TCVN-14662-2026-Cong-qua-de-Yeu-cau-thiet-ke

• Số hiệu: TCVN14662:2026
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2026

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 14662:2026

CỐNG QUA ĐÊ - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Dike sluice - Requirements for design

Lời nói đầu

TCVN 14662:2026 do Viện Kỹ thuật công trình thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn - Bộ Nông nghiệp và Môi trường đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CỐNG QUA ĐÊ - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Dike sluice - Requirements for design

...

...

...

1.1  Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cống qua đê. Phạm vi áp dụng bao gồm xây dựng mới hoặc cải tạo, sửa chữa, nâng cấp các cống qua đê hiện có.

1.2  Khi thiết kế cống qua đê có liên quan đến chuyên ngành khác thì ngoài yêu cầu phải tuân thủ quy định tiêu chuẩn này còn phải tuân thủ quy định tiêu chuẩn của chuyên ngành đó.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 4116 Công trình thủy lợi - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 4253 Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 5574 Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

TCVN 8215 Công trình thủy lợi - Thiết bị quan trắc.

TCVN 8217 Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phân loại.

...

...

...

TCVN 8300 Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu xi lanh thủy lực - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, lắp đặt, nghiệm thu, bàn giao.

TCVN 8301 Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu vít - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt, nghiệm thu.

TCVN 8306 Công trình thủy lợi - Kích thước các lỗ tháo nước có cửa van chắn nước.

TCVN 8640 Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu cáp - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt và nghiệm thu.

TCVN 9139 Công trình thủy lợi - Kết cấu bê tông, bê tông cốt thép vùng ven biển - Yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 9143 Công trình thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất của đập trên nền không phải là đá.

TCVN 9147 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực đập tràn.

TCVN 9151 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực cống dưới sâu.

TCVN 9152 Công trình thủy lợi - Quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi.

...

...

...

TCVN 9159 Công trình thủy lợi  - Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu khớp nối.

TCVN 9386 Thiết kế công trình chịu động đất.

TCVN 9901 Công trình đê biển - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 9902 Đê sông - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 10304 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 12633 Công trình thủy lợi - Cừ chống thấm - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 13615 Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế.

TCVN 14595-1 Công trình đê điều - Phần 1: Thành phần khối lượng khảo sát địa hình.

TCVN 14595-2 Công trình đê điều - Phần 2: Thành phần khối lượng khảo sát địa chất.

...

...

...

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Cống qua đê (dike sluice/culvert)

Cống cắt qua đê sông, đê cửa sông, đê biển, đê bao, đê bối, đê chuyên dùng để cấp nước từ sông/biển vào phía đồng hay thoát nước từ phía đồng ra sông/biển và có thể kết hợp giao thông thủy.

3.2

Cống cấp nước (water supplied sluice)

Cống lấy nước từ sông/biển để cấp nước cho phía đồng (nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng...).

3.3

...

...

...

Cống dẫn nước từ phía đồng đổ ra sông/biển.

3.4

Cống kết hợp (combine sluice/culvert)

Cống có nhiệm vụ kết hợp hai hoặc một số chức năng như: cấp nước, thoát nước, điều tiết nước, giao thông.

3.5

Cống ngầm (culvert)

Thân cống nằm ngầm dưới đất, bốn phía của mặt cắt ngang thân cống tiếp giáp với đất hay công trình xây dựng khác. Loại này còn được gọi là cống kín.

Theo hình dạng mặt cắt ngang có thể phân biệt:

- Cống hộp: cống ngầm có mặt cắt ngang hình chữ nhật hoặc hình vuông;

...

...

...

- Cống tròn: cống ngầm có mặt cắt ngang hình tròn.

3.6

Cống hở (open sluice)

Phía trên của thân cống không tiếp giáp với đất (thường có cầu giao thông), ba phía còn lại của mặt cắt ngang thân cống tiếp giáp với đất hay công trình xây dựng khác. Loại này còn được gọi là cống lộ thiên.

3.7

Cống chảy có áp (pressure flow culvert)

Nước chứa đầy mặt cắt cống khi làm việc.

3.8

Cống chảy không áp (free flow sluice/culvert)

...

...

...

3.9

Cống chảy bán áp (supercritical flow culvert)

Khi cống làm việc có đoạn chảy có áp, đoạn chảy không áp.

3.10

Thân cống (sluice chamber)

Phần chính của cống để chuyển nước từ thượng lưu về hạ lưu.

3.11

Sân trước (upstream apron)

Bộ phận để tiếp nhận nước phía trước cửa vào cống (bố trí đối với cống cấp nước).

...

...

...

Bể tiêu năng và sân sau (stilling basin and downstream apron)

- Bể tiêu năng: Bộ phận tiêu năng ở hạ lưu cống, riêng đối với cống kết hợp cấp, thoát nước bố trí ở cả hai phía thượng, hạ lưu cống.

- Sân sau: Bộ phận chuyển tiếp sau bể tiêu năng.

3.13

Tường đầu (head wall)

Tường bố trí ở hai đầu phía trên trần cống để đảm bảo cao trình vận hành đóng mở cửa van, phai trong trường hợp bị ngập nước (thường được bố trí đối với cống ngầm ở dưới sâu).

3.14

Tường ngực (parapet)

Tường nối giữa các trụ cống để chắn nước và giảm chiều cao cửa van.

...

...

...

Tường cánh (wing wall)

Tường chắn đất và hướng dòng chảy thuận dòng, nối tiếp với trụ biên của cống.

3.16

Tường giữa (middle wall)

Tường ngăn cách giữa hai khoang kề nhau trong phạm vi thân cống.

3.17

Tường bên (side wall)

Tường giáp đất trong phạm vi thân cống.

3.18

...

...

...

Trụ nối tiếp với tường giữa để bố trí khe van, khe phai ở thượng, hạ lưu cống.

3.19

Trụ biên (abutment piers)

Trụ nối tiếp với tường bên để bố trí khe van, khe phai ở thượng, hạ lưu cống.

3.20

Cửa van (gate)

Bộ phận đóng mở cửa cống để điều tiết nước qua cống hoặc ngăn lũ. Tùy theo chức năng để phân biệt:

- Cửa van công tác: được sử dụng thường xuyên để điều tiết nước khi vận hành cống và ngăn lũ.

- Cửa van sự cố: dùng để đóng kín cửa khi cống có sự cố hay khi cần kiểm tra, sửa chữa cống.

...

...

...

Phai (stop-log)

Tấm chắn dùng để ngăn nước vào cống khi có sự cố hay khi cần kiểm tra, sửa chữa cống.

3.22

Khe van (slip for valve)

Khe được bố trí trên trụ cống để dẫn hướng khi vận hành đóng mở cửa van.

3.23

Khe phai (stop-log slot)

Khe được bố trí trên trụ cống để dẫn hướng khi thực hiện nâng, thả phai.

3.24

...

...

...

Kết cấu khung, sàn bố trí phía trên trụ cống để đặt thiết bị và thao tác đóng/mở cửa van.

3.25

Cầu công tác (operation bridge)

Cầu nối với giàn van phục vụ công tác quản lý vận hành.

3.26

Mang cống (backfill part)

Phần tiếp giáp phía ngoài tường bên thân cống.

3.27

Phân đoạn cống (sluice section)

...

...

...

3.28

Đơn nguyên cống (sluice element)

Đối với cống có chiều ngang lớn, phân chia thân cống thành các đơn nguyên, được liên kết với nhau bằng khớp nối kín nước.

3.29

Khớp nối (joint)

Bộ phận liên kết giữa hai phân đoạn hoặc hai đơn nguyên kề nhau của cống, hoặc giữa thân cống với các bộ phận khác như tường cánh, sân trước, bể tiêu năng, ... Khớp nối cho phép chuyển dịch độc lập của các bộ phận kề nhau của cống, nhưng không cho phép nước rò qua.

3.30

Cừ chống thấm (sheet pile)

Cừ được bố trí ở phía dưới bản đáy cống để kéo dài đường viền thấm.

...

...

...

Bộ phận phòng lũ (flood protection structure)

Bộ phận nằm giữa khe van và khe phai (hoặc khe van sự cố), thường được bố trí đối với cống dưới sâu để đảm bảo nước lũ không luồn về hạ lưu khi đóng phai (hoặc van sự cố) trong trường hợp cửa van chống lũ bị sự cố không kín nước.

3.32

Đất sét luyện (puddled clay)

Đất sét được nhào, luyện kỹ trước khi đắp.

3.33

Lưu lượng đơn vị qua cống (unit flow)

Lưu lượng tính trung bình trong một đơn vị thời gian đi qua một đơn vị chiều rộng cống.

4  Phân loại, phân cấp cống qua đê và các chỉ tiêu thiết kế chính

...

...

...

4.1.1  Theo chức năng nhiệm vụ

1) Cống cấp nước;

2) Cống thoát nước;

3) Cống kết hợp;

4.1.2  Theo hình thức kết cấu

1) Cống ngầm (cống kín);

2) Cống hở (cống lộ thiên).

4.1.3  Theo trạng thái chảy trong cống

1) Cống chảy có áp;

...

...

...

3) Cống chảy bán áp.

4.2  Phân cấp cống qua đê

1) Cống qua đê được phân thành 5 cấp từ cao xuống thấp gồm: cấp đặc biệt, cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV.

2) Cấp của cống qua đê được xác định theo các tiêu chí:

a) Cấp của đê mà cống cắt qua: xem Bảng 1.

Bảng 1 - Cấp thiết kế của cống qua đê theo cấp đê

Loại công trình

Cấp công trình

Đê

...

...

...

I

II

III

IV

V

Cống qua đê

Đặc biệt

I

II

...

...

...

IV

IV

Trường hợp đê tại vị trí cống chưa được phân cấp thì xác định cấp đê theo quy định tại TCVN 9901, TCVN 9902 trình cấp có thẩm quyền xin ý kiến chấp thuận để làm cơ sở xác định cấp của cống.

b) Quy mô, đối tượng phục vụ của cống (nông nghiệp, công nghiệp, đô thị, dân sinh,...): xác định theo tiêu chuẩn chuyên ngành.

Cấp thiết kế của cống được chọn theo cấp cao nhất từ 2 tiêu chí nêu trên.

4.3  Các chỉ tiêu thiết kế chính

4.3.1  Mức bảo đảm phục vụ của cống

Mức bảo đảm phục vụ của cống qua đê không nhỏ hơn các trị số quy định tại QCVN 04-05.

4.3.2  Các chỉ tiêu về mực nước

...

...

...

4.3.2.2  Mực nước thấp nhất phía sông/biển để tính toán ổn định, kết cấu, nền móng cống được xác định như sau:

1) Mực nước thấp nhất thiết kế: tương ứng với tần suất thiết kế mực nước thấp nhất theo nhiệm vụ công trình hoặc quy trình vận hành khai thác được duyệt.

2) Mực nước thấp nhất kiểm tra: theo mực nước thấp nhất trong chuỗi số liệu thống kê hiện có.

CHÚ THÍCH: Đại lượng thống kê ở đây là trị số mực nước nhỏ nhất phía sông/biển xuất hiện trong từng năm.

4.3.2.3  Tần suất mực nước lớn nhất phía sông/biển để tính toán thoát nước qua cống phải tuân thủ chế độ vận hành cống theo quy định tại TCVN 14608 và không lớn hơn các trị số quy định sau đây:

1) Đối với thoát nước cho nông nghiệp: tần suất 10%; đồng thời phải đảm bảo thoát đủ lưu lượng thiết kế.

2) Đối với thoát nước cho khu dân cư/đô thị/khu công nghiệp: tần suất xác định theo quy hoạch thoát nước hoặc tiêu chuẩn liên quan; đồng thời phải đảm bảo thoát đủ lưu lượng thiết kế.

4.3.2.4  Tần suất mực nước lớn nhất để thiết kế đê quai phục vụ thi công cống qua đê (tuyến chính) không lớn hơn trị số quy định ở Bảng 27

Bảng 2 - Tần suất mực nước lớn nhất để thiết kế đê quai phục vụ thi công (%)

...

...

...

Cấp công trình

Đặc biệt

I

II

III

IV

Đê quai phía sông/biển khi thi công cống qua đê tuyến chính trong 1 mùa khô

2

5

...

...

...

5

10

Đê quai phía đồng

5

10

10

10

10

CHÚ THÍCH:

...

...

...

2) Trường hợp công trình phải thi công trong mùa lũ thì cao trình đỉnh đê quai phía sông/biển không được thấp hơn cao trình đỉnh đê tại vị trí đặt cống.

3) Mực nước thiết kế đê quai phía đồng có thể được xác định theo kết quả điều tra mực nước lớn nhất phía đồng trong thời đoạn thi công.

4) Tất cả kiến nghị nâng và hạ tần suất thiết kế công trình tạm thời phục vụ dẫn dòng thi công phải có luận chứng kinh tế - kỹ thuật và được cấp có thẩm quyền phê duyệt.

5  Nguyên tắc chung khi thiết kế cống qua đê

5.1  Việc thiết kế cống qua đê phải đảm bảo an toàn chống lũ, bão của đê và mục tiêu, nhiệm vụ công trình.

5.2  Việc tính toán, thiết kế tuân thủ các quy định tại tiêu chuẩn này, cũng như các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật khác có liên quan.

5.3  Thiết kế đảm bảo độ bền và ổn định cho công trình, thuận tiện cho thi công và vận hành, đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, kiến trúc phù hợp và hài hòa với cảnh quan.

5.4  Thiết kế cống qua đê phải phù hợp với mặt cắt đê thiết kế theo TCVN 9902 hoặc TCVN 9901.

5.5  Đối với cống quy mô lớn, có điều kiện địa hình, địa chất, thủy lực phức tạp, trong trường hợp cần thiết cần có luận chứng để trình cấp có thẩm quyền xem xét cho phép thí nghiệm mô hình thủy lực để kiểm chứng và hiệu chỉnh giải pháp thiết kế phù hợp, đảm bảo ổn định công trình và an toàn chống lũ, bão của đê.

...

...

...

6.1  Tài liệu địa hình

Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật trong khảo sát địa hình phục vụ thiết kế cống thực hiện theo TCVN 14595-1.

6.2  Tài liệu địa chất

Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật trong khảo sát địa chất phục vụ thiết kế cống thực hiện theo TCVN 14595-2.

6.3  Tài liệu khí tượng

Trong quá trình tính toán thiết kế cống qua đê, cần thu thập các tài liệu thống kê về các yếu tố: gió, bão, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, lượng bốc hơi và các yếu tố khí tượng khác tại khu vực xây dựng công trình và các khu vực lân cận (thu thập số liệu tại các trạm đo, tài liệu thiết kế giai đoạn trước, tài liệu khảo sát thực tế,...).

6.4  Tài liệu thủy văn, thủy lực

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể và yêu cầu thiết kế để xác định nội dung, phương pháp thu thập, số lượng chất lượng tài liệu. Tài liệu thủy văn phục vụ thiết kế cống qua đê có thể bao gồm:

1) Tài liệu thống kê về mực nước, lưu lượng và dòng chảy bùn cát phía sông/biển;

...

...

...

3) Tài liệu, số liệu điều tra về lũ lịch sử;

4) Tài liệu về diễn biến dòng chảy (hướng, vận tốc dòng chảy của dòng chủ lưu trong mùa lũ và mùa kiệt).

6.5  Tài liệu về các công trình liên quan

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể và yêu cầu thiết kế cần thu thập tài liệu về các công trình liên quan (nếu có) như: đê, trạm bơm, âu thuyền, kênh dẫn thượng, hạ lưu, công trình bảo vệ bờ sông, công trình lân cận tại vị trí xây dựng,...

6.6  Tài liệu về quy hoạch, kinh tế - xã hội và môi trường

Thu thập các tài liệu phù hợp với yêu cầu thiết kế cống, có thể bao gồm các tài liệu sau:

1) Quy hoạch phòng chống thiên tai và thủy lợi, quy hoạch đê điều, quy hoạch phòng chống lũ của tuyến sông có đê, quy hoạch thủy lợi; quy hoạch tỉnh và các quy hoạch có liên quan khác;

2) Tài liệu về dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường khu vực dự kiến xây dựng cống.

7  Thiết kế cống qua đê

...

...

...

Việc lựa chọn vị trí cống qua đê trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án bố trí và căn cứ theo các nguyên tắc sau:

1) Xem xét một cách tổng hợp các yếu tố địa hình, địa chất, dòng chảy, bùn cát, thi công, quản lý vận hành, lợi dụng tổng hợp;

2) Ưu tiên đặt cống tại vị trí có điều kiện địa hình, địa chất ổn định, thuận lợi cho việc thi công xây dựng, quản lý, vận hành, phòng chống lũ, bão;

3) Tuyến cống phải phù hợp với yêu cầu đảm bảo an toàn chống lũ, bão của đê;

4) Phù hợp với mặt bằng khu vực xây dựng, kết nối thuận lợi với các công trình liên quan (như trạm bơm, kênh dẫn,...); hạn chế giải phóng mặt bằng và ảnh hưởng đến công trình lân cận;

5) Tuyến cống nên bố trí thẳng và vuông góc với tuyến đê.

