Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cống và công trình lấy nước 1.Khái niệm chung và phân loại cống 1. Khái niệm Cống là loại công trình thủy công dùng để điều tiết l-u l-ợng và mực n-ớc theo yêu cầu dùng n-ớc. Cống đ-ợc xây dựng trong các hệ thống t-ới, tiêu, phân lũ, ngăn mặn ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 6

Ch−¬ng 6. Cèng vµ c«ng tr×nh lÊy n−íc ß1.Kh¸i niÖm chung vµ ph©n lo¹i cèng 1. Kh¸i niÖm Cèng lµ lo¹i c«ng tr×nh thñy c«ng dïng ®Ó ®iÒu tiÕt l−u l−îng vµ mùc n−íc theo yªu cÇu dïng n−íc. Cèng ®−îc x©y dùng trong c¸c hÖ thèng t−íi, tiªu, ph©n lò, ng¨n mÆn ... 2. Ph©n lo¹i cèng Ta cã thÓ ph©n lo¹i cèng theo hai c¸ch sau. a. Ph©n lo¹i theo c«ng dông 1. Cèng lÊy n−íc : ®−îc x©y dùng ë ®Çu kªnh dÉn hoÆc hå chøa ®Ó lÊy n−íc theo yªu cÇu dïng n−íc. 2. Cèng ph©n n−íc: ®−îc x©y dùng ë ®Çu kªnh nh¸nh ®Ó ph©n phèi n−íc trong hÖ thèng thñy n«ng 3. Cèng ®iÒu tiÕt : ®−îc x©y dùng ®Ó khèng chÕ mùc n−íc th−îng theo yªu cÇu dïng n−íc th−îng l−u. 4. Cèng th¸o n−íc: ®Ó th¸o c¹n hå chøa hoÆc th¸o n−íc tõ ®ång ra s«ng 5. Cèng ph©n lò : ®−îc x©y dùng ®Ó ph©n mét phÇn l−u l−îng lò vµo khu vùc tròng nµo ®ã nh»m h¹ thÊp ®Ünh lò, b¶o vÖ c¸c c«ng tr×nh quan träng 6. Cèng ng¨n mÆn : ®−îc x©y dùng ë gÇn cöa s«ng ®Ó ng¨n mÆn vµ chèng óng. 7. Cèng x¶ c¸t : ®−îc x©y dùng ®Ó th¸o c¸t l¾ng ®äng tr−íc c«ng tr×nh Trong thùc tÕ mét cèng cã thÓ gi÷ nhiÒu nhiÖm vô ®ång thêi nh− cèng lÊy n−íc cã thÓ lµm ®ång thêi nhiÖm vô ®iÒu tiÕt vµ x¶ c¸t. b. C¨n cø vµ cÊu t¹o vµ chÕ ®é thñy lùc 1. Cèng hë (cèng lé thiªn): trªn cèng kh«ng ®¾p ®Êt, dßng ch¶y qua cèng lµ dßng tù do kh«ng ¸p. (thuéc lo¹i nµy cã : cèng lÊy n−íc ven s«ng, cèng ®iÒu tiÕt, cèng ph©n lò, cèng ng¨n mÆn..) 2. Cèng kÝn (cèng ngÇm): th©n cèng lµ mét èng ngÇm ®Æt s©u d−íi th©n ®Ëp, th©n ®ª, phÝa trªn cã lÊp ®Êt. ChÕ ®é ch¶y qua c«ng kÝn cã thÓ lµ cã ¸p, b¸n ¸p hoÆc kh«ng ¸p.(thuéc lo¹i nµy th−êng lµ cèng ®Æt d−íi th©n ®Ëp ®Êt, th©n ®ª...). TÝnh to¸n C¸c lo¹i cèng hë ß2. §Æc ®iÓm lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña cèng hë I.§Æc ®iÓm lµm viÖc - Cèng hë chÞu t¸c dông cña cét n−íc thÊp nh−ng th−êng xuyªn thay ®æi nªn chÕ ®é thñy lùc kh¸ phøc t¹p - VÒ mÆt thñy lùc: Ph¶i b¶o ®¶m cho dßng ch¶y vµo cèng ®−îc thuËn, kh«ng sinh xo¸y n−íc, kh«ng g©y l¾ng ®äng bïn c¸t phÝa th−îng l−u, kh«ng sinh dßng xiªn vµ n−íc nh¶y sãng ë h¹ l−u ®Ó tr¸nh xãi lë côc bé. - VÒ mÆt thÊm : mÆc dï chªnh lÖch cét n−íc bÐ nh−ng cèng hë th−êng x©y dùng trªn nÒn xÊu v× vËy thÊm d−íi ®¸y vµ vßng quanh cèng cã thÓ g©y ph¸ háng c«ng tr×nh 95
- VÒ mÆt nÒn mãng : cèng hë th−êng x©y dùng ë ®ång b»ng trªn nÒn ®Êt, ®Êt båi, hoÆc c¸t ch¶y v× vËy cÇn cã biÖn ph¸p xö lý nÒn mãng thÝch hîp. H×nh 6.1 : Cèng ®iÒu tiÕt ®Çu kªnh chÝnh- ayunh¹ - Gia Lai II.CÊu t¹o C¸c bé phËn cña cèng hë (h×nh 6.2) Bäü pháûn dáùn næåïc vaìo Bäü pháûn thoaït næåïc ra Thán cäúng H×nh 6.2: CÊu t¹o cèng hë 1. Bé phËn dÉn n−íc vµo : - Yªu cÇu : §¶m b¶o n−íc vµo thuËn dßng, tæn thÊt cét n−íc lµ Ýt nhÊt, kh«ng g©y xãi lì. - Bé phËn nµy gåm cã : 96
+ T−êng c¸nh: cã t¸c dông h−íng dßng ch¶y vµo ®−îc thuËn, chèng xãi vµ chèng 11 thÊm vßng quanh bê. Gãc më t−êng c¸nh th−êng chän sao cho tgφ =3 ÷4 .Tïy theo ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, quy m« cèng vµ t×nh h×nh cô thÓ mµ chän h×nh thøc t−êng cho thÝch hîp. H×nh 6.3 giíi thiÖu mét vµi h×nh thøc nèi tiÕp víi bê. H×nh 6.3: Mét sè h×nh thøc t−êng c¸nh nèi tiÕp víi bê + S©n phñ : Cã t¸c dông chèng xãi, th−êng lµm b»ng ®¸ x©y khan, dµy kho¶ng (0,3÷0,5) m, bªn d−íi cã líp ®Öm c¸t dµy (10÷15)cm. ChiÒu dµi s©n kho¶ng 3÷5 lÇn chiÒu s©u cét n−íc tr−íc cèng, hoÆc kÐo dµi b»ng ®o¹n më réng t−êng c¸nh. NÕu cã s©n chèng thÊm th× Ýt nhÊt ph¶i b»ng s©n chèng thÊm. + S©n chèng thÊm : Cã t¸c dông kÐo dµi ®−êng viÒn thÊm ng¨n ngõa t¸c h¹i do dßng thÊm g©y ra. ChiÒu dµi s©n chèng thÊm kho¶ng (1÷3)H, vËt liÖu lµm s©n chèng thÊm th−êng