CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỐNG

3.6.1. Tường cánh thượng lưu

Tường cánh thượng lưu có tác dụng hướng dòng chảy vào cống được thuận và để chống xói, chống thấm vòng quanh bờ. Tường cánh thượng lưu có nhiều hình thức kết cấu khác nhau: tường trọng lực, tường sườn, tường hộp, tường neo... Vật liệu làm tường có thể là gạch xây, đá xây, bê tông, bê tông cốt thép. Tùy theo điều kiện địa chất, địa hình, quy mô cống, đặc điểm làm việc, điều kiện thi công, khả năng kinh tế... để lựa chọn hình thức cho phù hợp.

Kích thước mặt cắt ngang tường được xác định theo điều kiện ổn định, khả năng chịu lực và chống nứt của từng bộ phận tường.

Hình (3­31) giới thiệu một số kiểu tường cánh thượng lưu. Hình (a) và (b) là loại tường vặn vỏ đỗ mở rộng dần. Loại này dòng chảy thuận dòng nhưng cấu tạo phức tạp, thi công khó khăn. Loại (a) dùng khi trực tiếp lấy nước mà không có đoạn kênh dẫn.

Loại (c) và (d) là kiểu tường mở rộng và hạ thấp dần theo mái đê, loại này cấu tạo đơn giản, khối lượng nhỏ, song dòng chảy vào không được thuận, tác dụng chống thấm vòng quanh bờ kém.

c ) d ) e ) f )

a ) b )

R R

I - I II - II

I I

II II

Hình 3-31. Một số loại tường cánh thượng lưu.

Hình (e) và (f) là kiểu tường vuông góc có đoạn cuối cắm sâu vào bờ. Bán kính cong R = 35(m). Đoạn cắm sâu vào bờ quá đoạn mái dốc kênh một khoảng 0,51,0(m). Loại này có tác dụng chống thấm vòng quanh bờ tốt, song khối lượng lớn, dễ sinh khu nước vật sát tường.

3.6.2. Tường cánh hạ lưu

Loại tường này phải đảm bảo hướng dòng nước chảy ra được thuận, dòng chảy phân bố đều và không tách rời tường, tránh gây những bất lợi ở hạ lưu. Về cấu tạo cơ bản như tường phía thượng lưu. Cao trình đỉnh tường thường cao hơn mực nước cao nhất ở hạ lưu.

Song cũng có trường hợp để giảm chiều cao tường, người ta làm thấp hơn, lúc đó trên đỉnh tường phải có bậc thềm và có bảo vệ. Chiều dài tường chọn theo yêu cầu tiêu năng. Nói chung

118

tối thiểu phải kéo dài tới cuối sân sau thứ nhất. Hình (3­32) giới thiệu một số tường cánh hạ lưu. Loại (a) cấu tạo đơn giản dùng khi chiều rộng cống bằng hoặc xấp xỉ chiều rộng kênh.

Nhược điểm kiểu này là khi nước chảy gây ra vùng xoáy sát tường. Khi chiều rộng kênh lớn hơn chiều rộng cống có thể dùng loại (b) và (c), trong đó loại (c) ít tốn vật liệu hơn. Loại (d) và (e) dùng khi kênh rộng, vì vậy cần có đoạn quá độ nối tiếp giữa tường cánh mở rộng với kênh.

a ) b ) c ) d ) e )

Hình 3-32. Một số loại tường cánh hạ lưu.

3.6.3. Bản đáy thân cống

Bản đáy thường bằng bê tông cốt thép. Khi khoang cống nhỏ có thể làm bằng bê tông hoặc đá xây. Bản đáy có nhiều kiểu, song kiểu bằng được xây dựng nhiều nhất, vì cấu tạo đơn giản, thi công nhanh. Chiều dày bản đáy phải bảo đảm đủ chịu lực. Thường khoảng 0,51,50m. Khi bản đáy làm tách rời trụ cần kiểm tra điều kiện chống đẩy nổi:

t = K 



1

h

; (3­52)

trong đó:

t ­ chiều dày bản đáy;

h ­ cột nước thấm tại điểm tính toán dưới bản đáy;

, 1 ­ trọng lượng riêng của nước và của vật liệu làm bản đáy;

K ­ hệ số an toàn bằng 1,11,2.

