Tổng hợp thủy công

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 1. KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI NỘI DUNG CHƯƠNG Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 4 tiết • Khái niệm về công trình thủy lợi. • Vai trò của công trình thủy lợi trong nền KTQD. - Vai trò của nguồn nước và sử dụng tổng hợp nguồn nước. - Vai trò và vị trí của CTTL trong nền KTQD. - Hậu quả khi công trình thủy lợi hư hỏng. • Phân loại công trình thủy lợi. - Công trình dâng nước. - Công trình ñiều chỉnh dòng chảy. - Công trình dẫn nước. • ðầu mối và hệ thống thủy lợi. • ðiều kiện làm việc của công trình thủy lợi. GIỚI THIỆU MÔN HỌC Khái niệm về thủy lợi • Thủy lợi là tập hợp tất cả các biện pháp nhằm khai thác mặt lợi và khắc phục hoặc hạn chế mặt hại của nguồn nước. • Các công trình ñược sử dụng nhằm ñảm bảo nhiệm vụ của thủy lợi ñược gọi là công trình thủy lợi (CTTL), gọi tắt là Thủy công. Môn học Thủy công là gì? • Thủy công là môn khoa học có tính tổng hợp, có quan hệ mật thiết với các môn khoa học về thiết kế, xây dựng, quản lý khai thác và duy tu sửa chữa các CTTL nên nó phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu, ñịa hình, ñịa chất, dân sinh kinh tế, kỹ thuật thi công, kinh tế xây dựng… • Khi tính toán thiết kế các công trình, trong môn học thủy công có liên quan trực tiếp các kiến thức của các môn học chuyên môn như: SB – KC, ðC – Cð – NM, Thủy văn – ðiều tiết, Thủy lực, KC Bê tông cốt thép… ñược gọi là công trình thủy lợi (CTTL), gọi tắt là Thủy công. Môn học Thủy công là gì? • Thủy công là môn khoa học có tính tổng hợp, có quan hệ mật thiết với các môn khoa học về thiết kế, xây dựng, quản lý khai thác và duy tu sửa chữa các CTTL nên nó phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu, ñịa hình, ñịa chất, dân sinh kinh tế, kỹ thuật thi công, kinh tế xây dựng… • Khi tính toán thiết kế các công trình, trong môn học thủy công có liên quan trực tiếp các kiến thức của các môn học chuyên môn như: SB – KC, ðC – Cð – NM, Thủy văn – ðiều tiết, Thủy lực, KC Bê tông cốt thép… GIỚI THIỆU NHÓM GIÁO VIÊN THỦY CÔNG CƠ SỞ 2 – ðẠI HỌC THỦY LỢI 1. Lê Trung Thành Tổ trưởng 098.7897878 Email: lethanh@wru.edu.vn 2. Lã Bá Thiết 091.8639935 3. Bùi Ngọc 091.8099224 4. Ngô Thị Thanh Nhàn 098.3718766

http://www.haquangnguyen.co.cc

5. Nguyễn Thị Phương Mai 091.922477 §1.1 VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI I. NGUỒN NƯỚC • Nước cần thiết cho mọi quá trình sống. Là một trong những yếu tố quan trọng nhất của con người. • Thể hiện sự giàu có, phồn vinh, quyết ñịnh sự phát triển kinh tế, văn hóa… của một ñất nước. • Trữ lượng nước trên trái ñất khoảng 1,5 tỷ km3: ðại dương: 90%; Lục ñịa: 10%. • Lượng dòng chảy bình quân hàng năm: 40.000 km3, trong ñó ở châu Á khoảng 13.000 km3. • Việt nam: - 3.200 km bờ biển. - Trên 2.360 sông (.10km). Chuyển tải 845 km3 nước; lưu lượng bình quân năm 27.500 m3/s; 350 triệu m3 phù sa. ðặc ñiểm của nguồn nước: • Phân bố không ñều theo không gian và thời gian: - Chênh lệch giữa vùng mưa nhiều và ít ñến 8 lần. (B.Thuận: 10L/s.km2 – B.Giang: 80L/s.km2). - Mùa khô 7÷8 tháng nhưng lượng nước chỉ 20-30%. • Là nguồn tài nguyên tái tạo tuần hoàn. • Vận ñộng theo hệ thống lưu vực. Luôn vận ñộng. • Là nguồn tài nguyên cần thiết cho mọi hoạt ñộng KTXH. • Tài nguyên nước có liên hệ mật thiết với các TN khác • Bên cạnh những lợi ích còn nhiều tác hại lớn. Nhiệm vụ của thủy lợi là: Phân phối lại nguồn nước theo không gian và ñiều chỉnh dòng chảy theo thời gian II. SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC VÀ LỢI DỤNG TỔNG HỢP Công trình thuỷ lợi bao gồm các lĩnh vực sau: • Thuỷ năng: sử dụng năng lượng của nước sông, biển ñể phát ñiện. • Thuỷ nông: Dùng biện pháp thuỷ lợi ñể tưới tiêu, thau chua rửa mặn chống xói mòn. • Cung cấp và thoát nước cho công nghiệp, dân cư. • Giao thông thủy. • Thủy sản. • Du lịch, thể thao, chữa bệnh… • Cải tạo môi trường sinh thái. Mỗi biện pháp thủy lợi, công trình thủy lợi có thể sử dụng nguồn nước vào nhiều mục ñích khác nhau. Lợi dụng tổng hợp nguồn nước là nguyên tắc cơ bản nhất trong việc nghiên cứu, khai thác, sử dụng và trị thủy. III. VỊ TRÍ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRONG NỀN KTQD Công tác thuỷ lợi ñóng vai trò rất quan trọng: • Thuỷ lợi phục vụ nhiều mục ñích yêu cầu như: tưới cho nông nghiệp, phát triển nguồn ñiện cho công nghiệp, cung cấp nước sinh hoạt, giao thông thuỷ, phòng chống lũ lụt, an ninh quốc phòng… • Thuỷ lợi là một ngành khoa học ñược hình thành phù hợp theo yêu cầu của con người trong việc khai thác và sử dụng nguồn

http://www.haquangnguyen.co.cc

nước. Tình hình phát triển thủy lợi ở Việt nam §1.2 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CTTL I. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI • Công trình ñược xây dựng ñể sử dụng nguồn nước gọi là công trình thuỷ lợi. • Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu là làm thay ñổi, cải biến trạng thái tự nhiên của dòng chảy, của nước trong sông, hồ, biển, nước ngầm ñể sử dụng một cách hợp lý, phòng chống thiên tai, bảo vệ môi trường. • Tác dụng: - Làm dâng nước phía thượng lưu. - ðiều chỉnh dòng sông. - Lấy nước, chuyển nước. - Giao thông thủy, bộ. II. PHÂN LOẠI • Căn cứ vào tính chất tác dụng lên dòng chảy, công trình thuỷ lợi có thể chia ra: - Công trình dâng nước. - Công trình ñiều chỉnh. - Công trình dẫn nước. 1. Công trình dâng nước • Bao gồm các loại ñập: - ðập bê tông: Bê tông trọng lực, ñập vòm, ñập bản chống… - ðập ñất. - ðập ñá: ðập ñá, ñập ñất ñá hỗn hợp… - Các loại ñập khác: ðập cao su, ñập ñá ñổ bọc bê tông…

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Công trình ñiều chỉnh • Bao gồm: - Hệ thống ñê. - Các ñập mỏ hàn, tường hướng dòng. - Các kè ñể bảo vệ bờ biển, bờ sông, mái ñê… - Các ngưỡng ñáy ñể ñiều khiển bùn cát, chống bồi lấp cửa lấy nước và chống xói bờ sông. - Các hệ thống lái dòng. 3. Các công trình dẫn nước • Bao gồm: - Kênh. - Máng nước, dốc nước, bậc nước, cầu máng... - ðường hầm. - ðường ống. Các công trình dẫn nước 4. Các công trình chuyên môn • Trạm thuỷ ñiện: nhà máy, buồng xoắn, bể áp lực, tháp ñiều áp... • Công trình giao thông thuỷ: âu tàu, máy nâng tàu, công trình chuyển gỗ, bến cảng... • Công trình thuỷ nông: cống ñiều tiết, hệ thống tưới tiêu, hệ thống thoát nước. • Công trình cấp nước và thoát nước: công trình lấy nước, dẫn nước, trạm bơm, công trình cho vệ sinh, thoát nước... • Công trình cho cá: ñường cá ñi, ñường chuyển cá, hồ nuôi cá...

http://www.haquangnguyen.co.cc

§1.3 ðẦU MỐI CTTL VÀ HỆ THỐNG THỦY LỢI Khái niệm về ñầu mối công trình thủy lợi và hệ thống thủy lợi • Các công trình thuỷ lợi ñược tập trung lại thành một tập hợp công trình ñể nhằm giải quyết những nhiệm vụ thuỷ lợi xác ñịnh gọi là ñầu mối công trình thuỷ lợi. • Tập hợp nhiều ñầu mối công trình thuỷ lợi hoặc tập hợp nhiều công trình thuỷ lợi phân bố trên một khu vực lớn ñể cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ thuỷ lợi ñặt ra gọi là hệ thống thuỷ lợi. Phân loại các công trình trong ñầu mối thủy lợi: • Theo thời hạn sử dụng: Công trình lâu dài, công trình tạm thời. • Theo mục ñích và tầm quan trọng: công trình chủ yếu, thứ yếu. • Theo mức ñộ quan trọng: Chia ra thành 5 cấp: Từ cấp I ÷ cấp V. ñầu mối công trình thuỷ lợi. • Tập hợp nhiều ñầu mối công trình thuỷ lợi hoặc tập hợp nhiều công trình thuỷ lợi phân bố trên một khu vực lớn ñể cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ thuỷ lợi ñặt ra gọi là hệ thống thuỷ lợi. Phân loại các công trình trong ñầu mối thủy lợi: • Theo thời hạn sử dụng: Công trình lâu dài, công trình tạm thời. • Theo mục ñích và tầm quan trọng: công trình chủ yếu, thứ yếu. • Theo mức ñộ quan trọng: Chia ra thành 5 cấp: Từ cấp I ÷ cấp V. GHI NHỚ: 1. Việc phân cấp công trình có ý nghĩa rất quan trọng trong TK, nó ảnh hưởng ñến ổn ñịnh, cường ñộ, ñộ bền của mỗi công trình cũng như toàn bộ hệ thống. 2. Từ cấp CT xác ñịnh ñược: - Ứng lực cho phép, hệ số an toàn - Các loại vật liệu và phẩm chất mỗi loại. - Tần suất lưu lượng, mực nước. - Tổ chức, khối lượng, phạm vi KS/TK. - Phương pháp tính và bố trí các bộ phận. §1.4 ðIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CTTL 2. Tác dụng tương hỗ của công trình với nền và bờ 2.1.Nền của CTTL • Nền của công trình thủy lợi ña dạng: ðất, ñá, tốt, yếu, ñồng nhất, không ñồng nhất… • Tính chất nền phụ thuộc cấu tạo ñịa chất và có ý nghĩa quan trọng ñến khả năng làm việc của công trình. (T/c nền thể hiện qua các chỉ tiêu cơ lý ñã học trong ðC-Cð) • Khi thiết kế và xây dựng công trình cần phải khảo sát thăm dò kỹ, ñây là một khâu quan trọng quyết ñịnh ñến kinh tế và kỹ thuật của công trình. 2.2. Khả năng làm việc của công trình và nền • Lực tác dụng lên công trình sẽ truyền xuống nền làm thay ñổi trạng thái ứng suất nền, làm cho công trình có thể mất ổn ñịnh: trượt, lật, lún không ñều…

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Khi TK cần chú ý tác ñộng giữa CT và nền, cần ñảm bảo: - Cường ñộ tiếp xúc giữa móng và nền trong phạm vi cho phép. - ðảm bảo chống trượt, ñảm bảo khả năng làm việc của CT. - Tính kiểm tra sức chịu tải của nền, xử lý nền nếu cần. (NM, Tham khảo “Tính toán nền các công trình thủy lợi theo trạng thái giới hạn – GS. Phan Trường Phiệt”). - Tính ñến khả năng lún của nền khi có CT. - Kiểm tra ổn ñịnh thấm của nền. 3. ðiều kiện xây dựng và ảnh hưởng của công trình thuỷ lợi ñối với khu vực lân cận • ðiều kiện tự nhiên: ðịa hình, ñịa chất, thủy văn… quyết ñịnh ñến việc lựa chọn hình thức kết cấu và quy mô CT. - Công tác khảo sát không chính xác có thể ñưa ñến những hậu quả khó lường. • Trong khi thi công và sau khi XD xong, CTTL có ảnh hưởng ñến ñiều kiện dân sinh kinh tế, ðK tự nhiên và môi trường sinh thái. - Việc di dời dân cư, di tích, khoáng sản… - Thay ñổi hệ sinh thái, thảm thực vật, ñộng vật… - Thay ñổi khí hậu, nguồn nước • Cần biết khắc phục hậu quả, lợi dụng tính chất ña mục tiêu cho công trình. 4. Hậu quả tai hại do công trình thuỷ lợi bị hư hỏng • CTTL thường làm dâng nước, tạo cột nước chênh lệch tập trung rất lớn nên khi bị sự cố, hư hỏng sẽ gây ra hậu quả vô cùng to lớn. - ðập Malpasset (Pháp) vỡ năm 1959: 400 người chết, 2000 gñ. - ðập vòm Waillon(Ý) 256m vỡ năm 1963 làm 4600 người chết. - Sự cố tràn xả lũ hồ Dầu tiếng 1986 làm sập 3114 nhà, trôi 47 nhà, ngập úng 6865ha ñất trồng trọt. - Nếu hồ chứa Hòa Bình vỡ thì chuyện gì sẽ xảy ra? • Người thiết kế, thi công phải lường hết những tai họa có thể xảy ra ñể ngăn ngừa.

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 2. THẤM DƯỚI ðÁY VÀ HAI BÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 8 tiết • Khái niệm chung về thấm. • Thấm qua nền ñồng chất dưới ñáy công trình thủy lợi: - Các giả thiết cơ bản. - Các phương pháp tính thấm. • Thấm qua nền không ñồng chất ñưới ñáy CTTL. • Các biện pháp phòng chống thấm. - Tác hại của dòng thấm. - Các biện pháp phòng chống thấm. • Biến hình thấm của nền và biện pháp phòng chống. • Thấm qua nền ñá. • Thấm quanh bờ và hai bên vai công trình. §2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1. Sự hình thành dòng thấm • Công trình thủy lợi làm việc tạo nên chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu sinh ra dòng thấm. • Dòng nước di ñộng qua các khe rỗng của nền tạo nên áp lực tác dụng vào bản ñáy -> áp lực thấm. • Các bộ phận của công trình giới hạn miền thấm ảnh hưởng ñến Qth, Vth (cả phương và chiều).

Tác hại của dòng thấm: • Làm mất nước ñối với các công trình giữ nước. • Giảm ổn ñịnh của CT: ðẩy nổi, ñẩy trượt... • Giảm ổn ñịnh hoặc mất ổn ñịnh nền và hai bên vai công trình: Xói ngầm, trôi ñất. Phân loại dòng thấm: • Dòng thấm có áp - khi nó bị giới hạn từ phía trên bởi biên cứng, dòng thấm không có mặt thoáng. • Dòng thấm không áp - khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi công trình. ðây là trường hợp dòng thấm hai bên vai công trình, dòng thấm qua ñập ñất. 2. Vấn ñề nghiên cứu dòng thấm • Nhiệm vụ của việc giải bài toán thấm: - Nghiên cứu quy luật chuyển ñộng, xác ñịnh: Q, V, J… - Trên cơ sở so sánh phương án -> chọn ñược các bộ phận công trình thích hợp ñảm bảo an toàn và kinh tế.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Các phương pháp tính thấm • Phương pháp giải tích: - Phương pháp cơ học chất lỏng. (Pavơlôpski) - Phương pháp cơ học chất lỏng gần ñúng. (hệ số sức kháng) - Phương pháp tỷ lệ ñường thẳng. • Phương pháp thực nghiệm: - Phương pháp tương tự ñiện. - Phương pháp thí nghiệm mô hình. - Phương pháp ñồ giải (vẽ lưới thấm bằng tay). • Các phương pháp số: - Phương pháp sai phân hữu hạn. - Phương pháp phần tử hữu hạn. §2.2 THẤM QUA NỀN ðẤT ðỒNG CHẤT DƯỚI ðÁY CÔNG TRÌNH I. CƠ SỞ TÍNH TOÁN 1. Các giới hạn miền thấm • Giới hạn trên là mặt tiếp xúc giữa ñất nền với ñế công trình -> ðường viền dưới ñáy công trình. • Giới hạn dưới là mặt tầng không thấm. • ðường ñẳng thế là ñường tập hợp các ñiểm có cùng cột nước. • ðường dòng là ñường quỹ ñạo chuyển ñộng của một hạt nước trong miền thấm.

2. Các giả thiết cơ bản • Dòng thấm tuân theo ñịnh luật ðacxi: V=K.J • ðất nền là môi trường ñồng nhất và ñẳng hướng. • Dòng thấm ổn ñịnh. • Nước chứa ñầy trong lỗ rỗng và không ép co ñược. ðối với nền công trình, thấm qua ñập ñất còn có thêm 2 giả thiết: • Trong miền thấm không có ñiểm tiếp nước hoặc rút nước. • Xét với bài toán phẳng. II. TÍNH THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 1. Phương pháp cơ học chất lỏng

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Phương trình vi phân cơ bản: Trong ñó h=h(x, y): Hàm số cột nước thấm. • Pavơlôpski dùng công cụ toán học là các hàm giải tích một biến phức z = x = i.y ñể tìm thế vị phức của dòng thấm trong một số bài toán ñơn giản. Kết quả cho phương trình của họ ñường dòng, ñường thế.

2. Phương pháp cơ học chất lỏng gần ñúng • Dùng cho những trường hợp ñường viền thấm phức tạp, có cừ chống thấm. • Pavơlôpxki dùng phương pháp phân ñoạn ñể giải bài toán sau ñó Trugaep ñã ñưa hệ số sức kháng vào các ñoạn → PP Hệ số sức kháng. Phương pháp hệ số sức kháng: • Chia ñường viền thành các ñoạn thẳng ñứng và nằm ngang.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Tổn thất cột nước áp lực tại mỗi bộ phận: ξi : hệ số sức kháng của bộ phận i. K : hệ số thấm; q : lưu lượng ñơn vị. • Miền thấm thường chia thành thành các bộ phận chính như sau:

http://www.haquangnguyen.co.cc

Vẽ hình Nhận xét: - Tính toán ñơn giản. - Kết quả có sai số nhưng có thể chấp nhận ñược. - Dùng khi tính toán thiết kế sơ bộ.

http://www.haquangnguyen.co.cc -

3. Phương pháp tỷ lệ ñường thẳng • Là phương pháp ra ñời sớm; ðơn giản; ñộ chính xác phù hợp với công trình nhỏ hoặc dùng ñể tính toán sơ bộ. • Phương pháp ñược Blai ñề xướng sau ñó Lenx cải tiến. a. Theo Blai • Dọc theo ñường dòng, gradient dòng thấm không ñổi. J=H/L • Tốc ñộ trung bình : v = K.J • Lưu lượng thấm : q = K.J.T (m3/sm) • Xác ñịnh cột nước thấm: - Cột nước thấm tại một ñiểm cách mép hạ lưu ñường viền thấm một ñoạn x ñược tính:

b. Theo Lens • Tiêu hao cột nước ở 1 ñơn vị ñộ dài theo phương ñứng gấp m lần theo phương ngang.

• Chiều dài tính toán: Trong ñó: Lñ : Tổng chiều dài các ñoạn ñường viền thấm thẳng ñứng.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Ln : Tổng chiều dài các ñoạn ñường viền thấm nằm ngang. m : hệ số phụ thuộc số hàng cừ. » 1 hàng cừ → m = 1÷1,5 » 2 hàng cừ → m = 2÷2,5 » 3 hàng cừ → m = 3÷3,5 • ðiều kiện ñảm bảo an toàn cho công trình: Ltt > C.H Trong ñó: H : Chênh lệch cột nước. C : Hệ số tùy thuộc ñất nền. Tra bảng 2-2 GT.

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. TÍNH THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẼ LƯỚI THẤM 1. Khái niệm về lưới thấm • Trong môi trường ñồng nhất, ñẳng hướng, lưới thấm ñược hình thành bởi hai họ ñường cong trực giao nhau. - ðường dòng: Quỹ ñạo chuyển ñộng của các phần tử nước. - ðường thế: Tập hợp các ñiểm có cùng cột nước thấm.

2. Các phương pháp xây dựng lưới thấm a. Phương pháp giải tích • Viết phương trình họ ñường dòng, ñường thế: bài toán ñơn giản. b. Phương pháp thí nghiệm tương tự ñiện (EGðA) • Pavơpôpxki nghiên cứu dùng máy EGðA ñể vẽ lưới thấm. Kết quả có ñộ chính xác cao, giải ñược cả bài toán nền nhiều lớp và bài toán thấm ba chiều. c. Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp • Mô tả dòng thấm bằng dòng chảy tầng của chất lỏng nhớt trong một khe hẹp giữa 2 tấm kính. • Thể hiện ñược tính thực tế nhưng tốn kém và thiếu chính xác. • Trong thí nghiệm, dùng các tia màu ñể ñánh dấu ñường dòng, từ ñó xây dựng ñường thế. d. Phương pháp vẽ lưới bằng tay • Cơ sở vẽ lưới thấm: - ðường dòng và ñường thế trực giao nhau. - Họ các ñường dòng và các ñường thế trực giao nhau tạo các ô lưới hình vuông cong. Các trung ñoạn bằng nhau.

http://www.haquangnguyen.co.cc

- ðáy thượng lưu là ñường thế ñầu tiên, ñáy thoát nước HL là ñường thế cuối cùng. - ðường viền thấm là ñường dòng ñầu tiên, tầng không thấm là ñường thế cuối cùng. - Các ñường dòng không cắt nhau, các ñường thế không cắt nhau. • Cách xây dựng lưới: Lưới thấm ñược vẽ ñúng dần cho ñến khi ñạt yêu cầu.

