THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CỐNG
PHỤ LỤC
Trang
Chương I Mở đầu
3
Đ 1.1. Giới thiệu chung về cống
3
Đ 1.2. Phân loại và cấu tạo chung cống
4
1.2.1 Phân loại cống
4
1.2.2 Các bộ phận cơ bản của cống
5
Đ 1.3. Đặc điểm cống vùng sườn núi
8
Chương II Đặc điểm và cấu tạo các loại cống
10
Đ 2.1. Cống tròn bê tông cốt thép
10
2.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng
10
2.1.2 Cấu tạo
10
Đ 2.2. Cống vòm gạch, đá, bê tông
13
2.2.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng
13
2.2.2 Cấu tạo
14
Đ 2.3. Cống bản chìm
23
3.4.4 Ví dụ tính toán
25
Đ 3.5. Xác định vị trí cống
25
3.5.1 Sự tương quan giữa tuyến đường và các dòng nước
25
3.5.2 Nguyên tắc bố trí cống
26
3.5.3 Bố trí cống trên bình đồ
26
3.5.4 Bố trí cống trên cắt hình cắt dọc
28
3.5.5 Xác định chiều dài cống
29
Đ 3.6. Tính toán xói lở hạ lưu và gia cố lòng dẫn sau công trình
31
3.6.1 Nguyên nhân xói lở lòng dẫn sau công trình
31
3.6.2 Tính toán xói lở và gia cố hạ lưu công trình
32
Đ 3.7. Nguyên lý tính toán kết cấu
34
3.7.1 Tải trọng tính toán
34
3.7.2 Sơ đồ tính toán
37
Đ 3.8. Trình tự thiết kế và đồ án thiết kế
37
3.8.1 Trình tự thiết kế
4.5.2 Lắp đặt bằng thủ công
46
Đ 4.6. Đắp đất xung quanh cống và gia cố thượng hạ lưu
47
Đ 4.7. Xây dựng cống vòm, cống bản
48
Đ 4.8. Xây dựng cống dốc vùng núi dốc
50
Đ 4.9. Tổ chức xây dựng cống
50
Đ 4.10. Xây dựng lại và sửa chữa cống
51
4.10.1 Xây dựng lại cống
51
4.10.2 Sửa chữa cống
52
Phụ lục
53
Tài liệu tham khảo
54
Ch¬ng I
MỞ ĐẦU
Nội dung:
Giới thiệu chung về cống
Phân loại và cấu tạo chung cống
Đặc điểm cống vùng sườn núi
§ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG
- Cống là một công trình nhân tạo khá phổ biến trên một tuyến đường. Tác dụng chủ yếu
của cống là dùng để thoát nước của các dòng chảy thường xuyên hay định kỳ chảy qua phía
dưới nền đắp, ngoài ra cống còn làm đường chui dân sinh.
+) Cống bê tông: thường là cống tròn 4 khớp, cống vòm. Ưu điểm là tiết kiệm được
cốt thép, dễ đúc; nhược điểm dễ bị hư hỏng nếu thi công không tốt, khó sửa chữa;
+) Cống bê tông cốt thép (BTCT): thường là cống tròn, cống bản, cống hình hộp
hoặc cống vòm. Ưu điểm là bền chắc dễ vận chuyển và lắp ghép. Nhược điểm là
tốn cốt thép. Cống hộp thường có giá thành cao;
+) Cống gỗ;
+) Cống kim loại,
(b). Theo hình thức cấu tạo chia thành:
+) Cống tròn: đường kính cống thường là 0,75-:-2,0m. Đặc điểm chịu lực tốt, thích
hợp với các loại nền móng, giá thành tương đối thấp. Tuy nhiên không sử dụng
được ở những nơi nền đắp thấp;
+) Cống bản nắp: do đặc điểm chịu lực của tấm bản nên có thể bố trí ở những nơi đắp
thấp và cũng có thể làm thành cống bản nổi;
+) Cống vòm;
+) Cống hộp: thích hợp với những chỗ nền móng tương đối yếu, lưu lượng thoát
nước tương đối lớn hoặc dùng làm cống chui dân sinh. Giá thành cao, thi công
phức tạp;
(c). Dựa theo tình hình đất đắp trên cống chia thành:
+) Cống chìm: chiều cao đất đắp trên cống ≥ 50cm, thích hợp với những đoạn nền
đường đắp cao hay suối sâu;
+) Cống nổi: đỉnh cống nằm ngay dưới lớp kết cấu áo đường hoặc nằm tực tiếp trên
bề mặt xe chạy. Loại cống này thích hợp với những đoạn nền đường đắp thấp hay
các đoạn mương rãnh nông.