Chiều dài bản đáy được xác định theo yêu cầu chống thấm dưới đáy và bố trí các hạng mục phía trên. Bản đáy làm đặc hoặc có những ngăn rỗng. Loại rỗng nhẹ, có độ cứng lớn, dùng trong trường hợp cần giảm ứng suất nền. Tuy nhiên loại này kết cấu phức tạp, tốn nhiều thép và thi công khó khăn.

Trường hợp địa chất nền tương đối đồng đều, cống không lớn lắm, bản đáy cả cống có thể liền một khối. Nếu nền xấu, cống rộng để tránh những bất lợi do hiện tượng lún không đều gây ra, thường bố trí khe lún tại các trụ cống. Khe lún tách bản đáy thành một số đoạn (hay mảng, khoang). Mỗi đoạn gồm một, hay hai, ba cửa cống (hình 3­33). Tại khe lún phải bố trí thiết bị chống thấm (khớp nối) bằng kim loại (đồng, tôn tráng kẽm) hay bằng nhựa pôlimer hay bao tải tẩm nhựa đường. Khớp nối đặt theo phương đứng ở đầu trụ phía thượng lưu và

119

theo phương ngang ở bản đáy. Tại khe lún còn đặt bao tải tẩm nhựa đường. Chiều dày khe lún khoảng 23(cm).

Ngoài ra để giảm bớt đất đắp hai bên bờ đối với bản đáy có thể làm tường chắn kiểu hộp tách rời khỏi thân cống.

Hình 3-33. Khe lún phân cống thành các đoạn.

3.6.4. Trụ cống

Trụ cống thường bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây. Hình dạng trụ phải đảm bảo cho dòng nước chảy vào, chảy ra thuận. Đầu trụ có dạng tam giác, tròn, lưu tuyến. Chiều dày trụ giữa đơn thông thường từ 0,51,5(m), trụ kép có chiều dày gấp 1,5 trụ giữa đơn, với trụ biên chiều dày thay đổi dọc theo chiều cao, càng xuống thấp bề dày càng lớn. Chiều dài trụ tuỳ theo yêu cầu thuỷ lực và bố trí chung: khe van, khe phai, van, cầu giao thông, cầu thả phai, cầu công tác.

Cao trình đỉnh trụ đt phía thượng lưu, hạ lưu cống được xác định theo công thức:

đt = MNLNTK + h + s + a; (3­53) trong đó:

MNLNTK: là mực nước lớn nhất thiết kế phía thượng lưu (để tính đt) phía thượng hoặc phía hạ lưu (khi tính đt phía hạ lưu);

h: chênh lệch giữa mực nước tĩnh và trung tâm sóng;

s : độ dềnh cao nhất của sóng ứng với mức đảm bảo;

a: độ vượt cao an toàn.

Cao trình đỉnh trụ xác định theo (3­53) phải cao hơn MNLN kiểm tra.

Trên trụ ngoài khe van (khe van phẳng, rộng 0,2  0,7m) còn có khe phai (rộng 0,1  0,4m). Khoảng cách giữa hai khe phải lớn hơn 1 mét. Trên đỉnh trụ bố trí mốc đo biến dạng, lún; trong trụ có thể bố trí các ống đo áp lực thấm dưới bản đáy cống.

Trụ và bản đáy có thể làm liền hoặc tách rời. Trường hợp trụ và đáy là một khối liền thì lực từ thân cống truyền xuống nền được phân bố đều hơn, song nội lực phát sinh trong bản đáy lớn nên phải làm bản đáy dày hơn. Loại này hay dùng khi nền tương đối xấu, đảm bảo ứng suất phân bố lên nền đều, tránh gây lún không đều quá lớn. Khi trụ và bản đáy tách rời, nền sẽ chịu lực tập trung do trụ truyền tới, do đó đòi hỏi nền có sức chịu lớn.