3. Sử dụng lưới thấm ñể xác ñịnh các ñặc trưng của dòng thấm • Giả sử xây dựng ñược lưới thấm ñạt yêu cầu như trên. • Gọi số ống dòng là m do m+1 ñường dòng tạo nên. • Số dải thế là n do n+1 ñường thế tạo nên.

• Tiêu hao cột nước giữa 2 ñường thế liên tiếp: • Cột nước thấm tại ñiểm ñáy CT cách ñường thế cuối cùng n dải:

- Kiểm tra ñộ bền thấm tại cửa ra: Jra(max) < [J] • Xác ñịnh áp lực ñẩy ngược lên bản ñáy: - Từ công thức (*) vẽ ñược biểu ñồ cột nước thấm tại các ñiểm dưới ñáy công trình -> xác ñịnh ñược áp lực thấm Wth. - Tính áp lực thủy tĩnh ñẩy nổi Wn: Wn=γn.(H2+t).Lbñ

http://www.haquangnguyen.co.cc

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP SỐ 1. Phương pháp sai phân • Chia miền thấm thành những ô hình chữ nhật cạnh a,b. • Sai phân hóa các ñạo hàm riêng cấp 1, 2 theo các phương pháp sai phân gần ñúng. • ðưa về giải hệ phương trình tuyến tính bậc nhất nhiều ẩn.

Vài kết quả tính toán bằng phần mềm GEO-STUDIO 2004

http://www.haquangnguyen.co.cc

Vài kết quả tính toán bằng phần mềm GEO-STUDIO 2004

§2.3 THẤM QUA NỀN ðẤT KHÔNG ðỒNG NHẤT I. NỀN THẤM GỒM CÁC LỚP ðỒNG NHẤT VỚI HỆ SỐ THẤM KHÁC NHAU 1. Hệ số thấm trung bình a. Dòng thấm chảy dọc theo các lớp ñất • Giả thiết các lớp ñất xếp song song, dòng thấm chảy dọc theo các lớp ñất. • Gradient trong các lớp ñất phân bố giống nhau. • Hệ số thấm trung bình:

b. Dòng thấm chảy vuông góc với các lớp ñất • Các lớp ñất ñứng song song, dòng thấm chảy qua, vuông góc. • Lưu lượng qua các lớp như nhau:

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Sự ñổi hướng của dòng thấm khi vượt qua ranh giới giữa 2 lớp ñất khác nhau • Sơ ñồ tính toán • Xét một bó dòng phân tố:

Trong ñó: ds1=dl1.tgα ds2=dl2.tgβ

 K1tgα = K2tgβ ->

• Dựa vào quy tắc này, ta có thể vẽ lưới và giải bài toán thấm qua nền ñất gồm nhiều lớp khác nhau. • Lưu ý: Khi vượt sang lớp bên cạnh, lưới thấm sẽ là lưới chữ nhật (các ô có ∆L ≠ ∆S). Khi ñó cần khống chế trong tất cả các ô ñều có cùng tỷ số ∆L/∆S. II. MÔI TRƯỜNG THẤM DỊ HƯỚNG • Trong thực tế thường gặp trường hợp Kñ ≠ Kn, khi ñó có thể giải bài toán này bằng phương pháp biến ñổi tương ñương về môi trường thấm ñẳng hướng. • Các bước: - Giãn mọi thành phần thẳng ñứng của ñất nền theo tỷ số a sao cho lưu lượng thấm không ñổi. Khi ñó J giảm a lần nên cần tăng Kñ lên a lần. - Phép giãn phương ñứng ñã làm tăng mặt cắt ướt của dòng thấm ngang lên a lần -> Cần giảm hệ số thấm theo phương ngang xuống a lần ñể q=const.

http://www.haquangnguyen.co.cc

§2.4 CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG THẤM CHO NỀN ðẤT I. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Các mục ñích phòng chống thấm • Hạn chế lượng nước thấm ñến mức ñộ nhất ñịnh. • Giảm áp lực thấm dưới bản ñáy. • Giảm vận tốc thấm, gradient thấm, nhất là tại cửa ra. 2. Nhận xét: • Khi tăng chiều dài ñường viền thấm thì q, J giảm và ngược lại. • Khi tăng chiều dài ñường viền thấm phía thượng lưu thì Wth dưới ñáy công trình giảm. • Khi giảm chiều dài ñường viền thấm phía hạ lưu thì Wth dưới bản ñáy giảm nhanh. • Các ñoạn ñường viền thấm thẳng ñứng bố trí hợp lý có tác dụng lớn trong tiêu hao cột nước thấm. Bố trí cừ ngắn ở cửa ra cũng làm giảm Jra rất mạnh. II. CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG THẤM 1. Sân trước • Là bộ phận nối tiếp của công trình về phía thượng lưu ñể giảm áp lực và lưu lượng thấm. • Dùng khi nền thấm khá sâu hoặc ñịa chất nền không cho phép ñóng cừ. • Yêu cầu: - Không thấm nước. - Dễ thích ứng với biến hình nền. - Có tính chất mềm - Dùng một loại vật liệu.

a. Chiều dài sân (Ls) • Phụ thuộc: H, Tn, Kn, bề dày và hệ số thấm vật liệu làm sân.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Sơ bộ Ls = (3 ÷ 5)H • Chiều dài tối ña của sân trước theo Ughintrut:

Trong ñó: ttb : Chiều dày trung bình sân. T : Bề dày tầng thấm nền. Kst , Kn : Các hệ số thấm của sân và nền. b. Chiều dày • Xác ñịnh theo yêu cầu chống thấm:

b. Chiều dày • Xác ñịnh theo yêu cầu chống thấm: • Theo cấu tạo: Sân phủ bê tông: t ≥ 40cm; Sân ñất sét: tñ ≥ 0,5÷1,0m, tc ≥ 1,0m … 2. Cừ chống thấm • Tác dụng: Tiêu hao cột nước thấm, giảm Wth, q. • Chiều sâu ñóng cừ. - Tùy thuộc chiều dày tầng thấm và ñịa chất nền. - Theo ñiều kiện thi công: Smin = (2,5÷3)m. - ðộ sâu cừ chính: (0,6÷1).H. - Hàng cừ cuối sân hạ lưu:

http://www.haquangnguyen.co.cc

§2.5 BIẾN HÌNH THẤM CỦA ðẤT NỀN VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG, CHỐNG I. CÁC BIẾN HÌNH THẤM THÔNG THƯỜNG 1. Xói ngầm cơ học • Hiện tượng: Dòng thấm mạnh vượt quá một giá trị nào ñó → kéo ñi hạt ñất nhỏ → lỗ rỗng tăng → V tăng → cuốn hạt lớn → sụt nền. • Phương pháp kiểm tra: - Tính toán thấm xác ñịnh Jra. ðất dính:

- ðiều kiện kiểm tra:

• Xử lý chống xói ngầm: - Kéo dài ñường viền thấm, ñóng cừ cuối sân HL ñể giảm Jr. - Làm tầng lọc ngược ở dưới thiết bị cửa ra dòng thấm. (Tầng lọc ngược gồm 2 ñến 3 lớp, theo chiều dòng thấm lớp sau có dường kính hạt lớn hơn lớp trước). • Nguyên tắc thiết kế tầng lọc ngược: - Các hạt ñất bảo vệ không ñược di ñộng. - Các hạt ñất không lọt vào tầng lọc ngược. - Các hạt của lớp này không ñược chui qua khe hở của lớp kia. - ðảm bảo thoát nước. • Vải lọc (vải ñịa kỹ thuật): Tham khảo 14TCN 110-1996

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Loại không dệt: May, dính bằng nhiệt, dính bằng hóa chất. - Dệt; Dệt kim. - ðan. • Yêu cầu vải ñịa kỹ thuật: - Chặn ñất tốt. - Thấm nước tốt. - Chống tắc. - ðộ bền thi công ñảm bảo. - Tuổi thọ ñảm bảo. • Cấu tạo tầng lọc có vải ñịa kỹ thuật gồm: Lớp cát ñệm, lớp vải lọc, lớp ñá dăm 10÷15cm. • Các bước thiết kế chọn vải ñịa kỹ thuật: - Xác ñịnh yêu cầu lọc: Chặn ñất và thấm nước. - Xác ñịnh các ñiều kiện biên: Áp lực, ñiều kiện dòng chảy… - Xác ñịnh vải theo yêu cầu chắn ñất: Thành phần hạt, chỉ số dẻo, phân rã, ñường kính lỗ vải… - Xác ñịnh vải theo yêu cầu thấm nước: ðộ thấm của ñất K, gradient, hệ số thấm tối thiểu cho phép của vải. - Kiểm tra khả năng chống tắc. - Kiểm tra ñộ bền thi công: Các lực khi thi công tác dụng lên vải. - Xác ñịnh yêu cầu tuổi thọ.

2. Hiện tượng trôi ñất và biện pháp phòng ngừa Xét 1 ñơn vị thể tích trong miền thấm: • Chịu áp lực thủy ñộng thấm: Wt = γn.J • Ở dưới nền và phía thượng lưu ñất ñược nén chặt hơn. • Phía hạ lưu ñất bị ñẩy lên → trôi ñất. • Lực chống lại là trọng lực khối ñất: γñn = γk - γn.(1-n) • Ở trạng thái cân bằng giới hạn, cân bằng ta có:

Biện pháp khắc phục: • Làm tầng gia trọng. • Bố trí chân khay: Cần ñảm bảo: γn.hA < γñn.S + γp.t + C

http://www.haquangnguyen.co.cc

Trong ñó γñn : Dung trọng ñẩy nổi của ñất nền. S : Chiều sâu chân khay. γp , t : Dung trọng ñẩy nổi và chiều dày của lớp phủ.

Hệ số m = 1÷1,5 1. ðặc ñiểm của thấm qua nền ñá • Thấm qua ñá chủ yếu là thấm qua khe nứt. - ðá phún suất : n = 0,5 ÷ 0,8 - ðá trầm tích : n < 0,3 • Dòng thấm không tuân theo ñịnh luật ðacxi. 2. Áp lực thấm • Sơ bộ tính theo phương pháp tỷ lệ ñường thẳng: Wth=½.α.γ.B.H • Áp lực thủy tĩnh ñẩy nổi: Wtt = γ.H2.B • Áp lực dẩy ngược lên bản ñáy công trình: Wñn = γ.B.(H2 + ½. α.H) Trong ñó : α : Hệ số còn lại sau màng chống thấm, α = 0,3÷0,7 • Khi trong thân ñập có thiết bị thoát nước:

Tùy chiều cao ñập có thể tính như hình vẽ. • Lưu lượng: Tính như bài toán thấm có áp. • Các biện pháp phòng chống thấm: - Kéo dài ñường viền thấm thượng lưu. - Thoát nước cuối sân trước. - Làm màng chống thấm. - Phụt vữa xử lý nền.

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ðỘNG LÊN CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI §3.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP CỦA CHÚNG Ngoài các tải trọng và lực tác ñộng như các kết cấu xây dựng dân dụng khác, CTTL còn phải chịu thêm: • Áp lực nước: Thủy tĩnh, thủy ñộng, mạch ñộng… • Áp lực bùn cát lắng ñọng. • Áp lực ñất ñá. • Tải trọng do tàu thuyền gây ra. • Tải trọng do các thiết bị phục vụ XD và v.hành. • Lực biến dạng thể tích. (Xem TCXDVN 285-2002) I. PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG 1. Tải trọng thường xuyên • Trọng lượng bản thân và các thiết bị ñặt trên nó • Áp lực nước (tĩnh, ñộng) với trường hợp BT. • Áp lực nham thạch. 2. Tải trọng tạm thời, dài hạn • Áp lực nước tác ñộng trực tiếp lên bề mặt công trình và nền, áp lực thấm trong ñiều kiện làm việc bình thường với lũ thiết kế. • Trọng lượng ñất và áp lực bên của nó; áp lực của ñất ñá tác dụng lên vỏ ñường hầm. • Tải trọng gây ra do kết cấu chịu ứng suất trước. • Áp lực ñất phát sinh do biến dạng của nền và kết cấu công trình. • Áp lực bùn cát. • Tải trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong ñất bão hoà nước khi ñất chưa cố kết hoàn toàn. • Tác ñộng nhiệt lên công trình và nền. • Áp lực do sóng khi gió tính toán có tốc ñộ bình quân nhiều năm (Wbqmax). • Tải trọng gió. • Tải trọng ñộng sinh ra trong ñường dẫn có áp và không áp khi thượng lưu có mực nước dâng bình thường. 3. Tải trọng tạm thời, ngắn hạn • Tải trọng do tàu thuyền và vật trôi (neo buộc, va ñập). • Tải trọng do thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển và các máy móc, kết cấu khác. • Áp lực nước va trong thời kỳ khai thác bình thường. 4. Tải trọng tạm thời ñặc biệt • Tải trọng do ñộng ñất hoặc nổ. • Áp lực nước tương ứng khi xảy ra lũ kiểm tra. • Áp lực nước thấm khi thiết bị chống thấm và tiêu nước hỏng. • Áp lực sóng khi xảy ra gió và tốc ñộ lớn nhất thiết kế. • Áp lực nước va khi ñột ngột cắt toàn bộ phụ tải. • Áp lực phát sinh trong mái ñất do mực nước rút nhanh II. TỔ HỢP TẢI TRỌNG • Là tập hợp các lực ñồng thời có thể tác dụng lên công trình. • Việc chọn tổ hợp lực có ý nghĩa quan trọng ñối với tính kinh tế và kỹ thuật của công trình.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Theo TCXDVN 285 2002 gồm 2 tổ hợp lực: 1. Tổ hợp lực cơ bản • Bao gồm các tải trọng và tác ñộng tác dụng thường xuyên, tạm thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn với mức ñộ bình thường, có chu kỳ và tác ñộng ñồng thời lên công trình. 2. Tổ hợp lực ñặc biệt • Bao gồm các tải trọng và tác ñộng tác dụng thường xuyên, tạm thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn và 1 (hoặc có thể 2) tải trọng và tác ñộng tạm thời ñặc biệt tác ñộng ñồng thời lên công trình. §3.2 ÁP LỰC THUỶ TĨNH VÀ THUỶ ðỘNG 1. Áp lực thủy tĩnh ðược xác ñịnh theo những phương pháp ñã học trong thủy lực. • Thành phần nằm ngang: W1, W2 • Thành phần thẳng ñứng: W3, W4

4. Áp lực thủy ñộng • Sinh ra khi dòng chảy qua công trình gặp các vật cản như trụ pin, tường, mố tiêu năng… • Áp lực thuỷ ñộng bao gồm: áp lực ñộng trung bình theo thời gian và áp lực mạch ñộng: P = Pñ + Pmñ

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Pñ, Pmñ phụ thuộc vào cột nước lưu tốc: Trong ñó: Cp : hệ số áp lực. k : hệ số mạch ñộng. γn : dung trọng nước. • Áp lực thuỷ ñộng theo phương dòng chảy t/d vào các vật chắn:

Trong ñó: F:Diện tích mặt chắn chiếu lên phương vuông góc với d/chảy. V : Lưu tốc bình quân của dòng chảy. K : Hệ số ñộng lực, lấy bằng 1,2 ÷1,3. n : Hệ số kinh nghiệm. Sơ bộ có thể lấy n = 1,2 • Áp lực thủy ñộng khi dòng chảy qua công trình gặp các vật cản như trụ pin, tường, mố tiêu năng… - Thành phần tiếp tuyến: Có thể bỏ qua. - Thành phần theo phương pháp tuyến: Pñ=k.ρ.Q.v.(1-cosα) Trong ñó: ρ : KL riêng của nước; Q: Lưu lượng trực tiếp tác dụng lên bộ phận tính; k: Hệ số chảy vòng, phụ thuộc hình dạng mố. §3.3 TÁC ðỘNG CỦA SÓNG I. CÁC THÔNG SỐ CỦA SÓNG (Q. phạm: Tải trọng & lực t/d lên CT do sóng và tầu C1-78) • Các thông số của sóng: chiều cao h, chu kỳ τ, bước sóng λ, ηs, ηch • Phụ thuộc: Vận tốc gió V, thời gian gió thổi liên tục t, ñộ sâu của nước trong hồ H, chiều dài ñà sóng D. • Khi tính toán sóng thường chia thành sóng nước sâu và sóng nước nông.

1. Các thông số của sóng vùng nước sâu (H > λ/2) a. Các ñặc trưng sóng trung bình Các yếu tố trung bình của sóng gồm: htb, λtb, τtb. • Lập các tỉ số không thứ nguyên: gD/v2 và gt/v. • Tra theo ñường bao ñồ thị hình 35 tr.46QP hay tr.138ðA ñược 2 cặp giá trị: (gτtb/v và ghtb/v2). Chọn cặp giá trị bé. • Xác ñịnh ñược htb, τtb. Còn λtb ñược tính: λtb = gτ2/2π b. Chiều cao sóng với xác suất p% • ðược tính: hp = Kp.htb • Trong ñó Kp ñược tra trên ñồ thị hình 3-5 theo xác suất p và thông số gD/v2 . • Các yếu tố khác có thể lấy: λ = λtb τ = τtb. 2. Các thông số của sóng vùng nước nông (Hpg< H <λ/2) • Khi ñộ dốc ñáy hồ io ≥ 0.002:

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Xác ñịnh h, λ, τ như với sóng nước sâu. - Lấy τ = τtb; hi=Kt.Kp.Kn.Ki.htb - Với: Kt: h/s biến dạng; Kp: h/s khúc xạ; Kn: h/s tổn thất. - Lấy λ= (λ/λtb).λtb ; Trị số λ/λtb và các hệ số K ở trên tra theo ñồ thị hoặc tính toán như trong QP. - Hpg = (1.25÷1.8)h1% • Khi ñộ dốc ñáy hồ i ≤ 0.001: - h, τ xác ñịnh ở ñồ thị như của sóng nước sâu.

Nhận xét: • Thời ñiểm có ñộ dềnh lớn nhất và áp lực sóng lớn nhất không trùng nhau. Cách tính toán: ηs = Kηs.h ηch = Kηch.h • Thời ñiểm có áp lực sóng lớn nhất ứng với ñộ dềnh ηñ. ηñ = Kηñ.h • Các hệ số Kηs ; Kηch ; Kηñ ; Kñ ; Km ñược tra từ các ñồ thị hình 3,4,5 tr7,8 QP C1-78 hoặc tra theo GT. • Từ sơ ñồ tính toán xác ñịnh ñược các giá trị áp lực Pmax và mô men ñẩy Mmax ñối với chân công trình.

III. TÁC DỤNG CỦA SÓNG LÊN BIÊN NGHIÊNG • Khi sóng tiếp xúc với mái nghiêng sẽ có sóng leo. • Ký hiệu hsli% : Là chiều cao sóng leo ứng với tần suất P=i%. Tính toán chiều cao sóng leo: hsl1% = K1.K2.K3.K4.hs1% Trong ñó: hs1% : Chiều cao sóng ứng với tần suất ñảm bảo 1%. K1; K2 : Các hệ số phụ thuộc ñộ nhám tương ñối (∆/hs1%) tra bảng 6 tr14QP hoặc bảng3-1 GT. K3 : phụ thuộc (h/s mái m; tốc ñộ gió V) bảng 3-2 GT. K4 : phụ thuộc m; λ/h tra ñồ thị hình 3-8 GT. • Chiều cao sóng leo ứng với mức ñảm bảo i% ñược tính: hsli% = Ki%. hsl1% Ki% : bảng 8 tr14QP hoặc bảng3-4 GT

http://www.haquangnguyen.co.cc

Xác ñịnh phân bố áp lực sóng lên mái nghiêng: • Với mái ñược gia cố bằng các tấm bê tông, ñộ dốc mái 1,5≤m≤ 5 p2 xác ñịnh theo công thức: p2 = kno.knb.ptb.γh (T/m2) Trong ñó:

kno: hệ số, ñược xác ñịnh theo: knb: hệ số, xác ñịnh theo bảng (3-5) GT. γ: trọng lượng riêng của nước. h: chiều cao sóng. λtb: trị số trung bình của bước sóng. ptb: áp suất sóng tương ñối lớn nhất lên ñiểm 2, lấy theo bảng (3-6).

§3.4 TÁC ðỘNG CỦA ðỘNG ðẤT Khái quát chung • ðộng ñất là sự rung ñộng ñàn hồi của vỏ trái ñất với chu kỳ T và gia tốc τ. • ðộng ñất sinh ra lực quán tính làm thay ñổi áp lực bùn cát và làm tăng thêm áp lực nước. • Nguyên nhân ñộng ñất phức tạp, chưa có lý thuyết tính lực ñộng ñất chính xác nên thường dùng phương pháp tĩnh lực. • Chu kỳ ñộng ñất: T = (0,8÷1,2) giây. • Ở VN chủ yếu ñộng ñất xảy ra ở vùng biên giới phía Bắc. Khi tính toán chỉ xét ảnh hưởng của ñộng ñất cấp 7 trở lên. 1. Lực quán tính ñộng ñất

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðộng ñất sinh ra lực quán tính làm thay ñổi áp lực bùn cát và tăng thêm áp lực nước. • Trị số: Fñ = α.(G/g).τ = K.α.G Trong ñó: G: trọng lượng bản thân K = τ/g : hệ số ñộng ñất phụ thuộc cấp công trình, bảng (3-7) α : Hệ số ñặc trưng của ñộng ñất. α = 1 + 0,5 h1/ho h1 : khoảng cách từ trọng tâm phần tính toán tới mặt nền. ho : Khoảng cách từ trọng tâm công trình ñến mặt nền. • Phương trùng với phương của gia tốc ñộng ñất. • Chiều ngược chiều với chiều gia tốc ñộng ñất. 2. Áp lực nước khi ñộng ñất • Lực quán tính ñộng ñất có thể làm tăng hoặc giảm áp lực nước, khi tính toán lấy áp lực nước tăng thêm theo chiều bất lợi với CT.