(d). Dựa theo tính chất thuỷ lực:
+) Cống chảy không áp: khi chiều sâu mực nước ở cửa vào nhỏ hơn chiều cao miệng
cống, mực nước trên toàn bộ chiều dài cống thường không tiếp xúc với đỉnh cống.
Loại này thường dùng cho phần lớn các loại cống;
+) Cống chảy bán áp: khi chiều sâu mực nước ở cửa vào tuy lớn hơn chiều cao cửa
cống, nhưng nước chỉ ngập miệng mà không ngập trên toàn bộ chiều dài cống;
+) Cống chảy có áp: chiều sâu mực nước ở cửa vào lớn hơn chiều cao cửa cống,
Mặt ngoài cống và phần tiếp giáp giữa tường đầu với nền đất trát lớp vữa xi măng
M100 dày 1cm.
+) Sân cống và gia cố thượng, hạ lưu cống.
- Các dạng đầu cống: Có nhiều kiểu khác nhau nhưng phổ biến gồm có các kiểu sau
đây:
+) Kiểu hành lang:
• Đặc điểm: có hai tường kéo dài song song với tim cống, được uốn cong ở hai
đầu ngoài và có chiều cao không đổi.
• Ưu điểm: cải thiện tốt điều kiện dòng chảy, tổn thất thuỷ lực nhỏ mặt khác do
có hai tường kéo dài song song nên bậc nước dầu tiên trước cống bị đẩy lùi và
nằm hoàn toàn ngoài đầu cống mà không rơi vào trong thân cống.
• Nhược điểm: tốn vật liệu và thi công tương đối phức tạp.
+) Kiểu tường cánh chéo:
• Đặc điểm: Là dạng cải tiến của kiểu hành lang, có hai tường cánh được đặt mở
rộng đầu ra phía ngoài và chiều cao thay đổi dần, phù hợp với độ dốc của mái
dốc nền đường. Góc mở tốt nhất của tường cánh so với tim cống khoảng 30
0
đối với tường cánh thượng lưu và từ 12
0
-:-15
0
đối với tường cánh hạ lưu.
Trường hợp lưu tốc hạ lưu không lớn lắm thì dùng chung góc mở 30
0
cho cả 2
phía.
• Ưu điểm: cải thiện tốt diều kiện dòng chảy, tổn thất thuỷ lục nhỏ và cấu tạo
đơn giản dễ thi công. Vì vậy đây là loại được sử dụng rất phổ biến.
• Nhược điểm: bậc nước đầu tiên trước cống không nằm hoàn toàn ở ngoài đầu
cống mà rơi một phần vào trong thân cống. Để khắc phục và tăng khả năng
H×nh 1- 3. Sơ đồ tải tọng tác dụng dọc theo thân cống
1- áp lực tác dụng do hoạt tải ; 2- áp lực tác dụng do tĩnh tải
(c). Móng cống
- Có tác dụng truyền và phân chia áp lực của tải trọng xuống nền đất và giữ ổn định
cho cống theo phương thẳng đứng. Trong một số trường hợp móng hai đầu cống còn
có tác dụng giữ ổn định dọc cống, không cho cống bị trôi và chống thấm nước vào
nền đất dưới móng cống.