6) Phù hợp với các quy hoạch liên quan trong khu vực xây dựng.

7.2  Lựa chọn hình thức, kết cấu cống

7.2.1  Lựa chọn hình thức

...

...

...

7.2.2  Lựa chọn kết cấu, vật liệu cống

Ưu tiên lựa chọn kết cấu bê tông cốt thép đổ tại chỗ, không sử dụng kết cấu lắp ghép. Đối với cống qua đê sông nên chọn cấp độ bền từ B20 trở lên (mác bê tông M ≥ 250). Đối với cống chịu ảnh hưởng của môi trường nước biển, việc chọn mác bê tông và bố trí cốt thép theo TCVN 9139.

7.3  Bố trí chung cống qua đê

7.3.1  Bố trí thân cống

7.3.1.1  Cao trình đáy cống

Cao trình đáy cống được chọn trên cơ sở xem xét tổng hợp nhiệm vụ của cống, điều kiện dòng chảy, bùn cát, địa chất, thi công và tính toán thủy lực xác định quy mô cống. Cao trình đáy cống tại vị trí cửa vào thường lấy bằng cao trình đáy kênh dẫn thượng lưu; trong đó đối với cống cấp nước phải đặt thấp hơn mực nước thấp nhất thiết kế phía sông/biển.

7.3.1.2  Chiều rộng thân cống

1) Tổng chiều rộng thông thủy của cống được xác định thông qua tính toán thủy lực đảm bảo yêu cầu thiết kế.

2) Tùy theo quy mô công trình, cống có thể gồm một hoặc nhiều đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có thể gồm một hoặc nhiều khoang cống. Chiều rộng mỗi khoang cống phải căn cứ vào yêu cầu sử dụng loại cửa van, điều kiện giao thông thủy (nếu có), thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành, kiểm tra, duy tu, sửa chữa cống.

...

...

...

Chiều cao thông thủy của cống được xác định thông qua tính toán thủy lực đảm bảo yêu cầu thiết kế, điều kiện giao thông thủy (nếu có), thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành, kiểm tra, duy tu, sửa chữa cống.

7.3.1.4  Chiều dài thân cống

1) Chiều dài thân cống được bố trí phù hợp với mặt cắt đê, có xét đến việc mở rộng, nâng cấp đê theo quy hoạch.

2) Đối với cống của trạm bơm, nên bố trí chiều dài thân cống để bể hút, bể xả của trạm bơm nằm ngoài hành lang bảo vệ đê, tối thiểu phải nằm ngoài phạm vi mái đê.

3) Đối với cống hở có thể bố trí trụ cống liền khối với tường cống, chiều dài cống phải đảm bảo đủ bố trí các bộ phận phía trên (như cầu giao thông, giàn van, cầu công tác, ...) và đảm bảo an toàn giao thông trên tuyến đê.

4) Tùy theo quy mô công trình có thể chia thành các phân đoạn cống. Chiều dài mỗi phân đoạn cống phải đảm bảo yêu cầu chống thấm và ổn định công trình, hạn chế bố trí nhiều phân đoạn cống trong thân đê, không bố trí khớp nối gần cửa vào phía sông.

7.3.1.5  Bản đáy cống

1) Bản đáy cống thường có dạng phẳng, liền khối với tường và trụ cống;

2) Hai đầu bản đáy cống phải bố trí chân khay để tăng khả năng chống thấm, chống trượt;

...

...

...

Chiều dày bản đáy được xác định theo kết quả tính ổn định và kết cấu cống. Sơ bộ với cống ngầm chiều dày bản đáy t = (0,25 ÷ 0,3)b_kh, với cống hở t = (0,15 ÷ 0,25)b_kh trong đó b_kh là chiều rộng khoang cống.

7.3.1.6  Trụ cống

1) Bố trí chung

Trụ cống bao gồm trụ biên và trụ pin được bố trí nối tiếp với tường bên và tường giữa thân cống ở phần cửa vào và cửa ra, liền khối với bản đáy cống để bố trí khe van, khe phai và đỡ các kết cấu bên trên (như giàn van, cầu công tác, ...). Cao trình đỉnh trụ phía sông/biển nên bố trí cao hơn mực nước thiết kế đê để thuận lợi cho việc xử lý sự cố trong mùa lũ.

2) Yêu cầu về hình dạng, chiều dày trụ pin

- Đầu trụ pin của cống thường có hình dạng lượn cong, thuận dòng.

- Chiều dày trụ phải đảm bảo bố trí khe van, khe phai, trong đó chiều dày nhỏ nhất tại khe van, khe phai phải đảm bảo độ bền kết cấu của trụ.

3) Khe van, khe phai và bộ phận phòng lũ

- Khe van: Bố trí khe van theo TCVN 8299. Trong đó lưu ý mặt khe phải bố trí bằng thép.

...

...

...

- Bộ phận phòng lũ: Dạng hình hộp chữ nhật (hoặc chữ C nếu khoảng cách giữa khe van và khe phai nhỏ); chiều cao bố trí từ trần cống đến đỉnh trụ.

7.3.1.7  Tường ngực, tường đầu

1) Tường ngực

- Tường ngực đổ liền khối với các trụ cống, cấu tạo tường ngực gồm bản chắn nước và các dầm ngang (dầm trên, dầm dưới, khi tường có chiều cao lớn thì có thể bố trí thêm các dầm trung gian).

- Cao trình đáy tường ngực phải chọn cao hơn cao trình mực nước thượng lưu khi tính khẩu diện cống (theo sơ đồ chảy không áp) một khoảng δ = (0,5 ÷ 0,7) m; Cao trình đỉnh tường ngực lấy bằng cao trình đỉnh trụ.

2) Tường đầu

Tường đầu đổ liền khối với trần cống; Cao trình đỉnh tường đầu bằng cao trình đỉnh trụ cống.

7.3.1.8  Giàn van

1) Bố trí chung và kết cấu giàn van

...

...

...

- Cầu công tác nối với giàn van ở phía sông/biển được bố trí đi từ mặt đê để đảm bảo công tác vận hành khi có lũ; xung quanh cầu công tác, giàn van được bố trí lan can bảo vệ.

- Mặt tiền giàn van/nhà van phải có biển tên cống, gắn với lý trình Km đê.

2) Cao trình sàn công tác giàn van

Cao trình sàn công tác không thấp hơn cao trình đỉnh đê thiết kế; đồng thời phải được tính toán, xác định phù hợp, đảm bảo không gian để vận hành đóng, mở cửa van.

7.3.1.9  Cửa van và thiết bị đóng mở

1) Bố trí cửa van

Đối với cống qua đê phải bố trí cửa van ở phía sông/biển; riêng đối với cống thoát nước thì có thể bố trí thêm cửa van điều tiết ở phía đồng. Trong một số trường hợp có thể bố trí bổ sung cửa van sự cố.

2) Lựa chọn hình thức cửa van

a) Đối với cống ngầm qua đê, lựa chọn loại van phẳng bằng thép, đóng mở bằng trục vít, tời hay xi lanh thủy lực.

...

...

...

Căn cứ vào chế độ điều tiết, điều kiện làm việc của cửa van, bố trí chung kết cấu thân cống, yêu cầu chịu lực của cửa van và các trụ, khả năng bố trí thiết bị đóng mở để lựa chọn. Lưu ý một số điểm sau:

- Cửa van phẳng thường được sử dụng trong các trường hợp: Khoang cống có chiều rộng B_c ≤ 6 m hoặc dùng cho cửa thông thuyền.

- Cửa van cung thường được sử dụng khi chiều rộng khoang cống B_c > 6 m;

c) Đối với cống có nhu cầu điều tiết dòng chảy thường xuyên (như cống ở vùng triều) hoặc cống ở khu vực có cường suất lũ lớn, có thể xem xét bố trí thêm cửa van tự động để thuận lợi cho việc điều tiết.

3) Lựa chọn kết cấu cửa van và thiết bị đóng mở

- Ưu tiên sử dụng cửa van bằng thép; đối với cống vùng cửa sông, ven biển, nên dùng thép không gỉ hoặc lựa chọn vật liệu phù hợp đảm bảo an toàn chống lũ, bão và chống ăn mòn trong môi trường nước biển.

- Thiết bị kín nước của cửa van phẳng sử dụng loại cao su củ tỏi, đảm bảo kín nước dưới tác động của áp lực nước vào cửa van, được bố trí ở hai bên và cạnh trên, riêng ở đáy có thể sử dụng loại cao su củ tỏi hoặc cao su tấm.

- Thiết kế cửa van theo TCVN 8299, trong đó đối với cửa van phẳng, cần lưu ý bố trí bộ phận tựa và bánh xe cữ để đảm bảo khả năng vận hành đóng mở.

- Thiết bị đóng mở cửa van theo TCVN 8300, TCVN 8301, TCVN 8640. Căn cứ vào điều kiện thực tế, ưu tiên bố trí đóng mở bằng điện kết hợp thủ công (dự phòng trường hợp mất điện).

...

...

...

1) Lựa chọn kết cấu phai

Phai thường được làm từ các vật liệu như thép, bê tông, gỗ,...; ưu tiên lựa chọn phai thép để đảm bảo độ bền và an toàn trong đóng mở.

2) Hệ thống thả phai

Căn cứ vào loại, kích thước, trọng lượng phai, điều kiện cung cấp thiết bị và quy mô, kích thước cống để lựa chọn hệ thống thả phai phù hợp; thường được bố trí bằng hệ khung cột bê tông cốt thép treo pa lăng xích hoặc hệ thống dầm cầu trục, cổng trục đối với cống lớn.

3) Nơi để phai

Căn cứ vào điều kiện cụ thể và bố trí tổng thể công trình để lựa chọn nơi để phai phù hợp, thuận tiện cho công tác quản lý, vận hành.

7.3.1.11  Khớp nối

1) Khớp nối đứng

Được bố trí theo phương đứng tại các vị trí tường bên nối tiếp giữa các phân đoạn cống; giữa trụ biên và tường cánh, tường bên bể tiêu năng; giữa các đơn nguyên cống tiếp giáp với nhau ở hai đầu thân cống.

...

...

...

Được bố trí theo phương ngang tại các vị trí bản đáy, trần cống nối tiếp giữa các phân đoạn cống; giữa bản đáy cống với bản đáy cửa vào, cửa ra (bể tiêu năng); giữa các đơn nguyên cống tiếp giáp với nhau tại bản đáy và trần cống ở hai đầu thân cống.

Liên kết giữa khớp nối đứng và khớp nối nằm phải đảm bảo kín nước.

3) Thiết kế khớp nối cống

- Thiết kế khớp nối thực hiện theo TCVN 9159.

- Với cống qua đê sông sử dụng khớp nối đồng (chi tiết tham khảo Phụ lục G); trong trường hợp chịu ảnh hưởng của môi trường nước biển, có thể xem xét sử dụng khớp nối phù hợp, có khả năng chống ăn mòn cao như khớp nối nhựa tổng hợp (PVC).

7.3.2  Mặt cắt đê trong phạm vi cống

7.3.2.1  Mặt cắt đê

Bố trí mặt cắt đê trong phạm vi cống phải phù hợp với mặt cắt đê thiết kế, có xét đến việc mở rộng, nâng cấp đê theo quy hoạch (bao gồm hệ số mái đê phía sông/biển, phía đồng, cao trình mặt đê, chiều rộng mặt đê, vật liệu đắp đê). Riêng chiều rộng mặt đê có thể bố trí mở rộng hơn để thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành, kiểm tra, sửa chữa cống.

7.3.2.2  Gia cố mái đê, mặt đê

...

...

...

2) Lựa chọn kết cấu gia cố mặt đê trong phạm vi cống bằng bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa, phía dưới có gia cố cấp phối đá dăm, đồng bộ với kết cấu mặt đê của đoạn đê tiếp giáp cống.

3) Phạm vi gia cố mái đê, mặt đê trong khu vực cống phải vượt qua phạm vi đắp hoàn trả mặt cắt đê và nối tiếp phù hợp với mái đê và mặt đê hai bên cống hiện có.

7.3.2.3  Bố trí bậc lên xuống theo mái đê từ đỉnh đê đến chân đê phía sông, phía đồng, thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành, kiểm tra, sửa chữa cống.

7.3.3  Chống thấm nền cống, thân cống

7.3.3.1  Chống thấm nền cống

1) Cừ chống thấm

Để đảm bảo an toàn chống lũ lâu dài, bố trí cừ chống thấm phía dưới bản đáy cống ở phía sông/biển. Trong một số trường hợp có thể bố trí thêm hàng cừ ở dưới bản đáy cống phía đồng hoặc được bổ sung ở dưới bản đáy các bộ phận khác (như sân trước, sân sau, bể tiêu năng) thông qua việc tính toán thấm. Việc thiết kế cừ chống thấm được xác định như sau:

a) Hàng cừ chống thấm được bố trí dọc theo chân khay bản đáy cống và kéo dài sang hai bên mang cống (phạm vi đóng cừ thép nên bố trí vượt qua phạm vi hố móng cống);

b) Chiều sâu đóng cừ: được xác định cụ thể thông qua tính toán ổn định thấm; căn cứ vào điều kiện địa chất có thể sơ bộ xác định chiều dài cừ vượt qua lớp địa chất có tính thấm lớn, chiều dài cừ tối thiểu không nhỏ hơn 6m (trừ trường hợp là nền đá);

...

...

...

2) Khoan phụt gia cố nền cống: đối với cống trên nền địa chất có tính thấm lớn cần bố trí khoan phụt gia cố chống thấm nền, ưu tiên lựa chọn phương pháp khoan phụt 2 nút bằng vữa xi măng - bentonite.

7.3.3.2  Chống thấm thân cống

1) Để đảm bảo an toàn chống lũ lâu dài, đắp đất sét luyện chống thấm hai bên mang cống và trên trần cống (đối với cống ngầm). Chiều dày lớp đất sét luyện thường chọn tối thiểu là 1m; thi công đắp đất sét luyện bằng biện pháp thủ công, đất sét phải được nhào luyện kỹ trước khi đắp. Lựa chọn loại đất sét nặng theo TCVN 8217, không lẫn sạn sỏi và các tạp chất khác; tuyệt đối không được dùng đất có tính chất trương nở, co ngót, lún ướt, tan rã, nhiễm mặn.

2) Trong trường hợp cần thiết, có thể bố trí thêm tường răng hai bên thành cống và trên trần cống để kéo dài đường viền thấm; số lượng và chiều dài tường răng được xác định thông qua tính toán thấm.

7.3.4  Nối tiếp cống phía sông/biển, phía đồng

7.3.4.1  Nối tiếp cống phía sông/biển

1) Bố trí chung

Nối tiếp cống phía sông/biển (bao gồm tường cánh và sân trước cửa vào hoặc bể tiêu năng nếu là cống kết hợp cấp, thoát nước) là bộ phận chuyển tiếp giữa trụ cống với kênh dẫn phía sông/biển, tường cánh và sân trước hoặc bể tiêu năng phía sông/biển có thể thiết kế liền khối hoặc tách rời. Cao trình đáy sân trước thường bố trí bằng cao trình đáy cống hoặc thấp hơn cao trình đáy cống nếu là bể tiêu năng (cống kết hợp cấp, thoát nước). Cao trình đỉnh tường cánh tùy trường hợp cụ thể bố trí cho phù hợp, có thể bố trí bằng cao trình đỉnh bờ kênh dẫn phía sông/biển hoặc chuyển tiếp từ cao trình đỉnh trụ cống xuống cao trình bờ kênh dẫn phía sông/biển. Sau bể tiêu năng (cống kết hợp cấp, thoát nước) bố trí sân sau có mặt cắt ngang (thông thường là hình thang) chuyển tiếp phù hợp với mặt cắt ngang kênh dẫn phía sông/biển. Chiều rộng đáy kênh dẫn phía sông/biển nên bố trí lớn hơn chiều rộng thân cống.

2) Yêu cầu về hình dạng, kết cấu

...

...

...

b) Tường cánh và sân trước cửa vào hoặc bể tiêu năng phía sông/biển thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép, mái sân sau bể tiêu năng thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép hoặc bê tông đúc sẵn. Thiết kế tường cánh theo tiêu chuẩn TCVN 9152. Chiều dài bể tiêu năng và sân sau bể tiêu năng phía sông/biển được xác định thông qua tính toán thủy lực.

7.3.4.2  Nối tiếp cống phía đồng

1) Bố trí chung

Nối tiếp cống phía đồng (bao gồm tường cánh và bể tiêu năng) là bộ phận chuyển tiếp giữa trụ cống với kênh dẫn phía đồng, tường cánh và bể tiêu năng phía đồng có thể thiết kế liền khối hoặc tách rời. Cao trình đáy bể tiêu năng được xác định thông qua tính toán thủy lực và bố trí thấp hơn cao trình đáy cống. Cao trình đỉnh tường cánh tùy trường hợp cụ thể bố trí cho phù hợp, có thể bố trí bằng cao trình đỉnh bờ kênh dẫn phía đồng hoặc chuyển tiếp từ cao trình đỉnh trụ cống xuống cao trình bờ kênh dẫn phía đồng. Sau bể tiêu năng bố trí sân sau có mặt cắt ngang (thông thường là hình thang) chuyển tiếp phù hợp với mặt cắt ngang kênh dẫn phía đồng. Chiều rộng đáy kênh dẫn phía đồng nên bố trí lớn hơn chiều rộng thân cống.

