Bài giảng Thiết kế và Xây dựng cống - Trường Cao đẳng Giao thông vận tải

57 trang hoanguyen 11721

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế và Xây dựng cống - Trường Cao đẳng Giao thông vận tải", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_thiet_ke_va_xay_dung_cong_truong_cao_dang_giao_tho.doc

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và Xây dựng cống - Trường Cao đẳng Giao thông vận tải

ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CỐNG PHỤ LỤC Trang Chương I Mở đầu 3 Đ 1.1. Giới thiệu chung về cống 3 Đ 1.2. Phân loại và cấu tạo chung cống 4 1.2.1 Phân loại cống 4 1.2.2 Các bộ phận cơ bản của cống 5 Đ 1.3. Đặc điểm cống vùng sườn núi 8 Chương II Đặc điểm và cấu tạo các loại cống 10 Đ 2.1. Cống tròn bê tông cốt thép 10 2.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng 10 2.1.2 Cấu tạo 10 Đ 2.2. Cống vòm gạch, đá, bê tông 13 2.2.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng 13 2.2.2 Cấu tạo 14 Đ 2.3. Cống bản chìm 16 2.3.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng 16 2.3.2 Cấu tạo cống bản chìm 16 Đ 2.4. Cống gỗ và cống kim loại 17 2.4.1 Cống gỗ 17 2.4.2 Cống kim loại 18 Chương III Thiết kế cống 19 Đ 3.1. Khái niệm 19 Đ 3.2. Các tài liệu cần thiết cho thiết 19 Đ 3.3. Chọn loại cống 20 3.3.1 Nguyên tắc 20 3.3.2 So sánh giữa cống và cầu nhỏ 20 Đ 3.4. Tính toán khẩu độ cống 21 3.4.1 Các chế độ chảy của nước trong cống 21 3.4.2 Tính toán khẩu độ cống 22 3.4.3 Lưu ý 23 3.4.4 Ví dụ tính toán 25 Đ 3.5. Xác định vị trí cống 25 3.5.1 Sự tương quan giữa tuyến đường và các dòng nước 25 3.5.2 Nguyên tắc bố trí cống 26 3.5.3 Bố trí cống trên bình đồ 26 3.5.4 Bố trí cống trên cắt hình cắt dọc 28 3.5.5 Xác định chiều dài cống 29 Đ 3.6. Tính toán xói lở hạ lưu và gia cố lòng dẫn sau công trình 31 Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 1
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 3.6.1 Nguyên nhân xói lở lòng dẫn sau công trình 31 3.6.2 Tính toán xói lở và gia cố hạ lưu công trình 32 Đ 3.7. Nguyên lý tính toán kết cấu 34 3.7.1 Tải trọng tính toán 34 3.7.2 Sơ đồ tính toán 37 Đ 3.8. Trình tự thiết kế và đồ án thiết kế 37 3.8.1 Trình tự thiết kế 37 3.8.2 Đồ án thiết kế 38 Chương IV Xây dựng và sửa chữa cống 39 Đ 4.1. Khái niệm 39 Đ 4.2. Công tác chuẩn bị 39 4.2.1 Chế tạo các cấu kiện lắp ghép 39 4.2.2 Tổ chức và bố trí kho bãi chứa vật liệu, cấu kiện và nơi chế tạo các 41 cấu kiện đúc sẵn 4.2.3 Xếp dỡ và vận chuyển cấu kiện 41 4.2.4 Đo đạc và định vị cống trên thực địa 42 Đ 4.3. Đào hố móng 43 Đ 4.4. Xây dựng móng cống 43 4.4.1 Móng lắp ghép 43 4.4.2 Móng đúc liền khối 44 Đ 4.5. Xây dựng đầu cống và thân cống 45 4.5.1 Lắp ghép bằng cơ giới 45 4.5.2 Lắp đặt bằng thủ công 46 Đ 4.6. Đắp đất xung quanh cống và gia cố thượng hạ lưu 47 Đ 4.7. Xây dựng cống vòm, cống bản 48 Đ 4.8. Xây dựng cống dốc vùng núi dốc 50 Đ 4.9. Tổ chức xây dựng cống 50 Đ 4.10. Xây dựng lại và sửa chữa cống 51 4.10.1 Xây dựng lại cống 51 4.10.2 Sửa chữa cống 52 Phụ lục 53 Tài liệu tham khảo 54 Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 2
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 MỞ ĐẦU Nội dung:  Giới thiệu chung về cống  Phân loại và cấu tạo chung cống  Đặc điểm cống vùng sườn núi § 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 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 một cách dễ dàng với bất kỳ một tổ hợp nào của biểu đồ và trắc dọc mà vẫn không gây nên sự phức tạp của kết cấu. +) Do nằm sâu dưới nền đường nên sự tăng tải trọng của đoàn xe ít ảnh hưởng đến cống. Vì vậy khi nâng cấp đường (tăng cấp tải trọng) ít khi phải tăng cường cống (nhất là khi chiều cao đất đắp trên đỉnh cống 2m). +) Người ta chỉ dùng cầu khi mà cống không thể đảm bảo thoát hết nước chảy qua đường. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 3
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 § 1.2. PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO CHUNG CỐNG 1.2.1 Phân loại cống (a). Theo vật liệu xây dựng: +) Cống gạch: chủ yếu là cống vòm gạch; +) Cống đá: có thể làm thành cống bản hoặc cống vòm đá. Cống đá thường rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp; +) Cống bê tông: thường là cống tròn 4 khớp, cống vòm. Ưu điểm là tiết kiệm được cốt thép, dễ đúc; nhược điểm dễ bị hư hỏng nếu thi công không tốt, khó sửa chữa; +) Cống bê tông cốt thép (BTCT): thường là cống tròn, cống bản, cống hình hộp hoặc cống vòm. Ưu điểm là bền chắc dễ vận chuyển và lắp ghép. Nhược điểm là tốn cốt thép. Cống hộp thường có giá thành cao; +) Cống gỗ; +) Cống kim loại, (b). Theo hình thức cấu tạo chia thành: +) Cống tròn: đường kính cống thường là 0,75-:-2,0m. Đặc điểm chịu lực tốt, thích hợp với các loại nền móng, giá thành tương đối thấp. Tuy nhiên không sử dụng được ở những nơi nền đắp thấp; +) Cống bản nắp: do đặc điểm chịu lực của tấm bản nên có thể bố trí ở những nơi đắp thấp và cũng có thể làm thành cống bản nổi; +) Cống vòm; +) Cống hộp: thích hợp với những chỗ nền móng tương đối yếu, lưu lượng thoát nước tương đối lớn hoặc dùng làm cống chui dân sinh. Giá thành cao, thi công phức tạp; (c). Dựa theo tình hình đất đắp trên cống chia thành: +) Cống chìm: chiều cao đất đắp trên cống 50cm, thích hợp với những đoạn nền đường đắp cao hay suối sâu; +) Cống nổi: đỉnh cống nằm ngay dưới lớp kết cấu áo đường hoặc nằm tực tiếp trên bề mặt xe chạy. Loại cống này thích hợp với những đoạn nền đường đắp thấp hay các đoạn mương rãnh nông. (d). Dựa theo tính chất thuỷ lực: +) Cống chảy không áp: khi chiều sâu mực nước ở cửa vào nhỏ hơn chiều cao miệng cống, mực nước trên toàn bộ chiều dài cống thường không tiếp xúc với đỉnh cống. Loại này thường dùng cho phần lớn các loại cống; +) Cống chảy bán áp: khi chiều sâu mực nước ở cửa vào tuy lớn hơn chiều cao cửa cống, nhưng nước chỉ ngập miệng mà không ngập trên toàn bộ chiều dài cống; Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 4
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 +) Cống chảy có áp: chiều sâu mực nước ở cửa vào lớn hơn chiều cao cửa cống, dòng chảy trong phạm vi toàn chiều dài cống đều chảy đầy, không có mặt tự do. Loại này thường sử dụng ở những vị trí có suối sâu, nền đường đắp cao và không gây ngập lụt cho ruộng đồng; +) Cống xi-phông: thường dùng khi nền đường đắp thấp, mực nước hai bên đường thường cao hơn của cống và nhất là với các tuyến đường cắt qua mương tưới tiêu thuỷ lợi. Cửa vào của cống xi-phông phải bố trí theo kiểu giếng thẳng đứng bao gồm cả bộ phận chống lắng đọng. Cống xi-phông cần phải đảm bảo không bị thấm nước ra ngoài. (e). Theo số lỗ của cống: +) Cống đơn +) Cống đôi +) Cống ba, thậm chí bốn. Cống đơn Cống đôi Cống ba H×nh 1- 1. Phân loại cống theo số lỗ 1.2.2 Các bộ phận cơ bản của cống Cấu tạo một cống bao gồm 3 bộ phận cơ bản như sau:  Đầu cống  Thân cống  Móng cống Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 5
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 H×nh 1- 2. Các thành phần cấu tạo cơ bản của cống 1- đốt cống ; 2- tường đầu cống ; 3- tường cánh cống ; 4- gia cố sân cống 5- móng thân cống ; 6- móng đầu cống ; 7- khe nối đốt cống ; 8- đất đắp trên cống (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 30 0 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 30 0 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. +) Kiểu 1/4 nón: Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 6
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Đặc điểm: gồm tường đầu và hai phần 1/4 hình nón. Kiểu này có đặc điểm tương tự kiểu tường cánh chéo. Ưu điểm: so với kiểu tường cánh chéo thì tiết kiệm được bê tông hai tường cánh mà thay bằng hai khối đất 1/4 nón có mặt ngoài lát đá. Nhược điểm: việc xây dựng hai khối 1/4 nón tương đối phức tạp. +) Kiểu tường đầu và kiểu cổ áo: Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ thi công và tốn ít vật liệu. Nhược điểm: không cải thiện điều kiện dòng chảy của dòng nước qua cống dẫn đến tổn thất thuỷ lực lớn. +) Kiểu hình loa: Ưu điểm: có hình dạng phù hợp với dòng chảy, đảm bảo điều kiện của dòng nước qua cống là tốt nhất, giảm sức cản thuỷ lực. Nhược điểm: thi công tương đối phức tạp. (b). Thân cống - Là bộ phận chủ yếu của cống cho nước thoát qua dưới nền đường và chịu toàn bộ tải trọng của đất xung quanh và của đoàn xe tác dụng lên nó. - Tải trọng tác dụng không phân bố đều theo chiều dọc cống: phần giữa cống có trị số lớn nhất sau đó giảm dần về hai phía đầu cống, do đó nền đất dưới cống thường bị lún không đều dẫn đến cống dễ bị uốn dọc hoặc bị nứt vỡ. Do đó người ta thường chia thân cống thành các đoạn, ở giữa các đoạn bố trí một khe phòng lún bằng các vật liệu đàn hồi như đay tẩm bitum, matit bitum, được nhét đầy và kín các khe tránh cho nước không bị thấm xuống nền đất. - Đối với các loại cống tròn thi công lắp ghép người ta thường đúc cống thành các đoạn nhỏ có chiều dài 1 đốt là 1m, còn đối với các loại cống thi công đổ liền tại công trường (cống hộp) người ta thường chia ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn có chiều dài thường 3-:-5m. 1 2 H×nh 1- 3. Sơ đồ tải tọng tác dụng dọc theo thân cống 1- áp lực tác dụng do hoạt tải ; 2- áp lực tác dụng do tĩnh tải (c). Móng cống Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 7
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Có tác dụng truyền và phân chia áp lực của tải trọng xuống nền đất và giữ ổn định cho cống theo phương thẳng đứng. Trong một số trường hợp móng hai đầu cống còn có tác dụng giữ ổn định dọc cống, không cho cống bị trôi và chống thấm nước vào nền đất dưới móng cống. - Móng cống có cấu tạo tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình. Thông thường nền móng của cống được chia làm 3 loại bao gồm: +) Loại I: móng cống đặt trên nền đất thiên nhiên. Loại móng này áp dụng đối với loại đất nền là sỏi cuội, cát chặt, sét cứng có cường độ > 2,5kg/m 2. 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. - 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. § 1.3. ĐẶC ĐIỂM CỐNG VÙNG SƯỜN NÚI Khi tuyến đường đi qua vùi đồi núi hiểm trở, sườn dốc lớn thì độ dốc mặt đất tự nhiên thường rất lớn vì vậy khi đặt cống thì độ dốc đáy cống cũng thường rất lớn. Để đảm bảo an toàn cho cống và thoát nước thì cần phải xây dựng các công trình phụ trợ ở thượng lưu và hạ lưu cống. Các công trình phụ trợ cho cống trên dốc lớn gồm có: dốc nước (loại có tiết diện không đổi và loại có tiết diện thay đổi); bậc nước (loại đơn, nhiều bậc, và loại bậc nước có giếng tiêu năng hoặc không có giếng tiêu năng); giếng tiêu năng, (a) Dốc nước Là hình thức đem độ chênh cao của đáy suối phân bố trên một đoạn dài nào đó, được xác định bởi thế năng của dốc nước. (b) Bậc nước Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 8
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Là hình thức giảm đột ngột lưu lượng tập trung ở một (bậc đơn) hoặc nhiều mặt cắt (đa bậc) nhằm khắc phục độ chênh cao của đáy suối. (c) Giếng tiêu năng Là hình thức giảm thế năng và lưu tốc trong một cự ly ngắn. Khi lưu lượng dòng nước nhỏ, nền đường nửa đào nửa đắp hoặc nền đắp thấp hoặc dòng nước phân tán thì thường phải xây hố thu ở đầu cống thượng lưu. Ngoài ra khi dòng chảy quanh co thì cần có biện pháp nắn dòng bên cạnh đó còn có các công trình phụ trợ khác như tường hay kè hướng dòng, mương dẫn, và mương thoát nước, 1 mÆt c¾t däc cèng b¶n mÆt c¾t ngang tim cèng b¶n 1 : 2 0 .7 5 3 1 : 1 .0 4 H×nh 1- 4. Ví dụ về công trình thoát nước vùng núi 1- rãnh đỉnh ; 2- hố tụ nước ; 3- bậc nước ; 4 - giếng tiêu năng Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 9