sÐt, sÐt pha, bªt«ng sÐt, than bïn... ChiÒu dµy ®Çu s©n th−êng chän (0,5÷1)m, cßn ë cuèi s©n ®Ó ®¶m b¶o dßng thÊm kh«ng g©y h− háng cã thÓ lÊy: ∆H t ≥ [J] t : chiÒu dµy s©n t¹i vÞ trÝ tÝnh to¸n ∆H : chªnh lÖch cét n−íc thÊm ë mÆt trªn vµ d−íi s©n t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n. [J]: gradian thÊm cho phÐp cña vËt liÖu lµm s©n, th−êng [J]= 6÷10 Chç nèi tiÕp gi÷a s©n víi b¶n ®¸y cèng ph¶i ®¸p øng ®−îc sù biÕn d¹ng kh¸c nhau vµ kÝn n−íc, nÕu s©n chèng thÊm lµm b»ng bªt«ng hoÆc bªt«ng cèt thÐp cÇn bè trÝ nÐo ®Ó liªn kÕt s©n víi b¶n ®¸y, phèi hîp ph¸t huy kh¶ n¨ng chèng tr−ît, t¨ng æn ®Þnh. + Hµng cõ chèng thÊm : Cã thÓ lµm b»ng gç, bªt«ng cèt thÐp, nhùa hay thÐp ®Þnh h×nh. Chän lo¹i nµo tïy thuéc vµo quy m« vµ t×nh h×nh cô thÓ t¹i n¬i x©y dùng. L−u ý: Ngoµi t¸c dông gi¶m gradian thÊm, l−u l−îng thÊm, s©n chèng thÊm vµ hµng cõ chèng thÊm cßn cã t¸c dông gi¶m ¸p lùc thÊm lªn b¶n ®¸y trong tr−êng hîp lµm viÖc mét chiÒu. ë nh÷ng cèng lµm viÖc hai chiÒu ( cèng tiªu vµ chÞu ¶nh h−ëng thñy triÒu ) c¸c thiÕt bÞ nªu trªn cã t¸c dông ng−îc l¹i. V× vËy c¸c cèng lµm viÖc hai chiÒu ®−îc sö dông thiÕt bÞ chèng thÊm ph¶i ®−îc luËn chøng ®Çy ®ñ. 2.Th©n chèng Lµ bé phËn chñ yÕu cña cèng bao gåm: b¶n ®¸y, c¸c mè gi÷a vµ mè bªn, cÇu giao th«ng, cÇu c«ng t¸c, cöa van. + Mè gi÷a : ph©n cèng ra lµm nhiÒu khoang lµm gi¶m bít chiÒu réng cöa van. Mè gi÷a cßn cã t¸c dông ®ì cÇu giao th«ng. D¹ng ®Çu mè th−êng gÆp lµ d¹ng tam gi¸c, trßn, l−u tuyÕn. ChiÒu dµy mè tïy thuéc vµo chiÒu cao mè, chiÒu réng khoang, lo¹i cöa van, th−êng tõ (0,8÷2) m. NÕu cèng qu¸ réng gåm nhiÒu khoang th× cÇn bè trÝ khe lón ( c¸c khe lón c¸ch nhau tõ 15 ®Õn 20m), khe lón ch¹y däc trªn toµn bé mè vµ ë ®ã ta cã mè kÐp. Trong khe lón cÇn cã thiÕt bÞ chèng thÊm. 97
+ Mè bªn : Ngoµi t¸c dông nh− mè gi÷a, mè bªn cßn cã t¸c dông liªn kÕt th©n cèng víi bê. Mè bªn lµ lo¹i t−êng träng lùc, t−êng ch¾n kiÓu cã s−ên chèng, còng cã khi dïng t−êng hép ræng nÕu ®Þa chÊt nÒn xÊu. + CÇu giao th«ng : phôc vô cho yªu cÇu giao th«ng + CÇu c«ng t¸c : phôc vô yªu cÇu vËn hµnh van + T−êng ngùc : ë nhiÒu cèng bè trÝ t−êng ngùc, lµ t−êng ch¾n n−íc thay thÕ cho mét phÇn chiÒu cao cöa van vµ cÇu c«ng t¸c. Ngoµi ra t−êng ngùc cßn t¨ng æn ®Þnh h−íng ngang cña c¸c mè trô cèng . + Cöa van : dïng phæ biÕn ë n−íc ta lµ van ph¼ng vµ van cung. + B¶n ®¸y (ng−ìng ®¸y) : lµ bé phËn chÝnh cña th©n cèng, chÞu vµ truyÒn c¸c lùc cña th©n cèng ph©n bè xuèng nÒn t¹o ra ma s¸t, b¶o ®¶m æn ®Þnh. §¸y vµ mè cã thÓ liÒn hay t¸ch rêi. PhÇn lín ng−ìng cã h×nh thøc ®Ønh réng vµ còng cã thÓ lµ ng−ìng thùc dông. ChiÒu dµi ng−ìng ®¸y c¨n cø vµo yªu cÇu bè trÝ c¸c bé phËn trong th©n, chiÒu dµy ®¸y ng−ìng (0,6 ÷0,8)m ®èi víi cèng nhá vµ (0,9÷1,2)m ®èi víi cèng t−¬ng ®èi lín. Ngoµi c¸c bé phËn trªn, ë c¸c cèng cßn bè trÝ c¸c khe phai ®Ó ch¾n n−íc ®Ó söa ch÷a cöa van hoÆc mét bé phËn cña cèng. ë h¹ l−u th©n cèng cã thÓ bè trÝ mét hoÆc hai hµng phai ®Ó hoµnh triÖt khi cÇn. 3.Bé phËn tho¸t n−íc ra - T−êng h−íng n−íc ra ë bªn bê, cã h×nh thøc gièng nh− ë th−îng l−u, song gãc më φ 11 nhá h¬n th−êng tgφ=4 ÷6 hoÆc tÝnh theo c«ng thøc sau: + Khi h¹ l−u kh«ng cã thiÕt bÞ tiªu n¨ng: 1 h tgφ1= ∆H 2 h : chiÒu s©u dßng ch¶y ∆H : chªnh lÖch mùc n−íc th−îng, h¹ l−u. + Khi h¹ l−u cã thiÕt bÞ tiªu n¨ng : 1 ∆H/h tgφ1=1- ( ) 2 p/h h: chiÒu s©u n−íc kÓ tõ ®¸y bÓ tiªu n¨ng p: chiÒu cao thiÕt bÞ tiªu n¨ng - H×nh thøc tiªu n¨ng chÝnh ë c¸c cèng th−êng gÆp lµ bÓ, t−êng, bÓ t−êng kÕt hîp, c¸c mè tiªu n¨ng phô, mè ph©n dßng. NÕu lµ bÓ tiªu n¨ng th× ®o¹n ®Çu vµo bÓ tèt nhÊt lµ d¹ng Parabol hoÆc nÕu lµ ®o¹n 11 dèc xiªn th× nªn xo¶i tõ 3 ÷5 ®Ó kh«ng g©y sãng lín trªn mÆt ®o¹n nµy, bÊt lîi cho sù tiªu n¨ng vµ ph©n bè dßng ch¶y. Khi cÊu t¹o s©n tiªu n¨ng cÇn chó ý c¸c ®iÓm sau: + S©n ®ñ dµy th−êng (0,5÷1,5)m, cã lç tho¸t n−íc vµ läc ng−îc nh»m gi¶m ¸p lùc thÊm b¶n ®¸y, ®ång thêi chèng biÕn d¹ng thÊm. ChiÒu dµy cã thÓ chän theo ®Ò nghÞ cña §«mbur«pxki: t = 0,5.v1 h1 98