2) Yêu cầu về hình dạng, kết cấu

a) Bố trí nối tiếp cống phía đồng thuận dòng, tránh phát sinh dòng quẩn, trên mặt bằng nên bố trí góc mở rộng tường cánh về mỗi bên không quá 12°.

b) Tường cánh, bể tiêu năng và sân sau bể tiêu năng phía đồng thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép, mái sân sau bể tiêu năng thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép hoặc bê tông đúc sẵn. Thiết kế tường cánh theo tiêu chuẩn TCVN 9152. Chiều dài bể tiêu năng và sân sau bể tiêu năng phía đồng được xác định thông qua tính toán thủy lực.

3) Hố phòng xói (khi địa chất nền yếu): Tùy theo quy mô công trình, đặc điểm thủy lực của cống và địa chất nền kênh dẫn để xem xét bố trí hố phòng xói ở ngay sau sân sau bể tiêu năng. Chiều sâu và chiều dài hố phòng xói được xác định theo công thức D.12, D.13 - Phụ lục D. Mái hạ lưu đáy hố phòng xói phải chọn với độ thoải lớn (thường m=2 đến 5); mái hai bên hố phòng xói bố trí chuyển tiếp thuận dòng với mái kênh. Bề mặt đáy và mái hai bên hố phòng xói phải được bảo vệ bằng kết cấu mảng mềm (thảm đá, rọ đá, ...). Kết thúc phần gia cố mái, đáy hố xói có thể bố trí thêm cừ chống xói. Thông qua tính toán để xác định kích thước các bộ phận.

7.3.5  Nhà quản lý vận hành kết hợp kho chứa vật tư, thiết bị phòng chống lụt bão

...

...

...

7.4  Tính toán thủy lực cống

7.4.1  Nhiệm vụ tính toán thủy lực cống

1) Xác định các mực nước thiết kế thượng, hạ lưu cống (phía sông/biển, phía đồng).

2) Tính toán tổng chiều rộng thông thủy của cống và cao độ đáy cống trong bài toán xác định quy mô cống;

3) Kiểm tra chế độ nối tiếp, trạng thái chảy và tính toán tiêu năng sau cống;

4) Tính toán thủy lực phục vụ công tác vận hành;

a) Xây dựng quan hệ lưu lượng - độ mở cống (ở cống cấp nước);

b) Xây dựng quan hệ mực nước hạ lưu với lưu lượng qua cống;

c) Tính toán lưu lượng qua cống khi biết mực nước thượng lưu, hạ lưu và kích thước cống.

...

...

...

Mực nước thiết kế thượng, hạ lưu cống được xác định theo tần suất thiết kế phụ thuộc vào cấp công trình. Thông qua tính toán thủy văn, thủy lực phải xác định đường quá trình mực nước thiết kế ở thượng lưu, hạ lưu cống hoặc mô hình triều thiết kế cho cống vùng ảnh hưởng triều. Từ đó chọn được các cặp mực nước bất lợi ứng với từng nội dung tính toán thủy lực cống.

Chi tiết xem ở Phụ lục B.

7.4.3  Xác định lưu lượng đơn vị chảy qua cống

7.4.3.1  Nguyên tắc chung

Lưu lượng đơn vị quyết định quy mô, kích thước cống. Khi thiết kế phải căn cứ vào điều kiện địa chất, thủy văn, thủy lực, quy mô công trình và điều kiện làm việc thực tế để phân tích lựa chọn trị số lưu lượng đơn vị thiết kế qua cống hợp lý.

7.4.3.2  Lựa chọn lưu lượng đơn vị

Tính toán sơ bộ vận tốc dòng chảy qua cống đảm bảo không gây xói lở hạ lưu để lựa chọn lưu lượng đơn vị phù hợp, lưu ý lựa chọn lưu lượng đơn vị thiên nhỏ trong các trường hợp sau:

1) Khi cống làm việc, có trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn, năng lượng dòng chảy qua cống lớn;

2) Khi cống làm việc, có trường hợp độ sâu nước trong kênh hạ lưu nhỏ;

...

...

...

4) Khi cống có quy mô lớn, nước tháo ra hạ lưu được khuếch tán không đều.

7.4.4  Các trường hợp tính toán thủy lực cống

7.4.4.1  Cống ngầm chảy không áp

1) Cổng ngầm cắp nước không áp

a) Tính toán khẩu diện cống

- Từ các quan hệ mực nước thượng, hạ lưu và lưu lượng cấp nước theo thời gian, chọn các thời điểm có chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nhỏ và lưu lượng cấp nước tương ứng để tính toán (thời điểm A, B, C trên Hình B.2, Phụ lục B). Tính toán với các thời điểm, chọn bề rộng cống Bc theo trị số lớn nhất.

- Sơ đồ tính toán: cửa van mở hoàn toàn, cống chảy không áp (Hình C.1, Phụ lục C).

b) Tính toán tiêu năng sau cống

- Dựa vào các đường quan hệ mực nước thượng lưu, hạ lưu và lưu lượng lấy nước với thời gian để chọn các thời điểm tính toán điển hình: 1) khi cống lấy lưu lượng lớn nhất trong điều kiện mực nước trước cống cao; 2) khi mực nước thượng lưu cao nhất trong phạm vi cho phép mở cửa cống lấy nước với lưu lượng tương ứng; 3) khi mực nước hạ lưu ở vị trí thấp nhất và các trị số mực nước thượng lưu, lưu lượng lấy nước tương ứng (các thời điểm D, E, F trên Hình B.2, Phụ lục B).

...

...

...

- Sơ đồ tính toán: cửa van mở một phần, cống chảy không áp (các Hình C.2, C.3, Phụ lục C).

2) Cống ngầm tháo nước không áp

a) Tính toán khẩu diện cống

- Trị số lưu lượng tháo thiết kế và mực nước thượng, hạ lưu tương ứng được quy định trong nhiệm vụ của công trình (xác định từ bài toán thủy lực mạng của khu vực cần tiêu).

- Sơ đồ tính toán: cửa van mở hoàn toàn, mực nước thấp hơn trần cống, cống chảy không áp.

b) Tính toán tiêu năng sau cống

- Tính toán tiêu năng ứng với mực nước thượng lưu cao nhất trong phạm vi làm việc của cống và mực nước hạ lưu thấp nhất.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn, mực nước thấp hơn trần cống, cống chảy không áp.

7.4.4.2  Cống ngầm chảy có áp

...

...

...

a) Tính toán khẩu diện cống

- Tính với các trường hợp có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ và lưu lượng cấp nước tương ứng (các thời điểm A, B, C trên Hình B.2, Phụ lục B); mực nước thượng lưu thấp, nhưng vẫn cao hơn trần cống và đảm bảo điều kiện chảy có áp trong cống. Tính toán với các thời điểm, chọn bề rộng cống Bc theo trị số lớn nhất.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn, cống chảy có áp.

b) Tính toán tiêu năng sau cống

- Tính toán tiêu năng ứng với mực nước thượng lưu cao nhất và mực nước hạ lưu thấp nhất.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn, cống chảy có áp.

2) Cống ngầm tháo nước có áp

a) Tính toán khẩu diện cống

- Lưu lượng tháo và các mực nước thượng, hạ lưu tương ứng được quy định theo nhiệm vụ của cống.

...

...

...

b) Tính toán tiêu năng sau cống: Thực hiện theo 7.4.4.1.b

7.4.4.3  Cống hở

1) Cống hở cấp nước

a) Tính toán khẩu diện cống

- Từ các quan hệ mực nước thượng, hạ lưu và lưu lượng cấp nước theo thời gian, chọn các thời điểm có chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu nhỏ và lưu lượng cấp nước tương ứng (thời điểm A, B, C trên Hình B.2, Phụ lục B) để tính toán. Tính toán với các thời điểm, chọn bề rộng cống Bc theo trị số lớn nhất.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn.

b) Tính toán tiêu năng sau cống

- Dựa vào các đường quan hệ mực nước thượng lưu, hạ lưu và lưu lượng lấy nước với thời gian để chọn các thời điểm tính toán điển hình: 1) khi cống lấy lưu lượng lớn nhất trong điều kiện mực nước trước cống cao; 2) khi mực nước thượng lưu cao nhất trong phạm vi cho phép mở cửa cống lấy nước với lưu lượng tương ứng; 3) khi mực nước hạ lưu ở vị trí thấp nhất và các trị số mực nước thượng lưu, lưu lượng lấy nước tương ứng (các thời điểm D, E, F trên Hình B.2, Phụ lục B); 4) khi cống gặp sự cố cửa van phía sông. Tính toán với các thời điểm, chọn tổ hợp tính toán bất lợi nhất với trị số (h”_c - h_hl) lớn nhất để tính toán tiêu năng.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở một phần.

...

...

...

a) Tính toán khẩu diện cống

- Trị số lưu lượng tháo thiết kế và mực nước thượng, hạ lưu tương ứng được quy định trong nhiệm vụ của công trình (xác định từ bài toán mạng thủy lực của khu vực cần tiêu).

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn.

b) Tính toán tiêu năng sau cống

- Tính toán tiêu năng ứng với mực nước thượng lưu cao nhất và mực nước hạ lưu thấp nhất.

- Sơ đồ tính toán: Cửa van mở hoàn toàn;

7.4.5  Phương pháp và trình tự tính toán thủy lực cống

Thực hiện theo Phụ lục C và Phụ lục D.

7.5  Tính toán thấm

...

...

...

1) Tính toán áp lực thấm lên các bộ phận công trình (bản đáy, sân trước, sân sau, tường cánh,...).

2) Tính toán kiểm tra ổn định thấm theo các tiêu chí độ bền thấm cục bộ tại cửa ra của dòng thấm dưới đáy và hai bên mang cống.

3) Thiết kế giải pháp chống thấm.

7.5.2  Phương pháp tính thấm

Các phương pháp tính thấm thường dùng: tỷ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng; vẽ lưới thấm; phần tử hữu hạn. Tùy theo quy mô cống, giai đoạn thiết kế và tính phức tạp của công trình để chọn phương pháp tính toán phù hợp.

7.5.3  Độ bền thấm của cống

Trị số gradient thấm tại điểm ra của nền cống không được lớn hơn các trị số cho phép tại Bảng 3.

Bảng 3 - Trị số gradient thấm cho phép tại điểm ra của đất nền

Cấp công trình cống

...

...

...

Sỏi

Á sét

Cát hạt trung

Cát hạt nhỏ

Cấp đặc biệt, cấp I

0,70

0,35

0,32

0,22

...

...

...

Cấp II, cấp III

0,90

0,45

0,40

0,28

0,22

Cấp IV

1,10

0,54

...

...

...

0,35

0,26

7.5.4  Trường hợp tính toán thấm

1) Với cống làm việc một chiều, phải tính toán thấm với các trường hợp có chênh lệch cột nước lớn (thường là khi cống đóng).

2) Với cống làm việc hai chiều, phải tính toán thấm cho cả hai chiều (từ thượng lưu về hạ lưu cống và ngược lại); với mỗi chiều phải tính thấm với các trường hợp có chênh lệch cột nước lớn tương ứng.

3) Với các công trình có nền địa chất phức tạp, có tính thấm lớn, phải tính toán thấm trong quá trình thi công, đánh giá điều kiện hạ mực nước ngầm cũng như các giải pháp thoát nước thi công tạm thời phù hợp.

7.5.5  Nội dung tính toán thấm

7.5.5.1  Tính toán thấm dưới đáy cống thực hiện theo TCVN 9143.

7.5.5.2  Tính toán thấm hai bên mang cống

...

...

...

a) Xác định gradient thấm và kiểm tra độ bền thấm của đất đắp mang cống;

b) Xác định áp lực thấm lên tường cánh.

2) Sơ đồ và phương pháp tính toán

Bài toán thấm bên mang cống là bài toán thấm không áp, theo sơ đồ không gian. Khi tính toán có thể áp dụng các sơ đồ và phương pháp tính toán sau:

a) Sơ đồ không gian, giải theo phương pháp phần tử hữu hạn;

b) Sơ đồ thấm phẳng tương đương.

7.5.6  Kiểm tra ổn định thấm

7.5.6.1  Kiểm tra thấm tại cửa ra nền cống, an toàn về đẩy trồi đất ở hạ lưu và tính toán về áp lực thấm đẩy ngược thực hiện theo Phụ lục E.

7.5.6.2  Kiểm tra ổn định thấm mang cống thực hiện theo TCVN 9143.

...

...

...

7.6.1  Yêu cầu chung

Tính toán ổn định cống trên nền đất phải lựa chọn các bộ phận, mặt cắt đại diện cho cống với điều kiện làm việc bất lợi của cống. Căn cứ vào nhiệm vụ của cống, nhiệm vụ phòng chống lũ, cấp công trình, điều kiện địa hình, địa chất, kết cấu các bộ phận của cống, vị trí công trình để lựa chọn các bộ phận, mặt cắt tính toán phù hợp.

7.6.2  Hệ số an toàn ổn định của cống

7.6.2.1  Phương pháp tính toán hệ số an toàn thực hiện theo TCVN 4253.

7.6.2.2  Áp lực đáy móng trung bình của thân cống không được lớn hơn sức chịu tải cho phép của nền đất. Đồng thời, tỷ số giữa trị số lớn nhất và nhỏ nhất của áp lực đáy móng không vượt quá trị số cho phép tại Bảng 4.

Bảng 4 - Giá trị của ƞ (giá trị cho phép của tỷ lệ p_max/lp_minl)

Trạng thái đất nền

Tổ hợp tải trọng

Cơ bản

...

...

...

Tơi mềm

1,5

2,0

Cứng trung bình, chặt vừa

2,0

2,5

Cứng, chặt

2,5

3,0

...

...

...

Bảng 5 - Hệ số an toàn cho phép về ổn định của cống trên nền đất (K_cp)

Cấp công trình cống

Đặc biệt

I

II

III

IV

Tổ hợp tải trọng cơ bản

1,40

...

...

...

1,30

1,25

1,20

Tổ hợp tải trọng đặc biệt

1,25

1,20

1,15

1,10

1,05

...

...

...

1,33

1,28

1,23

1,18

1,13

7.6.3  Các trường hợp tính toán và tổ hợp tải trọng

7.6.3.1  Nguyên tắc chung

Phải căn cứ vào đặc điểm kết cấu và điều kiện chịu lực cụ thể tại công trình, lựa chọn các trường hợp tính toán để xác định các trạng thái làm việc bất lợi nhất của kết cấu, tối thiểu phải bao gồm các trường hợp TH1, TH2, TH6.

7.6.3.2  Các trường hợp tính toán cơ bản (giai đoạn vận hành cống)

...

...

...

a) Trọng lượng bản thân cống và các thiết bị đặt trên cống;

b) Áp lực nước từ phía thượng lưu, hạ lưu cống;

c) Áp lực thấm đẩy nổi dưới đáy cống;

d) Áp lực đất từ phía thượng lưu, hạ lưu cống;

e) Tải trọng động do gió, giao thông trên cống;

f) Áp lực sóng từ phía sông/biển.

2) Trường hợp 2 (TH2): phía đồng có mực nước cao nhất thiết kế, cống đóng, mực nước phía sông/biển thấp nhất, bộ phận chống thấm và thoát nước thấm làm việc bình thường. Tổ hợp tải trọng gồm: Các tải trọng như điểm a, b, c, d, e ở TH1.

7.6.3.3  Các trường hợp tính toán đặc biệt (giai đoạn vận hành cống)

1) Trường hợp 3 (TH3): phía sông/biển có mực nước cao nhất thiết kế, cống đóng, mực nước phía đồng ở thấp nhất hoặc không có, bộ phận chống thấm bị hỏng, bộ phận thoát nước thấm làm việc bình thường. Tổ hợp tải trọng như ở TH1 (áp lực thấm được tính với trường hợp bộ phận chống thấm hỏng).

...

...

...

3) Trường hợp 5 (TH5): phía sông/biển có mực nước cao nhất thiết kế, cống đóng, mực nước phía đồng thấp nhất hoặc không có, bộ phận chống thấm và thoát nước thấm làm việc bình thường, có động đất. Tổ hợp tải trọng gồm:

- Các tải trọng như điểm a, b. c, d, e, f ở TH1;

- Tải trọng do động đất: cấp động đất được xác định theo vùng, tra theo TCVN 9386.

7.6.3.4  Các trường hợp tính toán khi thi công, sửa chữa cống

1) Trường hợp 6 (TH6): cống mới thi công xong, thượng lưu, hạ lưu cống chưa có nước (chưa phá dỡ đê quai), mực nước thượng lưu, hạ lưu ở vị trí cao nhất thời kỳ thi công. Tổ hợp tải trọng gồm: Các tải trọng như điểm a, c, d ở TH1.

