Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 7

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

88
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công trình tháo lũ ngoài thân đập .1 Khái niệm chung Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa n-ớc, ngoài đập, công trình lấy n-ớc và một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn. Cần phải xây dựng công trình để tháo phần n-ớc lũ thừa không thể chứa trong hồ chứa (có lúc có thể đặt d-ới sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa). ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 7

Ch−¬ng 7 C«ng tr×nh th¸o lò ngoµi th©n ®Ëp ß.1 Kh¸i niÖm chung Khi x©y dùng ®Çu mèi c«ng tr×nh hå chøa n−íc, ngoµi ®Ëp, c«ng tr×nh lÊy n−íc vµ mét sè c«ng tr×nh phôc vô cho môc ®Ých chuyªn m«n. CÇn ph¶i x©y dùng c«ng tr×nh ®Ó th¸o phÇn n−íc lò thõa kh«ng thÓ chøa trong hå chøa (cã lóc cã thÓ ®Æt d−íi s©u ®Ó ®¶m nhËn thªm viÖc th¸o c¹n mét phÇn hay toµn bé hå chøa khi cÇn thiÕt kiÓm tra hoÆc söa ch÷a). Cã c«ng tr×nh th¸o lò th× hå chøa míi lµm viÖc b×nh th−êng vµ an toµn. H×nh 7.1 : Trµn x¶ lò Ayunh¹ - Gia Lai Thùc tÕ cã hai nhãm c«ng tr×nh th¸o lò : Th¸o lò qua th©n ®Ëp vµ th¸o lò ngoµi th©n ®Ëp. Trong ch−¬ng nµy ta chØ nghiªn cøu nhãm c«ng tr×nh th¸o lò ngoµi th©n ®Ëp. C«ng tr×nh th¸o lò ngoµi th©n ®Ëp ®−îc x©y dùng trong c¸c ®iÒu kiÖn sau: 1. Khi ®Ëp d©ng lµm b»ng vËt liÖu ®Þa ph−¬ng, ®Ëp b¶n chèng kh«ng thÓ bè trÝ trµn hoÆc c«ng tr×nh th¸o s©u ®i qua ngang th©n ®Ëp. 2. Khi tuyÕn d©ng n−íc hÑp kh«ng ®ñ bè trÝ trµn trong ®Ëp bª t«ng träng lùc vµ bª t«ng cèt thÐp. 3. Khi c«ng tr×nh th¸o lò thi c«ng lµ ®−êng hÇm, ng−êi ta nèi tiÕp ®−êng hÇm dÉn dßng víi c«ng tr×nh th¸o lò t¹o nªn c«ng tr×nh th¸o lò trong thêi gian khai th¸c. 125
C«ng tr×nh th¸o lò ngoµi th©n ®Ëp cã mÊy h×nh thøc sau: 1. §−êng trµn däc 2. M¸ng trµn ngang 3. GiÕng ®øng 4. Xi ph«ng th¸o lò 5. §−êng hÇm C«ng tr×nh th¸o lò cã thÓ cã cöa van khèng chÕ còng cã thÓ kh«ng. Víi hÖ thèng lín, dung tÝch phßng lò lín, khu vùc ngËp lôt ë th−îng l−u réng th× th−êng dïng lo¹i ®−êng trµn cã cöa. §èi víi hÖ thèng c«ng tr×nh nhá, tæn thÊt ngËp lôt kh«ng lín, th−êng dïng ®−êng trµn kh«ng cã cöa. C«ng tr×nh th¸o lò gi÷ mét vÞ trÝ rÊt quan träng trong hÖ thèng c«ng tr×nh ®Çu mèi. Vèn ®Çu t− ®Ó x©y dùng c«ng tr×nh th¸o lò còng chiÕm mét tû lÖ kh¸ lín trong tæng vèn ®Çu t− ®Ó x©y dùng hÖ thèng. V× vËy, cÇn ®Æc biÖt chó ý tõ viÖc chän tuyÕn, lo¹i c«ng tr×nh, tÝnh to¸n thuû v¨n, thuû lùc cho ®Õn kÕt cÊu khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh th¸o lò. ß2. TÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò, X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thiÕt kÕ trµn x∙ lò NhiÖm vô cña tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò lµ th«ng qua tÝnh to¸n ®Ó x¸c ®Þnh ®−êng qu¸ tr×nh l−u l−îng x¶ lò, dung tÝch phßng lò, mùc n−íc gia c−êng vµ l−u l−îng th¸o lò lín nhÊt qua c«ng tr×nh. I.Tµi liÖu cÇn thiÕt cho tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò - §−êng