CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC

+ Chiều cao đất đắp trên cống của cống số 1 và cống số 2 lần lượt là

3,05m và 3,09m, taluy nền đắp là 1:1,5 với bề rộng nền đường là 9m ta tính được

chiều dài thân cống số 1 là 12m và chiều dài cống số 2 là 12m

- Cốt thép trong ống cống: Bố trí 2 lớp cốt thép sát thành trong và thành

ngồi của cống và đặt thêm cốt thép dọc để chống lại lực cắt và giữ vị trí các đai

chịu lực cố định

- Bê tơng: Dùng bê tơng M25, Dmax20, SN = 6-8cm

Ta có biểu đồ momen của cống tròn như hình vẽ:

+



-



-



+



Hình 2.5.1: Dạng biểu đồ mơmem của cống tròn

Để nối hai đốt cống với nhau ta dùng cách nối ghép thẳng khe nối giữa các ống

cống có chiều dài 1cm. Cấu tạo khe nối thể hiện ở mục sau.

5.1.2.3 Mối nối cống



5

3



5



4



4

10



4



10



25



10



1



4



18



3

2

1



1

2

3

4

5



-



3



2



VƯ?A XI MĂNG DÀY 4cm

GO?THÔNG TRỘN DẦU NHÓM V DÀY 10cm

DÂY ĐAY TẨM NHỰA ĐƯỜNG DÀY 4cm

HAI LỚP BAO TẢI TẨM NHỰA ĐƯỜNG DÀY 1.5cm

QUÉT BITUM 3 LỚP DÀY 1.5cm



Hình 2.5.2: Mối nối giữa các ống cống

Có tác dụng khơng cho nước trong cống thấm vào nền đường

Do tính chất chịu lực của ống cống: chịu hoạt tải thường xun thay đổi, ngồi

ra nền đất dưới móng có tính chất khác nhau và độ dốc thay đổi dọc theo thân cống

nên mối nối ống cống trong đường ơtơ là mối nối mềm. Bên ngồi mối nối cống

đắp một lớp đất sét dày từ 10cm để đảm bảo cho nước từ thân cống khơng thấm ra

nền đường, gây hư hại nền đường.

Cấu tạo mối nối cống như sau:

- Qt bitum 3 lớp dày 1,5cm

- 2 lớp bao tải tẩm nhựa đường dày 1,5cm

- Dây đay tẩm nhựa đường dày 4cm

- Gỗ thơng nhóm V tẩm dầu dày 10cm

- Vữa xi măng M15 dày 4cm

95



5.1.2.4 Móng thân cống

- Tác dụng: Phân bố tải trọng truyền qua ống cống xuống nền đất, cố định ống

cống

- Thường dùng loại móng mềm: Cấp phối đá dăm loại I D max25 đầm chặt K98,

dày 30cm.

5.1.2.5 Tường đầu cống

- Tác dụng là tường chắn đất nền đường phía trên thân cống, cố định vị trí

cống

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, Dmax40, độ sụt SN = 6 - 8 cm

- Đỉnh tường đầu rộng 30cm, lưng tường có độ dốc 4:1

5.1.2.6 Tường cánh

- Tác dụng: Tường chắn đất nền đường và hai bên cống, định hướng dòng

chảy ra vào cống, bảo vệ nền đường

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, D max40, độ sụt SN = 6 - 8 cm, đỉnh tường

cánh rộng 30cm

- Móng tường cánh được chơn sâu bằng tường đầu, để trong q trinh thi cơng

được dễ dàng

5.1.2.7 Sân cống

- Là phần trước thân cống (sân cống phía thượng lưu) và sau (phía hạ lưu),

nằm giữa hai tường cánh

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, Dmax40, đổ tại chổ, độ sụt SN = 6 - 8cm.

5.1.2.8 Chân khay

- Tác dụng: Giữ ổn định cho cống, là tường chống xói trong trường hợp khơng

có tường chống xói

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, D max40, độ sụt SN = 6 - 8cm, chiều rộng

chân khay 50cm.

5.1.2.9 Gia cố thượng hạ lưu

- Tác dụng: Chống xói cho phần lòng suối phía trước và sau cống

- Chiều dài gia cố phía thượng lưu có thể lấy bằng đường kính cống tương

đương, chiều dài gia cố phía hạ lưu có thể lấy bằng 3 lần đường kính cống tương

đương

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, Dmax40, độ sụt SN = 6 - 8cm.

5.1.2.10 Lớp đệm

- Thường dùng cấp phối đá dăm loại I Dmax25 đầm chặt K98, dày 10cm.