2) Trường hợp 7 (TH7): Khi sửa chữa, cống được đóng phai từ hai đầu, trong lòng cống không có nước, mực nước thượng lưu, hạ lưu ở vị trí cao nhất trong thời kỳ sửa chữa, bộ phận chống thấm và thoát nước thấm làm việc bình thường. Tổ hợp tải trọng gồm: Các tải trọng như điểm a, b, c, d, f ở TH1.

7.6.4  Tính toán áp lực đáy móng cống

Thực hiện theo TCVN 4253.

7.6.5  Tính toán ổn định chống trượt

...

...

...

7.6.5.2  Điều kiện an toàn về trượt

Trị số của hệ số an toàn về trượt trong các trường hợp tính toán khác nhau phải thỏa mãn điều kiện:

K_t ≥ K_cp

(1)

trong đó

K_cp hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng, xác định theo Bảng 5.

7.6.6  Tính toán biến dạng nền

7.6.6.1  Tính toán biến dạng và chuyển vị các bộ phận của cống (thân cống, tường cánh,...) thực hiện theo phương pháp trong TCVN 4253 hoặc theo phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng trong các phần mềm tính toán chuyên dụng hiện hành.

7.6.6.2  Độ lún cho phép

...

...

...

S_max ≤ S_cp

(2)

trong đó:

S_cp trị số độ lún cho phép (cm), S_cp = 5 cm.

2) Độ chênh lệch độ lún giữa hai điểm bất kỳ trên cùng một đơn nguyên hoặc giữa hai đơn nguyên liền kề không được vượt quá 0,002 (hoặc 1/500) khoảng cách giữa hai điểm đó.

7.6.6.3  Chuyển vị ngang cho phép

1) Trị số chuyển vị ngang (u_x) tại các vị trí khác nhau của cống được sử dụng trong việc xác định chênh lệch chuyển vị tại mép biên của các đoạn, đơn nguyên kề nhau.

2) Tính toán chênh lệch chuyển vị của các đơn nguyên kề nhau

Chênh lệch chuyển vị Δu tại các điểm trên khớp nối giữa các đơn nguyên xác định theo công thức:

...

...

...

(3)

trong đó:

ΔS chênh lệch lún tại một vị trí trên khớp nối (mm);

Δu_x chênh lệch chuyển vị ngang (theo phương dòng chảy) tại vị trí tương ứng (mm).

Đối với cống ngầm, coi Δux = 0, khi đó Δu = ΔS.

3) Kiểm tra chênh lệch chuyển vị của các đơn nguyên kề nhau

Chênh lệch chuyển vị của các đơn nguyên kề nhau phải thỏa mãn điều kiện:

(4)

...

...

...

ΔU_max trị số chênh lệch chuyển vị lớn nhất tại khớp nối giữa hai đơn nguyên kề nhau (mm);

ΔU_cp trị số cho phép của chênh lệch chuyển vị tại khớp nối (mm), xác định theo cấu tạo và kích thước khớp nối, cho trên Bảng 6.

Bảng 6 - Trị số chênh lệch chuyển vị cho phép tại khớp nối ΔU_cp, mm

Vật liệu khớp nối

Bố trí khớp nối

Bố trí phẳng

Loại có bù chuyển dịch

1  Đồng thau trạng thái cứng

-

...

...

...

2 nCao su tổng hợp

6

50

3  Nhựa tổng hợp (PVC)

5

40

7.7  Xử lý nền cống

7.7.1  Yêu cầu chung

Khi tính toán ổn định nền cống không đảm bảo sức chịu tải, phải thiết kế, tính toán móng cọc (bao gồm tính toán móng cọc cho thân cống, tường cánh, bể tiêu năng ). Đối với thân cống, lựa chọn đơn nguyên có điều kiện chịu tải bất lợi nhất để tính toán móng cọc xác định kích thước, chiều dài, mật độ cọc và áp dụng chung cho toàn bộ các đơn nguyên khác của thân cống.

...

...

...

Thực hiện theo TCVN 10304.

7.8  Tính toán kết cấu cống

7.8.1  Yêu cầu chung

Khi thiết kế xây dựng triển khai sau thiết kế cơ sở phải tiến hành tính toán kết cấu cống để xác định cụ thể chiều dày bê tông, bố trí cốt thép các bộ phận bê tông cốt thép, tính toán nứt trong kết cấu bê tông cốt thép cống.

7.8.2  Các nội dung tính toán

1) Tính toán, phân tích ứng suất - biến dạng cho các bộ phận của cống (thân cống, tường cánh, bể tiêu năng,...) hoặc từng bộ phận của nó (bản đáy, trụ pin, trụ biên, tường ngực, ...); xác định các trị số nội lực để tính toán cốt thép, xác định các chênh lệch chuyển vị theo phương ngang, phương đứng tại biên của kết cấu để thiết kế hoặc kiểm tra độ bền của các khớp nối.

2) Tính toán bố trí cốt thép cho các bộ phận bằng bê tông cốt thép của cống.

3) Tính toán sự xuất hiện và mở rộng khe nứt trong kết cấu bê tông cốt thép cống.

7.8.3  Các trường hợp tính toán và tổ hợp tải trọng

...

...

...

7.8.4  Phương pháp tính toán kết cấu cống

7.8.4.1  Tính toán kết cấu cống có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như:

1) Sơ đồ tính toán theo kết cấu phẳng thường áp dụng cho các kết cấu đơn giản (như cống hở 1 khoang, cống ngầm 1 khoang, dầm thả phai, sàn công tác,...).

2) Sơ đồ tính toán theo kết cấu không gian với sự mô hình hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) thường áp dụng cho các cống có quy mô lớn, kết cấu phức tạp (như cống có nhiều khoang, nhiều tầng; cống có cửa van cung;...).

7.8.4.2  Tùy theo quy mô, kết cấu cống để lựa chọn sơ đồ và phương pháp tính toán phù hợp. Khi tính theo phương pháp PTHH có thể sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng hiện hành.

7.8.4.3  Tính toán và bố trí cốt thép các bộ phận của cống thực hiện theo TCVN 4116, TCVN 9152.

7.8.4.4  Tính toán nứt trong kết cấu bê tông cốt thép cống

1) Tính toán xác định sự xuất hiện và mở rộng khe nứt trong kết cấu bê tông cốt thép cống theo trạng thái giới hạn nhóm thứ 2. Nội dung tính toán được thực hiện theo TCVN 4116.

2) Quy định về bề rộng vết nứt cho phép ở kết cấu bê tông cốt thép cống xác định theo TCVN 9139, cụ thể như trong Bảng 7.

...

...

...

Đối tượng áp dụng

a_n, mm

1. Cống qua đê sông

a) Kết cấu chịu áp lực nước khi gradient cột nước:

- Không lớn hơn 20.

0,25

- Lớn hơn 20.

...

...

...

b) Kết cấu nằm ở vùng mực nước dao động

0,15

c) Kết cấu nằm trên khô.

0,30

2. Cống qua đê cửa sông, đê biển, cho tất cả các kết cấu.

0

7.9  Thiết kế quan trắc cống

7.9.1  Yêu cầu chung

1) Tùy theo quy mô, nhiệm vụ công trình có thể bố trí các thiết bị quan trắc phù hợp.

...

...

...

7.9.2  Thiết kế quan trắc chuyển vị

1) Bố trí mốc quan trắc chuyển vị đứng ở hai bên đỉnh trụ thân cống phía sông/biển, phía đồng.

2) Bố trí mốc quan trắc chuyển vị ngang ở hai bên khớp nối đứng giữa thân cống và tường cánh thượng, hạ lưu cống.

7.10  Thiết kế công trình phục vụ thi công cống

7.10.1  Các công trình phục vụ thi công cống và cấp thiết kế

1) Các công trình tạm thời phục vụ thi công cống bao gồm: đê quai phía sông/biển, đê quai phía đồng, đường xuống hố móng cống, công trình phục vụ cấp nước, thoát nước trong thời gian thi công, đường thi công và một số hạng mục phụ trợ khác.

2) Cấp thiết kế công trình tạm thời phục vụ thi công cống được xác định theo Bảng 8.

Bảng 8 - Cấp thiết kế công trình tạm thời phục vụ thi công cống

Cấp thiết kế của cống

...

...

...

I

II

III

IV

Cấp thiết kế công trình tạm thời

II

III

IV

IV

...

...

...

7.10.2  Đê quai

1) Cao trình đỉnh đê quai phải đảm bảo nước từ bên ngoài không tràn qua đê quai trong suốt thời gian thi công:

(5)

Trong đó:

X_đ cao trình đỉnh đê quai, m;

Z_nmax cao trình mực nước phía sông/biển, phía đồng ứng với tần suất thiết kế trong thời gian thi công, m;

Δ Chiều cao an toàn (m), Δ = 0,8m cho đê quai phía sông/biển và Δ= 0,5 m cho đê quai phía đồng.

2) Chiều rộng đỉnh đê quai (nếu đê quai đắp bằng đất) hoặc chiều rộng đỉnh phần đất đắp (nếu đê quai đắp đất kết hợp cừ thép) phải đủ lớn, tối thiểu là 2m để đảm bảo ổn định, thấm. Trường hợp, kết hợp đê quai làm đường giao thông, vận chuyển vật liệu thi công thì chiều rộng đỉnh tối thiểu không nhỏ hơn 3.0 m.

...

...

...

4) Đất đắp đê quai phải chọn loại đất ít biến dạng, không tan rã trong nước, đảm bảo ổn định, an toàn về thấm.

7.10.3  Công trình phục vụ cấp nước, thoát nước trong thời gian thi công

1) Công trình phục vụ cấp nước, thoát nước trong thời gian thi công có thể là kênh hở, ống buy bê tông cốt thép hoặc đường ống HDPE, kết cấu công trình phụ thuộc vào lưu lượng dẫn, điều kiện địa hình, địa chất công trình, tùy trường hợp cụ thể để bố trí cho phù hợp.

2) Lưu lượng cấp nước, thoát nước trong thời gian thi công

Trị số Q_tc (m^3/s) được xác định từ lưu lượng cấp nước hoặc thoát nước thiết kế của cống ứng với tần suất thiết kế đê quai phục vụ thi công tại Bảng 2.

8  Thiết kế sửa chữa, cải tạo, nâng cấp, xử lý sự cố cống qua đê

8.1  Nguyên tắc chung

Căn cứ vào kết quả khảo sát, kiểm định và đánh giá chi tiết hiện trạng cống để lựa chọn giải pháp phù hợp trên cơ sở các yêu cầu thiết kế quy định tại Điều 7. Chỉ cải tạo, nâng cấp khi đánh giá cống cũ vẫn đảm bảo khả năng an toàn chống lũ, trường hợp công trình bị hư hỏng, không đảm bảo an toàn chống lũ thì phải phá dỡ cống cũ để xây dựng cống mới thay thế. Việc cải tạo, sửa chữa, nâng cấp cống, xử lý sự cố cống qua đê phải được thực hiện trong mùa khô, có thể tham khảo một số giải pháp xử lý dưới đây.

8.2  Sửa chữa hư hỏng các kết cấu cống và bộ phận nối tiếp cửa ra, vào cống

...

...

...

1) Điều kiện xử lý: Bể tiêu năng, sân trước, sân sau cống bị xói lở, hư hỏng.

2) Giải pháp xử lý:

- Trường hợp hư hỏng trên diện rộng: Phá dỡ và làm lại toàn bộ bề tiêu năng, sân trước, sân sau bằng bê tông cốt thép, đảm bảo chống xói lở, ổn định, an toàn công trình lâu dài.

- Trường hợp hư hỏng cục bộ: Xử lý đục bỏ và làm lại các vị trí bị hư hỏng xói lở cục bộ bằng bê tông cốt thép nếu kết cấu bể tiêu năng, sân trước, sân sau hiện trạng bằng bê tông cốt thép. Trường hợp bằng kết cấu khác thì xem xét làm lại toàn bộ bằng bê tông cốt thép để đảm bảo ổn định, an toàn công trình lâu dài.

8.2.2  Xử lý khớp nối thân cống bị hư hỏng, rò rỉ thấm

1) Điều kiện xử lý: Khớp nối thân cống bị hư hỏng, biến dạng, xuất hiện khe hở lớn, nước rò rỉ thấm từ bên ngoài vào trong thân cống qua vị trí khớp nối.

2) Giải pháp xử lý: Đục phá dỡ toàn bộ khớp nối cũ đã bị hư hỏng và đục phần bê tông cốt thép đoạn thân cống tiếp giáp hai bên khớp nối cũ lộ thép để hàn nối với phần cốt thép đoạn thân cống làm mới tiếp giáp hai bên khớp nối sau khi đục phá dỡ, đồng thời tiến hành lắp đặt khớp nối đồng mới và đổ bê tông có phụ gia kết dính đảm bảo liền khối và chống thấm cho đoạn bê tông cốt thép thân cống làm mới tiếp giáp hai bên khớp nối mới. Trình tự thi công khớp nối đồng thực hiện theo Phụ lục H.

8.3  Xử lý các sự cố về thấm qua mang cống, nền cống

8.3.1  Xử lý sự cố rò rỉ, thấm qua mang cống

...

...

...

2) Giải pháp xử lý: Đào phá dỡ toàn bộ phần đất đắp hai bên mang cống đến cao trình đáy cống và phần đắp đắp trên trần cống. Tiến hành đắp đất sét luyện hai bên mang cống và trên trần cống dày 1 m. Phía trên đắp đất có tính chống thấm tốt đầm nện kỹ hoàn trả thân đê, đảm bảo theo quy định hiện hành. Gia cố hoàn trả mái đê, mặt đê phạm vi cống theo hiện trạng ban đầu. Trình tự và biện pháp thi công đắp đất sét luyện thực hiện theo 7.3.3.2.

8.3.2  Xử lý sự cố thấm, đùn sủi qua nền cống

1) Điều kiện xử lý: Khi xuất hiện hiện tượng thấm, mạch đùn, mạch sủi nghiêm trọng ở khu vực cửa ra, vào cống (thượng, hạ lưu cống) tại vị trí chân tường cánh, bể tiêu năng, sân trước, sân sau hoặc kênh dẫn nối tiếp.

2) Giải pháp xử lý: Khảo sát, đánh giá kỹ địa chất nền cống và các bộ phận kết cấu cống hiện trạng để tính toán, phân tích nguyên nhân và đề xuất phương án xử lý khả thi. Trường hợp xác định nguyên nhân do rỗng nền dưới đáy cống, địa chất nền đáy cống phức tạp với các lớp địa chất có tính thấm lớn (như cát, sạn sỏi...) và hiện trạng dưới đáy cống chưa có cừ thép chống thấm thì nghiên cứu thực hiện theo phương án sau: Bổ sung 02 hàng cừ thép chống thấm nền cống tại cửa ra, cửa vào cống kết hợp khoan phụt lấp đầy lỗ rỗng dưới đáy cống và khoan phụt 2 nút bằng vữa xi măng - bentonite để tăng cường ổn định thấm nền cống. Chi tiết tham khảo tại Phụ lục H.

8.4  Thiết kế nối dài thân cống

8.4.1  Điều kiện áp dụng

Nối dài cống khi cống hiện trạng được khảo sát, đánh giá kỹ và kết luận là cống hiện trạng vẫn đảm bảo khả năng an toàn chống lũ, kết cấu cống đảm bảo chịu lực, ổn định theo quy định hiện hành.

8.4.2  Giải pháp thiết kế

1) Khảo sát kỹ địa chất nền ở phía cống được nối dài và đất đắp hai bên mang cống và trên trần cống để phục vụ tính toán ổn định, thấm cống.

...

...

...

3) Tính toán thủy lực cống sau khi được nối dài: thực hiện theo 7.4.

4) Thiết kế xử lý nền móng phần cống nối dài: thực hiện theo 7.7.

5) Tính toán thấm, ổn định và kết cấu cống sau khi nối dài: thực hiện theo 7.5, 7.6, 7.8.

6) Thiết kế khớp nối và biện pháp thi công khớp nối giữa hai phần cũ, mới: thực hiện theo 8.2.2 và Phụ lục H.

8.5  Hoành triệt cống

8.5.1  Điều kiện áp dụng

Hoành triệt cống khi cống hiện trạng được khảo sát, đánh giá kỹ và kết luận là cống đã hư hỏng nặng, kết cấu cống không đảm bảo khả năng chịu lực, ổn định, không đảm bảo an toàn chống lũ cho đê.

8.5.2  Giải pháp hoành triệt

1) Kiểm tra, đánh giá kỹ hiện trạng kết cấu cống cũ để có phương án đào, phá dỡ phù hợp, tránh bỏ sót những bộ phận kết cấu cống cũ tiềm ẩn phát sinh rò rỉ thấm trong thân đê sau khi đắp đất hoàn trả.

...

...

...

Phụ lục A

(Tham khảo)

Sơ đồ một số mẫu cống qua đê điển hình

CHÚ DẪN:

1  Kênh dẫn phía sông/biển

2  Sân sau bể tiêu năng phía sông/biển

3  Bể tiêu năng phía sông/biển

4  Tường cánh phía sông/biển

...

...

...