quan hÖ gi÷a mùc n−íc trong kho n−íc vµ l−u l−îng x¶ lò. Nã phô thuéc chñ yÕu vµo h×nh d¹ng (trµn tù do, cèng x¶ s©u,…), kÝch th−íc cña c«ng tr×nh x¶. - §−êng ®Æc tÝnh dung tÝch kho n−íc : quan hÖ mùc n−íc trong kho (Z) vµ diÖn tÝch mÆt hå (ω); quan hÖ gi÷a mùc n−íc trong kho (Z) vµ dung tÝch kho n−íc (W). - §−êng qu¸ tr×nh n−íc lò thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn phßng lò cho h¹ l−u hoÆc theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña c«ng tr×nh. Theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña c«ng tr×nh, tÇn suÊt lò thiÕt kÕ ®−îc lÊy theo b¶ng 7.1 (TCXD-VN 285: 2002). B¶ng 7.1 : CÊp c«ng tr×nh I II III IV V 0,1÷0,2 TÇn suÊt thiÕt kÕ (%) 0,50 1,00 1,50 2,00 L−u ý : TÇn suÊt nhá ¸p dông cho nh÷ng c«ng tr×nh cã d¹ng lò phøc t¹p th−êng xuÊt hiÖn ë miÒn nói, trung du. TÇn suÊt lín ¸p dông cho c¸c c«ng tr×nh cã d¹ng lò æn ®Þnh th−êng xuÊt hiÖn ë vïng ®ång b»ng. II. Nguyªn lý c¬ b¶n tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò vµ c¸c d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh x¶ lò 1.Nguyªn lý c¬ b¶n tÝnh ®iÒu tiÕt lò 126
Nguyªn lý c¬ b¶n cña c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò lµ c©n b»ng l−îng n−íc ®Õn vµ l−îng n−íc x¶ cña kho n−íc. XÐt mét thêi ®o¹n ∆t ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc cã d¹ng : 1 1 .(Q1 + Q2) ∆t - 2 (q1 + q2) ∆t = W2 - W1 2 Q1, Q2 : l−u l−îng ch¶y vµo kho ë ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n ∆t. q1, q2 : l−u l−îng ch¶y ra tõ kho (x¶ lò) ë ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n ∆t. W1, W2 : dung tÝch kho n−íc ë ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n ∆t. 2.C¸c d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh x¶ lò Khi tÝnh to¸n ®iÒu tiÕt lò, vÊn ®Ò chñ yÕu lµ sau khi ®· biÕt ®−êng qu¸ tr×nh lò ®Õn (Q~t), tiÕn hµnh nghiªn cøu l−îng n−íc chøa trong kho Vm vµ ®−êng qu¸ tr×nh x¶ lò (q~t) víi l−u l−îng x¶ lín nhÊt lµ qm (h×nh 7.2 vµ 7.3). a.Trµn tù do (kh«ng cöa) Khi lò míi ®Õn ®Çu n−íc trªn ®Ønh ®Ëp trµn cßn thÊp (h ≈ 0) nªn l−u l−îng x¶ lò nhá h¬n l−u l−îng n−íc ®Õn (q
1. Khi lò ®Õn më van x· mét l−u l−îng q=Q ®Õn. Thêi ®iÓm t1 , do Q®Õn t¨ng nhanh nªn Q>q lóc ®ã ta më h¼n cöa. Tõ t1 trë ®i d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh x· q~t gièng nh− tr−êng hîp kh«ng cã cöa (h×nh 7.3a). 2. Khi gÆp lò lín, nÕu sau thêi gian t2 cöa vÉn më tù do th× l−u l−îng n−íc x¶ v−ît qu¸ l−u l−îng x¶ lò cho phÐp kh«ng ®¶m b¶o an toµn cho vïng h¹ l−u ®−îc phßng lò, nªn sau t2 ®ãng bít cöa ®Ó khèng chÕ l−u l−îng x¶ (h×nh 7.3b). 3. Khi vïng h¹ l−u cÇn phßng lò n»m ë xa c«ng tr×nh, tõ thêi ®iÓm t2 ph¶i ®ãng bít cöa ®Ó l−u l−îng x¶ lò céng l−u l−îng khu gi÷a kh«ng ®−îc lín h¬n l−u l−îng an toµn cña vïng ®−îc phßng lò (h×nh 7.3c). 4. Khi cã dù b¸o lò tr−íc th× ngay tr−íc khi lò ®Õn më cöa x· tr−íc víi q >Q, lµm cho mùc n−íc trong kho bÞ h¹ thÊp dÇn dÉn ®Õn q gi¶m vµ trong thêi gian ®ã Q t¨ng cho ®Õn thêi ®iÓm t1 th× Q = q. Sau t1 th× Q > q vµ d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh sÏ gièng nh− trµn kh«ng cã cöa. (h×nh 7.3d) Qq Qq Qm Qm Q~t Q~t a) b) Vm Vm qm q~t qat q~t H×nh 7.3 t1 t2 t1 t2 t3 t t Qq Qq Qm Qm Q~t Q~t c) d) Vm Vm qat q~t q~t t t1 t2 t3 t t1 t2 ß3. §−êng trµn däc I.