LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ
của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là cô TS Phạm Hồng
Cường, thầy GS.TS Nguyễn Văn Mạo cô Th.s Nguyễn Lan Hương, và cùng sự
nỗ lực của bản thân. Đến nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật,
chuyên ngành Xây dựng công trình thủy.
Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình
nghiên cứu và tính toán ổn định cống lộ thiên, góp phần nâng cao độ chính xác
trong quá trình đưa ra mức độ hư hỏng và độ tin cậy của công trình. Tuy nhiên,
trong khuôn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian và trình độ có hạn nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những lời chỉ bảo và góp ý
của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo
GS.TS Nguyễn Văn Mạo và cô Th.s Nguyễn Lan Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận
văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa Công
trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình.
Tác giả chân thành cảm ơn Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ Trường
Đại Học Thủy Lợi, Phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp- Văn phòng tư vấn- trường
Đại học thủy lợi đã tạo điều kiện cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả
hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động
viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này
Hà nội, tháng 2 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Thị Huyền Trang
MỤC LỤC
26TMỞ ĐẦU26T 1
26T1. Tính cấp thiết của đề tài.26T 1
26T2. Nội dung nghiên cứu của đề tài26T 2
26T3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.26T 2
26T4. Mục tiêu của đề tài.26T 2
26T5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.26T 2
26T6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.26T 2
26T7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.26T 2
26TCHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN 3
26TPHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG26T 3
26T1.126T 26TTình hình xây dựng cống đồng bằng ở Việt Nam26T 3
26T1.1.126T 26TCống lấy nước26T 3
26T1.1.226T 26TCống điều tiết26T 4
26T1.1.326T 26TCống tiêu26T 5
26T1.1.426T 26TCống phân lũ26T 6
26T1.1.526T 26TCống ngăn triều26T 7
26T1.1.626T 26TCống tháo cát26T 9
26T1.226T 26TCác bộ phận chính của cống lộ thiên26T 9
26T1.2.126T 26TBộ phận nối tiếp thượng lưu26T 10
26T1.2.2 Thân cống26T 11
26T1.2.326T 26TBộ phận nối tiếp hạ lưu26T 11
26T1.326T 26TĐặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế26T 11
26T1.3.1 Tính toán thủy lực26T 11
26T1.3.2 Tính toán ổn định cống26T 14
26T1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống26T 15
26T1.3.4 Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống26T 17
26T1.426T 26TCác phương pháp tính toán ổn định cống dùng trong thiết kế26T 18
26T1.4.126T 26TPhương pháp ứng suất cho phép26T 18



26T3.2.1 . Vị trí công trình26T 50
26T3.2.2. Nhiệm vụ và quy mô công trình26T 50
26T3.2.3 Các thông số chính của công trình đầu mối26T 51
26T3.3 Các trường hợp tính toán ổn định Cống Nam Đàn26T 54
26T3.4 Các tài liệu tính toán26T 56
26T3.5 Tính toán ổn định trượt phẳng26T 57
26T3.5.1 Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 57
26T3.5.2 Tính ổn định trượt của cống theo trạng thái giới hạn26T 60
26T3.5.3 Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 60
26T3.6 Kiểm tra lật quanh trục B26T 67
26T3.6.1 Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 67
26T3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trạng thái giới hạn26T 67
26T3.6.3 Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 67
26T3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B26T 68
26T3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T68
26T3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo trạng thái giới hạn26T 70
26T3.7.3 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo lý thuyết độ tin cậy.26T 70
26T3.826T 26TPhân tích/Đánh giá kết quả26T 71
26T3.8.126T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng26T 71
26T3.8.226T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật26T 71
26T3.8.326T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ứng suất nền (khả năng chịu tải
của nền)
26T 72
26T3.926T 26TKết luận chương 326T 74
26TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ26T 75
26T1. Những kết quả đạt được:26T 75
26T2. Những tồn tại:26T 76
26T3. Kiến nghị:26T 77
26T4. Hướng tiếp tục nghiên cứu:26T 78
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