6  Cửa van

7  Bộ phận phòng lũ

8  Sàn công tác

9  Cột thủy chí phía sông/biển

10  Giàn van

11  Cầu công tác lên giàn van

12  Tường đầu

13  Bản đáy cống

14  Trần cống

...

...

...

16  Khớp nối

17  Cừ thép chống thấm phía sông/đồng

18  Đắp đất sét luyện

19  Khe phai phía đồng

20 Giàn thả phai phía đồng

21  Bể tiêu năng phía đồng

22  Sân sau bể tiêu năng phía đồng

23  Kênh dẫn phía đồng

24  Tường cánh phía đồng

...

...

...

26  Gia cố mái đê phía đồng

27  Gia cố đỉnh đê

28  Cọc bê tông cốt thép

29  Khoan phụt gia cố nền cống

30  Dầm thả phai phía sông/biển

Hình A.1 - Cắt dọc cống ngầm kết hợp cấp, thoát nước

CHÚ DẪN:

...

...

...

2  Sân trước phía sông/biển

3  Cột thủy chí phía sông/biển

4  Tường cánh phía sông/biển

5  Khe phai phía sông/biển

6  Cửa van

7  Bộ phận phòng lũ

8  Sàn công tác

9  Dầm thả phai phía sông/biển

10  Giàn van

...

...

...

12  Tường đầu

13  Bản đáy cống

14  Trần cống

15  Tường răng

16  Khớp nối

17  Cừ thép chống thấm phía sông/đồng

18  Đắp đất sét luyện

19  Khe phai phía đồng

20  Giàn thả phai phía đồng

...

...

...

22  Sân sau bể tiêu năng phía đồng

23  Kênh dẫn phía đồng

24  Tường cánh phía đồng

25  Gia cố mái đê phía sông/biển

26  Gia cố mái đê phía đồng

27  Gia cố đỉnh đê

28  Cọc bê tông cốt thép

29  Khoan phụt gia cố nền cống

Hình A.2 - Cắt dọc cống ngầm cấp nước

...

...

...

CHÚ DẪN:

1  Kênh dẫn phía đồng

2  Sân sau bể tiêu năng phía đồng

3  Bể tiêu năng phía đồng

4  Bản đáy cống

5  Khe phai phía đồng

6  Tường ngực

7  Cửa van

8  Khe phai phía sông/biển

...

...

...

10  Lan can sàn công tác phía sông/biển

11  Giàn thả phai phía đồng

12  Cầu giao thông

13  Giàn van phía sông

14  Sàn công tác thả phai phía đồng

15  Khớp nối cống

16  Cột thủy chí

17  Bể tiêu năng phía sông/biển

18  Sân sau bể tiêu năng phía sông/biển

...

...

...

20  Cọc bê tông cốt thép

21  Khoan phụt gia cố nền cống

22  Nhà van cống

23  Hố xói dự phòng

24  Kênh dẫn phía sông/biển

Hình A.3 - Cắt dọc cống hở kết hợp cấp, thoát nước

CHÚ DẪN:

1  Kênh dẫn phía đồng

...

...

...

3  Bể tiêu năng phía đồng

4  Bản đáy cống

5  Khe phai phía đồng

6  Tường ngực

7  Cửa van

8  Khe phai phía sông/biển

9  Sàn công tác

10  Lan can sàn công tác phía sông/biển

11  Giàn thả phai phía đồng

...

...

...

13  Giàn van phía sông

14  Sàn công tác thả phai phía đồng

15  Khớp nối cống

16  Cột thủy chí

17  Sân trước cửa vào cống phía sông/biển

18  Kênh dẫn phía sông/ biển

19  Cừ thép chống thấm phía sông/đồng

20  Cọc bê tông cốt thép

21  Khoan phụt gia cố nền cống

...

...

...

Hình A.4 - Cắt dọc cống hở cấp nước

Phụ lục B

(Quy định)

Xác định mực nước thiết kế thượng, hạ lưu cống

B.1  Xác định mực nước hạ lưu (Z_hl)

B.1.1  Với cống cấp nước

Phải căn cứ vào cao độ mực nước ở nơi dùng nước, tiến hành tính đường mực nước trong kênh dẫn để xác định mực nước đầu kênh, tức mực nước hạ lưu cống.

B.1.2  Với cống thoát nước ra sông/biển

...

...

...

b) Tiến hành tính toán vẽ đường mặt nước trong kênh tháo, từ vị trí kênh nhập vào sông/biển đến vị trí đầu kênh tháo, tức cuối cống thoát để xác định mực nước hạ lưu cống.

B.2  Xác định mực nước thượng lưu (Z_tl)

B.2.1  Với cống cấp nước từ sông (xem Hình B.1)

CHÚ DẪN: a) Hình cắt dọc (nhìn từ phía sông); b) Mặt bằng

Hình B.1 - Sơ đồ tính mực nước phía sông của cống cấp nước

Mực nước trước cống (Z_tl) phải lấy theo mực nước thiết kế trong sông (Z₁) trừ đi tổn thất thủy lực khi dòng chảy vào đến đầu cống:

(B.1)

...

...

...

(B.2)

trong đó:

Z₁

cao trình mực nước sông tại mặt cắt trước cống (m), ứng với lưu lượng dẫn Q₁;

ΔZ₁

độ hạ thấp mực nước sông (m) khi lưu lượng giảm từ Q₁ xuống Q₂, xác định theo công thức:

(B.3)

...

...

...

Q₂

lưu lượng trong sông tại mặt cắt sau vị trí cửa lấy nước (m^3/s): Q₂ = Q₁ - Q;

Q

lưu lượng lấy nước vào cửa (m^3/s);

Z(Q₁), Z(Q₂):

mực nước (m), được tra theo quan hệ Z(Q) trong sông ứng với lưu lượng trong sông lần lượt là Q₁, Q₂;

ΔZ₂

độ hạ thấp mực nước trước cống (m) do dòng chảy với lưu lượng Q tách ra từ sông để hướng vào cống, xác định theo công thức:

...

...

...

(B.4)

k

tỷ lệ lưu lượng lấy nước,

V₂

lưu tốc bình quân trong sông tại mặt cắt sau vị trí lấy nước,

Ω₂

diện tích mặt cắt ướt của sông tại mặt cắt sau vị trí lấy nước, m^2;

ΔZ₃

...

...

...

B.2.2  Với cống thoát nước ra sông, biển

Mực nước thiết kế trước cống lấy theo cao trình khống chế không gây ngập úng khu vực được bảo vệ (xác định theo nhiệm vụ công trình).

B.3  Lựa chọn cặp mực nước và lưu lượng thiết kế (Z_tl, Z_hl)

Cặp mực nước thiết kế được chọn từ cặp quan hệ Z_tl - t và Z_hl - t, trong đó t là thời gian (Hình B.2). Tùy theo nội dung tính toán, phải chọn thời điểm bất lợi để xác định cặp (Z_{tl ,} Z_hl).

1. Khi tính khẩu diện cống: chọn thời điểm có Q lớn và ΔZ= Z_tl - Z_hl nhỏ (các thời điểm A, B, C trên Hình B.2).

2. Khi tính toán tiêu năng phòng xói: chọn thời điểm có ΔZ lớn và Q tương ứng, tối thiểu chọn 3 cặp để tính, gồm: Q_max, ΔZ_max, Z_hlmin (các thời điểm D, E, F trên Hình B.2).

CHÚ DẪN:

A, B, C - các thời điểm bất lợi khi tính khẩu diện cống

...

...

...

Hình B.2 - Sơ đồ đường quá trình mực nước thượng, hạ lưu cống lấy nước

B.4  Mô hình triều thiết kế

B.4.1  Cho cống cấp nước

a) Mô hình triều thiết kế cho cống cấp nước được lấy theo đường quá trình triều thu phóng từ con triều thực tế điển hình để phù hợp với giá trị trung bình đỉnh triều thấp thiết kế.

b) Giá trị trung bình các đỉnh triều thấp thiết kế được lấy trung bình trong một chu kỳ lấy nước (theo đối tượng phục vụ của cống).

c) Với cống cấp nước vùng ảnh hưởng triều thì chỉ lấy được nước ở phần đỉnh triều. Trường hợp bất lợi là đỉnh triều thấp hay chân triều thì cống không lấy được nước.

B.4.2  Cho cống thoát nước

a) Mô hình triều thiết kế cho cống thoát nước được xác định theo đường quá trình triều thu phóng từ con triều thực tế điển hình để phù hợp với giá trị trung bình chân triều cao thiết kế.

b) Giá trị trung bình chân triều cao thiết kế được lấy trung bình trong một mô hình tiêu là mưa 3 ngày tiêu 5 ngày hoặc mưa 5 ngày tiêu 7 ngày.

...

...

...

Phụ lục C

(Quy định)

Tính toán thủy lực cống ngầm

C.1  Tính toán thủy lực cống ngầm không áp

C.1.1  Cống ngầm cấp nước không áp

C.1.1.1  Tính toán khẩu diện cống

C.1.1.1.1  Điều kiện tính toán

- Mực nước thượng lưu ở vị trí thấp theo các thời điểm tính toán bất lợi (các thời điểm A, B, C trên Hình B.2); lưu lượng lấy nước Q tương ứng;

...

...

...

- Nước không choán đầy mặt cắt cống;

- Cống có mặt cắt ngang hình chữ nhật.

CHÚ DẪN:

1  Khe phai phía sông/biển        2  Khe van        3  Khe phai phía đồng

Hình C.1 - Sơ đồ tính toán khẩu diện cống ngầm cấp nước không áp

C.1.1.1.2  Tính bề rộng cống B_c

1 Công thức chung

Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng thiết kế Qtk khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đã khống chế, tức đảm bảo điều kiện:

...

...

...

(C.1)

trong đó:

ΣZ_l tổng tổn thất cột nước từ đầu đến cuối cống (Hình C.1):

(C.2)

Z₁

tổn thất cột nước ở đầu vào cống;

Z_p

...

...

...

Z_L

tổn thất qua lưới chắn rác (nếu có);

Z_v

tổn thất qua khe van;

Z₂

tổn thất cửa ra (từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu);

iL

tổn thất dọc đường, trong đó L là chiều dài cống; i là độ dốc dọc cống (coi dòng chảy trong cống là dòng đều);

ΔZ_cp

...

...

...

Z_tl1

mực nước thượng lưu ứng với trường hợp tính bề rộng cống;

Z_hl

mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng Q_tk.

2  Tính toán các trị số tổn thất cột nước

Với mỗi trị số b_c giả thiết, việc tính toán được tiến hành từ hạ lưu lên thượng lưu, theo trình tự sau:

a) Tổn thất tại cửa ra

...

...

...

(C.3)

trong đó:

b

bề rộng mặt cắt cuối bể tiêu năng (m);

h_hl

chiều sâu nước hạ lưu ứng với lưu lượng Q_tk (m^3/s);

φ_n

hệ số lưu tốc của ngưỡng đỉnh rộng chảy ngập, lấy bằng 0,95 đến 1,0;

V_b

...

...

...

b) Tổn thất dọc đường

Coi dòng chảy trong cống là đều với độ sâu h₁ = h_hl + Z₂ - P₂. Khi đó, tổn thất cột nước dọc chiều dài cống bằng iL, với L là chiều dài cống; i là độ dốc dọc cống được xác định như sau:

(C.4)

trong đó ω và  tính với mặt cắt cống có bề rộng bo và chiều sâu h₁.

c) Các tổn thất cục bộ (Z_p, Z_L ,Z_V)

Xác định theo công thức chung:

(C.5)

...

...

...

 

hệ số tổn thất cục bộ, xác định theo TCVN 9151;

V_i

lưu tốc bình quân tại mặt cắt sau vị trí tổn thất (m/s).

d) Tổn thất ở đầu vào cống

(C.6)

trong đó:

φ_n hệ số lưu tốc ở cửa vào cống, trạng thái chảy ngập, xác định theo Bảng C.1;

...

...

...

m

0,30

0,31

0,32

0,33

0,34

0,35

0,36

0,37

...

...

...

φ_n

0,76

0,78*

0,81

0,84

0,87

0,90

0,93

0,96

...

...

...

0,99

CHÚ THÍCH: * ứng với trường hợp

φ_g hệ số co hẹp bên ở cửa vào cống dạng ngưỡng đỉnh rộng chảy ngập, khi ε ≥ 0,8 có thể tính φ_g theo công thức (C.7):

(C.7)

ε  hệ số co hẹp bên, xác định theo công thức (C.8):

(C.8)

B  bề rộng thông thủy của cống, m;

...

...

...

ω  diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào, m^2;

V₀  lưu tốc tới gần, m/s.

3  Trình tự tính toán xác định B_c

a) Tính riêng cho từng trường hợp. Mỗi trường hợp thực hiện theo các bước sau:

- Giả thiết các trị số b_c;

- Với mỗi trị số b_c, tính toán trị số các tổn thất tương ứng, từ đó tính được trị số ΣZ_i;

- Vẽ quan hệ ΣZ_i ~ bc;

- Ứng với ΣZ_i = Z_cp tìm được trị số b_c theo yêu cầu dẫn lưu lượng Q;

b) Thực hiện tính toán cho các trường hợp tiếp theo;

...

...

...

4  Phân khoang cống

a) Trường hợp trị số b_c lớn, cần phải phân chia cống thành một số khoang để giảm chiều rộng và trọng lượng van cho phù hợp với công suất của thiết bị đóng mở thông dụng.

b) Tổng bề rộng thông thủy của cống B_c = n.b phải thỏa mãn điều kiện B_c ≥ b_c, trong đó n là số khoang cống, b là chiều rộng mỗi khoang, b_c là chiều rộng yêu cầu tối thiểu của cống theo kết quả tính toán thủy lực. Chiều rộng b của mỗi khoang phải thỏa mãn yêu cầu của TCVN 8306.

c) Khi số lượng khoang cống ít thì nên chọn số khoang là số lẻ.

C.1.1.1.3  Tính toán chiều cao mặt cắt và cao trình đặt cống

1 Xác định cao trình trần cống

Cao trình trần cống phải đảm bảo trạng thái chảy không áp trong cống ứng với trường hợp tính bề rộng cống (xem C.1.1.1.1):

(C.9)

...

...

...

Z_tc cao trình yêu cầu của trần cống tại mặt cắt sau cửa vào (m):

Z_tl1 mực nước thượng lưu ứng với trường hợp tính bề rộng cống (m);

Δ độ lưu không, lấy từ (0,5 ÷ 1,0) m.

2  Cao trình đáy cống

a) Cao trình đáy cống ở mặt cắt sau cửa vào

(C.10)

trong đó:

Z_tl1 mực nước thượng lưu ứng với trường hợp tính bề rộng cống;

...

...

...

h₁ độ sâu nước trong cống ứng với trường hợp tính bề rộng cống.

b) Cao trình đáy cống ở cửa ra

(C.11)

các ký hiệu như đã giải thích ở trên.

3  Chiều cao mặt cắt cống

a) Chiều cao yêu cầu của mặt cắt cống tại cửa vào xác định theo công thức:

A = Z_tc - Z_đv

b) Chọn trị số Ac theo điều kiện A_c ≥ A và phải thỏa mãn yêu cầu của TCVN 8306.

...

...

...

C.1.1.2  Kiểm tra trạng thái chảy trong cống

C.1.1.2.1  Mục đích tính toán

1  Tính toán độ mở van ứng với lưu lượng nước Q và mực nước thượng lưu đã định.

2  Xác định trạng thái nối tiếp dòng chảy sau van (có thể là chảy tự do hay chảy ngập).

C.1.1.2.2  Trường hợp tính toán

Tính với mực nước thượng lưu cao, van chỉ mở một phần (với độ mở là a) đủ để lấy được lưu lượng Q theo yêu cầu.

C.1.1.2.3  Tính toán cho trường hợp chảy tự do sau van.

1  Sơ đồ tính toán.

Sơ đồ tính toán cho trường hợp chảy tự do sau van như trên hình B.2, với các đặc điểm sau: mực nước thượng lưu cao hơn trần cống, van mở một phần, nước nhảy không làm ngập độ sâu co hẹp h_c.

...

...

...

CHÚ DẪN: 1 - Khe van cống

Hình C.2 - Sơ đồ chảy tự do sau van của cống ngầm cấp nước không áp

2  Tính toán độ mở cửa van

a) Công thức tính toán

Tính theo công thức chảy tự do qua lỗ:

(C.12)

trong đó:

φ hệ số lưu tốc của dòng chảy đến cửa van, φ = 0,95 ÷ 1,0;

...

...

...

a độ mở van (m);

H₀’ cột nước tính toán trước cửa van (m);

(C.13)

H₀ cột nước tính toán trước cống,

h_w cột nước tổn thất từ cửa vào đến vị trí van (m):

(C.14)

...

...

...

hệ số tổn thất cột nước tại cửa vào cống;

hệ số tổn thất tại khe phai;

hệ số tổn thất tại lưới chắn rác;

v

lưu tốc bình quân của dòng chảy trong đoạn cửa vào (trước van).

...

...

...

φ=0,85

φ=0,90

φ=0,95

φ=1,0

...

