm, áp lực đẩy nổi;
nứt nẻ trong bê tông; tình hình nhiệt độ, ứng suất của đất và bê tơng cốt thép;
mực nước và xói lở bờ; áp lực mạch động; yếu tố thuỷ động dòng chảy và chấn
động cơng trình; tình hình dịng chảy và các yếu tố thuỷ lực ở thượng hạ lưu
v.v…

</div>
(186)<div class='page_container' data-page=186>

8.2. Thí nghiệm thuỷ lực cơng trình

Khi thiết kế cơng trình thuỷ, có nhiều vấn đề về thuỷ lực cơng trình chưa
được giải quyết, bởi vậy người ta phải tiến hành nghiên cứu trên các mơ hình
thuỷ lực.

Qua thí nghiệm mơ hình kết hợp với lý luân và thực tế sản xuất ta càng
nắm vững hơn các hiện tượng thủy lực. Trong thí nghiệm ta có thể cho diễn lại
các hiện tượng tương tự như trong thiên nhiên theo một tỉ lệ nhất định. Nghiên
cứu các hiện tượng trên mơ hình ta mới có điều kiện kiểm tra và hiệu chỉnh lại
các công thức lý thuyết, xác lập lại các quan hệ thực nghiệm giữa các yếu tố
riêng biệt của các hiện tượng thủy lực.

Phương pháp nghiên cứu bằng mơ hình có một số ưu điểm so với phương
pháp quan sát trong thiên nhiên như: trong mơ hình có thể tạo nên các hiện
tượng không thấy được bằng quan sát đơn giản. Mặt khác, trên mơ hình ta có thể
thấy trước được các hiện tượng ở các cơng trình thiết kế, kiểm tra lại các giả
thiết tính tốn cũng như các biện pháp cơng trình đề ra lúc thiết kế.

Mơ hình thủy lực có thể chia ra làm nhiều loại:

Lúc mọi kích thước của đối tượng trong thiên nhiên đều thu nhỏ thành mơ
hình theo một tỷ lệ duy nhất thì đó là mơ hình khơng biến dạng. Các mơ hình
của các cơng trình thủy cơng thường là các mơ hình khơng biến dạng. Nhưng có
lúc do điều kiện thí nghiệm bị hạn chế, tỷ lệ các kích thước nằm ngang và tỷ lệ
của các kích thước thẳng đứng khơng bằng nhau, hoặc một số tính chất thủy lực
khơng tương tự thì các mơ hình đó gọi là mơ hình biến dạng.

Tùy theo lực tác dụng chủ yếu và tính chất đặc thù của dịng nước, lại có

thể phân ra mơ hình đường ống, mơ hình máy thủy lực, mơ hình thủy cơng, mơ
hình sơng ngịi, mơ hình thủy triều, mơ hình sơng, v.v…

Nếu dựa vào phạm vi của mơ hình lại có thể chia ra mơ hình chỉnh thể,
mơ hình bán chỉnh thể, mơ hình cục bộ và mơ hình mặt cắt. Các mơ hình sơng
ngịi thường là mơ hình chỉnh thể, còn để nghiên cứu các hiện tượng thủy lực
của các cơng trình thủy nhiều khi ta dùng mơ hình mặt cắt.

Tóm lại, mơ hình thủy lực cơng trình là mơ hình vật lý.
8.2.1. Lý luận mơ hình thuỷ lực

Để tiến hành thí nghiệm cũng như việc tính đổi từ các đại lượng thuỷ lực
của mơ hình ra thực tế, người ta phải dựa vào lý luận tượng tự mơ hình thuỷ lực.

</div>
(187)<div class='page_container' data-page=187>

Ft = Mt t

t
dV

dt và Fm = Mm
m

m
dV

dt (8 – 1)

Trong đó:

Các chỉ số "t" để chỉ các đại lượng trong thực tế và " m" để chỉ các đại

lượng trong mơ hình;

F - lực, M - khối lượng, V - lưu tốc, t - thời gian.

Gọi a - gia tốc, ρ- khối lượng riêng, l - chiều dài, ta có:

4 2 2 2

t t t m t t t

4 2 2 2

m m m m m t m m m

F Mt.a l t l V

F M .a l t l V

 

  

 

t m

2 2 2 2

t t t m m m

F F

.l .V  l .V 

  (8 – 2)

Trị số Ne được gọi là tiêu chuẩn chung về tương tự cơ học của Niutơn.