v1 vµ h1 lµ l−u tèc vµ chiÒu s©u chç ®Çu ®o¹n n−íc nh¶y. - S©n sau thø hai : ®Ó tiÕp tôc tiªu hao n¨ng l−îng cßn l¹i. S©n nµy th−êng lµm b»ng ®¸ xÕp khan hoÆc tÊm bªt«ng ®ôc lç thãat n−íc còng cã thÓ lµm b»ng rä ®¸ xÕp. D−íi ®¸y cã líp ®Öm, ®ång thêi cã t¸c dông nh− líp läc ng−îc. KÝch th−íc hßn ®¸ xÕp ®ñ lín ®Ó kh«ng bÞ dßng ch¶y xãi ®i, cã thÓ chän theo c«ng thøc : v=4,2d d :lµ ®−êng kÝnh hßn ®¸(m) v : l−u tèc t¹i s©n sau thø hai(m/s). ChiÒu dµi s©n L2 cã thÓ chän theo c«ng thøc kinh nghiÖm : L2 = k. q ∆H q : l−u l−îng ®¬n vÞ t¹i cuèi s©n thø nhÊt. ∆H : chªnh lÖch cét n−íc th−îng, h¹ l−u. : hÖ sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt lßng kªnh. §Êt c¸t, c¸t pha k = 10÷20, ®Êt k c¸t th« vµ cã tÝnh dÝnh k=8÷9, sÐt cøng k=6÷7. Ph¹m vi sö dông c«ng thøc khi q ∆H =1÷9. - Hè chèng xãi : mét sè cèng t−¬ng ®èi lín, chÕ ®é ch¶y phøc t¹p sau s©n tiªu n¨ng thø hai nªn nhiÒu khi cßn ph¶i lµm thªm hè chèng xãi ®Ó tiªu hÕt n¨ng l−îng vµ ph©n bè l¹i dßng ch¶y. ChiÒu s©u hè chèng xãi cã thÓ tham kh¶o theo c«ng thøc sau: t = k q Z0 - h t: chiÒu s©u hè xãi 0.67α0.75 k: hÖ sè k = v2 gh q: l−u l−îng ®¬n vÞ cuèi s©n thø hai. Z0: cét n−íc chªnh lÖch ë cuèi s©n thø hai. α=1.0÷1.10 : hÖ sè vËn tèc ph©n bè ®Òu. v : vËn tèc ë cuèi s©n thø hai. h : chiÒu s©u cét n−íc ë cuèi s©n thø hai. Th−êng chiÒu s©u hè xãi (1÷2)m còng cã khi lín h¬n. ß3. TÝnh to¸n Thñy lùc cèng hë I.TÝnh to¸n kh¶ n¨ng th¸o cña cèng hë Kh¶ n¨ng th¸o cña cèng phô thuécchiÒu réng B, d¹ng ng−ìng, cao tr×nh ng−ìng vµ mùc n−íc th−îng h¹ l−u. Ng−ìng cèng th−êng cã d¹ng ®Ëp trµn ®Ønh réng vµ dßng ch¶y qua cèng cã thÓ cã mÊy d¹ng sau : 1. Ch¶y tù do qua cèng khi cöa van më hoµn toµn a. Ch¶y kh«ng ngËp h §iÒu kiÖn ch¶y kh«ng ngËp : khi cöa van më hoµn toµn vµ Hh
H×nh 6.4 : S¬ ®å tÝnh ch¶y tù do kh«ng ngËp b. Ch¶y ngËp H×nh 6.4 : S¬ ®å tÝnh ch¶y tù do ngËp h §iÒu kiÖn ch¶y ngËp : khi cöa van më hoµn toµn vµ Hh ≥ 0.8 0 Kh¶ n¨ng th¸o qua cèng : Q = ϕ0.ε.B.h1 2g(H0 - h1) h1 : ®é s©u n−íc trªn ®Ønh trµn h1 = hh – Zhp Zhp : ®é cao cét n−íc håi phôc ë h¹ l−u Zhp = ξhp.hk , ξhp : hÖ sè phôc håi phô thuéc hh vµ ®é khuÕch t¸n cña dßng ch¶y. ϕo : hÖ sè l−u tèc phô thuéc vµo m. (Thùc tÕ ®· cã mét sè cèng bÞ ph¸ vë v× kh«ng tÝnh ®Õn Zhp lóc ®ã Qthùc > Qtk) 2. Ch¶y d−íi cöa van: khi cöa van më mét phÇn Tïy theo quan hÖ gi−· gi¸ trÞ hc vµ hh sÏ cã hai tr¹ng th¸i ch¶y ngËp vµ kh«ng ngËp a. Ch¶y kh«ng ngËp d−íi cöa van (h×nh 6.4a) §iÒu kiÖn ch¶y kh«ng ngËp : hc’’ >hh a) b) αv2 αv2 2g 2g H H C hz hh hh hc a a C H×nh 6.4 : a. ch¶y kh«ng ngËp; b. ch¶y ngËp Kh¶ n¨ng th¸o qua cèng : Q = ϕ.ε.B.hc. 2g(H0 - hc) ε - hÖ sè co hÑp ngang hc = α.a : ®é s©u co hÑp sau cèng α : hÖ sè co hÑp ®øng tra b¶ng theo a/H a : ®é më cöa van 100
H0 : cét n−íc tr−íc cöa van cã kÓ l−u tèc ®Õn gÇn b. Ch¶y ngËp d−íi cöa van (h×nh 6.4b) §iÒu kiÖn ch¶y ngËp : hc’’ hc’’ vµ hc n−íc nh¶y tiÕn s¸t vÒ phÝa cöa van t¹o sù nh¶y ngËp : Q = ϕ.ε.B.hc 2g(H0 - hZ) Víi hz lµ ®é s©u n−íc ngay sau cöa cèng : M M hh2 - M(H0 - 4 ) + 2 hZ = hh - h víi : M = 4.µ2.a2 h .h c hc µ : lµ hÖ sè l−u l−îng ®· kÓ ®Õn co hÑp : µ = ε.α.ϕ * NÕu hh>hc’’ vµ hc>hk -> ch¶y sau cöa van lµ ch¶y ªm (gäi lµ ch¶y ngËp lÆng) : Q = ϕ.ε.B.hc 2g(H0 - hh) II. TÝnh to¸n tiªu n¨ng sau cèng hë 1. §Æc ®iÓm tiªu n¨ng sau cèng hë vµ biÖn ph¸p tiªu n¨ng - §Æc ®iÓm + C¸c lo¹i cèng hë th−êng ®−îc x©y trªn nÒn mÒm, cét n−íc kh«ng lín do ®ã h×nh thøc tiªu n¨ng th−êng dïng lµ tiªu n¨ng ®¸y (Ýt dïng tiªu n¨ng phun xa vµ tiªu n¨ng b»ng dßng mÆt) + Mùc n−íc th−îng h¹ l−u vµ l−u l−îng qua cèng th−êng xuyªn thay ®æi v× vËy cÇn tÝnh to¸n kiÓm tra cho c¸c tr−êng hîp bÊt lîi nhÊt. + Khi cèng më kh«ng ®èi xøng dÔ sinh dßng xiªn g©y xãi lì bê h¹ l−u + Khi ∆h kh«ng lín, cã thÓ tån t¹i n−íc nh¶y sãng, g©y xãi lë phÇn s©n phñ ë h¹ l−u. - BiÖn ph¸p tiªu n¨ng Víi ®Æc ®iÓm ®ã ng−êi ta th−êng dïng biÖn ph¸p ®µo bÓ tiªu n¨ng, x©y t−êng tiªu n¨ng, hoÆc bÓ t−êng kÕt hîp, c¸c thiÕt bÞ tiªu n¨ng phô ®Ó t¹o n−íc nh¶y ngËp ngay sau cèng. 2. BiÖn ph¸p chèng n−íc nh¶y sãng hc’’ Khi ∆h nhá, tû sè h