- Móng cống có cấu tạo tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công
trình. Thông thường nền móng của cống được chia làm 3 loại bao gồm:
+) Loại I: móng cống đặt trên nền đất thiên nhiên. Loại móng này áp dụng đối với
loại đất nền là sỏi cuội, cát chặt, sét cứng có cường độ > 2,5kg/m
2
. Cao độ đặt
cống trên mực nước ngầm tối thiểu là 0,3m.
+) Loại II: móng cống là một lớp đệm đá dăm trộn cát. Loại móng này áp dụng đối
với nền là đá phong hoá hoặc lớp đất sét, cát hạt nhỏ, nền đất không thoát nước.
+) Loại III: móng được xây bằng đá có cường độ 40kg/m
2
trở lên hoặc gạch mác
M100 xây bằng vữa xi măng mác M100, làm bằng bê tông hoặc BTCT lắp ghép.
Loại móng này được áp dụng đối với tất cả các loại đất sét, đất cát có cường độ
tính toán lớn hơn ứng suất tính toán dưới đất móng.
- Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của các loại móng cống mà người ta lại chia ra làm loại
là móng mềm và móng cứng. Móng cứng là loại móng cống được đặt trên nền đá tự
nhiên hay móng đá xây, bê tông, bê tông độn đá hộc, hoặc BTCT.
- Khi xây dựng các cống có mặt cắt ngang lớn trong nền đất yếu hoặc nền đất đắp cao
hoặc cống có độ dốc lớn nên dùng kiểu móng cống dạng khối để tránh cho cống
không bị biến dạng cục bộ do móng bị lún không đều.
(d). Đất đắp trên cống
- Để bảo vệ thân cống và lớp sơn phòng nước thì sau khi xây xong cống phải đắp ngay
2
1
3
4
H×nh 1- 4. Ví dụ về công trình thoát nước vùng núi
1- rãnh đỉnh ; 2- hố tụ nước ; 3- bậc nước ; 4 - giếng tiêu năng
Ch¬ng II
ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO CÁC LOẠI CỐNG
Nội dung:
Cống tròn bê tông cốt thép
Cống vòm gạch, đá, bê tông
Cống bản
Cống gỗ và cống kim loại
§ 2.1. CỐNG TRÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng
- Ngoài những đặc điểm chung đã nêu ở chương I, cống tròn BTCT còn có những ưu
điểm nổi bật hơn so với các loại cống khác như sau:
+) Cấu tạo đơn giản, dễ thi công đúc sẵn trong công xưởng;
+) Dễ cơ giới hoá trong thi công;
+) Rút ngắn thời gian xây dựng, có hiệu qủa kinh tế cao.
- Cống tròn BTCT thường được sử dụng với khẩu độ từ 0,75-:-2m với lưu lượng lên
lớn hơn 2m, và cống chảy có áp.
+) Khe nối được lấp đầy bằng vật liệu cách nước đàn hồi từ hai phía ngoài vào trong.
Phía ngoài khe nối được phủ đầy bằng hai lớp giấy dầu rộng 25cm dán xen kẽ
giữa 3 lớp bitum nóng. Phía trong ở chiều sâu 3cm trát vữa xi măng để giữ không
cho vật liệu cách nước đàn hồi bị chảy rớt khi nhiệu độ cao.
+) Bề mặt ngoài của các đốt cống được quét 2 lớp bitum nóng. Chỉ trường hợp đặc
biệt mới làm lớp cách nước này sau khi đã hạ chỉnh các đốt cống.
+) Khi cần thoát lưu lượng nước lớn có thể sử dụng cống hai, ba hoặc thậm chí bốn
lỗ cống. Trường hợp này khoảng giữa các cống được lấp đầy bởi vật liệu cùng loại
với móng đệm. Cự ly tối thiểu giữa các ống cống là 20-:-26cm để đảm bảo chèn
chặt được lớp vật liệu đã nêu. Mặt trên phải tạo được độ dốc về hai phía 3-:-4% và
phủ bằng lớp đất sét dẻo dày 15-:-20cm.