§iÒu kiÖn sö dông vµ bè trÝ ®−êng trµn däc 1.§iÒu kiÖn sö dông §−êng trµn däc th¸o lò ven bê hoÆc eo nói lµ lo¹i c«ng tr×nh th¸o lò kiÓu mÆt vµ th−êng gÆp nhÊt, khi kh«ng ®−îc phÐp hoÆc kh«ng cã ®iÒu kiÖn th¸o qua th©n ®Ëp. §Æc ®iÓm chñ yÕu cña nã phÇn trµn lµ mét ®Ëp trµn b×nh th−êng. Lo¹i c«ng tr×nh cã nh÷ng −u ®iÓm sau : 1. Thi c«ng vµ qu¶n lý ®¬n gi¶n v× nã lµ c«ng tr×nh kiÓu hë. 2. X©y dùng ®−îc trong nhiÒu ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh kh¸c nhau, cã thÓ bè trÝ ë ®Çu ®Ëp, s¸t ven bê hoÆc ë vïng eo nói kh¸c trong l−u vùc c¸ch xa th©n ®Ëp. 128
3. Yªu cÇu vÒ ®Þa chÊt kh«ng cao, cã thÓ x©y dùng ®−îc c¶ trªn nÒn ®Êt vµ nÒn ®¸ xÊu. 4. Cã thÓ th¸o ®−îc víi l−u l−îng lín, chiÒu dµi diÖn trµn réng. 5. ViÖc vËn hµnh vµ n©ng cao kh¶ n¨ng th¸o kh«ng phøc t¹p nh− c«ng tr×nh ngÇm, ®é an toµn vÒ phßng lò lín, do ®ã nã lµ lo¹i c«ng tr×nh th¸o lò an toµn. 2. Bè trÝ ®−êng trµn th¸o lò Khi bè trÝ ph¶i c¨n cø vµo ®Þa h×nh, ®Þa chÊt, kh¶ n¨ng thi c«ng, nh−ng cÇn l−u ý c¸c vÊn ®Ò sau : - §−êng trµn t¸ch khái ®Ëp d©ng n−íc ®Ó sù nèi tiÕp gi÷a c«ng tr×nh bª t«ng (cña ®−êng trµn) vµ ®Ëp d©ng n−íc b»ng vËt liÖu ®Þa ph−¬ng ®ì phøc t¹p vµ gi¶m ®−îc khèi l−îng t−êng ch¾n ®Êt. Tuy nhiªn kh«ng nªn bè trÝ qu¸ xa hoÆc s©u vµo bê, v× khèi l−îng ®µo sÏ t¨ng. - Khi bè trÝ kªnh dÉn vµo ng−ìng trµn vµ kªnh th¸o sau ng−ìng trµn, cÇn chó ý ®iÒu kiÖn thñy lùc, tr¸nh cho m¸i ®Ëp ë th−îng l−u khái bÞ xãi lë do dßng ch¶y tõ hå vµo ng−ìng trµn, phÇn cöa ra c¸ch ch©n ®Ëp h¹ l−u Ýt nhÊt 60m vµ b¶o vÖ cho h¹ l−u c«ng tr×nh, ®ång thêi khèi l−îng c«ng tr×nh ph¶i nhá nhÊt. Trong thùc tÕ x©y dùng cã thÓ gÆp c¸c tr−êng hîp bè trÝ sau ®©y : - §−êng trµn qua eo nói, eo ®åi (h×nh 7.4). NÕu cao tr×nh eo nói, eo ®åi b¨ng hoÆc xÊp xØ cao tr×nh ng−ìng trµn, sÏ rÊt thuËn lîi cho viÖc bè trÝ ng−ìng trµn, lîi dông khe nói phÝa sau ®Ó bè trÝ kªnh th¸o ®−a n−íc xuèng h¹ l−u s«ng cò. ViÖc bè trÝ ®−êng trµn nh− vËy gi¶m ®−îc khèi l−îng ®µo cña kªnh dÉn vµ kªnh th¸o, ®ång thêi gi¶m ®−îc khèi l−îng bª t«ng cña ng−ìng trµn. H×nh 7.4 : Bè trÝ ®−êng trµn qua eo nói - §−êng trµn c¹nh ®Ëp d©ng (h×nh 7.5) : Khi kh«ng cã eo nói, eo ®åi thÝch hîp, hai bê tho¶i vµ cã b·i t−¬ng ®èi réng ta bè trÝ ®−êng trµn t¸ch rêi c¹nh ®Ëp d©ng. Trong tr−êng hîp yªu cÇu th¸o lò lín, bè trÝ mét ®−êng trµn kh«ng thuËn lîi ta còng cã thÓ lµm hai ®−êng trµn hai bªn bê. 129
H×nh 7.5 : Bè trÝ ®−êng trµn c¹nh ®Ëp d©ng II.C¸c bé phËn cña ®−êng trµn däc Toµn bé ®−êng trµn däc cã thÓ cã c¸c bé phËn : kªnh dÉn th−îng l−u, ng−ìng trµn, kªnh th¸o h¹ l−u, bé phËn tiªu n¨ng. 1. Kªnh dÉn phÝa th−îng l−u - Kªnh dÉn cã nhiÖm vô h−íng dßng ch¶y thuËn dßng vµo ng−ìng trµn. Tïy vÞ trÝ ng−ìng trµn mµ phÝa th−îng l−u ®−êng trµn cã kªnh dÉn dµi hoÆc ng¾n hoÆc kh«ng cã kªnh dÉn nh−ng cÇn cã t−êng c¸nh h−íng dßng. Trªn mÆt b»ng kªnh dÉn cã thÓ lµ ®−êng th¼ng hoÆc ®−êng cong. §−êng viÒn hai bªn bê kªnh ¶nh h−ëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña kªnh dÉn, cho nªn khi thiÕt kÕ cÇn chän h×nh d¹ng hîp lý, kªnh dÉn vµo ng−ìng trµn nªn cã ®−êng viÒn hai bê d¹ng cong hay d¹ng ®−êng dßng. - §¸y kªnh cã ®é dèc i=0 hoÆc i
