Hướng dẫn thiết kế cống trong đồ án tốt nghiệp

Hướng dẫn cụ thể các bước thiết kế cống trong đồ án tốt nghiệp sinh viên

Trang 1

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP May 14, 2014

T u n g K e n - 0 9 7 4 2 7 7 9 8 6 – t u a n t u n g v u @ g m a i l c o m Page 1

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CỐNG TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

“ Tài liệu được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau và một chút xíu hiểu biết của bản thân nhằm giúp các bạn sinh viên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp Mình học ĐH GTVT nên hướng dẫn cũng theo trình tự đồ án của

trường GT Nếu có nhầm lẫn hi vọng các bạn điều chỉnh và sửa đổi giúp Hi vọng là không ”

Trước khi vào thiết kế, cần tìm hiểu qua chút về cống để có thể hình dung ra cấu tạo của cống Hiểu được cấu tạo cống thì bước vào thiết kế sẽ dễ dàng hơn rất nhiều Hơn nữa hiểu cấu tạo của cống thì việc trả lời các câu hỏi tốt nghiệp cũng khá ngon

I – KHÁI NIỆM VỀ CỐNG

- Cống là một công trình nhân tạo khá phổ biến trên một tuyến đường Tác dụng chủ yếu của cống là dùng để thoát nước của các dòng chảy thường xuyên hay định kỳ chảy qua phía dưới nền đắp, ngoài ra cống còn làm đường chui dân sinh

- Khẩu độ cống là chiều rộng lớn nhất của tiết diện thoát nước Trường hợp cống có nhiều lỗ thì khẩu độ được tính bẳng tổng số khẩu độ của mỗi lỗ

- Số lượng các công trình thoát nước trên tuyến phụ thuộc vào điều kiện địa hình, khí hậu trong đó cống chiếm 80%-:-90% số lượng các công trình thoát nước Ở Việt Nam đối với đường cấp IV miền núi trung bình 1km đường có 4-:-9 cái cống Giá thành xây dựng cống thường chiếm 10%-:-20% giá thành toàn bộ tuyến

- Cống khác cầu nhỏ ở chỗ là nước chảy trong cống không những chỉ có chế độ chảy không áp mà còn có loại chảy có áp hoặc bán áp và chiều cao đất đắp trên đỉnh cống (kể cả chiều dày kết cấu áo đường) tối thiều là 0,5m (đối với đường ôtô) còn đối với đường sắt tối thiểu là 1,0m

- Khi giá thành xây dựng cống và cầu như nhau thì việc lựa chọn dùng cống có những ưu điểm sau:

+) Cống không làm thay đổi các điều kiện chuyển động của xe ôtô chạy trên đường khi qua vị trí cống; không hạn chế mặt đường và lề đường; không yêu cầu thay đổi loại kết cấu mặt đường trên cống

+) Việc bố trí cầu trên đường cong (cong bằng hoặc cong đứng) hay trên đường dốc thường gây nên sự phức tạp về kết cấu; song đối với cống có thể bố trí

Trang 2

+) Người ta chỉ dùng cầu khi mà cống không thể đảm bảo thoát hết nước chảy qua đường

II – PHÂN LOẠI CỐNG:

Dễ rồi, phần này các bạn đã quá rõ hoặc google search cũng ra thôi Phân loại theo vật liệu làm cống, phân loại theo hình dạng, phân loại theo chế độ chảy, phân loại theo số lỗ cống,… Nói chung phân loại theo kiểu gì là do người ta đặt Chi tiết thì các bạn tự tìm hiểu

III – CẤU TẠO CỐNG

Khi biết cấu tạo cống các bạn có thể vẽ và bố trí tốt cống trên bản vẽ tốt nghiệp,

Trang 3

(a) Đầu cống

- Tác dụng:

+) Điều tiết dòng nước chảy vào và chảy ra khỏi cống;

+) Giữ ổn định cho mái dốc nền đắp hai đầu cống;

+) Giữ ổn định cho cống không bị dịch chuyển dọc

- Các bộ phận cơ bản của đầu cống gồm có:

+) Tường đầu, tường cánh được xây bằng đá hộc, gạch nung hoặc bê tông M150 Mặt ngoài cống và phần tiếp giáp giữa tường đầu với nền đất trát lớp vữa xi măng M100 dày 1cm

+) Sân cống và gia cố thượng, hạ lưu cống

- Các dạng đầu cống: Có nhiều kiểu khác nhau nhưng phổ biến gồm có các kiểu sau đây:

+) Kiểu hành lang:

 Đặc điểm: có hai tường kéo dài song song với tim cống, được uốn cong

ở hai đầu ngoài và có chiều cao không đổi

 Ưu điểm: cải thiện tốt điều kiện dòng chảy, tổn thất thuỷ lực nhỏ mặt khác do có hai tường kéo dài song song nên bậc nước dầu tiên trước cống bị đẩy lùi và nằm hoàn toàn ngoài đầu cống mà không rơi vào trong thân cống

 Nhược điểm: tốn vật liệu và thi công tương đối phức tạp

+) Kiểu tường cánh chéo:

 Đặc điểm: Là dạng cải tiến của kiểu hành lang, có hai tường cánh được đặt mở rộng đầu ra phía ngoài và chiều cao thay đổi dần, phù hợp với độ dốc của mái dốc nền đường Góc mở tốt nhất của tường cánh so với tim cống khoảng 300 đối với tường cánh thượng lưu và từ 120-:-150 đối với tường cánh hạ lưu Trường hợp lưu tốc hạ lưu không lớn lắm thì dùng chung góc mở 300 cho cả 2 phía

 Ưu điểm: cải thiện tốt diều kiện dòng chảy, tổn thất thuỷ lục nhỏ và cấu tạo đơn giản dễ thi công Vì vậy đây là loại được sử dụng rất phổ biến

 Nhược điểm: bậc nước đầu tiên trước cống không nằm hoàn toàn ở ngoài đầu cống mà rơi một phần vào trong thân cống Để khắc phục và tăng khả năng thoát nước cho cống có thể tôn cao đoạn thân cống kề với đầu cống thượng lưu

Trong đồ án chúng ta hay sử dụng kiểu tường cánh chéo

Trang 4

 Nhược điểm: việc xây dựng hai khối 1/4 nón tương đối phức tạp

+) Kiểu tường đầu và kiểu cổ áo:

 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ thi công và tốn ít vật liệu

 Nhược điểm: không cải thiện điều kiện dòng chảy của dòng nước qua cống dẫn đến tổn thất thuỷ lực lớn

- Là bộ phận chủ yếu của cống cho nước thoát qua dưới nền đường và chịu toàn

bộ tải trọng của đất xung quanh và của đoàn xe tác dụng lên nó

- Tải trọng tác dụng không phân bố đều theo chiều dọc cống: phần giữa cống có trị số lớn nhất sau đó giảm dần về hai phía đầu cống, do đó nền đất dưới cống thường bị lún không đều dẫn đến cống dễ bị uốn dọc hoặc bị nứt vỡ Do đó người ta thường chia thân cống thành các đoạn, ở giữa các đoạn bố trí một khe phòng lún bằng các vật liệu đàn hồi như đay tẩm bitum, matit bitum, được nhét đầy và kín các khe tránh cho nước không bị thấm xuống nền đất

- Đối với các loại cống tròn thi công lắp ghép người ta thường đúc cống thành các đoạn nhỏ có chiều dài 1 đốt là 1m, còn đối với các loại cống thi công đổ liền tại công trường (cống hộp) người ta thường chia ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn có chiều dài thường 3-:-5m

Trang 5

- Móng cống có cấu tạo tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình Thông thường nền móng của cống được chia làm 3 loại bao gồm: +) Loại I: móng cống đặt trên nền đất thiên nhiên Loại móng này áp dụng đối với loại đất nền là sỏi cuội, cát chặt, sét cứng có cường độ > 2,5kg/m2 Cao

độ đặt cống trên mực nước ngầm tối thiểu là 0,3m

+) Loại II: móng cống là một lớp đệm đá dăm trộn cát Loại móng này áp dụng đối với nền là đá phong hoá hoặc lớp đất sét, cát hạt nhỏ, nền đất không thoát nước

+) Loại III: móng được xây bằng đá có cường độ 40kg/m2 trở lên hoặc gạch mác M100 xây bằng vữa xi măng mác M100, làm bằng bê tông hoặc BTCT lắp ghép Loại móng này được áp dụng đối với tất cả các loại đất sét, đất cát

có cường độ tính toán lớn hơn ứng suất tính toán dưới đất móng

- Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của các loại móng cống mà người ta lại chia ra làm loại là móng mềm và móng cứng Móng cứng là loại móng cống được đặt trên nền đá tự nhiên hay móng đá xây, bê tông, bê tông độn đá hộc, hoặc BTCT

1 2

Trang 6

- Khi xây dựng các cống có mặt cắt ngang lớn trong nền đất yếu hoặc nền đất đắp cao hoặc cống có độ dốc lớn nên dùng kiểu móng cống dạng khối để tránh cho cống không bị biến dạng cục bộ do móng bị lún không đều