- Nguyªn nh©n : Khi t−êng c¸nh h¹ l−u më qu¸ lín lµm cho dßng ch¶y khã khuÕch t¸n vµ nã t¸ch khái t−êng c¸nh, t¹o nªn n−íc xo¸y hai bªn. Nguyªn nh©n kh¸c cã thÓ lµ do kÕt cÊu h¹ l−u kh«ng ®èi xøng hoÆc c¸c cöa van më kh«ng ®Òu lµm cho dßng ch¶y lÖch vµ ngo»n ngoÌo, lóc x« bê nµy lóc va bê kia g©y xãi lì lßng vµ bê kªnh. - BiÖn ph¸p kh¾c phôc : + ThiÕt kÕ t−êng c¸ch h¹ l−u hîp lý (nh− ë phÇn cÊu t¹o) + ThiÕt kÕ kÕt cÊu h¹ l−u ®èi xøng + Thao t¸c ®ãng më cöa van hîp lý 4. BiÖn ph¸p chèng xãi lë s©n sau: Dßng ch¶y sau s©n tiªu n¨ng lµ dßng ªm nh−ng l−u tèc ph©n bè ch−a ®Òu, m¹ch ®éng lín cã thÓ g©y xãi lë ®¸y vµ bê. BiÖn ph¸p chèng : bè trÝ hè xãi sau s©n phñ hoÆc sau s©n tiªu n¨ng ®Ó më réng mÆt c¾t, æn ®Þnh dßng ch¶y tr−íc khi vµo kªnh (nh− phÇn cÊu t¹o) ß4. TÝnh to¸n KÕt cÊu cèng hë I.TÝnh to¸n b¶n ®¸y cèng 1. TÝnh theo ph−¬ng ph¸p dÇm ®¶o ng−îc - Tr−íc hÕt xÐt cho toµn bé th©n cèng, ph¶n lùc nÒn theo ph−¬ng dßng ch¶y cã d¹ng ®−êng th¼ng (h×nh 6.5a), ®−îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc nÐn lÖch t©m : ∑ P ∑ M0 σmax, min = F ± W (*) ΣP : tæng c¸c lùc th¼ng ®øng ΣM0 : tæng m«men cña c¸c lùc lÊy ®èi víi t©m O F : diÖn tÝch mÆt c¾t tÝnh to¸n W : m«men chèng uèn cña mÆt tÝnh to¸n b) a) q σmin σmax q H×nh 6.5 : S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu b¶n ®¸y cèng theo ph−¬ng ph¸p dÇm ®¶o ng−îc - Sau ®ã xÐt mét d¶i ngang th©n cèng (vu«ng gãc víi dßng ch¶y) cã chiÒu dµi ®¬n vÞ (1m), xem lµ mét dÇm ®¬n hay liªn tôc cã c¸c gèi lµ c¸c mè trô. Xem ph¶n lùc nÒn t¹i vÞ trÝ tÝnh to¸n vµ ph©n bè ®Òu lªn dÇm (h×nh 5.5b) lµ mét t¶i träng. Tõ ®ã dïng c¬ kÕt cÊu ®Ó t×m ra biÓu ®å néi lùc trong dÇm. - Ph−¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n, song kÐm chÝnh x¸c v× ch−a ph¶n ¸nh ®óng thùc tÕ nh− : ch−a xÐt ®Õn tÝnh chÊt vµ biÕn d¹ng cña nÒn vµ b¶n ®¸y, ®èi víi ph¶n lùc nÒn xem lµ 102
ph©n bè ®Òu theo h−íng ngang còng kh«ng phï hîp, ch−a xÐt ®Õn tÝnh liÒn khèi cña cèng. V× vËy ph−¬ng ph¸p nµy chØ dïng khi thiÕt kÕ cèng nhá, b¶n ®¸y t−¬ng ®èi dµy, ®èi víi cèng lín chØ dïng ®Ó tÝnh to¸n s¬ bé ban ®Çu. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña th©n cèng. 2. TÝnh theo ph−¬ng ph¸p dÇm trªn nÒn ®µn håi - D−íi t¸c dông cña t¶i träng c«ng tr×nh q(x) vµ ph¶n lùc nÒn p(x) dÇm bÞ uèn vµ trôc vâng cña nã x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh vi ph©n : d4ω(x) x EJ dx4 = [q(x) - p(x)].b (1) ω(x) q(x) b : chiÒu réng dÇm. ω(x) : chuyÓn vÞ ®øng (®é vâng) cña dÇm. EJ : ®é cøng chèng uèn. p(x) - §iÒu kiÖn tiÕp xóc gi÷a b¶n ®¸y vµ nÒn sau H×nh 6.6 : §é vâng cña dÇm do khi lón lµ : t¶i träng ngoµi vµ ph¶n lùc nÒn ω(x) = S(x) S(x) : ®é lón cña nÒn - Nh− vËy ta cã hai ®¹i l−îng ch−a biÕt lµ ω(x) hay S(x) vµ p(x) mµ chØ míi cã mét ph−¬ng tr×nh (1), ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n ta lËp thªm mét ph−¬ng tr×nh quan hÖ gi÷a ®é lón cña mÆt nÒn víi ¸p lùc ®¸y mãng. S(x) = f1[p(x)] Hay p(x) = f2[S(x)] (2) - Gi¶i hÖ hai ph−¬ng tr×nh (1) vµ (2) ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ph¶n lùc nÒn p(x), sau ®ã sÏ x¸c ®Þnh ®−îc néi lùc trong cho b¶n ®¸y. - C¸c quan hÖ trªn thÓ hiÖn c¬ chÕ lµm viÖc (biÕn d¹ng) cña nÒn d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc. §Ó gi¶i quyÕt quan hÖ trªn, ta cã thÓ ®i theo hai nhãm ph−¬ng ph¸p sau : a. Ph−¬ng ph¸p xem nÒn biÕn d¹ng ®µn håi côc bé (ph−¬ng ph¸p hÖ sè nÒn) C¬ së cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ dùa vµo gi¶ thiÕt c¬ b¶n cña Winkler : p(x) = k(x).s(x) k(x) : hÖ sè nÒn t¹i vÞ trÝ x. §Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ chØ xÐt biÕn d¹ng ®µn håi t¹i n¬i cã t¶i träng ngoµi t¸c dông (ngay d−íi ph¹m vi ®Æt t¶i) vµ kh«ng xÐt ®Õn biÕn d¹ng cña ®Êt