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Ch¬ng II ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO CÁC LOẠI CỐNG Nội dung:  Cống tròn bê tông cốt thép  Cống vòm gạch, đá, bê tông  Cống bản  Cống gỗ và cống kim loại § 2.1. CỐNG TRÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng - Ngoài những đặc điểm chung đã nêu ở chương I, cống tròn BTCT còn có những ưu điểm nổi bật hơn so với các loại cống khác như sau: +) Cấu tạo đơn giản, dễ thi công đúc sẵn trong công xưởng; +) Dễ cơ giới hoá trong thi công; +) Rút ngắn thời gian xây dựng, có hiệu qủa kinh tế cao. - Cống tròn BTCT thường được sử dụng với khẩu độ từ 0,75-:-2m với lưu lượng lên tới 23m3/s. - Những trường hợp sau đây thì không nên dùng: +) Chiều cao đất đắp không đủ hoặc chiều cao nước dâng trước cống lớn hơn quy định; +)Ở nơi đất đắp quá cao dẫn đến cống sẽ rất dài gây khó khăn cho việc bảo dưỡng; +) Lưu lượng nước quá lớn; +) Không dùng ở những nơi dòng chảy chứa bùn, cát, cây cối, nếu dùng phải có biện pháp đặc biệt tránh làm tắc cống như làm bể lắng phù sa; +) Cống có chức năng cho người, xe qua lại (cống chui dân sinh); +) Nơi có địa chất yếu như than, bùn, đầm lầy, 2.1.2 Cấu tạo (a) Đầu cống: Có thể dùng tất cả các kiểu đầu cống như đã nêu ở chương 1. Đầu cống được dùng phổ biến nhất là kiểu tường cánh chéo hoặc kiểu 1/4 nón. +) Đầu cống có thể xây tại chỗ hoặc lắp ghép bằng các tấm BTCT đúc sẵn. +) Nếu đầu cống xây bằng khối đá xây thì mác vữa xây không thấp hơn M30, cường độ đá R > 2000 kG/cm2. +) Nếu đầu cống làm bằng bê tông đổ tại chỗ thì mác bê tông không thấp hơn M150. +) Nếu đầu cống được đúc sẵn thì mác bê tông không thấp hơn M200. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 10
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 (b) Thân cống: Được phân thành các đốt với chiều dài 1m, trường hợp đặc biệt có thể là 0,75m hoặc 2m. +) Giữa các đốt cống là các khe nối có tác dụng phòng lún và phòng sự co dãn của bê tông khi nhiệt độ thay đổi. Thường thì có hai loại khe nối: phẳng và không phẳng. Khe nối phẳng được áp dụng cho trường hợp khẩu độ dưới 2m và áp lực nước không lớn. Khe nối không phẳng được áp dụng trong trường hợp khẩu độ cống lớn hơn 2m, và cống chảy có áp. +) Khe nối được lấp đầy bằng vật liệu cách nước đàn hồi từ hai phía ngoài vào trong. Phía ngoài khe nối được phủ đầy bằng hai lớp giấy dầu rộng 25cm dán xen kẽ giữa 3 lớp bitum nóng. Phía trong ở chiều sâu 3cm trát vữa xi măng để giữ không cho vật liệu cách nước đàn hồi bị chảy rớt khi nhiệu độ cao. +) Bề mặt ngoài của các đốt cống được quét 2 lớp bitum nóng. Chỉ trường hợp đặc biệt mới làm lớp cách nước này sau khi đã hạ chỉnh các đốt cống. +) Khi cần thoát lưu lượng nước lớn có thể sử dụng cống hai, ba hoặc thậm chí bốn lỗ cống. Trường hợp này khoảng giữa các cống được lấp đầy bởi vật liệu cùng loại với móng đệm. Cự ly tối thiểu giữa các ống cống là 20-:-26cm để đảm bảo chèn chặt được lớp vật liệu đã nêu. Mặt trên phải tạo được độ dốc về hai phía 3-:-4% và phủ bằng lớp đất sét dẻo dày 15-:-20cm. +) Để tăng khả năng thoát nước của cống có thể tôn cao đoạn đốt cống giáp với đầu cống thượng lưu kiểu hình nón cụt. +) Các đốt cống thường được chế tạo sẵn ở xưởng. Bê tông chế tạo đốt cống thường dùng mác M200, cốt thép thường dùng loại CT3, CT5, Chiều dày đốt cống phụ thuộc vào cấp tải trọng (loại xe), chiều cao đất đắp, khẩu độ cống và thường có giá trị 8-:-15cm hoặc 20cm. * Bố trí cốt thép cống: +) Cốt thép chịu lực của cống được bố trí theo hai kiểu: Kiểu một vòng elíp hoặc kiểu hai vòng tròn đồng tâm: Kiểu một vòng elíp có ưu điểm là phù hợp với sơ đồ nội lực của kết cấu, cốt thép được đặt ở vùng chịu kéo vì vậy tiết kiệm được cốt thép. Nhược điểm là khó chế tạo, khi chế tạo phải đánh dấu vị trí cốt thép để khi xây dựng đặt đốt cống cho phù hợp. Kiểu vòng tròn tốn cốt thép hơn kiểu elíp song việc chế tạo dễ dàng hơn. +) Theo chiều dọc đốt cống các cốt thép chịu lực này có thể bố trí thành từng vòng riêng biệt hay bố trí theo kiểu hình lò xo dây xoắn: Việc bố trí cốt thép thành từng vòng riêng biệt có nhược điểm lớn là số mối nối cốt thép nhiều (ở mỗi vòng 1 mối nối) nên tổn thất ứng suất trong cốt thép Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 11
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 nhiều, mặt khác không tận dụng được chiều dài của các thanh thép, dễ gây lãng phí cốt thép. Kiểu bố trí cốt thép theo kiểu hình lò xo dây xoắn khắc phục được những nhược điểm trên của kiểu bố trí thành từng vòng riêng biệt. Vì vậy kiểu bố trí này được áp dụng phổ biến. +) Cốt thép chịu lực được liên kết với nhau và giữ đúng vị trí bởi các cốt thép dọc và cốt thép đai. Cốt thép dọc còn có tác dụng chống lại lực cắt và uốn trong thi công. +) Các đốt cống trong các thiết kế định hình thường có hai loại: loại thông thường và loại gia cường, loại gia cường chỉ khác loại thông thường ở chỗ lượng cốt thép nhiều hơn. Ống cống gia cường thường được áp dụng khi cống đặt trên nền cứng (ứng suất cho phép [] 6kG/cm2). MÆT C¾T I-I MÆT C¾T II-II 1000 HµN 900 75 4x200=800 100 25 1-D10-01-SPRING 4x200=800 100 8 2 0 4 0 4 CèT THÐP NGOµI 1 0 8 0 1-D10-02-SPRING 2 1-D10-02-SPRING 3 8 4 4 5 1 0 1 1 100 32-D6-03 = = A A I I G G D 00 0 0 D Ø1 N N I I 0 R Ø 0 R R R E 0 1 1 0 E 1 P P 2 T N 0 S S - - 0 U N 1 2 I O 0 0 - - 0 0 0 1 1 0 D D 32-D6-04 3 - - 1 1 CèT THÐP TRONG 48-D6-04 8 2 0 4x200=800 1-D10-02-SPRING 4 0 4 CHI TIÕT A 1 900 8 2 75100 4x200=800 25 100 Lmin = 1000 CHI TIÕT A VËt liÖu tr¸t mèi nèi 5 4 0 5 0 1 1 0 4 50 H×nh 2.1- Ví dụ bố trí cốt thép trong đốt cống tròn 1,0m (cốt thép kiểu xoắn ốc) (c) Móng cống: Móng cống tròn BTCT có thể bằng các khối đá xây, bê tông, bê tông cốt thép lắp ghép hoặc trong trường hợp đất nền tương đối chặt có thể dùng lớp đệm bằng đá dăm, sỏi, cát, Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 12
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 mãng cèng kiÓu I mãng cèng kiÓu IV-A §¾p ®Êt xung quanh cèng §¾p ®Êt xung quanh cèng  2d  2d  2d  2d   d  d  120° 120°   0  S  ChÌn b»ng ®Êt t¹i chç 2 H×nh 2.2 - a: NÒn lµ sái cuéi chÆt, c¸t th« hoÆc v÷a   S   §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« H×nh 2.2 - d: NÒn lµ ®¸ phong ho¸ mãng cèng kiÓu II §¾p ®Êt xung quanh cèng mãng cèng kiÓu IV-B §¾p ®Êt xung quanh cèng  2d  2d  2d  2d  d  120°    d 0 3 c 120° .   S   §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« S H×nh 2.2 - b: NÒn lµ ®©t sÐt, sÐt pha c¸t, c¸t mÞn ë n¬i kh« r¸o Líp chÌn b»ng bª t«ng thõ¬ng H×nh 2.2 - e: NÒn lµ ®¸ kh«ng phong ho¸ mãng cèng kiÓu III §¾p ®Êt xung quanh cèng KhÈu ®é KÝch thø¬c (cm) S: cho c¸c kiÓu mãng  2d  2d cèng d m l c  I II III IV-A IV-B 0.75 17 23 8 114 54 91 74 78  d  120° 1.00 24 31 9/12 149 89 124 109 107 . 0 l 1.25 30 38 10/13 190 130 151 150 130 3 0 §¸ héc x©y v÷a xi m¨ng M150 3 1.50 35 45 12/15 230 170 180 190 156 §Öm b»ng cÊp phèi ®¸ d¨m hoÆc c¸t th« H×nh 2.2 - c : NÒn lµ ®©t sÐt, sÐt pha c¸t, c¸t mÞn ë n¬i Èm ø¬t hoÆc hoÆc c¸t pha sÐt ë n¬i kh« r¸o hoÆc ©m ø¬t § 2.2. CỐNG VÒM GẠCH, ĐÁ, BÊ TÔNG 2.2.1. Đặc điểm và phạm vi sử dụng - Đặc điểm chung của vật liệu khối xây gạch, đá hay bê tông là khả năng chịu lực nén tốt còn khả năng chịu kéo nén là rất kém. - Cống vòm có những ưu điểm nổi bật sau đây: +) Khẩu độ lớn (tới 6m), khả năng thoát nước lớn; +) Tận dụng được khả năng khai thác vật liệu địa phương (như gạch, đá, ) do đó tiết kiệm bê tông, cốt thép; +) Thời gian sử dụng lâu dài có thể tới 50-:-60 năm; +) Bố trí ở những nơi có độ dốc tự nhiên lớn; Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 13
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 +) Sử dụng rộng rãi nhân công trong công tác xây dựng. - Nhược điểm chính của cống vòm: +) Tốn nhiều công xây dựng, thi công chủ yếu là thủ công và diễn ra ngay tại công trường. +) Cống vòm bê tông thì thời gian thi công dài. - Điều kiện áp dụng: +) Lưu lượng nước lớn. +) Nơi có sẵn vật liệu gạch đá. +) Nơi có điều kiện địa chất tốt. +) Nền đắp cao, khe suối sâu. +) Chế độ nước chảy không áp, chiều cao nước dâng trong cống không được vượt qua vách vòm. +) Số lỗ tối đa của cống không vượt quá 2. +) Cống vòm gạch thường chỉ áp dụng với đường dành cho xe thô sơ, và có xe có tải trọng trục lớn nhất là 2,5T. 2.2.2. Cấu tạo Hình 2.3- Mặt cắt ngang cống vòm gạch (a) Đầu cống: phổ biến dùng kiểu tường cánh chéo với góc mở 300 đối với đầu cống thượng lưu và 14-:-150 đối với đầu cống hạ lưu. Đoạn vào giáp đầu cống thượng lưu Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 14
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 thường tôn cao với chiều cao không đổi để tăng khả năng thoát nước và tận dụng diện tích thoát nước của các đoạn cống còn lại. (b) Thân cống được chia ra làm các đoạn dài từ 3-:-6m, giữa các đoạn bố trí các khe phòng lún với chiều rộng khoảng 3cm. Cấu tạo các khe phòng lún bằng vật liệu đay tẩm bitum hoặc matit bitum. Thân cống được cấu tạo gồm các bộ phận: vành vòm, tường bên, lòng cống. Hình 2.4- Phối cảnh cấu tạo vành vòm Hình 2.5- Cấu tạo móng cống vòm gạch +) Vành vòm: có hình bán nguyệt, hoặc 1/3 hình tròn hay parabol. Loại hình bán nguyệt dễ thi công và thường dùng cho loại cống có khẩu độ dưới 3m. Khi khẩu độ cống lớn hơn 3m thì cấu tạo vành vòm thoải có thiều cao f=1/3 khẩu độ. +) Chiều dày vành vòm thường từ 0,3-:-0,8m. Chiều dày nhỏ nhất của vành vòm bằng 0,3m đối với vòm đá xây và nhỏ nhất bằng 0,2m đối với bê tông. Đối với khẩu độ dưới 3m nên dùng loại vòm có chiều dày không đổi để đơn giản cho công tác xây dựng, khẩu độ trên 3m dùng loại vòm có chiều dày thay đổi nhằm tiết kiệm vật liệu. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 15
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 +) Tường cống có tác dụng như mố của cầu vòm. Chiều dày của tường có thể thay đổi hoặc không thay đổi theo chiều cao. Khẩu độ dưới 3m thì dùng loại tường có chiều cao không thay đổi, khi khẩu độ trên 3m thì dùng loại vòm có tường bên thay đổi để tiết kiệm vật liệu. +) Lòng cống có cấu tạo bằng đá xây hay đá lát có trát xi măng và có dạng cung tròn có tác dụng cải thiện điều kiện chảy của dòng nước qua cống bằng mặt cắt có lợi về mặt thuỷ lực. (c) Đối với cống vòm 2 lỗ, phần trên đỉnh giữa hai lỗ được đổ đầy bằng hỗn hợp đá dăm cát, cuội sỏi cát hoặc cấp phối đất, sỏi Bề mặt trên phải tạo mái dốc 3-:-4% sang hai bên và bên trên phủ bằng lớp đất sét dẻo dày 15-:-20cm. Trường hợp khẩu độ lớn phải có biện pháp thoát nước dọc trên đỉnh cống phần tiếp giáp gữa hai vòm. (d) Bề mặt tiếp xúc với đất của vành vòm và tường bên phải được phủ lớp cách nước. Đối với cống vòm gạch đá thì sau khi trát một lớp vữa xi măng dày 2cm thì phải quét bitum nóng. Mặt trong của lòng cống phải trát vữa xi măng. (e) Các tường bên của cống phải được đặt trên các khối móng riêng biệt dưới mỗi tường hoặc liền một khối chung cho cả hai tường. Khi khẩu độ cống lớn thì dùng các khối móng riêng cho mỗi tường. Khi khẩu độ cống không lớn và đất móng cống mềm có cường độ không lớn lắm thì dùng khối móng chung cho cả hai tường. (f) Vật liệu xây dựng: thường là gạch, đá, bê tông. +) Cường độ kháng ép của đá không thấp hơn 200kG/cm 2, đối với gạch không thấp hơn 75kG/cm2; vữa xây vành vòm mác không thấp hơn M75 và không thấp hơn M50 dùng cho xây tường và móng. +) Bê tông dùng làm cống vòm mác không thấp hơn M200 với vành vòm và không thấp hơn M150 đối với các bộ phận khác. +) Cống vòm ngoài hình thức xây gạch đá còn có hình thức xếp đá. Loại này tiết kiệm được vật liệu nhưng tốn công xây dựng. § 2.3. CỐNG BẢN CHÌM 2.3.1. Đặc điểm và phạm vi sử dụng - Sử dụng được ở những nơi có nền đắp thấp. - Tấm bản đậy bằng BTCT. Nếu thi công đổ tại chỗ tấm bản thì cấu tạo ván khuôn đơn giản, nếu thi công lắp ghép thì thời gian xây dựng ngắn, có thể thi công cơ giới toàn bộ. 2.3.2. Cấu tạo cống bản chìm - Đầu cống thường dùng loại tường cánh chéo hoặc thẳng. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 16