26TUHình 1-1: Cống Xuân QuanU26T 4
26TUHình 1-2: Cống Nam ĐànU26T 4
26TUHình 1-3: Cống hạ lưu Liên MạcU26T 5
26TUHình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà NamU26T 5
26TUHình 1-5: Cống Láng ThéU26T 6
26TUHình 1-6: Cống Cầu XeU26T 6
26TUHình 1-7: Cống Vân CốcU26T 7
26TUHình 1-8: Cống đập Ba LaiU26T 9
26TUHình 1-9: Cống Cầu BôngU26T 9
26TUHình 1-10: Cống Bảo ĐinhU26T 9
26TUHình 1-11: Cống đập Cần ChôngU26T 9
26TUHình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiênU26T 10
26TUHình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng.U26T 12
26TUHình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng.U26T 12
26TUHình 1-15: Sơ đồ chảy tự doU26T 12
26TUHình 1-16: Sơ đồ chảy ngậpU26T 12
26TUHình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-18: Răng tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-19: Mố tiêu năngU26T 13
26TUHình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.U26T 16
26TUHình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nóU26T 16
26TUHình 1-22: Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứngU26T 17
26TUHình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0U26T 27
26TUHình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trìnhU26T 27
26TUHình 2-3 Sơ đồ cành cây sự cố của cống lộ thiênU26T 38
26TUHình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy U26T 42

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

26TUBảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kêU26T 62
26TUBảng 3-2: Tần suất lý thuyết nUR
i
RU’ của các lớpU26T 63
26TUBảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệmU26T 64
26TUBảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuấtU26T 65
26TUBảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Eurocode.U26T 71
26TUBảng 3-6: Kết quả tính toán ổn định cống theo 3 phương pháp.U26T 73 1

MỞ ĐẦU

2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn kết cấu cống đồng
bằng.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Phạm vi nghiên cứu là cống đồng bằng.
4. Mục tiêu của đề tài.
Nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền thống,
bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để
đánh giá độ tin cậy an toàn tổng thể và từ đó nâng cao chất lượng như mong muốn
của cống đồng bằng trong điều kiện Việt Nam.
5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.
- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình trên hệ thống thực tế.
- Tiếp cận với lý thuyết độ tin cậy để đánh giá an toàn công trình.
- Ứng dụng các phần mềm:
+ Bestfit: Phần mềm xử lý các biến ngẫu nhiên, xác định luật phân bố chuỗi số liệu
+ Vap for MS windows: đánh giá độ tin cậy an toàn công trình.
6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.
- Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình.
- Ví dụ minh họa công nghệ tính toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy.
- Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin
cậy.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán công trình thủy lợi.
- Sử dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao an toàn cống đồng bằng.
- Áp dụng công trình cống đồng bằng hiện đang tồn tại nhằm chứng minh tính thực
tiễn và khả năng ứng dụng được của kết quả tính toán.



3

cửa rộng 8m, QR
tk
R =111mP
3
P/s cống dùng van phẳng thép đóng mở tời điện TĐ 6.2,
cống xây dựng năm 1980.
Cống Xuân Quan thuộc hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hà Nằm giữa châu thổ
Bắc Bộ, phía tây là sông Hồng, phía bắc là sông Đuống, phía đông là sông Thái
Bình, phía nam là sông Luộc. Tưới 124.600 ha đất canh tác của các tỉnh thành phố
Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh. Rộng 19m( 4cửa x3,5m+ âu tàu 5m)
Cống Nam Đàn xây dựng từ 3/2009 đến 5/2010. Cống lấy nước được bố trí
phía phải âu thuyền. Lưu lượng thiết kế Qtk=27,64m3/s. Thân cống dài 28,0m,
chiều rộng tràn nước B
R
tr
R=15m chia thành 3 khoang. Đáy cao trình -1,4m, Tường
bên và trụ pin cao trình đỉnh +11,95m. Phía thượng lưu có khe phai và khe van.
Phía hạ lưu bố trí hai khe phai, hai hầm để phai. Âu thuyền: bố trí ở phía trái cống,
ngoài nhiệm vụ thông thuyền còn tham gia lấy nước vào mùa kiệt lưu lượng
16,4m3/s. Âu dài 120,35m, lòng rộng 7,0m, cao trình đáy -1,4m, bố trí khe phai,
khe van, cửa van chính và cửa van điều tiết phía thượng và hạ lưu. Hình 1-1: Cống Xuân Quan
Hình 1-2: Cống Nam Đàn
1.1.2 Cống điều tiết [5]
Loại cống này được xây dựng trên sông , kênh để dâng cao mực nước tạo điều
kiện lấy nước cho các công trình phía thượng lưu. Đảm bảo nhiệm vụ cấp nước, tiêu
úng và an toàn cho mỗi công trình.
Cống điều tiết hạ lưu Liên Mạc xây dựng ở xã Thụy Phương, huyện Từ Liêm,