Áp lực nước tăng thêm có thể tính theo 2 quan ñiểm: • Quan ñiểm 1: Dạng phân bố tam giác P = K.γ.y => Wññ = 0,5. K.γ.H2 • Quan ñiểm 2: P = 0,9.K.γ.(H.y)0,5 => Wññ = 0,6. K.γ.H2 cách ñáy 0,42H

2. Áp lực ñất khi ñộng ñất • Áp lực của ñất khi có ñộng ñất ñược tính: P’cñ = (1+2.K.tgφ).Pcñ (1) P’bñ = (1-2.K.tgφ).Pbñ (2) Trong ñó: Pcñ, Pbñ là áp lực ñất tại ñiểm tính toán khi không có ñộng ñất. • Theo lý thuyết Rankine:

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH VÀ ðỘ BỀN CỦA CÔNG TRÌNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 4 tiết • Các phương pháp tính toán. - Tính ổn ñịnh theo trạng thái giới hạn. - Phương pháp ứng suất cho phép. - Phương pháp hệ số an toàn cho phép. - Phương pháp lý thuyết ñộ tin cậy. • Ổn ñịnh của công trình trên nền ñá. - Phương pháp xét ñến lực ma sát. - Phương pháp xét ñến lực chống cắt. • Ổn ñịnh của công trình xây trên nền ñất. - Phán ñoán khả năng trượt. - Tính ổn ñịnh theo các sơ ñồ: Trượt phẳng, sâu, hỗn hợp. §4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN I. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 1. Những luận ñiểm cơ bản • Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn sử dụng một nhóm các hệ số an toàn mang ñặc trưng thống kê: nc, m, Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu KVL -> Hệ số an toàn chung K. • Trạng thái giới hạn: Là khi CT và nền mất khả năng chống lại các tải trọng và tác ñộng từ bên ngoài, khi bị hư hỏng hay biến dạng quá mức cho phép. • Trạng thái giới hạn thứ nhất: Công trình, kết cấu và nền của chúng làm việc trong ñiều kiện khai thác bất lợi nhất: các tính toán về ñộ bền và ổn ñịnh chung của hệ công trình - nền… • Trạng thái giới hạn thứ hai: Công trình, kết cấu và nền của chúng làm việc bất lợi trong ñiều kiện khai thác bình thường: ðộ bền cục bộ, chuyển vị và biến dạng, sự tạo thành hoặc mở rộng vết nứt… • Biểu thức tính toán - ðiều kiện ñảm bảo ổn ñịnh hay ñộ bền của công trình:

Trong ñó: Ntt: trị số tính toán của tải trọng tổng hợp. R: trị số tính toán sức chịu tổng hợp của công trình hay nền. • Công trình ổn ñịnh khi:

[K]: Là hệ số an toàn cho phép của công trình. (Tham khảo: TCVN 4253-86 và Tính toán nền các CT theo TTGH) 2. Xác ñịnh các ñại lượng và các hệ số a. Tải trọng tính toán • Tải trọng tính toán ñược xác ñịnh: Ntt = n.Ntc Trong ñó: Ntc: tải trọng tiêu chuẩn. n: hệ số lệch tải, xác ñịnh theo bảng (4-1). b. ðộ bền tính toán của vật liệu công trình hay nền

http://www.haquangnguyen.co.cc • Trong trường hợp chung

Trong ñó Rtc là cường ñộ tiêu chuẩn của vật liệu. • ðộ bền tiêu chuẩn của vật liệu ñược xác ñịnh trên cơ sở xử lý thống kê số liệu thí nghiệm mẫu. c. Hệ số tổ hợp tải trọng • Xác ñịnh từ sự phân tích các ñiều kiện công tác thực tế: - Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1,0 - Với tổ hợp tải trọng ñặc biệt: nc = 0,9 - Với tổ hợp tải trọng trong thi công: nc = 0,95 d. Hệ số ñiều kiện làm việc • Hệ số ñiều kiện làm việc khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất lấy theo bảng (4-2) GT hoặc theo quy phạm. • Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2, lấy m=1. e. Hệ số tin cậy Kn • Khi tính toán các trạng thái giới hạn thứ nhất: Kn lấy theo quy phạm, tùy thuộc vào cấp công trình. • Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 2, lấy Kn=1. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC 1. Phương pháp ứng suất cho phép • ðiều kiện bền: σmax ≤ [σ] Trong ñó: σmax : ƯS tính toán lớn nhất tại một ñiểm trong công trình. • ðộ bền tiêu chuẩn của vật liệu ñược xác ñịnh trên cơ sở xử lý thống kê số liệu thí nghiệm mẫu.

• Phương pháp ƯS cho phép thường sử dụng ñể kiểm tra sức chịu tải của nền, kiểm tra ổn ñịnh cục bộ của các công trình bê tông và BTCT. 2. Phương pháp tính theo hệ số an toàn • ðiều kiện ổn ñịnh:

Trong ñó: Fc , Fg: Các lực hoặc mô men chống lại và các lực hoặc mô men gây mất ổn ñịnh. [K] : Hệ số an toán cho phép, xác ñịnh theo quy phạm. • Trong trường hợp tính theo trạng thái giới hạn, có thể tính:

• Phương pháp hệ số an toàn dùng ñể kiểm tra ổn ñịnh tổng thể của các công trình như trượt (phẳng, sâu, hỗn hợp), lật, ñẩy nổi… 3. Phương pháp tính theo ñộ tin cậy • Trong thực tế hàm tải trọng và ñộ bền của công trình phụ thuộc rất nhiều yếu tố và biến ñổi theo quy luất ngẫu nhiên. • Phương pháp tính theo ñộ tin cậy xác ñịnh ñộ bền của công trình theo xác suất thống kê.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðiều kiện ổn ñịnh: p ≥ ptc Trong ñó: ptc: Xác suất tin cậy tiêu chuẩn, xác ñịnh theo cấp công trình và loại kết cấu. p: Xác suất p ñảm bảo sự làm việc an toàn, p(R>N). • Xác suất làm việc an toàn p và hệ số rủi ro v có quan hệ với nhau như sau: p=1-v (Các công thức xác ñịnh p và các hàm R, N xem trong giáo trình) §4.2 ỔN ðỊNH CỦA CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ðÁ Khái quát chung về ổn ñịnh của công trình trên nền ñá • Các công trình trên nền ñá thường bao gồm các loại ñập dâng nước, tường chắn, cống… bằng ñá xây, bêtông, bêtông cốt thép. • Các hình thức mất ổn ñịnh tổng thể của công trình trên nền ñá gồm: - Trượt: Thường là trượt phẳng hoặc mặt trượt răng cưa. - Lật. - ðẩy nổi: Do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên bản ñáy. • Với các công trình trọng lực thường khó có khả năng lật hoặc ñẩy nổi nên khi kiểm tra ổn ñịnh thường chỉ cần kiểm tra trượt phẳng. • Với các cống thấp vùng ñồng bằng, nhất là các loại cống có kết cấu bản ñáy tách rời tường bên thì ngoài việc kiểm tar trượt cần kiểm tra ñiều kiện ñẩy nổi. 1. Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại • Công thức chung:

• Các khả năng trượt: - Mặt trượt phẳng nằm ngang. - Mặt trượt nghiêng. - Mặt trượt răng cưa. - Trượt theo khe nứt. • Mặt trượt nằm ngang: - Sơ ñồ tính toán.

- ðiều kiện ñảm bảo an toàn: f: là h.s ma sát tiếp xúc tại mặt trượt. • Trị số f cần xác ñịnh thông qua thí nghiệm và xử lý thống kê chuỗi số liệu ño ñạc ñược. • Khi mặt trượt nằm nghiêng - Chiếu các lực theo các phương song song và vuông góc với

http://www.haquangnguyen.co.cc mặt trượt ñể xác ñịnh các lực gây trượt và chống trượt.

- Khi tiếp xúc giữa công trình và nền dạng răng cưa thì mặt trượt có thể có dạng răng cưa. Ngoài ra tùy thuộc tình hình nứt nẻ của nền ñá mà cần xét thêm các mặt trượt qua khe nứt. mặt trượt ñể xác ñịnh các lực gây trượt và chống trượt. - Khi mặt trượt nghiêng về phía thượng lưu: - Khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu: - Khi tiếp xúc giữa công trình và nền dạng răng cưa thì mặt trượt có thể có dạng răng cưa. Ngoài ra tùy thuộc tình hình nứt nẻ của nền ñá mà cần xét thêm các mặt trượt qua khe nứt. Nhận xét: - Khi mặt tiếp xúc nghiêng về phía thượng lưu thì công trình tăng thêm ổn ñịnh và ngược lại. - Khi nền ñá có các thớ nằm ngang nên tạo mặt tiếp xúc giữa công trình và nền dạng răng cưa ñể tăng ổn ñịnh. - Phương pháp tính toán ñơn giản, khi tính toán bỏ qua nhiều yếu tố khác nên kết quả không phản ánh 2. Phương pháp xét lực chống cắt trên mặt phá hoại • Khi nền ñá tốt, liên kết giữa bê tông và ñá tốt, cần xét ñến lực chống cắt trên mặt phá hoại • Các khả năng mặt trượt: Mặt trượt nằm ngang, nghiêng, răng cưa. • Mặt trượt phẳng nằm ngang: - Theo kết quả thí nghiệm, cường ñộ chống cắt τ ở mỗi ñiểm trên mặt trượt ñược biểu thị: τ = fσ + C Trong ñó f và C là các ñặc trưng chống cắt trên mặt phá hoại, có ý nghĩa tương tự như hệ số ma sát và lực dính ñơn vị. σlà ứng suất pháp trên mặt tính toán.

- ðiều kiện ñảm bảo an toàn:

A: là ñiện tích mặt trượt. • Các dạng mặt trượt khác ñược xét tương tự.. Nhận xét: - So với phương pháp trên, phương pháp này phản ánh gần sát với thực tế làm việc của công trình hơn. - Các hệ số f và C ñược xác ñịnh bằng kết quả thí nghiệm mẫu và xử lý thống kê các số liệu thí nghiệm. - Các trị số f và C thu ñược từ thực nghiệm thường là thiên lớn. Trị số C thay ñổi trong phạm vi rộng nên trong tính toán phải lấy

http://www.haquangnguyen.co.cc

§4.3 ỔN ðỊNH CỦA CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ðẤT I. NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG 1. Nội dung kiểm tra ổn ñịnh của công trình xây trên nền ñất • Các công trình trên nền ñá: ñập dâng, tường chắn, cống… • Nội dung cần kiểm tra ổn ñịnh: - Kiểm tra ổn ñịnh thấm của nền: ñộ bền thấm chung, cục bộ. - Kiểm tra biến dạng, lún, nghiêng. - Kiểm tra ổn ñịnh trượt. (*) • Các khả năng trượt: - Trượt phẳng. - Trượt hỗn hợp: Mặt trượt bao gồm một phần của mặt tiếp xúc giữa công trình và nền và một phần khoét sâu vào nền. - Trượt sâu: Mặt trượt ăn sâu vào nền trong phạm vi toàn công trình trong phạm vi khối trượt. 2. Phán ñoán khả năng trượt • Hình thức phá hoại nền phụ thuộc nhiều mặt liên quan hữu cơ với nhau. • Trạng thái ƯS biểu thị bằng chỉ số mô hình:

Trong ñó: σmax : ƯS max ñáy móng. B : Bề rộng ñáy móng. γI : Dung trọng ñất nền. • Trị số Nσ càng lớn càng có khả năng trượt sâu.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Trong ñó: Kt : hệ số thấm ñất nền. e : hệ số rỗng của ñất ở trang thái tự nhiên. to : Thời gian thi công. a : Hệ số nén của ñất. ho : Chiều sâu tính toán lớp cố kết. • Cv càng lớn càng có khả năng trượt phẳng. Các khả năng trượt: • Với nền cát, ñất hòn lớn, ñất có sét cứng và nửa cứng: chỉ cần tính theo sơ ñồ trượt phẳng nếu thoả mãn: Nσ < Nσ gh Nσ gh là chuẩn số không thứ nguyên, lấy bằng 1,0 ñối với cát chặt và 3,0 ñối với các loại ñất khác. [TCVN 4253-86] • Với nền ñất sét dẻo, dẻo cứng và dẻo mềm: Chỉ cần xét sơ ñồ trượt phẳng nếu:

• Khi không thoả mãn các ñiều kiện trên cần kiểm tra như sau: - Công trình trên nền ñồng nhất: Tính kiểm tra trượt hỗn hợp. - Công trình chỉ chịu tải trọng thẳng ñứng: Kiểm tra trượt sâu. - Công trình trên nền không ñồng nhất, chịu tải trọng thẳng ñứng và nằm ngang: Kiểm tra trượt sâu và trượt hỗn hợp. II. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH THEO TRƯỢT PHẲNG 1. Mặt trượt nằm ngang • Tải trọng tính toán: Ntt = ΣTtl + Ec – ΣThl • Tải trọng giới hạn của nền: R=(ΣG-ΣWñn)tgφI+miEb+FCI Ec, Eb : Áp lực ñất chủ ñộng và bị ñộng. Wñn : Áp lực ñẩy ngược dưới ñáy CT. mi: Hệ số ñiều kiện làm việc xét ñến chuyển vị ngang. • Hệ số ổn ñịnh:

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH THEO SƠ ðỒ TRƯỢT HỖN HỢP • Móng chia làm hai ñoạn: - ðoạn B1: Trượt sâu. - ðoạn B2 :Trượt phẳng. • Các bước tính toán: - Xác ñịnh B1, B2. - Lập quan hệ τgh ~ σgh - Với σtb ñã có tra ra τgh - Tính lực chống trượt: R = (σtb.tgφ + C).B2.L + B1.τgh.L - Tính hệ số ổn ñịnh K theo công thức như phần trên. (τgh : Cường ñộ tải trọng ngang giới hạn của nền)

• Sơ ñồ tính toán: • Khi P lệch tâm về hạ lưu thì các giá trị B, B1, B2 trong công thức

IV. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH THEO SƠ ðỒ TRƯỢT SÂU • Phương pháp tính - Phương pháp coi mặt trượt là trụ tròn. - Phương pháp theo trạng thái giới hạn. 1. Mặt trượt trụ tròn, nền ñồng chất. • Thay hệ lực bằng P,Q • Trượt P,Q theo h.vẽ.

http://www.haquangnguyen.co.cc

(Mômen với O phải không ñổi) • Phân tích P,Q theo 2 phương. • Tính hệ số K = ΣMct / ΣMgt

• ðiều kiện ổn ñịnh:

2. Mặt trượt trụ tròn, nền không ñồng chất Tính toán gần ñúng: • Quy về nền ñồng chất với các chỉ tiêu cơ lý trung bình. Phương pháp chia dải: • Chia khối trượt thành nhiều dải thẳng ñứng có chiều rộng b.

http://www.haquangnguyen.co.cc

ϕni, Cni : Góc ma sát trong và lực dính ñơn vị của lớp ñất dưới ñáy dải thứ i. Si : Chiều dài ñáy dải thứ i. 3. Tính trượt sâu theo trạng thái giới hạn Sơ ñồ tính toán:

§4.4 ỔN ðỊNH CỦA ðẬP ðẤT Khái quát chung • ðập ñất có trọng lượng rất lớn, khó có thể bị ñẩy ngang nhưng mái dốc có thể bị trượt nên cần kiểm tra ổn ñịnh trượt của mái và nền. • Các trường hợp tính toán: - Thời kỳ thi công và khi ñập vừa ñắp xong. - Khi hồ ñã làm việc với các mực nước thượng – hạ lưu. - Trường hợp mực nước thượng lưu rút nhanh ñột ngột. • Các loại tải trọng: Trọng lượng ñất ñắp và nền, áp lực nước, áp lực sóng, áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng, áp lực nước mao dẫn, lực ñộng ñất vá áp lực tăng thêm… (Phần này sẽ ñược xét kỹ trong Chương 6. ðập ñất)

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 6. ðẬP ðẤT NỘI DUNG CHƯƠNG Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 8 tiết; ðồ án: 15 tiết • Khái quát chung. - ðặc ñiểm làm việc của ñập ñất. - Các bộ phận của ñập ñất. - Phân loại ñập ñất. • Nguyên tắc và các bước thiết kế ñập. • Thiết kế mặt cắt cơ bản của ñập. • Tính toán thấm qua ñập ñất. - Các phương pháp tính thấm và giả thiết cơ bản. - Các bài toán thấm cơ bản. - Thấm qua ñập trên nền không thấm nước. - Thấm qua ñập trên nền thấm nước. • Tính toán ổn ñịnh ñập ñất. - Hình dạng mặt trượt. - Xác ñịnh vùng tâm trượt nguy hiểm của phương pháp cung trượt trụ tròn và các bước xác ñịnh Kmin. - Tính ổn ñịnh theo phương pháp cung trượt trụ tròn. - Tính ổn ñịnh theo cung trượt gãy khúc. - Tính ổn ñịnh lớp bảo vệ mái thượng lưu. • Vật liệu ñắp ñập. • Chọn cấu tạo chi tiết. • Xử lý nền, nối tiếp ñập với nền, bờ và công trình khác. • Chọn hình thức ñập. §6.1 KHÁI QUÁT I. GIỚI THIỆU CHUNG • Khái niệm: ðập ñất là công trình dâng nước xây dựng bằng vật liệu ñịa phương (các loại ñất, ñá phong hóa). • Tình hình xây dựng và phát triển ñập ñất: - Là loại công trình ñược con ngưởi sử dụng rất sớm: TQ, Ấn ñộ xây dựng ñập ñất từ 2500 - 4700 năm trước công nguyên. - Nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học và kỹ thuất thi công hiện ñại ñã xây dựng ñược nhiều ñập lớn. » ðập Oroville (USA) cao 224m dài 1530m » ðập Swiff (USA) cao 156m dài 640m » ðập Anderson Banch (USA) cao 139m dài 412m • Theo nghiên cứu tính toán, nếu thành phần hạt hợp lý, ñầm nén tốt thì ứng suát cho phép thân ñập có thể ñạt tới 110 kg/cm2. Ưu ñiểm của ñập ñất • Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm ñược các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng. Công tác chuẩn bị ñơn giản. • Cấu tạo ñập ñất ñơn giản, giá thành thấp. • Bền và chống chấn ñộng tốt. • Dễ quản lý, tôn cao, mở rộng. • Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi. • Qua quá trình phát triển ñã tích luỹ ñược nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý ñập.

http://www.haquangnguyen.co.cc

II. ðẶC ðIỂM LÀM VIỆC 1. Thấm qua thân ñập và nền • Khi MN thượng lưu lên cao hình thành dòng thấm qua ñập. • ðường mặt nước trong thân ñập là ñường bão hòa. • Phía trên ðBH là khu mao dẫn. ðộ cao 5÷15cm. • Dưới ñường bão hoà ñất chịu ñẩy nổi của nước và chịu lực thuỷ ñộng do thấm.

2. Ảnh hưởng của nước thượng hạ lưu ñối với mái ñập • Khi có sóng các kết cấu bảo vệ mái ñập có thể bị phá vỡ, gây xói lở thân mái, làm trôi các tầng lọc bảo vệ... • Cần có các biện pháp bảo vệ mái TL như: ðá ñổ, ñá lát khan, BT 3. Tác hại của nước mưa và nhiệt ñộ • Nước mưa thấm vào trong ñập làm dâng cao ðBH. • Nước mặt làm xói lở ñỉnh ñập và mái ñập. • Cần thiết kế các thiết bị thoát nước thân ñập, ñỉnh ñập và mái ñập. 4. Biến dạng của nền và thân ñập • Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, ñất thân ñập và nền bị biến dạng. Biến dạng làm nứt thân ñập và các thiết bị thoát nước. • Khi thiết kế cần tính toán kiểm tra lún, thấm… III. CÁC BỘ PHẬN CỦA ðẬP ðẤT 1. Thân ñập • Là bộ phận chủ yếu bảo ñảm ổn ñịnh của ñập ñất. • Hàm lượng chất hữu cơ ≤ 1% (CT lớn) ≤ 5% (CT nhỏ) • Hàm lượng chất hòa tan ≤ 3% (CT lớn) ≤ 8% (CT nhỏ) 2. Thiết bị chống thấm • Dùng vật liệu ít thấm nước, có tác dụng giảm lưu lượng thấm. • Thường có các dạng: - Tường tâm: Mềm (sét); Cứng (bê tông, bentonit)… - Tường nghiêng: » Tường nghiêng sân phủ: Khi tầng nền thấm nước dày. » Tường nghiêng chân ñanh: Nền thấm nước mỏng <10m. 3. Thiết bị thoát nước • Tác dụng: tập trung nước thấm dẫn về hạ lưu, tăng ổn ñịnh mái ñập hạ lưu. • Thiết bị thoát nước ñỉnh ñập. • Thiết bị thoát nước mái ñập. • Thiết bị thoát nước thân ñập: - Thoát nước kiểu lăng trụ. - Thoát nước kiểu gối phẳng. - Thoát nước kiểu ống dọc. - Thoát nước kiểu áp mái. - Thoát nước kiểu kết hợp.

http://www.haquangnguyen.co.cc

4. Thiết bị bảo vệ mái ñập • Tác dụng: chống sóng, phòng ngừa tác hại do nhiệt ñộ biến ñổi, do nước mưa chảy tràn gây ra. • Bảo vệ mái thượng lưu: Thường có: - ðá ñổ trong khung BTCT. - ðá lát khan, xây khan. - Tấm bê tông ñúc tại chỗ hoặc ñúc sẵn… • Bảo vệ mái hạ lưu: Thường dùng biện pháp trồng cỏ. IV. PHÂN LOẠI ðẬP ðẤT 1. Phân loại theo phương pháp thi công • ðập ñất ñầm nén. • ðập ñất bồi. • ðập nửa bồi. • ðập ñắp ñất trong nước. • ðập ñất bằng phương pháp nổ mìn ñịnh hướng. 2. Phân loại theo cấu tạo • ðập ñất ñồng chất. • ðập không ñồng chất: ðập ñắp bằng nhiều khối ñất khác nhau. • ðập có tường nghiêng. • ðập có tường lõi. • ðập hỗn hợp: Gồm các khối ñất khác nhau và ñá.