t¹i vïng l©n cËn, còng nh− bá qua tÝnh ma s¸t vµ tÝnh dÝnh cña ®Êt nÒn. M« h×nh nÒn cña Winkler ®−îc biÓu diÔn b»ng hÖ thèng lß xo th¼ng ®øng, lµm viÖc ®éc lËp víi nhau vµ biÕn d¹ng cña lß xo tû lÖ bËc nhÊt víi lùc t¸c dông lªn lß xo. Ph−¬ng ph¸p hÖ sè nÒn nhiÒu khi kh«ng phï hîp víi thùc tÕ. Tuy nhiªn cã thÓ ¸p dông cho tr−êng hîp nÒn ®Êt bïn hoÆc nÒn ®Êt yÕu. §Ó tiÖn dïng trong thiÕt kÕ, cã thÓ c¸c b¶ng tra lËp s½n cña Klªpikop ®Ó tÝnh to¸n néi lùc. b.Ph−¬ng ph¸p xem nÒn biÕn d¹ng ®µn håi toµn bé Ph−¬ng ph¸p nµy dùa vµo gi¶ thiÕt xem nÒn lµ mét nöa kh«ng gian ®µn håi ®ång nhÊt vµ ®¼ng h−íng, cã xÐt tíi biÕn d¹ng ®µn håi cña vïng l©n cËn diÖn chÞu t¶i (h×nh 6.7) còng nh− kÓ ®Õn lùc dÝnh vµ lùc ma s¸t ®èi víi biÕn d¹ng cña ®Êt nÒn. Ph−¬ng ph¸p nµy chØ nªn ¸p dông trong c¸c tr−êng hîp : + §Êt nÒn cã tÝnh nÐn Ýt vµ trung b×nh. 103
+ Líp ®Êt cã chiÒu dµy nÐn lín. + TÝnh cho c¸c lo¹i mãng b¶n. Khi xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña t¶i träng bªn cÇn chó ý c¸c ®iÓm sau : + NÕu t¶i träng bªn lµm t¨ng thªm m«men uèn ë b¶n ®¸y (tr−êng hîp bÊt lîi) th× xÐt ¶nh h−ëng ®ã hoµn toµn. + NÕu t¶i träng bªn lµm gi¶m m«men uèn ë b¶n ®¸y (tr−êng hîp cã lîi) víi ®Êt ®¾p hai bªn lµ ®Êt sÐt th× kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h−ëng nµy, víi ®Êt ®¾p hai bªn lµ ®Êt c¸t th× xÐt ®Õn 30÷50% ¶nh h−ëng t¶i träng bªn. + ChiÒu dµi lín nhÊt cña ph¹m vi ®Êt ®¾p nÕu nhá h¬n 2l (chiÒu dµi dÇm) th× lÊy chiÒu dµi thùc cña ph¹m vi ®Êt ®¾p xÐt ¶nh h−ëng, cßn nÕu lín h¬n 2l th× ph¹m vi ¶nh h−ëng t¶i träng bªn chØ lÊy2l. H×nh 6.7 : S¬ ®å ph©n tÝch lùc t¸c dông lªn b¶n ®¸y S : T¶i träng bªn; q’ : T¶i träng cña m¸y thi c«ng II. TÝnh to¸n mè trô van 1.IÝnh to¸n mè trô van ph¼ng a.Khi cöa van hai bªn trô ®Òu më nh− nhau hoÆc khi míi x©y dùng xong ch−a cã n−íc - C¸c lùc truyÒn xuèng gåm cã : cÇu giao th«ng (P1),cÇu c«ng t¸c vµ c¸c thiÕt bÞ ®Æt trªn cÇu (P2), t−êng ngùc (P3), b¶n th©n mè (P4)...C¸c lùc nµy ®−îc xem lµ lùc tËp trung (h×nh 6.8). Do ®ã mè chÞu nÐn lÖch t©m vµ øng suÊt ®¸y mè (ngang víi b¶n ®¸y ) xem nh− ph©n bè theo ®−êng th¼ng vµ c¸c gi¸ trÞ cùc trÞ ë hai ®Çu mè lµ : ∑ P ∑ M0 σmac,min = F ± W ΣP : tæng c¸c lùc th¼ng ®øng truyÒn xuèng mè. ΣM0 : tæng m« men do c¸c lùc trªn ®èi víi t©m mÆt c¾t ngang mè. F, W: tiÕt diÖn vµ m« men chèng uèn cña ®¸y mè. P2 P P1 P3 P4 H×nh 6.8 σmin σ® σc σmax 104
Dùa vµo biÓu ®å øng suÊt ®¸y trô, xÐt cho tõng mÐt chiÒu dµi mè, xem nh− cét chÞu nÐn däc d−íi t¸c dông cña t¶i träng ®øng P σ +σ P = ® 2 c .δ.1 σ®, σc : øng suÊt ®¸y trô ë ®Çu vµ cuèi mÐt tÝnh to¸n δ : chiÒu dµy trô BiÕt lùc t¸c dông P, tiÕn hµnh tÝnh to¸n cèt thÐp vµ kiÓm tra uèn däc trô. b. Khi cöa cèng ®ãng vµ cã sù chªnh lÖch mùc n−íc tr−íc vµ sau van XÐt ®iÒu kiÖn lµm viªc cho mét mè (h×nh 6.9) vÉn dïng c«ng thøc (*)nh−ng khi tÝnh m«men cßn kÓ ®Õn t¸c dông do ¸p lùc ngang Q cña n−íc g©y ra. Ngoµi ra t¹i khe van cÇn kiÓm tra vµ ®Æt thÐp chÞu lùc, theo c«ng thøc : kQ Fa = [σ] Fa : tiÕt diÖn thÐp cÇn ®Æt t¹i khe [σ] :øng suÊt cho phÐp cña thÐp : hÖ sè an toµn th−êng lÊy (1,7÷,8) l/2 d l/2 k Q : lùc ngang cña n−íc (h 2-h 2) Q = 1 2 2 .l H×nh 6.9 h1, h2 : chiÒu cao n−íc th−îng h¹ l−u t¸c dông lªn cöa van. l : chiÒu réng cöa van c. Khi trong khoang cèng kh«ng cã n−íc (tr−êng hîp söa ch÷a, h×nh 6.10) Y H×nh 6.10 X Trô lµm viÖc nh− mét kÕt cÊu chÞu nÐn vµ uèn hai chiÒu, øng suÊt t¹i c¸c ®Çu gãc cña tiÕt diÖn trô tÝnh theo c«ng thøc : ∑ P ∑ Mx ∑ My σmax,min= F ± W ± W x y ΣMx , ΣMy : tæng m«men ®èi víi c¸c trôc x, trôc y. Wx, Wy : m« men chèng uèn cña tiÕt diÖn ®èi víi c¸c trôc trªn. Sau ®ã còng xÐt tõng mÐt cña mè, xem nh− cét chÞu nÐn lÖch t©m theo h−íng ngang ®Ó tÝnh néi lùc vµ bè trÝ cèt thÐp. 2. TÝnh mè trô van cung Víi cèt thÐp ®øng tÝnh to¸n nh− mè trô van ph¼ng. ThÐp ngang däc theo mè lµ thÐp ph©n bè. CÇn xÐt ¶nh h−ëng cña lùc tËp trung do van truyÒn tíi trô qua bÖ tú. §èi víi bé phËn bÖ tú cµng van xem nh− mét dÇm c«ng son chÞu uèn do t¸c dông cña lùc tËp trung do cµng van truyÒn tíi. 105