120

Trong trường hợp này nội lực phát sinh trong bản đáy sẽ nhỏ đi, chiều dày bản đáy có thể làm mỏng hơn. Ở khe tiếp xúc giữa bản đáy và trụ cần phải có thiết bị chống thấm. Hình (3­34) giới thiệu một số cách nối tiếp trụ và bản đáy.

a ) b )

c ) d )

Hình 3-34. Nối tiếp trụ cống và bản đáy.

a) Bản đáy tách rời độc lập với mố; b) Bản đáy tách rời mố cống nhưng không độc lập ; c) bản đáy và mố cống liền khối ; d) Bản đáy tách rời mố cống cắm sâu

Trụ biên ngoài tác dụng như trụ giữa còn trực tiếp liên kết với bờ hoặc công trình khác. Cũng có trường hợp dùng hình thức tường bên tách rời với thân cống. Hình (3­35) biểu thị một số kiểu liên kết giữa trụ biên với bờ.

Loại (a) và (b) có tác dụng như tường trọng lực, phía sau làm thêm công son để tận dụng trọng lượng khối đất đắp ở trên để tăng cường ổn định. Loại (c) là kiểu tường sườn, kết cấu nhẹ, dùng khi tường cao, song tốn cốt thép. Loại (d), (e), (f) là kiểu hộp làm tách rời thân cống ­ loại này kết cấu nhẹ, độ cứng lớn, dùng khi nền yếu và cần giảm ảnh hưởng của áp lực đất bên bờ đối với thân cống. Tuy nhiên loại này kết cấu phức tạp, tốn cốt thép và thi công khó khăn.

a ) b ) c ) d ) e ) f )

Hình 3-35. Các hình thức mố bên

a) Mố bên liền bản đáy. ; b) Mố bên trọng lực tách rời bản đáy.

c) Mố bên dạng tường sườn ; d) Mố bên dạng hộp chữ nhật tách rời bản đáy.

e) Mố bên dạng hộp hình thang tách rời bản đáy ; f) Mố bên có nửa dạng hộp chữ nhật tách rời bản đáy.

3.6.5. Bể tiêu năng

121

Bể tiêu năng có nhiệm vụ tiêu năng và bảo vệ lòng kênh sau cống. Chiều dài bể, chiều sâu bể qua tính toán tiêu năng mà có. Cũng có người đề nghị xác định chiều dài theo công thức:

L1 = (2  3,5)H; (3­54)

trong đó: H ­ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.

Chiều dày bản đáy bể xét theo yêu cầu chống đẩy nổi có thể xác định theo công thức (3­52). Để giảm bớt áp lực thấm dưới bản đáy công trình và ngay cả đáy bể tiêu năng thường bố trí lỗ thoát nước ở đoạn phía sau của sàn đáy bể. Các lỗ thoát nước bố trí thành hàng so le và phía dưới có đặt tầng lọc ngược để bảo vệ đất nền không bị mất ổn định thấm.

Đômbrôpxki đề nghị xác định chiều dày sân bể tiêu năng theo công thức:

t = 0,15V1 h1;

(3­55) trong đó:

t ­ chiều dày sân;

v1, h1 ­ lưu tốc và chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy.

Chiều dày bản đáy bể khoảng 0,51,5m và có thể làm bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc do các tấm bê tông cốt thép đúc sẵn tạo thành.

3.6.6. Sân sau

Sân sau có tác dụng tiêu hao phần năng lượng thừa còn lại và bảo vệ lòng kênh. Lưu tốc chảy trên sân sau không vượt quá lưu tốc cho phép. Kết cấu của sân có tính mềm để dễ thích nghi với những biến dạng của lòng kênh, dễ thấm nước và độ gồ ghề lớn để tăng cường khả năng tiêu năng. Thường dùng đá tảng xếp lại thành sân, dưới lớp đá tảng cần có cấu tạo như tầng lọc ngược nhưng yêu cầu không cao. Có thể dùng rọ đá, hoặc các tấm bê tông cốt thép đúc sẵn.

Đường kính hòn đá phải đủ lớn để dòng nước không cuốn đi, sơ bộ tính theo công thức:

v = 4,2 d; (3­56)

trong đó:

d ­ đường kính hòn đá (m);

v ­ lưu tốc trên sân sau (m/s).

Chiều dày lớp đá khan thường bằng hoặc lớn hơn 20cm.