3. Phân loại theo ñiều kiện tháo nước • ðập ñất không tràn nước. • ðập ñất tràn nước: Sử dụng trong những ñ.kiện hạn chế, ñập thấp 4. Phân loại theo ñất nền (14 TCN 157-2005)

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðập ñất trên nền là ñá phong hóa vừa, nhẹ, tươi. • ðập ñất trên nền phong hóa mạnh và ñất. 5. Phân loại theo chiều cao ñập. • ðập thấp. • ðập vừa. • ðập cao. §6.2 NGUYÊN TẮC VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ I. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ • ðập và nền phải ổn ñịnh trong mọi ñiều kiện làm việc. • Tổn thất thấm qua nền và thân ñập không quá lớn. Không gây xói ngầm. Thoát nước thấm ra hạ lưu phải ñảm bảo. • ðập ñất phải ñủ cao, phải có công trình tháo lũ ñảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn trong mùa lũ. • Có các thiết bị bảo vệ ñập, chống tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt ñộ… • Giá thành ñập và kinh phí quản lý rẻ nhất. • Việc lựa chọn loại ñập, cấu tạo các bộ phận, thời gian và phương pháp thi công phải dựa vào tình hình của hệ thống công trình và thoả mãn các yêu cầu thi công, sử dụng và quản lý. II. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ • So sánh và lựa chọn loại ñập. • Xác ñịnh hình thức, kích thước chủ yếu của mặt cắt ñập. • Tính toán ổn ñịnh và ñộ bền của ñập. - Thấm qua ñập và nền. Kiểm tra ñộ bền về thấm. - Tính toán tầng lọc ngược và thiết bị tiêu nước. - Ổn ñịnh mái, tường nghiêng và các lớp bảo vệ. - Lún của thân, nền ñập và chuyển vị ngang. - Gia cố mái, ñộ bền của thiết bị bảo vệ dưới tác dụng của sóng. • Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận của ñập. • Xử lý nối tiếp giữa ñập và nền, ñập và các công trình khác nếu có. • Tính khối lượng công trình, vật liệu và sức lao ñộng cần thiết. Các bước thực hiện trong ñồ án tốt nghiệp • So sánh và lựa chọn loại ñập. • ðưa ra các phương án tuyến ñập. Hình thức và tuyến tràn tháo lũ. • Tính toán các ñặc trưng thủy văn: ðiều tiết hồ, ñiều tiết lũ… • Thiết kế sơ bộ cụm công trình ñầu mối theo các phương án. • Tính toán hối lượng, giá thành và lựa chọn phương án. • Tính toán lại ñiều tiết lũ với lũ thiết kế và lũ kiểm tra. • Xác ñịnh hình thức, kích thước chủ yếu của mặt cắt ñập. • Tính toán ổn ñịnh và ñộ bền của ñập. • Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận của ñập. • Xử lý nối tiếp giữa ñập và nền, ñập và các công trình khác nếu có. • Tính khối lượng, vật liệu, sức lao ñộng. Thiết kế tiến ñộ thi công. III. KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG ðẬP 1. Cao trình ñỉnh ñập • Nguyên tắc: không cho nước tràn qua trong mọi trường hợp. ðỉnh ñập không quá thấp và không quá cao. • Công thức tính: Lấy giá trị max trong các trường hợp sau: - Cao trình ñỉnh ñập với MNDBT, gió lớn nhất theo tần suất TK.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Zññ1 = MNDBT + hsl + ∆h + a - Cao trình ñỉnh ñập với MNDGC do lũ TK. gió bq lớn nhất. Zññ2 = MNDGC + h’sl + ∆h’ + a’ - Cao trình ñỉnh ñập với MNDGC do lũ có tần suất kiểm tra. Zññ3 = MNDGCKT + a” Ghi chú: Trong bước TKSB chọn phương án chưa cần tính lũ k.tra. Xác ñịnh các giá trị trong công thức • MNDBT: Xác ñịnh qua tính toán ñiều tiết hồ. (xem Thủy văn) • MNDGC: Xác ñịnh qua tính toán ñiều tiết lũ. (xem Thủy văn) • Tần suất gió: Xác ñịnh theo Bảng 4-2 [14 TCN 157-2005] • Xác ñịnh ñộ dềnh do gió ∆h và ∆h’ xem [QPTL C1-78]

Trong ñó: D là ñà gió; H1: Cột nước thượng lưu hồ; α: Góc kẹp giữa hướng gió và trục vuông góc với ñập (trục hồ). • Tính chiều cao sóng leo: hsl và h’sl (hsl và h’sl ñược tính như ở Chương 3)

Trong ñó: λs: Chiều dài sóng. hs: Chiều cao sóng. K: hệ số phụ thuộc tính chất của tầng bảo vệ mái: Với mái bằng tấm bê tông, ñá lát: K=1 Với mái bằng ñá ñổ, ñá xếp: K=0.77 • Tính ñộ cao an toàn a và a’: Phụ thuộc vào cấp công trình. Xem Bảng 4-1 [14 TCN 157-2005] 2. Chiều rộng ñỉnh ñập • Xác ñịnh theo yêu cầu giao thông, quốc phòng hoặc theo cấu tạo. • Khi không có yêu cầu giao thông có thể chọn sơ bộ theo:

M: Tr.lượng quả bom.

• Theo yêu cầu cấu tạo: [Theo Quy phạm Liên xô] - ðập thấp: B ≥ 3m. - ðập TB và cao: B ≥ 6m. • Khi có yêu cầu giao thông cần thiết kế theo quy phạm giao thông. Phụ thuộc mật ñộ xe, ñịa hình, cấp kỹ thuật ñường… • Khi có yêu cầu quốc phòng: • Lưu ý: Thiết kế cấu tạo mặt ñập phải ñảm bảo thoát nước mưa tốt. 3. Mái ñập và cơ ñập • ðộ dốc mái ñập phụ thuộc vào hình thức, chiều cao ñập, loại ñất ñắp, tính chất nền. • Khi thiết kế phải qua tính ổn ñịnh ñể chọn mái. • Khi chọn sơ bộ hệ số mái với H ≤ 40m có thể theo công thức:

http://www.haquangnguyen.co.cc

mTL = 0,05.H + 2 mHL = 0,05.H + 1.5 • Khi chiều cao ñập 10 < H ≤ 15m thường làm mái thay ñổi. • Khi chiều cao ñập H > 15m, cần bố trí cơ. Bề rộng cơ Bc ≥ 3m. Mái dốc phía dưới cơ thường làm thoải hơn phía trên cơ. • Lưu ý: - Chọn hệ số mái ñập chia hết cho 0,25. Ví dụ: 2,5 2,75 3,0… - Trên cơ và mái ñập cần bố trí các rảnh thoát nước.

§6.3 TÍNH TOÁN THẤM QUA ðẬP ðẤT I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Mục ñích và nhiệm vụ • Xác ñịnh lưu lượng thấm qua ñập và qua nền. Tìm lượng nước tổn thất thấm của hồ (cid:1) biện pháp phòng chống thấm. • Xác ñịnh vị trí ñường bão hoà (cid:1) tìm ñược áp lực thấm dùng trong tính toán ổn ñịnh của mái ñập. • Xác ñịnh gradien thấm (hoặc lưu tốc thấm) (cid:1) kiểm tra hiện tượng xói ngầm, ñẩy trồi ñất và xác ñịnh kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược. 2. Các phương pháp tính • Các phương pháp thấm như ở Chương 2. Trong chương này chủ yếu chỉ ñề cập ñến phương pháp thủy lực. 3. Các giả thiết về thấm: Xem Chương 2.

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Bài toán cơ bản 1: ðập có thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ hoặc gối phẳng. • Xét sơ ñồ tính toán như hình vẽ. • Theo Côzeni, ñường bão hoà là một parabol nhận ñiểm ñầu của thiết bị thoát nước làm tiêu ñiểm. • Phương trình ðBH có dạng: y2 = 2.ao.x

3. Bài toán cơ bản 2: ðập không có thiết bị thoát nước hoặc thiết bị thoát nước kiểu áp mái. • Xét sơ ñồ tính toán như hình vẽ. • Tại mặt cắt bất kỳ, tọa ñộ (x,y), xét vi phân dx,dy ta có:

• Vì ao chưa biết nên cần tìm một phương trình thứ 2. • Xét nêm hạ lưu CDE: Theo thực nghiệm CE có m=0,5.

http://www.haquangnguyen.co.cc Giả thiết tại nêm CDE bó dòng thấm nằm ngang. (hình vẽ)

4. Tính toán nêm thượng lưu khi mái nghiêng • Xét sơ ñồ tính toán như hình vẽ. • ðể ñưa về bài toán cơ bản cần biến ñổi nêm thượng lưu ABC thành hình chữ nhật tương ñương. • Theo các kết quả nghiên cứu lý luận và thực nghiệm: ∆L=λ.h1 Theo Mikhailop:

III. TÍNH THẤM QUA ðẬP TRÊN NỀN KHÔNG THẤM 1. ðập ñồng chất, không có thiết bị thoát nước • Xét sơ ñồ như hình vẽ. • Biến ñổi mái TL theo Mikhailốp:

ðưa tọa ñộ ñường bão hòa về sơ ñồ thực tế • Tại A: ðBH thực tế vuông góc với mái ñập. • Tại ñiểm uốn U nào ñó, ðBH thực tế tiếp xúc với ñường bão hòa lý thuyết. Theo kinh nghiệm ta có:

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. ðập ñồng chất, có thiết bị thoát nước thân ñập a. Thiết bị thoát nước dạng gối phẳng hoặc lăng trụ, hạ lưu không có nước. • Sơ ñồ tính toán

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. ðập ñất có tường lõi mềm Hạ lưu không có thiết bị thoát nước hoặc TBTN dạng áp mái. • Sơ ñồ • Biến ñổi chiều dày tường lõi thành chiều dày trung bình. • Biến ñổi chiều dày tường ñể hs thấm của tường và ñập bằng nhau: VẼ HÌNH Chú ý: 1. Tùy dạng thiết bị thoát nước mà áp dụng các bài toán như mục 2 sau khi biến ñổi tường lõi thành ñập ñồng chất. 2. Sau khi tính toán thấm phải ñưa sơ ñồ bài toán về dạng thực tế. (vẽ lại ðBH của tường lõi) 4. ðập ñất có tường nghiêng Hạ lưu không có thiết bị thoát nước hoặc TBTN dạng áp mái. • Sơ ñồ mặt cắt ñập. • Biến ñổi chiều dày tường nghiêng thành chiều dày trung bình. • Biến ñổi chiều dày tường ñể hs thấm của tường và ñập bằng nhau:

http://www.haquangnguyen.co.cc

Hạ lưu có thiết bị thoát nước. • Sơ ñồ mặt cắt ñập. • Biến ñổi chiều dày tường nghiêng thành chiều dày trung bình. • Biến ñổi chiều dày tường ñể hs thấm của tường và ñập bằng nhau:

Phương pháp phân ñoạn của Pavơlôpski: • Giả thiết dòng thấm qua tường nghiêng ñều vuông góc với hai mặt của tường. • Chia lưu lượng thấm qua tường nghiêng thành 2 ñoạn trên và dưới ñường bão hòa. q = q1 + q2 • ðoạn trên ðBH (ñoạn từ A->B)

http://www.haquangnguyen.co.cc

Trường hợp hệ số thấm của ñập và nền khác nhau • Sơ ñồ tính toán: Phương pháp: Khi tính thấm qua ñập thì coi nền không thấm, khi tính thấm qua nền thì coi ñập không thấm.

Trong ñó n là hệ số hiệu chỉnh chiều dài thấm. (Bảng 6-3). Khi tính toán cũng có thể lấy mẫu số = Ln +0.88.T • Lưu lượng tổng cộng qua ñập và nền: q = qñ + qn

http://www.haquangnguyen.co.cc

§6.4 ỔN ðỊNH CỦA ðẬP ðẤT I. KHÁI QUÁT • ðối với ñập ñất cần kiểm tra: - Ổn ñịnh trượt của mái dốc hoặc mái và một phần nền. - Ổn ñịnh lớp bảo vệ mái. • Các trường hợp cần tính toán kiểm tra ổn ñịnh: - Thời kỳ thi công và khi ñập vừa ñắp xong. - Khi hồ ñã làm việc với các mực nước thượng – hạ lưu. - Trường hợp mực nước thượng lưu rút nhanh. • Các loại tải trọng: Trọng lượng ñất ñắp và nền, áp lực nước, áp lực sóng, áp lực thấm, áp lực nước lỗ rỗng, áp lực nước mao dẫn, lực ñộng ñất vá áp lực tăng thêm do ñộng ñất. II. CÁC DẠNG MẤT ỔN ðỊNH CỦA MÁI DỐC 1. Sạt lở • Xảy ra ở mặt ngoài của sườn dốc. 2. Chảy ñất • ðất mái dốc dịch chuyển một phần hay toàn bộ thành dòng như dòng chất lỏng. • Trường hợp này thường xảy ra khi ñất mềm yếu, bão hòa nước. Khi áp lực nước lỗ rỗng phát huy tác dụng làm ñất mất khả năng chống cắt. 3. Trượt • Mặt trượt phẳng - Xảy ra ñối với ñất rời, ñập ñồng chất, không có dòng thấm.

- ðể ñảm bảo ổn ñịnh, góc nghiêng mái phải ñảm bảo: α ≤ ϕ

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Cung trượt hình cong: - Khi ñất có tính dính, một phần ñất bão hòa nước. - Khi tính toán thường giả thiết cung trượt dạng trụ tròn. • Cung trượt phức hợp - Khi ñập không ñồng chất hoặc trong nền có xen kẹp tầng ñất xấu. Cung trượt có dạng cung tròn kết hợp với ñường thẳng.

Các bước tính toán B1. Chia phần ñất trượt thành nhiều dải, bề rộng b=R/m • Với m là một số nguyên chẵn tự chọn: m= 10,15,20... • Trục ñi qua tâm O là trục ñối xứng của dải số 0. • Các dải ñược ñánh số như hình vẽ.

http://www.haquangnguyen.co.cc

1. Tính hệ số ổn ñịnh theo Giec-xê-va-nốp • Giả thiết khối trượt là khối rắn, áp lực thấm ñược chuyển thành áp

2. Tính hệ số ổn ñịnh theo phương pháp mômen dẫn xuất • Coi mômen của áp lực thấm tại mỗi dải ñối với tâm O bằng

http://www.haquangnguyen.co.cc

IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ðỊNH 1. Lịch sử phát triển các phương pháp tính toán ổn ñịnh • Cuman (1776): Giả thiết mặt trượt phẳng ñi qua chân mái dốc. • Collin (1860 – 1890): Khảo sát (cid:1) KL mặt trượt gần như trụ tròn. • PP Thụy ñiển: Do các nhà khoa học Thụy ñiển (1916). • Frontard và Risal (1920): Mặt trượt xoắn logarit. • Bishop (1950): Sử dụng mặt trượt trụ tròn, áp dụng phương trình cân bằng momen và phương trình cân bằng lực theo phương ñứng • Janbu (1950 – 1960): Mặt trượt bất kỳ, dùng p.p cân bằng lực. • Morgensten-price (1960): Mặt trượt bất kỳ, sử dụng phương pháp cân bằng lực và momen. • Fredlund (1970): Mặt trượt hỗn hợp, sử dụng phương pháp cân bằng lực và momen. • Blaker và Garber (1977): Mặt trượt dạng ñường cong logarit, dùng cả phương trình cân bằng lực và mômen. • Celestino và Duncan (1981): Sử dụng cực tiểu hàm nhiều biến ñể tìm bề mặt trượt nguy hiểm nhất, mặt trượt gồm một loạt các ñoạn thẳng. • Phương pháp tính theo ñộ tin cậy. 2. Giới thiệu phần mềm GEO-SLOPE • GEO-SLOPE là một modul trong bộ phần mềm GEO-STUDIO ñược phát triển bởi International Ltd (Canada). • Các phương pháp sử dụng tính toán: - Ordinary. - Bishop. - Janbu. - Morgensten-price.

http://www.haquangnguyen.co.cc

V. XÁC ðỊNH CUNG TRƯỢT NGUY HIỂM 1. Phương pháp Filennit • Sơ ñồ. • Tâm trượt nguy hiểm nằm lân cận ñường M1M. • α, β phụ thuộc ñộ dốc mái hạ lưu. (bảng 6-5 GT)

2. Phương pháp Fan-ñê-ép • Sơ ñồ. • Tâm trượt nguy hiểm nằm trong vùng giới hạn bởi 2 cung tròn và 2 ñường thẳng như hình vẽ.

3. Các bước xác ñịnh tâm trượt nguy hiểm và hệ số K

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Kết hợp tìm vùng tâm trượt nguy hiểm theo 2 phương pháp trên. • Lấy các tâm O1, O2, O3, O4 trên ñường M1M ñồng thời thuộc vùng tâm nguy hiểm của Fanñêep. Tính K cho các tâm với cung trượt ñi qua ñiểm chân hạ lưu.

VI. ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC KHE RỖNG 1. Khái quát • Môi trường ñất gồm 3 thành phần: hạt rắn, nước, khí. • Khi các hạt tựa vào nhau vững chắc, không bị biến dạng do tải trọng → ðất ñã cố kết hoàn toàn. • Khi chưa cố kết, tải trọng tác dụng làm ñất bị ép lại, một phần khí và nước thoát ra không kịp cũng bị ép sinh ra áp lực → Áp lực khe rỗng. Áp lực này làm giảm lực chống cắt. • ðối với ñập xây bằng ñất dính hay tại những bộ phận bằng ñất sét chống thấm khi thiết kế cần kiểm tra lực này.

Trường hợp ñất 2 pha (nước, ñất) thì β=0; µ=1 εtb, εo : Hệ số rỗng trung bình và ban ñầu. µ: h/s hòa tan khí trong nước. Khi to = 0 thì µ=0,024. Go: ðộ ẩm thể tích ban ñầu. Po, P: áp lực trong thành phần khí tương ứng ở trạng thái ban ñầu và trạng thái ñang xét. Có thể lấy Po=Pa. a’ : h/s xác ñịnh theo công thức:

a: h/s ép co. n’: h/s phụ thuộc số chiều của bài toán: 3 chiều: n’=3. ξ: h/số áp lực bên.

http://www.haquangnguyen.co.cc

θ1: ƯS do tải trọng & trọng lượng bản thân gây ra. θ2: ƯS do áp lực nước sinh ra, xác ñịnh từ cột nước biên.

Kx,Ky,Kz: h/s thấm theo phương x,y,z. iox,ioy,ioz: Gradient thấm ban ñầu theo các phương xyz. H: Cột nước thấm. • Với ñất ñẳng hướng thì phương trình cố kết có dạng:

VII. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM ðI RA MÁI HL • Dòng thấm thoát ra ở mái hạ lưu tại một ñiểm A nằm cao hơn mực nước hạ lưu và có thể gây xói ngầm. • Tại A: gradien thấm JA = sinα2 • Tại B: Theo lý thuyết JB = ∞ nhưng thực ra JB chỉ có thể ñạt trị số nhất ñịnh. • Xét ñiều kiện ổn ñịnh của một ñơn vị khối ñất tại A. - ð.K cân bằng cực hạn:

VIII. ẢNH HƯỞNG CỦA ðỘNG ðẤT • Các vùng có ñộng ñất từ cấp 7 trở lên cần xét ñến lực quán tính ñộng ñất. Pñ = kñ.α.G

• Phương, chiều: Chọn phương, chiều bất lợi nhất là phương ngang, chiều hướng ra ngoài mái dốc. • Thành phần này tham gia vào mô men gây trượt cho mái dốc ñập ñất.

IX. ðÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP CUNG TRƯỢT TRỤ TRÒN • Tính toán theo bài toán phẳng, chưa xét ñược bài toán không gian. (thiên về an toàn)

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Chưa xét ảnh hưởng của các lực tác dụng hai bên của mỗi dải ñất. CHƯƠNG 7 ðẬP ðÁ VÀ ðẬP ðÁHỖN HỢP NỘI DUNG CHƯƠNG Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 2 tiết • Khái niệm và phân loại. • Biến hình lún của ñập ñá. • Yêu cầu với vật liệu ñá ñắp ñập và nền ñập. • Tính toán thấm qua ñập ñá. - Thấm qua môi trường ñá. - Tính thấm cho ñập có tường nghiêng. - Tính thấm cho ñập có tường lõi. • Kích thước mặt cắt ñập ñá. • Thiết bị chống thấm cho ñập ñá. • ðập ñất – ñá hỗn hợp. §7.1. KHÁI NIỆM • ðập ñá là một trong những loại công trình cổ, dùng vật liệu tại chỗ, có thể thi công vào mọi mùa, kỹ thuật xây dựng ñơn giản. • Yêu cầu ñịa chất nền ñập ñá thấp hơn so với ñập bêtông: - ðá. - Không phải ñá nhưng chịu tải cao, ít lún. • Những ñập ñá cao từ 8 ÷ 10m trở lên thường là loại không tràn nước. Công trình xả lũ ñược bố trí trong thân ñập hoặc ở bên bờ. • ðối với những ñập thấp, có thể cho nước tràn qua ñỉnh. • ðể giảm lưu lượng thấm, người ta bố trí các thiết bị chống thấm trong thân ñập ñá. I. PHÂN LOẠI 1. ðập ñá ñổ • ðập ñá ñổ gồm 2 bộ phận: khối ñá ñổ và thiết bị chống thấm. - ðập ñá ñổ có thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng. - Kiểu tường tâm

2. ðập ñá xếp (xây khan) • Thiết bị chống thấm của ñập ñá xếp thường dùng loại tường nghiêng cứng. 3. ðập ñá nửa ñổ, nửa xếp • Phần thân ñập thượng lưu là ñá xếp, phần thân ñập hạ lưu là ñá ñổ.

http://www.haquangnguyen.co.cc

4. ðập hỗn hợp • Thường dùng nhất là loại ñập ñá, ñất hỗn hợp. • Phần ñất phía thượng lưu tạo thành thiết bị chống thấm. • Ngoài ra còn dùng loại ñập ñá và bê tông hỗn hợp.