Trong các hiện tượng tương tự động học, tiêu chuẩn tương tự bằng:

Net = Nem (Ne = idem. (8 – 3)

Sau đây sẽ giới thiệu các tiêu chuẩn tương tự riêng:
1. Tiêu chuẩn Phơ rút

Xét sự tương tự thuỷ động lực học lúc trọng lực G giữ tác dụng chủ yếu:

t m

F F

G G hoặc

t t

m m

F G

F  G (8 – 4)

Trong đó: G =  , 3   g

Thay các trị số vào ta có:

2 2 3

t t t t t

2 2 3

m m m m m

l V l

 



  (8 – 5)

hoặc :

2 2

m t

m m t t

V V

g l  g l  (8 – 6)

Fr =

2
V

idem

gl  gọi là tiêu chuẩn phơrút. Như vậy, lúc trọng lực giữ tác

dụng chủ yếu thì sự tương tự về thuỷ động lực học chỉ có thể có khi trong thực
tế và trong mơ hình cùng có một trị số phơrút như sau.

2. Tiêu chuẩn Râynôn

Xét sự tượng tự về thuỷ động lực học lúc lực ma sát T giữ tác dụng chủ

yếu: t t

m m

F T

F T (8 – 7)

</div>
(188)<div class='page_container' data-page=188>

T= dV
dn


 - hệ số nhớt;

ω - diện tích mặt ma sát;
dV

dn - gradien lưu tốc theo phương pháp tuyến.
Thay các trị số vào công thức (8-7) ta có:

2 2 2 2

t t t t t t m

2 2 2 2

m m m m m m t

l V l V l

 



 

Thay μ= ρν (v - hệ số nhớt động học. ta có:

t t m m

t m

V l V l

v  v = idem (8 – 8)

Re = V.l

v = idem gọi là tiêu chuẩn Râynôn

Như vậy, lúc lực ma sát giữ tác dụng chủ yếu thì sự tương tự về thuỷ động
lực học chỉ có thể có khi trong thực tế và trong mơ hình cùng có trị số Râynơn
như nhau.

Muốn vậy chất lỏng trong mơ hình và trong thực tế phải có hệ số nhớt
khác nhau. Nếu trong mơ hình cũng dùng một chất lỏng (nước) thì Vtlt = Vmlm,

nghĩa là nếu thu nhỏ kích thước chiều dài trong mơ hình thì phải tăng lưu tốc
trong mô hình.

3. Các tiêu chuẩn khác

- Khi áp lực P giữ tác dụng chủ yếu, ta có tiêu chuẩn Ơle (EU)

t t t

m m m

p V
p V


 →
2 2

t t m m

t m

V V

P P

 

  (8 – 9)

- Khi lực tác dụng chủ yếu là sức căng mặt ngồi, ta có tiêu chuẩn Vêbe
(We):
t
m
C
C 
2

t t t

m m m

.l .V
.l .V


 →

2 2

t t t m m m

t m

r l V r l V

= = we

C C (8 – 10)

</div>
(189)<div class='page_container' data-page=189>

8.2.2. Qui tắc đổi kết quả thí nghiệm mơ hình ra thực tế

Lúc thí nghiệm thuỷ lực, thường dùng nước để thí nghiệm tức là    , t m

t m

   .

Gọi 1 là tỷ lệ hình học bậc nhất của mơ hình, tỷ lệ lưu tốc v, tỷ lệ thời
gian t và được xem xét hiện tượng mơ hình theo tiêu chuẩn phơrút (Fr = idem)
với điều kiện gt = gm (g=1) theo cơng thức (8-5) ta có:

2
t t
1
2
m m
V l

V  l   (8 – 11)

v 1

m
V
V

    (8 – 12)

và m m t

t m c 1

V l t 1

V  t l   (8 – 13)

Vậy: m t

t m 1

l t 1

l t   , rút ra

t 1

m
t
t

    (8 – 14)

Lúc tính theo tiêu chuẩn Râynơn với vm = vt (v 1) thì tỷ lệ mơ hình như

sau: t m

m t 1

V l 1

V  l   (8 – 15)

v
1
1
 

 (8 – 16)

và m m t

t t m

t l V

t  l V (8 – 17)

t t

   (8 – 18)

Từ các quan hệ (8-12)(8-18) cho thấy, kết quả đổi từ mơ hình sang thực
tế theo tiêu chuẩn phơrút và Râynôn là khác nhau (bảng 8-1).