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Thân cống được chia ra làm nhiều đoạn ở giữa mỗi đoạn là các khe phòng lún. Chiều dài mỗi đoạn từ 2-:-5m, khe phòng lún được nhét đầy matít nhựa từ phía ngoài vào trong. - Tấm bản đậy bằng BTCT có dạng hình chữ nhật hoặc chữ T; chiều dài mỗi tấm thường dùng 1m. Chiều dày tấm đậy thay đổi tuỳ theo khả năng chịu lực, thường là 14cm hoặc 16cm cho tới 22cm. Bê tông chế tạo có mác không thấp hơn M200. - Tường cánh có các loại như đối với cống tròn, vật liệu chế tạo có thể là bê tông hoặc xây đá. Tường cánh có chiều cao thay đổi hoặc không đổi. mÆt c¾t däc cèng b¶n bxh=0.75x0.75 MÆt c¾t ngang A-A THUONG LUU HA LUU §Êt ®¾p K98 A B¶n BTCT M350 B BT M200 §¸ héc x©y M100 1 .0 :1 :1 .0 1 Chèt thÐp D14, L=500 BT M250 §¸ d¨m ®Öm dµy 10cm A B 1/2 MÆt b»ng cèng ®· lÊp ®Êt MÆt c¾t ngang B-B 3 ° 0 0 ° 3 3 ° 0 0 ° 3 Chèt thÐp D14, L=350 1/2 MÆt b»ng cèng cha lÊp ®Êt Hình 2.6- Cấu tạo cống bản § 2.4. CỐNG GỖ VÀ CỐNG KIM LOẠI 2.4.1. Cống gỗ (a). Đặc điểm và phạm vi sử dụng - Gỗ là vật liệu dùng khá phổ biến và có sẵn ở nước ta vì vậy mà trong một số trường hợp nhất định gỗ được dùng làm các công trình thoát nước. - Đặc điểm của cống gỗ: +) Do cấu tạo có nhiều khung nên sức cản thuỷ lực lớn. +) Dễ mục nát, thời gian sử dụng ngắn khoảng 3-:-4 năm, thường xuyên sửa chữa do vậy làm gián đoạn giao thông trên đường. Để kéo dài thời gian sử dụng cần phải có biện pháp phòng mục gỗ. +) Giá thành xây dựng rẻ do tận dụng vật liệu địa phương. +) Dễ xây dựng và thời gian thi công nhanh. +) Thi công hoàn toàn bằng thủ công. - Điều kiện sử dụng: +) Đường cấp thấp, đường tạm và đường tránh. +) Nơi có sẵn gỗ. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 17
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 +) Lưu lượng nước nhỏ. (b). Cấu tạo - Gồm các khung ngang ván lát xung quanh. Các khung thường được tạo thành hình tam giác, hình thang hay hình chữ nhật. Khi cùng khẩu độ thì mặt cắt hình chữ nhật cho khả năng thoát nước lớn hơn cả. Nếu do điều kiện gỗ hạn chế mà cần thoát lưu lượng nước lớn thì tốt nhất nên dùng kiểu cống hình thang. Kiểu khung đơn giản nhất, dễ xây dựng và xây dựng nhanh nhất. Khẩu độ cống tối đa lên tới 2m. - Tuỳ theo khả năng trình độ kỹ thuật và thời gian xây dựng cho phép mà quyết định sử dụng kiểu khung kê, khung chôn hay khung đóng. - Các khung ngang được đặt cách nhau 1,5-:-2m theo tính toán có tác dụng tạo thành các sườn giữ ổn định cho các tấm lát của thành bên và mái. Các tấm lát có thể dùng gỗ ván, gỗ tròn hay nửa tròn. - Cống gỗ kiểu khung kê thường đặt trên lớp đệm cát sỏi hay đá dăm. - Lòng cống được lát một lớp ván hay đá để tránh xói mòn, phía đầu cống phải đóng bằng cọc ván. - Tầng cách nước quanh cống được làm bằng đất sét dẻo dày 15-:-20cm. 2.4.2. Cống kim loại - Có khẩu độ từ 0,3-:-3m, khi cần khẩu độ thoát nước lớn thì dùng cống bằng gang. Cống kim loại là cống có kết cấu tiên tiến, thời gian thi công lắp đặt nhanh. Loại cống thoát nước bằng thép gợn sóng đảm bảo độ tin cậy về khai thác của công trình với chi phí ít nhất cho xây dựng và bảo dưỡng chúng. - Một trong những ưu điểm của cống bằng kim loại là việc thi công được tiến hành theo phương pháp lắp ghép và áp dụng rộng rãi cơ giới hoá. Lượng thép dùng trong chế tạo cống kim loại so với dùng để chế tạo cống BTCT không nhiều hơn bao nhiêu, thậm chí còn gần như nhau. Việc vận chuyển cống kim loại dễ dàng hơn rất nhiều so với cống BTCT. - Nhược điểm của loại cống này là dễ bị ăn mòn nhất là ở vùng đất và nước có hoạt tính ăn mòn cao. Do đó phải dùng loại cống có ít thành phần cacbon hoặc dùng các biện pháp chống ăn mòn như sơn, mạ, tráng kẽm ở những vùng có tính ăn mòn cao còn phải phủ thêm 1 lớp matit ở bên ngoài. - Cống kim loại gợn sóng được dùng với các khẩu độ từ 0,5-:-3m và được tạo nên từ những tấm định hình với kích thước nhất định. Các tấm định hình có kích thước nếp uốn 130 x 32,5mm, chiều dày 1,5-:-2,5mm. Các cống lớn dạng cung tròn hay elip có nếp uốn lớn hơn (chiều cao nếp uốn tới 50mm và chiều dày tấm 4-:-5mm). Các tấm định hình có chiều dài 1760mm, khoảng rộng 1000mm. - ống cống được chia làm nhiều đốt, mỗi đốt có chiều dài khoảng 1m; 1,5m và 2m. Giữa các đốt cống được liên kết bằng bu lông và vòng đệm. Các mối nối dọc không Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 18
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 được trùng nhau mà phải so le nhau. Khi cống dài phải phân đoạn, giữa các đoạn là khe phòng lún. Cống có thể đặt trực tiếp lên lớp đệm cát, đá dăm với chiều dày 40cm. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 19
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 THIẾT KẾ CỐNG Nội dung:  Khái niệm  Các tài liệu cần thiết cho thiết  Chọn loại cống  Tính toán khẩu độ cống  Xác định vị trí cống  Tính toán xói lở hạ lưu và gia cố lòng dẫn sau công trình  Nguyên lý tính toán kết cấu  Trình tự thiết kế và đồ án thiết kế § 3.1. KHÁI NIỆM - Số lượng cống trên một tuyến đường thường rất nhiều và giá thành xây dựng chúng cũng rất lớn, nên việc xác định đúng loại cống và vị trí cống một cách hợp lý trong công tác thiết kế có ý nghĩa to lớn về việc hạ giá thành chung toàn bộ tuyến đường. - Về cấu tạo nhìn chung các loại cống đã được tiêu chuẩn hoá bằng các thiết kế mẫu hay các thiết kế định hình. Vì vậy, nội dung chủ yếu của công tác thiết kế cống là sự lựa chọn các loại cống thích hợp và xác định vị trí đặt cống một cách hợp lý. § 3.2. CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT CHO THIẾT - Để có cơ sở vững chắc cho thiết kế, trước hết phải tiến hành điều tra đo đạc và thu thập các tài liệu cần thiết sau đây: 1. Bản tính lưu lượng. Đây là tài liệu cơ bản để tính toán xác định khẩu độ cầu cống. Tần suất lặp của lưu lượng tính toán thiết kế cống là 1% đối với đường ô tô cấp I và đường sắt cấp I, II; là 2% đối với đường ô tô cấp II, III và đường sắt cấp III; 3% đối với đường ô tô cấp IV, V. Riêng đối với đường sắt, khi tính toán cầu cống còn phải kiểm tra lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất 0,3%. 2. Bình đồ khu vực đặt cống. Yêu cầu bình đồ phải thể hiện được đầy đủ và đúng địa hình, sông suối, vị trí và hướng tuyến đường thiết kế. Tài liệu để lập bình đồ có thể tiến hành bằng toán đạc, đơn giản có thể tiến hành bằng phương pháp đo trắc ngang, trắc dọc lòng sông suối. 3. Cấp hạng kỹ thuật của đường, hình cắt dọc và các mặt cắt ngang nền đường tại khu vực đặt cống, bán kính đường cong, Các tài liệu này lấy trong hồ sơ thiết kế tuyến đường. 4. Tình trạng hoạt động và mức độ ổn định của sông suối, khả năng và hướng di chuyển dòng chảy. Tiến hành bằng cách điều tra trong nhân dân địa phương những người sống Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 20
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 lâu năm trong vùng núi và căn cứ vào các dấu vết còn lại trên thực địa như bãi bồi, hồ, sông, ao đầm, do sông suối đổi dòng để lại. Ngoài ra còn phải điều tra tình trạng ứ đọng như lượng bùn sét, cát, cỏ, rác, có trong dòng chảy. 5. Địa chất nơi xây dựng cống. Tiến hành bằng phương pháp đào hố thăm dò khu vực hai đầu cống và giữa cống đối với cống lớn và dài hoặc chỉ cần đào hố thăm dò nếu cống nhỏ, ngắn địa chất không thay đổi. 6. Vật liệu xây dựng. Tài liệu điều tra gồm: vị trí mỏ vật liệu, cự ly vận chuyển, khả năng khai thác, trữ lượng, giá thành khai thác, loại vật liệu, cường độ. Ngoài ra còn phải điều tra về tình hình cung cấp các vật liệu khác như xi măng, thép gỗ. 7. Phương pháp xây dựng thủ công, cơ giới toàn bộ hoặc kết hợp thủ công và cơ giới. 8. Những chỉ thị về so sánh. - Ngoài những tài liệu cơ bản nói trên, nếu thiết kế cống thoát nước phục vụ tưới tiêu, nông nghiệp phải biết được diện tích cần phải tưới, tiêu. § 3.3. CHỌN LOẠI CỐNG 3.3.1. Nguyên tắc - Sử dụng vật liệu địa phương; trước hết tranh thủ dùng đá, tiết kiệm xi măng sắt thép; - Áp dụng rộng rãi thiết kế mẫu và thiết kế lắp ghép để đạt mục đích xây dựng nhanh. Trong phạm vi một tuyến đường nên cố gắng dùng ít kiểu loại cống và cùng khẩu độ để tập trung chế tạo hàng loạt, đơn giản bớt điều kiện xây lắp. 3.3.2. So sánh giữa cống và cầu nhỏ - 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 thì kinh phí thi công nền đắp thường đắt hơn cầu. Thường nền đắp cao 25-:-30m thì 1m cầu gần bằng 1m nền đắp. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 21
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Vùng đầm lầy để giảm ứng suất đáy móng, tốt nhất là dùng cầu, không nên dùng cống. - Khi thiết kế thoát nước trên sườn núi, nếu dùng cầu nhỏ và cống mà giá thành không chênh lệch nhau bao nhiêu thì nên dùng cầu. Đặc biệt là vùng nền đào sườn núi, lưu lượng nước lớn thi khi đó nên dùng cầu nhỏ và phía thượng lưu làm dốc nước hay các công trình phụ trợ khác. - Khi tuyến đường qua vùng hồ chứa nước hay qua các dòng nhánh thì tốt nhất là dùng cầu, trường hợp lưu lượng nhỏ thì mới xét đến dùng cống. -Ở những đoạn quy hoạch thuỷ lợi, hệ thống thoát nước của thành phố hay các nhà máy, công trường, hầm mỏ, phải tăng tường liên hệ với các đơn vị hữu quan, khi bố trí cầu cống cần phải xét tổng hợp, phải kiểm tra ảnh hưởng nước dâng không nên thu hẹp khẩu độ, nên phân tán, không nên sát nhập. - Vùng đất yếu, nếu đặt cống dễ bị lún mạnh làm chìm cống, dễ bị đọng nước, đọng bùn bảo dưỡng không tiện, vì vậy nên làm cầu nhỏ. - Nói chung 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 20m3/s, nếu chiều cao nền đắp thoả mãn yêu cầu tối thiểu thì trong nhiều trường hợp dùng cống rẻ hơn cầu. Khi chiều cao nền đắp lớn hơn 5-:-6m khối lượng mố cầu tăng nhanh thì trường hợp này dùng cống vòm đá xây dựng hay bê tông rẻ hơn cầu. § 3.4. TÍNH TOÁN KHẨU ĐỘ CỐNG 3.4.1. Các chế độ chảy của nước trong cống - Tuỳ chiều sâu ngập và kiểu đầu cống ở thượng lưu mà người ta quy định ra các chế độ chảy tự do, bán áp hoặc có áp lực. - Cống làm việc ở chế độ chảy tự do (không áp) khi chiều cao nước dâng trước cống (H) thấp hơn chiều cao cống (hT) hoặc không cao hơn 20% chiều cao cống (H 1,2hT). Trên toàn bộ chiều dài cống dòng chảy có bề mặt tự do. (hình 3.1-a) - Cống làm việc ở chế độ chảy bán áp khi chiều cao nước dâng trước cống (H) lớn hơn chiều cao cống 20% đối với đầu cống kiểu thông thường và 40% đối với đầu cống kiểu hình loa (H 1,2-:-1,4hT). Phần vào cống làm việc với mặt cắt đầy còn trên toàn bộ chiều dài còn lại dòng chảy có bề mặt tự do. (hình 3.1-b) - Cống làm việc ở chế độ chảy có áp khi chiều cao nước dâng trước cống cao hơn chiều cao cống 20% đối với đầu cống kiểu thông thường và 40% đối với đầu cống kiểu hình loa. Trên phần lớn chiều dài cống mặt cắt đầy nước và chỉ có thể ở mặt ra của cống có thể có mặt tự do. (hình 3.1-c) Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 22
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 v H k c  c h h h h i i H×nh 3.1-a: ChÕ ®é ch¶y tù do H v c k c  h h h i i h H×nh 3.1-b: ChÕ ®é ch¶y b¸n ¸p H v c  h i i h H×nh 3.1-c: ChÕ ®é ch¶y cã ¸p H×nh 3.1- Các chế độ nước chảy trong cống - Đối với đầu cống, thường khi nước dâng trước cống đáng kể (H > 1,2h T) thì có thể có chế độ chảy có áp định kỳ. Nhưng vì sự chọc thủng của không khí qua phễu nước tạo nên ở cửa ra vào, nên dòng chảy của nước trong trường hợp này thường chuyển sang chế độ chảy bán áp. - Chế độ chảy có áp cho khả năng thoát nước lớn nhất nhưng khi đó phải có biện pháp bảo vệ nền đắp khỏi bị phá hoại do nước tích lâu và lớn. Để đảm bảo duy trì chế độ có áp ổn định không cho chuyển sang chế độ bán áp thì nên dùng đầu cống hình loa. 3.4.2. Tính toán khẩu độ cống (a). Cống làm việc ở chế độ chảy tự do (không áp): - Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức: Q ωC .VC δ .ωC . 2g.(H hC ) (1) Trong đó: h C: chiều sâu nước tại mặt cắt thu hẹp ở cửa vào của cống (m). Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 23
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 V2 h 0,9h 0,73 C C K g h K: chiều sâu phân giới là chiều sâu dòng chảy ứng với chế độ nước chảy phân giới. C : diện tích mặt cắt ướt thu hẹp của dòng chảy trong cống được tính với 2 chiều sâu thu hẹp hC; (m ) V C: 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 VC H hC 2 (Phương trình Becnuli) (2) 2g. δ 2 VC Thay  = 0,85 ; h 0,9h 0,73 vào (2) ta có: C K g V2 H 1,43 C 2h (3) g C - Thay (3) vào (1) ta có: Q 0,85.ωC . 2gH (4) - Đối với cống mặt cắt hình chữ nhật thì C = b.hC = 0,5.b.H do đó: Q 0,425.b. 2gH3 1,33.b.H3/2 (b). Cống làm việc ở chế độ chảy bán áp: - Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức: Q ωC .VC . ε. ω . 2g.(H hC ) (5) Trong đó: H: chiều sâu nước dâng trước cống h C = 0,6 . hT h T: chiều cao lòng cống : diện tích mặt cắt ngang cống Hệ số lưu tốc = 0,85 đối với các loại đầu cống thông thường;  = 0,95 đối với đầu cống hình loa. Hệ số co hẹp:  = 0,6 đối với cống hình chữ nhật ;  = 0,65 đối với cống tròn. - Thay vào (1) ta có: Q 0,51.ω. 2g.(H 0,6hT ) (6) Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 24