Chiều dài sân sau có thể tham khảo công thức sau:

L2 = k q H; (3­57)

trong đó:

H ­ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m);

122 q ­ lưu lượng đơn vị cuối sân (m3/s.m);

K ­ hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng sông. Khi lòng sông là cát mịn, cát pha K = 10  12; đất cát to, đất có tính dính K = 8  9; đất sét cứng K = 6  7. Phạm vi sử dụng công thức trên: q  H

=1  9.

Ngoài ra, theo kinh nghiệm, chiều dài toàn bộ của hai sân và chiều dài bể tiêu năng khoảng (4

 10)H.

3.6.7. Cầu công tác

Cầu công tác ở cống lộ thiên dùng để bố trí thiết bị đóng mở cửa van và thao tác van.

Cầu gồm các cột cùng với dầm dọc tạo thành khung, dầm ngang, bản mặt, lan can cầu, thang lên cầu công tác, kết cấu bao mặt cầu.

Cột cầu được gắn liền khối với trụ cống. Trên phạm vi toàn cống, cầu công tác cũng bố trí khe lún tương ứng với bản đáy cống. Tại trụ có khe lún (trụ kép) bố trí hai hàng cột ở hai nửa của trụ kép. Kích thước cắt ngang cột từ 0,3 x 0,3(m) đến 0,5 x 0,7(m). Dầm ngang dưới bản mặt, thường bố trí tại nơi đặt máy đóng mở hoặc cụm thiết bị chuyển hướng, kích thước mặt cắt ngang dầm 0,1 x 0,2(m) đến 0,3 x 0,5(m). Bản mặt cầu dày từ 0,10,2(m).

Chiều rộng mặt cầu chọn đủ để bố trí thiết bị đóng mở, và người vận hành đi lại, kiểm tra. Kết cấu bao che có nhiệm vụ che mưa, nắng, gió cho các thiết bị, mặt khác còn tạo dáng cho công trình, tạo sức hút phục vụ du lịch.

Cao trình mặt cầu công tác (ct) phụ thuộc vào: kích thước cửa van; cao trình đỉnh trụ;

thiết bị đóng mở; kích thước dầm; bản mặt cầu công tác; phương thức lắp ráp, bảo dưỡng, sửa chữa cửa van. Có thể xác định cao trình mặt cầu công tác (ct) theo công thức:

CT = CV + L + d + a; (3­58) trong đó:

CV ­ cao trình đáy cửa van ở vị trí cao nhất khi mở hoặc khi lắp ráp, sửa chữa, bảo dưỡng;

L ­ chiều cao van phẳng hoặc chiều dài bản mặt hình tròn của van cung;

d ­ kích thước của bộ phận truyền chuyển động, dầm, bản mặt cầu công tác. Trong tính toán sơ bộ có thể chọn d=1,01,5m;

a ­ độ cao an toàn, có thể lấy a=0,30,5 (m).

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3

1.Thế nào là cống lộ thiên? Cách phân loại cống?

2.Các bộ phận của cống?

3.Cách xác định mức nước thượng hạ lưu cống khi tính toán kích thước lỗ cống? Khi tính toán ổn định cống? Khi tính toán tiêu năng phòng xói cho cống?

123

4.Các dạng ngưỡng cống? Ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng từng loại?

5.Xác định kích thước lỗ cống thế nào?

6.Đặc điểm dòng chảy qua cống lộ thiên? Cách tính toán bể, tường tiêu năng 6.Các loại thiết bị tiêu năng phụ?

7.Nước nhảy sóng: Hiện tượng, tác hại và biện pháp khắc phục?

8.Dòng chảy ngoằn ngoèo: Hiện tượng, tác hại và biện pháp khắc phục ?

9.Tính toán kết cấu bản đáy cống theo phương pháp dầm đảo ngược: nội dung, ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng của phương pháp?

10.Phân tích lực và tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi: nội dung, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp?

11.Trình bày tính toán kết cấu tường ngực?

12.Các trường hợp và phương pháp tính toán kết cấu mố trụ cống?

13.Các bước tính toán mố trụ van phẳng?

14.Các bước tính toán mố trụ van cung trong từng trường hợp tính toán?

16.Trình bày cấu tạo: Tường cánh thượng hạ lưu cống, bản đáy cống, trụ cống, bể tường tiêu năng, sân sau thứ 2, cầu công tác?

17.Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống?

124

Chương 4