5. ðập ñá ñổ có bản mặt bê tông • Xuất hiện ñầu thế kỷ 20, những năm 50 không ñược chấp nhận vì thiếu công cụ ñầm. • Cuối thế kỷ và hiện nay phát triển mạnh. • Thế giới ñã và ñang xây dựng 85 ñập, phát triển mạnh là Châu úc và Bắc Mĩ, ñập agnmilpa Mexico H= 187m. • Trung Quốc áp dụng từ năm 1985 ñến nay ñã có 74 ñập trong ñó có 17 ñập cao hơn 100m. • Việt Nam ñang xây dựng ñập Nahang cao hơn 100m. II. ðẶC ðIỂM LÀM VIỆC • Dòng thấm ra hạ lưu qua thiết bị chống thấm hoặc qua vai ñập. • Khối ñá có ñộ rỗng lớn (30 ÷ 40%) (cid:1) lực thấm t/d lên ñá rất nhỏ. • ðá dễ bị phong hoá do nước mưa, nước trong không khí lọt vào các khe ñá, nước thấm, nhiệt ñộ môi trường… • ðập ñá ñổ thường lún nhiều (cid:1) gây nứt nẻ hoặc phá hoại các thiết bị chống thấm. §7.2. BIẾN HÌNH LÚN CỦA ðẬP ðÁ Khái niệm • Biến hình lún của thân ñập chủ yếu do những chỗ tiếp xúc giữa các hòn ñá bị phá hoại gây ra. • Biến hình thân ñập gồm 3 phần: - Lún thẳng ñứng. - Lún di ñộng nằm ngang về phía hạ lưu. - Lún di ñộng từ hai bờ vào giữa. • Nguyên nhân: ðộ cứng, cấp phối hình dạng ñá, phương pháp thi công, ñịa hình và ñịa chất lòng sông… • Khi tính lún của ñập ñá phải xét ñến lún ngay trong thời kỳ thi công, bắt ñầu dâng nước và trong thời kỳ sử dụng. • Biện pháp giảm nhẹ: ðổ ñá từ trên cao xuống tạo lực xung kích, dùng ñầm chấn ñộng, dùng lực nước xung kích khi thi công… Tính toán biến hình lún

http://www.haquangnguyen.co.cc • Tính toán ñộ lún của ñập ñá trong thời kỳ xây dựng: (Dic)

Trong ñó: ∆h : ñộ lún của ñập tại ñộ cao h so với mặt nền. H : chiều cao ñập. tg αo : hệ số, phụ thuộc vào ñộ chặt của khối ñá ñổ. Với khối ñá ñổ không ñầm nén, tg αo = 0,08 ÷0,18; Với khối ñá ñổ có ñầm nén, tg αo = 0,004 ÷0,01. §7.3. YÊU CẦU ðỐI VỚI ðÁ LÀM ðẬP VÀ NỀN ðẬP 1. Yêu cầu ñối với ñá làm ñập • ðá phải chịu ñược áp lực nước và trọng lượng bản thân ñập. • Chống ñược phong hoá vật lý như nhiệt ñộ và khí hậu thay ñổi. • Hệ số mềm hoá của ñá trong nước ≥ 0,85 ÷ 0,90. • Chống ñược xâm thực hoá học của nước, không bị hoà tan. • Chịu ñược tác dụng của các lực tác ñộng như lực xung kích trong quá trình vận chuyển hoặc ñổ ñá. • Ngoài ra kích thước, cấp phối hình dạng ñá phải bảo ñảm những yêu cầu nhất ñịnh. 2. Yêu cầu ñối với nền ñập • Yêu cầu ñối với nền ñập ñá cao hơn so với ñập ñất nhưng thấp hơn so với ñập bêtông trọng lực. 1. Tính toán thấm qua môi trường ñá • Khi thấm qua môi trường ñá, dòng thấm chuyển ñộng không tuân theo quy luật Darcy. • Xét sơ ñồ, tại mắt cắt N-N: Dòng thấm qua ñá là dòng rối, theo GS. N.P.Puzưrepski:

Lưu ý: - Tính toán thấm qua ñập ñá là tính thấm qua tường giữa hoặc tường nghiêng chống thấm. - ðối với ñập hỗn hợp ñất ñá mà phần ñất tương ñối lớn, khi cần thiết phải xác ñịnh ñường bão hoà trong phần ñất.

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Tính thấm qua ñập ñá có tường lõi • Sơ ñồ tính toán. • Gọi ho là dộ hạ thấp ñường bão hòa. • Khi L/h1 < 0,5 có thể tính:

• Gradien của dòng thấm khi ra ở mép hạ lưu: Jt = sinα Jp = sinαtgβ J=sinα/cosα

§7.5. KÍCH THƯỚC MẶT CẮT ðẬP ðÁ

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 8 ðẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC NỘI DUNG CHƯƠNG Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 6 tiết • Khái quát. • Thiết kế mặt cắt ñập. - Tính toán mặt cắt cơ bản. - Thiết kế mặt cắt thực tế của ñập tràn và không tràn nước. • Phân tích ứng suất. - Xác ñịnh ứng suất biên ñập. - Xác ñịnh ứng suất thân ñập. - Phân bố ứng suất trong thân ñập. • Ảnh hưởng của các yếu tố ñến ứng suất thân ñập. • Yêu cầu về vật liệu, nền và xử lý nền. • Các hình thức ñập trọng lực cải tiến khác. §8.1. KHÁI QUÁT • ðập BT là ñập mà vật liệu chủ yếu là bê tông. • Các loại ñập BT: - ðập BT trọng lực: Là loại ñập có khối lượng bê tông lớn, lấy trọng lượng bản thân ñể ñảm bảo ổn ñịnh. Có thể cho tràn hoặc không tràn nước. - ðập trụ chống: Bao gồm ñập bản phẳng, ñập liên vòm, ñập to ñầu… - ðập vòm: (sẽ học ở chương 9) • Theo thống kê các loại ñập trên Thế giới: - ðập ñất chiếm 78%. - ðập ñá ñổ chiếm 5%. - ðập bê tông trọng lực chiếm 12%. - ðập vòm 4%. • Ưu ñiểm: - Kết cấu và phương pháp thi công ñơn giản, tạo ñiều kiện cơ giới hóa cao. - ðộ ổn ñịnh lớn. - Giảm khối lượng công trình ñầu mối. (do cho nước tràn) - Dễ tạo dáng góp phần tăng vẻ hài hòa của kiến trúc CTTL. • Nhược ñiểm: - Yêu cầu nền cao. - Khối lượng lớn, chưa tận dụng hết sự làm việc của VL. §8.2. THIẾT KẾ MẶT CẮT ðẬP I. THIẾT KẾ MẶT CẮT CƠ BẢN • Hình dạng mặt cắt cơ bản dựa theo lý thuyết ñàn hồi: - Theo ñiều kiện chịu lực. - Theo ñiều kiện biến hình nền. • Mặt cắt ñược dùng phổ biến là tam giác. • Tính toán m/c cơ bản theo 3 ñiều kiện: - ðiều kiện ổn ñịnh. - ðiều kiện ứng suất. - ðiều kiện kinh tế.

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Hồ ñầy nước: б’y=0; б”y=(γb-α1. γn).H - Hồ không có nước: б’y=γb.H; б”y=0 • Nhận xét: - Khi α1 càng nhỏ (áp lực thấm nhỏ) thì B nhỏ → cần có biện pháp giảm áp lực thấm ñáy ñập. - Khi α1=0.5 → B=0.72H; Khi α1=0 → B=0.65H 2. Xác ñịnh chiều rộng ñáy ñập theo ñiều kiện ổn ñịnh trượt • ð.kiện ñảm bảo ổn ñịnh trượt : K ≥ [K] Ta có : K= (ΣPct / ΣPgt) Hay ΣPct = K. ΣPgt → f. ΣG = K.W1 f : Hệ số ma sát tại mặt trượt. K: Hệ số ổn ñịnh trượt.

• Nếu lấy n=0; f=0.7; α1=0.5; γb=2.4T/m3, Ta có B ≈ 0.75H • Nếu α1=0 thì B ≈ 0.6H NHẬN XÉT: - Khi f=0.7: => Nếu Wth nhỏ thì chọn B theo ñiều kiện ứng suất. => Nếu Wth lớn thì chọn B theo ñiều kiện ổn ñịnh. - Tùy thuộc từng ðK tính toán, so sánh ñể chọn giá trị B lớn hơn từ hai kết quả tính toán ở hai ðK trên.

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Xác ñịnh mặt cắt kinh tế của ñập trọng lực không tràn • Giả thiết nhiều trị số ξ, như ξ = 0, ξ = 0,1, ξ = 0,2, ξ = 0,3… • Với mỗi ξ lại giả thiết nhiều trị số n, dựa vào yêu cầu ổn ñịnh chống trượt K ≥ [K], tính ñược các trị sốm ứng (cid:1) lập m = f(n). • Với mỗi cặp n và m của bước 2, tính toán ƯS chính ở biên thượng lưu và lập quan hệ σ'1 = f(n). • Với mỗi cặp n và m của bước 2, tính diện tích mặt cắt cơ bản A

II. MẶT CẮT THỰC TẾ CỦA ðẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1. Mặt cắt thực tế ñập không tràn Mặt cắt thực tế ñập dựa vào các ñk kinh tế, kỹ thuật và quản lý sửa chữa: • ðỉnh ñập: - Cao trình ñỉnh. - Bề rộng và cấu tạo ñỉnh • Bề rộng ñáy ñập. • Hình dạng còn phụ thuộc các ñiều kiện khác như: - Nối tiếp với bờ và công trình khác. - Nối tiếp hạ lưu. - Khe rỗng trong thân ñập.

2. Mặt cắt thực tế ñập tràn: Tương tự, xét ñến các ñiều kiện chịu lực và yêu cầu khác: • ðỉnh ñập: - Cao trình ñỉnh. - Hình dạng ñỉnh ñập tràn phù hợp ñk tháo nước. • Bề rộng ñáy ñập. Các khối BT thượng , hạ lưu. • Hình dạng còn phụ thuộc các ñiều kiện khác như: - Nối tiếp với bờ và CT khác. - Nối tiếp hạ lưu thường theo bán kính cong R. - Khe rỗng trong thân ñập.

http://www.haquangnguyen.co.cc

§8.3. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH 1. Yêu cầu tính toán • ðập bê tông trọng lực phần lớn ñược xây dựng trên nền ñá. Cần kiểm tra: - Ổn ñịnh chống lật. - Ổn ñịnh chống trượt. - ðộ bền của ñập và nền. 2. Các phương pháp tính toán • Phương pháp trạng thái giới hạn. • Phương pháp hệ số an toàn chống trượt tại mặt tiếp giáp giữa ñập và nền. (xem Chương 4) §8.4. TÍNH TOÁN ỔN ðỊNH I. MỤC ðÍCH, PHƯƠNG PHÁP, TRƯỜNG HỢP 1. Mục ñích Xác ñịnh ƯS tại mọi ñiểm trong thân ñập dưới tác dụng của ngoại lực và ảnh hưởng của các nhân tố khác như: Biến dạng nền, thay ñổi nhiệt ñộ, phân ñoạn thi công… nhằm xác ñịnh tình hình phân bố ƯS từ ñó tiến hành: • Bố trí phân vùng vật liệu. • Bố trí ñường hầm, tính thép trong lỗ khoét, ñường hầm. • Kiểm tra khả năng chịu tải của VL, nền. • Thiết kế tổ chức thi công… 2. Trường hợp tính • Khai thác: Tính với hai tổ hợp lực: Cơ bản và ðặc biệt. • Thi công: Thường tính với trường hợp vừa thi công xong. • Trường hợp sửa chữa. 3. Phương pháp tính • Các phương pháp lý thuyết: - Phương pháp SBVL. - Phương pháp lý thuyết ñàn hồi. - Các phương pháp số. • Các phương pháp thực nghiệm: - Thí nghiệm, quan trắc ño ñạc, tương tự… II. TÍNH ƯS BIÊN ðẬP THEO PHƯƠNG PHÁP SBVL 1. Các giả thiết cơ bản:

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Vật liệu ñàn hồi, ñồng nhất, ñẳng tính. • Phân bố ƯS pháp trên m/c ngang tuân theo quy luật TT. • Thân ñập cố ñịnh trên nền: Coi ñập ngàm chặt vào nền. Ưu ñiểm: • Tính toán ñơn giản, phạm vi ứng dụng rộng rãi. Nhược ñiểm: • Kết quả không chính xác, không dùng nghiên cứu cá biệt ñược. 2. Tính ứng suất biên ñập a. Ứng suất pháp бy • ƯS trên biên TL: б’y • ƯS trên biên HL : б”y

Chú ý: Chọn các mặt cắt chỗ ñặt biệt như: ðáy ñập, chỗ thay ñổi ñột ngột, trong thân ñập có hành lang, ñường ống… b. Ứng suất cắt τxy • Xét phân tố trên biên TL: dx, dy, dl, τxy, бx, бy. • Chiếu các thành phần lực theo phương Y:

Tương tự trên biên hạ lưu: • Xét phân tố trên biên HL: dx, dy, dl, τxy, бx, бy. • Chiếu các thành phần lực theo phương Y:

http://www.haquangnguyen.co.cc

c. Ứng suất pháp бx • Xét phân tố trên biên TL: dx, dy, dl, τxy, бx, бy. • Chiếu các thành phần lực theo phương X:

d. Ứng suất pháp chính • Xét biên TL: Mặt TL là một mặt chính, vì trên nó τ=0.

• Xét phân tố trên biên TL: dx, dy, dl, τxy, бx, бy.

e. Ứng suất cắt chính • Tại biên thượng lưu:

• Tại biên hạ lưu:

• Chú ý: - Kiểm tra sức chịu tải của BT là kiểm tra xem ƯS nén chính có vượt quá ƯS nén cho phép của BT. - ðiều kiện kiểm tra sức chịu tải của BT là: N ≤ [бn]. - Khi thiết kế tính toán giá trị ƯS nén chính max, từ ñó chọn mác của bê tông phù hợp. III. TÍNH CƯỜNG ðỘ ðẬP THEO P.P TRỌNG LỰC 1. Ứng suất pháp σy trên mặt cắt nằm ngang • Theo giả thiết ƯS pháp trên mặt cắt nằm ngang tuân theo quy luật tuyến tính: бy = a + b.x

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Dùng công thức nén lệch tâm của SBVL, thay các ñiều kiện biên vào ta ñược:

2. Ứng suất cắt trên mặt cắt nằm ngang • Xét phân tố trong thân ñập: cạnh dx, dy; Trọng lượng: γb.dx.dy • Xét ñiều kiện cân bằng tĩnh và chiếu các lực lên phương y:

3. Ứng suất pháp σx trên mặt cắt thẳng ñứng • Xét ñiều kiện cân bằng tĩnh và chiếu các lực lên phương x:

• Thay τ vào phương trình trên ta ñược:

• Phân bố σx có dạng bậc 3: σx = a2 + b2x + c2x2+d2x3 • Thay ñiều kiện biên ñể xác ñịnh a2, b2, c2,d2.

Lưu ý: 1. Có thể thay các vi phân bằng các sai phân của các hệ số a1, b1, c1 giữa hai mặt cắt ngang lấy cách nhau một khoảng ∆y. 2. Khi tính toán sơ bộ có thể ñơn giản hoá, xem ứng suất pháp úx phân bố theo quy luật ñường thẳng: σx = a2+ b2x 4. Ứng suất chính

http://www.haquangnguyen.co.cc • Tại ñiểm bất kỳ ta có ứng suất pháp chính:

• Ứng suất tiếp chính: • Phương của ƯS pháp chính N1 (khi N1>N2) làm với trục x (khi σx>σy) hoặc với trục y (khi σy>σx) góc θ1 xác ñịnh theo:

IV. PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG THÂN ðẬP 1. ðường ñẳng ứng suất • Các ñường cong trên ñó các ứng suất có cùng trị số gọi là ñường ñẳng ứng suất. • Cách xác ñịnh: - Tổ hợp tải trọng và tính các lực cho mỗi tổ hợp. - Chia mặt cắt thành các ô, tính các thành phần ƯS tại ñiểm nút. - Nối các ñiểm cùng trị số của N1, N2 theo cách vẽ nội suy ñường ñồng mức 2. Quỹ ñạo ứng suất chính • Là ñường cong mà phương của ứng suất chính tại mỗi ñiểm là tiếp tuyến của ñường cong ñó. • Cách xác ñịnh: - Xác ñịnh ứng suất chính và phương của nó tại các ñiểm nút. - Vẽ ñường cong tiếp xúc với phương các ứng suất chính.

§8.5. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG NỀN ðẾN SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT THÂN ðẬP • Dưới tác dụng của trọng lượng nước trong hồ và trọng lượng bản thân ñập, nền bị biến dạng, sự biến dạng ñó ảnh hưởng ñến sự phân bố ứng suất trong ñập nhất là ở phần chiều cao gần ñáy ñập. • Sự phân bố ứng suất ở vùng ñáy ñập chủ yếu phụ thuộc vào tỉ số Eñ và En .

http://www.haquangnguyen.co.cc

§8.6. ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC THẤM ðẾN CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT • Áp lực thấm Wt trên một mặt cắt ngang nào ñó có thể xác ñịnh theo công thức: Wth = α2.γ.Ω Trong ñó: α2: hệ số truyền áp lực, phụ thuộc vào trạng thái ứng suất của bê tông, dao ñộng từ 0,43 ÷0,95. • Ứng suất theo phương thẳng góc với mặt nằm ngang có chiều rộng b do áp lực thấm ñược tính:

Trong ñó M là mô men của lực thấm. • Nhận xét: Áp lực thấm trong ñập bê tông ñã làm cho ñập làm việc trong ñiều kiện bất lợi hơn. §8.7. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ðỔI NHIỆT ðỘ VÀ ðỘ ẨM ðẾN ỨNG SUẤT • Thời kỳ xây dựng: - Do quá trình thuỷ hoá của XM (cid:1) nhiệt ñộ của bê tông tăng. - Bê tông toả nhiệt và nguội dần (không ñồng ñều) (cid:1) phát sinh ứng suất kéo và nén. • Thời kỳ khai thác: - Quá trình toả nhiệt của khối bê tông kéo dài có khi ñến một vài năm mới ñạt trị số ổn ñịnh. - Nhiệt ñộ của phần giữa khối bê tông sẽ ñạt ñến nhiệt ñộ trung bình năm, các vùng biên ñập sẽ chịu ảnh hưởng của sự thay ñổi nhiệt ñộ không khí và nước quanh ñập. - Ứng suất nhiệt của ñập phát sinh trong thời kỳ khai thác là do ñộ chênh về nhiệt ñộ ở mép ngoài và phía trong của ñập. §8.8. ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC PHÂN GIAI ðOẠN THI CÔNG ðẾN ỨNG SUẤT THÂN ðẬP • Khi quá trình thi công theo nhiều giai ñoạn, ứng suất trong thân ñập phân bố khác quy luật mà chúng ta ñã nghiên cứu. • Ví dụ: - ðập thi công ñợt 1. - Phân bố ứng suất chính sau thời kỳ xây dựng thứ hai. - Phân bố ứng suất chính tổng hợp của hai thời kỳ xây dựng.

http://www.haquangnguyen.co.cc

Các biện pháp khắc phục: 1. Xử lý tiếp giáp tốt giữa bê tông cũ và mới. 2. ðặt cốt thép ứng suất trước ở mặt thượng lưu; 3. Phụt vữa xi măng với áp suất cao ở chỗ tiếp giáp giữa hai thời kỳ thi công; 4. ðặt thiết bị thoát nước ở chỗ tiếp giáp giữa bê tông cũ và mới ñể giảm áp lực ñẩy nổi. §8.9. ỨNG SUẤT QUANH CÁC LỖ VÀ CÁC HÀNH LANG TRONG THÂN ðẬP • Khi bố trí các lỗ và hành lang, sự phân bố ứng suất trên các mặt cắt ở các vùng ñập lân cận sẽ thay ñổi. • Sự phân bố ứng suất trong các khu vực phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của ñường ống và hành lang.

§8.10. VẬT LIỆU, CẤU TẠO CỦA ðẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1. Vật liệu xây dựng ñập bê tông trọng lực • ðối với bê tông thuỷ công cần ñạt các yêu cầu sau: - ðủ cường ñộ, thường dùng bê tông có số hiệu 100 ÷ 300. - Ít thấm nước, thường dùng loại bê tông chống thấm B4 ÷ B8. - Chống ñược sự bào mòn, xâm thực của nước. - Tính chỉnh thể. • Các biện pháp tiết kiệm xi măng: - Phân vùng ñập ñể dùng các loại bê tông có số hiệu thích hợp. - Triệt ñể lợi dụng cường ñộ của bê tông ở thời kỳ cuối. - Trộn thêm ñá hộc vào khối bê tông. - Trộn thêm vật liệu thay thế một phần xi măng. Các loại vật liệu có thể dùng ñể pha trộn: tro hoả sơn, ñất ñialomic, ñá vôi... - Trộn thuốc hoá dẻo vào bê tông. 2. Phân khe trong ñập bê tông trọng lực • Việc phân khe và chia ñập thành các ñoạn nhằm tránh nứt nẻ do biến dạng nhiệt hoặc do lún không ñều gây ra (cid:1) Khe vĩnh cửu. • Khe vĩnh cửu có hai loại: khe lún và khe nhiệt ñộ.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Khe lún: ñặt cách nhau 50 ÷ 60m tuỳ theo tính chất của nền. Khe lún cắt suốt chiều cao của ñập, ñảm bảo cho các ñoạn ñập làm việc ñộc lập nhau.