+) Để tăng khả năng thoát nước của cống có thể tôn cao đoạn đốt cống giáp với đầu
cống thượng lưu kiểu hình nón cụt.
+) Các đốt cống thường được chế tạo sẵn ở xưởng. Bê tông chế tạo đốt cống thường
dùng mác M200, cốt thép thường dùng loại CT3, CT5, Chiều dày đốt cống phụ
thuộc vào cấp tải trọng (loại xe), chiều cao đất đắp, khẩu độ cống và thường có giá
trị 8-:-15cm hoặc 20cm.
* Bố trí cốt thép cống:
+) Cốt thép chịu lực của cống được bố trí theo hai kiểu: Kiểu một vòng elíp hoặc
kiểu hai vòng tròn đồng tâm:
• Kiểu một vòng elíp có ưu điểm là phù hợp với sơ đồ nội lực của kết cấu, cốt
thép được đặt ở vùng chịu kéo vì vậy tiết kiệm được cốt thép. Nhược điểm là
khó chế tạo, khi chế tạo phải đánh dấu vị trí cốt thép để khi xây dựng đặt đốt
cống cho phù hợp.
• Kiểu vòng tròn tốn cốt thép hơn kiểu elíp song việc chế tạo dễ dàng hơn.
+) Theo chiều dọc đốt cống các cốt thép chịu lực này có thể bố trí thành từng vòng
riêng biệt hay bố trí theo kiểu hình lò xo dây xoắn:
• Việc bố trí cốt thép thành từng vòng riêng biệt có nhược điểm lớn là số mối nối
cốt thép nhiều (ở mỗi vòng 1 mối nối) nên tổn thất ứng suất trong cốt thép
0
0
1
0
0
&%
1-D10-02-SPRING
1
0
0
%%'(
1000
OUTER DIA = 1148
INNER DIA = 1054
Lmin = 1000
4x200=800
4x200=800
900
300
32-D6-03
&
100
28
2844
100
75
32-D6-04
100
25
CHI TIÕT A
c
Khẩu độ
cống d
m l c I II III IV-A IV-B
17 23 114 54 91 74 78
móng cống kiểu IV-B
120
S
d2d
2d
Đắp đất xung quanh cống
Lớp chèn bằng bê tông thừơng
Hình 2.2 - e: Nền là đá không phong hoá
móng cống kiểu II
120
S
30+
30
30+
d2d
.3030
l
Đệm bằng cấp phối đá dăm hoặc cát thô
hoặc cát pha sét ở nơi khô ráo hoặc âm ứơt
móng cống kiểu IV-A
120
S
20+
20
20+
d2d
2d
Đắp đất xung quanh cống
Đệm bằng cấp phối đá dăm hoặc cát thô
Hình 2.2 - d: Nền là đá phong hoá
Đ 2.2. CNG VềM GCH, , Bấ TễNG
2.2.1. c im v phm vi s dng
- c im chung ca vt liu khi xõy gch, ỏ hay bờ tụng l kh nng chu lc nộn
tt cũn kh nng chu kộo nộn l rt kộm.
- Cng vũm cú nhng u im ni bt sau õy:
+) Khu ln (ti 6m), kh nng thoỏt nc ln;
+) Tn dng c kh nng khai thỏc vt liu a phng (nh gch, ỏ, ) do ú tit
kim bờ tụng, ct thộp;
+) Thi gian s dng lõu di cú th ti 50-:-60 nm;
+) B trớ nhng ni cú dc t nhiờn ln;
Hình 2.5- Cấu tạo móng cống vòm gạch
+) Vành vòm: có hình bán nguyệt, hoặc 1/3 hình tròn hay parabol. Loại hình bán
nguyệt dễ thi công và thường dùng cho loại cống có khẩu độ dưới 3m. Khi khẩu
độ cống lớn hơn 3m thì cấu tạo vành vòm thoải có thiều cao f=1/3 khẩu độ.