...

...

0,611

-

-

-

-

-

-

0,10

0,615

...

...

...

0,062

0,378

0,403

0,427

0,451

0,15

0,618

0,388

0,092

...

...

...

0,474

0,503

0,531

0,20

0,620

0,514

0,124

0,501

0,534

...

...

...

0600

0,25

0,622

0,633

0,156

0,543

0,580

0,616

0,652

...

...

...

0,625

0,750

0,188

0,576

0,615

0,654

0,693

0,35

0 628

...

...

...

0,220

0,603

0,644

0,685

0,726

0,40

0,630

0,967

0,252

...

...

...

0,666

0,708

0,754

0,45

0,638

1,060

0,284

0,638

0,682

...

...

...

0,771

0,50

0,645

1,182

0,323

0,650

0,696

0,741

0,788

...

...

...

0,650

1,265

0,356

0,655

0,702

0,749

0,795

0,60

0,660

...

...

...

0,395

0,657

0,706

0,752

0,800

0,65

0,675

1,457

0,440

...

...

...

0,700

0,748

0,797

0,70

0,690

1,538

0,482

0,642

0,690

...

...

...

0,787

0,75

0,705

1,611

0,529

0,624

0,672

0,720

0,708

...

...

...

Có thể xác định độ mở a bằng cách sử dụng bảng của Jucovxki (Bảng C.2) như sau.

(C.16)

trong đó:

Q  lưu lượng (m^3/s);

B_c  bề rộng cống (m);

các trị số φ và H₀' đã giải thích ở trên.

C.1.1.2.4  Kiểm tra điều kiện chảy tự do sau van

...

...

...

(C.17)

trong đó:

h_c  độ sâu co hẹp sau van (m);

h_z  độ sâu thực tế tại vị trí mặt cắt co hẹp sau van (m), tính theo công thức:

(C.18)

(C.19)

...

...

...

Các ký hiệu khác như đã giải thích ở trên.

2  Khi điều kiện (C.17) không thỏa mãn thì phải chuyển sang tính toán theo trường hợp chảy ngập sau van.

C.1.1.2.5  Tính toán cho trường hợp chảy ngập sau van (hình C.3)

CHÚ DẪN:

1 - Khe van cống

Hình C.3 - Sơ đồ chảy ngập sau van của cống ngầm cấp nước không áp

1  Công thức tính lưu lượng tháo khi chảy ngập sau van:

...

...

...

Các ký hiệu như đã giải thích ở trên.

2 Trình tự tính toán xác định độ mở a:

a) Tính trị số h_w theo Q_yc từ đó tính được H₀’. Trong đó Q_yc là lưu lượng yêu cầu qua cống, m^3/s);

b) Giả thiết trị số a;

d) Tính h_z theo công thức (C.18)

e) Kiểm tra điều kiện (C.17) nếu thỏa mãn thì tính Q theo công thức (C.12); nếu không thỏa mãn thì tính Q theo công thức (C.20).

f) So sánh: nếu Q ≠ Q_yc (sai số vượt quá phạm vi cho phép) thì phải giả thiết lại trị số a cho đến khi đạt được Q ≈ Q_yc (sai số trong phạm vi cho phép); trị số a trong lần tính cuối cùng là trị số cần tìm.

C.1.1.2.6  Kiểm tra trạng thái chảy sau van.

...

...

...

a) Sau van là dòng chảy xiết với độ sâu tại mặt cắt co hẹp là h_c;

b) Dòng xiết được duy trì dưới dạng đường nước dâng c₁ (khi độ dốc đáy cống i < i_k, trong đó i_k là độ dốc phân giới trong cống ứng với lưu lượng Q) trong một chiều dài nhất định, sau đó xảy ra nước nhảy và sau nước nhảy, dòng chảy chuyển sang trạng thái êm với đường mặt nước là đường nước hạ b₁.

c) Nếu độ sâu liên hiệp sau nước nhảy (h”) không chạm trần cống thì toàn bộ đoạn cống sau van là chảy không áp.

d) Trị số độ sâu liên hiệp sau nước nhảy (h”) là lớn nhất khi tính tại mặt cắt co hẹp c-c, do trị số h_c là nhỏ nhất trong số các trị số độ sâu liên hiệp trước nước nhảy h’, và trị số h” tỷ lệ nghịch với h’. Vì vậy nếu trị số hc” < H_c (H_c là chiều cao mặt cắt cống sau van) thì kết luận được là toàn bộ cống sau van ở trạng thái chảy không áp, bất kể trạng thái chảy dưới cửa van là tự do hay chảy ngập.

2  Tính toán kiểm tra

a) Tính độ sâu liên hiệp h_c”:

(C.21)

trong đó:

...

...

...

q  lưu lượng đơn vị trong cống, m^3/s.m.

b) Kiểm tra

Nếu hc” < H_c thì cống chảy không áp sau van; nếu hc” ≥ H_c thì cống chảy có áp sau van, điều này là không cho phép, do đó cần xử lý bằng cách tăng chiều cao mặt cắt cống H_c.

C.1.1.3 Tính toán tiêu năng hạ lưu

C.1.1.3.1 Điều kiện tính toán

1  Mực nước thượng lưu cao hơn trần cống;

2  Van mở một phần, dòng chảy sau van ở trạng thái xiết (chảy tự do sau van);

3  Sơ đồ tiêu năng đáy;

4  Tính theo bài toán phẳng.

...

...

...

1  Xuất phát từ mặt cắt c-c cách vị trí van một khoảng bằng 1,4a (a là độ mở van đã tính ở phần trên), có độ sâu bằng hc, tiến hành vẽ đường mặt nước (đường nước dâng c1 khi độ dốc cống i < ik) theo các phương pháp đã biết của thủy lực.

2  Trường hợp tính chưa hết chiều dài cống mà độ sâu đã đạt gần bằng độ sâu phân giới hk thì kết luận là có nước nhảy trong cống, chọn kích thước bể tiêu năng theo cấu tạo.

3  Trường hợp vẽ đường mặt nước đến cuối cống đạt được độ sâu là h_r:

a) Kiểm tra nước nhảy theo các điều kiện sau:

(C.22)

(C.23)

trong đó:

...

...

...

h_hl'  độ sâu liên hiệp với h_hl;

P₂  độ hạ thấp từ cao trình đáy cửa ra cống đến đáy kênh hạ lưu.

b) Nếu có 1 trong 2 điều kiện (C.22) và (C.23) không thỏa mãn thì kết luận là có nước nhảy trong cống, chọn kích thước bể tiêu năng theo cấu tạo.

c) Nếu thỏa mãn cả hai điều kiện nêu trên: không có nước nhảy trong cống, phải xác định kích thước bể tiêu năng thông qua tính toán.

C.1.1.3.3  Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng Theo các bước sau:

1  Tính với mực nước cao nhất ở thượng lưu (Z_tl) trong điều kiện cho phép mở cửa cống lấy nước;

2  Giả thiết trị số lưu lượng lấy nước Q trong phạm vi cho phép (0 < Q ≤ Q_max);

3  Tính toán độ mở van a tương ứng;

4  Vẽ đường mặt nước sau van, kiểm tra điều kiện có nước nhảy trong cống như đã nêu ở C.1.1.3.2.

...

...

...

b) Trường hợp không có nước nhảy trong cống:

- Xác định năng lượng của dòng chảy ở cửa ra so với đáy kênh hạ lưu:

(C.24)

trong đó:

h_r  độ sâu nước tại mặt cắt cuối cống;

P₂  chênh lệch cao độ đáy cống ở cửa ra so với đáy kênh hạ lưu;

V_r  lưu tốc bình quân tại mặt cắt cuối cống;

- Từ E₀ tiến hành tính h_c, h_c” và (h_c”-h_hl);

...

...

...

C.1.1.3.4  Tính toán kích thước bể tiêu năng

1  Công thức tính toán

Độ sâu bể tiêu năng được xác định theo công thức:

(C.25)

trong đó:

σ  hệ số đảm bảo nước nhảy ngập trong bể, σ = 1,05 ÷ 1,10;

h_c”  độ sâu liên hiệp với độ sâu h_c;

h_c  độ sâu co hẹp đầu bể;

...

...

...

Δz  độ hạ thấp mực nước từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu:

(C.26)

trong đó:

q₂  lưu lượng đơn vị tại cửa ra của bể tiêu năng (m^3/s.m);

φr  hệ số lưu tốc ở cửa ra của bể, lấy bằng 0,95 ÷ 1,00.

2  Trình tự tính toán chiều sâu bể

Theo công thức (C.25) trị số d được tính theo phương pháp đúng dần.

a) Giả thiết trị số d₁;

...

...

...

E₀’ = E₀ + d₁

(C.27)

trong đó E₀ tính theo công thức (C.24);

c) Tính h_c và h”_c từ E’₀;

d) Tính Δz theo công thức (C.26);

e) Tính lại d theo công thức (C.25);

f) So sánh, nếu d ≠ d₁ (sai số vượt quá mức cho phép) thì cần giả thiết lại trị số di cho đến khi đạt được d ≈ d₁ (sai số trong phạm vi cho phép).

3 Tính toán các kích thước khác

a) Chiều dài nước nhảy tự do (L_n)

...

...

...

(C.28)

b) Chiều dài bể tiêu năng

L_b = L₁ + β.L_n

(C.29)

trong đó:

L₁  chiều dài hình chiếu bằng của đoạn dốc đầu bể tiêu năng;

β  hệ số hiệu chỉnh chiều dài nước nhảy khi xét đến nước nhảy ngập trong bể, β = 0,70 ÷ 0,80.

c) Chiều dài sân sau

L_s = (2,0 ÷ 2,5) L_n

...

...

...

C.1.1.4  Tính toán các quan hệ phục vụ vận hành cống

C.1.1.4.1  Xây dựng quan hệ mực nước hạ lưu với lưu lượng qua cống

1  Công thức chung

Độ sâu nước trong kênh hạ lưu cống ứng với lưu lượng Q được xác định theo phương pháp dòng đều, xuất phát từ phương trình:

(C.31)

trong đó:

Q  lưu lượng nước qua cống, m^3/s.

ω  diện tích mặt cắt ướt trong kênh, m^2.

...

...

...

R  bán kính thủy lực của mặt cắt ướt, m.

i  độ dốc đáy kênh.

2  Tính cho kênh có mặt cắt kênh hình thang

a) Các thông số đầu vào: bề rộng đáy kênh b (m), hệ số mái kênh m, hệ số nhám lòng kênh n, độ dốc dọc kênh i.

b) Thông số giả thiết để tính toán: độ sâu nước trong kênh h (m).

c) Các thông số tính toán

- Diện tích mặt cắt ướt:

(C.32)

...

...

...

(C.33)

- Bán kính thủy lực:

(C.34)

- Lưu lượng tháo trong kênh: theo công thức (C.31).

- Tính với các trị số h giả thiết khác nhau để xây dựng quan hệ Q-h của kênh.

3  Xây dựng quan hệ Q - Z_hl

Cao trình mực nước kênh hạ lưu ở vị trí sau cống được xác định theo công thức:

...

...

...

(C.35)

trong đó:

Z_hl  cao trình mực nước hạ lưu cống, m.

Z_đk  cao trình đáy kênh hạ lưu ở vị trí sau cống, m.

h  độ sâu nước trong kênh tại mặt cắt sau cống (m) ứng với lưu lượng Q.

C.1.1.4.2  Thiết lập biểu đồ vận hành cống

Biểu đồ vận hành cống cấp nước là quan hệ giữa độ mở van a với lưu lượng tháo Q và mực nước thượng lưu Z_tl. Trường hợp cống có nhiều hơn 1 cửa thì còn thêm tham số là số cửa mở. Quan hệ này được thể hiện trên hình C.4.

CHÚ DẪN:

...

...

...

Hình C.4 - Biểu đồ vận hành cống lấy nước, trường hợp mở 1 cửa.

Trình tự tính toán lập biểu đồ vận hành cho cống ngầm cấp nước chảy không áp như sau:

1  Tự định số cửa mở (1 cửa, 2 cửa ...);

2  Tự định mực nước thượng lưu cống Z_tl (trong giới hạn từ Z_min đến Z_max);

3  Giả thiết lưu lượng qua cống Q₁ (trong phạm vi từ Q_min đến Q_max của cống);

4  Tính tổn thất h_w theo công thức (C.14), từ đó tính H₀’ theo công thức (C.13);

5  Theo bảng C.2, tính được h_c, h_c”, a, α_v;

6  Tính h_z (theo công thức (C.18);

7  Kiểm tra điều kiện chảy sau van theo công thức (C.17):

...

...

...

b) Nếu là chảy ngập: tính Q theo công thức (C.20);

8  So sánh: nếu Q ≠ Q₁ (sai số vượt quá mức cho phép) thì phải giả thiết lại Q₁ và tính toán lại cho đến khi đạt được Q ≈ Q₁ (sai số trong phạm vi cho phép) thì ghi nhận và chuyển sang trị số Q₁ khác;

9  Chuyển sang trị số Z_tl khác;

10  Chuyển sang số cửa mở khác.

11  Theo kết quả tính toán, vẽ các đường quan hệ (a ~ Q ~ Z_tl) ứng với số cửa mở.

C.1.2  Cống ngầm thoát nước không áp

C.1.2.1  Tính toán khẩu diện cống

C.1.2.1.1  Điều kiện tính toán

1  Trị số lưu lượng tháo thiết kế, các mực nước thượng, hạ lưu tương ứng được quy định theo nhiệm vụ công trình (từ kết quả của bài toán thủy lực mạng cho vùng được tiêu thoát nước);

...

...

...

3  Nước không choán đầy mặt cắt trên toàn chiều dài cống.

4  Cao trình đáy cống sau cửa vào bằng cao trình đáy kênh thượng lưu.

5  Sơ đồ tính toán như trên Hình C.1.

C.1.2.1.2  Tính chiều rộng thông thủy của cống

1  Công thức tính toán: theo C.1.1.1.2, 1, 2.

2  Trình tự tính toán:

a) Giả thiết trị số b_c (tham khảo trị số theo quy hoạch);

b) Với trị số Q, Z_tl, Z_hl đã biết, xác định được các trị số tổn thất cột nước trong cống, từ đó tính được tổng tổn thất cột nước ΔZ;

c) So sánh: nếu ΔZ ≠ Z_cp (sai số vượt quá cho phép) thì phải giả thiết lại bo và tính toán cho đến khi đạt được ΔZ ≈ Z_cp (sai số trong phạm vi cho phép).

...

...

...

C.1.2.1.3  Xác định cao trình trần cống

Cao trình yêu cầu của trần cống được tính theo công thức (C.8).

C.1.2.1.4  Xác định chiều cao mặt cắt cống

Chiều cao yêu cầu của mặt cắt cống được tính theo công thức:

(C.36)

trong đó:

a_c  chiều cao yêu cầu của mặt cắt cống;

Z_tc  cao độ yêu cầu của trần cống tại mặt cắt sau cửa vào;

...

...

...

Chọn chiều cao mặt cắt cống A_c theo điều kiện: A_c ≥ a_c và thỏa mãn quy định tại TCVN 8306.

Sau khi xác định được A_c, phải chính xác hóa lại cao trình trần cống theo công thức: Z_tc = Z_đv + A_c

C.1.2.2  Tính toán các quan hệ mực nước - lưu lượng phục vụ vận hành cống

C.1.2.2.1  Xác định quan hệ mực nước hạ lưu với lưu lượng qua cống

1  Yêu cầu chung

Ứng với mỗi cấp lưu lượng tháo Q, mực nước hạ lưu cống còn phụ thuộc vào cao trình mực nước sông/biển tại thời điểm tháo nước, do đó cần xây dựng biểu đồ quan hệ Q~Z_hl~Z_sông/biển

2  Trình tự tính toán

a)  Tự định trị số Z_sông/biển theo thứ tự từ nhỏ đến lớn trong phạm vi cho phép mở cống thoát nước: Z_min ≤ Z_sông/biển ≤ Z_max

b) Giả thiết cấp lưu lượng tháo Q theo thứ tự từ nhỏ đến lớn trong phạm vi có Q ≤ Q_max, trong đó Q_max là trị số lưu lượng tháo lớn nhất qua cống.

...

...

...

d) Tính toán tương tự cho các cấp lưu lượng Q khác và các mức Z_sông/biển khác để vẽ quan hệ

Q~Z_hi~Z_sông/biển

C.1.2.2.2  Tính toán lưu lượng tháo qua cống thoát nước khi biết mực nước thượng lưu (Z_tl), mực nước hạ lưu (Z_hl) và kích thước cống.

1  Điều kiện tính toán

Cống thoát nước có đáy dạng ngưỡng đỉnh rộng, khi vận hành thoát nước thì van mở hoàn toàn, lưu lượng tháo được tính theo công thức của đập tràn đỉnh rộng.

2  Trình tự tính toán

a) Xác định độ ngập trên đáy cống

(C.37)

...

...

...

b) Xác định cột nước trước cống

(C.38)

c) Kiểm tra điều kiện chảy tự do

Theo công thức (C.39), trong đó lấy H₀ ≈ H (bỏ qua lưu tốc tới gần). Điều kiện chảy tự do qua đáy cống:

(C.39)

d) Tính lưu lượng tháo (trị số sơ bộ)

...