2. Ng−ìng trµn - Ng−ìng trµn cã thÓ lµ ®Ëp trµn thùc dông hoÆc ®Ëp trµn ®Ønh réng, trªn ®Ønh trµn cã hoÆc kh«ng cã cöa van. Trªn nÒn ®Êt, th−êng ng−ìng thÊp nªn theo h×nh thøc ®Ønh réng. Trªn nÒn ®¸ ®Ó t¨ng thªm kh¶ n¨ng th¸o n−íc lµm gi¶m chiÒu réng ®−êng trµn cã thÓ dïng ®Ëp trµn thùc dông. - TuyÕn trµn n−íc th−êng bè trÝ theo ®−êng th¼ng. NÕu ®Þa h×nh hÑp th× ph¶i bè trÝ theo ®−êng cong thËm chÝ lµ ®−êng g·y khóc ®Ó t¨ng diÖn trµn n−íc. - Cao tr×nh ng−ìng: Phô thuéc vµo yªu cÇu phßng lò, dung tÝch hiÓu Ých c¶u kho n−íc, lo¹i trµn cã cöa van hay kh«ng cã cöa van… + Víi trµn tù do kh«ng cã cöa van: cao tr×nh ng−ìng b»ng cao tr×nh mùc n−íc d©ng b×nh th−êng. + Víi trµn cã cöa van: cao tr×nh ng−ìng nhá h¬n cao tr×nh mùc n−íc d©ng b×nh th−êng. Do ®ã cã thÓ t¹o ®−îc mét dung tÝch phßng lò trong hå tr−íc khi cã lò ®Õn → chèng lò cã hiÖu qu¶ h¬n. Tuy nhiªn gi¸ thµnh cã thÓ ®¾t h¬n, v× vËy ®Ó quyÕt ®Þnh ph−¬ng ¸n cã cöa hay kh«ng cã cöa ph¶i th«ng qua so s¸nh kinh tÕ kü thuËt. - Kh¶ n¨ng th¸o cña ng−ìng trµn : phô thuéc h×nh thøc ng−ìng trµn, cÊu t¹o trµn, chÕ ®é ch¶y qua trµn (tham kh¶o gi¸o tr×nh Thñy lùc c«ng tr×nh, Quy ph¹m tÝnh to¸n thñy lùc ®Ëp trµn QP.TL C8-76) - §Ó s¬ bé x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña trµn, cã thÓ tÝnh theo c¸c b−íc sau: a. Dùa vµo yªu cÇu phßng lò, trªn c¬ së mùc n−íc b×nh th−êng vµ c¸c yªu cÇu dïng n−íc x¸c ®Þnh ®−îc mùc n−íc cao nhÊt ë trong hå (MNGC) b. X¸c ®inh cao tr×nh ng−ìng trµn: Cao tr×nh ng−ìng = cao tr×nh mùc n−íc max – H Trong ®ã : H lµ cét n−íc lín nhÊt trªn ®Ønh trµn q )2/3 H=( m. 2g m : hÖ sè l−u l−îng phô thuéc vµo d¹ng ng−ìng q : l−u l−îng riªng – c¨n cø vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt ®Ó chän : nÒn c¸t : q ≤ 25 ÷ 40m3/s m nÒn sÐt : q ≤ 50m3/s m q ≤ 50 ÷ 80m3/s m nÒn ®¸ : NÕu trµn lµ trµn tù do cao tr×nh ng−ìng lÊy = mùc n−íc b×nh th−êng c. S¬ bé x¸c ®Þnh chiÒu cao cöa van a : a=MNDBT - ∇ng−ìng + ∆a Víi ∆a: ®é cao an toµn cña cöa van d. X¸c ®Þnh chiÒu dµi trµn n−íc 131
Q - Qt® -Qk B= q Trong ®ã: Q : l−u l−îng th¸o lò thiÕt kÕ – x¸c ®Þnh s¬ bé dùa vµo yªu cÇu phßng lò cho h¹ l−u vµ dùa vµo qu¸ tr×nh lò ®Õn. QT®: L−u l−îng th¸o qua nhµ m¸y thuû ®iÖn (lÊy b»ng 2/3 tæ m¸y ho¹t ®éng) QK : L−u l−îng th¸o qua c¸c c«ng tr×nh kh¸c nh− cèng... Sau khi cã B, chia ra mét sè khoang trµn - víi chiÒu réng mét khoang lµ b=(1.5÷2)a Tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc tæng chiÒu dµi trµn kÓ c¶ trô van lµ: Bo = nb + (n-1) d n : Sè khoang trµn (nªn lÊy sè lÎ) d : ChiÒu dµy trô van Nh÷ng kÝch th−íc võa x¸c ®Þnh chØ míi s¬ bé. §Ó cã kÝch th−íc cuèi cïng, ta dùa vµo ®−êng qu¸ tr×nh lò ®Õn (víi p% thiÕt kÕ) vµ c¸c