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 (c). Cống làm việc ở chế độ chảy có áp - Khả năng thoát nước của cống được tính theo công thức: Q . ω. 2g.(H hT ) (7) Trong đó: h T: chiều cao lòng cống : diện tích mặt cắt ngang cống 3.4.3. Lưu ý - Đối với các chế độ chảy khác nhau của nước trong cống, người ta đã lập sẵn các bảng tra về khả năng thoát nước của cống cho từng loại cống với các khẩu độ khác nhau. Tham khảo thêm tại phần phụ lục sách "Thiết kế đường ôtô - Công trình vượt sông" của NXB Giáo dục). - Ngược lại, từ một giá trị lưu lượng tính có thể có nhiều phương án lựa chọn khẩu độ cống. Khi lựa chọn khẩu độ cống phải lưu ý các điều kiện sau: +) Chiều cao nền đắp trên cống (a) tối thiểu là 0,5m đối với đường ôtô tính từ đỉnh cống tới bề mặt đường (kể cả phần kết cấu áo đường). +) Nền đường đắp phải cao hơn mức nước dâng trước cống tối thiểu là 0,5m đối với chế độ chảy tự do và 1,0m đối với chế độ chảy có áp và bán áp. +) Lưu tốc chảy trong cống không lớn hơn 6m/s, vì khi dòng nước ra khỏi cống sẽ có lưu tốc lớn gấp 1,4-:-1,5 lần lưu tốc trong cống nên dễ dẫn đến xói lở hạ lưu sau cống. - Khi cống không thoả mãn các điều kiện trên chủ yếu do chiều cao của nền đường đắp khống chế thì có thể giải quyết bằng một trong các phương án sau: +) Hạ cao độ lòng cống và đào mương thoát nước phía hạ lưu. Chú ý kiểm tra khả năng thoát nước phía hạ lưu có dễ dàng không. +) Chọn phương án khẩu độ nhỏ và tăng số lượng lỗ cống. +) Làm cống bản nổi chịu lực hoặc cống hộp BTCT chịu tác tác dụng xe chạy trực tiếp trên bề mặt cống. +) Làm cống luồn (xiphông ngược) hay máng phun qua trên nền đường. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 25
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 mÆt c¾t däc cèng xi ph«ng ngù¬c H cöa ra H×nh 3.2- Cống xi phông ngược (cống luồn) 3.4.4. Ví dụ tính toán Hãy chọn phương án khẩu độ cống tròn kiểu tường cánh chéo để thoát lưu lượng 3 nước Q = 9 m /s, chiều cao nền đắp là Hđ; chế độ chảy là không áp hoặc có áp. - Chiều cao nền đắp tối thiểu trên cống được tính theo công thức: Hmin  δ a n1 và Hmin H a' n 2 Trong đó: : khẩu độ thoát nước của cống tròn. : chiều dày đỉnh cống. a: chiều cao đất đắp tối thiểu trên đỉnh cống; a = 0,5m. a': chiều cao tối thiểu của nền đắp so với mực nước dâng trước cống; a' = 0,5m khi chảy tự do và a' = 1,0m khi chảy bán áp và có áp. H: chiều cao nước dâng trước cống. Lưu Nước Lưu Khẩu độ Chiều Số lỗ lượng dâng tốc Phương Chế độ cống dày cống, qua trước trong Hmin Hmin án chảy n1 n 2  (m)  (m) n mỗi lỗ cống cống (m3/s) H (m) V (m/s) 1 1,50 0,15 2 4,50 Bán áp 2,01 3,0 2,15 3,01 2 1,50 0,15 3 3,00 Không áp 1,47 3,1 2,15 1,97 3 1,25 0,13 2 4,50 Bán áp 3,24 5,8 1,88 4,24 4 1,25 0,13 3 3,00 Bán áp 1,89 3,8 1,88 2,89 5 1,25 0,13 4 2,25 Không áp 1,33 3,0 1,88 1,83 6 1,00 0,12 3 3,00 Bán áp 3,16 6,0 1,62 4,16 7 1,00 0,12 4 2,25 Bán áp 2,07 4,5 1,62 3,07 - Từ kết quả trên ta thấy nếu chiều cao đất đắp Hđ không hạn chế tức là: Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 26
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 H max (Hmin ; Hmin ) đ n1 n 2 thì ta có thể chọn phương các phương án (1) ; (3) và (6) là những phương án có số lỗ cống ít; trong phương án (1) và (3) thì nên chọn phương án (3) vì có khẩu độ bé hơn. Việc còn lại là so sánh giữa phương án (3) với (6) về giá thành xây dựng để lựa chọn phương án xây dựng có giá thành rẻ hơn. § 3.5. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỐNG 3.5.1. Sự tương quan giữa tuyến đường và các dòng nước - Trong thực tế xây dựng thì giữa tuyến đường và công trình thoát nước có thể giao nhau theo hình thức vuông góc (trực hướng) hoặc chéo nhau. Việc lựa chọn hình thức giao nhau như thế nào thì cần phải xem xét đầy đủ các yếu tố kỹ thuật, xây dựng, khai thác và giá thành. - Việc giao nhau theo hướng vuông góc và cống đặt trùng với hướng dòng nước là tốt nhất, không gây ra sự phức tạp thêm về mặt kết cấu. Tuy nhiên khi đó dễ dẫn đến phải làm cong tuyến ở bình đồ và kéo dài thêm chiều dài tuyến, tăng chi phí xây dựng ban đầu và tăng chi phí vận tải. - Sự chéo nhau giữa tuyến đường và cống sẽ dẫn đến làm tăng thêm sự phức tạp về kết cấu và điều kiện xây dựng, làm tăng thêm chiều dài cống so với trường hợp đặt cống vuông góc, và dẫn đến tăng giá thành xây dựng cống. Tuy nhiên đặt cống chéo sẽ thuận lợi cho việc chạy tuyến trên bình đồ. - Hình thức giao tốt nhất giữa tuyến và dòng nước là hình thức mang lại hiệu quả kinh tế nhất. - Đối với các dòng nước nhỏ thì việc vạch tuyến nhằm rút ngắn chiều dài tuyến đường và đảm bảo hài hoà cho tuyến mà không để ý tới hình dạng, vị trí và hướng của các dòng chảy. 3.5.2. Nguyên tắc bố trí cống - Tuỳ điều kiện xây dựng mà có thể đặt cống vuông góc hoặc chéo góc so với tuyến đường. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp để đơn giản bớt điều kiện xây dựng có thể cải thiện sự giao nhau giữa dòng nước với tuyến đường như đào các mương dẫn, mương thoát, làm kè, tường hướng dòng, công trình điều chỉnh cửa vào, cửa ra, - Vì vậy khi bố trí cống phải đảm bảo các nguyên tắc sau: +) Vị trí cống phải đặt ở nơi thoát nước tốt nhất, nhanh nhất và an toàn nhất. +) Cải thiện được điều kiện xây dựng +) Giá thành xây dựng rẻ nhất. 3.5.3. Bố trí cống trên bình đồ Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 27
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Theo nguyên tắc bố trí cống như trên thì trong nhiều trường hợp phải dịch suối để đặt cống trực giao với đường. Nhờ đó mà chiều dài cống sẽ ngắn đi và cống đặt ở nơi khô ráo tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng. Tuy nhiên nếu khối lượng đào mương dẫn nước quá lớn thì cho giao xiên góc. - Việc dịch suối phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất để dịch sao cho cống được đặt nơi có địa chất tốt, giảm chiều dài cống, khối lượng đào ít và chi phí xây dựng thấp nhất. - Đối với dòng nước nhỏ và có nước chảy thường xuyên thì nên đặt cống ở vị trí khô cạn trước rồi đào mương dẫn và thoát để cải thiện điều kiện thi công. - Đối với dòng nước quanh co thì tuỳ điều kiện có thể nắn thẳng suối cho trực giao hay cho xiên góc với đường. - Trường hợp khe sâu hay địa chất là đá, nếu nắn dòng sẽ phát sinh khối lượng đào lớn, giá thành xây dựng tăng hoặc khi dòng nước mang nhiều phù sa hoặc khi việc nắn dòng sẽ gây ra sự khó khăn phức tạp trong việc giải phóng mặt bằng thì không nên làm đổi hướng dòng chảy, vị trí cống nên đặt trùng với dòng chảy tự nhiên. H×nh 3.3- Các hình thức bố trí cống trên bình đồ a- Cống đặt vuông góc với tim đường b- Cải suối cắt vuông góc với đường - Khi có nhiều khe suối gần nhau thì có thể tập trung cho thoát qua một cống nếu thấy có lợi hơn so với phương án cho thoát qua nhiều cống. Trường hợp này thường tập trung các dòng nhánh cho chảy dồn vào dòng chính. Khi đó lưu lượng tính toán để thoát qua cống không phải là tổng số các dòng mà phải tính toán lại. Có thể tính toán theo lưu vực chung hoặc theo phương pháp có xét tới tích nước. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 28
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Khi thiết kế sơ bộ nếu dồn suối nhỏ vào suối lớn thì có thể tính như sau: +) Khi dồn 1 suối nhỏ vào 1 suối lớn:Q p = Qp1 + 0,9. Qp2 +) Khi dồn 2 suối nhỏ vào 1 suối lớn:Q p = Qp1 + 0,8. (Qp2 + Qp3) +) Trong đó: Q p: lưu lượng tính toán chung khi dồn suối Q p1: lưu lượng tính toán của dòng suối chính Q p2 ; Qp3: lưu lượng tính toán của các dòng suối phụ. 0,9 ; 0,8: hệ số giảm nhỏ do có xét tới sự dồn tập trung nước chảy vào một dòng chảy. - Trong kênh dẫn dồn lưu tốc không được làm xói mòn lòng kênh của nó do đó phải làm kênh rộng, không sâu và độ dốc đáy kênh không lớn. Nếu địa hình khi chuyển tời dòng chảy chính quá dốc thì phải kéo dài kênh dẫn về phía xa nền đường. - Biện pháp dồn suối có ưu điểm về xây dựng và khai thác, khi khai thác thì toàn bộ các công việc theo dõi, sửa chữa thường xuyên và sửa chữa lớn đều tiến hành một cách hợp lý trực tiếp tại một địa điểm. - Đối với vùng núi có độ dốc lớn, dòng nước quanh co khi xác định vị trí cống cần phải xét để có chỗ bố trí các công trình phụ thuộc như dốc nước, giếng tiêu năng, bậc nước, Đồng thời phải xét nước chảy phía hạ lưu có ảnh hưởng xấu đến dân cư không. - Đối với trường hợp cống giao chéo với đường phải giải quyết hình dạng đầu cống cho phù hợp. Có 2 cách sau đây: +) Nếu lưu lượng nước nhỏ, khẩu độ cống tròn nhỏ hơn 1m hoặc khi dùng đầu cống lắp ghép thì dùng đầu cống dạng bình thường có đắp thêm phần đất phụ đầu cống. +) Nếu lưu lượng nước lớn thì có thể dùng kiểu tường đầu song song với tim đường hay vuông góc với tim cống. 3.5.4. Bố trí cống trên cắt hình cắt dọc - Việc bố trí cống trên cắt hình cắt dọc được tiến hành sau khi đã xác định được vị trí cống trên bình đồ (lý trình, góc giao). - Đối với vùng địa hình bằng phẳng, cao độ nền đắp không hạn chế thì nên đặt lòng cống trùng với cao độ lòng suối tự nhiên tức là cao độ và độ dốc lòng cống trùng với cao độ và độ dốc lòng suối tự nhiên. Nếu do điều kiện thuỷ văn, điều kiện kết cấu mà phải hạ cao độ lòng cống thì cần phải chú ý: +) Đáy lòng dẫn nước phía hạ lưu có thoát được nước hay không. Nếu độ dốc hạ lưu quá nhỏ thì dẫn đến ứ đọng, bồi lắng. +) Quy định về cao độ cống tưới nước nông nghiệp phải phù hợp với thuỷ lợi, nguyên tắc là phải có lợi cho sản xuất nông nghiệp. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 29
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Khi đáy suối có độ dốc lớn thì phải xét tổng hợp về kiểu loại cống, loại móng, điều kiện địa chất theo nguyên tắc kinh tế. - Đối với địa hình dốc lớn, khi lưu lượng nước nhỏ (Q 1m3/s), nơi địa hình dốc lớn, vận tốc nước chảy lớn nên dễ gây ra xói mòn lòng dẫn, có thể phá hoại công trình cầu cống thoát nước. Vì vậy lòng dẫn thượng, hạ lưu phải có biện pháp gia cố đặc biệt để đảm bảo sự làm việc an toàn của cầu cống. Biện pháp thường dùng là xây dựng các dốc nước, bậc nước, giếng tiêu năng. - Khi độ dốc lòng suối từ 0,2%-:-2% thì nên đặt cống ở độ dốc phân giới, thượng và hạ lưu cống đặt dốc nước loại thông thường có tiết diện không đổi hoặc dốc nước có độ nhám cao. Đoạn quá độ giữa dốc nước và cống là dốc nước có tiết diện thay đổi (góc mở 150). Chỗ vào cống bố trí một đoạn bằng, không dốc nhằm làm giảm sức chảy. - Khi độ dốc lòng suối > 2% và lưu tốc đoạn cuối dốc nước quá lớn, khi đó mới dùng bậc nước và giếng tiêu năng. - Khi độ dốc lòng suối quá lớn có thể dùng biện pháp đặt giếng tiêu năng ở đầu cống thượng lưu. Biện pháp này không áp dụng trong trường hợp dòng chảy mang nhiều phù sa, cỏ rác, dễ làm bẩn giếng và gây tắc cống. - Khi độ dốc lòng suối quá lớn mà xét thấy nếu đặt cống ở độ dốc phân giới thì khối lượng tăng nhiều thì có thể đặt cống theo độ dốc lớn. Khi đó phải có biện pháp đặc biệt để giữ cho cống không bị trôi; móng cống phải làm bằng đá xây hay bê tông; đáy móng phải tạo bậc, tường đầu cống phải tăng kích thước có tác dụng như tường chắn. - Khi bố trí cống có độ dốc (>5%) phải tuân theo các quy định sau đây: +) Cống vòm và cống bản, thân cống bố trí kiểu bậc thang; chiều cao bậc lớn nhất không qúa 0,7m nhưng mép trên đỉnh cống vòm đoạn sau không được thấp hơn mép dưới đỉnh vòm của đoạn trước để tránh tụt đất vào trong cống và thuận tiện cho việc bảo dưỡng. +) Đối với cống tròn, thân cống bố trí thẳng xiên; móng cống phải làm bằng bê tông hay đá xây và làm kiểu bậc thang; cũng có thể bố trí thân cống kiểu bậc thang nơi độ dốc không lớn lắm nhưng chiều cao bậc không lớn hơn 3/4 chiều dày cống. +) Khi bố trí thân cống kiểu bậc thang, chiều dài mỗi bậc thân cống hay móng cống đối với đá xây hay bê tông không nhỏ hơn 2m và đối với BTCT không nhỏ hơn 1m. 3.5.5. Xác định chiều dài cống a. Trường hợp chiều cao nền đắp ≤ 6m Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 30
