Đồ án Hướng dẫn thiết kế cống trong tốt nghiệp

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 1 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “ Tài liệu được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau và một chút xíu hiểu biết của bản thân nhằm giúp các bạn sinh viên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mình học ĐH GTVT nên hướng dẫn cũng theo trình tự đồ án của trường GT. Nếu có nhầm lẫn hi vọng các bạn điều chỉnh và sửa đổi giúp. Hi vọng là không ” Trước khi vào thiết kế, cần tìm hiểu qua chút về cống để có thể hình dung ra cấu tạo của cống. Hiểu được cấu tạo cống thì bước vào thiết kế sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Hơn nữa hiểu cấu tạo của cống thì việc trả lời các câu hỏi tốt nghiệp cũng khá ngon. I – KHÁI NIỆM 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. - Khẩu độ cống là chiều rộng lớn nhất của tiết diện thoát nước. Trường hợp cống có nhiều lỗ thì khẩu độ được tính bẳng tổng số khẩu độ của mỗi lỗ. - Số lượng các công trình thoát nước trên tuyến phụ thuộc vào điều kiện địa hình, khí hậu trong đó cống chiếm 80%-:-90% số lượng các công trình thoát nước. Ở Việt Nam đối với đường cấp IV miền núi trung bình 1km đường có 4-:-9 cái cống. Giá thành xây dựng cống thường chiếm 10%-:-20% giá thành toàn bộ tuyến. - Cống khác cầu nhỏ ở chỗ là nước chảy trong cống không những chỉ có chế độ chảy không áp mà còn có loại chảy có áp hoặc bán áp và chiều cao đất đắp trên đỉnh cống (kể cả chiều dày kết cấu áo đường) tối thiều là 0,5m (đối với đường ôtô) còn đối với đường sắt tối thiểu là 1,0m. - Khi giá thành xây dựng cống và cầu như nhau thì việc lựa chọn dùng cống có những ưu điểm sau: +) Cống không làm thay đổi các điều kiện chuyển động của xe ôtô chạy trên đường khi qua vị trí cống; không hạn chế mặt đường và lề đường; không yêu cầu thay đổi loại kết cấu mặt đường trên cống. +) Việc bố trí cầu trên đường cong (cong bằng hoặc cong đứng) hay trên đường dốc thường gây nên sự phức tạp về kết cấu; song đối với cống có thể bố trí HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 2 một cách dễ dàng với bất kỳ một tổ hợp nào của biểu đồ và trắc dọc mà vẫn không gây nên sự phức tạp của kết cấu. +) Do nằm sâu dưới nền đường nên sự tăng tải trọng của đoàn xe ít ảnh hưởng đến cống. Vì vậy khi nâng cấp đường (tăng cấp tải trọng) ít khi phải tăng cường cống (nhất là khi chiều cao đất đắp trên đỉnh cống  2m). +) Người ta chỉ dùng cầu khi mà cống không thể đảm bảo thoát hết nước chảy qua đường. II – PHÂN LOẠI CỐNG: Dễ rồi, phần này các bạn đã quá rõ hoặc google search cũng ra thôi. Phân loại theo vật liệu làm cống, phân loại theo hình dạng, phân loại theo chế độ chảy, phân loại theo số lỗ cống,… Nói chung phân loại theo kiểu gì là do người ta đặt. Chi tiết thì các bạn tự tìm hiểu. III – CẤU TẠO CỐNG. Khi biết cấu tạo cống các bạn có thể vẽ và bố trí tốt cống trên bản vẽ tốt nghiệp, sẽ hiểu các thông số cần chọn, bố trí cốt thép. Cấu tạo một cống bao gồm 3 bộ phận cơ bản như sau:  Đầu cống  Thân cống  Móng cống H×nh 1- 1. Các thành phần cấu tạo cơ bản của cống 1- đốt cống ; 2- tường đầu cống ; 3- tường cánh cống ; 4- gia cố sân cống 5- móng thân cống ; 6- móng đầu cống ; 7- khe nối đốt cống ; 8- đất đắp trên cống HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 3 (a). Đầu cống - Tác dụng: +) Điều tiết dòng nước chảy vào và chảy ra khỏi cống; +) Giữ ổn định cho mái dốc nền đắp hai đầu cống; +) Giữ ổn định cho cống không bị dịch chuyển dọc. - Các bộ phận cơ bản của đầu cống gồm có: +) Tường đầu, tường cánh được xây bằng đá hộc, gạch nung hoặc bê tông M150. 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 300 đối với tường cánh thượng lưu và từ 120-:-150 đối với tường cánh hạ lưu. Trường hợp lưu tốc hạ lưu không lớn lắm thì dùng chung góc mở 300 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 thoát nước cho cống có thể tôn cao đoạn thân cống kề với đầu cống thượng lưu. Trong đồ án chúng ta hay sử dụng kiểu tường cánh chéo. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 4 +) Kiểu 1/4 nón:  Đặc điểm: gồm tường đầu và hai phần 1/4 hình nón. Kiểu này có đặc điểm tương tự kiểu tường cánh chéo.  Ưu điểm: so với kiểu tường cánh chéo thì tiết kiệm được bê tông hai tường cánh mà thay bằng hai khối đất 1/4 nón có mặt ngoài lát đá.  Nhược điểm: việc xây dựng hai khối 1/4 nón tương đối phức tạp. +) Kiểu tường đầu và kiểu cổ áo:  Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ thi công và tốn ít vật liệu.  Nhược điểm: không cải thiện điều kiện dòng chảy của dòng nước qua cống dẫn đến tổn thất thuỷ lực lớn. +) Kiểu hình loa:  Ưu điểm: có hình dạng phù hợp với dòng chảy, đảm bảo điều kiện của dòng nước qua cống là tốt nhất, giảm sức cản thuỷ lực.  Nhược điểm: thi công tương đối phức tạp. (b). Thân cống - Là bộ phận chủ yếu của cống cho nước thoát qua dưới nền đường và chịu toàn bộ tải trọng của đất xung quanh và của đoàn xe tác dụng lên nó. - Tải trọng tác dụng không phân bố đều theo chiều dọc cống: phần giữa cống có trị số lớn nhất sau đó giảm dần về hai phía đầu cống, do đó nền đất dưới cống thường bị lún không đều dẫn đến cống dễ bị uốn dọc hoặc bị nứt vỡ. Do đó người ta thường chia thân cống thành các đoạn, ở giữa các đoạn bố trí một khe phòng lún bằng các vật liệu đàn hồi như đay tẩm bitum, matit bitum,... được nhét đầy và kín các khe tránh cho nước không bị thấm xuống nền đất. - Đối với các loại cống tròn thi công lắp ghép người ta thường đúc cống thành các đoạn nhỏ có chiều dài 1 đốt là 1m, còn đối với các loại cống thi công đổ liền tại công trường (cống hộp) người ta thường chia ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn có chiều dài thường 3-:-5m. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 5 H×nh 1- 2. 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/m2. 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/m2 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. 1 2 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 6 - 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 đất trên các đoạn cống, đất đắp trên cống dùng như loại đất đắp nền. Khi đắp phải chia thành từng lớp dày 15-:-20cm. Trong đồ án tốt nghiệp, chúng ta hay sử dụng cấu tròn có D=1-2m. Trong hướng dẫn này mình sẽ hướng dẫn các bạn thiết kế cống tròn. Cống hộp cũng tương tự, chỉ khác về mặt cắt thôi, còn các thông số khác như móng cống và đầu cống thì tương tự. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỐNG TRONG PHẠM VI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - B1: Tính diện tích lưu vực (F) trên bình đồ 1:10 000 Các bạn tiếng hành khoanh lưu vực trên bình đồ, cách khoanh như sau : Xác định vị trí đường tụ thủy cống sẽ đi qua, lưu vực sẽ là toàn bộ sườn đồi xung quanh đường tụ thủy này mà nước sẽ đổ về. Như vậy ranh giới khoanh sẽ là các đường phân thủy bao đường tụ thủy mà ta định thiết kế cống qua. Việc khoanh lưu vực chỉ mang tính chất gần đúng chứ ko thể chuẩn 100%. B2: Xác định lưu lượng tính toán (Qtt): Công thức tính này các bạn đã học trong môn thủy văn rồi, cách dễ nhất là từ công thức Q cần tính ở dưới, các bạn đi lần lượt xác định từng thông số một, chủ yếu là tra bảng nên không có vấn đề gì khó khăn. Quy trình thiết kế cầu nhỏ, cống của Bộ Giao thông vận tải quy định tính lưu lượng lớn nhất (lưu lượng thiết kế) Qtk: Qtt = Ap*α*Hp*δl*F (m 3/s) Hp – lượng mưa ngày (ứng với tần suất thiết kế); HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 7 Lưu lượng mưa ngày Hp ứng với tần suất thiết kế p% xác định theo tài liệu đo đặc của trạm khí tượng thủy văn gần nhất hoặc tham khảo tài liệu thống kê (xem phụ lục 1). Để tính toán khẩu độ cống cần xác định được lưu lượng nước dồn về theo tần suất thiết kế p (phụ thuộc vào cấp hạng đường): Vtk > 80km/h p = 2% Vtk ≤ 80km/h p = 4% F – diện tích lưu vực (đã tính trên B1) α – hệ số dòng chảy lũ xác định theo bảng, phụ thuộc vào đặc trưng lớp đất mặt của lưu vực, lượng mưa ngày Hp và diện tích lưu vực F (xem bảng 2.8); Ap – mô đun tương đối của dòng chảy lớn nhất (khi Q = 1) Ap = qp/(α*Hp) qp – mô đun dòng chảy. Ap xác định theo bảng 2.9 phụ thuộc vào:  Đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông ФL;  Thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs;  Phân khu mưa rào (vùng mưa). 