van cung xây dựng năm 2000 để tiêu úng cho 9.174 ha.
Cống Cầu Xe (Hải Dương) tiêu cho khu vực Bắc Hưng Hải, gồm 7 cửa, mỗi
cửa 8m, lưu lượng tiêu thiết kế 230m
P
3
P/s.
Cống tiêu Bến Thủy thuộc hệ thống thủy nông Nam Nghệ An 8 cửa x 4m + 1
cửa (âu thuyền) x 5m + 1 cửa van cung x 5m.
Cống tiêu Cổ Tiểu 2: b=26m, Cống tiêu Cổ Tiểu 3: b=30m( 4 cửa x7,5m) thuộc
hệ thống thủy nông Đa Độ công trình cấp 2 nằm phía tây Nam thành phố Hải Phòng
tiêu cho 23.920 ha diện tích đất các huyện thị An Lão, Kiến Thụy và thành phố Hải
Phòng. Hình 1-5: Cống Láng Thé
Hình 1-6: Cống Cầu Xe
1.1.4 Cống phân lũ
Dùng để tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông sang hướng
khác, hoặc tập trung nước phân lũ vào một vùng nhất định nhằm hạ thấp đỉnh lũ ở
sông chính. Đảm bảo an toàn.
Cống phân lũ Vân Cốc đặt tại km 37 của đê phải sông Hồng, ở đầu sông Đáy,
cống gồm 26 cửa, mỗi cửa rộng 8m. Cùng với các đoạn đê thấp hai bên cống (tràn
cứu hộ đê) dài 8,6 km có thể phân lũ với lưu lượng lớn nhất 5000m
P
3
P/s. Cống Vân
Cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình ngưỡng cống +12.0 lưu lượng qua cống
2330m
P
3

4 cống ngăn triều thuộc dự án
16TCông Trình Kiểm Soát Nước Triều Cầu Bông –
Bình Triệu – Bình Lợi – Rạch Lăng: Cầu
16T Bông (B=10m), Bình Triệu (B=20m),
Bình Lợi (B=20m), rạch Lăng (B=20m): Cửa sập bằng thép không rỉ, điều khiển
bằng xi lanh thủy lực. Chiều dài thân cống 6.0m.
Cống Bảo Đinh có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn ngọt, tiêu úng, tiêu
chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 10.300ha đất lúa 3 vụ và vườn cây ăn trái, cấp nước
sinh hoạt cho cho dân. Chuyển nước ngọt từ rạch Bảo Định sang rạch Gò Cát. Kết
hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án. Cống
được đặt dưới lòng kênh Bảo Định. Cao trình ngưỡng -4.20m, kích thước
cửa nxBxH = 3x(10x6.5m), chiều rộng thông nước : 30.0m, chiều dài thân
cống 16.0m.
Cống đập Cần Chông Là công trình chủ chốt của dự án thủy lợi Nam Măng
Thít cùng với các công trình khác làm nhiệm vụ : Ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn,
tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 177.792ha đất tự nhiên, trong đó
267.000ha đất canh tác. Trong đó cống Cần Chông trực tiếp ngăn mặn, tạo nguồn
cho 14.040ha, tiêu úng cho 16.500ha. Cấp nước sinh hoạt cho cho dân trong
vùng. Kết hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng
dự án. Cao trình ngưỡng -4.50m, kích thước cửa nxBxH = 6x(10x7.5m), chiều rộng
thông nước 60.0m, chiều dài thân cống 17.0m
9
Hình 1-8: Cống đập Ba Lai
Hình 1-9: Cống Cầu Bông Hình 1-10: Cống Bảo Đinh

năng và phân bố dòng chảy). Bộ phận này gồm tường cánh hướng nước, sân phủ
chống xói và có thể có sân hoặc cừ chống thấm, có bản neo để tăng cường ổn định.
- Tường cánh có tác dụng hướng dòng chảy vào được thuận lợi, chống xói và
chống thấm vòng quanh bờ. Có nhiều hình thức tường khác nhau tùy theo điều kiện
địa hình, quy mô cống và tình hình cụ thể lựa chọn cho thích hợp.
- Sân phủ có tác dụng chống xói, thường làm bằng đá xây khan, chiều dài sân
thường (3÷ 5) lần chiều sâu nước chảy vào cống. Sân chống thấm có tác dụng giảm
áp lực thấm dưới nền. Chiều dài sân xác định theo yêu cầu chống thấm ở nền.