3. Cấu tạo ñỉnh ñập và thân ñập (Xem giáo trình)

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 11. CÁC LOẠI ðẬP KHÁC NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 2 tiết • Khái niệm và phân loại. • ðập cọc gỗ. • ðập cao su. - Ưu nhược ñiểm. - Các sơ ñồ bố trí. - Tính toán khả năng tháo. - Thiết kế túi ñập. §11.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1. Khái niệm • Trong những ñiều kiện nhất ñịnh, có thể áp dụng các hình thức ñập khác có những ưu ñiểm như: - Tận dụng vật liệu tại chỗ, hạ giá thành công trình. - Bố trí thi công ñơn giản, rút ngắn thời gian xây dựng... • Các dạng ñập này thường có mức ñộ kiên cố không cao, thích hợp với loại công trình nhỏ, cột nước thấp. • Việc nghiên cứu áp dụng các dạng ñập phù hợp trong những ñiều kiện nêu trên là cần thiết. 2. Phân loại • ðập gỗ: Sử dụng vật liệu gỗ là chủ yếu. - ðập cọc gỗ: Dùng cọc gỗ kết hợp với vật liệu ñất, ñá. - ðập tường chống: Bản chắn nước và tường chống ñều bằng gỗ. - ðập cũi gỗ: Dùng cũi gỗ, trong ñó chứa ñất cát, ñá.

• ðập ñá tràn nước: Sử dụng vật liệu ñá, kết hợp với một phần vật liệu khác như ñất, bê tông ñể làm ñập. - ðập trên nền ñất: có mặt tràn nước thoải. - ðập trên nền ñá: có mặt tràn dốc hơn, ở ñỉnh và chân mái hạ lưu có khối bê tông ñể giữ ổn ñịnh. Mặt tràn ñược xây bằng tấm bê tông hoặc ñá có kích thước lớn.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðập hỗn hợp bê tông, bê tông cốt thép - vật liệu ñịa phương: Thân ñập gồm vỏ bọc ngoài bằng bê tông, bê tông cốt thép và phần lõi bằng ñất hay ñá. - ðập Xen cốp.

• ðập cao su: - Thân ñập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí ñể tạo thành vật chắn nước. - Thành túi ñược gắn chặt với bản ñáy bằng bê tông cốt thép tiếp giáp với nền.

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 12. CÔNG TRÌNH THÁO LŨ NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: 7 tiết • Mục ñích, yêu cầu và phân loại công trình tháo lũ. • ðập tràn trọng lực: - Các yêu cầu bố trí và thiết kế. - Xác ñịnh khẩu diện. - Tính toán tiêu năng sau tràn. • ðường tràn dọc: - Cấu tạo, tác dụng các bộ phận và bố trí. - Nối tiếp và tiêu năng sau tràn. • ðường tràn ngang: - ðiều kiện sử dụng và ñặc ñiểm làm việc. - Tính toán thủy lực ñường tràn. • Xi phông tháo lũ: - ðiều kiện sử dụng. - Cấu tạo và tác dụng các bộ phận và quy trình làm việc. - Tính toán thủy lực. • Các loại công trình tháo lũ khác: - Giếng tháo lũ. - ðường tràn kiểu gáo... §12.1 MỤC ðÍCH YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI I. MỤC ðÍCH YÊU CẦU • Xây dựng công trình tháo lũ ñể tháo lượng nước thừa về mùa lũ, hoặc tháo một phần hay tháo cạn hồ chứa ñể kiểm tra sửa chữa ñảm bảo hồ làm việc bình thường và an toàn. • Lưu lượng tháo lũ thiết kế xác ñịnh ñược qua quá trình tính toán thủy văn ñiều tiết lũ. • CTTL có thể kết hợp CT ngăn nước, tháo nước, xả lũ sớm. • Vị trí có thể giữa lòng sông, bên vai ñập hay tách riêng. • Hình thức có thể là tràn tự ñộng hoặc tràn có cửa van khống chế. II. PHÂN LOẠI 1. Căn cứ vào cao trình cửa van: CTTL trên mặt, dưới sâu. • Dưới sâu: Cống ngầm, ñường hầm, ñường ống tháo lũ… - Có thể tháo ñược nước trong hồ chứa với bất kỳ mực nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hồ. - Có thể dùng ñể dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo bùn cát trong hồ, hoặc lấy nước tưới, phát ñiện. • Trên mặt: Tràn trọng lực, tràn dọc, tràn ngang, xi phông… 2. Căn cứ vị trí tương ñối với ñập: CTTL trong thân ñập và CTTL ngoài thân ñập. - CTTL trong thân ñập thường dùng với ñập BTTL. - Với ñập ñất thường bố trí bên vai ñập hoặc ở eo núi xa ñập. III. CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU • Phần ngưỡng tràn: - Là phần chủ yếu, quan trọng nhất của công trình. - Chế ñộ dòng chảy qua ngưỡng có thể ngập hay không ngập - Ngưỡng có thể hở hay kín. - Trên ngưỡng thường bố trí các thiết bị như: Trụ pin, cầu công

http://www.haquangnguyen.co.cc

tác, cầu thả phai, cửa van, phai, cầu giao thông, các thiết bị quan trắc… • Phần nối tiếp thượng lưu: - Tạo dòng chảy ñi vào thuận dòng, tránh những xô, va gây xói lở hai bờ và các phần khác của tràn. - Gồm tường hướng dòng, sân phủ, kênh dẫn… • Phần nối tiếp hạ lưu: - Là bộ phận nối tiếp ngưỡng tràn với hạ lưu, làm nhiệm vụ chuyển nước về hạ lưu. Bao gồm: » Kênh tháo: Có thể là dốc nước, bậc nước… » Thiết bị tiêu năng: Mũi phun, bể, tường… » Sân sau. Các tài liệu tham khảo: • Công trình tháo lũ. Ngô Trí Viềng – Nguyễn Văn Cung • Quy phạm tính toán thủy lực ñập tràn C8-76. • Quy phạm thiết kế tràn máng phun. §12.2 ðẬP TRÀN TRỌNG LỰC I. MỤC ðÍCH YÊU CẦU • ðập tràn trọng lực là công trình vừa ngăn nước, vừa tháo nước, ổn ñịnh nhờ trọng lượng bản thân. Thường bố trí kết hợp với ñập dâng là ñập bê tông trọng lực. • Các ñiểm cần lưu ý khi bố trí: - Bố trí trên nền ñá, trường hợp ko phải nền ñá cần xử lý. - Bố trí ñập ở lòng sông hoặc bãi bồi. - Bố trí phù hợp với Q tháo thi công và ñk thi công. - Có thể bố trí tháo kết hợp với hình thức khác. - ðảm bảo lưu tốc và lưu lượng ở hạ lưu cho giao thông thủy và cho các công trình khác làm việc bình thường. - ðảm bảo hạ lưu không bị xói mòn hay bồi lắng. - Phải xét tới bố trí tổng thể của cả cụm CT ñầu mối. II. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 1. Cao trình ngưỡng tràn • Tràn không có cửa van: Zng = ZMNDBT • Tràn có cửa van: Zng < ZMNDBT 2. Chọn lưu lượng ñơn vị • Khi chọn q căn cứ: ñịa chất lòng sông, hh, [Vhl], hình thức cấu tạo bộ phận bảo vệ sau ñập, quy trình ñóng mở cửa van. • Chọn sơ bộ: q ≤ qp = [Vhl].hh = Qp/Bp Trong ñó qp [Vhl], hh, Qp, Bp tính ở lòng dẫn hạ lưu ñập tràn. • Kinh nghiệm: nền cát: q=25÷40; sét: q=50; ñá:q=50÷60 m3/sm. 3. Bề rộng tràn • Bề rộng tràn phải tháo ñược Qmax trong mọi trường hợp và tháo ñược vật nổi. • Sơ bộ: B = Qmax / q với Qmax = Qlũ max- α.Qo α : 0,75 ÷ 0,90 là hệ số lợi dụng.

• Tính lưu lượng cho tràn chảy tự do:

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Tính lưu lượng cho tràn có CV: • Các bước tính toán bề rộng tràn trong thiết kế hồ chứa: - Chọn các phương án hình thức tràn, bề rộng tràn. - Tính toán ñiều tiết lũ cho từng phương án. - Thiết kế cụm công trình ñầu mối. - So sánh chọn phương án. 4. Hình dạng mặt cắt ñập tràn • Thường dùng: Không chân không kiểu Cơrigiơ Ôphixêrốp, có chân không kiểu ñầu tròn hay elíp. • Từ mặt cắt cơ bản dạng tam giác -> Xác ñịnh mặt cắt thực tế ñập tràn. (xem chương ðập BT trọng lực)

III. TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN 1. Tính thủy lực kiểm tra khả năng tháo • Tràn không có cửa van hoặc cửa van mở hoàn toàn:

• Tràn có cửa van, cửa van mở một phẩn:

2. Tính thủy lực thiết kế tiêu năng • Tiêu năng mặt. • Tiêu năng ñáy. • Tiêu năng phóng xa. • Các hình thức tiêu năng ñặc biệt. (Tham khảo: Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu CT tháo - Phạm Ngọc Quý) Tiêu năng dòng chảy mặt • Trạng thái chảy mặt là trạng thái mà lưu tốc lớn nhất của dòng chảy không xuất hiện ở sát ñáy kênh dẫn mà ở gần mặt thoáng tự do. • Nối tiếp chảy mặt thường gặp trong ñiều kiện có bậc thẳng ñứng ở hạ lưu.

• Tuỳ theo mực nước hạ lưu, trạng thái dòng chảy sẽ phân thành

http://www.haquangnguyen.co.cc

dòng chảy mặt không ngập và dòng chảy mặt ngập. - Khi hgh1 < hh < hgh2 có dòng chảy mặt không ngập. - Khi hh > hgh2 sẽ sinh ra dòng mặt ngập. • hgh1, hgh2: Là ñộ sâu giới hạn thứ nhất và ñộ sâu giới hạn thứ hai. Theo T.N.Axtafitsêva ñề nghị:

Tiêu năng dòng ñáy • Trạng thái chảy ñáy là trạng thái mà lưu tốc lớn nhất của dòng chảy xuất hiện ở gần ñáy kênh dẫn. Có thể gặp nối tiếp chảy ñáy ở hai trường hợp: - Dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy êm: Có nước nhảy. - Dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy xiết: Không có nước nhảy.

Tiêu năng phóng xa • Dòng chảy từ thượng lưu ñến cuối ñược nối tiếp với hạ lưu bằng dòng phun vào không khí. Cao trình ñỉnh mũi phun phải lớn hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu. • Là hình thức lợi dụng ma sát với không khí ñể tiêu năng.

http://www.haquangnguyen.co.cc

§12.3 ðƯỜNG TRÀN DỌC I. KHÁI NIỆM VÀ CHỌN VỊ TRÍ TUYẾN TRÀN • Thường sử dụng trong ñầu mối công trình có ñập không tràn bằng vật liệu tại chỗ. • Ưu ñiểm: thi công và quản lý ñơn giản, xây dựng ñược trong nhiều ñiều kiện ñịa hình khác nhau, yêu cầu về ñịa chất không cao, an toàn về tháo lũ… • Chọn vị trí tuyến: Thường chọn bên vai ñập hoặc eo núi khác. - ðiều kiện ñịa chất: Tuyến tràn ổn ñịnh. - ðiều kiện ñịa hình: Giảm khối lượng ñào ñắp. - Chọn vị trí ñể hướng các bộ phận vào, ra thích hợp.

http://www.haquangnguyen.co.cc

II. CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU 1. Kênh dẫn thượng lưu • Hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn ñược thuận. Góp phần tăng hệ số lưu lượng. • Mặt cắt hình thang hoặc chữ nhật thay ñổi dần ñể nối tiếp tốt với sườn núi và mái ñập.

2. Ngưỡng tràn • Là bộ phận quan trọng nhất. Hình dạng có thể là ñỉnh rộng hoặc thực dụng, trên ngưỡng có thể có các bộ phận như: trụ pin, cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa van, các thiết bị quan trắc… • Tuyến ngưỡng thường bố trí thẳng và vuông góc với tuyến ñập. • Chiều dài ngưỡng tùy thuộc việc bố trí các thiết bị bên trên. • Khả năng tháo tính toán tương tự như phần tràn trọng lực và kiến thức thủy lực ñã học, tùy thuộc hình dạng ngưỡng là: ðỉnh rộng hay thực dụng... 3. Kênh tháo • Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nước từ ngưỡng tràn xuống lòng suối hạ lưu. Bố trí theo ñịa hình ñể giảm khối lượng. • Thường có các dạng nối tiếp như dốc nước hay bậc nước. - Dùng dốc nước khi:

- Dùng bậc nước khi: io>id • Cuối kênh tháo là bộ phận tiêu năng như mũi phun, bể… • Khi tính thủy lực cần kể ñến ñộ sâu kể ñến hàm khí.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Khi tuyến kênh tháo cong cần chú ý tới lực ly tâm. • ðể giảm KL có thể bố trí ñoạn dốc nước thu hẹp dần. Các bước tính toán tiêu năng với hình thức dốc nước – mũi phun: • Xác ñịnh góc phun hợp lý: - Giả thiết các giá trị khác nhau của θm nằm trong khoảng (20÷35o) - Tính chiều dài nước rơi Lr và dx. θm hợp lý ứng với giá trị (dx/Lr)min. • Vẽ ñường bao hố xói: Giả thiết các cấp lưu lượng Qi. Tính Lr, dx ứng với các Qi, vẽ ñường bao hố xói. (Tham khảo từ tr.126 - Công trình tháo lũ) (Hoặc từ tr.42 - Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo)

http://www.haquangnguyen.co.cc

§12.4 ðƯỜNG TRÀN NGANG I. ðIỀU KIỆN SỬ DỤNG VÀ ðẶC ðIỂM LÀM VIỆC • Là loại tràn hở, gồm ngưỡng tràn, máng bên và kênh tháo. • Dùng khi ñịa hình dốc hẹp, không bố trí ñược tràn dọc, hoặc kinh tế hơn tràn dọc. • Ưu ñiểm: giảm ñược khối lượng ñào ñắp, tháo ñược lưu lượng lớn khi ñịa hình hẹp, giảm cột nước tràn và chiều cao ñập dâng. Có thể dùng cho mọi loại CT, thích hợp nền ñá. • ðặc ñiểm làm việc: Dòng chảy vào ngưỡng gần như vuông góc với dòng chảy trên kênh tháo. Dòng chảy trong máng bên là dòng biến lượng, chế ñộ chảy phức tạp. II. TÍNH TOÁN THỦY LỰC • Bao gồm: Tính khả năng tháo, tính thủy lực máng bên, tính thủy lực kênh tháo, tính toán thủy lực thiết kế tiêu năng. • Khả năng tháo: Tùy thuộc loại ngưỡng tràn, chế ñộ chảy. Tính như trong thủy lực ñã học. • Tính toán thủy lực máng bên: - Các phương pháp tính: » Phương pháp Zamarin. » Phương pháp dòng biến lượng Pêtơrôp. 1. Tính toán thủy lực máng bên theo E.A. Zamarin Coi dòng chảy trong máng là dòng ñều. Các bước như sau: • Chọn lưu tốc máng bên V. • Chia máng thành từng ñoạn. Khoảng cách từ ñầu máng ñến mặt

cắt i là x, ta có: • Chọn bề rộng ñáy máng b, mái dốc m. có Qi, V -> hi. • Tính ñộ dốc thủy lực J:

Với: n: ñộ nhám. • Tính giá trị ñộ dốc thủy lực trung bình Jtb. • Tính tổn thất cột nước hw=Jtb.L • Xác ñịnh cao trình ñáy máng, tường bên, h cuối máng. 2. Tính toán thủy lực máng bên theo Pêtơrốp

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Giả thiết dòng chảy là ổn ñịnh, vẽ ñường mặt nước theo pt:

Trong ñó: v: lưu tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt ñã ñịnh; Q: lưu lượng tại mặt cắt; z, p: toạ ñộ và áp lực thuỷ ñộng tại 1 ñiểm của mặt cắt; if: ñộ dốc ma sát (có thể xác ñịnh theo dòng chảy ñều); θ: hình chiếu lưu tốc dòng nhập vào lên phương của dòng cơ bản trong máng bên; α0: hệ số sửa chữa lưu tốc. • Gọi y là toạ ñộ của mặt nước tại mặt cắt x so với mặt chuẩn nằm ngang:

• Sai phân hóa phương trình trên ta có:

• Trường hợp dòng nhập vào thẳng góc với trục của dòng cơ bản trong máng bên thì θ = 0, khi ñó:

§12.5 XI PHÔNG THÁO LŨ I. ðIỀU KIỆN SỬ DỤNG • KN: Là một ống kín, lợi dụng chân không ñể tăng lưu lượng tháo và tự ñộng tháo ngắt. • SD: Dùng ở những nơi lũ về nhanh, thường ñược xây dựng trong các ñập bê tông cao. • Ưu ñiểm: - Tự ñộng tháo nước. - Khả năng tháo lớn -> Rẻ hơn các phương án khác. - Không cần cửa van, thiết bị ñóng mở. Cần ít nhân viên quản lý. • Nhược ñiểm: - ðộ chân không lớn, dễ xâm thực ; Chấn ñộng lớn ; Cấu tạo phức tạp, khó sửa chữa ; Khả năng ñiều tiết lưu lượng nhỏ.

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC

• Lưu lượng chảy qua xi phông ñược tính: • Trong ñó µ là hệ số lưu lượng, các ñịnh như sau: - Trường hợp cửa ra không ngập:

- Trường hợp cửa ra ngập:

• H: Là chênh lệch cột nước thượng hạ lưu. IV. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM ÁP LỰC CHÂN KHÔNG VÀ TRÁNH XÂM THỰC TRONG XI PHÔNG • Mở rộng diện tích trong ống, thu hẹp cửa ra hoặc cho cửa ra không bị ngập. • Lưu tốc trong xi phông không nên vượt quá 15÷20 m/s và lưu lượng ñơn vị không nên vượt quá 20 ÷ 25 m3/s.m. • Khi thiết kế phải khống chế ñộ chân không luôn luôn nhỏ hơn ñộ chân không cho phép. • Thiết kế nhiều ống xi phông và cho các ống ñó bắt ñầu làm việc ở những thời ñiểm khác nhau. • Thiết kế kết cấu phần vàocủa xi phông và thiết bị thông khí hợp lý, ñộ cong ở ñỉnh xi phông không ñược lớn quá. §12.6 CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KHÁC 1. Giếng tháo lũ • ðiều kiện sử dụng: - Bờ hồ là ñá, có ñịa hình dốc và hẹp không thuận lợi ñể xây

http://www.haquangnguyen.co.cc

dựng các công trình tháo lũ khác. - Bản thân ñường hầm tháo lũ là ñường hầm dẫn dòng lúc thi công. 2. ðường tràn kiểu gáo • ðây là công trình tháo lũ kiểu kín, có thể ñặt ở bờ sông hay thân ñập. Các bộ phận của công trình này bao gồm: Ngưỡng tràn, các ống tháo và thiết bị tiêu năng. 3. Tràn có ngưỡng ziczac • Kiểu phím ñàn Piano. • Kiểu ziczac hình cánh sao.

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 13. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 4 tiết • Mục ñích, yêu cầu và phân loại. • Công trình lấy nước không ñập. - Các hình thức công trình lấy nước không ñập và ñiều kiện SD. - Tính chất dòng chảy khi ñặt cửa lấy nước ở ñoạn sông cong, thẳng và ñoạn sông không ổn ñịnh. - Chọn vị trí ñặt cửa lấy nước. • Công trình lấy nước có ñập. - Các hình thức lấy nước có ñập và ñiều kiện sử dụng. - Diễn biến lòng sông trước và sau khi ñắp ñập. • Chỉnh trị ñoạn sông có công trình lấy nước. - ðoạn sông có công trình lấy nước không ñập. - ðoạn sông có công trình lấy nước có ñập. §13.1 MỤC ðÍCH, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 1. Mục ñích • Xây dựng công trình lấy nước từ sông, kênh, hồ chứa… ñể phục vụ cho các yêu cầu của các ngành dùng nước. • Thường ñược xây dựng với các công trình khác như: ðập, Bể lắng cát, cống xả cát, các công trình ñiều chỉnh dòng sông… • Các tài liệu phục vụ thiết kế: ðịa hình; ðịa chất; ðịa chất thủy văn: nguồn nước, Q, Z, v, I, bùn cát, tình hình bồi xói… 2. Các yêu cầu thiết kế • Thường xuyên lấy ñủ nước theo yêu cầu của các ngành dùng nước. • ðảm bảo ổn ñịnh cho CTTL, chống bùn cát bồi lắng trên kênh. • Kết cấu ñơn giản và rẻ. • Thuận tiện cho thi công, quản lý và ñiều khiển tự ñộng. • Tạo cảnh quan, bảo vệ môi trường, sử dụng tổng hợp… 3. Phân loại • Theo phương tách dòng chảy khỏi dòng chính vào công trình lấy nước bao gồm: Công trình lấy nước bên cạnh; Công trình lấy

• Theo hình thức có ñập hay không có ñập. • Theo khả năng ñiều tiết lưu lượng: Công trình lấy nước không cống; Công trình lấy nước có cống. • Phân loại theo hình thức lấy nước có BLC hoặc không BLC.

http://www.haquangnguyen.co.cc

§13.2 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ðẬP I. KHÁI NIỆM • Là hình thức ñặt trực tiếp cửa lấy nước trên bờ sông và không có ñập. • ðKSD: Khi mực nước và lưu lượng cho phép lấy ñủ theo yêu cầu. ðược sử dụng rộng rãi vì kết cấu ñơn giản, giá thành thấp song nó chịu ảnh hưởng của tự nhiên, quản lý, khai thác phức tạp, tốn kém. • VD: Các công trình lấy nước dọc sông hồng như Cống Liên Mạc: XD năm 1941, B=18m / 5 cửa, Q=41 m3/s, tưới cho 6100ha (cid:1) • Tình hình làm việc của công trình lấy nước liên quan chặt chẽ với ñặc tính dòng chảy nên ñể ñảm bảo yêu cầu kinh tế và kỹ thuật cần nghiên cứu kỹ ñặc tính dòng chảy ñể bố trí cửa lấy nước . II. ðIỀU KIỆN LÀM VIỆC 1. Tính chất dòng chảy khi ñặt cửa lấy nước ở ñoạn sông cong • Dòng nước thường mang theo bùn cát, sự phân bố bùn cát trong sông phụ thuộc vào sự phân bố lưu tốc dòng chảy.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Trong thiên nhiên những ñoạn sông thẳng rất ít chỉ chiếm khoảng 10 ÷ 20% chiều dài sông, phần còn lại là những ñoạn sông cong. Xét tại ñoạn sông cong: • Hướng chảy luôn thay ñổi và chuyển ñộng chung theo quỹ ñạo cong của sông nên chịu lực ly tâm Plt.