(d) Đất đắp trên cống

- Để bảo vệ thân cống và lớp sơn phòng nước thì sau khi xây xong cống phải đắp ngay đất trên các đoạn cống, đất đắp trên cống dùng như loại đất đắp nền

Khi đắp phải chia thành từng lớp dày 15-:-20cm

Trong đồ án tốt nghiệp, chúng ta hay sử dụng cấu tròn có D=1-2m Trong hướng dẫn này mình sẽ hướng dẫn các bạn thiết kế cống tròn Cống hộp cũng tương tự, chỉ khác

về mặt cắt thôi, còn các thông số khác như móng cống và đầu cống thì tương tự

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỐNG TRONG PHẠM VI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- B1: Tính diện tích lưu vực (F) trên bình đồ 1:10 000

Các bạn tiếng hành khoanh lưu vực trên bình đồ, cách khoanh như sau : Xác định vị trí đường tụ thủy cống sẽ đi qua, lưu vực sẽ là toàn bộ sườn đồi xung quanh đường tụ thủy này mà nước sẽ đổ về Như vậy ranh giới khoanh sẽ là các đường phân thủy bao đường tụ thủy mà ta định thiết kế cống qua Việc khoanh lưu vực chỉ mang tính chất gần đúng chứ ko thể chuẩn 100%

B2: Xác định lưu lượng tính toán (Q tt ):

Công thức tính này các bạn đã học trong môn thủy văn rồi, cách dễ nhất

là từ công thức Q cần tính ở dưới, các bạn đi lần lượt xác định từng thông

số một, chủ yếu là tra bảng nên không có vấn đề gì khó khăn

Quy trình thiết kế cầu nhỏ, cống của Bộ Giao thông vận tải quy định tính lưu lượng lớn nhất (lưu lượng thiết kế) Qtk:

Q tt = A p *α*H p *δ l *F (m3/s)

Hp – lượng mưa ngày (ứng với tần suất thiết kế);

Trang 7

Lưu lượng mưa ngày Hp ứng với tần suất thiết kế p% xác định theo tài liệu đo đặc của trạm khí tượng thủy văn gần nhất hoặc tham khảo tài liệu thống kê (xem phụ lục 1)

Để tính toán khẩu độ cống cần xác định được lưu lượng nước dồn về theo tần suất thiết kế p (phụ thuộc vào cấp hạng đường):

Vtk > 80km/h p = 2%

Vtk ≤ 80km/h p = 4%

F – diện tích lưu vực (đã tính trên B1)

α – hệ số dòng chảy lũ xác định theo bảng, phụ thuộc vào đặc trưng lớp đất mặt của lưu vực, lượng mưa ngày Hp và diện tích lưu vực F (xem bảng 2.8);

Ap – mô đun tương đối của dòng chảy lớn nhất (khi Q = 1)

Ap = qp/(α*Hp)

qp – mô đun dòng chảy

Ap xác định theo bảng 2.9 phụ thuộc vào:

 Đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông ФL;

 Thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs;

 Phân khu mưa rào (vùng mưa)

ml – hệ số nhám của lòng sông, suối, dòng chảy (bảng 2.10)

Thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs xác định theo bảng 2.11 phụ thuộc vào vùng mưa và đặc trưng địa mạo của sườn dốc ФS

0,6

s S

bs – chiều dài bình quân của sườn lưu vực, m

ms – hệ số nhám của sườn dốc (tra bảng 2.12)

Với những lưu vực có diện tích lớn hơn 10 km2 trong các miền địa lý khác nhau, khi thiếu tài liệu có thể lấy thời gian nước chảy trên sườn dốc τs gần đúng như sau:

 vùng rừng già với lưu vực không có đầm lầy: 60 – 100 phút, với lưu vực

có đầm lầy: 150 phút

Trang 8

δl – hệ số điều tiết lưu lượng lớn nhất do ao hồ (xem bảng 2.13)

Khi ao hồ, đầm lầy ở vùng trung lưu hoặc rải đều trên lưu vực thì δl lấy theo trị

số bình quân của hai cột

Trang 9

Trang 10

Trang 11

Trang 12

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Vậy là các bạn đã tính xong Qtt

B3: LỰA CHỌN CẤU TẠO CỐNG

Sau khi tính được Qtt tiếp theo là xác định xem sử dụng cống hay cầu nhỏ? Nếu là cống sử dụng loại cống gì? Khẩu độ như thế nào? Chế độ chảy ra sao