...

...

(C.40)

trong đó:

ε  hệ số co hẹp bên, xác định theo công thức (C.8);

m  hệ số lưu lượng, xác định theo TCVN 9147;

Σb tổng bề rộng tràn nước của các khoang cống;

H₀ cột nước tràn, có kể đến lưu tốc tới gần.

- Nếu không thỏa mãn điều kiện chảy tự do: tính Q theo công thức:

Công thức tính lưu lượng qua đáy cống chảy ngập:

...

...

...

(C.41)

trong đó:

h  chiều sâu dòng chảy trên ngưỡng tràn;

φ_g  hệ số lưu tốc khi xét co hẹp bên, xác định theo công thức (C.7);

φ_n  hệ Số lưu tốc chảy ngập, theo Bảng C.1,

e) Tính toán lưu tốc tới gần V₀

trong đó:

...

...

...

ω_tl  diện tích mặt cắt ướt tại thượng lưu cống, m^2, tính với độ sâu nước h_tl = Z_tl - Z_nc.

Z_tl  cao trình mực nước thượng lưu;

Z_nc  cao trình đáy cống.

f) Tính toán cột nước toàn phần trước cống

(C.42)

trong đó:

H  tính theo công thức (C.37);

α  hệ số hiệu chỉnh động năng;

...

...

...

g gia tốc trọng trường, m/s^2.

g) Kiểm tra điều kiện chảy tự do theo công thức (C.39), từ đó tính lưu lượng (trị số chính thức) theo công thức (C.40) hoặc (C.41), tùy theo trạng thái chảy đã xác định.

C.1.2.3  Tính toán tiêu năng hạ lưu

C.1.2.3.1  Điều kiện tính toán

1  Mực nước phía đồng: theo mực nước thiết kế thoát nước lớn nhất của cống;

2  Cửa van mở hoàn toàn;

3  Dòng chảy trong cống là dòng không áp;

4  Mực nước phía sông/biển: là trị số thấp nhất trong phạm vi hoạt động của cống thoát nước;

5  Sơ đồ tiêu năng đáy, tính theo bài toán phẳng.

...

...

...

1  Quy định chung

Do đặc điểm của cống thoát nước là van mở hoàn toàn khi cống làm việc nên tổ hợp bất lợi nhất về tiêu năng được xác định là khi mực nước thượng lưu ở vị trí cao nhất và mực nước phía sông/biển ở vị trí thấp nhất khi cống làm việc. Tuy nhiên mực nước hạ lưu cống còn phụ thuộc vào tổn thất cột nước dọc theo kênh xả từ cống ra sông/biển nên phải xác định bằng tính đúng dần.

2  Các bước tính toán

a) Bước 1- Tính toán sơ bộ

- Coi dòng chảy trong kênh hạ lưu là dòng đều, khi đó tổn thất cột nước trong kênh hạ lưu là i.L_hl, trong đó: i là độ dốc đáy kênh hạ lưu; L_hl là chiều dài kênh hạ lưu.

- Xác định cao trình mực nước hạ lưu tương ứng:

(C.43)

- Có Z_tl, Z_hl và kích thước cống, xác định được lưu lượng qua cống theo C.1.2.2.2.

...

...

...

- Với trị số lưu lượng Q đã có (theo bước 1), tiến hành vẽ đường mặt nước trong kênh hạ lưu, từ cuối lên đầu kênh, xác định được độ sâu nước đầu kênh hạ lưu là hhi và cao độ mực nước hạ lưu cống Z_hl = Z_đk + h_hl, trong đó: Z_đk là cao độ đáy đầu kênh hạ lưu;

- Tính lại trị số Q theo trị số Z_hl mới

- Xác định chiều sâu ngập ở mặt cắt cuối cống:

(C.44)

trong đó: Z_đr là cao trình đáy cuối cống.

- Xác định độ sâu nước thực tế tại mặt cắt cuối cống h_r:

Nếu h_n2 > h_k: lấy h_r = h_n2, trong đó h_k là độ sâu phân giới trong cống ứng với lưu lượng Q;

Nếu h_n2 ≤ hk: lấy h_r = h_k.

...

...

...

C.1.2.3.3  Tính toán kích thước bể tiêu năng

1  Xác định điều kiện tính toán kích thước bể

a) Từ trị số E₀ (theo công thức C.24), xác định độ sâu liên hiệp sau nước nhảy h”_c;

b) Kiểm tra: nếu (h"_c - h_hl) < 0 thì chọn kích thước bể tiêu năng theo cấu tạo. Nếu h”_c - h_hl) ≥ 0: cần tính kích thước bể tiêu năng.

2  Xác định kích thước bể tiêu năng

a) Chiều sâu đào bể: theo công thức (C.25) và trình tự nêu tại C.1.1.3.4.

b) Chiều dài bể tiêu năng: theo công thức (C.29).

c) Chiều dài sân sau: theo công thức (C.30).

C.2  Tính toán thủy lực cống ngầm có áp

...

...

...

C.2.1.1  Trường hợp tính toán

1  Mực nước thượng, hạ lưu

a) Với cống cấp nước: mực nước thượng lưu ở vị trí thấp nhất ứng với tần suất thiết kế (cấp nước); mực nước hạ lưu tương ứng với lưu lượng thiết kế.

b) Với cống thoát nước: mực nước thượng, hạ lưu và lưu lượng thiết kế được xác định theo nhiệm vụ công trình.

2  Cửa van mở hoàn toàn (Hình C.5);

3  Nước choán đầy mặt cắt ngang cống;

4  Lưu lượng cần cấp/tháo qua cống là Q_tk

5  Sơ đồ tính toán thủy lực cống ngầm có áp như trên Hình C.5.

...

...

...

C.2.1.2 Công thức tính thủy lực cống ngầm có áp

(C.45)

trong đó:

Q  lưu lượng qua cống (m^3/s);

μ  hệ số lưu lượng, tính cho dòng chảy từ mặt cắt phía trước cửa vào đến mặt cắt sau cửa ra của cống;

ω  diện tích mặt cắt đại biểu của cống (m^2);

ΔZ₀ Cột nước công tác, có tính đến lưu tốc tới gần (m):

...

...

...

Z_tl  cao trình mực nước thượng lưu;

Z_hl  cao trình tính toán tại mặt cắt sau cửa ra:

- Khi tâm mặt cắt cuối cống nằm cao hơn hoặc bằng mực nước trong bể tiêu năng:

Z_hl = cao trình tâm mặt cắt cuối cống;

- Khi tâm mặt cắt cuối cống nằm thấp hơn mực nước trong bể tiêu năng:

Z_hl = cao trình mực nước trong bể tiêu năng;

V₀  lưu tốc tới gần (m/s);

g  gia tốc trọng trường (m/s^2).

...

...

...

1  Trường hợp chung, khi cống gồm các đoạn có mặt cắt khác nhau:

(C.47)

(C.48)

trong đó:

ω_h

diện tích mặt cắt ướt sau cửa ra của cống (m^2);

...

...

...

K_i

hệ số tính đổi:

(C.49)

2  Trường hợp riêng, khi cống có mặt cắt không đổi trên toàn chiều dài:

(C.50)

Giá trị các hệ số tổn thất thủy lực  tham khảo TCVN 9151

...

...

...

Bài toán được giải theo phương pháp đúng dần, các bước như sau:

1  Giả thiết kích thước mặt cắt cống (là đường kính trong D của cống tròn hay kích thước AxB của cống chữ nhật).

2  Xác định các giá trị , tính μ.

3  Tính Q theo công thức (B.45). Nếu Q ≠ Q_tk (sai số vượt quá mức cho phép) thì cần giả thiết lại kích thước mặt cắt cống và tính lại cho đến khi đạt được Q ≈ Q_tk (sai số trong phạm vi cho phép).

C.2.1.5  Kiểm tra điều kiện chảy có áp

1  Dòng chảy trong cống là có áp khi thỏa mãn 2 điều kiện sau:

a) Trần cửa vào cống nằm thấp hơn mực nước thượng lưu. (Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì phải hạ thấp cao trình đặt cống).

b) Thỏa mãn điều kiện thủy lực:

...

...

...

(C.52)

trong đó:

tổng các hệ số tổn thất cục bộ tại cửa vào, tính đến mặt cắt cuối cửa vào có diện tích ω_v;

K_j

hệ số tính đổi diện tích:

...

...

...

Z_v

chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu và cao độ trần cống tại mặt cắt cuối cửa vào.

Các trị số μ, ω, ΔZ đã giải thích tại công thức (C.45).

2  Nếu không thỏa mãn điều kiện (C.51) thì phải giảm kích thước mặt cắt cống, hoặc sử dụng cửa van hạ lưu để điều tiết.

C.2.2  Tính toán tiêu năng sau cống

C.2.2.1  Điều kiện tính toán

1  Cửa van mở hoàn toàn;

2  Cống chảy có áp;

...

...

...

4  Tính theo sơ đồ tiêu năng đáy (bể tiêu năng sau cửa ra cống). Sơ đồ tính toán tiêu năng như trên Hình B.5.

C.2.2.2  Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng

Thực hiện theo các bước sau:

1 Giả thiết mực nước thượng lưu Z_tl;

2 Tính lưu lượng qua cống Q;

3 Xác định cao trình và độ sâu nước hạ lưu tương ứng với Q;

4 Tính năng lượng của dòng chảy tại mặt cắt ra, tính đến cao trình đáy kênh hạ lưu:

(C.54)

...

...

...

A  chiều cao mặt cắt cống tại cửa ra (m);

P₂  chênh lệch cao độ đáy mặt cắt ra và đáy kênh hạ lưu (m);

v  lưu tốc bình quân của dòng chảy tại mặt cắt cuối cống (m/s);

5 Từ E₀, xác định độ sâu co hẹp h_c sau cửa ra và độ sâu liên hiệp với nó h”_c theo các phương pháp thủy lực thông thường;

6 Tính trị số (h_c”- h_hl);

7 Giả thiết các Z_tl khác và tính (h_c”- h_hl) tương ứng;

8 Lựa chọn trường hợp có (h_c”- h_hl)_max và lưu lượng tương ứng để tính toán kích thước bể tiêu năng và sân sau;

C.2.2.3  Tính toán kích thước công trình tiêu năng

Thực hiện theo C.1.2.3.3.

...

...

...

(Quy định)

Tính toán thủy lực cống hở

D.1  Xác định chiều rộng thông thủy của cống

D.1.1  Sơ đồ tính toán

1 Dạng đáy cống

a) Phổ biến cho đáy cống là tràn đỉnh rộng.

b) Hệ số lưu lượng xác định theo TCVN 9147.

2 Dạng dòng chảy qua đáy cống

Phân biệt 2 dạng:

...

...

...

b) Dòng chảy qua lỗ: khi cửa van mở một phần, hoặc khi cao trình đáy tường ngực thấp hơn mặt nước thượng lưu cống.

3 Trạng thái chảy qua

Phải phân biệt trạng thái chảy tự do và trạng thái chảy ngập (điều kiện chảy tự do được xác định theo TCVN 9147).

4 Phương pháp tính toán: dùng các phương pháp thủy lực truyền thống hoặc phương pháp số (FVM, FDM, FEM).

D.1.2  Tính cho sơ đồ chảy qua cống

Tùy theo cao trình mực nước hạ lưu, trạng thái chảy qua cống có thể là chảy tự do hoặc chảy ngập.

D.1.2.1  Trường hợp chảy tự do (không ngập) qua cống.

D.1.2.1.1  Điều kiện chảy tự do của cống

1 Cống kiểu tràn đỉnh rộng: phải thỏa mãn điều kiện (C.39).

...

...

...

(D.1)

(D.2)

trong đó:

Z chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu;

P chiều cao ngưỡng;

h_hl chiều sâu nước hạ lưu;

h_n độ ngập sâu ngập của ngưỡng dưới mực nước hạ lưu;

...

...

...

Bảng D.1 - Trị số của ngưỡng thực dụng.

m

0,20

0,30

0,40

0,50

0,75

1,00

...

...

...

2,00

0,35

0,92

0,89

0,87

0,86

0,84

0,86

0,87

...

...

...

1,05

0,385

0,91

0,86

0,84

0,82

0,80

0,79

0,80

...

...

...

0,90

0,42

0,89

0,81

0,80

0,73

0,76

0,75

0,73

...

...

...

0,72

0,46

0,88

0,82

0,78

0,76

0,74

0,71

0,70

...

...

...

0,79

0,48

0,86

0,80

0,76

0,74

0,71

0,68

0,67

...

...

...

0,78

D.1.2.1.2  Lưu lượng qua cống

Lưu lượng qua cống chảy tự do xác định theo công thức (C.40).

D.1.2.1.3  Trình tự tính toán xác định bề rộng thông thủy của cống

Xuất phát từ công thức (C.40):

1 Kiểm tra điều kiện chảy tự do

2 Dựa vào đặc điểm của đáy cống, quy mô cống, giả thiết trị số của ε, tính Σb theo công thức:

(D.3)

...

...

...

4 Tính lại trị số ε, trị số Ib tương ứng;

5 Tính lại và chọn b thỏa mãn các yêu cầu khác.

6 Tổng bề rộng thông thủy của cống sau khi lựa chọn: Σb = n.b.

D.1.2.2  Trường hợp chảy ngập qua ngưỡng

D.1.2.2.1  Điều kiện chảy ngập

Khi dòng chảy không thỏa mãn điều kiện (C.38) đối với ngưỡng đỉnh rộng hay điều kiện (D.1), (D.2) đối với ngưỡng thực dụng thì phải tính theo sơ đồ chảy ngập.

D.1.2.2.2  Công thức lưu lượng qua đáy cống chảy ngập

1 Đối với dạng đỉnh rộng: theo công thức (C.41).

2 Đối với dạng thực dụng

...

...

...

(D.4)

trong đó σ_n là hệ số ngập phụ thuộc vào tỷ số , tham khảo bảng (E.2)

Bảng D.2 - Hệ số ngập σ_n của mặt cong không chân không Criger - Oficerov

≤ 0

0,05

0,10

0,15

0,20

...

...

...

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

σ_n

1,0

0,999

0,998

...

...

...

0,996

0,994

0,991

0,988

0,983

0,978

0,972

...

...

...

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

...

...

...

σ_n

0,965

0,957

0,947

0,933

0,91-0,80

0,76

0,70

0,59

...

...

...

0

D.1.2.2.3  Trình tự tính toán

Căn cứ vào công thức (C.41) hoặc công thức (D.4) để tính toán, theo trình tự sau:

1 Sơ bộ định Σb₁ (tham khảo trị số ở bước thiết kế trước hoặc ở công trình tương tự);

2 Tiến hành phân khoang cống;

a) Phân khoang cống theo nguyên tắc nêu tại C.1.1.1.2, 4.

b) Hình dạng mố trụ ngăn cách giữa các khoang phải thỏa mãn yêu cầu tại 7.3.2.9.2.

3 Xác định các hệ số tương ứng trong công thức (C.41) cho ngưỡng đỉnh rộng hoặc công thức (D.4) cho ngưỡng thực dụng;

...

...

...

5 So sánh: nếu Σb ≠ Σb₁ (sai số vượt quá mức cho phép) thì phải chọn lại Σb₁ theo trị số mới và tính lại sho đến khi đạt được sai số cho phép.

D.1.3  Tính cho sơ đồ chảy qua lỗ

D.1.3.1  Điều kiện tính toán

Khi dòng chảy qua cống bị giới hạn từ phía trên bởi van hoặc tường ngực thì phải tính lưu lượng qua cống theo sơ đồ chảy qua lỗ. Tùy theo trạng thái nối tiếp của dòng chảy dưới van với hạ lưu mà phân biệt dòng chảy tự do (Hình D.1) và dòng chảy ngập dưới van (Hình D.2)

Hình D.1 - Sơ đồ chảy tự do dưới cửa van cống hở

D.1.3.2  Công thức tính toán lưu lượng tháo qua cống

D.1.3.2.1  Khi chảy tự do dưới van (hình D.1)

...

...

...

trong đó:

φ hệ số lưu tốc, phụ thuộc vào hình dạng mức độ thuận dòng ở cửa vào. Khi P = 0, cửa vào có tường cánh uốn cong hoặc xiên thì φ = 0,95 ÷ 1,0; Khi P > 0, hoặc cửa vào không thuận thì φ = 0,85 ÷ 0,95

α_v hệ số co hẹp đứng, phụ thuộc tỷ số a/H, tra bảng C.2

a độ mở cống;

h_c độ sâu dòng chảy tại mặt cắt co hẹp c-c;

(D.6)

Trị số Σb được tính trực tiếp từ công thức (D.5).

...

...

...

D.1.3.2.2  Khi chảy ngập dưới van (hình D.2)

(D.7)

trong đó: trị số h_z tính theo công thức (C.18).