+) Chiều dày vành vòm thường từ 0,3-:-0,8m. Chiều dày nhỏ nhất của vành vòm
bằng 0,3m đối với vòm đá xây và nhỏ nhất bằng 0,2m đối với bê tông. Đối với
khẩu độ dưới 3m nên dùng loại vòm có chiều dày không đổi để đơn giản cho công
tác xây dựng, khẩu độ trên 3m dùng loại vòm có chiều dày thay đổi nhằm tiết
kiệm vật liệu.
+) Tường cống có tác dụng như mố của cầu vòm. Chiều dày của tường có thể thay
đổi hoặc không thay đổi theo chiều cao. Khẩu độ dưới 3m thì dùng loại tường có
chiều cao không thay đổi, khi khẩu độ trên 3m thì dùng loại vòm có tường bên
thay đổi để tiết kiệm vật liệu.
+) Lòng cống có cấu tạo bằng đá xây hay đá lát có trát xi măng và có dạng cung tròn
có tác dụng cải thiện điều kiện chảy của dòng nước qua cống bằng mặt cắt có lợi
về mặt thuỷ lực.
(c) Đối với cống vòm 2 lỗ, phần trên đỉnh giữa hai lỗ được đổ đầy bằng hỗn hợp đá dăm
cát, cuội sỏi cát hoặc cấp phối đất, sỏi Bề mặt trên phải tạo mái dốc 3-:-4% sang hai
bên và bên trên phủ bằng lớp đất sét dẻo dày 15-:-20cm. Trường hợp khẩu độ lớn
phải có biện pháp thoát nước dọc trên đỉnh cống phần tiếp giáp gữa hai vòm.
(d) Bề mặt tiếp xúc với đất của vành vòm và tường bên phải được phủ lớp cách nước.
Đối với cống vòm gạch đá thì sau khi trát một lớp vữa xi măng dày 2cm thì phải quét
bitum nóng. Mặt trong của lòng cống phải trát vữa xi măng.
(e) Các tường bên của cống phải được đặt trên các khối móng riêng biệt dưới mỗi tường
hoặc liền một khối chung cho cả hai tường. Khi khẩu độ cống lớn thì dùng các khối
móng riêng cho mỗi tường. Khi khẩu độ cống không lớn và đất móng cống mềm có
cường độ không lớn lắm thì dùng khối móng chung cho cả hai tường.
(f) Vật liệu xây dựng: thường là gạch, đá, bê tông.
+) Cường độ kháng ép của đá không thấp hơn 200kG/cm
2
0
3
0
3
0
)*$+,-./01/
1:1.0
Đất đắp K98
1:1.0
BT M250
Đá dăm đệm dày 10cm
Bản BTCT M350
(233
3233
4,54
$(!(
)*$+1 ./01/ã
Chốt
thé
p D
14, L
=350
Chốt
thé
p D
14, L
=500
- Tuỳ theo khả năng trình độ kỹ thuật và thời gian xây dựng cho phép mà quyết định
sử dụng kiểu khung kê, khung chôn hay khung đóng.
- Các khung ngang được đặt cách nhau 1,5-:-2m theo tính toán có tác dụng tạo thành
các sườn giữ ổn định cho các tấm lát của thành bên và mái. Các tấm lát có thể dùng
gỗ ván, gỗ tròn hay nửa tròn.
- Cống gỗ kiểu khung kê thường đặt trên lớp đệm cát sỏi hay đá dăm.
- Lòng cống được lát một lớp ván hay đá để tránh xói mòn, phía đầu cống phải đóng
bằng cọc ván.
- Tầng cách nước quanh cống được làm bằng đất sét dẻo dày 15-:-20cm.
2.4.2. Cống kim loại
- Có khẩu độ từ 0,3-:-3m, khi cần khẩu độ thoát nước lớn thì dùng cống bằng gang.