sè liÖu ®· cã, tiÕn hµnh tÝmh to¸n ®iÒu tiÕt lò. Sau khi ®iÒu tiÕt lò nÕu MN max b»ng MN chèng lò ®· quy ®Þnh vµ q x· max< Q yªu cÇu phßng lò h¹ l−u th× c¸c sè liÖu x¸c ®Þnh s¬ bé trªn lµ hîp lý. - Ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh kÝch th−íc trµn theo c¸ch sau : §−a c¸c ph−¬ng ¸n cã chiÒu réng kh¸c nhau, tiÕn hµnh ®iÒu tiÕt lò, sau ®ã chän ph−¬ng ¸n trµn tèi −u trong c¸c ph−¬ng ¸n ®−a ra, kiÓm tra l¹i kh¶ n¨ng th¸o qua trµn mét c¸ch tiÕt. 2. Kªnh th¸o sau ng−ìng trµn Gi÷ nhiÖm vô th¸o n−íc tõ ch©n ®Ëp trµn xuèng h¹ l−u mét c¸ch an toµn. a. Kªnh th¸o kiÒu dèc n−íc - Dèc n−íc lµ ®äa kªnh hë cã ®é dèc lín (i>ipg). Trong tr−êng hîp x©y dùng trªn nÒn ®Êt hoÆc nÒn ®¸ xÊu ®é dèc th−êng kho¶ng 3÷8%, trªn nÒn ®¸ ®é dèc cã thÓ ®¹t tíi 50% vµ cã thÓ thay ®æi thÝch øng víi ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa chÊt. Khi thiÕt kÕ cÇn so s¸nh ®é dèc id øng víi l−u tèc lín nhÊt cho phÐp cña vËt liÖu víi ®é dèc ®Þa h×nh tù nhiªn io. [v]2 id = R.C2 [v] : l−u tèc cho phÐp cña vËt liÖu lµm dèc n−íc. R : b¸n kÝnh thñy lùc mÆt c¾t cña dèc n−íc. C : hÖ sè sªdi. + Khi io ≤ id cã thÓ thiÕt kÕ ®é dèc cña dèc n−íc thay ®èi tõ io ®Õn id. + NÕu io > id , muèn thiÕt kÕ dèc n−íc víi ®é dèc lín h¬n id th× ph¶i cã biÖn ph¸p t¨ng ®é nh¸m cña dèc hoÆc lµm hai dèc nèi tiÕp cã ®é dèc kh¸c nhau. - MÆt c¾t ngang cña dèc trªn nÒn ®Êt cã d¹ng h×nh thang hoÆc h×nh chö nhËt. Bê vµ ®¸y dèc n−íc th−êng lµm b»ng bªt«ng, bªt«ng cèt thÐp, ®¸ x©y (h×nh 7.8). B¶n bª t«ng dµy 0.15÷0.50m, b¶n bª t«ng cèt thÐp dµy 0.15÷0.30m. ChiÒu dµy b¶n ®¸y trªn nÒn ®Êt hay nÒn ®¸ xÊu cã thÓ s¬ bé lÊy theo c«ng thøc Dobrobski : 132
t = (0.030 ÷0.035)α.v. h v : vËn tèc b×nh qu©n dßng ch¶y h : chiÒu s©u dßng ch¶y α : hÖ sè phô thuéc chÊt ®Êt (nÒn sÐt α=0.8÷1.0; nÒn ¸ c¸t vµ c¸t α=1.5÷1.0) Cq-cqxcq csaCSAca Cõe H×nh 7.7 : Dèc n−íc sau trµnë trµn x¶ n−íc thõa ®Çu kªnh c«ng tr×nh ayunh¹-Gia Lai H×nh 7.8 :MÆt c¾t ngang dèc n−íc 133
C¸c b¶n vµ t−êng ®Òu cã khe lón ®Æt c¸ch nhau (4÷15)m, chiÒu réng khe kho¶ng 1cm vµ cã khíp nèi dÏo. Trªn nÒn ®Êt còng nh− trªn nÒn ®¸ cÇn lµm c¸c lç tho¸t n−íc ®Ó gi¶m ¸p lùc thÊm vµ ®Èy næi. Trªn nÒn ®¸ mÆt c¾t ngang dèc n−íc cã d¹ng chò nhËt hoÆc h×nh thang m¸i rÊt dèc. NÒn lµ ®¸ tèt th× chØ cÇn cÊu t¹o gi¶m ®é nh¸m, kh«ng cÇn ®á bª t«ng. Trong tr−êng hîp c¸c b¶n ®¸y cÇn ®á bª t«ng vµ nÕu ®é dèc lín th× cÇn gi÷ cho æn ®Þnh b»ng c¸ch nÐo c¸c tÊm bª t«ng vµo ®¸ b»ng c¸c nÐo cèt thÐp φ20 ®Æt c¸ch nhau 1÷2m, mét ®Çu ch«n s©u vµo ®¸ 1m, cßn ®Çu kia g¾n chÆt vµo b¶n bª t«ng. - Nèi tiÕp dèc n−íc víi ng−ìng trµn th−êng gÆp c¸c tr−êng hîp sau : + NÕu ng−ìng trµn lµ ®Ëp thÊp, ®éng n¨ng ë ch©n ®Ëp nhá, tiªu n¨ng sÏ tËp trung ë cuèi dèc (h×nh 7.9a) + NÕu ng−ìng trµn lµ ®Ëp cao, ë ch©n ®Ëp cÇn cã hè tiªu n¨ng, sau ®ã víi nèi tiÕp víi dèc n−íc vµ tiªu n¨ng ë cuèi dèc (h×nh 7.9b) + Trªn nÒn ®¸ tèt, tuy ng−ìng cao, dßng ch¶y xiÕt lín nh−ng cã thÓ nèi tiÕp theo dèc n−íc vµ tËp trung tiªu n¨ng ë cuèi dèc th«ng th−êng kiÓu mòi phun (h×nh 7.10) H×nh 7.10 : §−êng trµn ng−ìng cao cã dèc n−íc trªn nÒn ®¸, tiªu n¨ng mòi phun Trµn x¶ lò thñy ®iÖn IALY – Gia Lai 134