5.1.2.11 Tường chống xói thượng hạ lưu

- Tác dụng : Chống xói trước và sau cống

- Cấu tạo bằng BT xi măng M15, Dmax40, đổ tại chỗ, độ sụt SN = 6 - 8cm

- Ở hạ lưu dùng đá hộc xếp khan

96



- Phía hạ lưu: nghiêng 450, chiều sâu Hx+0,5m, với Hx là chiều sâu chống xói

B

B + 2, 5.Lgc



Hx = 2H.

Trong đó:

H: Chiều sâu mực nước dâng trước cống (m)

Lgc: Chiều dài phần gia cố hạ lưu (m)

B: khẩu độ tương đương của cống (m)

Chiều cao của tường chống xói bằng Hx + 0,5 m

Bảng 2.5.1: Bảng tính chiều cao của hố chống xói

Khẩu

H

B

Lgc

TT Lý trình cống

độ

(m)

(m)

(m)

1 Km1+100

1Φ175

1.24

1.75

5.25

2 Km2+311.87 2Φ175

1.41

2.47

7.5



Hx

(m)

0.85

0.96



Htcx

(m)

1.35

1.46



Chọn

(m)

1.4

1.5



5.2 Xác định lưu lượng tính tốn

Theo phần dự án khả thi ta xác định được : Q1max = 2,674 (m3/s)

Q 2max = 6,873 (m3/s)

Bảng 2.5.3: Bảng tổng hợp tính chất cống

TT



Loại

cống



Lý trình



Khẩu độ

(cm)



Chế độ

nước chảy



ic

(%)



Số đốt

cống



1

2



Tròn

Tròn



Km1+100.00

Km2+311.87



1Φ175

2Φ175



Khơng áp

Khơng áp



5.00

4.27



12

12



Phương

pháp thi

cơng

cống

Lắp ghép

Lắp ghép



5.3 Thiết kế kết cấu cống

5.3.1 Ngun lý thiết kế

Cống khơng chỉ chịu tác dụng của tải trọng xe chạy mà còn chịu tác dụng của đất

đắp trên nó. Cống được tính theo 3 trạng thái sau:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất: Bảo đảm cơng trình khơng bị phá hoại vì mất

cường độ và độ ổn định trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn

- Trạng thái giới hạn thứ hai: Bảo đảm cơng trình khơng xuất hiện biến dạng

dư q mức trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn

- Trạng thái giới hạn thứ ba: Bảo đảm cơng trình khơng xuất hiện biến dạng

cục bộ khơng cho phép trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn.

5.3.2 Các giả thiết khi tính tốn

- Cống tròn bê tơng cốt thép thuộc loại cống tròn cứng, khi tính tốn khơng xét

đến biến dạng của bản thân cống

- Chiều sâu chơn cống có ảnh hưởng nhất định với việc tính tốn ngoại lực.

Khi tính tốn giả thiết rằng đáy sơng suối ngang với đáy mặt trong của cống

97



- Trong các đốt cống cứng, ảnh hưởng của lực dọc trục ứng với ứng suất tính

tốn rất nhỏ (<9,5%), cho nên trong tính tốn có thể bỏ qua ứng suất dọc trục.

5.3.3 Số liệu thiết kế

- Tính tốn kiểm tra cho trường hợp chưa có các lớp áo đường với tải trọng thiết

kế xe H30 và XB80.

- Vật liệu cấu tạo cống:

+ Bê tơng ống cống dùng M25 có Rn = 90daN/cm2

+ Cốt thép AI có Ra = Ra' = 1900daN/cm2

+ Đắp đất trên cống: Đất đắp trên cống là đất đắp có góc nội ma sát φ=35 0. Sử

dụng loại đất đắp trên cống là loại đất khác với đất nền đường vì góc nội ma sát của đất

nền đường nhỏ sẽ dẫn đến việc phải cấu tạo kết cấu cống lớn thì mới đạt các u cầu

về cường độ và ổn định. Đồng thời đây là loại vật liệu có sẵn tại địa phương nên giá

thành tương đối thấp

+ Dung trọng BTCT : γ1 = 2,5(T/m3)

+ Dung trọng đất đắp : γ0 = 1,8(T/m3)

+ Độ dốc dọc cống lấy bằng độ dốc ngang sườn tại mặt cắt ngang cống:

ic1 = 5,0%; ic2 = 4,27%

+ Móng cấp phối đá dăm loại I Dmax25 đầm chặt K98 dày 30cm.

5.3.4 Tính tốn cống tròn bê tơng cốt thép

5.3.4.1 Chọn kích thước sơ bộ

Do chiều cao đất đắp H<6m nên ta có thể chọn chiều dày thành cống theo tiêu

chuẩn kỹ thuật thi cơng và nghiệm thu cầu cống 22TCN159-86. Với cống Φ175

chọn chiều dày 18cm.