Cống kim loại là cống có kết cấu tiên tiến, thời gian thi công lắp đặt nhanh. Loại
cống thoát nước bằng thép gợn sóng đảm bảo độ tin cậy về khai thác của công trình
với chi phí ít nhất cho xây dựng và bảo dưỡng chúng.
- Một trong những ưu điểm của cống bằng kim loại là việc thi công được tiến hành
theo phương pháp lắp ghép và áp dụng rộng rãi cơ giới hoá. Lượng thép dùng trong
chế tạo cống kim loại so với dùng để chế tạo cống BTCT không nhiều hơn bao
nhiêu, thậm chí còn gần như nhau. Việc vận chuyển cống kim loại dễ dàng hơn rất
nhiều so với cống BTCT.
- Nhược điểm của loại cống này là dễ bị ăn mòn nhất là ở vùng đất và nước có hoạt
tính ăn mòn cao. Do đó phải dùng loại cống có ít thành phần cacbon hoặc dùng các
biện pháp chống ăn mòn như sơn, mạ, tráng kẽm ở những vùng có tính ăn mòn
cao còn phải phủ thêm 1 lớp matit ở bên ngoài.
- Cống kim loại gợn sóng được dùng với các khẩu độ từ 0,5-:-3m và được tạo nên từ
những tấm định hình với kích thước nhất định. Các tấm định hình có kích thước
nếp uốn 130 x 32,5mm, chiều dày 1,5-:-2,5mm. Các cống lớn dạng cung tròn hay
elip có nếp uốn lớn hơn (chiều cao nếp uốn tới 50mm và chiều dày tấm 4-:-5mm).
Các tấm định hình có chiều dài 1760mm, khoảng rộng 1000mm.
- ống cống được chia làm nhiều đốt, mỗi đốt có chiều dài khoảng 1m; 1,5m và 2m.
Giữa các đốt cống được liên kết bằng bu lông và vòng đệm. Các mối nối dọc không
hình, sông suối, vị trí và hướng tuyến đường thiết kế. Tài liệu để lập bình đồ có thể
tiến hành bằng toán đạc, đơn giản có thể tiến hành bằng phương pháp đo trắc ngang,
trắc dọc lòng sông suối.
3. Cấp hạng kỹ thuật của đường, hình cắt dọc và các mặt cắt ngang nền đường tại khu
vực đặt cống, bán kính đường cong, Các tài liệu này lấy trong hồ sơ thiết kế tuyến
đường.
4. Tình trạng hoạt động và mức độ ổn định của sông suối, khả năng và hướng di chuyển
dòng chảy. Tiến hành bằng cách điều tra trong nhân dân địa phương những người sống
lâu năm trong vùng núi và căn cứ vào các dấu vết còn lại trên thực địa như bãi bồi, hồ,
sông, ao đầm, do sông suối đổi dòng để lại. Ngoài ra còn phải điều tra tình trạng ứ
đọng như lượng bùn sét, cát, cỏ, rác, có trong dòng chảy.
5. Địa chất nơi xây dựng cống. Tiến hành bằng phương pháp đào hố thăm dò khu vực hai
đầu cống và giữa cống đối với cống lớn và dài hoặc chỉ cần đào hố thăm dò nếu cống
nhỏ, ngắn địa chất không thay đổi.
6. Vật liệu xây dựng. Tài liệu điều tra gồm: vị trí mỏ vật liệu, cự ly vận chuyển, khả năng
khai thác, trữ lượng, giá thành khai thác, loại vật liệu, cường độ. Ngoài ra còn phải
điều tra về tình hình cung cấp các vật liệu khác như xi măng, thép gỗ.
7. Phương pháp xây dựng thủ công, cơ giới toàn bộ hoặc kết hợp thủ công và cơ giới.
8. Những chỉ thị về so sánh.
- Ngoài những tài liệu cơ bản nói trên, nếu thiết kế cống thoát nước phục vụ tưới tiêu, nông
nghiệp phải biết được diện tích cần phải tưới, tiêu.