- Trong những điều kiện sau đây nên dùng cống:

+) Khi cống có khả năng thoát hết lưu lượng nước tính toán

+) Chiều cao đất đắp trên cống không bị hạn chế

Ngoài những điều kiện trên mới dùng cầu nhỏ

- Độ tin cậy về khai thác của cống lớn hơn cầu nhỏ, vì cống có thể cho thoát qua lưu lượng lớn hơn lưu lượng tính toán của bản thân cống Do vậy khi lũ lớn, cống có khả năng bền vững hơn cầu nhỏ

- Khi lưu lượng tính toán lớn mà thượng lưu không có điều kiện tích nước thì phải xét khả năng chuyển sang làm cầu nhỏ

- Khi tuyến qua sông suối ở nơi khúc ngoặt có bồi hoặc vùng đá chảy, bùn

chảy hay ứ tích nghiêm trọng thì nên dùng cầu nhỏ, vì nếu dùng cống dễ ứ tắc, khó nạo vét

- Nơi khe sâu nền đắp rất cao, việc dùng cống hay cầu cần phải so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật mà quyết định Nền đắp cao có điều kiện nền móng tốt

Trang 17

- Khi thiết kế thoát nước trên sườn núi, nếu dùng cầu nhỏ và cống mà giá

thành không chênh lệch nhau bao nhiêu thì nên dùng cầu Đặc biệt là vùng nền đào sườn núi, lưu lượng nước lớn thi khi đó nên dùng cầu nhỏ và phía thượng lưu làm dốc nước hay các công trình phụ trợ khác

- Khi tuyến đường qua vùng hồ chứa nước hay qua các dòng nhánh thì tốt nhất

là dùng cầu, trường hợp lưu lượng nhỏ thì mới xét đến dùng cống

- Ở những đoạn quy hoạch thuỷ lợi, hệ thống thoát nước của thành phố hay

các nhà máy, công trường, hầm mỏ, phải tăng tường liên hệ với các đơn vị hữu quan, khi bố trí cầu cống cần phải xét tổng hợp, phải kiểm tra ảnh hưởng nước dâng không nên thu hẹp khẩu độ, nên phân tán, không nên sát nhập

- Vùng đất yếu, nếu đặt cống dễ bị lún mạnh làm chìm cống, dễ bị đọng nước, đọng bùn bảo dưỡng không tiện, vì vậy nên làm cầu nhỏ

Tóm lại trong công việc cũng như đồ án thì:

Khi lưu lượng dòng nước tính toán dưới 15m 3 /s thì nên dùng cống tròn BTCT sẽ có giá thành rẻ hơn cầu với bất kỳ chiều cao nền đắp nào Khi chiều cao nền đắp tối thiểu không đảm bảo thì nên dùng cầu nhỏ hay cống bản nổi Khi lưu lượng nước trên 20m 3 /s, nếu chiều cao nền đắp thoả mãn yêu cầu tối

thiểu thì trong nhiều trường hợp dùng cống rẻ hơn cầu Khi chiều cao nền đắp lớn hơn 5-:-6m khối lượng mố cầu tăng nhanh thì trường hợp này dùng cống vòm đá xây dựng hay bê tông rẻ hơn cầu

Coi như Qtt < 15m3/s (thường là thế) Ta lựa chọn cống thiết kế là cống tròn BTCT

Trang 18

*, Xác định khẩu độ cống:

- Cống có 3 chế độ chảy: có áp, bán áp và không áp

(a) Cống làm việc ở chế độ chảy tự do (không áp):

- Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức:

) h 2g.(H

ω V ω

h

2 C K

 VC: lưu tốc ở mặt cắt có chiều sâu hC (m/s)

  : hệ số lưu tốc ;  = 0,85 đối với các loại đầu cống thông thường ngoại trừ hình loa

 H: chiều sâu nước dâng trước cống được tính theo công thức:

2 δ

2 C C

2g.

V h H

h

2 C K

H  

(3)

- Thay (3) vào (1) ta có:

Trang 19

2gH ω 85 , 0

Q  C

- Đối với cống mặt cắt hình chữ nhật thì C = b.hC = 0,5.b.H do đó:

3/2 3

1,33.b.H 2gH

0,425.b

(b) Cống làm việc ở chế độ chảy bán áp:

- Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức:

) h 2g.(H

ω ε V ω

ω 51 , 0

ω

Trang 20

Khi làm đồ án tốt nghiệp, các bạn dùng cách tra bảng phụ lục sách

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	3,58 MB