D.2  Tính toán tiêu năng phòng xói sau cống

D.2.1  Xác định thông số tính toán tiêu năng bất lợi nhất

D.2.1.1  Đối với cống cấp nước

D.2.1.1.1  Điều kiện tính toán

1 Mực nước thượng, hạ lưu và lưu lượng lấy nước qua cống lấy theo các trường hợp bất lợi điển hình như trên Hình B.2, cụ thể:

...

...

...

- Thời điểm E: lưu lượng lấy nước lớn nhất và mực nước hạ lưu tương ứng, mực nước thượng lưu cao tương ứng;

- Thời điểm F: mực nước hạ lưu thấp nhất và lưu lượng, mực nước thượng lưu cao tương ứng.

2 Van mở với độ mở a để lấy lưu lượng nước Q đã định;

3 Trạng thái chảy dưới cửa van là tự do (Hình D.1)

D.2.1.1.2  Trình tự tính toán cho mỗi trường hợp (đã biết Q, Z_tl, Z_hl)

1 Giả thiết độ mở cống a₁;

2 Tính trị số a/H, từ đó xác định được trị số , theo Bảng C.2.

3 Tính toán lưu lượng lấy nước Q₁ theo công thức (D.5);

4 So sánh: nếu trị số Q₁ ≠ Q (sai số vượt quá mức cho phép) thì cần giả thiết lại trị số ai và tính đến khi đạt được Q₁ = Q (sai số trong phạm vi cho phép);

...

...

...

(D.8)

6 Tính trị số (h_c” - h_hl)

7 Chuyển sang trường hợp tính toán khác: xác định trị số (h_c” - h_hl) tương ứng;

8 Chọn thông số tính toán tiêu năng bất lợi nhất:

Tổ hợp bất lợi nhất về tiêu năng ứng với trị số (h_c” - h_hl) lớn nhất trong số các trường hợp tính đã nêu.

D.2.1.2  Đối với cống thoát nước

D.2.1.2.1  Điều kiện tính toán

1 Mực nước hạ lưu nhỏ nhất trong phạm vi cho phép cống thoát nước làm việc.

...

...

...

3 Cửa van cống mở hoàn toàn.

D.2.1.2.2  Trình tự tính toán

1 Giả thiết mực nước thượng lưu (từ lớn đến nhỏ trong phạm vi cho phép làm việc của cống thoát nước).

2 Giả thiết cống chảy tự do (khi van mở hết). Tính lưu lượng qua cống theo công thức (C.39), ứng với trường hợp phổ biến ở cống thoát nước là kiểu ngưỡng đỉnh rộng.

3 Kiểm tra điều kiện chảy tự do qua đáy cống theo công thức (C.39)

a) Nếu thỏa mãn điều kiện chảy tự do qua đáy cống: ghi nhận trị số Q.

b) Nếu không thỏa mãn điều kiện chảy tự do đáy cống: tính lại Q theo công thức (C.41)

4 Tính toán xác định thông số tiêu năng sau cống

a) Tính toán năng lượng toàn phần tính đến đáy kênh hạ lưu:

...

...

...

(D.9)

trong đó:

H cột nước trước cống, m.

V₀ lưu tốc tới gần, m/s.

P₂ chênh lệch cao độ đáy cống so với đáy kênh hạ lưu, m.

b) Tính F(τ_c)

(D.10)

trong đó:

...

...

...

B_b chiều rộng trung bình của bể tiêu năng (theo bố trí tổng thể).

P₂ chênh lệch cao độ đáy cống so với đáy kênh hạ lưu, m.

φ hệ số lưu tốc, φ = 0,95 ÷ 1,0.

c) Xác định  theo Bảng C.2.

d) Tính h_c"

(D.11)

e) Tính (h_c”-h_hl) ứng với mực nước thượng lưu giả thiết (trị số h_hl ứng với mực nước hạ lưu nhỏ nhất khi cống thoát nước làm việc).

5 Giả thiết trị số mực nước thượng lưu khác và tính toán tiếp theo trình tự đã nêu, cho đến khi hết phạm vi biến đổi Z_tl khi cống làm việc.

...

...

...

D.2.2  Tính toán kích thước các bộ phận tiêu năng khi không bố trí mố tiêu năng trong bể

D.2.2.1  Tính toán cho sơ đồ bể tiêu năng

CHÚ DẪN

1 bản đáy cống                          4  sân sau

2  bể tiêu năn                                          5  hố phòng xói

3  tường bên bể tiêu năng                       6  kênh hạ lưu

Hình D.3 - Sơ đồ tính toán bể tiêu năng sau cống hở, đáy bể không có mố tiêu năng

1 Sơ đồ tính toán: như trên Hình D.3.

...

...

...

3 Tính chiều sâu bể tiêu năng: theo B.1.1.3.4.

4 Tính toán chiều dài của bể tiêu năng: Theo công thức (C.29)

5 Tính toán chiều dài sân sau

(D.12)

trong đó: K_s hệ số tính toán độ dài sân sau, tham khảo Bảng D.3 .

Các trị số q₂ và ΔH như đã giải thích ở trên.

Bảng D.3 - Trị số K_s khi tính chiều dài sân sau theo công thức (E.12)

Chất đất đáy kênh hạ lưu

...

...

...

Cát vừa, cát thô, đất cát

Đất thịt

Đất sét cứng

K_s

13 ÷ 15

10 ÷ 12

8 ÷ 9

6 ÷ 7

6 Tính toán độ sâu hố phòng xói sau sân sau

...

...

...

(D.13)

trong đó:

q₃  lưu lượng đơn vị ở mặt cắt cuối sân sau (m^3/s.m);

V_cp  lưu tốc cho phép không xói của đất đáy kênh hạ lưu (m/s), tham khảo tài liệu các công trình tương tự;

h_hl  độ sâu nước trong kênh ở sau sân sau (m).

D.2.2.2  Tính cho sơ đồ bể - tường kết hợp

1 Sơ đồ tính toán

Sơ đồ như trên Hình D.4, trong đó c là chiều cao tường tiêu năng, d là chiều sâu đào bể.

...

...

...

1  Bản đáy cống             3  Tường tiêu năng

2  Bể tiêu năng              4  Sân sau

Hình D.4 - Sơ đồ tính tiêu năng với bể tường kết hợp

2  Tính chiều cao giới hạn của tường (c₀)

(D.14)

trong đó:

h_c1 độ sâu co hẹp sau tường tiêu năng, được xác định từ độ sâu liên hiệp với nó, khi khống chế độ sâu này bằng độ sâu nước hạ lưu:

...

...

...

q  lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối bể tiêu năng, m^3/s.m;

φ  hệ số lưu tốc, φ =0,95÷1,0;

α  hệ số hiệu chỉnh động năng, α=1,05÷1,10;

g  gia tốc trọng trường, m/s^2;

h_hl  độ sâu nước hạ lưu, m;

m  hệ số lưu lượng của dòng chảy qua tường tiêu năng, m=0,40.

3  Xác định chiều cao tường, chiều sâu bể

a) Chiều cao tường (c)

- Chọn trong phạm vi 0 < c < c₀.

...

...

...

b) Chiều sâu bể (d)

Khi đã xác định chiều cao tường thì chiều sâu bể tính toán theo điều kiện tạo ra nước nhảy ngập trong bể:

(D.16)

trong đó:

σ hệ số đảm bảo nước nhảy ngập trong bể, σ = 1,05÷1,10;

h_c” chiều sâu liên hiệp với chiều sâu co hẹp hc ở đầu bể, m;

c chiều cao tường tiêu năng, m.

Các đại lượng khác như đã giải thích ở công thức (D.29). Do trị số h_c” phụ thuộc vào d nên việc xác định chiều sâu bề d phải giải bằng phương pháp đúng dần, theo các bước sau:

...

...

...

- Tính E₀’ = E₀ + d₁, trong đó E₀ theo công thức (D.9);

- Tính F(τ_c) theo công thức (D.10), trong đó thay E₀ bằng E₀’.

- Xác định τ_c” theo Bảng C.2.

- Tính h_c” theo công thức (D.11);

- Tính d theo công thức (D.16).

- So sánh, nếu d ≠ d₁ (sai số vượt mức cho phép) thì cần giả thiết lại d₁ và tính cho đến khi đạt được d ≈ d₁ (sai số trong phạm vi cho phép).

4 Xác định các kích thước khác

- Chiều dài bể: theo công thức (C.29);

- Chiều dài sân sau: theo công thức (D.12);

...

...

...

D.2.3  Tính toán cho trường hợp có bố trí mố tiêu năng trong bể

D.2.3.1  Công thức chung

Khi có bố trí các ngưỡng, mố tiêu năng trong bể thì kích thước (chiều sâu, chiều dài) của bể sẽ được giảm bớt. Việc tính toán được thực hiện từ phương trình (D.17):

(D.17)

trong đó:

B  bề rộng trung bình của bể tiêu năng;

h₁  độ sâu đầu nước nhảy (bằng h_c);

h₂  độ sâu sau nước nhảy (bằng h_c”);

...

...

...

α  góc mái nghiêng của mặt trước mố, ngưỡng lập với mặt phẳng nằm ngang;

S_m  tổng diện tích mặt chiếu trên phương vuông góc với dòng chảy của tất cả các mố, ngưỡng tiêu năng (m^2);

Q  lưu lượng tháo (m^3/s);

g  gia tốc trọng trường (m/s^2).

D.2.3.2  Các bài toán thực tế

Khi chọn trước loại mố (xác định được trị số K₂) thì từ phương trình (D.17) có thể giải được 2 bài toán:

a) Bài toán 1: định trước cách bố trí các mố tiêu năng, tức có S_m, tìm được h₂ từ đó tính được chiều sâu bể tiêu năng;

b) Bài toán 2: khống chế h₂ (khống chế chiều sâu bể), tìm được S_m tương ứng, từ đó thiết kế bố trí các mố tiêu năng.

D.2.3.3  Tính toán áp dụng

...

...

...

D.3  Tính toán thủy lực phục vụ vận hành cống

D.3.1  Xây dựng quan hệ mực nước hạ lưu với lưu lượng qua cống

D.3.1.1  Đối với cống cấp nước: Thực hiện theo C.1.1.1.1.

D.3.1.2  Đối với cống thoát nước ra sông/biển: Thực hiện theo C.1.2.2.

D.3.2  Xây dựng quan hệ lưu lượng với độ mở cho cống cấp nước

Thực hiện theo C.1.1.4.2.

Phụ lục E

(Quy định)

...

...

...

E.1  Kiểm tra ổn định thấm tại điểm ra của nền cống

1. Kiểm tra độ bền thấm tại điểm ra của nền cống để đảm bảo an toàn về xói ngầm cơ học phải thỏa mãn công thức:

(E.1)

trong đó:

J_max trị số lớn nhất tính toán của gradient thấm tại điểm ra của nền cống.

J_rcp trị số gradient thấm cho phép không xói ngầm tại điểm ra, xác định theo Bảng 3.

2. Kiểm tra an toàn về đẩy trồi đất ở hạ lưu

a) Sơ đồ tính toán: như trên Hình E.1.

...

...

...

(E.2)

trong đó:

t  chiều dày lớp gia trọng, m.

S  chiều cao đoạn bậc thẳng đứng trước khi dòng thấm thoát ra, m (xem Hình E.1).

h_c  cột nước thấm tính toán ở đáy bậc thẳng đứng (điểm A trên Hình E.1), m .

γ  trọng lượng riêng của nước, KN/m^3.

γ_đn  trọng lượng riêng đầy nổi của đất nền, kN/m^3.

γ_p  trọng lượng riêng đẩy nổi của lớp gia trọng, kN/m^3.

...

...

...

Hình E.1 - Sơ đồ tính toán đẩy trồi đất do dòng thấm ở cửa ra.

E.2  Kiểm tra tính toán về áp lực thấm đẩy ngược

1. Áp lực thấm đẩy ngược được tính cho phạm vi bản đáy của thân cống, bể tiêu năng, tường cánh,...

2. Phải tính toán ổn định cho thân cống, tường cánh, bể tiêu năng,... trong đó áp lực thấm là một phần quan trọng của áp lực đẩy nổi (W_đn) lên bản đáy của kết cấu tính toán.

Phụ lục G

(Tham khảo)

Thiết kế khớp nối đồng

...

...

...

- Khớp nối đồng được bố trí ở vị trí tiếp giáp giữa các phân đoạn cống, giữa thân cống và tường cánh, bể tiêu năng (Hình G.1)

Hình G.1 - Bố trí khớp nối đồng

- Khớp nối đồng nằm đặt cách mặt phía trên của bản đáy và trần cống khoảng 25-50 cm để thuận tiện thi công lắp đặt khớp nối; khớp nối đứng đặt giữa tường

G.2  Các bộ phận của khớp nối đồng

a) Khớp nối nằm

1  Tấm lá đồng 2 mm

...

...

...

3 Nhựa đường

4  Bê tông M100 đổ sau

5  Bao tải nhựa đường

b) Khớp nối đứng

1  Tấm lá đồng 2 mm

2  Tôn trắng 2 mm

3  Nhựa đường

4  Bao tải nhựa đường

Hình G.2 - Các bộ phận khớp nối đồng

...

...

...

Tại các điểm góc, liên kết lá đồng thẳng đứng (ở tường cống) với lá đồng nằm ngang (ở bản đáy hay trần cống) bằng hàn đồng (Hình G.3).

Hình G.3 - Liên kết khớp nối đứng và nằm

G.4  Trình tự thi công khớp nối nằm

Hình G.4 - Trình tự thi công khớp nối nằm

1. Lắp đặt ván khuôn đoạn I, trong đó đặt tấm đồng (2) và máng tôn hình chữ V (3) vào vị trí theo thiết kế.

2. Đổ bê tông đoạn I.

3. Dỡ cốp pha bê tông đoạn I (tấm đồng (2) và máng tôn hình chữ V (3) đã được gắn vào khối bê tông).

...

...

...

5. Uốn tấm đồng từ vị trí I lên vị trí II và đổ nhựa đường B-4 nóng chảy vào đầy máng tôn chữ V (3) (nên bố trí nhiều vị trí đổ để nhanh chóng đổ đầy máng tôn).

6. Trong khi nhựa đường vẫn còn nóng, dùng nêm gỗ (6) uốn tấm đồng trả lại vị trí nằm ngang.

7. Lắp đặt ván khuôn (7) để đổ nhựa đường. Giữ ván khuôn (7) cho đến khi đổ bê tông đoạn II (để nắng mặt trời không làm chảy và biến dạng khối nhựa đường). Lưu ý không để nhựa đường vương lên mặt tấm đồng phần đặt trong bê tông.

9. Lắp ván khuôn và đổ bê tông đoạn li.

10. Dỡ ván khuôn và đổ vữa xi măng M100 để lấp đầy khe hở giữa 2 đoạn.

Phụ lục H

(Tham khảo)

Một số phương án sửa chữa, xử lý sự cố cống qua đê

...

...

...

Hình H.1 - Sửa chữa, làm mới khớp nối nằm

Hình H.2 - Sửa chữa, làm mới khớp nối đứng

H.2  Xử lý các sự cố thấm qua nền, thân cống

Hình H.3 - Cắt dọc cống có bố trí cừ thép chống thấm kết hợp khoan phụt chống thấm 02 nút

Hình H.4 - Cắt ngang cống có bố trí cừ thép chống thấm kết hợp khoan phụt chống thấm 2 nút

...

...

...

Thư mục tài liệu tham khảo

1. Luật Xây dựng số 50/2014/QH13.

2. Luật số 62/2020/QH14 Sửa đổi bổ sung một số điều của Luật Xây dựng.

3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về Công trình thủy lợi, Phòng chống thiên tai. Phần I: Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế QCVN 04-05 : 2022/BNNPTNT.

4. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Quy phạm thiết kế cống SD133-84, Tài liệu dịch từ tiếng Trung Quốc, Hà Nội, 1998.

5. Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng. Thiết kế cống, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1988.

6. Nguyễn Chiến (chủ biên) và nnk. Công trình trên hệ thống thủy lợi, NXB Bách khoa Hà Nội, 2020.

7. Ngô Trí Viềng (chủ biên) và nnk. Thủy công tập I, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2004.

8. S.K.Mazumder. Flow Transition Design in Hydraulic Structures, CRC Press, 2020. thiết kế công trình chịu động đất TCVN 9386-1.

...

...

...

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Phân loại, phân cấp cống qua đê và các chỉ tiêu thiết kế chính

5  Nguyên tắc chung khi thiết kế cống qua đê

6 Yêu cầu tài liệu để thiết kế cống qua đê

7  Thiết kế cống qua đê

...

...

...

Phụ lục A (Tham khảo) Sơ đồ một số mẫu cống qua đê điển hình

Phụ lục B (Quy định) Xác định mực nước thiết kế thượng, hạ lưu cống

Phụ lục C (Quy định) Tính toán thủy lực cống ngầm

Phụ lục D (Quy định) Tính toán thủy lực cống hở

Phụ lục E (Quy định) Kiểm tra ổn định thấm

Phụ lục G (Tham khảo) Thiết kế khớp nối đồng

Phụ lục H (Tham khảo) Một số phương án sửa chữa, xử lý sự cố cống qua đê

Thư mục tài liệu tham khảo