5.3.4.2 Tính ngoại lực

a. Tỉnh tải

- Áp lực thẳng đứng của kết cấu áo đường: Lấy khối lượng riêng trung bình

của tất cả các lớp kết cấu áo đường là 2,2 (T/m2)

qaoduong = γ×H = 2,2x0,49 = 1,078 (T/m2)

- Áp lực thẳng đứng của đất đắp gây ra trong q trình thi cơng:

+ Với cống 1: q1 = 1,8x0,5 = 0,9 (T/m2)

+ Với cống 2: q2 = 1,8x0,5 = 0,9 (T/m2)

- Áp lực thẳng đứng của đất đắp và KCAĐ gây ra trong q trình khai thác:

+ Với cống 1: q1 = 1,8x0,63 + 1,078 = 2,212 (T/m2)

+ Với cống 2: q2 = 1,8x0,67 + 1,078 = 2,284 (T/m2)

- Trọng lượng bản thân cống: gi = γ1×δ (T/m2)

+ Với cống 1: g1 = 2,5×0,18 = 0,45 (T/m2)

+ Với cống 2: g2 = 2,5x0,18 = 0,45 (T/m2)



98



b. Hoạt tải

Theo quy định chiều cao đất đắp trên cống khơng nhỏ hơn 0,5m vì vậy khơng

P=



∑G

b



xét đến lực xung kích:

(T/m2)

Trong đó :

+ P: Áp lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy gây ra (T/m 2)

+ G: Trọng lượng một bánh xe sau của ơtơ hoặc trọng lượng bánh xe

XB80(T)

+ a: Chiều rộng của mặt tác dụng áp lực (m)

+ b: Chiều dài của mặt tác dụng áp lực (m)

- Xét trường hợp thi cơng:

+ Đối với xe H30: Xét trường hợp hai xe qua cống cách nhau 1,1m hai trục

sau cách nhau 1,6m, khoảng cách giữa 2 bánh là 1,9m mỗi trục có tải trọng là 12T.

Để đảm bảo trong q trình thi cơng xe đi qua khơng ảnh hưởng đến cống ta đắp đất

trên cống 0,5m.



Mặt cắt dọc cống

Mặt cắt ngang cống

Hình 2.5.3: Sơ đồ xếp xe H30 theo phương dọc cống và phương ngang cống

a1 = a2 = 1,1 + 0,6 + 2.H.tg300 = 1,1 + 0,6 + 2 × 0,5 × tg300 = 2,28 (m)

b1 = b2 = 0,2 + 2.H.tg300 = 0,2 + 2 × 0,5 × tg300 = 0,78 (m)

Ta được :



P1H 30 = P2 H 30 =



2 x6

= 6, 75(T / m 2 )

2, 28 x 0, 78



+ Đối với xe XB80 (Trục sau 20T): Xét trường hợp hai xe qua cống cách

nhau 1,1m hai trục sau cách nhau 1,2m, khoảng cách giữa 2 bánh là 2,7m mỗi trục

có tải trọng là 20T. Để đảm bảo trong q trình thi cơng xe đi qua khơng ảnh hưởng

đến cống ta đắp đất trên cống 0,5m.



99



Mặt cắt dọc cống

Mặt cắt ngang cống

Hình 2.5.4: Sơ đồ xếp xe XB80 theo phương dọc cống và phương ngang cống

Trong đó:

a1 = a2 = 0,8 + 2.H.tg300 = 0,8 + 2x0,5xtg300 = 1,38 (m)

b1 = b2 = 0,2 + 2.H.tg300 = 0,2 + 2x0,5xtg300 = 0,78 (m)

10

P1 XB8 0 = P2 XB8 0 =

1,38 × 0,78 = 9,29 (T/m2)

Ta được:

- Xét trường hợp khai thác:

+ Đối với xe H30:



Mặt cắt dọc cống

Mặt cắt ngang cống

Hình 2.5.5: Sơ đồ xếp xe H30 theo phương dọc cống và phương ngang cống

Với cống số 1: H1 = 1,12 m

a1 = 1,1 + 0,6 + 2.H.tg300 = 1,1 + 0,6 + 2x1,12xtg300 = 2,99 (m)

b1 = 0,2 + 1,6 + 2.H.tg300 = 0,2 + 1,6 + 2x1,12xtg300 = 3,09 (m)

P1H 30 =



2 ×12

= 2, 60 ( T / m 2 )

2,99 × 3, 09



Với cống số 2: H2 = 1,16 m

a2 = 1,1 + 0,6 + 2.H.tg300 = 1,1 + 0,6 + 2x1,16xtg300 = 3,04 (m)

b2 = 0,2 + 1,6 + 2.H.tg300 = 0,2 + 1,6 + 2x1,16xtg300 = 3,14 (m)