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 mÆt c¾t däc cèng b1 b2 c ® H 1 h T v H H c 2 h M1 L1 L2 M2 mÆt c¾t däc cèng b1 b2 c®t c®v ® H T v H H c®®c Bl® Bgc Bm Bm Bgc Bl® 2 2 2 2 2 2 c®t c®v il® igc im im igc il® b1 b2 - Chiều dài cống được tính theo công thức: L= L1 + L2 Với: b1 m(HV h1) c L1 (3.5.5 - 01) 1 m.ic b2 m(HV h 2 ) c L2 (3.5.5 - 02) 1 m.ic Trong đó: Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 31
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 L 1: chiều dài thân cống thượng lưu tính từ tim đường. L 2: chiều dài thân cống hạ lưu tính từ tim đường. b 1; b2: nửa bề rộng nền đường phía thượng lưu và hạ lưu. m: hệ số mái dốc của nền đắp. H: chiều cao nền đắp tại tim đường tính từ đáy lòng cống tới vai đường. i c: độ dốc lòng cống. h 1; h2: chiều cao của cống thượng lưu và hạ lưu. c: chiều dày tường đầu cống. - Thông thường m = 1,5 ; b1= b2 = b ; h1 = h2 = h b 1,5(H h) c L (3.5.5 - 03) 1 1 1,5.i b 1,5(H h) c L (3.5.5 - 04) 2 1 1,5.i b. Trường hợp chiều cao nền đắp > 6m - Khi chiều cao nền đắp lớn (H > 6m) thì phải làm mái dốc có 2 độ dốc (m1 = 1,5 và m2 = 1,75) thì công thức tính chiều dài cống vẫn được áp dụng như (3.5.5 - 01) và (3.5.5 - 02) nhưng thay: b 1 = b'1 ; b2 = b'2 ; m = m2 trong đó: b'1 = b1 + m1.H1 b'2 = b2 + m1.H1 m 1 ; m2: hệ số mái dốc của mái dốc phần trên và phần dưới. H 1: chiều cao của mái dốc tối đa tương ứng với mái dốc phần trên. Thông thường H1 = 6m ; b'1 = b1 + 9 ; b'2 = b2 + 9 - Do đó: b 9 1,75(H h ) c L' 1 1 (3.5.5 - 05) 1 1 1,75.i b 9 1,75(H h ) c L' 2 2 (3.5.5 - 06) 2 1 1,75.i Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 32
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 B(nÒn) b1 b2 B(lÒ) B(mÆt) / 2 B(mÆt) / 2 B(lÒ) 1 H b' b2' c 1 1 H h c 2 h M'1 L'1 L'2 M'2 c. Bố trí các đốt cống - Đối với cống lắp ghép hoặc cống bán lắp ghép (cống tròn BTCT, cống bản BTCT, ) thì chiều dài thân cống phải được bố trí với số chẵn các đốt cống hay với số chẵn của tấm bản (kể cả khe nối). - Đối với móng mềm, chiều rộng khe nối giữa các đốt cống là 1cm. Gọi n là số đốt cống, số mối nối sẽ là: n-1 . Chiều dài cống được xác định như sau: L n (n 1) 0,01 Khi biết chiều dài cống thì số đốt cống được tính như sau: L 0,01 n 1,01 - Đối với móng cứng: chiều rộng khe nối giữa các đốt cống là 1cm và cứ khoảng 3 đốt cống thì bố trí 1 khe phòng lún rộng 3cm. § 3.6. TÍNH TOÁN XÓI LỞ HẠ LƯU VÀ GIA CỐ LÒNG DẪN SAU CÔNG TRÌNH 3.6.1. Nguyên nhân xói lở lòng dẫn sau công trình - Sự xói lở lòng dẫn sau công trình do hai nguyên nhân chủ yếu là: +) Lưu tốc dòng chảy ở chỗ ra khỏi công trình lớn hơn lưu tốc trong cống (đến 1,5 lần) và có thể đạt tới 5-:-6m/s; trong khi lưu tốc cho phép không xói lở đối với nền đất tự nhiên của lòng dẫn chỉ là 0,7 -:- 1m/s. +) Dòng chảy sau khi ra khỏi cống thường có dạng chảy xiết có lưu tốc và động năng rất lớn. - Mức độ xói lở phụ thuộc vào các tham số và chế độ chảy của dòng chảy sau công trình, tuỳ thuộc vào chiều sâu bình thường của dòng chảy (h ) ở lòng dẫn nối tiếp (hạ lưu) và chiều sâu dòng chảy ở cửa ra (hcr). Có 3 chế độ chảy: chảy tự do, nửa tự do và ngập. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 33
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021  r c h i h c a- Ch¶y tù do h  r c h i h c h b- Ch¶y nöa tù do  h i c- Ch¶y ngËp (a). Chảy tự do khi: h h' +) Xảy ra khi chiều sâu hạ lưu (h ) lớn hơn chiều sâu liên hợp. Dòng chảy từ công trình ra bị ngập hoàn toàn; ở hạ lưu có sự khuyếch tán của dòng chảy từ công trình vào khối nước sau công trình. Khi đó xảy ra sự giảm dần lưu tốc của dọc của dòng chảy. 3.6.2. Tính toán xói lở và gia cố hạ lưu công trình - Để ngăn ngừa sự xói lở lòng dẫn hạ lưu cần phải có biện pháp tăng cường bảo vệ trên một đoạn dài nhất định. Việc lựa chòn hình thức và chiều dài gia cố là tuỳ theo điều kiện không xói lở cục bộ hay cho phép xói phải đảm bảo an toàn của bản thân đoạn gia cố cũng như công trình. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 34
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Việc xây dựng đoạn gia cố phẳng rất dài ở phía hạ lưu công trình là không hợp lý về mặt kinh tế. Vì vậy người ta chỉ cần gia cố trên một đoạn ngắn và kết thúc bằng mái nghiên bảo vệ mà cho phép xói lở ở đó. Khi đó bước nhảy thuỷ lực sẽ bị đẩy dồn về từ đoạn gia cố về chỗ bị xói nhưng do chiều sâu mái nghiêng đáng kể nên sự xói lở không ảnh hưởng đến đoạn gia cố. (a). Kích thước đoạn gia cố: - Để quyết định chiều sâu mái nghiêng bảo vệ cần phải tính toán chiều sâu xói lở sau đoạn gia cố tuỳ thuộc vào dòng chảy khi ra khỏi cống. +) Chảy tự do: chiều sâu xói lở phụ thuộc vào chiều dài đoạn gia cố và chiều cao nước dâng trước cống. Theo kết quả nghiên cứu của Anđrây và kết quả rút ra từ nghiên cứu đó như sau: h Δ 2H. b 2,5.lg/c Trong đó: : chiều sâu xói lở đoạn gia cố phẳng. H: chiều sâu nước dâng trước công trình. l g/c: chiều dài đoạn gia cố phẳng tính từ chỗ dòng chảy từ công trình bắt đầu bị khuyếch tán. h: khẩu độ cống. Bảng 3-6 Chiều sâu xói lở tương đối sau đoạn gia cố lg/c . tgβ lg/c . tgβ b H b H 0 1,55 4 0,59 1 0,98 5 0,54 2 0,78 8 0,45 3 0,65 10 0,40 Ghi chú:  là góc khuyết tán của dòng chảy sau khi chảy ra khỏi cống - Đầu cống kiểu tường cánh chéo với góc mở thì  = ; nhưng  không lớn hơn 450 ; đầu cống kiểu tường đầu thẳng đứng, kiểu cổ áo thì  = 450 ; kiểu 1/4 nón thì  = 300. - Qua bảng 3-6 ta thấy chiều dài đoạn gia cố phẳng không nên lớn hơn 3 lần khẩu độ cống, bởi vì khi l g/c > 3 lần khẩu độ cống thì chiều sâu xói lở ở đoạn gia cố không giảm được bao nhiêu mà diện tích gia cố lại tăng lên rất nhiều. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 35
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Chiều rộng đoạn gia cố lòng dẫn sau công trình được quyết định xuất phát từ kích thước của hố xói tự nhiên dạng chậu Xtrôphôid với chiều dài trục l c = 18. ; và chiều rộng Bc = 12. . Thường chiều rộng gia cố lấy bằng 4-:-6 lần khẩu độ cống. (b). Hình thức gia cố: - Thường bằng lát đá khan, lát đá có trát vữa hay lát tấm bê tông đúc sẵn hoặc đổ bê tông liền khối. Việc lựa chòn hình thức gia cố phụ thuộc vào lưu tốc dòng chảy sau công trình và điều kiện cung cấp vật liệu, khả năng xây dựng, - Mái nghiêng bảo vệ cuối đoạn gia cố thường được đặt sâu hơn hố xói ít nhất 0,5m. hm + 0,5 - Để giảm bớt khối lượng gia cố, có thể áp đụng biện pháp rút ngắn hơn nữa chiều dài gia cố bằng cách tăng độ nhám lòng dẫn ngay sau công trình bằng các tường hay tăng nhám, cho phép xói sâu gia cố và đổ đá đá to vào hố xói. - Mái dốc nền đắp hạ lưu trước cống được gia cố tới chiều cao của tường đầu. - Gia cố thượng lưu cống: chiều dài gia cố được lấy bằng 1/4 chiều dài gia cố hạ lưu. Kiểu gia cố được tình tới lưu tốc bằng lưu tốc trong cống và gia cố mái dốc đầu cống được thiết kế đến chiều cao bằng: H + 0,5m. (c). Nếu sau khi chảy ra khỏi cống, dòng chảy rơi xuống như từ máng thì tính xói lở như sau: 2P+h l V n (1-i2 ) r n g Trong đó: P: chiều cao rơi Q V n: lưu tốc nước chảy ra khỏi cống được tính theo công thức: Vn ωn n: diện tích mặt cắt ướt ở chỗ ra khỏi cống ứng với chiều sâu hn h n = 0,75hk h k : chiều sâu phân giới trong cống - Tính chiều sâu dòng tia khác: Q P hn với: Vt Vn g. Vt .bt Vn Trong đó: V t: lưu tốc dòng tia khác b t: chiều rộng dòng tia khác - Tính chiều sâu xói ở hạ lưu trên đoạn dòng nước rơi: Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 36
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 2.h h K.V t a x t g K: hệ số phụ thuộc vào độ dốc của cống, thường K 1,85 - Đoạn gia cố phẳng phải làm trên toàn bộ chiều dài nước rơi l r và cuối đoạn gia cố phải đặt mái nghiêng bảo vệ chôn sâu dưới chiều sâu xói 0,5m. Chiều dày đoạn gia cố lấy tương tự như phần gia cố gần cống. § 3.7. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN KẾT CẤU 3.7.1. Tải trọng tính toán - Các loại tải trọng bao gồm : Tĩnh tải và hoạt tải. Tải trọng của tĩnh tải và hoạt tải tác dụng qua nền đắp tạo áp lực thẳng đứng và nằm ngang lên kết cấu cống. +) Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân của kết cấu và áp lực của đất xung quanh. +) Hoạt tải là do tải trọng của đoàn xe truyền xuống qua lớp đất đắp. - Áp lực đất (tĩnh tải) tác dụng lên cống tuỳ thuộc vào chiều cao nền đắp, loại đất, điều kiện ổn định của nền dưới nền đắp và của bản thân nền đắp. Có 4 trường hợp về điều kiện ổn định của nền dưới nền đắp và bản thân nền đắp xung quanh cống như sau: (a). Nền dưới nền đắp không lún và nền đắp lún: - Do chiều cao đất đắp hai bên và trên cống khác nhau nên độ lún toàn bộ khác nhau tạo nên mặt trượt giữa cột đất trên cống và đất xung quanh. Vì vậy áp lực đất tác dụng trên cống trong trường hợp này lớn hơn trọng lượng cột đất bên trên đỉnh cống một lượng bằng lực ma sát phát sinh di sự trượt tương đối đó. (b). Nền dưới nền đắp lún và nền đắp cũng lún: - Áp lực tác dụng lên nền ở hai bên và dưới cống khác nhau nên độ lún của nền ở hai bên cống lớn hơn dưới cống. Riêng đất nền đắp cũng vậy, vì vậy phát sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trên cống và đất xung quanh. Áp lực tác dụng lên cống cũng phải kể đến ảnh hưởng của ma sát phát sinh do sự trượt đó. (c). Nền dưới nền đắp lún và nền đắp không lún: +) Trường hợp này tương tự như trường hợp thứ 2. Khi đó mặt trượt phát sinh do độ lún không đều giữa hai bên và dưới cống của nền dưới nền đắp. (d). Nền dưới nền đắp không lún và nền đắp không lún: - Trường hợp này không phát sinh mặt trượt tương đối. Áp lực tác dụng trên cống chỉ do tác dụng của trọng lượng cột đất trên cống sinh ra. - Đối với kết cấu mềm (ví dụ như cống tròn 4 khớp), do sự biến dạng của kết cấu tương đối lớn nên áp lực đất tác dụng lên cống có khác. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 37
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 +) Nếu sự biến dạng của kết cấu nhỏ hơn sự chênh lệch độ lún của cột đất trên cống và đất xung quanh thì giống như các trường hợp trên, tức là phát sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trên cống và đất hai bên, lực ma sát của mặt trượt hướng xuống làm tăng áp lực đất lên cống. +) Nếu sự biến dạng của kết cấu quá lớn, lớn hơn sự chênh lệch độ lún của cột đất trên cống và đất đắp hai bên thì cũng phát sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trên cống và đất hai bên xung quanh, nhưng lực ma sát khi đó hướng lên làm giảm nhỏ áp lực đất tác dụng lên cống. +) Mặt khác do sự biến dạng quá lớn của kết cấu nên ngoài tác dụng của áp lực đất chủ động như trên còn có áp lực đất bị động. - Khi tính toán kết cấu phải xét tới trường hợp bất lợi nhất tức là trường hợp có áp lực tác dụng lớn nhất. - Trị số áp lực lớn nhất do các tĩnh tải phát sinh ra được tính theo công thức: p = ntt . C . h . H (T/m) Trong đó: p: áp lực do tĩnh tải gây ra (T/m); H: chiều cao nền đắp trên đỉnh cống (m); n tt : hệ số vượt tải của tĩnh tải, khi tính tho trạng thái giới hạn thứ nhất thì n tt= 1,2; 3 3 h : trọng lượng thể tích của đất (T/m ) ; thường lấy h = 1,8 T/m ; C: hệ số không thứ nguyên xét đến ảnh hưởng của lực ma sát phát sinh trên mặt trượt tương đối giữa cột đất trên cống và đất xung quanh. Lực ma sát tính bằng: C = 1 + A .  . tg h 0 h : góc ma sát trong của đất. Thường lấy h = 30 khi tính ống cống và 0 h = 25 khi tính đầu cống; m: hệ số áp lực bên hay hệ số nở hông của đất nền đắp; μ tg2 (450 h ) 2 A: hệ số được tính theo công thức: S.h S.D.h S.h H H A .(2 ) ; khi thì A H H2 H D D h: chiều cao cống tính theo chu vi ngoài; D: chiều rộng cống tính theo chu vi ngoài; S: hệ số tuỳ thuộc vào đặc tính của nền:  Đối với nền rất cứng như nền đá, móng cọc thì S = 15; Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 38