Bảng 8-1: Tỷ lệ mơ hình thuỷ lực 
Điều kiện mơ

hình

Trị số đo
chiều
dài
Diện
tích
Thể
Tích
Thời
gian
Lưu

tốc
Gia
tốc
Lưu
lượng
Lực
Theo Phơ rút

Theo Râynơn
1

1

2
1

2
1

3
1

3
1

1

2
1


1

1
1


1
3
1


5
,
2
1

1

3
1

1
Nếu mơ hình, đồng thời lực tác dụng là trọng lực và lực ma sát, tức là
Fr = idem và Re = idem, khi g= 1 (gt = gm) ta có:

3/2

v 1

</div>
(190)<div class='page_container' data-page=190>

8.2.3. Điều kiện và phạm vi ứng dụng mô hình thuỷ lực

1. Điều kiện

Lúc làm mơ hình, cần chú ý đến tỷ lệ mơ hình, bảo đảm giữ đúng các điều
kiện tương tự của các hiện tượng thuỷ lực suy từ các định luật tương tự.

- Dịng chảy trong mơ hình phải cùng trạng thái trong thiên nhiên. Nếu
trong thiên nhiên là dòng rối, hoặc dòng êm (Fr <1) hay dịng chảy xiết (Fr>1)
thì trong mơ hình cũng vậy.

- Phải đảm bảo sự tương tự về độ nhám.

- Nếu trong thiên nhiên có hiện tượng hàm khí mà trong mơ hình khơng
thể thực hiện được thì kết quả thí nghiệm cần có sự hiệu chỉnh.

2. Phạm vi ứng dụng

Có thể dùng mơ hình thuỷ lực để giải quyết các vấn đề có liên quan đến
việc thiết kế:

- Khả năng tháo nước của cơng trình tháo và lấy nước (hệ số lưu lượng,
áp lực);

- Tiêu năng ở hạ lưu cơng trình: kích thước, thiết bị sân tiêu năng và sân
phủ, áp lực mạch động, phân bố áp lực và lưu tốc;

- Tác dụng của sóng lên tường, mái đập và lưu tốc;
- Tác dụng của sóng lên tường, mái đập và bờ;

- Làm việc của cửa van: buồng xoắn tuốc bin và ống hút, ống xả, âu
thuyền và đường cá đi dưới tác dụng thuỷ lực;

- Đầu mối cơng trình: phương án bố trí cách tháo lũ, cho tàu bè qua lại
trong thời kỳ xây dựng và sử dụng, chặn dịng thi cơng v.v…

Người ta vừa tiến hành thí nghiệm trên những mơ hình lịng rung và lịng
động, trong đó bùn cát và biến hình lịng sơng giữ vai trị quan trọng, thường chỉ
thu được kết quả định tính. Muốn có kết quả định lượng tương đối chính xác cần
kết hợp nhiều tài liệu thí nghiệm và tài liệu tính tốn.

Cũng cần biết thêm, người ta đã dùng nhiều loại mơ hình tốn học (mơ
hình tương tự) để giải quyết nhiều vấn đề thuỷ lực như mơ hình khí (tương tự
giữa nước khí và nước), mơ hình điện (tương tự giữa dòng điện và dòng nước)
v.v…

8.2.4. Kỹ thuật và hiệu quả thí nghiệm mơ hình 
1. Kỹ thuật thí nghiệm

</div>
(191)<div class='page_container' data-page=191>

Các thiết bị đo cũng khơng phức tạp lắm, có thể dùng các loại kim đo mực
nước; các ống đo áp, áp kế để đo áp lực; các loại phao, pitô,... lưu tốc kế để đo
lưu tốc. Muốn đo các đại lượng thuỷ lực biến đổi nhanh (mạch động) thì dùng
các thiết bị đặc biệt nhạy: những đại lượng thuỷ lực biến thành các đại lượng
điện được chuyển sang giao động ký: từ đó chúng ta có thể biết được sự biến
thiên của các đại lượng thuỷ lực v.v…

Kỹ thuật điện ảnh được dùng vào việc nghiên cứu các hiện tượng thuỷ
lực: chụp ảnh hướng dòng chảy bằng cách dùng phao nhỏ, hoa giấy, nước mầu,
hướng dòng ở sâu có thể dùng các hạt cầu nhỏ có trọng lượng riêng xấp xỉ bằng
1, các sợi dây nhỏ.