P2 H 30 =



2 ×12

= 2,51( T / m 2 )

3, 04 × 3,14



100



+ Đối với xe XB80 :



Mặt cắt dọc cống

Mặt cắt ngang cống

Hình 2.5.6: Sơ đồ xếp xe XB80 theo phương dọc cống và phương ngang cống

Với cống số 1: H1 = 1,12 m

a1 = 0,8 + 2.H.tg300 = 0,8 + 2x1,12xtg300 = 2,09 (m)

b1 = 0,2 + 3x1,2 + 2.H.tg300 = 0,2 + 3x1,2 + 2x1,12xtg300 = 5,09 (m)

P1H 30 =



4 ×10

= 3, 76 ( T / m 2 )

2, 09 × 5, 09



Với cống số 2: H2 = 1,16 m

a2 = 0,8 + 2.H.tg300 = 0,8 + 2x1,16xtg300 = 2,14 (m)

b2 = 0,2 + 3x1,2 + 2.H.tg300 = 0,2 + 3x1,2 + 2x1,16xtg300 = 5,14 (m)

P2 H 30 =



4 ×10

= 3, 64 ( T / m 2 )

2,14 × 5,14



5.3.4.3 Tính nội lực

- Sơ đồ phân bố áp lực lên cống tròn cứng như Hình 2.5.7a,b do ảnh hưởng

của ứng suất dọc trục rất nhỏ nên ta chỉ tính tốn mơmen.

q' = q+p



r

ϕ2



µq2

2



2

qϕ = q'2ϕ/π



q ϕ=µq'+ q'(1-µ)2ϕ/π



q' =µPδ/2



Hình 2.5.7a: Sự phân bố áp lực đất và

Hình 2.5.7b: Sự phân bố áp lực do

áp lực do hoạt tải trên cống tròn

trọng lượng bản thân gây ra

- Mơmen trong ống cống tròn do tác dụng của tỉnh tải q và của tải trọng xe

chạy P tính theo cơng thức: M1 = M2 = M3 = 0,137.(q+P).R2.(1-μ)

Trong đó :

101



+ q: Áp lực thẳng đứng do tỉnh tải (T/m2)

+ P: áp lực do tải trọng bánh xe gây ra ứng với xe H30 và XB80

R=



1,75 + 2 x0,18

= 1,055(m)

2



+ R: Bán kính của đốt cống kể từ trục trung hòa,

μ: Hệ số kháng đàn hồi của đất,với ống cống cứng lấy μ bằng hệ số áp lực

+

ϕ

35 0

µ = tg 2 (450 − ) = tg 2 (450 −

) = 0,271

2

2

hơng của đất :



Bảng 2.5.4: Bảng tổng hợp momen trong q trình thi cơng

q

PH30

PXB80

R

Momen MH30 Momen MXB80

STT

(T/m2

μ

2

2

(T/m ) (T/m ) (m)

(T.m)

(T.m)

)

1.05 0.27

Cống 1

0.9

6.75

9.29

0.850

1.133

5

1

1.05 0.27

Cống 2

0.9

6.75

9.29

0.850

1.133

5

1

Bảng 2.5.5: Bảng tổng hợp momen trong q trình khai thác

q

PH30

PXB80

R

Momen MH30 Momen MXB80

STT

(T/m2

μ

2

2

(T/m ) (T/m ) (m)

(T.m)

(T.m)

)

1.05 0.27

Cống 1 2.212

2.60

3.76

0.535

0.664

5

1

1.05 0.27

Cống 2 2.284

2.51

3.64

0.533

0.689

5

1

Bảng 2.5.6: Bảng tổng hợp momen lớn nhất

STT

Momen MH30 (T.m)

Cống 1

0.850

Cống 2

0.850



Momen MXB80 (T.m)

1.133

1.133



- Mơmen do ảnh hưởng của trọng lượng bản thân cống:

M''1 = 0,304 x gz x R2 = 0,304 x 0,45 x 1,0552 = 0,152 (T.m)

M''2 = 0,337 x gz x R2 = 0,337 x 0,45 x 1,0552 = 0,169 (T.m)

M''3 = 0,369 x gz x R2 = 0,369 x 0,45 x 1,0552 = 0,185 (T.m)

5.3.4.4 Tổng hợp momen

Tiến hành tổ hợp mơmen do áp lực tỉnh tải, áp lực hoạt tải thẳng đứng và do

trọng lượng bản thân cống gây ra theo sơ đồ như Hình 2.5.8 thì tìm được mơmen

uốn lớn nhất



102