III.TÝnh to¸n t−êng ngùc - Yªu cÇu : cao tr×nh ®Ønh t−êng ng−c cao h¬n mùc n−íc cao nhÊt ë th−îng l−u, cßn cao tr×nh ®¸y t−êng ngùc cao h¬n mùc n−íc mïa kiÖt khi më h¼n cöa van kho¶ng 0,3÷0,5m. T−êng ng−c bao gåm b¶n che, dÇm trªn vµ dÇm d−íi (h×nh 6.11). DÇm trªn A D D B¶n A B l a c h l B DÇm d−íi H×nh 6.11 : T−êng ngùc vµ s¬ ®å ¸p lùc n−íc t¸c dông lªn nã - T−êng ngùc nèi tiÕp víi mè cèng cã thÓ theo h×nh thøc ngµm chÆt, còng cã thÓ theo kiÓu t¸ch rêi. Lo¹i ngµm chÆt cã thÓ ®æ máng h¬n, song dÔ bÞ nøt chç nèi tiÕp. - Lùc t¸c dông : träng l−îng b¶n th©n, ¸p lùc ngang cña n−íc, ¸p lùc sãng. 1. TÝnh to¸n b¶n mÆt - B¶n mÆt ch¾n cã thÓ nèi cøng hoÆc nèi khíp víi dÇm, chiÒu dµy (0,15÷0,50)m . b - NÕu kÝch th−íc gi÷a hai c¹nh cña b¶n l ≤ 2 (b : chiÒu réng khoang, l:chiÒu cao b¶n) th× x¸c ®Þnh néi lùc trong b¶n theo nguyªn t¾c b¶n chÞu lùc. b - NÕu l >2 tÝnh theo nguyªn t¾c dÇm chÞu lùc, tøc xÐt tõng mÐt theo chiÒu cao b¶n vµ xÐt dÇm víi nhÞp tÝnh to¸n l0 = 1,05l. 2. TÝnh to¸n dÇm trªn vµ dÇm d−íi TÝnh to¸n theo dÇm chÞu lùc theo hai h−íng. H−íng th¼ng ®øng do träng l−îng b¶n th©n g©y ra, h−íng ngang do ¸p lùc n−íc vµ sãng t¸c dông lªn b¶n truyÒn lªn nã. DÇm d−íi cßn cã thªm ¸p lùc n−íc vµ sãng trùc tiÕp truyÒn lªn nã, ngoµi ra tïy theo ph−¬ng ph¸p thi c«ng mµ dÇm d−íi cßn chÞu c¶ träng l−îng b¶n th©n dÇm trªn, b¶n mÆt. ß5. tÝnh to¸n æn ®Þnh cèng TÝnh to¸n thñy lùc gióp chóng ta x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña cèng. Sau khi chän cÊu t¹o, x¸c ®Þnh kÝch th−íc c¸c bé phËn chÝnh, chóng ta thùc hiÖn tÝnh to¸n æn ®Þnh cèng. Néi dung gåm : - KiÓm tra æn ®Þnh thÊm (ë ch−¬ng 3) - KiÓm tra vÒ biÕn d¹ng, lón, nghiªng…(ë m«n c¬ häc ®Êt nÒn mãng) - KiÓm tra æn ®Þnh tr−ît cña cèng hoÆc cña cèng víi mét phÇn nÒn (ë ch−¬ng 8) 106
ß6. §Æc ®iÓm lµm viÖc vµ cÊu t¹o I.§Æc ®iÓm lµm viÖc cña cèng ngÇm B×nh – tØnh B×nh §Þnh H×nh 6.12 : Cèng ngÇm hå chøa n−íc Mü - Cèng ngÇm lµ lo¹i c«ng tr×nh lÊy n−íc, th¸o n−íc ®Æt d−íi ®ª, ®Ëp hoÆc ®−êng giao th«ng. - §Æc ®iÓm : + VÒ chÕ ®é thñy lùc : L−u l−îng qua cèng kh«ng lín nh−ng cét n−íc lín vµ th−êng xuyªn thay ®æi nªn chÕ ®é ch¶y trong cèng kh¸ phøc t¹p. Dßng ch¶y trong cèng cã thÓ cã ¸p, kh«ng ¸p hoÆc nöa ¸p. + VÒ æn ®Þnh : Cèng chÞu träng l−îng lín cña cét ®Êt bªn trªn nªn khã mÊt æn ®Þnh tr−ît ngang. Nh−ng th©n cèng dµi dÔ bÞ nøt g¶y do lón kh«ng ®Òu. V× vËy th©n cèng ph¶i ®−îc ®Æt trªn nÒn ®¸ gèc hoÆc ®Êt nguyªn thæ – kh«ng nªn ®Æt trªn nÒn ®Êt ®¾p. CÇn cã biÖn ph¸p chèng rß rÜ vµ thÊm tiÕp xóc xung quanh th©n cèng. + VÒ thi c«ng, khai th¸c vµ söa ch÷a : Cèng ®Æt s©u trong th©n ®Ëp nªn thi c«ng söa ch÷a khã kh¨n. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy ng−êi ta nghiªn cøu lo¹i cèng ®Æt trong hµnh lang ®Ó cã thÓ ®i l¹i kiÓm tra (h×nh 6.13), söa ch÷a. Hµnh lang cã thÓ sö dông ®Ó th¸o lò thi c«ng. II. Ph©n lo¹i cèng ngÇm 1. Theo vËt liÖu x©y dùng : cã thÓ cã cèng b»ng èng sµnh, bª t«ng, bª t«ng cèt thÐp, vµ èng kim lo¹i 2. Theo h×nh d¹ng mÆt c¾t :Gåm cã cèng trßn, cèng hép, cèng vßm hoÆc liªn vßm (h×nh vÏ 6.14) 107
H×nh 6.13 Cèng ngÇm ®Æt trong hµnh lang H×nh 6.14 : C¸c h×nh thøc mÆt c¾t cèng ngÇm 3. Theo c¸ch bè trÝ - Cèng ngÇm ®Æt trùc tiÕp trªn mÆt nÒn, dïng trong tr−êng hîp nÒn tèt. - Cèng ®Æt trong hµnh lang b»ng bª t«ng cèt thÐp, dïng trong tr−êng hîp nÒn yÕu, ®−êng èng cã ¸p th−êng dïng h×nh thøc nµy (h×nh 6.13). 4. Theo h×nh thøc lÊy n−íc - LÊy n−íc theo h×nh thøc kiÓu ®Æt van khèng chÕ ë h¹ l−u (h×nh 6.15a). - LÊy n−íc kiÓu cöa kÐo nghiªng (h×nh 6.15b). - LÊy n−íc kiÓu ®Æt nghiªng. - H×nh thøc lÊy n−íc kiÓu th¸p : th¸p kiÓu kÝn, th¸p kiÓu hë. a) b) H×nh 5.15 VÞ trÝ ®Æt th¸p : th¸p cã thÓ ®Æt ë ba vÞ trÝ I,II,III (h×nh 6.16). - Th¸p ®Æt ë vÞ trÝ (I) : cÇu c«ng t¸c dµi, th¸p dÔ bÞ lón nhiÒu h¬n c¸c bé phËn kh¸c, th¸p chÞu ¶nh h−ëng cña sãng giã ®éng ®Êt. Nh−ng nã cã −u ®iÓm lµ söa ch÷a dÔ dµng - Th¸p ®Æt ë vÞ trÝ (III) : Th¸p ®Æt ë vÞ trÝ (II) : sÏ kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm cña hai vÞ trÝ trªn. 108