1 1 1 3 4 4 1 1 1000 ( ) L P L m i F H    il – độ dốc lòng sông, suối, dòng chảy (‰); L – chiều dài lòng chính (km); ml – hệ số nhám của lòng sông, suối, dòng chảy (bảng 2.10). Thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs xác định theo bảng 2.11 phụ thuộc vào vùng mưa và đặc trưng địa mạo của sườn dốc ФS. 0,6 0,3 0,4( ) s S s s p B m i H    is – độ dốc sườn lưu vực (‰); bs – chiều dài bình quân của sườn lưu vực, m ms – hệ số nhám của sườn dốc (tra bảng 2.12) Với những lưu vực có diện tích lớn hơn 10 km2 trong các miền địa lý khác nhau, khi thiếu tài liệu có thể lấy thời gian nước chảy trên sườn dốc τs gần đúng như sau:  vùng rừng già với lưu vực không có đầm lầy: 60 – 100 phút, với lưu vực có đầm lầy: 150 phút. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 8  Vùng rừng non: 40 – 60 phút;  Vùng đồng cỏ và đồng cỏ khô cằn: 20 – 40 phút;  Vùng cồn cát: 10 – 15 phút;  Vùng núi: 10 – 60 phút. Với địa hình khá lồi lõm hoặc đất lẫn ít đá, lấy giới hạn dưới, với sườn dốc bằng phẳng lấy giới hạn trên. δl – hệ số điều tiết lưu lượng lớn nhất do ao hồ (xem bảng 2.13) Khi ao hồ, đầm lầy ở vùng trung lưu hoặc rải đều trên lưu vực thì δl lấy theo trị số bình quân của hai cột. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 9 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 10 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 11 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 12 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 13 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 14 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 15 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 16 Vậy là các bạn đã tính xong Qtt . B3: LỰA CHỌN CẤU TẠO CỐNG. Sau khi tính được Qtt tiếp theo là xác định xem sử dụng cống hay cầu nhỏ? Nếu là cống sử dụng loại cống gì? Khẩu độ như thế nào? Chế độ chảy ra sao. - Cơ sở lựa chọn : 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. - Trong những điều kiện sau đây nên dùng cống: +) Khi cống có khả năng thoát hết lưu lượng nước tính toán. +) Chiều cao đất đắp trên cống không bị hạn chế. Ngoài những điều kiện trên mới dùng cầu nhỏ. - Độ tin cậy về khai thác của cống lớn hơn cầu nhỏ, vì cống có thể cho thoát qua lưu lượng lớn hơn lưu lượng tính toán của bản thân cống. Do vậy khi lũ lớn, cống có khả năng bền vững hơn cầu nhỏ. - Khi lưu lượng tính toán lớn mà thượng lưu không có điều kiện tích nước thì phải xét khả năng chuyển sang làm cầu nhỏ. - Khi tuyến qua sông suối ở nơi khúc ngoặt có bồi hoặc vùng đá chảy, bùn chảy hay ứ tích nghiêm trọng thì nên dùng cầu nhỏ, vì nếu dùng cống dễ ứ tắc, khó nạo vét. - Nơi khe sâu nền đắp rất cao, việc dùng cống hay cầu cần phải so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật mà quyết định. Nền đắp cao có điều kiện nền móng tốt HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 17 thì kinh phí thi công nền đắp thường đắt hơn cầu. Thường nền đắp cao 25-:- 30m thì 1m cầu gần bằng 1m nền đắp. - Vùng đầm lầy để giảm ứng suất đáy móng, tốt nhất là dùng cầu, không nên dùng cống. - Khi thiết kế thoát nước trên sườn núi, nếu dùng cầu nhỏ và cống mà giá thành không chênh lệch nhau bao nhiêu thì nên dùng cầu. Đặc biệt là vùng nền đào sườn núi, lưu lượng nước lớn thi khi đó nên dùng cầu nhỏ và phía thượng lưu làm dốc nước hay các công trình phụ trợ khác. - Khi tuyến đường qua vùng hồ chứa nước hay qua các dòng nhánh thì tốt nhất là dùng cầu, trường hợp lưu lượng nhỏ thì mới xét đến dùng cống. - Ở những đoạn quy hoạch thuỷ lợi, hệ thống thoát nước của thành phố hay các nhà máy, công trường, hầm mỏ,... phải tăng tường liên hệ với các đơn vị hữu quan, khi bố trí cầu cống cần phải xét tổng hợp, phải kiểm tra ảnh hưởng nước dâng không nên thu hẹp khẩu độ, nên phân tán, không nên sát nhập. - Vùng đất yếu, nếu đặt cống dễ bị lún mạnh làm chìm cống, dễ bị đọng nước, đọng bùn bảo dưỡng không tiện, vì vậy nên làm cầu nhỏ. Tóm lại trong công việc cũng như đồ án thì: Khi lưu lượng dòng nước tính toán dưới 15m3/s thì nên dùng cống tròn 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 20m3/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. Coi như Qtt < 15m 3/s (thường là thế). Ta lựa chọn cống thiết kế là cống tròn BTCT. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 18 *, Xác định khẩu độ cống: - Cống có 3 chế độ chảy: có áp, bán áp và không áp. (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   (1) Trong đó:  hC: chiều sâu nước tại mặt cắt thu hẹp ở cửa vào của cống (m). g V 0,730,9hh 2 C KC   hK: chiều sâu phân giới là chiều sâu dòng chảy ứng với chế độ nước chảy phân giới.  C : diện tích mặt cắt ướt thu hẹp của dòng chảy trong cống được tính với chiều sâu thu hẹp hC; (m 2)  VC: lưu tốc ở mặt cắt có chiều sâu hC (m/s)   : hệ số lưu tốc ;  = 0,85 đối với các loại đầu cống thông thường ngoại trừ hình loa.  H: chiều sâu nước dâng trước cống được tính theo công thức: 2 δ 2 C C 2g. V hH   (Phương trình Becnuli) (2)  Thay  = 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: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 19 2gH.ω.85,0Q C (4) - Đối với cống mặt cắt hình chữ nhật thì C = b.hC = 0,5.b.H do đó: 3/23 1,33.b.H2gH.0,425.bQ  (b). Cống làm việc ở chế độ chảy bán áp: - Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức: )h2g.(H.ω.ε.V.ωQ CCC   (5) Trong đó:  H: chiều sâu nước dâng trước cống  hC = 0,6 . hT  hT: chiều cao lòng cống  : diện tích mặt cắt ngang cống  Hệ số lưu tốc  = 0,85 đối với các loại đầu cống thông thường;  = 0,95 đối với đầu cống hình loa.  Hệ số co hẹp:  = 0,6 đối với cống hình chữ nhật ;  = 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 (7) HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 20 Trong đó:  hT: chiều cao lòng cống  : diện tích mặt cắt ngang cống Trong đồ án tốt nghiệp, ta chọn chế độ chảy của cống là không áp, tính Q đối với trường hợp chế độ chảy không áp. Để nhanh và đơn giản 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 tập 3 - Công trình vượt sông" của NXB Giáo dục). Khi làm đồ án tốt nghiệp, các bạn dùng cách tra bảng phụ lục sách. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 21 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 22 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 23 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 24 Các bạn nên download hoặc xem trong sách cho rõ để tra. Phía trên mình có copy bảng tra đó cho các bạn. Các bạn lựa chọn sao cho với khẩu độ lựa chọn thì năng lực thoát nước Q của cống lớn hơn Qtt lúc đầu là ok. Ví dụ như sau: Hãy chọn phương án khẩu độ cống tròn kiểu tường cánh chéo để thoát lưu lượng nước Q = 9 m3/s, chiều cao nền đắp là Hđ; chế độ chảy là không áp hoặc có áp. - Chiều cao nền đắp tối thiểu trên cống được tính theo công thức: aδH min n1  và a'HH min n2  Trong đó: : khẩu độ thoát nước của cống tròn. : 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. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 25 Phương án Khẩu độ cống  (m) Chiều dày  (m) Số lỗ cống, n Lưu lượng qua mỗi lỗ (m3/s) Chế độ chảy Nước dâng trước cống H (m) Lưu tốc trong cống V (m/s) min n1 H min n2 H 1 1,50 0,15 2 4,50 Bán áp 2,01 3,0 2,15 3,01 2 1,50 0,15 3 3,00 Không áp 1,47 3,1 2,15 1,97 3 1,25 0,13 2 4,50 Bán áp 3,24 5,8 1,88 4,24 4 1,25 0,13 3 3,00 Bán áp 1,89 3,8 1,88 2,89 5 1,25 0,13 4 2,25 Không áp 1,33 3,0 1,88 1,83 6 1,00 0,12 3 3,00 Bán áp 3,16 6,0 1,62 4,16 7 1,00 0,12 4 2,25 Bán áp 2,07 4,5 1,62 3,07 - Từ kết quả trên ta thấy nếu chiều cao đất đắp Hđ không hạn chế tức là: Hđ  max ( min n1 H ; min n2 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. Xong. Vậy là các bạn đã xong 3 bước từ tính toán thủy văn đến lựa chọn được khẩu độ cống phù hợp để thoát nước. Tiếp theo sẽ là phần bố trí cống. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 26 BỐ TRÍ CỐNG BA NGUYÊN TẮC QUAN TRỌNG TRONG VIỆC BỐ TRÍ CỐNG: 3 KHÔNG: - KHÔNG TREO - KHÔNG VÙI - KHÔNG ĐẶT TRÊN ĐẤT MƯỢN. - Bố trí cống trên bình đồ: - Trong nhiều trường hợp phải dịch suối để đặt cống trực giao với đường. Nhờ đó mà chiều dài cống sẽ ngắn đi và cống đặt ở nơi khô ráo tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng. Tuy nhiên nếu khối lượng đào mương dẫn nước quá lớn thì cho giao xiên góc. a- Cống đặt vuông góc với tim đường b- Cải suối cắt vuông góc với đường HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 27 - Đối với trường hợp cống giao chéo với đường phải giải quyết hình dạng đầu cống cho phù hợp. Có 2 cách sau đây: +) Nếu lưu lượng nước nhỏ, khẩu độ cống tròn nhỏ hơn 1m hoặc khi dùng đầu cống lắp ghép thì dùng đầu cống dạng bình thường có đắp thêm phần đất phụ đầu cống. +) Nếu lưu lượng nước lớn thì có thể dùng kiểu tường đầu song song với tim đường hay vuông góc với tim cống. - Bố trí cống trên cắt hình cắt dọc: - Đối với vùng địa hình bằng phẳng, cao độ nền đắp không hạn chế thì nên đặt lòng cống trùng với cao độ lòng suối tự nhiên tức là cao độ và độ dốc lòng cống trùng với cao độ và độ dốc lòng suối tự nhiên. Nếu do điều kiện thuỷ văn, điều kiện kết cấu mà phải hạ cao độ lòng cống thì cần phải chú ý: Đáy lòng dẫn nước phía hạ lưu có thoát được nước hay không. Nếu độ dốc hạ lưu quá nhỏ thì dẫn đến ứ đọng, bồi lắng. - Khi đáy suối có độ dốc lớn thì phải xét tổng hợp về kiểu loại cống, loại móng, điều kiện địa chất theo nguyên tắc kinh tế. - Đối với địa hình dốc lớn, khi lưu lượng nước nhỏ (Q < 1m3/s) mà chiều cao nền đắp không hạn chế, thì có thể đặt cống trên nền đắp có dộ dốc bằng độ dốc phân giới và cao độ đầu cống hượng lưu trùng với cao độ suối tự nhiên hoặc đặt cống trên nền nửa đào, nửa đắp. - Khi lưu lượng nước lớn (Q > 1m3/s), nơi địa hình dốc lớn, vận tốc nước chảy lớn nên dễ gây ra xói mòn lòng dẫn, có thể phá hoại công trình cầu cống thoát nước. Vì vậy lòng dẫn thượng, hạ lưu phải có biện pháp gia cố đặc biệt để đảm bảo sự làm việc an toàn của cầu cống. Biện pháp thường dùng là xây dựng các dốc nước, bậc nước, giếng tiêu năng. - Khi độ dốc lòng suối từ 0,2%-:-2% thì nên đặt cống ở độ dốc phân giới, thượng và hạ lưu cống đặt dốc nước loại thông thường có tiết diện không đổi hoặc dốc nước có độ nhám cao. Đoạn quá độ giữa dốc nước và cống là dốc nước có tiết diện thay đổi (góc mở 150). Chỗ vào cống bố trí một đoạn bằng, không dốc nhằm làm giảm sức chảy. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 28 - Khi độ dốc lòng suối > 2% và lưu tốc đoạn cuối dốc nước quá lớn, khi đó mới dùng bậc nước và giếng tiêu năng. - Khi độ dốc lòng suối quá lớn có thể dùng biện pháp đặt giếng tiêu năng ở đầu cống thượng lưu. Biện pháp này không áp dụng trong trường hợp dòng chảy mang nhiều phù sa, cỏ rác, dễ làm bẩn giếng và gây tắc cống. - Khi độ dốc lòng suối quá lớn mà xét thấy nếu đặt cống ở độ dốc phân giới thì khối lượng tăng nhiều thì có thể đặt cống theo độ dốc lớn. Khi đó phải có biện pháp đặc biệt để giữ cho cống không bị trôi; móng cống phải làm bằng đá xây hay bê tông; đáy móng phải tạo bậc, tường đầu cống phải tăng kích thước có tác dụng như tường chắn. - Khi bố trí cống có độ dốc (>5%) phải tuân theo các quy định sau đây: +) Cống vòm và cống bản, thân cống bố trí kiểu bậc thang; chiều cao bậc lớn nhất không qúa 0,7m nhưng mép trên đỉnh cống vòm đoạn sau không được thấp hơn mép dưới đỉnh vòm của đoạn trước để tránh tụt đất vào trong cống và thuận tiện cho việc bảo dưỡng. +) Đối với cống tròn, thân cống bố trí thẳng xiên; móng cống phải làm bằng bê tông hay đá xây và làm kiểu bậc thang; cũng có thể bố trí thân cống kiểu bậc thang nơi độ dốc không lớn lắm nhưng chiều cao bậc không lớn hơn 3/4 chiều dày cống. +) Khi bố trí thân cống kiểu bậc thang, chiều dài mỗi bậc thân cống hay móng cống đối với đá xây hay bê tông không nhỏ hơn 2m và đối với BTCT không nhỏ hơn 1m. Trong phạm vị đồ án thì việc thõa mãn các điều kiện trên là khó. Các bạn đọc để hiểu chứ không cần quá chú tâm vào để gây rắc rối cho đồ án của mình vì các số liệu đồ án cho không đủ để xem xét tất cả các yếu tố trên. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 29 - Xác định chiều dài cống a. Trường hợp chiều cao nền đắp ≤ 6m c c b H h1 M1 L1 L2 M2 b h2 1 2 H vT H ® mÆt c¾t däc cèng c®v b H b 1 2 H vT H ® mÆt c¾t däc cèng c®®c c®t i l® Bm 2 Bgc 2 Bl® 2 b1 imigcil® c®v c®t Bm 2 Bgc 2 Bl® 2 b2 im igc HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 30 - Chiều dài cống được tính theo công thức: L= L1 + L2 Với: c 1V1 1 m.i1 c)hm(Hb L    (01) c 2V2 2 m.i1 c)hm(Hb L    (02) Trong đó:  L1: chiều dài thân cống thượng lưu tính từ tim đường.  L2: chiều dài thân cống hạ lưu tính từ tim đường.  b1; b2: nửa bề rộng nền đường phía thượng lưu và hạ lưu.  m: hệ số mái dốc của nền đắp.  H: chiều cao nền đắp tại tim đường tính từ đáy lòng cống tới vai đường.  ic: độ dốc lòng cống.  h1; h2: chiều cao của cống thượng lưu và hạ lưu.  c: chiều dày tường đầu cống. - Thông thường m = 1,5 ; b1= b2 = b ; h1 = h2 = h .i5,11 ch)(H5,1b L1    (03) .i5,11 ch)(H5,1b L2    (04) b. Trường hợp chiều cao nền đắp > 6m - Khi chiều cao nền đắp lớn (H > 6m) thì phải làm mái dốc có 2 độ dốc (m1 = 1,5 và m2 = 1,75) thì công thức tính chiều dài cống vẫn được áp dụng như (01) và ( 02) nhưng thay: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 31  b1 = b'1 ; b2 = b'2 ; m = m2 trong đó:  b'1 = b1 + m1.H1  b'2 = b2 + m1.H1  m1 ; m2: hệ số mái dốc của mái dốc phần trên và phần dưới.  H1: chiều cao của mái dốc tối đa tương ứng với mái dốc phần trên.  Thông thường H1 = 6m ; b'1 = b1 + 9 ; b'2 = b2 + 9 - Do đó: .i75,1 1 c)h(H75,19b L' 111    (05) .i75,11 c)h(H75,19b L' 222    (06) L'1 b' b'1 2 1 2 H 1 B(mÆt) / 2 B(mÆt) / 2 c c b Hh1 M'1 L'2 M'2 b B(lÒ) B(nÒn) B(lÒ) h2 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 32 c. Bố trí các đốt cống - Đối với cống lắp ghép hoặc cống bán lắp ghép (cống tròn BTCT, cống bản BTCT,...) thì chiều dài thân cống phải được bố trí với số chẵn các đốt cống hay với số chẵn của tấm bản (kể cả khe nối). - Đối với móng mềm, chiều rộng khe nối giữa các đốt cống là 1cm. Gọi n là số đốt cống, số mối nối sẽ là: n-1 . Chiều dài cống được xác định như sau: 0,011)(nnL  Khi biết chiều dài cống thì số đốt cống được tính như sau: 1,01 0,01L n   - Đối với móng cứng: chiều rộng khe nối giữa các đốt cống là 1cm và cứ khoảng 3 đốt cống thì bố trí 1 khe phòng lún rộng 3cm. - Thường chiều dài mỗi đốt cống là 1m. Việc xác định được chiều dài kia khi các bạn đã áp được cống lên trắc ngang, Áp như sau: - Xác định độ dốc cống. -Kẻ đường thẳng với độ dốc bằng độ dốc cống - Đưa đường thẳng này lên trắc ngang sao cho nó gần với đường tự nhiên nhất nhưng phải thõa mãn cống ko bị treo (không cao quá nước ko vào cống đc) , không bị vùi (miệng cống vùi dưới đất). Việc áp đường này tùy thuộc vào trắc ngang thiết kế. Nên mình ko thể nói một cách chính xác vì trong nhiều trường hợp đường thẳng này được bố trí khác, miễn sao khi các bạn áp cống thấy hợp lý là ok. Cao độ đường thẳng này chính là cao độ đáy cống. - Kẻ một đường thẳng khác song song với đường thẳng kia,sao cho khoảng cách giữa 2 đường thẳng này chính là khẩu độ D của cống. Cắt taluy tại 2 điểm. Giới hạn 2 điểm này sẽ làm phạm vị bố trí các đốt cống. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 33 - Tiếp đó là phân chia các đốt cống, dựa trên giới hạn của 2 điểm này, bố trí các đốt cống thế nào thì phía trên mình đã nói rồi. - Sau khi bố trí các đốt cống xong thì tiến này bố trí móng cống, tường cách cống, tường thân cống, sân gia cố…. * Các bạn dựa vào cấu tạo dưới đây của cống tròn để lựa chọn cấu tạo các bố phận của cống cho hợp lý: (a) Đầu cống: Đầu cống được dùng phổ biến nhất là kiểu tường cánh chéo hoặc kiểu 1/4 nón. - Đầu cống có thể xây tại chỗ hoặc lắp ghép bằng các tấm BTCT đúc sẵn. - Nếu đầu cống xây bằng khối đá xây thì mác vữa xây không thấp hơn M30, cường độ đá R > 2000 kG/cm2. - Nếu đầu cống làm bằng bê tông đổ tại chỗ thì mác bê tông không thấp hơn M150. - Nếu đầu cống được đúc sẵn thì mác bê tông không thấp hơn M200. (b) Thân cống: Được phân thành các đốt với chiều dài 1m, trường hợp đặc biệt có thể là 0,75m hoặc 2m. +) Giữa các đốt cống là các khe nối có tác dụng phòng lún và phòng sự co dãn của bê tông khi nhiệt độ thay đổi. Thường thì có hai loại khe nối: phẳng và không phẳng. Khe nối phẳng được áp dụng cho trường hợp khẩu độ dưới 2m và áp lực nước không lớn. Khe nối không phẳng được áp dụng trong trường hợp khẩu độ cống 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. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 34 +) 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 nhiều, mặt khác không tận dụng được chiều dài của các thanh thép, dễ gây lãng phí cốt thép. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 35 • Kiểu bố trí cốt thép theo kiểu hình lò xo dây xoắn khắc phục được những nhược điểm trên của kiểu bố trí thành từng vòng riêng biệt. Vì vậy kiểu bố trí này được áp dụng phổ biến. +)Cốt thép chịu lực được liên kết với nhau và giữ đúng vị trí bởi các cốt thép dọc và cốt thép đai. Cốt thép dọc còn có tác dụng chống lại lực cắt và uốn trong thi công. +)Các đốt cống trong các thiết kế định hình thường có hai loại: loại thông thường và loại gia cường, loại gia cường chỉ khác loại thông thường ở chỗ lượng cốt thép nhiều hơn. Ống cống gia cường thường được áp dụng khi cống đặt trên nền cứng . Do làm theo định hình nên các bạn có thể download bộ cống tròn định hình 533- 01-01 do viện KHCN>VT thiết kế về. trong đó có sẵn các bản vẽ bố trí cốt thép. Ø 1200 CèT THÐP TRONG 1-D10-02-SPRING 48-D6-04 45 10 0 40 50 15 MÆT C¾T II-II Ø1000 100 CèT THÐP NGOµI 1-D10-02-SPRING 100 CHI TIÕT A 10 00 O U T E R D IA = 1 14 8 IN N E R D IA = 1 05 4 Lmin = 1000 4x200=800 4x200=800 900 30 0 32-D6-03 HµN 10028 28 4410 0 75 32-D6-04 100 25 CHI TIÕT A 4x200=800 1000 10 0 28 44 75 28 MÆT C¾T I-I 1-D10-01-SPRING 1-D10-02-SPRING 100 25 1- D 10 -0 1- S P R IN G 1- D 10 -0 2- S P R IN G 4x200=800 900 100 30 0 VËt liÖu tr¸t mèi nèi HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 36 c, Móng cống: Móng cống tròn BTCT có thể bằng các khối đá xây, bê tông, bê tông cốt thép lắp ghép hoặc trong trường hợp đất nền tương đối chặt có thể dùng lớp đệm bằng đá dăm, sỏi, cát,... Lựa chọn móng cống . 80.75 24 31 149 89 124 109 1079/121.00 30 38 190 130 151 150 13010/131.25 35 45 230 170 180 190 15612/151.50 KÝch thø¬c (cm) S: cho c¸c kiÓu mãng c KhÈu ®é cèng d m l c I II III IV-A IV-B 17 23 114 54 91 74 78 mãng cèng kiÓu IV-B 120° S d  2d 2d §¾p ®Êt xung quanh cèng Líp chÌn b»ng bª t«ng thõ¬ng H×nh 2.2 - e: NÒn lµ ®¸ kh«ng phong ho¸ mãng cèng kiÓu II 120° S 30   d  2d 2d mãng cèng kiÓu I 120°  d  2d 2d S §¾p ®Êt xung quanh cèng §¾p ®Êt xung quanh cèng ChÌn b»ng ®Êt t¹i chç §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« H×nh 2.2 - a: NÒn lµ sái cuéi chÆt, c¸t th« hoÆc v÷a H×nh 2.2 - b: NÒn lµ ®©t sÐt, sÐt pha c¸t, c¸t mÞn ë n¬i kh« r¸o mãng cèng kiÓu III 120° d  2d 2d §¾p ®Êt xung quanh cèng §¸ héc x©y v÷a xi m¨ng M150 H×nh 2.2 - c : NÒn lµ ®©t sÐt, sÐt pha c¸t, c¸t mÞn ë n¬i Èm ø¬t hoÆc . 30 30 l §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« hoÆc c¸t pha sÐt ë n¬i kh« r¸o hoÆc ©m ø¬t mãng cèng kiÓu IV-A 120° S 20   d  2d 2d §¾p ®Êt xung quanh cèng §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« H×nh 2.2 - d: NÒn lµ ®¸ phong ho¸ HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 37 Như vậy các bạn đã hiểu bố trí cống cũng như cấu tạo các bộ phận cống và bố trí cốt thép đốt cống, trên kia cũng đã trình bày và giải thích một vài câu hỏi hay bị hỏi trong đồ án tốt nghiệp như: - Bố trí một lớp cốt thép cống được ko? Nếu bố trí thì bố trí như thế nào? - Quét bitum mặt ngoài cống có tác dụng gì? Tiếp theo sẽ là phần Tính xói và xác định hình thức gia cố hạ lưu công trình: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 38 TÍNH XÓI VÀ GIA CỐ Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH - Nguyên nhân: Sự xói lở lòng dẫn sau công trình do hai nguyên nhân chủ yếu là: +) Lưu tốc dòng chảy ở chỗ ra khỏi công trình lớn hơn lưu