a) b) H×nh 7.9: Nèi tiÕp dèc n−íc víi ng−ìng trµn - Trªn mÆt b»ng dèc n−íc cã thÓ th¼ng hoÆc cong. ChiÒu réng dèc n−íc cã thÓ lµ kh«ng ®æi tõ ®Çu ®Õn cuèi dèc, vµ b»ng chiÒu dµi trµn n−íc. Trong tr−êng hîp ®Ó tiÕt kiÖm khèi l−îng c«ng tr×nh ë ®Çu dèc lµm ®o¹n thu hÑp (h×nh 7.7) hoÆc dèc n−íc thu hÑp dÇn, nh−ng ph¶i ®¶m b¶o trÞ sè l−u l−înh riªng cuèi dèc nhá hoen trÞ sè cho phÐp ®èi víi nÒn. - TÝnh to¸n thñy lùc dèc n−íc : Khi tÝnh to¸n thñy lùc dèc n−íc ta cÇn gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò sau : + TÝnh ®−êng mÆt n−íc trong dèc n−íc : • Dßng ch¶y trong dèc n−íc lµ dßng ch¶y xiÕt. Tïy theo chiÒu s©u dßng ch¶y t¹i ®Çu dèc n−íc, ®−êng mÆt n−íc trong dèc n−íc lµ ®−êng n−íc ®æ bII hoÆc ®−êng n−íc d©ng CII trong vïng xiÕt. Ta cã thÓ vÏ ®−êng mÆt n−íc theo ph−¬ng ph¸p céng trùc tiÕp. • TÝnh to¸n ®o¹n thu hÑp ®Çu dèc n−íc : Dèc n−íc cã ®o¹n thay ®æi dÇn tuy tiÕt kiÖm ®−îc khèi l−îng c«ng tr×nh, nh−ng thi c«ng trªn tuyÕn dµi phøc t¹p, nªn th−êng thiÕt kÕ ®−êng trµn th¸o lò cã ®o¹n thu hÑp sau ng−ìng trµn, tr−íc khi ®i vµo dèc n−íc (h×nh 7.7). Theo kinh nghiÖm gãc thu hÑp lÊy b»ng θ≥220, v× víi trÞ sè nµy dßng ch¶y kh«ng bÞ co hÑp ®ét ngét. ChiÒu dµi ®o¹n thu hÑp tõ BT ®Õn Bd kh«ng nªn lÊy qu¸ lín, vµ do ®ã cã thÓ gi¶ thiÕt tæn thÊt thñy lùc trong ®o¹n nµy kh«ng ®¸ng kÓ. BiÕt r»ng chiÒu s©u dßng ch¶y t¹i cuèi ng−ìng trµn vµ t¹i ®Çu dèc n−íc (cuèi ®o¹n thu hÑp) ®Òu b»ng chiÒu s©u ph©n giíi, nªn cã thÓ thiÕt kÕ ®o¹n thu hÑp thÕ nµo ®Ó cho chiÒu s©u dßng ch¶y trong c¶ ®o¹n thu hÑp b»ng chiÒu s©u ph©n giíi. H×nh 7.11: S¬ ®å tÝnh ®o¹n thu hÑp ®Çu dèc, 1. kªnh dÉn; 2. ng−ìng trµn; 3. ®o¹n thu hÑp; 4. dèc n−íc 135
Tû n¨ng trong c¸c mÆt c¾t t¹i ®äan thu hÑp : αv2 ∋ = 2g + hpg 3 αq 2 αq2 α.hpg2.v2 hpg3 = g = hpg = hay g g αv 2 hpg ⇒ 2g = 2 αv2 3 ⇒ ∋ = 2g + hpg = 2 hpg NÕu ta lÊy ®−êng mùc n−íc trong hå lµm chuÈn th× : αv2 hpg * Cao tr×nh mÆt n−íc trong mçi mÆt c¾t b»ng ∋ - 2g =∋ - 2 , tøc lµ thÊp hpg h¬n mùc n−íc trong hå mét ®o¹n b»ng 2 . 3 * Cao tr×nh ®¸y ®o¹n thu hÑp trong mçi mÆt c¾t b»ng ∋ - 2 hpg, tøc lµ thÊp 3 h¬n mùc n−íc trong hå mét ®o¹n b»ng 2 hpg + TÝnh ®−êng mÆt n−íc t¹i ®o¹n cong : Trong tr−êng hîp ®Ó rót ng¾n chiÒu dµi dèc n−íc hoÆc tr¸nh c¸c vËt ch−íng ng¹i, dèc n−íc cã tuyÕn cong. Dßng ch¶y trong ®o¹n uèn cong chÞu t¸c dông cña lùc ly t©m vµ sÏ bÞ tæn thÊt cét n−íc do dßng cuén ngang g©y ra lµ ht. B v2 ht = 0,8.ξθ.R . 0 χ ξθ = 2(1- cosθ) θ : gãc uèn cong B : chiÒu réng dèc n−íc R : b¸n kÝnh cong cña trôc dèc V0 : l−u tèc b×nh qu©n t¹i trôc dèc Do ¶nh h−ëng cña lùc ly t©m mùc n−íc bê låi sÏ thÊp h¬n bê lâm, mÆt n−íc trong mÆt c¾t ngang sÏ cã d¹ng cong vßng lªn vµ ®ä dèc Ir t¹i ®iÓm cã b¸n kÝnh r lµ : v2 Ir = g.r Q v= r h.r.lnr2 1 r : b¸n kÝnh t¹i ®iÓm ®ang xÐt Q : l−u l−îng qua mÆt c¾t h : ®é s©u b×nh qu©n r1, r2 : ®é s©u bê låi, bê lâm Suy ra mÆt n−íc bê lâm sÏ cao h¬n mùc n−íc bê låi mét ®o¹n ∆h lµ : 136