• Lực ly tâm làm chênh lệch mực nước giữa hai bờ. Chênh lệch ñó ñược tính:

• Chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh là sẽ cân bằng với lực ly tâm:

• ðộ dốc hướng ngang của mặt nước:

• Nhận xét: - Phía trên mặt dòng chảy xô sang bờ lõm. Phía dưới ñáy dòng chảy xô sang bờ lồi.

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Kết hợp với lưu tốc của dòng sông theo phương dọc ta thấy quỹ ñạo dòng nước là dòng xoắn ốc (Gọi là dòng chảy vòng trong ñoạn sông cong). - Dòng chảy vòng làm xói mòn lòng sông bên bờ lõm, bồi ñắp cho bờ lồi. 2. Tính chất dòng chảy khi ñặt cửa lấy nước ở ñoạn sông thẳng • Dòng chảy tách dòng ñi vào cửa lấy nước nên phát sinh hiện tượng dòng chảy vòng hướng ngang. • Qua thực tế thấy phạm vi ảnh hưởng của dòng chảy ñáy vào cửa lấy nước lớn hơn dòng chảy mặt.

• GS. Saumian ñưa ra công thức: Khi góc lấy nước α=30o÷90o : Bñ = 1,17.(K+0,40).Bk Bm = 0,73.(K+0,05).Bk Trong ñó:

Dưới tác dụng của dòng chảy vòng hướng ngang, CLN bị biến dạng mạnh, lượng bùn cát vào kênh lớn. Biện pháp khắc phục: - Làm công trình xói rửa b/c. - Nâng cao trình cống ñầu ñầu kênh tạo ngưỡng. - Gia cố bờ kênh, bờ sông. 3. Chọn vị trí ñặt cửa lấy nước • Việc chọn vị trí cửa lấy nước rất quan trọng, nó ảnh hưởng ñến hình thức bố trí, cấu tạo và ñiều kiện làm việc của công trình. • Qua nghiên cứu tính chất dòng chảy ta thấy nên ñặt CLN bên bờ lõm nhưng ñặt chỗ nào cho phù hợp thì cần phải tính toán, phân tích. Thấy rằng: - ðầu ñoạn: Dòng chảy vòng nhỏ, còn nhiều bùn cát. - Giữa ñoạn: Dòng chảy vòng lớn, bùn cát bị khuấy ñộng. - Cuối ñoạn: Dòng chảy vòng nhỏ dần, bùn cát lớn ñã chuyển qua bờ lồi. • Nên ñặt CLN về phía hạ lưu một ñoạn nhất ñịnh. • Theo nghiên cứu của GS. Danhelia: - Cửa lấy nước bắt ñầu từ ñiểm 3: Xác ñịnh bằng cách vẽ tiếp tuyến bắt ñầu từ chỗ uống cong (ñiểm 1) theo vết lũ 1%÷5%.

Hoặc sơ bộ:

• Ngoài ra cần xem xét theo ñ.k ñịa hình ñịa chất.

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. CÁC HÌNH THỨC BỐ TRÍ 1. Lấy nước bên cạnh • Sử dụng khi mực nước sông ñủ ñảm bảo yêu cầu dẫn nước vào kênh và Qk < 20% Qs. • Lấy nước bên cạnh không ñập, không cống: - Nhược ñiểm: Không khống chế ñược lưu lượng lấy, ñầu kênh bị bùn cát bồi lắng nhanh, lòng sông bị biến dạng, ñầu kênh thường bị dịch chuyển.

• Lấy nước bên cạnh không ñập, có cống: - Ưu ñiểm: Tháo xả bùn cát tốt, hạn chế ñược nhiều bùn cát có hại vào kênh lấy nước.

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Ưu ñiểm của công trình lấy nước bên cạnh: - ñơn giản, khi lưu lượng yêu cầu nhỏ thì kinh tế. • Nhược ñiểm của công trình lấy nước bên cạnh: - Lưu lượng lấy ñược nhỏ (không vượt quá 20% lưu lượng tự nhiên trong sông). - Lượng bùn cát bồi lắng nhiều trước cửa lấy nước. - Hạn chế khả năng ñiều chỉnh lưu lượng lấy vào kênh do mực nước sông thay ñổi nhiều. - Cửa lấy nước có thể bị dịch chuyển làm công trình lấy nước kém ổn ñịnh. Phí tổn nạo vét kênh lớn. • Khắc phục: Làm hệ thống lái dòng Potapốp, ñặt cống lấy nước ở bờ lõm, làm ngưỡng vào cống, bố trí góc lấy nước hợp lý. 2. Lấy nước chính diện • Dùng khi Qs, Zs và ñiều kiện ñ.hình, ñ.chất cho phép. • Có thể lấy Qk > 20% Qs nhưng lớn hơn không nhiều. • Yêu cầu mực nước có thể thấp hơn. • Bùn cát vào ít hơn do lưu tốc trong phần kênh dẫn nhỏ và thường có bố trí công trình tháo xả cát ñáy.

§13.3 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ðẬP I. KHÁI NIỆM VÀ ðIỀU KIỆN SỬ DỤNG ðược dùng khi MN sông không cho phép lấy ñủ lưu lượng, hoặc ñủ ñể lấy nước không ñập nhưng ta vẫn dùng lấy nước có ñập khi: • Lấy nước theo hình thức có ñập kinh tế hơn. • Cần lấy nước ở cả hai bờ và Qk khá lớn. • Cần ñảm bảo giao thông thuỷ. • Ở nơi lấy nước, trên sông có thác ghềnh. • Cần nâng cao chất lượng lấy nước vào kênh.

http://www.haquangnguyen.co.cc

II. DIỄN BIẾN LÒNG SÔNG SAU KHI XÂY ðẬP Sau khi xây ñập, dòng sông sẽ thay ñổi về bản chất: • Ở thượng lưu: - Bùn cát di ñẩy và lơ lửng hạt vừa và thô lắng ñọng trong vùng nước dâng. B/c rất nhỏ ñược mang xuống hạ lưu. - MN dâng lên làm kéo dài khu nước dâng về phía TL. - Khi có lũ, b/c lắng ñọng nhiều. Một phần b/c mang xuống HL. - ðộ dốc ñáy sông giảm dần, năng lực vận chuyển b/c, B, H, V thay ñổi. ðến một lúc năng lực v/c sẽ khôi phục như ban ñầu. • Theo Ab Tunhin chiều dài ñường nước dâng tính theo công thức: L = K . ∆H / i K : hệ số, lấy K=10; i : ðộ dốc ñáy sông trước khi xây ñập. ∆H : Chênh lệch Mn thượng – hạ lưu. • Ở hạ lưu: - Khi mới xây dựng xong ñập hạ lưu CT bị xói lở nghiêm trọng làm cho ñập kém ổn ñịnh, chế ñộ thủy lực thay ñổi, thời gian này kéo dài ñến hàng chục năm. - Khi TL ñã ñược bồi lằng nhiều, năng lực vận chuyển b/c dòng nước tăng lên, b/c ñược dần mang về HL và bồi lắng lại. - Khi ñó lòng sông hạ lưu ñược bồi lắng. Khi có CT xả cát thì sau cửa xả cát có thể hình thành các bãi bồi. ðáy sông HL có thể cao hơn trước khi xây ñập. • Các biện pháp: - Bố trí tổng thể công trình ñầu mối hợp lý. Lựa chọn kết cấu thích hợp. - Nghiên cứu ñầy ñủ diễn biến dòng sông. Tiến hành chỉnh trị sông sau khi xây dựng ñập.

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. CÁC HÌNH THỨC BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 1. Lấy nước bên cạnh • Thường bố trí cạnh ñập, sát bờ hoặc cuối ñoạn dẫn cong trước ñập. Bùn cát ñược tháo xả theo các lỗ trong thân ñập hoặc ñáy

• Tháo xả bùn cát bên cạnh: Tháo xả bùn cát qua cống dưới ñáy.

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Lấy nước chính diện • ðược sử dụng ở các ñoạn sông miền núi và có tác dụng ngăn ñá, sỏi, cuội vào cửa lấy nước.

• Công trình lấy nước từng lớp có lưới chắn dựa trên cơ sở sử dụng ñặc tính của dòng phản kích (N.F Danhêlia):

http://www.haquangnguyen.co.cc

§13.4 CHỈNH TRỊ ðOẠN SÔNG CÓ CTLN I. ðOẠN SÔNG CÓ CÔNG TRÌNH LN KHÔNG ðẬP 1. Lái dòng ñáy tách khỏi cửa lấy nước • Hệ thống lái dòng có tác dụng hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước và ñẩy bùn cát ñi.

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Giữ cho dòng chủ lưu luôn ñi sát cửa lấy nước • ðào vát cong ở ñoạn bờ sông bị lồi ở phía TL cửa lấy nước. • Làm ñập mỏ hàn ñể uốn lại chủ lưu. • Dùng hệ thống lái dòng ñể xói bãi bồi.

3. Giữ và nâng cao mực nước trước cửa lấy nước • Xây mỏ hàn hoặc ñê hướng dòng.

II. ðOẠN SÔNG CÓ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ðẬP Một số nguyên tắc cơ bản S.T.Altunhin và I.A.Buzunôp • Tạo ñoạn sông cong ở thượng - hạ lưu ñập với bán kính cong: - Ở thượng lưu: R1 = 7B; R2= 3,5B - Ở hạ lưu : R1 = 7B1; R2= 3,5B1 • B: Chiều rộng lòng sông chỉnh trị gần cửa lấy nước xác ñịnh ứng

• Chiều dài ñoạn sông chỉnh trị phụ thuộc vào hình thức bố trí cửa lấy nước. - Lấy nước một bên: LTL ≥ (5÷6)B LHL ≥ (4÷5)B1 - Lấy nước hai bên: LTL ≥ (6÷7)B LHL ≥ (3÷4)B1 - Lấy nước theo trình tự hai phía: LTL ≥ (8÷10)B; LHL ≥ (4÷5)B1

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 14. CỐNG LỘ THIÊN NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 5 tiết • Khái niệm và phân loại. • Xác ñịnh kích thước lỗ cống: Các bước tính toán xác ñịnh Bcống. • Thiết kế tiêu năng phòng xói - Tính thủy lực thiết kế tiêu năng sau cống. - Nước nhảy sóng, dòng chảy ngoằn nghèo sau cống. • Tính toán kết cấu các bộ phận cống. - Tính bản ñáy theo phương pháp dầm ñảo ngược. - Tính bản ñáy theo phương pháp dầm trên nền ñàn hồi. - Tính toán kết cấu tường ngực. • Cấu tạo và tác dụng các bộ phận cống. • Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống. §14.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI I. KHÁI NIỆM • Là loại công trình ñược xây dựng ñể ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước nhằm phục vụ cho các ngành dùng nước. • Khác với cống ngầm, cống lộ thiên ñể hở phía trên, thường bố trí thêm cầu ñể ñảm bảo giao thông. II. PHÂN LOẠI 1. Cống lấy nước: lấy nước từ sông, kênh hoặc từ hồ chứa phục các yêu cầu dùng nước. 2. Cống ñiều tiết: Xây dựng trên sông, kênh ñể ñiều tiết lưu lượng và cột nước: Nâng cao ñầu nước về mùa kiệt, tháo lũ về mùa lũ. 3. Cống tiêu: Dùng tháo lượng nước thừa nhằm chống úng cho một vùng nhất ñịnh. 4. Cống phân lũ: Dùng tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông theo hướng khác hoặc tập trung vào vùng trũng nhằm hạ thấp ñỉnh lũ. 5. Cống ngăn triều: Xây dựng gần biển, chịu ảnh hưởng của thủy triều. Tùy trường hợp mà có các nhiệm vụ như: Ngăn triều, giũ ngọt, thau chua, xổ phèn… 6. Cống tháo xả bùn cát: Dùng ñể xói rửa bùn cát. II. CÁC BỘ PHẬN CỦA CỐNG LỘ THIÊN 1. Bộ phận nối tiếp thượng lưu • ðảm bảo nước chảy vào thuận dòng, ổn ñịnh, ít tổn thất. Bao gồm các bộ phận: Tường cánh, sân trước, sân thứ 2, cừ… • Sân trước: Có tác dụng chống xói và tác dụng kéo dài ñường viền thấm về phía thượng lưu. - Vật liệu làm sân thường bằng ðất sét, ñá xây, BT, BTCT. Nếu là sét thì phía trên mặt phải có lớp bảo vệ chống nứt nẻ và xói. Bề dày 0,3÷0,5m. Lớp lót. - Chiều dài sân lấy: Ls=(3÷5)H hoặc dài bằng tường cánh. • Tường cánh thượng lưu: Có tác dụng hướng dòng chảy vào ñược thuận, chống xói, chống thấm vòng quanh bờ. - Chiều dài thường lấy theo chiều dài sân phủ. - Góc mở thường chọn sao cho tgθ = (1/3 _ 1/4) - Cao trình không vượt quá ñỉnh trụ pin, có thể thấp hơn nếu MN cho phép. (cid:1)ñ= (cid:1)MNmax+∆d - Vật liệu bằng gạch, ñá xây, BT, BTCT.

100

• Thường có các dạng mở rộng dần theo các kiểu sau: - Xoắn vỏ ñỗ: Dòng chảy rất thuận nhưng cấu tạo phức tạp, khó thi công, thường dùng khi thượng lưu không có kênh dẫn. - Hạ thấp dần: ðơn giản, KL nhỏ, nước vào không thuận lắm, chống thấm vòng quanh bờ kém, hay lấy hệ số mái bằng với hệ số mái ñê. - Tường vuông góc hoặc lượn tròn, có tường ngang cắm vào bờ: Khối lượng lớn, hay có hiện tượng nước vật.

• Sân trước thứ 2: Có tác dụng chống xói và kéo dài ñường viền thấm vế phía thượng lưu. - Cấu tạo có thể bằng ñất sét , ñá xây, bê tông… - Chiều dài: Có thể tính sơ bộ Lst2 = (4÷10)∆H hoặc theo y/c về thấm, xói. - Chiều dày ñầu sân thường lấy bằng 0,5÷1m, cuối sân lấy theo ñiều kiện chống thấm: t = ∆H / [J]

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Bộ phận nối tiếp hạ lưu • ðây là ñoạn quá ñộ ñể dòng chảy qua công trở lại trạng thái bình thường, ở ñây cần bố trí các thiết bị tiêu năng phòng xói. • Bao gồm các bộ phận: Tường cánh HL, sân tiêu năng (sân sau thứ nhất), sân sau thứ 2, hố xói ñào sẵn… • Tường cánh hạ lưu: ðảm bảo dòng chảy ra thuận, không tách rời tường cánh, khuếch tán ñều. - Cấu tạo: ðá xây, bê tông… - Chiều dài: Do yêu cầu tiêu năng quyết ñịnh, chiều dài nân bằng chiều dài sân tiêu năng. - Các hình thức: Có các loại tương tự như tường cánh thượng lưu.

101

• Sân tiêu năng (sân sau thứ nhất): - Tác dụng: Tiêu năng phòng xói. - Cấu tạo: ðá xây, bê tông, BTCT… - Chiều dài: Tính toán theo yêu cầu thủy lực. - Chiều dày: 0,5÷1,5m. Theo Dambropsky : t = 0,15 . v1. (h1)0,5 - Bản ñáy thường ñục lỗ thoát nước và bố trí tầng lọc ngược. - Hình thức kết cấu phụ thuộc các hình thức tiêu năng như: Bể, tường, mố, ngưỡng, dầm tiêu năng… • Sân sau thứ hai: - Tác dụng: Tiêu hao nốt năng lượng thừa, bảo vệ lòng kênh. - Cấu tạo: ðá xếp, rọ ñá, bê tông lăng trụ... Yêu cầu V < [V]. - Sân có tính chất mềm, dễ thích nghi với biến dạng lòng kênh, dễ thấm, bề mặt gồ ghề. • Chiều dài:

http://www.haquangnguyen.co.cc

K : Hệ số phụ thuốc ñất nền: K = 10÷12 -> Cát mịn, cát pha. K = 8÷9 -> Cát to, ñất dính. K = 6÷7 -> ðất sét. Ngoài ra có thể xác ñịnh sơ bộ L = (4÷10).∆H • Hố xói ñào sẵn: Nhằm bình phục hoàn toàn dòng chảy và tránh ñào xói lòng kênh hạ lưu. - Kích thước xác ñịnh theo tính toán thủy lực hoặc theo thí nghiệm mô hình. 3. Phần thân cống • ðây là phần chính quyết ñịnh nhiệm vụ của cống là ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước, liên kết tốt thân cống với nền và bờ. • Bao gồm các bộ phận: Bản ñáy, các mố giữa và mô bên, cửa van, giàn van, cầu công tác, cầu thả phai, tường ngực, cầu giao thông, nhà quản lý… a. Bản ñáy • Tác dụng: Phân bố tương ñối ñều ñặn lực từ trên truyền xuống nền, chống thấm, tạo ma sát với nền, giữ ổn ñịnh cho thân cống. Nhiều khi còn kết hợp môt phần làm sân tiêu năng, khi ñó nó còn có nhiệm vụ như sân tiêu năng. • Chiều dài: Theo yêu cầu thủy lực và bố trí các bộ phận ở trên như cầu giao thông, cầu công tác... • Chiều dày: ðảm bảo ñiều kiện chịu lực, tính toán xác ñịnh theo kết cấu. Thông thường t = 0,5÷1,5 m. • Nếu bản ñáy tách rời với mố bên và mố trụ cần kiểm tra ñều kiện ñẩy nổi:

102

http://www.haquangnguyen.co.cc

K: Hệ số, lấy K = 1,1÷1,2 h: Cột nước thấm tại ñiểm tính. • Nếu cống rộng cần chia khoang, bố trí khe lún, khớp nối. b. Mố giữa và mố bên • Mố giữa có tác dụng phân cống thành các khoang thích hợp với quy mô cống và loại cửa van, giảm bớt chiều rộng cửa van, tiện cho quản lý. Mố giữa và mố bên còn ñỡ cầu công tác, cầu giao thông… • Mố bên ngoài nhiệm vụ như mố giữa còn làm nhiệm vụ chống thấm, chắn ñất. Các hình thức của mố bên như hình vẽ sau:

]

c. Cửa van • ðể ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước. • Có các loại cửa van như ở Chương 17. Thông thường cửa van ñược thiết kế ñịnh hình, việc chia khoang chọn mố nên xem xét ñể phù hợp với cửa van. d. Cầu giao thông • Thiết kế theo yêu cầu và tiêu chuẩn của ngành giao thông khi có tuyến ñường giao thông ñi qua. Nếu không cũng nên bố trí vì y/c vận hành, quản lý. e. Cầu công tác • ðể ñặt máy ñóng mở và thực hiện nhiệm vụ kéo và giữ van. • Cao trình ñặt cầu tùy thuộc vào loại cửa van, kích thước van, phương thức lắp ráp, vận hành, thiết bị ñóng mở… • Thiết kế cầu công tác cần ñề cao tính mỹ thuật. f. Cầu thả phai và nhà ñể phai g. Nhà quản lý h. Các thiết bị quan trắc: Gồm các loại chính như: Ống ño áp; Mố theo dõi lún, xê dịch ngang; Thiết bị ño ứng suất, biến dạng.

103

http://www.haquangnguyen.co.cc

k. Tường ngực • Nhằm giảm bớt chiều cao cửa van, tăng ổn ñịnh hướng ngang, chắn nước. • Cao trình ñỉnh tường: Zñt = ZMNmax + d • Cóthể tính như tính cao trình ñỉnh ñập BT. • Cao trình ñáy tường: Zñ = ZMNmin + a a = 0,3÷0,5m • Cấu tạo gồm bản che, dầm trên, dầm dưới.

§14.2 TÍNH THỦY LỰC XÁC ðỊNH KHẨU DIỆN I. XÁC ðỊNH MỰC NƯỚC THIẾT KẾ THƯỢNG LẠ LƯU 1. Mực nước hạ lưu a. Cống lấy nước • Căn cứ MN nơi cần dùng, vẽ ðMN trong kênh → MNTK ñầu kênh Zñk . Vd ht tưới : Zñk = Zmr + ∑hcb + ∑hdñ b. Cống tiêu nước • Tiêu nước ra sông, ñặt sát bờ sông không chịu ảnh hưởng của triều: MN hạ lưu ñể an toàn lấy bằng MN sông ứng với Q2=Q1+Qt • Cống tiêu nước ra sông chịu ảnh hưởng của triều, cống ñặt sát bờ sông: MN hạ lưu chọn theo MN triều ứng với tần suất thiết kế. • Nếu cống tiêu nước ra sông mà sau cống còn một ñoạn kênh dẫn thì MN hạ lưu cống ñược tính toán ngược từ dưới sông lên bằng các phương pháp tính ðMN.

104

http://www.haquangnguyen.co.cc

Trong ñó: K = Qk/Qs ; v = (Qs-Qk)/Ωs • Như vậy: ZTL = Z1 - ∆Z1 - ∆Z2 • Trường hợp có thêm ñoạn kênh thượng lưu trước cống lấy nước: ZTL = Z1 - ∆Z1 - ∆Z2 - ∆Z3 Lưu ý: Trong trường hợp cao trình MN trước cống ñặt trực tiếp ở bờ sông tính toán ñược thấp hơn MN phân giới của sông thì lấy bằng MN phân giới của sông. b. Cống tiêu nước • Nếu phía thượng lưu có khả năng ñiều tiết thì ñường quá trình mực nước ñược xem xét như hồ chứa. • Trường hợp khác ñường quá trình MN ñược tính theo phương pháp dòng biến lượng không ổn ñịnh dựa theo yêu cầu tiêu úng. 3. Mực nước thượng – hạ lưu cống trong mạng lưới kênh: • ðặc ñiểm: Mực nước thượng, hạ lưu cống phụ thuộc vào sự làm việc của toàn hệ thống, các cống trên mạng kênh và lưu lượng vào ra tại các nút biên. • Các kênh trong mạng lưới thường có ñộ dốc bằng 0 và tạo thành mạng kín hoặc hở. • Mực nước thượng, hạ lưu ñược xác ñịnh từ bài toán thủy lực dòng không ổn ñịnh cho hệ thống kênh - sông. • Nguyên lý tính toán là giải hệ phương trình xuất phát từ phương trình liên tục và phương trình chuyển ñộng của dòng chảy (Hệ PT Saint-Vernant) với các hàm ẩn Q, Z cho tất cả các ñiểm nút trong mạng và các nút biên.