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021  Đối với nền chặt chẽ (cát chặt, á sét, sét chặt dẻo) thì S = 10;  Đối với nền mềm thì S = 5;  Thiết kế định hình lấy S = 10 đối với ống cống thường, S = 15 khi tính ống cống gia cường. - Khi chất lượng xây dựng nền đắp cao, đảm bảo hệ số đầm không nhỏ hơn K95 đối với cống dưới đường ôtô cho phép giảm hệ số C xuống 30%. - Áp lực ngang do tĩnh tải sinh ra tác dụng lên cống tính theo công thức: ep n tt ..γh .H1 - Trong đó: H 1: chiều sâu điểm tính áp lực e p. Đối với cống chữ nhật e p coi như không đổi h theo chiều cao thành cống, khi đó ep được tính theo giá trị H H 1 2 - Áp lực thẳng đứng do hoạt tải xác định theo công thức: 19 +) Với đoàn xe HK - 80 thìq (T/m2); H 3 15,7 +) Với đoàn xe HK - 60 thìq (T/m2); H 4,06 - Khi chiều cao đất đắp trên cống kể cả chiều dày kết cấu áo đường nhỏ hơn 1m thì người ta xác định áp lực thẳng đứng thực tế từ bánh xe truyền xuống dưới góc 300. - Áp lực ngang do hoạt tải bằng tích số áp lực thẳng đứng nhân với hệ số  eq =  . Q - Đối với cống tròn bốn khớp do tính biến hình lớn nên áp lực thẳng đứng do tĩnh tải gây ra tính bằng trọng lượng cột đất: P = ntt . h . H - Áp lực ngang có thêm thành phần bị động tính theo công thức: b ep 1,5{(p q) (ep eq )} 3.7.2. Sơ đồ tính toán - Đối với cống chữ nhật: áp lực tính toán tác dụng lên cống coi như phân bố đều theo chiều thẳng đứng và chiều ngang. - Đối với cống tròn: áp lực tác dụng hướng tâm có trị số thay đổi dần từ giá trị lớn nhất (ở đỉnh cống và đáy cống là p + q) đến giá trị nhỏ nhất (ở 2 bên cống là ep + eq); - Sơ đồ tính toán cống được coi như khung kín. - Trị số mômen uốn đối với cống tròn được xác định theo công thức gần đúng sau: - M = 0,152 . r2 . (p + q)(1 - ) Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 39
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Trong đó: r - bán kính trung bình của cống tròn tính đến giữa chiều dày của ống cống. - Kiểm tra độ bề của mặt kết cấu cống theo trạng thái giới hạn thứ nhất và tính chịu nứt theo trạng thái giới hạn thứ ba, vết nứt cho phép là 0,2mm. - Đối với cống vòm và cống bản, sau khi đặt tải (biểu đồ áp lực) sẽ tính riêng cho từng phần vòm, bản đậy, tường bên, móng, Đối với cống gỗ tính riêng cho từng phần vòm, bản đậy, xà ngang, xà đỡ, gỗ lát, - Đối với cống tròn bốn khớp, sơ đồ tính toán như hình vẽ dưới đây. Xét cân bằng tĩnh của mỗi mảnh để tìm ra nội lực, từ đó kiểm tra độ bền và vết nứt theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ ba. § 3.8. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ VÀ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 3.8.1. Trình tự thiết kế B-íc 1. Sưu tầm, điều tra, đo đạc và thu thập các số liệu cần thiết; B-íc 2. Lập luận chọn loại cống; B-íc 3. Chọn chế độ chảy, tính toán và xác định khẩu độ và các đặc trưng thuỷ lực (H, V, min); B-íc 4. Xác định vị trí cống trên bình đồ; B-íc 5. Lập mặt cắt dọc theo tim cống đã xác định được trên bình đồ; B-íc 6. Xác định vị trí cống trên hình cắt dọc; B-íc 7. Tính toán xói lở và gia cố; B-íc 8. Tính toán kết cấu; B-íc 9. Tính toán khối lượng, lập dự toán. Trường hợp trên địa hình dốc lớn phải thiết kế các công trình phụ trợ như bậc nước, dốc nước, thì phải tính toán thuỷ lực đồng thời tiến hành trong các bước 4, 6. 3.8.2. Đồ án thiết kế - Bao gồm thuyết minh và các bản vẽ; - Thuyết minh thiết kế cống gồm nội dung các bước 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 - Bản vẽ thiể hiện kết quả của các bước 4 ; 5 ; 6 ; 7, yêu cầu các bản vẽ thiết kế phải thể hiện đầy đủ và đúng ý đồ thiết kế. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 40
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 XÂY DỰNG VÀ SỬA CHỮA CỐNG Nội dung:  Khái niệm  Công tác chuẩn bị  Đào hố móng  Xây dựng móng cống  Xây dựng đầu cống và thân cống  Đắp đất xung quanh cống  Xây dựng cống vòm, cống bản  Xây dựng cống ở vùng núi dốc  Tổ chức xây dựng cống  Xây dựng lại và sửa chữa cống § 4.1 KHÁI NIỆM - Chất lượng khai thác sử dụng một công trình phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng đồ án thiết kế cũng như chất lượng thi công. Nếu chất lượng thi công một công trình không tốt thì dẫn đến giảm tuổi thọ công trình, thậm chí gây hư hỏng công trình dẫn đến phá đi làm lại, làm tăng giá thành công trình, kéo dài thời gian thi công, làm giảm hiệu qủa kinh tế. - Những nhân tố làm giảm chất lượng công trình: chất lượng vật liệu không tốt, công tác xây lắp không đúng yêu cầu kỹ thuật, kích thước vị trí bị sai lệch so với thiết kế - Yêu cầu trong công tác thi công: đảm bảo đúng theo trình tự, quy trình sản xuất và quy tắc kỹ thuật, thường xuyên kiểm tra nghiệm thu chất lượng. - Ví dụ về bố trí mặt bằng thi công hạng mục cống tròn xem phần "Phụ lục". § 4.2 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 4.2.1. Chế tạo các cấu kiện lắp ghép - Công tác này được thực hiện với các cống BTCT hay các bộ phận bằng BTCT như cống tròn BTCT, cống bản BTCT, cống chữ nhật, bản đậy BTCT, - Qúa trình tiến hành bao gồm các công việc sau: Chế tạo ván khuôn Công tác cốt thép Công tác đổ bê tông, bảo dưỡng (a). Chế tạo ván khuôn - Vật liệu sử dụng có thể là gỗ hay thép. Ván khuôn gỗ thường được sử dụng khi khối lượng công tác đổ bê tông không lớn. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 41
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Yêu cầu đối với ván khuôn: cấu tạo đơn giản, dễ tháo lắp, bền, kín và cứng, dùng được nhiều lần. - Đối với cống tròn: ván khuôn gồm hai phần cơ bản là ván khuôn vỏ ngoài và ván khuôn lõi trong. Ván khuôn vỏ ngoài gồm hai hay ba mảnh ghép lại, mỗi mảnh tạo thành 1/2 hay 1/3 mặt trụ tròn. Các mảnh được tăng cứng bằng các khung và được liên kết bằng chốt, bu lông hay bằng đai. Ván khuôn trong cũng được cấu tạo tương tự, nhưng thêm các thanh thanh động giữa các mảnh để rút ra khỏi bê tông được dễ dàng. Vị trí tương đối giữa các ván khuôn trong và ngoài được cố định bới các trục ngang hay cữ cố định. - Đối với cống được chế tạo trong xưởng thì có thể dùng ván khuôn rung, phía trong ván khuôn được lắp bộ rung có động cơ điện. - Đối với cống chữ nhật hoặc cống elíp thì cấu tạo ván khuôn cũng tương tự như cống tròn. Đối với tấm đậy cống bản thì cấu tạo ván khuôn giống như ván khuôn tấm bản. (b). Công tác cốt thép - Cốt thép được chế tạo từ máy cuốn cót thép hoặc được chế tạo trên các giá cuốn cốt thép hình tang trống. - Giá cuốn cốt thép có thể được chế tạo bằng gỗ hay thép. Kích thước của giá phải phù hợp với kích thước vòng cốt thép cần chế tạo. Cấu tạo gồm hai mặt đáy được liên kết với nhau bằng các thanh cứng. Số lượng và khoảng cách giữa các thanh liên kết phải đủ dày đảm bảo cho cốt thép được uốn trên đó sẽ tạo nên hình tròn trên trụ và đủ bố trí cốt thép dọc. Trên các thanh phải đánh dấu vị trí cốt thép. - Mỗi loại kích thước vòng cốt thép phải có một giá cuốn riêng. Trên mép của hai mặt đáy cũng đánh dấu vị trí cốt thép dọc. Trình tự tiến hành chế tạo khung cốt thép như sau: Cuốn cốt thép chủ theo đúng vị trí đã đánh dấu. Đặt cốt thép dọc theo đúng vị trí đã đánh dấu. Liên kết cốt thép chủ và cốt thép dọc bằng mối hàn hay que buộc. Tháo nút khung cốt thép ra khỏi giá. Đặt và liên kết khung cốt thép trong và ngoài đối với loại cống có hai vòng cốt thép. - Đối với cống hình chữ nhật thì cốt thép có cấu tạo dạng lưới. (c). Công tác đổ bê tông, bảo dưỡng - Trước khi đổ bê tông phải cạo sạch gỉ cốt thép để tạo điều kiện liên kết tốt giữa thép với bê tông, ván khuôn phải bôi dầu hay xà phòng để tháo dỡ cho dễ dàng, phải kiểm tra ván khuôn và cốt thép trước khi đổ bê tông. - Khi đổ bê tông bằng thủ công phải đổ từng lớp dày 10-:-15cm và đầm kỹ rồi mới đổ lớp khác. Đầm bê tông có thể dùng đầm rung hay đầm tay. Đầm cho đến khi có lớp Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 42
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 màng nước vữa phủ hỗn hợp bê tông là được. Ngoài ra còn gõ nhẹ vào thành ván khuôn để mặt bê tông được đều và nhẵn. - Trong quá trình bê tông đông cứng từ 8-:-10 giờ sau khi đổ phải tiến hành bảo dưỡng. Có thể dùng bao tải, chiếu, cát, phủ kín bề mặt và tưới nước giữa ẩm thường xuyên. Trường hợp chế tạo tại xưởng thì bảo dưỡng trong phòng bằng hơi nước nóng. - Sau khi đổ từ 7-10 ngày thì có thể dỡ ván khuôn. Nếu bảo dưỡng bằng hơi nước nóng thì sau 24 giờ có thể dỡ ván khuôn được. - Khi tháo ván khuôn cần lưu ý trình tự tháo ván khuôn trong trước rồi mới đến ván khuôn ngoài sau. - Sau 28 ngày khi bê tông đủ cường độ thì thôi không bảo dưỡng khi đó có thể tiến hành xây dựng hay chuyển vào các kho bãi chứa. - Để kiểm tra chất lượng bê tông ống cống khi cho phép xây dựng cống với lớp cách nước trát thì cứ 1 lô 100 đốt cống người ta thí nghiệm độ không thấm nước của 3 đốt cống không phủ lớp cách nước. Đốt cống thí nghiệm được đặt thẳng đứng, đáy dưới được bịt kín và được đổ đầy nước. Sau thời gian 48 giờ yêu cầu trên bề mặt ngoài của đốt cống không có sự thấm thành giọt nước hay có vết ẩm ướt. 4.2.2. Tổ chức và bố trí kho bãi chứa vật liệu, cấu kiện và nơi chế tạo các cấu kiện đúc sẵn - Các cấu kiện lắp ghép được chế tạo tại các xưởng hay bãi đúc ngoài hiện trường. Tuỳ theo quy mô quản lý và phục vụ mà có các loại xưởng hay nhà máy chế tạo cấu kiện phục vụ cho cả một vùng hay chỉ một công trình riêng. Trường hợp thi công bằng thủ công và quy mô công trình nhỏ thì có thể chế tạo ngay tại công trường thi công. - Yêu cầu chung: Thuận tiện cho đường vận chuyển vật liệu, thiết bị đến và tiện đường vận chuyển các sản phẩm đi. Diện tích phải đủ rộng để triển khai các công tác như chứa vật liệu, nơi chế tạo, nơi cất giữ cấu kiện, Không nên bố trí các kho bãi trung gian, tránh bốc dỡ nhiều lần, trường hợp đặc biệt mới bố trí các kho bãi trung gian như khi thay đổi phương tiện vận chuyển như từ đường sắt sang đường bộ. 4.2.3. Xếp dỡ và vận chuyển cấu kiện - Trường hợp các cấu kiện được chế tạo tại xưởng, để vận chuyển và xếp dỡ tới công trường người ta có thể dùng cần cẩu và ô tô hay tàu hoả, Khi không có cần cẩu thì có thể dùng cầu lăn và dây kéo. Không được phép lăn tự do các cấu kiện theo độ dốc địa hình. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 43
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Khi vận chuyển bằng ôtô thì phải dùng loại xe có thành. Trên xe phải chèn, đệm chằng, buộc cẩn thận các cấu kiện không để cho dịch chuyển khi xe chạy. Phải xếp đặt cấu kiện đối xứng theo trục dọc và ngang của thùng xe. Các cấu kiện không đối xứng thì phải đặt phần nặng về phái buồng lái. - Chiều cao giới hạn của hàng hoá xếp trên ô tô không quá 4m kể từ mặt đường. Theo chiều ngang các cấu kiện không được xếp nhô ra ngoài thành xe. - Khi vận chuyển bằng ô tô hay xe kéo rơ móc thì có thể đặt các đốt cống tròn ở vị trí nằm ngang hay thẳng đứng trong thùng xe. Khi đặt ngang phải chú ý công tác rằng buộc cho vững chắc. - Các đốt cống hình chữ nhật được đặt nằm ngang trên thùng xe. - Các cấu kiện được vận chuyển đến nơi xây dựng được bố trí một cách hợp lý, phu hợp với phạm vị hoạt động của cần trục hay các phương tiện lắp ráp khác và phù hợp với sự lắp ghép. Trên mặt bằng thi công phải dành một khoảng rộng 4m để cần trục đi lại làm việc. - Nguyên tắc xếp đặt là cấu kiện nào lắp ghép trước thì đặt gần và ở phía trên, cấu kiện nào được lắp đặt sau thì đặt ở phía dưới và hơn. 4.2.4. Đo đạc và định vị cống trên thực địa - Trong bước chuẩn bị, công tác đo đạc bao gồm: định vị tim cống, hố móng và đặt mốc cao đạc phụ. Trong quá trình thi công phải thường xuyên kiểm tra vị trí, kích thước cao độ. - Mục đích: đảm bảo cho quá trình thi công đúng thiết kế về vị trí, kích thước trên thực địa. (a). Công tác định vị cống: Xác định trên thực địa và cố định vị trí trục dọc (tim cống), trục ngang của cống và các vị trí đặc biệt của tường cánh, đầu cống, Trước khi định vị cần phải tính toán cự ly các cọc lân cận trên tuyến đến cọc vị trí tim cống trên tim đường và cự ly từ tim đường tới hai đầu cống Từ các cọc tim đường dùng thước đo tới cọc tại vị trí cống. Từ cọc cống dùng máy đo góc xác định hướng tim cống và cố định hướng bằng hai cọc nằm ngoài phạm vi thi công. Từ hướng tim cống đã xác định, dùng thước để xác định vị trí hai đầu cống và các điểm đặc biệt khác. - Ví dụ: (b). Công tác xây dựng hố móng: Khi xây dựng tốt nhất là bố trí nơi khô ráo, hoặc phải dùng các biện pháp bơm hút nước để làm khô hố móng tại vị trí xây dựng. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 44