§ 3.3. CHỌN LOẠI CỐNG
3.3.1. Nguyên tắc
- Sử dụng vật liệu địa phương; trước hết tranh thủ dùng đá, tiết kiệm xi măng sắt thép;
- Áp dụng rộng rãi thiết kế mẫu và thiết kế lắp ghép để đạt mục đích xây dựng nhanh.
Trong phạm vi một tuyến đường nên cố gắng dùng ít kiểu loại cống và cùng khẩu độ
để tập trung chế tạo hàng loạt, đơn giản bớt điều kiện xây lắp.
3.3.2. So sánh giữa cống và cầu nhỏ
- Trong những điều kiện sau đây nên dùng cống:
+) Khi cống có khả năng thoát hết lưu lượng nước tính toán.
BTCT sẽ có giá thành rẻ hơn cầu với bất kỳ chiều cao nền đắp nào. Khi chiều cao nền
đắp tối thiểu không đảm bảo thì nên dùng cầu nhỏ hay cống bản nổi. Khi lưu lượng
nước trên 20m
3
/s, nếu chiều cao nền đắp thoả mãn yêu cầu tối thiểu thì trong nhiều
trường hợp dùng cống rẻ hơn cầu. Khi chiều cao nền đắp lớn hơn 5-:-6m khối lượng
mố cầu tăng nhanh thì trường hợp này dùng cống vòm đá xây dựng hay bê tông rẻ
hơn cầu.
§ 3.4. TÍNH TOÁN KHẨU ĐỘ CỐNG
3.4.1. Các chế độ chảy của nước trong cống
- Tuỳ chiều sâu ngập và kiểu đầu cống ở thượng lưu mà người ta quy định ra các chế
độ chảy tự do, bán áp hoặc có áp lực.
- Cống làm việc ở chế độ chảy tự do (không áp) khi chiều cao nước dâng trước cống
(H) thấp hơn chiều cao cống (h
T
) hoặc không cao hơn 20% chiều cao cống (H ≤
1,2h
T
). Trên toàn bộ chiều dài cống dòng chảy có bề mặt tự do. (hình 3.1-a)
- Cống làm việc ở chế độ chảy bán áp khi chiều cao nước dâng trước cống (H) lớn
hơn chiều cao cống 20% đối với đầu cống kiểu thông thường và 40% đối với đầu
cống kiểu hình loa (H ≥ 1,2-:-1,4h
T
). Phần vào cống làm việc với mặt cắt đầy còn trên
toàn bộ chiều dài còn lại dòng chảy có bề mặt tự do. (hình 3.1-b)
- Cống làm việc ở chế độ chảy có áp khi chiều cao nước dâng trước cống cao hơn
chiều cao cống 20% đối với đầu cống kiểu thông thường và 40% đối với đầu cống
kiểu hình loa. Trên phần lớn chiều dài cống mặt cắt đầy nước và chỉ có thể ở mặt ra
của cống có thể có mặt tự do. (hình 3.1-c)
h
H×nh 3.1-c: ChÕ ®é ch¶y cã ¸p
H×nh 3.1- Các chế độ nước chảy trong cống
- Đối với đầu cống, thường khi nước dâng trước cống đáng kể (H > 1,2h
T
) thì có thể có
chế độ chảy có áp định kỳ. Nhưng vì sự chọc thủng của không khí qua phễu nước tạo
nên ở cửa ra vào, nên dòng chảy của nước trong trường hợp này thường chuyển sang
chế độ chảy bán áp.
- Chế độ chảy có áp cho khả năng thoát nước lớn nhất nhưng khi đó phải có biện pháp
bảo vệ nền đắp khỏi bị phá hoại do nước tích lâu và lớn.
Để đảm bảo duy trì chế độ có áp ổn định không cho chuyển sang chế độ bán áp thì
nên dùng đầu cống hình loa.
3.4.2. Tính toán khẩu độ cống
(a). Cống làm việc ở chế độ chảy tự do (không áp):
- Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức:
)h2g.(H.ω.V.ωQ
CCδCC
−==
ϕ
(1)
Trong đó:
• h
C
: chiều sâu nước tại mặt cắt thu hẹp ở cửa vào của cống (m).
g
V
0,730,9hh
2
C
KC
C
2g.