11

1.2.2 Thân cống
Là phần chủ yếu của cống bao gồm ngưỡng đáy, các mố giữa mố bên, cầu
giao thông, cầu công tác, tường ngực, cửa van. Các mố giữa phân mố cống thành
các khoang, để tiện việc đặt cửa van chắn nước.
Bản đáy có tác dụng truyền lực của các bộ phận ở thân cống, phân bố tương
đối đều đặn lên nền, đồng thời tạo ra lực ma sát với nền, giữ ổn định cho thân cống.
Bản đáy còn có tác dụng chống xói, chống thấm ở nền. Ở một số cống còn dùng
tường ngực để chắn nước giảm chiều cao cửa van, hạ thấp cao trình đặt cầu công
tác. Tường ngực còn có tác dụng làm tăng ổn định hướng ngang của các mố.
1.2.3 Bộ phận nối tiếp hạ lưu
Bao gồm tường hướng nước ra bên bờ, có kích thước giống ở thượng lưu. Bộ
phận nối tiếp hạ lưu là đoạn quá độ để dòng nước từ thân cống chảy ra kênh được
dễ dàng và khuếch tán đều đặn. Ở bộ phận này cần có kết cấu tiêu hao năng lượng
của dòng chảy từ cống ra, không gây xói ở hạ lưu. Tường cánh hạ lưu có tác dụng
phân bố đều và hướng dòng chảy từ thân cống ra kênh. Ngoài ra, tường và bộ phận
đá lát ở hai bên bờ còn có tác dụng bảo vệ bờ kênh khỏi bị xói lở.
1.3 Đặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế
Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức, kết cấu và kích thước các bộ phận
của cống cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an

ngưỡng bằng có thể chọn hình thức ngưỡng mặt cắt thực dụng không chân không.

Hình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập
tràn thực dụng.
Hình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập
tràn đỉnh rộng.
Khi cần khống chế lưu lượng qua cống, ta dùng cửa van mở một phần.

Hình 1-15: Sơ đồ chảy tự do
Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập

1.3.1.2 Xác định kích thước các bộ phận tiêu năng
n
k
n
C
c
C
2g
V
2
h
C
2g
Hình 1 – 19: Mố tiêu năng
2
1 : 2
a ) b )
d )
c )
1 : 2 ~ 1 : 2.5
14

Khi thiết kế có khi vấn đề tiêu năng đã được xem xét và giải quyết đầy đủ,
song trong thực tế vẫn xảy ra xói lở: nguyên nhân thường là do việc bố trí nối tiếp
dòng chảy ra, việc quản lý đóng mở cống chưa tốt… làm cho dòng nước khuếch tán
khó, chảy tập trung, tạo ra các vùng nước xoáy vật. Khi có hiện tượng này, lưu tốc
mạch động tăng, hiệu quả tiêu năng giảm và sinh ra xói lở ở lòng và bờ kênh. Vậy
nên:
- Không để chiều rộng cống quá hẹp so với lòng kênh, khó khăn cho việc bố
trí hướng dòng.
- Tường hướng dòng nên mở rộng dần sao cho dòng chảy bám sát được tường,
không tạo ra vùng xoáy vật .
- Ngay từ khi thiết kế phải quy định chế độ đóng mở cửa cống
Cần chú ý trong một số trường hợp, để tính toán tiêu năng đã đưa vào bài toán
chảy tự do dưới cửa cống để xem xét, điều này chỉ nhằm chọn ra trường hợp tiêu
năng bất lợi nhất và từ đó lựa chọn hình thức khắc phục.
1.3.2 Tính toán ổn định cống
Tính toán thuỷ lực giúp chúng ta xác định các kích thước cơ bản của cống.

trượt, ổn định chống đẩy nổi và ổn định chống lật. Trong thiêt kế trạng thái giới
hạn về ổn định gọi là trạng thái giới hạn thứ nhất.
1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Tính toán kết cấu mỗi bộ phận cống là phân tích từng đặc điểm kết cấu, đặc
điểm làm việc để xác định trường hợp tính toán, tổ hợp lực, tải trọng tác dụng, xác
định nội lực, tính toán khả năng chịu lực, biến dạng, kiểm tra nứt của từng bộ phận
đó. Trong tính toán thiết kế thường tiến hành phân tích kết cấu các bộ phận chính
như: bản đáy, tường ngực, mố cống.
1.3.3.1 Tính toán bản đáy cống
Bản đáy chịu tất cả các lực phía trên và truyền xuống nền. Thân cống là một
kết cấu không gian, có cấu tạo và chịu lực khá phức tạp. Có thể tính đến đặc điểm
này bằng cách sử dụng các phương pháp số (phương pháp sai phân, phương pháp
16

phần tử hữu hạn ). Mặt khác có thể tính giản đơn bằng cách xét bài toán phẳng và
tính theo phương pháp sức bền vật liệu hay phương pháp lý thuyết đàn hồi.

Hình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.
Bản đáy thường có kết cấu đặc và phẳng, vật liệu thường là bê tông hoặc bê
tông cốt thép. Theo kinh nghiệm chiều dày bản đáy thường
11
()
57
÷