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Hố móng được định vị bằng các khung định vị. Trên khung định vị có đánh dấu các điểm đặc biệt của hố móng. Vị trí các điểm đặc biệt được xác định bằng quả rọi và dây căng qua các điểm đã đánh dấu trên khung. Khung định vị đặt cách vị trí hố móng dự kiến từ 1,0-:-1,5m và ngoài phạm vị hoạt động của máy đào đất. Chu vi của hố móng công trình được đánh dấu trên khung định. Các điểm góc của hố móng được xác định bằng giao điểm các đường thẳng (căng dây) từ các điểm đã đánh dấu trên khung. (c). Công tác xác định và kiểm tra cao độ: Đặt các mốc cao đạc phụ trực tiếp gần cống. Trị số cao độ của mốc cao đạc phụ được dẫn từ các mốc cao đạc quốc gia ở gần hay từ các mốc cao đạc chính trên tuyến và được đo hai lần. Mốc cao đạc cần phải được bảo vệ không xê dịch, thay đổi cho đến khi thi công xong và đưa công trình vào sử dụng. § 4.3 ĐÀO HỐ MÓNG - Biện pháp thi công: Hố móng thường được đào bằng thủ công hay bằng máy. Tuỳ theo điều kiện địa chất thực tế và cần phải gia cố hố móng hay không. Nơi đất khô ít ẩm ướt thì thường đào hố móng trần. Độ dốc mái dốc đào phụ thuộc vào loại đất và tình trạng của đất mà quyết định. Đối với những hố móng có kích thước lớn (cống dài hơn 18-20m) khi địa chất không ổn định hoặc khi có mực nước ngầm lớn thì nên tiến hành đào và xây dựng hố móng thành từng đoạn. - Khi hố móng được đào bằng máy thường dùng máy kéo vạn năng T-160 có thiết bị ủi gạt hoặc gầu dây dung tích 0,15-:-0,3m3 ; khi hố móng rộng hơn 2m thì dùng máy ủi. - Khi đất nền là đất sét ẩm ướt hoặc cát xốp thì nên đầm một lớp đá dăm chiều dày không nhỏ hơn 10cm. Độ dốc hố móng phải cùng với độ dốc đáy cống, có kể tới độ vồng dự trữ. Độ vồng lớn nhất tại gữa cống phụ thuộc vào chiều cao đất đắp và loại đất mềm. Đối với đất pha cát, cát độ vồng lớn nhất lấy bằng 1/80 chiều cao nền đất (H) ; còn đối với đất á sét, á cát, sét thì lấy bằng 1/40H. - Khi phạm vi thi công hẹp, đất nền có lẫn nhiều đá mồ côi không thích hợp cho thi công bằng máy thì nên dùng biện pháp đào thủ công. - Chỉ nên tiến hành lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn sau khi đã kiểm tra về cao độ và vị trí. - Trước khi đào hố móng phải bố trí mặt bằng công trường để bốc xếp các cấu kiện, vật tư và thiết bị xây lắp. Tính toán và bó trí các rãnh thoát nước để ngăn không cho nước chảy vào trong hố móng, rãnh thoát nước được bố trí cách mép hố móng không nhỏ hơn 1,5m. Nếu hố móng được xây dựng ở gần dòng chảy thường xuyên thì có thể phải dẫn dòng chảy tránh ra khỏi vị trí hố móng. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 45
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 § 4.4 XÂY DỰNG MÓNG CỐNG 4.4.1. Móng lắp ghép - Công tác chuẩn bị: trước khi lắp ráp cần tẩy sạch các vết bẩn trên bề mặt các cấu kiện. - Các bước tiến hành: Đặt các khối móng dưới hai đầu cống tới mức đáy hố móng dưới thân cống. Khoảng trống giữa móng và hố móng được lấp đầy bằng hỗn hợp đá dăm cát hoặc đá dăm sỏi cát có rót vữa xi măng cát và đầm chặt. Lắp ráp các khối móng theo trình tự sau: Đầu trên đắp các khối móng từ phía đầu cống hạ lưu rồi tiếp sau đến toàn bộ các đoạn móng dưới thân cống và cuối cùng đến khối móng ở đầu cống thượng lưu. Khi móng nhiều tầng thì các thao tác được lặp lại. Khi đào móng phân đoạn và khi xây dựng cống vùng địa hình dốc lớn thì lắp ráp móng nhiều tầng được hoàn thành ngay trên từng đoạn trên toàn bộ chiều cao móng. Các khối được đặt trên lớp vữa trát dày 1-:-2cm. Không được phép rót thêm vữa dưới các khối đã được đặt hoặc di chuyển nó sau khi đã ngưng kết. Sai số lắp ráp theo chiều cao các hàng (bậc) không được quá 5mm. Các khối móng lắp đặt không đúng phải tách ra làm sạch vữa cũ và lắp đặt lại trên lớp vữa mới. Sau khi lắp đặt xong mỗi hàng thì rót vữa xi măng vào các khe thẳng đứng và sau đó đổ lớp vữa ngang bên trên và lắp đặt tầng trên. Khi đặt các khối cho phép đầm nhẹ để điều chỉnh cho bằng phẳng. Vữa xi măng dùng với mác không thấp hơn 150, tỷ lệ nước/xi măng không lớn hơn 0,6. Độ sụt của vữa đối với khe nằm ngang là 6-:-8cm, và đối với khe thẳng đứng là 11-:-13cm. Lượng xi măng trong vữa không nhỏ hơn 350kg/m3. Trong mùa hè nắng nóng thì cần phải có biện pháp bảo vệ lớp vữa trong các khe, thường xuyên tưới nước giữ ẩm. Trong quá trình lắp ráp phải thường xuyên kiểm tra độ cao và độ bằng phẳng của các hành cống cũng như độ dốc đáy cống. Sau khi xây dựng và nghiệm thu móng cống xong thì tiến hành lấp khoảng trống giữa hố móng và móng. Lấp đất được tiến hành đồng thời ở hai phía của móng. Đất lấp được chia ra làm nhiều lớp, mỗi lớp có chiều dày 15-:-20cm, đất đắp được đầm chặt kỹ. 4.4.2. Móng đúc liền khối - Đổ bê tông các đoạn móng nên bắt đầu từ một phía đầu cống. Hỗn hợp bê tông được đổ thành từng lớp nằm ngang trên toàn bộ diện tích các đoạn và đầm chặt. Bê tông phải được đổ liên tục, lớp sau đổ lên lớp trước khi bê tông lớp trước chưa đông kết. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 46
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Khe phòng lún giữa các đoạn được tạo nên bằng cách đặt các tấm ván gờ có chiều dày phù hợp và được để lại trong bản thân các khối móng, bề mặt khe phòng lún được bôi mỡ xalidon. - Khi hỗn hợp bê tông chở đến có hiện tượng phân tầng thì phải trộn lại đến mức độ hồi phục tính đồng nhất. Không được đổ thêm nước vào trong hỗn hợp. - Khi lớp móng dưới thân cống là đá dăm hay sỏi thì xây dựng móng cống được tiến hành theo trình tự sau: Xây hoặc đổ bê tông móng đầu cống. Lấp khoảng trống giữa hố móng và móng hai đầu cống. Chú ý sau khi xây xong móng đầu cống thì phần chôn sâu phải lấp đầy khoảng trống với hố móng tới mức đáy của móng phần trên bằng hỗn hợp đá dăm cát đầm chặt và rót vữa xi măng rồi mới xây hay đỏ bê tông phần móng đầu cống còn lại ở phía trên. - Khi đổ đá dăm, sỏi hay hỗn hợp đá dăm sỏi vào hố thân cống, san thành từng lớp 10- 15cm và đầm kỹ. Phần móng đệm thân cống dưới đốt cống đầu tiên và cuối cùng gần đầu cống thượng hạ lưu phải láng vữa xi măng dày 1,5cm để đảm bảo ổn định. Khi kích thước hố móng lớn để đảm bảo sự ổn định của móng (mềm) trong quá trình lắp ghép các đốt cống nên láng vữa xi măng trên toàn bộ bề mặt của móng. § 4.5 XÂY DỰNG ĐẦU CỐNG VÀ THÂN CỐNG 4.5.1. Lắp ghép bằng cơ giới - Trình tự tiến hành bắt đầu từ đầu cống hạ lưu sau đó đến các đốt cống và cuối cùng đến đầu cống thượng lưu. - Trường hợp khi các cấu kiện của đầu cống được liên kết với móng cống thì khi đó quá trình lắp ráp cống được tiến hành theo trình tự: Lắp đặt các khối tường đầu, tường cánh của hai đầu cống. Lắp khoảng trống giữa hố móng và móng các khối tường đầu, tường cánh của hai đầu cống đến mức đáy hố móng thân cống bằng hỗn hợp đá dăm cát có rót vữa xi măng và đầm chặt. Lắp đặt khối sân cống của hai đầu cống. Lắp đặt các khối móng thân cống bắt đầu từ phía hạ lưu. Lắp đặt các đốt cống bắt đầu từ phía đầu hạ lưu, trừ đốt cống gần đốt cuối cùng. Lắp đặt đốt cống còn lại gần đốt cống cuối cùng. - Khi lắp đặt các đốt cống người ta dùng các móc treo, thanh treo đặc biệt. Các móc treo của cấu kiện sau khi đã lắp đặt xong cấu kiện nếu xét thấy gây cản trở sự lắp đặt chung thì phải cắt sát bề mặt bê tông. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 47
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Để lắp đặt các đốt cống được tốt thì khe hở giữa các đốt cống đã được lắp đặt cần phải thực hiện đúng như thiết kế. Thường thì khe nối hở giữa các đốt cống là 1cm xen kẽ với khe hở 3cm. Sau khi lắp ghép cho phép lệch 5mm đối với khe nối. Sự sai lệch tương đối của các đốt cống ngang cho phép tới 10cm. - Khi lắp đặt các đốt cống tròn phải đảm bảo cho chúng được dựa chặt lên móng. Nên đặt các đốt cống lên trên các khối móng cong có bề mặt phù hợp với hình dạng cống. Khe hở giữa bề mặt cống và móng cống không nhỏ hơn 2cm và được chêm bằng nêm. Các khe đó được đổ đầy bằng vữa xi măng. - Khi đặt các đốt cống tròn lên các khối móng không có hình dạng cong thì làm lớp đệm bê tông. Khi đó các đốt cống được kê trên đệm gỗ và bê tông đó phải đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt của đốt cống trên toàn bộ chiều dài. Khe nối giữa các khối đầu cống được rót và trát vữa xi măng. Các khe giữa các đốt cống sau khi đã lắp đặt xong toàn bộ được nhét đầy bằng đay tẩm bi tum từ hai phía ngoài và trong. Đay tẩm bi tum phải được nhét đầy vào khe nối tới chiều sâu 2-:-3cm. Tất cả các mặt tiếp xúc với đất phải được phủ lớp cách nước làm băng 2 lớp bitium. 4.5.2. Lắp đặt bằng thủ công - Sau khi xây dựng xong phần móng cóng, phần trên của cống được tiến hành xây dựng theo phương pháp thủ công như sau: Hạ chỉnh các đốt cống đến đúng vị trí thiết kế. Xây đá hoặc đổ bê tông hai đầu cống. Làm khe nối và tầng phòng nước. - Hạ chỉnh các đốt cống gồm hai công việc chính như sau: Vận chuyển các đốt cống từ bãi về nơi xây dựng: thường lăn trực tiếp trên các đường lăn nhân tạo từ bãi đúc xuống móng cống phía thượng lưu rồi sau đó lăn trên móng cống đến gần vị trí đặt cách 0,5-:-1,0m. Lắp đặt vào đúng vị trí, căn chỉnh cho chính xác, có thể dùng các phương pháp sau: bắn bẩy bằng đòn xeo, hoặc lăn trên con lăn hoặc dùng giá long môn, giá chữ A, căn cứ vào điều kiện địa hình, khả năng thiết bị mà lựa chọn cho phù hợp.  Lắp đặt bằng phương pháp bắn bẩy: sau khi đã bắn đốt cống đến cách vị trí lắp đặt khoảng 0,5m thì quay đốt cống cho trùng với phương của tim cống nhưng lệch về một bên. Sau đó dùng đòn xeo bẩy đốt cống đến đụng vị trí thiết kế. Lăn cống về một bên để rút ván lăn ra rồi lại lăn trả về đúng vị trí chính xác của nó.  Lắp đặt bằng phương pháp lăn trên con lăn. Chuyển đốt cống đến gần vị trí lắp đặt cách vị trí đó khoảng 1m rồi quay 90 0 cho trùng phương tim cống. Dùng đòn xeo và hai tấm đệm gỗ hình bán nguyệt bẩy nâng đốt cống đặt Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 48
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 lên con lăn. Sau đó đẩy đốt cống trên con lăn đến đùng vị trí thiết kế rồi lăn qua một bên để rút con lăn và ván lăn hay tấm đệm ra. Cuối cùng lăn cống lại đúng vị trí lắp đặt và dùng đòn xeo để điều chỉnh cẩn thận cho thật chính xác.  Lắp đặt bằng giá chữ A: Dùng palăng xích 3-:-5 tấn treo trên giá để nâng các đốt cống vào đúng vị trí thiết kế. Giá được dịch chuyển dọc cống khi đã hạ đốt cống. Thao tác nâng, hạ đốt cống và dịch chuyển được lặp đi lặp lại cho đến khi hoàn thành tất cả các đốt cống vào đúng vị trí.  Lắp đặt bằng giá long môn: tương tự như giá chữ A, giá được đặt trên các con lăn và dùng đòn xeo để di chuyển. Chú ý trong quá trình lắp đặt phải đảm bảo cho các đốt cống thẳng hàng và trùng với tim cống. Có nhiều cách nhưng đơn giản thì có thể áp dụng phương pháp căng dây như sau:  Đánh dấu tim cống ở hai đầu cống bằng đinh hay cọc có cắm đinh.  Tim cống dùng thước thuỷ bình đặt trong lòng đốt cống trên tấm gỗ và quả rọi để xác định.  Luồn dây qua đốt cống và kéo căng theo 2 điểm đã đánh dấu vị trí tim cống.  Điều chỉnh cho vị trí tim quả rọi trùng đúng với tim cống (dây căng). Sau đó dùng đệm gỗ hay đá kê cho đốt cống khỏi xê dịch. § 4.6 ĐẮP ĐẤT XUNG QUANH CỐNG VÀ GIA CỐ THƯỢNG HẠ LƯU - Công việc đắp đất xung quanh cống được tiến hành sau khi đã xây dựng xong các khe nối, tầng cách nước và kiểm tra đảm bảo chất lượng. - Đất đắp xung quanh cống dùng như loại đất đắp nền đường. Quá trình đắp đất phải đảm bảo không được dịch chuyển các đốt cống và không làm hư hỏng tầng cách nước. - Tiến hành đắp đồng thời hai bên chiều dài cống theo từng lớp dày 15-:-20 cm rồi đầm chặt kỹ từ hai bên vào giữa. Cần chú ý việc đầm nén đất ở nửa dưới của cống là khó đầm nhất. - Phạm vi đắp đất xung quanh cống tuỳ thuộc vào phương pháp đắp, phương tiện đắp, thiết bị đắp, đầm, thứ tự thi công cống trước hay sau khi thi công nền đường, mà quyết định. - Nếu cống được thi công trước khi thi công nền đường thì đắp đất xung quanh cống phải đảm bảo ổn định của cống trong quá trình di chuyển của xe máy qua khi xây dựng nền đường sau này. - Chiều rộng đáy của nền đắp không được nhỏ hơn đường kính ngoài của cống cộng thêm 3-4m. Chiều cao đắp tối thiểu trên cống không nhỏ hơn 0,5m. Chiều rộng mỗi Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 49