2. Hiệu quả thí nghiệm

Kinh phí để làm thí nghiệm mơ hình thường rất ít, chiếm khoảng 0,2 %
vốn đầu tư xây dựng cơng trình. Nhưng qua thí nghiệm, khơng những có thể
chọn được hình thức cơng trình hợp lý, an tồn mà cịn mang lại hiệu quả kinh tế
lớn (giá thành hạ). Hiệu quả đó nhiều lúc vượt xa kinh phí để làm mơ hình.

Qua thí nghiệm mơ hình, có thể tìm được hình thức mới như hình thức
cơng trình tháo nước, hình thức tiêu năng, phương pháp mới về thi cơng. Do đó,
ngày nay tất cả các cơng trình loại lớn được thiết kế đều qua thí nghiệm mơ hình
trước khi thi cơng xây dựng.

8.3. Thí nghiệm kết cấu cơng trình

8.3.1. Cơ sở lý luận mơ hình

Khi thiết kế và xây dựng các đập bê tông trên các loại nền có điều kiện
địa chất khác nhau, cần phải xác định tình hình ứng suất và ổn định có xét đến
đặc điểm của nền. Phương pháp lý thuyết dùng để tính tốn cơng trình trên nền
phức tạp đó rất khó chính xác. Vì vậy, phải dùng mơ hình thí nghiệm. Mơ hình
thí nghiệm đập bê tơng trọng lực thường dùng mơ hình hai chiều, đối với đập trụ
chống và đập vịm dùng mơ hình không gian.

Trong giai đoạn đàn hồi, sự làm việc của vật liệu đập tuân theo tiêu chuẩn
tương tự cơ bản là tiêu chuẩn Húc (Hi)

Hi = i

idem




 (8 – 20)

Tiêu chuẩn Húc đối với thực tế và mơ hình ở các điểm tương ứng có cùng
một trị số Ht = Hm thì sự tương tự ứng suất giữa mơ hình và thực tế được bảo

đảm.

</div>
(192)<div class='page_container' data-page=192>

x 2 x y

y 2 y x

x y 4 5 x y

E

(

)

1 E

(

)

1 E

2 (

)

2 (1

)







  

 







  

 











 

 









(8 – 21)

Trong đó:

E - mơ đuyn đàn hồi;

 và y - ứng suất pháp trên mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng;

 - ứng suất tiếp;

x, y, 45

   - biến dạng tương đối theo trục X, trục Y và dưới một góc bằng

450:

 - hệ số Poisson.

Kết quả đo được và tính đổi từ mơ hình ra thực tế được sử dụng theo hệ số
tỷ lệ như sau:

t
1
m
l
;
l

  t t

E
m m
E
E


    

1
 

    (8 – 22)

 

   

Trong đó :

lt, lm, σt, σm , Et, Em - là kích thước chiều dài, ứng suất, mô đuyn đàn hồi

của thực tế và của mô hình.

8.3.2. Đặc điểm mơ hình kết cấu

Khi chuẩn bị mơ hình để nghiên cứu cơng trình, căn cứ vào công thức
(8-20) với   1, cần đảm bảo quan hệ giữa các hệ số tỷ lệ như sau:

g l
l
E E
idem

   
 
 

  (8 – 23)

Khi  g 1(gt g )m
l

E
idem

 


 (8 – 24)

</div>
(193)<div class='page_container' data-page=193>

dùng vật liệu có mơ đun đàn hồi nhỏ, có khối lượng riêng và tải trọng đơn vị lớn
hoặc thêm phụ tải.

Để đo biến dạng trong mô hình, người ta dùng các loại máy đo biến dạng
với nguyên tắc tác dụng khác nhau như: máy đo bằng cơ khí, bằng điện, bằng
âm thanh, quang học, bằng sự kết hợp giữa quang điện và cơ khí. Loại máy được
dùng rộng rãi để đo các biến dạng bé là máy đo biến dạng cự ly.

Thí nghiệm mơ hình kết cấu cịn được ứng dụng các phương pháp khác
như:

- Phương pháp thí nghiệm mơ hình dùng máy ly tâm cho phép xác định trị
số an toàn về cường độ đến giai đoạn phá hoại. Ứng suất giới hạn trên mơ hình
do trọng lực và lực ly tâm gây ra bằng cách đặt mơ hình lên máy ly tâm và quay
với một gia tốc ly tâm để ứng suất trong mơ hình tăng lên sao cho bằng trị số
thực tế.