r2 r2 v2 Q2 ∆h = ⌠Ir.dr = ⌠ g.r .dr = 11 ⎮ ⌡ (r2-r2) ⌡ r 2gh2ln2r2 1 2 r1 r1 1 §èi víi dèc n−íc cã chiÒu réng B0,4 ChiÒu s©u n−íc khi cã kÓ ®Õn hµm khÝ còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc v hhk = h(1 + 100 ) v, h : lÇn l−ît lµ vËn tèc trung b×nh vµ chiÒu s©u dßng ch¶y t¹i vÞ trÝ tÝnh. + HiÖn t−îng sãng trong dèc n−íc 137
- Khi dßng ch¶y xiÕt (Fr>10), tû sè B/h lín, líp n−íc s¸t ®¸y bÞ lùc ma s¸t kÐo l¹i, cßn líp n−íc mÆt vÉn chuyÔn ®éng víi l−u tèc lín do ®ã h×nh thµnh sù ‘tr−ît’ trong néi bé c¸c líp dßng ch¶y, g©y nªn hiÖn t−îng sãng truyÒn tõ ®Çu dèc ®Õn cuèi dèc theo chu kú. - HiÖn t−îng sãng th−êng x¶y ra khi ®é dèc lín (i>0,025-0,03) vµ tû sè B/h lín. - T¸c h¹i : chiÒu cao sãng lµm t¨ng mùc n−íc do ®ã ph¶i t¨ng chiÒu cao t−êng biªn, ®ång thêi sãng truyÒn xuèng cuèi dèc lµm rèi lo¹n tiªu n¨ng. - BiÖn ph¸p ®Ò phßng: * X©y dùng dèc n−íc cã mÆt c¾t h×nh Parabol hay Tam gi¸c ®Ó gi¶m tû sè B/h * Gi¶m bít ®é nh¸m cña dèc n−íc. + TÝnh dèc n−íc cã mè nh¸m : Trong mét sè tr−êng hîp ng−êi ta x©y dùng mè nh¸m trªn dèc n−íc nh»m t¨ng ®é s©u dßng ch¶y, biÕn dßng ch¶y xiÕt sang dßng ch¶y ªm, tõ ®ã gi¶m nhÑ ®−îc tiªu n¨ng cuèi dèc. Khi thiÕt kÕ ph¶i tÝnh to¸n kÝch th−íc mè nh¸m, x¸c ®Þnh d¹ng bè trÝ trªn mÆt b»ng sao cho c¸c th«ng sè h, v tho¶ m·n yªu cÇu cho tr−íc (vÝ dô v
H×nh 7.13 :Tiªu n¨ng cuèi m¸ng b»ng mòi phun kh«ng liªn tôc- Trang x¶ lò Ayunh¹ a) b) H×nh 7.14 :Tiªu n¨ng cuèi dèc n−íc a. bÓ tiªu n¨ng; b. tiªu n¨ng m¸ng phun 139
H×nh 7.15 Kªnh th¸o kiÓu dèc n−íc b. CÊu t¹o - Ng−ìng trµn tr−íc bËc ®Çu tiªn cã d¹ng ®Ëp trµn ®Ønh réng ng−ìng thÊp. PhÇn vµo cã thÓ cã t−êng c¸nh kÐo dµi (1-1,5)H. NÕu x©y trªn nÒn ®Êt nªn thiÕt kÕ s©n phñ chèng thÊm phÝa tr−íc cíi chiÒu dµi kh«ng nhá qu¸ 3H (H : cét n−íc chç ng−ìng trµn). - ChiÒu dµi l vµ chiÒu cao P cña mçi bËc ph¶i b¶o ®¶m sinh n−íc nh¶y ngËp æn ®Þnh, mçi bËc th−êng cã t−êng tiªu n¨ng. Trong hÖ thèng bËc n−íc kÝch th−íc c¸c bËc th−êng gièng nhau ®Ó dÔ thi c«ng, tû lÖ gi÷a chiÒu dµi vµ chiÒu cao l/P ≥ 2 vµ chiÒu dµi kh«ng qu¸ 20m ®Ó thuËn lîi cho viÖc bè trÝ khe lón. - T−êng ®øng lµ t−êng träng lùc cã khe lón t¸ch rêi b¶n ®¸y. P - ChiÒu cao mçi bËc p = n0 + d 140
- B¶n ®¸y cã nhiÖm vô nh− b¶n ®¸y sau hè tiªu n¨ng cña ®Ëp trµn, cã thÓ chän s¬ bé víi chiÒu dµy t = 0,25. q p m - T−êng biªn th−êng lµ t−êng träng lùc - PhÇn ra lµ bËc cuèi cïng, cÊu t¹o vÒ c¬ b¶n gièng nh− bËc gi÷a, nh−ng ®Ó thuËn lîi cho viÖc tiªu n¨ng, hè tiªu n¨ng cuèi cïng lµm d¹ng khuÕch t¸n vµ cã thÓ ®Æt c¸c thiÕt bÞ tiªu n¨ng phô tïy t×nh h×nh cô thÓ. c. TÝnh thuû lùc H×nh 7.16 : S¬ ®å tÝnh bËc n−íc Kh¶ n¨ng th¸o cña bËc n−íc tÝnh theo c«ng thøc qua ®Ëp trµn ®Ønh réng. Néi dung tÝnh to¸n thñy lùc cña mçi bËc n−íc lµ kiÓm tra kÝch kÝch th−íc bËc n−íc víi ®iÒu kiÖn t¹o nªn n−íc nh¶y ngËp trong mçi bËc sau khi ®· s¬ bé chän chiÒu dµi l vµ chiÒu cao p cña bËc (h×nh 7.16). + TÝnh ®é s©u co hÑp h1 tõ c«ng thøc : q = h1.ϕ. 2g(H0 + p -h1) + TÝnh ®−îc ®é s©u liªn hiÖp lµ h2, ®Ó kh«ng ph¸t sinh n−íc nh¶y sãng vµ cã n−íc h nh¶y ngËp æn ®Þnh th× h2 = 5÷ 6 1 + MÆt kh¸c ph¶i chän chiÒu s©u hè lµ d tho¶ m¶n : H1+ d > h2 (rong ®ã H1 tÝnh theo c«ng thøc ®Ëp trµn thùc dông). + Theo Laupman ®Ó cho trong hè cã n−íc nh¶y ngËp æn ®Þnh th× : d ≥ 0,25h2 d+h1 = 0,9h2 vµ ®èi víi bËc cuèi cïng ph¶i tháa ®iÒu kiÖn : d + H1 ≥ (1.10 ÷ 1.15)h2 + ChiÒu dµi mçi bËc Lb ph¶i cho phÐp dßng ch¶y håi phôc l¹i thÕ n¨ng vµ trµn qua bËc tiÕp theo ®−îc ªm: Lb = l + ln 141