V
hH
ϕ
+=
(Phương trình Becnuli) (2)
• Thay ϕ
δ
= 0,85 ;
g
V
0,730,9hh
2
C
KC
≈≈
vào (2) ta có:
C
2
C
h2
g
V
43,1H ≈=
(3)
- Thay (3) vào (1) ta có:
2gH.ω.85,0Q
C
= 0,95 đối
với đầu cống hình loa.
• Hệ số co hẹp: ε = 0,6 đối với cống hình chữ nhật ; ε = 0,65 đối với cống tròn.
- Thay vào (1) ta có:
)h6,02g.(H.ω.51,0Q
T
−=
(6)
(c). Cống làm việc ở chế độ chảy có áp
- Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức:
)h2g.(H.ω.Q
T
−=
ϕ
(7)
Trong đó:
• h
T
: chiều cao lòng cống
• ω: diện tích mặt cắt ngang cống
3.4.3. Lưu ý
- Đối với các chế độ chảy khác nhau của nước trong cống, người ta đã lập sẵn các bảng
tra về khả năng thoát nước của cống cho từng loại cống với các khẩu độ khác nhau.
Tham khảo thêm tại phần phụ lục sách "Thiết kế đường ôtô - Công trình vượt sông"
của NXB Giáo dục).
- Ngược lại, từ một giá trị lưu lượng tính có thể có nhiều phương án lựa chọn khẩu độ
cống. Khi lựa chọn khẩu độ cống phải lưu ý các điều kiện sau:
+) Chiều cao nền đắp trên cống (a) tối thiểu là 0,5m đối với đường ôtô tính từ đỉnh
cống tới bề mặt đường (kể cả phần kết cấu áo đường).
và
a'HH
min
n
2
+=
Trong đó: Φ: khẩu độ thoát nước của cống tròn.
δ: chiều dày đỉnh cống.
a: chiều cao đất đắp tối thiểu trên đỉnh cống; a = 0,5m.
a': chiều cao tối thiểu của nền đắp so với mực nước dâng trước cống;
a' = 0,5m khi chảy tự do và a' = 1,0m khi chảy bán áp và có áp.
H: chiều cao nước dâng trước cống.
Phương
án
Khẩu độ
cống
Φ (m)
Chiều
dày
δ (m)
Số lỗ
cống,
n
Lưu
lượng
qua
mỗi lỗ
(m
3
/s)
H
đ
≥ max (
min
n
1
H
;
min
n
2
H
)
thì ta có thể chọn phương các phương án (1) ; (3) và (6) là những phương án có số lỗ
cống ít; trong phương án (1) và (3) thì nên chọn phương án (3) vì có khẩu độ bé hơn.
Việc còn lại là so sánh giữa phương án (3) với (6) về giá thành xây dựng để lựa chọn
phương án xây dựng có giá thành rẻ hơn.
§ 3.5. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỐNG
3.5.1. Sự tương quan giữa tuyến đường và các dòng nước
- Trong thực tế xây dựng thì giữa tuyến đường và công trình thoát nước có thể giao
nhau theo hình thức vuông góc (trực hướng) hoặc chéo nhau. Việc lựa chọn hình thức
giao nhau như thế nào thì cần phải xem xét đầy đủ các yếu tố kỹ thuật, xây dựng, khai
thác và giá thành.
- Việc giao nhau theo hướng vuông góc và cống đặt trùng với hướng dòng nước là tốt
nhất, không gây ra sự phức tạp thêm về mặt kết cấu. Tuy nhiên khi đó dễ dẫn đến
phải làm cong tuyến ở bình đồ và kéo dài thêm chiều dài tuyến, tăng chi phí xây dựng
ban đầu và tăng chi phí vận tải.
Copyright: Tài liệu đại học ©