CÀÕT DOÜC CÄÚNG H×nh 6.17 : Cèng ngÇm 1030 1030 440 309 2560 350 2181 243 C«ng tr×nh hå chøa n−íc Nói 65,20 Ngang – tØnh Qu¶ng Ng·i 50 63,30 63,20 MNGC 50 30 61,0 61,00 30 300 30 MNDBT 20 20 ,6 58,00 40 =0 57,00 m m =0 250 ,6 55,0 0 KHÄÚI B 15 KHÄÚI C 50 300 50 52,62 51,91 520 KHÄÚI C m 50 60 Tæåìng chäúng tháúm tiãúp = 20 1 giaïp BTCT M200 49,00 49,0 20 20 48,60 4 4 ÄÚng theïp 120 daìy 10mm, 47,72 boüc BTCT M200 756 644 150 150 40 40 120 120 40 120 40 120 45,92 360 45,50 30 44,72 20 20 20 130 20 125 44,12 200 44,07 43,37 i = 0,0008 40 40 x 4 40 x 4 Bã täng M150 40 x 4 40 x 4 40 x 4 40 50 40 x 4 40 40 40 x 4 Khåïp näúi 2 låïp Cao su cuí toíi 1000 850 cao su toíi 50 80 120 1300 1300 1000 Âoaûn 1 Âoaûn 2 Âoaûn 3 Âoaûn 4 Âoaûn 5 Âoaûn 6 Âoaûn 7 Âoaûn 8 Âoaûn 9 Âoaûn 10 1400 1400 1400 1400 1400 750 410 820 600 13350 1230 MÀÛT BÀÒNG m =2 m = 3,5 m=3 Träöng coí 44,0 ÄÚng tiãu næåïc bàòng nhæûa PVC 25 515 1250 m = 2,5 m=3 Âaï xáy væîa M100 57,0 350 Träöng coí 65,2 55,0 Tim âáûp 49,0 400 47,72 Tim cäúng 100 200 35 45,92 140 -4 0 i = 8. 1 44,12 500 35 200 45,92 100 47,72 49,0 400 1 m = 3,5 m=3 m= m=1 m=3 m = 2,5 1320 Raînh thoaït næåïc åí chán âáûp 109
III I II H×nh 6.16 :C¸c vÞ trÝ ®Æt th¸p cèng ngÇm 5. Theo chÕ ®é thñy lùc trong cèng : cèng cã ¸p, cèng kh«ng ¸p, cèng b¸n ¸p. III. CÊu t¹o cña cèng ngÇm Cèng ngÇm cã ba bé phËn chÝnh : Cöa vµo, th©n cèng, cöa ra (h×nh 6.17). 1.PhÇn cöa vµo Cã d¹ng thu hÑp dÇn trªn b×nh diÖn, mÐp trªn cöa cèng cã d¹ng cung trßn hay elip ®Ó t¹o sù thuËn dßng vµ gi¶m tæn thÊt cét n−íc 2.PhÇn cöa ra Lµ bé phËn tiªu n¨ng, yªu cÇu nh− c¸c bé phËn tiªu n¨ng nãi chung cÇn tháa m·n tiªu hao hÕt n¨ng l−îng thõa. H×nh thøc tiªu n¨ng th−êng hay gÆp nh− bÓ, t−êng, bÓ t−êng kÕt hîp, ë cèng cã ¸p cßn dïng h×nh thøc bÓ kÝn ®Ó ®ãn dßng n−íc phãng ra vµ tiªu n¨ng. 3.PhÇn th©n cèng vµ th¸p cèng a. Th¸p cèng - Th¸p cèng lµ n¬i bè trÝ vµ vËn hµnh cöa van ®ãng më cèng. - VÞ trÝ cña th¸p cã thÓ xª dÞch tõ ch©n ®Ëp ®Õn ®Ønh ®Ëp: • NÕu ®Æt th¸p ë ch©n ®Ëp (vÞ trÝ I) + ¦u ®iÓm : thi c«ng cèng Ýt ¶nh h−ëng ®Õn thi c«ng ®Ëp, kiÓm tra söa ch÷a dÔ dµng + Nh−îc ®iÓm : cÇu c«ng t¸c dµi, chÞu ¶nh h−íng cña sãng giã, ®éng ®Êt. Th¸p bÞ lón nhiÒu, ®ßi hái nÒn ph¶i tèt. • NÕu ®Æt th¸p ë gÇn ®Ønh ®Ëp (vÞ trÝ III) + ¦u ®iÓm : cÇu c«ng t¸c ng¾n, Ýt chÞu t¸c dông cña sãng giã 110
+ Nh−îc ®iÓm : th¸p chÞu ¸p lùc cét ®Êt lín, ®o¹n èng lµm viÖc cã ¸p dµi, khã kiÓm tra tu söa, yªu cÇu nèi tiÕp th©n th¸p víi ®Ëp ph¶i tèt, tr¸nh g©y thÊm ë mÆt tiÕp xóc. Nãi chung Ýt ®Æt th¸p ë vÞ trÝ nµy. §Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm ng−êi ta ®Æt th¸p gÇn gi÷a m¸i ®Ëp - Trong th¸p cèng th−êng bè trÝ hai hµng khe van, mét van c«ng t¸c (van chÝnh) bè trÝ ë phÝa sau vµ mét van dù bÞ dïng trong tr−êng hîp van chÝnh cã sù cè, th−êng ng−êi ta kÕt hîp van sù cè vµ söa ch÷a lµm mét. ChiÒu dµy cña th¸p th−êng kh¸ dµy ë ®o¹n d−íi kho¶ng 0,7÷1,0m vµ phÝa trªn - máng h¬n. Trªn cïng lµ sµn ®Æt m¸y ®ãng më cöa van. Trong thiÕt kÕ cÇn bè trÝ thiÕt bÞ ®Ó cã thÓ ®i lªn xuèng trong th¸p van ®−îc. Th¸p van còng cÇn bè trÝ ®Ó ®ñ chç ®Æt van dù tr÷ khi tu söa van chÝnh vµ cã bè trÝ ®−êng èng dÉn khÝ tõ ngoµi xuèng phÝa sau cöa van chÝnh ®Ó ph¸ vµ ng¨n hiÖn t−îng ch©n kh«ng x¶y ra ë ®o¹n sau cöa van trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. PhÇn ®¸y th¸p th−êng bè trÝ réng ra ®Ó truyÒn lùc xuèng nÒn ®Òu ®Æn, do ®iÒu kiÖn lµm viÖc b¶n ®¸y chän kh¸ dµy 0,7÷1,0m (®«i khi lín h¬n) b. Th©n cèng Cã thÓ thi c«ng ®æ t¹i chç hoÆc l¾p ghÐp c¸c ®o¹n èng ®óc s½n. - Víi èng ®óc s¼n : chiÒu dµi mçi ®o¹n lµ l=(1-3)m - Víi lo¹i ®æ t¹i chç : tïy theo lo¹i nÒn, l cao tr×nh bïn c¸t vµ < cao tr×nh MNC. + Cao tr×nh mùc n−íc cöa ra b¶o ®¶m > cao tr×nh yªu cÇu t−íi tù ch¶y. + Cèng kh«ng nªn ®Æt trªn nÒn ®Êt ®¾p. - X¸c ®Þnh khÈu diÖn cèng : Víi mùc n−íc bÊt lîi nhÊt (MNC) cèng ph¶i th¸o ®ñ l−u l−îng thiÕt kÕ. (gi¶ thiÕt chÕ ®é ch¶y, ¸p dông c«ng thøc tÝnh l−u l−îng qua cèng x¸c ®Þnh ®−îc diÖn tÝch ω cÇn thiÕt, sau ®ã chän kÝch th−íc bxh hay R – chó ý ph¶i tÝnh ®Õn ®iÒu kiÖn thi c«ng vµ söa ch÷a) 111
- TÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng th¸o vµ chÕ ®é ch¶y cho c¸c tr−êng hîp lµm viÖc kh¸c nhau, thiÕt kÕ tiªu n¨ng sau cèng. - LËp qui tr×nh ®ãng më cöa van – x¸c ®Þnh quan hÖ Q~a (víi a lµ ®é më cèng) - V× mùc n−íc vµ l−u l−îng trong cèng lu«n thay ®æi nªn cã thÓ x¶y ra 3 chÕ ®é ch¶y: + Ch¶y kh«ng ¸p : cöa cèng më hÕt, dßng ch¶y kh«ng ngËp cöa vµo vµ kh«ng ngËp trÇn cèng. + Ch¶y cã ¸p : cöa vµo bÞ ngËp vµ dßng ch¶y trong cèng ngËp trÇn cèng (kÓ c¶ khi chØ ngËp mét phÇn) + Ch¶y b¸n ¸p : Cöa vµo bÞ ngËp nh−ng dßng ch¶y trong cèng cã mÆt tho¸ng trªn toµn bé chiÒu dµi. I. TÝnh to¸n thñy lùc cèng ngÇm ch¶y kh«ng ¸p 1. §iÒu kiÖn ch¶y kh«ng ¸p Khi cöa ra cña cèng kh«ng bÞ ngËp vµ H/a
C¸c ký hiÖu xem ë h×nh 6.18 + NÕu L ≤ Lk th× cèng ®−îc coi lµ cèng ng¾n. Trong cèng duy tr× chÕ ®é ch¶y xiÕt (h0 mçi lÇn t¨ng ®é dèc 1% th× hÖ sè l−u l−îng t¨ng (1÷2)%, cßn ®èi víi cèng trßn hÖ sè l−u l−îng t¨ng 2%. + NÕu L > Lk th× cèng ®−îc coi lµ cèng dµi. Dßng ch¶y trong cèng sÏ t−¬ng tù dßng ch¶y qua kªnh. ChiÒu dµi cèng vµ mùc n−íc h¹ l−u sÏ ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng th¸o. Víi cèng hép : Q = m.σn.b. 2g .H03/2 Víi cèng cã tiÕt diÖn bÊt kú (trßn, bÇu dôc) : Q = mk. σn.bk. 2g .H03/2 σn : hÖ sè ngËp khi x¶y ra ch¶y ngËp : σn = f(hh/Ho) - tra b¶ng cña Kumin §iÒu kiÖn ®Ó ch¶y ngËp lµ : hh >(1,2÷1,25)hk hh : cét n−íc h¹ l−u tÝnh tõ ®¸y cöa ra cèng hh >(0,75÷0,77)Ho §©y lµ ®iÒu kiÖn øng víi i=0, nÕu i>0 th× giíi h¹n trªn cã thÓ t¨ng thªm (Cèng cã i>ik cã thÓ ch¶y kh«ng ngËp, dï mùc n−íc h¹ l−u ë cöa ra cao qu¸ giíi h¹n ®· nªu trªn) II. TÝnh to¸n thñy lùc cèng ngÇm ch¶y cã ¸p 1. §iÒu kiÖn ch¶y cã ¸p : v2 H - Khi : a ≥ 1,75 + 0,3.2g a: ®−êng kÝnh cèng trßn hay chiÒu cao cèng hép v : l−u tèc b×nh qu©n trong cèng Th× nãi chung lµ cèng ch¶y cã ¸p. - Khi mùc n−íc th−îng l−u vµ h¹ l−u ngËp cöa, cèng còng ch¶y cã ¸p. - Trong tr−êng hîp x¶y ra n−íc nh¶y trong cèng, muèn x¸c ®Þnh chÕ ®é ch¶y chÝnh x¸c ta ph¶i vÏ ®−êng mÆt n−íc trong cèng víi gi¶ ®Þnh kh«ng cã trÇn cèng. 2. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng th¸o - NÕu mùc n−íc h¹ l−u ngËp 113
1 qu¸ 2 chiÒu cao cöa ra (h×nh 6.19a) : Zo=Ho-i.L-hn Ho Q =φc.ω. 2g(H0+i.L-hn) hn d a) - NÕu mùc n−íc h¹ l−u ngËp thÊp 1 h¬n 2 chiÒu cao cöa ra (h×nh 6.19b) : Zo=Ho-i.L-d/2 Ho d Q =φc.ω 2g(H0+i.L-2) d hn b) ω : tiÕt diÖn cèng ë cöa ra (kh«ng ph¶i mÆt c¾t −ít) H×nh 6.19 : Cèng ngÇm ch¶y cã ¸p L,d : chiÒu dµi vµ chiÒu cao cèng ϕc : hÖ sè l−u l−îng : 1 φc= 2gL α+ Σξc+ c2R III. TÝnh to¸n thñy lùc cèng ngÇm ch¶y b¸n ¸p 1.§iÒu kiÖn ch¶y b¸n ¸p Khi H/a lín, th¸o l−u l−îng bÐ, dßng ch¶y xiÕt trong cèng ®Èy lïi n−íc nh¶y ra ngoµi cèng, hoÆc cã n−íc nh¶y trong cèng nh−ng kh«ng ch¹m trÇn cèng -> cèng ch¶y ë chÕ ®é b¸n ¸p. 2.X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng th¸o : khi cöa van më hÕt a. Cèng cã tiÕt diÖn chö nhËt, kh«ng kÓ ¶nh h−ëng ®é dèc ®¸y cèng Q = µ.ω 2g(H0 - εa) a – chiÒu cao cèng ω - tiÕt diÖn cèng = a.b µ - hÖ sè l−u lù¬ng ε - hÖ sè co hÑp phô thuéc H/a b. Khi cèng cã tiÕt diÖn h×nh trßn, cã kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña ®é dèc ®¸y cèng Q = µ.ω 2g(H0 - (0.708 - 2i)d) d – ®−êng kÝnh cèng trßn i - ®é dèc ®¸y cèng • Khi cèng më mét phÇn, ch¶y b¸n ¸p : dïng c«ng thøc ch¶y d−íi cöa van kh«ng ngËp trong cèng hë. • §iÒu kiÖn ¸p dông c¸c chÕ ®é ch¶y - Cèng lÊy n−íc ®Ó t−íi : cã thÓ dïng c¸c chÕ ®é kh«ng ¸p, b¸n ¸p hoÆc cã ¸p æn ®Þnh. Khi thiÕt kÕ ph¶i chän kÝch th−íc cèng, ®é dèc ®¸y vµ chiÒu dµi cèng sao cho 114