tốc trong cống (đến 1,5 lần) và có thể đạt tới 5-:-6m/s; trong khi lưu tốc cho phép không xói lở đối với nền đất tự nhiên của lòng dẫn chỉ là 0,7 -:- 1m/s. +) Dòng chảy sau khi ra khỏi cống thường có dạng chảy xiết có lưu tốc và động năng rất lớn. - Để ngăn ngừa sự xói lở lòng dẫn hạ lưu cần phải có biện pháp tăng cường bảo vệ trên một đoạn dài nhất định. Việc lựa chòn hình thức và chiều dài gia cố là tuỳ theo điều kiện không xói lở cục bộ hay cho phép xói phải đảm bảo an toàn của bản thân đoạn gia cố cũng như công trình. - Việc xây dựng đoạn gia cố phẳng rất dài ở phía hạ lưu công trình là không hợp lý về mặt kinh tế. Vì vậy người ta chỉ cần gia cố trên một đoạn ngắn và kết thúc bằng mái nghiên bảo vệ mà cho phép xói lở ở đó. Khi đó bước nhảy thuỷ lực sẽ bị đẩy dồn về từ đoạn gia cố về chỗ bị xói nhưng do chiều sâu mái nghiêng đáng kể nên sự xói lở không ảnh hưởng đến đoạn gia cố. (a). Kích thước đoạn gia cố: - Để quyết định chiều sâu mái nghiêng bảo vệ cần phải tính toán chiều sâu xói lở sau đoạn gia cố tuỳ thuộc vào dòng chảy khi ra khỏi cống. +) Chảy tự do: chiều sâu xói lở phụ thuộc vào chiều dài đoạn gia cố và chiều cao nước dâng trước cống. Theo kết quả nghiên cứu của Anđrây và kết quả rút ra từ nghiên cứu đó như sau: g/c 2,5.lb h .2HΔ   HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 39 Trong đó:  : chiều sâu xói lở đoạn gia cố phẳng.  H: chiều sâu nước dâng trước công trình.  lg/c: chiều dài đoạn gia cố phẳng tính từ chỗ dòng chảy từ công trình bắt đầu bị khuyếch tán.  h: khẩu độ cống. Bảng 3-6 Chiều sâu xói lở tương đối sau đoạn gia cố b tgβ.lg/c H  b tgβ.lg/c H  0 1,55 4 0,59 1 0,98 5 0,54 2 0,78 8 0,45 3 0,65 10 0,40 Ghi chú:  là góc khuyết tán của dòng chảy sau khi chảy ra khỏi cống - Đầu cống kiểu tường cánh chéo với góc mở  thì  =  ; nhưng  không lớn hơn 450 ; đầu cống kiểu tường đầu thẳng đứng, kiểu cổ áo thì  = 450 ; kiểu 1/4 nón thì  = 300. - Qua bảng 3-6 ta thấy chiều dài đoạn gia cố phẳng không nên lớn hơn 3 lần khẩu độ cống, bởi vì khi lg/c > 3 lần khẩu độ cống thì chiều sâu xói lở ở đoạn gia cố không giảm được bao nhiêu mà diện tích gia cố lại tăng lên rất nhiều. - Chiều rộng đoạn gia cố lòng dẫn sau công trình được quyết định xuất phát từ kích thước của hố xói tự nhiên dạng chậu Xtrôphôid với chiều dài trục lc = 18. ; và chiều rộng Bc = 12. . HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014 T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l . c o m Page 40 - Thường chiều rộng gia cố lấy bằng 4-:-6 lần khẩu độ cống. (Các bạn có thể lựa chọn luôn giá trị này , phần trên đọc để hiểu thôi) (b). Hình thức gia cố: - Thường bằng lát đá khan, lát đá có trát vữa hay lát tấm bê tông đúc sẵn hoặc đổ bê tông liền khối. Việc lựa chòn hình thức gia cố phụ thuộc vào lưu tốc dòng chảy sau công trình và điều kiện cung cấp vật liệu, khả năng xây dựng,... - Mái nghiêng bảo vệ cuối đoạn gia cố thường được đặt sâu hơn hố xói ít nhất 0,5m. hm   + 0,5 - Để giảm bớt khối lượng gia cố, có thể áp đụng biện pháp rút ngắn hơn nữa chiều dài gia cố bằng cách tăng độ nhám lòng dẫn ngay sau công trình bằng các tường hay tăng nhám, cho phép xói sâu gia cố và đổ đá đá to vào hố xói. - Mái dốc nền đắp hạ lưu trước cống được gia cố tới chiều cao của tường đầu. - Gia cố thượng lưu cống: chiều dài gia cố được lấy bằng 1/4 chiều dài gia cố hạ lưu. Kiểu gia cố được tình tới lưu tốc bằng lưu tốc trong cống và gia cố mái dốc đầu cống được thiết kế đến chiều cao bằng: H + 0,5m. - Chữ đỏ các là phần các bạn cần chú ý để lựa chọn thông số cho hợp lý. Như vậy đến đây là các bạn đã hoàn thành xong việc thiết kế cống. Phần tính toán kết cấu cũng như phần thi công cống thì trong đồ án tốt nghiệp không yêu cầu nên mình không trình bày. Bạn nào cần thì có thể liên hệ mail mình, mình có thể gửi cho các bạn một vài lý thuyết về vấn đề này. Để hiểu hơn và không phải tưởng tượng các bạn có thể search hình ảnh cống tròn trên mạng rất nhiều, hoặc đi ra thực tế xem 1 cái cống là cách tiếp cận nhanh nhất. Chúc các bạn làm đồ án thành công!