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 bên từ thành cống về mỗi bên không không nhỏ hơn hai lần đường kính cống. Mái dốc không lớn hơn 1/1. - Nếu cống được thi công sau khi thi công nền đường thì người ta chừa lại một khoảng trong phạm vi thi công cống hoặc cũng có thể thi công xong nền đường sau đó dùng máy đào tạo thành hố móng. Nếu dùng phương tiện máy san và đầm nén đất thì chiều rộng khoảng chừa ra không nhỏ hơn 10m và cách thành ngoài cống về mỗi bên không nhỏ hơn 2 lần đường kính cống và tối thiểu không nhỏ hơn 4m. - Nếu xây dựng cống hoàn toàn bằng thủ công thì chiều rộng hố đào cách thành cống về mỗi bên khoảng 1-:-1,5m. - Nếu nền đường được đắp bằng đất cứng hay đất có đá tảng khích thước >10cm thì phải dùng đất cát hay sét để đắp xung quanh cống và cao hơn đỉnh cống tối thiểu 0,5m. Chiều rộng phần trên của phần đắp này không được nhỏ hơn chiều rộng cống cộng 0,5m về mỗi bên. - Việc gia cố lòng dẫn thượng hạ lưu và mái dốc nền đắp ở hai đầu cống có thể dùng đá lát khan hoặc đá có trát vữa xi măng, hay bê tông, - Việc gia cố mái dốc nền đắp sau khi đã lún hết. Thời gian lún của nền đắp được tính toán theo điều kiện xây dựng. Để tăng nhanh thời gian lún thì nền đắp phải được đầm chặt thật kỹ. - Trật tự gia cố được tiến hành từ dưới lên và trong ra ngoài. Đối với mái dốc nền đắp và gia cố hình nón ở hai đầu cống thì tiến hành lát từ dưới lên, còn đối với lòng dẫn thượng hạ lưu thì tiến hành ở sát hai đầu cống trở ra. Đối với thi công bằng tấm bê tông đúc sẵn hay đổ bê tông tại chỗ thì cũng tuân theo trật tự đó. § 4.7 XÂY DỰNG CỐNG VÒM, CỐNG BẢN Loại cống vòm thường được xây dựng là loại cống vòm sử dụng vật liệu là gạch hoặc đá, do đây là những loại vật liệu sẵn có ở địa phương. Trình tự và phương pháp thi công cống vòm gạch đá như sau: 4.7.1. Chuẩn bị 4.7.2. Đào hố móng Hai bước này cơ bản giống như đối với cống tròn. 4.7.3. Xây móng và tường bên: - Phải xây từng viên đá một, không được xây hàng loạt, đảm bảo các mặt hòn đá đều có vữa. Những chỗ khe hở lớn thì nên chèn đá nhỏ cho đỡ tốn vữa. - Không được xây trùng mạch, các mạch xây phải so le nhau ít nhất 150cm. 4.7.4. Làm giá vòm Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 50
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Tác dụng của giá vòm là đỡ gạch đá, bê tông của vành vòm trong thời gian xây dựng, giữ cho vành vòn có hình dạng đúng thiết kế. Giá vòm phải đảm bảo được các yêu cầu sau: +) Ổn định, vững chắc; +) Đủ cứng, biến dạng ít; +) Đủ cường độ, không bị phá hoại; +) Kích thước hình dạng và vị trí kết cấu phải thât chính xác; +) Kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, ít mối nối; +) Sử dụng được nhiều lần; - Giá vòm có thể được làm bằng kim loại, gỗ, hay đất hoặc kết hợp; - Giá vòm bằng kim loại thoả mãn tốt nhất các yêu cầu đã nêu ở trên, thường dùng phổ biến là các loại giá vòm làm bằng các đoạn ray; - Giá vòm gỗ có nhiều kiểu cấu tạo khác nhau, giá vòm bằng gỗ và kim loại thích hợp khi xây dựng cống ở nơi có dòng chảy; - Giá vòm bằng đất dễ làm, rẻ tiền, nhưng chỉ áp dụng nơi không có dòng chảy thường xuyên. 4.7.5. Xây vòm - Phải xây đối xứng từ chân vòm lên đỉnh và xây đồng thời trên cả chiều dài cống. Nên chọn những hòn đá có hai mặt gắn song song với nhau và đặt đầu to ra ngoài, đầu bé vào trong để mặt tiếp xúc giữa chúng lớn và khe hở bé. Các hòn đá phải đặt hướng tâm. Phần xây của bộ phận chân vành vòm phải liên kết với phần xây của tường bên bằng đá năm cạnh, hoặc mạch xây hình nan quạt thẳng góc với đường trục vòm. - Chỗ khớp đỉnh vòm nên dùng đá to có chiều cao lớn hay bằng chiều dài vành vòm và nên khớp vòm lúc nhiệt độ không khí thấp nhất để giảm bớt sự biến dạng của vành vòm. - Khi xây bằng đá hộc xô bồ thì theo kinh nghiệm: Xen kẽ răng ngựa, xếp các hòn đá sao cho mặt tiếp xúc giữa chúng là lớn nhất, bất cứ mặt cắt nào cũng không được trùng mạch. Xây đứng mặt trục: các hòn đá phải đặt đứng (hướng tâm) không được đặt nằm ngang, các mặt của hòn đá phải hướng về trục vòm, các mạch vừa phải hướng về tâm vòm. Chiều nhỏ của hòn đá đẻ phía dưới (trong), chiều lớn của hòn đá để phía trên (ngoài). Chèn khuyết, sửa chân: mặt dưới của hòn đá cần phải sửa cho bằng phẳng, mặt tiếp giáp giữa các hòn đá ở chân phải thật phẳng để đảm bảo độ dày của vành vòm, các khe hở của khối xây cần dùng vữa đá nhỏ hoặc bê tông đá dăm để chèn. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 51
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Để vữa tỳ chặt: rải vữa trước rồi đặt đá lên vữa tỳ mạnh cho vữa trồi lên, sau đó đổ vữa vào mặt đứng và dồn chặt lại nếu các ke rộng quá 3cm thì phải chèn đá con cho chắc và tiết kiệm vữa. Thà cao hơn thấp: khi các hòn đá chồng lên nhau mà cao hơn vành vòm thì không nên chặt bỏ đi. - Sau khi xây xong vành vòm thì trước khi hạ giá vòm thì phải xây bộ phân bảo vệ chân vòm để chống lực ngang phát sinh khi hạ giá vòm, bộ phận bảo vệ chân vòm có thể được xây bằng đá cường cộ thấp và xây vữa mác thấp. Chiều cao bộ phận bảo vệ chân vòm không nhỏ hơn 2 lần chiều cao thân vòm. 4.7.6. Tháo giá vòm - Khi khối xây vành vòm gần đạt được đến cường độ thiết kế thì mới được phép tháo dỡ, tức là sau khi xây xong từ 15 -:- 20 ngày và tốt nhất từ 28 -:- 30 ngày. - Nên tháo giá vòm lúc nhiệt độ không khí cao, vì khi đó vòm dãn nở. - Khi tháo giá vòm phải làm đồng thời đối xứng hai bên, và dọc cống phải hạ từ từ tránh làm cho vòm chịu lực đột ngột. - Nếu dùng khuôn vòm đất thì phải đào từ hai đầu cống và từ trên đỉnh xuống thật đối xứng. Khi đã đào xuống quá nách (chân) vòm thì bắt đầu tháo dỡ lớp bảo vệ khuôn vòm rồi trát mạch vữa của mặt dưới vòm. Sau đó tiếp tục tháo dỡ cho đến hết. 4.7.7. Làm tầng phòng nước và khe nối 4.7.8. Đắp đất Hai bước này tương tự như đối với cống tròn. § 4.8 XÂY DỰNG CỐNG DỐC VÙNG NÚI DỐC - Thi công cống ở vùng núi gặp thường rất nhiều khó khăn do địa hình dốc và hiểm trở, nhiều khe sâu, sông suối, làm trở ngại cho việc vận chuyển thiết bị máy móc thi công. Trong điều kiện đó thì các thiết bị như cần cẩu bánh xích hoặc thiết bị tời cáp được sử dụng là thích hợp. - Cần cẩu bánh xích ổn định hơn và tin cậy hơn so với các loại cần cẩu khác trong điều kiện vùng núi dốc, được dùng lắp ráp cống tròn hay cống chữ nhật có chiều dài bất kỳ với độ dốc không lớn hơn 0,15-:-0,2, đối với cống chiều dài dưới 50m khi độ dốc lớn hơn 0,2. Trường hợp này trong bước chuẩn bị phải xây dựng các đường tạm phục vụ cho việc cần cẩu di chuyển để làm việc như đường dẫn đến mục tiêu, đường dọc theo cống, nơi cần cẩu đứng làm việc. Các công việc tiếp theo được tiến hành như thường lệ theo phương pháp phân đoạn. - Khi chiều dài cống lớn hơn 50m và độ dốc lớn hơn 0,2 việc sử dụng các cần cẩu tự hành là rất khó khăn. Trong trường hợp này việc xây dựng cống dùng thiết bị tời cáp là có hiệu quả nhất. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 52
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 - Thiết bị tời cáp gồm cột trụ kim loại, cáp chịu lực đường kính 40mm, cáp kéo đường kính 10mm, palăng điện sức nâng 3 tấn treo trên cáp chịu lực, tời điện sức nâng 5 tấn để kéo di chuyển bộ palăng điện, máy phát điện công suất 40kW. Cột kim loại được giữ ổn định bằng dây neo, một đầu cáp chịu lực được neo chắc chắn vào sườn núi. - Trình tự thi công cống theo phương pháp phân đoạn giống như phần trên, trong thời kỳ chuẩn bị phải lắp ráp và thử thiết bị tời cáp. § 4.9 TỔ CHỨC XÂY DỰNG CỐNG - Mục đích: nhằm hợp lý hoá quá trình xây dựng, đảm bảo chất lượng công trình, rút ngắn thời gian xây dựng và hạ giá thành xây dựng. - Trong xây dựng người ta chia ra làm hai loại cống là cống địa hình và cống cấu tạo. Cống địa hình thường được đặt ở những nơi khe suối, cống cấu tạo được đặt ở những nền đường nửa đào nửa đắp để thoát nước ngang, ở những chỗ khi sửa rãnh dọc không đảm bảo khả năng thoát nước được nữa. - Cống địa hình thường được xây dựng trước nền đường, cống cấu tạo được xây dựng sau khi đã thi công xong nền đường. - Thiết kế tổ chức xây dựng (tổng thể) nhằm xác định thời hạn xây dựng toàn bộ cống, phương pháp tổ chức xây dựng, yêu cầu vật tư, thiết bị máy móc nhân lực. - Hạng mục cống là một bộ phận của công trình đường nên khi lập thiết kế tổ chức xây dựng chỉ đạo phải phối hợp chặt chẽ với các công trình khác về thời gian và không gian. - Phương hướng xây dựng các công trình thoát nước nhỏ phải phù hợp với phương hướng chung của các công trình khác (nền, mặt đường, ), đảm bảo xây dựng nhịp nhàng, ăn khớp giữa các hạng mục công trình, dễ dàng cho việc điều động máy móc, thiết bị, nhân lực, điều kiện cung cấp vật tư, thiết bị. - Thời hạn xây dựng mỗi cống đặc biệt là ngày khởi công, ngày hoàn thành phải căn cứ vào khối lượng, ngày khởi công xây dựng nền mặt đường, mà tính toán xác định. - Tiến độ xây dựng các công trình thoát nước nhỏ không được cản trở tiến độ xây dựng các công trình khác như nền, mặt đường. - Tiến độ và thời hạn xây dựng phải được tính toán sao cho yêu cầu về nhân lực, máy móc, thiết bị không được biến động hoặc biết động nhỏ. - Căn cứ vào tiến độ xây dựng để tổ chức thực hiện công tác thi công. Nội dung là chính xác và chi tiết hoá các vấn đề thiết kế tổ chức xây dựng chỉ đạo cho từng cống. - Hồ sơ thiết kế tổ chức xây dựng gồm: Bản thuyết minh với nội dung là so sánh các phương pháp xây dựng, thuyết minh tỉ mỉ quá trình xây dựng, Bản thống kê khối lượng chi tiết. Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 53
ThiÕt kÕ vµ x©y dùng cèng Print 5/19/2021 Bản vẽ thi công. Tiến độ tổ chức xây dựng chi tiết hay kế hoạch tác nghiệp. Sơ đồ điều động máy móc, thiết bị, nhân lực Bản vẽ thi công gồm các bảng biểu, sơ đồ. Nội dung các bảng phân loại công việc, khối lượng, loại máy dùng năng suất, thời gian làm việc cần thiết Nội dung các sơ đồ, nêu cách bố trí máy móc, thiết bị, trình tự làm việc. - Ví dụ tiến độ xây dựng cống tròn 1,5m. § 4.10 XÂY DỰNG LẠI VÀ SỬA CHỮA CỐNG 4.10.1. Xây dựng lại cống - Việc xây dựng lại cống được tiến hành khi các cống đã bị hư hỏng nặng nề đến mức mà khó có thể sửa chữa, khôi phục lại được. Quá trình này thường được tiến hành theo phương pháp hở, nghĩa là đào đất nền đường thành đường hào, và mọi công việc xây dựng cống đều tiến hành trong đường hào đó. Bên cạnh đó phải có biện pháp đảm bảo an toàn giao thông trên đường. - Khi nền đường rộng thì có thể tiến hành xây dựng ở một phía bên của đường sau đó chuyển qua phía bên kia và tiếp tục công tác xây dựng và sửa chữa cống. - Khi nền đường hẹp thì tiến hành xây dựng lại trên toàn bộ chiều dài của cống trong đoạn đường hào, khi đó để đảm bảo việc lưu thông qua lại trên đường thì phải làm thêm đường tránh. - Chú ý khi đào đường hào thì đào đến đâu phải làm vách chống đỡ đến đó, kích thước của vách phải căn cứ vào tính toán mà quyết định. Trình tự xây dựng cống như thường lệ, khi đắp đất đến đâu phải dỡ dần vách chống đến đó. - Khi nền đường cao có thể xây dựng lại cống theo phương pháp kín, nghĩa là không đào đứt nền đường mà đào đường hầm hình thang hay hình chữ nhật. Mọi công việc xây dựng cống đều tiến hành trong đường hầm này. Phương pháp này có ưu điểm là không ảnh hưởng đến việc lưu thông qua lại nhưng biện pháp thi công khá phức tạp. - Phương pháp ép xuyên qua nền đường: đây là một phương pháp xây dựng lại cống cũng rất tiện lợi. Nguyên tắc của phương pháp này cũng giống như phương pháp hạ giếng chìm của mố trụ cầu, nhưng khác nhau ở chỗ giếng chìm hơi ép tự hạ xuống do trọng lượng bản thân còn đối với cống phải do ngoại lực tác dụng. Phương pháp này áp dụng khi đường kính cống mới lớn hơn đường kính cống cũ và không nhỏ hơn 1,5m để tiện cho việc công nhân đi lại đào đất, vận chuyển đất và cấu kiện cống cũ ra ngoài. Để giảm nhẹ lực ép người ta làm đốt cống dẫn hướng có dạng lưỡi dao và đào đất trước đốt cống dẫn hướng tới 0,2 -:- 0,5m rồi mới kích ép. 4.10.2. Sửa chữa cống Tæ §êng _ Khoa C«ng tr×nh Trang 54