- Phương pháp thí nghiệm quang đàn hồi rất có hiệu quả đối với việc
nghiên cứu tình hình ứng suất và biến dạng của các đập bê tơng có hình dạng
phức tạp; đập trụ chống, đập có hành lang, có đường ống trong thân đập v.v…

- Phương pháp tương tự (mơ hình tốn. để giải quyết những vấn đề phân

tích ứng suất trong các kết cấu.

8.4. Nghiên cứu thực địa về thuỷ lực và thấm

8.4.1. Đo đạc về thuỷ lực

Đo đạc về thuỷ lực nhằm:

1. Kiểm tra tác dụng dịng chảy mặt lên cơng trình

2. Kiểm tra độ chính xác phương pháp tính tốn và kết quả thí nghiệm. 
Với mục đích thứ nhất dùng các máy đo lưu tốc kế thông thường phù hợp
với đặc điểm làm việc trong cơng trình để đo các thông số mực nước, lưu tốc,
lưu lượng qua công trình, áp lực nước lên cơng trình và biến dạng lịng sơng.
Đối với chấn động cơng trình do trạng thái dịng chảy thì dùng máy đo chấn
động.

Để phân tích quá trình phá hoại bờ, mức độ bồi lắng hồ và sự di chuyển
bùn cát có thể dùng phương pháp phóng xạ.

8.4.2. Đo đạc thấm trong đập đất và bờ

</div>
(194)<div class='page_container' data-page=194>

1. Xác định vị trí đường bão hoà trong thân đập và sự thay đổi của nó. 
2. Xác định lưu lượng thấm.

3. Xác định áp lực, lưu tốc và biến hình thấm.

Thiết bị chủ yếu đo thấm là ống đo áp, máy đo áp, thước đo mực nước,
đập tràn thành mỏng tam giác đo mực nước và lưu lượng v.v…

Áp lực thấm và vị trí đường bão hồ thường được xác định bằng ống đo

áp. Ống đo áp làm bằng thép, có đường kính d = 515cm, ở đoạn dưới có khoan

lỗ và đặt lưới thép, đồng thời bọc vải ngoài. Ống đo áp đặt trong lỗ khoan, phía
dưới có lót lớp sỏi dày 0,2m, sau đó đổ thêm lớp cát phía trên (hình 8-1).

Khi bố trí ống đo áp phải đảm bảo kết quả phản ánh được tình hình làm
việc của sân phủ, tường chống thấm, thiết bị thoát nước và các bộ phân khác;
xác định đường bão hoà được một cách dễ dàng. Tuỳ theo hình thức đập khác
nhau mà bố trí ống đo áp (hình 8-2). Đồng thời với việc xác định đường bão
hoà, cần tiến hành đo lưu lượng, lưu tốc thấm, phân tích độ trong của nước thấm
để xem có hiện tượng biến hình thấm hay không.

Hình 8-1: Cấu tạo ống đo áp

1, 2. nắp đậy; 3. lớp bê tông; 
4. cát sỏi; 5. lỗ; 6. vải bọc; 
7. lưới thép

Hình 8-2: Bố trí ống đo áp trong đập đất

</div>
(195)<div class='page_container' data-page=195>

8.4.3. Đo đạc thấm trong cơng trình bằng bê tơng

Đo đạc thấm trong cơng trình bằng bê tông chủ yếu là xác định áp lực
thấm lên đáy cơng trình. Muốn đo áp lực đẩy nổi lên đáy thì miệng vào của ống
đo áp hoặc máy đo áp được đặt ở các điểm của đường viền dưới đất (ở điểm đầu
và cuối đường viền hai bên màng chống thấm, ở các mép biên và đáy đập, ở chỗ
có thiết bị thốt nước). Ống đo áp bố trí ở các mặt cắt thẳng góc với trục đập. Số

lượng ống đo áp khơng nên ít hơn 3 cái, số mặt cắt cần đo khơng nên ít hơn 2.
Đối với nền không đồng nhất theo chiều dài của đập thì số lượng mặt cắt cần đo
và số lượng ống đo áp cần phải nhiều hơn. Cần chú ý rằng, bố trí ống đo áp phải
trùng với các điểm đo đã được tiến hành khi thí nghiệm mơ hình.