2y , y = P + 0,5 H , v = ϕ 2 gH → l = ϕ . H o (2 P + H ) Trong ®ã : l = v. g Ln = (3,2-4)h2. ß4. M¸ng trµn ngang I.§iÒu kiÖn x©y dùng vµ ®Æc ®iÓm cÊu t¹o. - Khi lßng s«ng hÑp, bê dèc, l−u l−îng cÇn th¸o lín, nÕu dïng c«ng tr×nh th¸o lò kiÓu ®−êng trµn däc th× sÏ rÊt khã bè trÝ, khèi l−îng ®µo rÊt lín v× ph¶i më réng vµo phÝa bê nói hoÆc ph¶i n©ng cao cét n−íc trµn. Lóc ®ã M¸ng trµn ngang lµ biÖn ph¸p thÝch hîp nhÊt (h×nh 7.17). - §Æc ®iÓm + M¸ng trµn ngang cã ng−ìng ®Æt däc theo bê hå chøa, dßng ch¶y qua ng−ìng rÏ ngoÆt mét gãc 900 råi ch¶y vÒ kªnh th¸o. V× vËy cã thÓ t¨ng chiÒu réng trµn ®Ó gi¶m cét n−íc H mµ kh«ng ph¶i ®µo më réng vµo phÝa bê nói. + ChiÒu réng kªnh th¸o nhá h¬n nhiÒu so víi chiÒu dµi trµn : bk
I-I II-II II I II H×nh 7.17 : M¸ng trµn ngang 1. Ph−¬ng ph¸p cña Zamarin §Ó tÝnh to¸n Zamarin gi¶ thiÕt dßng ch¶y trong m¸ng lµ dßng ®Òu trong tõng ®o¹n tÝnh to¸n. 143
- Gi¶ sö ®· cã c¸c th«ng sè : Qx·, cét n−íc trµn H, cao tr×nh ng−ëng, kÝch th−íc cña m¸ng (chiÒu réng ®Çu m¸ng b, chiÒu réng cuèi m¸ng B) chiÒu dµi trµn n−íc L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : Q Ch¶y kh«ng ngËp : L = , H0 : cét n−íc trµn cã kÓ l−u tèc ®Õn gÇn m 2gH03/2 Q Ch¶y ngËp : L= ϕh 2gz ϕ : hÖ sè l−u tèc (ϕ = 0,90÷0.95) h : chiÒu s©u cña n−íc trªn ng−ìng z : chªnh lÖch mùc n−íc th−îng h¹ l−u - Chia chiÒu dµi m¸ng thµnh nhiÒu ®o¹n cã chiÒu dµi x kÓ tõ ®Çu m¸ng, t¹i mÆt c¾t ®ã l−u l−îng lµ : Qx = m.x. 2g .H03/2 - ChiÒu s©u n−íc trung b×nh t¹i mçi mÆt c¾t lµ: Q hx = b.v b bÒ réng t¹i mÆt c¾t ®ang xÐt v l−u tèc t¹i mÆt c¾t ®ang xÐt, trong thiÕt kÕ chän gi¸ trÞ v sao cho nhá h¬n gi¸ trÞ vËn tèc cho phÐp cña vËt liÖu. - Sau ®ã tÝnh ®é dèc thñy lùc : v2 i = C.R2 , n : hÖ sè nh¸m lÊy b»ng 2 –2.5 lÇn trÞ sè t−¬ng øng C : hÖ sè Sezi - §é dèc thñy lùc trung b×nh gi÷a mÆt c¾t thø j vµ j+1 lµ : 1 itb = 2 (ij + ij+1) Tæn thÊt cét n−íc trªn ®o¹n ∆x = xj+1 – xj lµ : - hw = itb.∆x - Cao tr×nh mùc n−íc t¹i mÆt c¾t j+1 lµ : Yj+1 = yj – hw Cao tr×nh ®¸y m¸ng t¹i mÆt c¾t j+1 : Y®j+1 = Yj+1 – hj+1 , (hj+1 : chiÒu s©u n−íc t¹i mÆt c¾t j+1) §Õn ®©y ta ®· tÝnh ®−îc kÝch th−íc m¸ng sau khi ®· biÕt chiÒu s©u vµ ®−êng mÆt n−íc. Muèn cã ®−êng mùc n−íc ta ph¶i cã mùc n−íc t¹i ®Çu m¸ng. Theo kinh nghiÖm, mùc n−íc trong m¸ng kh«ng v−ît qu¸ ng−ìng 0,4H v× nh− vËy tr¸nh ®−îc kh¶ n¨ng ch¶y ngËp. 2. Ph−¬ng ph¸p dßng biÕn l−îng cña Pªt¬rèp: a. NhËn xÐt vÒ ph−¬ng ph¸p cña Zamarin Zamarin gi¶ thiÕt dßng ch¶y trong mçi ®o¹n tÝnh to¸n lµ dßng ®Òu, tæn thÊt cét n−íc cña dßng ch¶y trong m¸ng trµn ngang chØ gåm tæn thÊt do ma s¸t däc ®−êng. §iÒu nµy 144