Đo áp lực thấm thân đập thường dùng máy đo vì lượng nước thấm thường
rất nhỏ, tốc độ thấm rất chậm. Có thể dùng máy đo áp lực thấm kiểu biến đổi
điện trở để xác định áp lực thấm.

8.5. Nghiên cứu thực địa về biến dạng và ứng suất

8.5.1. Nhiệm vụ

Đo đạc biến dạng trong cơng trình nhằm xác định tình hình làm việc của
cơng trình, sự nguy hiểm đến ổn định và cường độ về sự thay đổi hình dạng
cơng trình, đồng thời có thể đo được tình hình nhiệt độ. Căn cứ vào biến dạng,
chúng ta biết được ứng suất. Kết quả đo được cho phép kiểm tra trị số tính tốn
trong q trình thiết kế và bổ sung độ chính xác về lý thuyết tính tốn các cơng
trình thuỷ lợi.

8.5.2. Đo chuyển vị của cơng trình và nền

Muốn đo trị số tuyệt đối chuyển vị đứng (lún. của cơng trình thi dùng
phương pháp trắc địa trên cơ sở các mốc cao độ trong hệ thống. Các mốc đó có
quan hệ với hệ thống lưới tam giác quốc gia.

</div>
(196)<div class='page_container' data-page=196>

8.5.3. Đo ứng suất và biến dạng

Để đo ứng suất và biến dạng, người ta thường dùng máy đo kiểu biến đổi
điện trở (thường là tấm điện trở hoặc dây điện trở), máy đo kiểu thay đổi tần

suất chấn động; ngồi ra cịn có thể dùng loại máy thay đổi điện dung và thay
đổi điện cảm.

- Máy đo kiểu thay đổi điện trở được chế tạo dựa vào quan hệ giữa biến
hình và điện trở theo tỷ lệ đường thẳng, như vậy dùng độ biến thiên điện trở đo
được để tìm ra biến hình:









f ΔZ (8 – 25)

Khi nhiệt độ thay đổi, giá đỡ của điện trở cố định cũng sinh biến hình, nên
cũng ảnh hưởng đến biến thiên điện trở, do đó:

    f Z b T (8 – 26)

Trong đó:

ΔZ - biến hình;
f - độ nhạy của máy;

b - hệ số bổ sung nhiệt độ do ứng suất biên;
ΔT - biến thiên nhiệt độ.

Đo độ lún của đập đất bao gồm đo
độ lún theo mặt cắt dọc và theo mặt cắt
ngang, lún thân đập và nền đập, lún cục bộ
những nơi tiếp xúc với các cơng trình khác.
Đo độ lún trong đập đất dùng các mốc
nhiều tầng (hình 8-3). Mốc đo gồm các ống
bằng thép lồng vào nhau đồng trục và các
tấm được gắn vào các ống. Khi đất bị lún
sẽ kéo theo các tấm đó và các ống thép
cùng chuyển vị theo.

Muốn đo độ lún tổng cộng của cơng
trình, người ta dùng các mốc kiểm tra bằng
đo thuỷ chuẩn được đặt ở trên bề mặt cơng
trình trong khối bê tơng, cịn đo độ lún của
nền thì các mốc đo đặt ở đáy cơng trình.

Đo chuyển vị ngang tại các điểm
khác nhau của cơng trình thường dùng
phương pháp trắc đạc mặt bằng và phương
pháp dây dọi.

Hình 8-3: Mốc nhiều tầng

</div>
(197)<div class='page_container' data-page=197>

Máy đo kiểu rung động dây: dựa vào sự thay đổi tấn số rung động của
dây để đo ứng suất và biến dạng, quan hệ giữa tần suất rung động và ứng suất
trong bản thân nó, có thể biểu thị:

σ = 4l2.ρ.N2 (8 – 27)
Trong đó:

σ - ứng suất của dây;

N- tần số rung động của dây;
l – chiều dài dây;

ρ - mật độ của vật liệu làm dây.

Sau khi dây bị kéo, ứng suất tăng lên Δσ (khi nén thì ngược lại. và tần
số rung động là N2 = N1 + ΔN, ta có :

Δσ = Δl2.ρ.(N22 - N12) (8 – 28)

Dựa vào sự thay đổi tần số, ta tìm được sự biến đổi ứng suất của dây.
Do đó, có thể tìm được ứng suất trong bê tông σb:

σb = b

d
E

E  =

2
b

d
E

E   (N1

- N2
2

) (8 – 29)

Trong đó:

σb - ứng suất trong bê tông:

Eb, Ed – môđun đàn hồi của bê tông và dây.

Sử dụng công thức (8-29) có thể đo ứng suất của cốt thép v.v…

Bố trí mặt cắt đo ứng suất trong đập bê tơng, nói chung thường đặt cách
mặt nền trên 5m để tránh tình trạng mặt nền không bằng phẳng ảnh hưởng
đến phân bố ứng suất, nhưng không nên cách xa quá để có thể đo được ứng
suất lớn nhất.

Số lượng máy đo ở mỗi điểm do trạng thái biến dạng và ứng suất quyết
định. Đối với kết cấu chịu trạng thái ứng suất biến dạng phẳng thì bố trí nhóm

máy theo bốn hướng, các máy lệch nhau 450 (hình 8-4a). Ở những điểm có ba

</div>
(198)<div class='page_container' data-page=198>

Hình 8-4: Bố trí nhóm máy đo ứng suất 
a. nhóm máy bốn hướng;

b. nhóm máy năm hướng; 
c. nhóm máy chín hướng.

Các máy đo ứng suất và biến dạng thường được bố trí làm một để vừa có
tác dụng kiểm tra lẫn nhau, vừa có thể giảm được số lượng đặt máy.

8.5.4. Đo nhiệt độ

Việc bố trí máy đo nhiệt độ quyết định bởi mục đích nghiên cứu và đặc
điểm nhiệt độ.

Để khống chế thi công và quyết định thời gian phụt vữa lấp các khe tạm
thời khi thi công cần biết nhiệt độ cao nhất ở bên trong thân đập, nhiệt độ thấp
nhất ở bên ngồi và tính chất cách nhiệt của ván khn, nên cần bố trí máy đo
nhiệt độ ở nơi đó.

Khi cần nghiên cứu ứng suất nhiệt, xác định trường nhiệt độ trong thân
đập, cần phân bố đều mặt cắt đo nhiệt độ. Bố trí máy đo nhiệt độ vẫn theo các
mặt cắt đã định, càng gần ngoài mặt càng dày. Trên mặt cắt đã bố trí máy đo
biến dạng đều có thể kiêm đo nhiệt độ, do đó chỉ cần bố trí bổ sung máy đo nhiệt
độ chen giữa các điểm đo biến dạng là được.

Muốn biết ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ khí trời đối với bê tông,
cần đặt máy đo nhiệt độ cách mặt đập khoảng chừng 0,6m. Đồng thời với việc
đo nhiệt độ thân đập, cần tiến hành song song đo nhiệt độ khí trời, nhiệt độ
nước, bức xạ ánh sáng mặt trời v.v...

Máy đo nhiệt độ được cấu tạo dựa trên nguyên lý dùng biến đổi điện trở
để thể hiện sự thay đổi nhiệt độ.

8.5.5. Đo áp lực đất

Bố trí mặt cắt cần đo và điểm đo áp lực đất tuỳ thuộc hình thức đập, chiều

cao đập. Thơng thường dọc theo mặt cắt có khả năng trượt cách 10 15m bố trí

</div>
(199)<div class='page_container' data-page=199>

sát cạnh máy đo áp lực nước khe rỗng. Trên mỗi điểm đo thường bố trí ba hộp
máy đo áp lực đất theo ba hướng cách nhau một góc 1200 (hình 8-5b).

Máy đo áp lực đất thường dùng loại kiểu rung động dây và loại kiểu điện trở.

8.5.6. Đo áp lực động

Khi các thiết bị như tuốc bin, trạm bơm, cửa van hoạt động sẽ gây ra áp
lực động tác dụng lên các bộ phận cơng trình; đo dịng chảy khi nước tràn qua
đập cần chú ý ở những vị trí đầu đập, mố đập tiêu năng; đo gió, sóng, mạch
động, động đất v.v… ở những nơi đó cần bố trí máy đo áp lực động. Muốn xem
xét tình hình chấn động của cửa van, có thể dùng loại máy chấn động kiểu điện
cảm. Khi cần đo chấn động thân đập, bộ phận tiêu năng… có thể dùng máy cảm
ứng điện từ. Mặt cắt để đo cần được bố trí dọc theo đường qua giữa lỗ tháo nước
và ven theo hai bên gần sát trụ pin.

8.6. Công tác chôn đặt máy và phân tích tài liệu

8.6.1. Cơng tác chôn đặt máy

Việc nghiên cứu và đo đạc trong cơng trình thuỷ lợi, khơng phải đợi đến
thời kỳ sử dụng khai thác mới tiến hành, mà phải tiến hành ngay trong giai đoạn

thiết kế và thi công. Khi xây dựng cơng trình cần tiến hành đồng thời việc bố trí
và chơn đặt máy.

Khi chơn máy cần tiến hành kiểm tra máy và thiết bị quan trắc như: kiểm
tra độ nhạy của máy, nối tiếp giữa máy và dây điện, làm dấu hiệu từng máy và
dây dẫn đi về trạm đo để tránh nhầm lẫn.

Công tác chôn đặt máy cần kịp thời và cẩn thận, đặc biệt chú ý các vấn đề
sau đây:

- Vị trí và phương của máy phải chính xác, nhất là tại cùng một điểm đo
có chơn một nhóm có nhiều máy.

Hình 8-5: Bố trí máy đo áp lực cắt đất

</div>
(200)<div class='page_container' data-page=200>

- Khơng làm cho nơi chơn máy có tính biến đổi cục bộ để tránh tình trạng
máy khơng phản ánh được tính chất chung của khu vực xung quanh.

Sau khi chôn máy xong cần làm tốt công tác bảo dưỡng, tránh để cho các
máy đo bị hư hỏng do sự va chạm của máy thi công. Yêu cầu đối với máy đo
khe cần phải cao hơn so với các loại máy khác.

8.6.2. Công tác đo

Sau khi đã bố trí lắp đặt xong máy và thiết bị, cần kịp thời tổ chức đo.
Khoảng cách giữa hai thời đoạn đo tuỳ theo sự ổn định về điều kiện làm việc
của công trình. Ví dụ đối với đập bê tơng, trong 5 ngày đầu mỗi ngày 2  3 lần,
từ đó đến khi nhiệt độ đạt đến trị số cao nhất mỗi ngày đo một lần, sau đó tùy
thuộc tình hình thực tế mà duy trì mỗi ngày đo một lần, một tuần đo một lần, hai
tuần một lần…

Khi gặp trường hợp đặc biệt như động đất, mưa lũ, nhiệt độ biến đổi đột
ngột v.v…thì cần tăng cường công tác đo đạc để thu tập số liệu phục vụ cho
cơng tác tính tốn kiểm tra cơng trình được thiết kế (ví dụ: kiểm tra ổn định của
cơng trình theo tổ hợp lực đặc biệt). Ngồi ra, các số liệu này cịn là căn cứ sát
thực để xem xét tính tốn thiết kế các cơng trình tương tự ở khu vực lân cận.
8.6.3. Phân tích tài liệu đo

Sau khi thu tập được đầy đủ số liệu đo ở hiện trường cần phải chỉnh lý
phân tích kịp thời để tiến hành chỉ đạo thi công, quản lý khai thác, đúc kết thành
lý luận nhằm phục vụ phát triển khoa học kỹ thuật.

Số liệu đo được ghi lại thành bảng, sơ đồ, đường quá trình của các thơng
số đo theo thời gian. Đối với hiện tượng thay đổi đột biến (ngoài quy luật) cần
tăng cường phân tích, nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân và biện pháp xử lý.

</div>

Thiết kế công trình thủy lợi vừa và nhỏ

<i><b>Bài giảng </b></i>

<b>THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH </b>

<b>THỦY LỢI VỪA VÀ NHỎ </b>

<i>Sách dùng cho ngành Kỹ thuật cơng trình xây dựng)</i>

<b>LỜI NÓI ĐẦU </b>

<b>Chương 1 </b>

<b>Câu hỏi ôn tập chương 1 </b>

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>

<b>Chương 2 </b>

h





h

 

K

t

m

h

z

0

0

K

Kn

x

y

m

2

m1

h3

h2

T

h1

L

(h

h )

x

L















O

R

b

Z

Z

Z

G

T

N











h

1 m

.

m(m

2)



<sub></sub>

<sub></sub>







  







1 m

.h

m(m

2)