II. LỰA CHỌN KIỂU NGƯỠNG CỐNG 1. Chọn lưu lượng ñơn vị Khi chọn q lớn, kích thước cống ñược giảm nhỏ, song tiêu năng sau cống sẽ phức tạp. Nếu chọn q nhỏ thì ngược lại. Cần lưu ý như sau: • Khi ∆H lớn, năng lượng dòng chảy qua cống lớn: chọn q nhỏ. • Khi hh nên chọn q nhỏ ñể giảm nhẹ vấn ñề tiêu năng. • Khi nền yếu, khả năng chống xói kém nên chọn q nhỏ. • Khi qui mô cống lớn nên q nhỏ dễ khuếch tán dòng chảy.

105

http://www.haquangnguyen.co.cc

Theo kinh nghiệm: Cống phân lũ, nền cát: q=10 ÷15m3/s.m Cống tiêu: q = 4 ÷11m3/s.m Cống lấy nước: q = 4 ÷9m3/s.m 2. Lựa chọn kiểu ngưỡng cống Hình thức ngưỡng ảnh hưởng ñến khả năng dẫn nước qua cống. → ảnh hưởng ñến Bc. Thường có: Ngưỡng ñỉnh rộng và thực dụng. • Ngưỡng ñỉnh rộng: Khi (2÷3)H < δ < (8÷10)H Dùng khi: - Cần hạ thấp cao trình ngưỡng ñể tăng khả năng tháo. - Khi ñã có q nhưng không ñòi hỏi hệ số lưu lượng lớn. - Cần thi công ñơn giản, nhanh.

• Ngưỡng thực dụng Dùng khi: - Cần hệ số lưu lượng lớn. - Khi MN thượng lưu và ñáy kênh chênh nhau nhiều. - Khi cần hạn chế q hay giảm chiều cao cửa van.

III. XÁC ðỊNH KHẨU DIỆN CỐNG 1. Trường hợp tính toán ðể ñảm bảo công làm việc tốt trong mọi trường hợp làm việc cần tính toán khẩu diện cống ứng với trường hợp làm việc bất lợi nhất. • Với cống lấy nước : là trường hợp chênh lệch MN nhỏ nhất mà vẫn tháo ñược lưu lượng thiết kế. Trong trường hợp này cửa van mở hoàn toàn. • Với cống thuộc mạng lưới kênh – sông mực nước chênh lệnh thường nhỏ và thay ñổi không nhiều nên trường hợp trên không hẳn là bất lợi nhất. Khi ñó cần thiết kế với nhiều khẩu diện cống và so sánh chọn phương án kinh tế nhất, ñáp ứng ñược các yêu cầu về giao thông thủy. 2. Trường hợp cửa van mở hoàn toàn Trước hết cần xác ñịnh trang thái chảy. a. Chảy tự do • ðể không chảy ngập: hn ≤ n.Ho với 0,75 ≤ n ≤ 0,83÷0,87 • Lưu lượng tính theo công thức ñập tràn chảy tự do:

ε : Hệ số co hẹp bên: Phụ thuộc cách phân khoang, chọn mố. m : Hệ số lưu lượng: Phụ thuộc kiểu ngưỡng tràn và cột nước Ho.

106

Ho : Cột nước trên ngưỡng có kể ñến lưu tốc tới gần. Nếu ΩTL > 4∑b.H thì bỏ qua lưu tốc tới gần, lấy Ho = H (Xem QP tính toán thủy lực ñập tràn C8-76)

- Lưu lượng tính theo công thức:

h : ðộ sâu trên ngưỡng cống. h = hh-Zhp Zhp : ðộ sâu hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống.

http://www.haquangnguyen.co.cc

107

Zhp = ξhp.hk ξhp: Tra biểu ñồ tr24.TK Cống. φn : Hệ số lưu tốc chảy ngập. Xác ñịnh theo thủy lực. φn =f(m) φg : Hệ số phụ thêm của lưu tốc. φg = 0,5ε + 0,5 (khi ε ≥ 0,8) ε : Hệ số co hẹp bên.

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Trường hợp cửa van mở một phần • Với bài toán này thường ñã biết bề rộng cống, ñây là bài toán thủy lực kiểm tra khả năng tháo, thiết kế tiêu năng hoặc vận hành quản lý khi MNTL cao. • Sau cửa van thường có nước nhảy, gồm có: Nước nhảy ngập, nhảy tại chỗ, nhảy phóng xa. • Khi hc” < hh và hc < hk thì xuất hiện nước nhảy ngập.

• Chảy không ngập dưới cửa cống. - Loại này thường ít gặp vì nó gắn liền với nước nhảy phóng xa (hc” > hh) và (hc < hk). ðây là ñiều cần tránh khi TK công trình. - Lưu lượng tháo xác ñịnh theo công thức:

§14.3 THIẾT KẾ TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI I. ðẶC ðIỂM DÒNG CHẢY QUA CỐNG Dòng chảy qua cống có năng lượng lớn, ñể thiết kế tiêu năng hiệu quả cần nắm ñược các ñặc ñiểm sau: • Dòng chảy qua cống có lưu tốc lớn, phân bố không ñều, mạch ñộng lưu tốc và áp lực xảy ra mới mức ñộ lớn. • MN thượng-hạ lưu và Q chảy qua cống thường xuyên thay ñổi theo thời gian nên trạng thái chảy cũng thay ñổi: Lúc chảy tự do, lúc chảy ngập... • Trong quá trình ñiều tiết và tháo nước dòng chảy ở HL khuếch tán không ñều khiến cho việc tiêu năng trở nên phức tạp. • Bcống < Bkênh, ñất nền thường yếu nên dòng chảy thường gây xói lở → cần chú ý ñể ñảm bảo cho d/c khuếch tán ñều. • Chênh lệch MN thượng-hạ lưu thường nhỏ nên nhiều trường hợp

108

http://www.haquangnguyen.co.cc

phát sinh nước nhảy sóng sau cống → Gây xói lở cục bộ ở hạ lưu. Ngoài ñặc ñiểm chung trên, các cống vùng triều còn có những ñặc ñiểm sau: • Cống vùng triều thường làm việc với mực nước hạ lưu lớn, nối tiếp sau cống ở chế ñộ chảy ngập với mức ñộ ngập lớn. • Thuỷ triều ảnh hưởng và quyết ñịnh chế ñộ mực nước TL-HL. • Sau cống thường xuất hiện nước nhảy sóng và sóng ñứng chảy vọt qua bể, quá trình tiêu năng phần lớn diễn ra sau bể. • Cống ñặt trên nền mềm yếu và phức tạp. Quá trình giải quyết tiêu năng gồm các bước sau: • Kiểm tra ñể xác ñịnh dạng nối tiếp dòng chảy sau cống xác ñịnh trường hợp bất lợi nhất. • ðịnh biện pháp và tính toán tiêu năng. • Cần nghiên cứu các vấn ñề về bố trí, về chế ñộ quản lý… ñể ñảm bảo dòng chảy ra hạ lưu phân bố ñược tương ñối ñều ñặn. II. THIẾT KẾ TIÊU NĂNG DÒNG ðÁY (cid:1)Mục ñích là tạo nước nhảy ngập và khuếch tán dòng chảy ñều ñặn. (cid:1)Hình thức: Bể, tường… Tiêu hao ñược (40÷70)% năng lượng dòng nước. (cid:1)Cách tính toán xác ñịnh kích thước bể tiêu năng, tường tiêu năng hay dạng bể tường kết hợp ñã ñược học trong môn học Thủy Lực. Ở ñây chỉ xét thêm một số vấn ñề sau:

Trong ñó: h1, b1, v1, q1 : chiều sâu, chiều rộng, lưu tốc và lưu lượng ñơn vị tại mặt cắt ñầu nước nhảy. h2, b2, v2, q2 : chiều sâu, chiều rộng, lưu tốc và lưu lượng ñơn vị tại mặt cắt sau nước nhảy.

2. Ngưỡng tiêu năng cuối bể • Rút ngắn chiều dài nước nhảy, giảm ñược chiều dài bể tiêu năng. • Tăng chiều sâu trong bể, giảm ñược chiều sâu ñào bể. • ðưa dòng chảy lên mặt nên giảm ñược xói lở. • Tăng thêm tác dụng khuếch tán, giảm khu xoáy vật bên bờ. • Chiều cao ngưỡng (tường) thường khống chế ñể sau tường không có nước nhảy phóng xa.

109

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Sân sau thứ 2 • Chiều dài sân có thể tính theo các công thức ñã học hoặc theo các công thức sau: • Theo Vưdơgô: Ls = 0,4.hh /n n: ðộ nhám của sân. • Theo Trectôxốp: Ls = (2,5÷3).ln ln: Chiều dài nước nhảy. 4. Hố xói ñào sẵn • ðường bao hố xói có thể xác ñịnh theo phương pháp thí nghiệm mô hình hay tính toán theo phương pháp thủy lực.

Ka: Hệ số kể ñến hàm khí; K: Hệ số xói lở. IV. NƯỚC NHẢY SÓNG • Hiện tượng và nguyên nhân: - Khi MN chênh ít không thể sinh nước nhảy ngập mà hình thành nước nhảy sóng. - Nước nhảy sóng xảy ra khi: hc”/hc ≤ 2 • Tác hại: - Tiêu năng kém. - Dòng chảy khuếch tán không ñều. Dễ phát sinh hiện tượng dòng chảy tách khỏi tường tạo xoáy vật hai bên. • Các biện pháp khắc phục: - Làm ngưỡng trước khi vào bể. - Sử dụng các biện pháp khác như: Dầm tiêu năng, mố tiêu năng, ngưỡng phân nước… Tính toán tiêu năng nước nhảy sóng: • Chiều dài nước nhảy sóng có thể xác ñịnh theo ðimitriep: Lns = 10,6 . hc . (Frc-1) Frc : Hệ số frut tại mặt cắt co hẹp sau cống. • Xác ñịnh chiều cao ngưỡng trước bể tiêu năng: Chiều cao ngưỡng xác ñịnh theo thực nghiệm. Hoặc: - Giả thiết C, tính chiều sâu co hẹp hc , tính hệ số Frc . - Tra biểu ñồ (Tr31 TKC) ñược hc’/C → tính ñược C.

110

http://www.haquangnguyen.co.cc

V. DÒNG CHẢY NGOẰN NGOÈO • Hiện tượng và nguyên nhân: - Là dòng chảy không ñối xứng sinh ra do tường cánh mở quá rộng, khi cửa van mở không ñều hoặc kết cấu không ñối xứng. - Dòng chảy tách khỏi tường và tạo nên các vùng nước xoáy hai bên, dòng chính bị thu hẹp.

• Tác hại: Dòng chảy chính thu hẹp làm lưu tốc và q tăng, dòng chảy ngoằn nghèo xô ñập vào hai bên bờ gây xói lở. • Các biện pháp khắc phục: - Chọn góc mở và hình thức tường cánh hợp lý. - Thiết lập và thực hiện quy trình vận hành quản lý phù hợp. - Ngoài ra có thể kết hợp các biện pháp khác như ngưỡng, mố… • Xác ñịnh góc mở: - Khi HL không có thiết bị tiêu năng:

h : ðộ sâu dòng chảy. ∆H : Chênh lệch MN.

- Khi hạ lưu có thiết bị tiêu năng:

hb : ðộ sâu trong bể tiêu năng. P : Chiều cao thiết bị tiêu năng. Sau khi chọn cấu tạo, xác ñịnh kích thước các bộ phận cống, cần tính toán ổn ñịnh cống. Nội dung gồm: 1. Kiểm tra ổn ñịnh thấm: • Tính thấm dưới nền cống, kiểm tra ñộ bền thấm chung và ñộ bền thấm cục bộ.

111

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Kiểm tra ổn ñịnh nền móng: • Tính sức chịu tải của nền; thiết kế xử lý nền; kiểm tra biến dạng, lún, nghiêng của công trình. 3. Kiểm tra ổn ñịnh trượt của cống: • Trượt phẳng, trượt sâu, trượt hỗn hợp. Các bước: - Xác ñịnh các trường hợp tính toán. - Phân tích lực, xác ñịnh lực và tổ hợp lực cho các trường hợp tính toán. - Tính toán nội lực: M, Q, N - Kiểm tra khả năng chịu lực và biến dạng. - Tính toán bố trí thép. - Tính toán kiểm tra nứt. GV. LÊ TRUNG THÀNH CHƯƠNG 14. CỐNG LỘ THIÊN SLIDE 48 §14.5 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG I. TÍNH TOÁN BẢN ðÁY CỐNG 1. Phương pháp dầm ñảo ngược • Phương pháp này xem phản lực nền tác dụng lên ñáy cống theo phương dòng chảy có dạng tuyến tính. Theo phương ngang, tại một mặt cắt bất kỳ phản lực nền phân bố ñều. Các bước tính toán: • Xét cho toàn cống, dưới tác dụng ngoại lực → xác ñịnh phản lực nền theo công thức nén lệch tâm trong SBVL. • Chọn những mặt cắt ngang ñại diện, coi phản lực nền phân bố ñều theo phương ngang bằng giá trị tương ứng tính ñược ở trên. • ðưa về sơ ñồ tính toán theo quan niệm phản lực nền là tải trọng, các trụ pin là các gối tựa ñể tính toán nội lực. §14.5 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG I. TÍNH TOÁN BẢN ðÁY CỐNG 1. Phương pháp dầm ñảo ngược • Phương pháp này xem phản lực nền tác dụng lên ñáy cống theo phương dòng chảy có dạng tuyến tính. Theo phương ngang, tại một mặt cắt bất kỳ phản lực nền phân bố ñều. Các bước tính toán: • Xét cho toàn cống, dưới tác dụng ngoại lực → xác ñịnh phản lực nền theo công thức nén lệch tâm trong SBVL. • Chọn những mặt cắt ngang ñại diện, coi phản lực nền phân bố ñều theo phương ngang bằng giá trị tương ứng tính ñược ở trên. • ðưa về sơ ñồ tính toán theo quan niệm phản lực nền là tải trọng, các trụ pin là các gối tựa ñể tính toán nội lực.

112

http://www.haquangnguyen.co.cc

NHẬN XÉT Ph. pháp này tính toán ñơn giản nhưng có những nhược ñiểm sau: - Chưa xét ñến tính chất biến dạng của nền và bản ñáy. - Xem phản lực nền theo phương ngang phân bố ñều là chưa chính xác. -Chưa xét ñến tính liền khối của băng tính toán. 2. Phương pháp dầm trên nền ñàn hồi • Phương pháp này có ưu ñiểm là ñã xét nền như một môi trường ñàn hồi và xét ñến ñộ cứng của bản ñáy (dầm). • ðã xét ñến tính liền khối và ảnh hưởng của tải trọng bên. • Nhược ñiểm là chỉ mới xét theo phương ngang còn phương dọc chưa xét tới. Các bước tính toán: • Xác ñịnh phản lực nền: Xét toàn khối, sơ bộ xác ñịnh phản lực nền theo công thức nén lệch tâm của SBVL (cid:1) Tìm phản lực nền tại dải tính toán. • Xác ñịnh các lực tác dụng lên bản ñáy: Lực truyền từ mố, các lực phân bố, áp lực nước, áp lực ñất… • Xác ñịnh lực cắt không cân bằng và phân phối cho trụ pin và bản ñáy (cid:1) Sơ ñồ ngoại lực cuối cùng. • Tính toán xác ñịnh nội lực.

II. TÍNH TOÁN TƯỜNG NGỰC

113

http://www.haquangnguyen.co.cc

1. Tác dụng và cách bố trí • Tác dụng: Chắn nước, giảm chiều cao cửa van, giảm cao trình cầu công tác, tăng ổn ñịnh hướng ngang. • Bố trí: - Cao trình ñỉnh > MN max thượng lưu. - Cao trình ñáy > MN min mùa kiệt.

III. TÍNH TOÁN TRỤ PIN CỐNG 1. Lực tác dụng • Mố chịu tác dụng của ngoại lực như: Áp lực nước qua cửa van truyền tới; Trọng lượng các thiết bị ñặt trên mố; Trọng lượng bản thân; Áp lực ñất (mố bên)… 2. Trường hợp tính toán - Trường hợp vừa thi công xong: Mố làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm. - Trường hợp làm việc khi cửa van ñóng: Mố chịu tác dụng rất lớn của áp lực nước do cửa van truyền tới. - Trường hợp kiểm tra khi tu sử van: Mố làm việc như một kết cấu chịu nén và uốn hai chiều. - Trường hợp cống không làm việc hết các khoang. Tương tự như trường hợp kiểm tra tu sửa van.

114

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 15 ðƯỜNG HẦM VÀ CỐNG NGẦM

NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 6 tiết • Khái niệm chung. • Phân loại, các loại mặt cắt ñường hầm & ñiều kiện sử dụng. • Tính toán thủy lực xác ñịnh mặt cắt ñường hầm. • Tính toán kết cấu lớp lót ñường hầm. • Cửa vào - cửa ra, chọn tuyến ñường hầm. • Các loại cống ngầm. Cấu tạo và tác dụng các bộ phận của cống ngầm lấy nước kiểu tháp • Tính toán thuỷ lực xác ñịnh khẩu diện cống ngầm. • Tính toán thủy lực kiểm tra trạng thái chảy trong cống ngầm. • Xác ñịnh lực tác dụng, tính toán kết cấu thân cống ngầm. • Cấu tạo của cống ngầm. Chọn cấu tạo các bộ phận.

§15.1 KHÁI NIỆM

• ðường hầm, cống ngầm, ñường ống là những CT ñược XD ñể lấy nước, dẫn nước, và tháo nước từ hồ chứa. • ðường hầm là CT tháo nước hoặc dẫn nước ñục xuyên qua núi ñồi. • Cống ngầm là CT tháo nước hoặc dẫn nước ñặt dưới ñê, ñập… • ðặc ñiểm: ðường hầm và cống ngầm ñều là những CT chịu cột nước lớn, lớp lót nằm sâu trong ñất ñá nên phức tạp về mặt chịu lực, chế ñộ thủy lực và ñiều kiện làm việc có nhiều nét giống nhau. • ðK sử dụng ñường hầm: Kinh tế hơn, ðK tự nhiên chỉ cho phép XD ñường hầm, tuyến dẫn qua ñịa hình phức tạp.

§15.2 PHÂN LOẠI, CÁC HÌNH THỨC M/C

I. PHÂN LOẠI ðƯỜNG HẦM

115

http://www.haquangnguyen.co.cc

1. Phân loại theo mục ñích • ðường hầm lấy nước và dẫn nước: lấy từ hồ, sông… • ðường hầm tháo nước: Tháo lũ, dẫn dòng thi công, NMTð… • ðường hầm phục vụ vận tải thủy. 2. Phân loại theo chế ñộ thủy lực • ðường hầm có áp: Dùng khi cột nước TL thay ñổi lớn hoặc y/c phải có áp hay kinh tế hơn loại khác. • ðường hầm không áp: Sử dụng khi MNTL và lưu lượng ít thay ñổi; khi y/c là dòng không áp hoặc kinh tế hơn loại khác. II. CÁC HÌNH THỨC MẶT CẮT Khi chọn hình thức mặt cắt cần căn cứ: ðk thủy lực, ñk ñịa chất, ñk thi công… • ðiều kiện thủy lực: Qua tính toán (cid:1) chọn diện tích m/c. • ðiều kiện thi công: ðơn giản, phù hợp ñk vận chuyển… • ðiều kiện ñịa chất: ñây là ñk cơ bản ñể chọn hình thức m/c ñường hầm. 1. Các hình thức mặt cắt ñường hầm không áp • Mặt cắt ñỉnh vòm phẳng: Dùng khi ñịa chất tốt, tầng ñá rắn chắc có hệ số kiên cố f ≥ 8, không có áp lực ñá núi hai bên, áp lực ñá núi theo phương ñứng nhỏ.

• Mặt cắt có ñỉnh vòm là nửa ñường tròn: Dùng khi ñịa chất tốt, tầng ñá tương ñối rắn chắc. Hệ số kiên cố 4 ≤ f < 8. Không có áp lực ñá núi theo phương ngang, chỉ có theo phương ñứng.

• Mặt cắt có thành vòm cao: Dùng khi tầng ñá có hệ số kiên cố 2 ≤ f < 4. Áp lực ñá núi theo phương ngang nhỏ, theo phương ñứng lớn.

116

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Mặt cắt có hình móng ngựa:

Dùng khi tầng ñá núi có hệ số kiên cố f < 2. Áp lực ñá núi theo cả hai phương ñều lớn.

• Mặt cắt có hình tròn: Dùng khi áp lực ñá núi không ñối xứng qua trục thẳng ñứng. Tầng ñá núi nghiêng theo tuyến ñường hầm. 2. Hình thức mặt cắt ñường hầm có áp • Thường dùng mặt cắt hình tròn. • Khi cột nước không cao có thể dùng các loại khác nhưng phải tiến hành phân tích ñiều kiện kinh tế, kỹ thuật ñầy ñủ.

§15.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC

Bao gồm: • Tính thủy lực xác ñịnh kích thước. • Tính thủy lực kiểm tra khả năng tháo. • Tính thủy lực thiết kế tiêu năng. I. TÍNH THỦY LỰC ðƯỜNG HẦM KHÔNG ÁP 1. Khi cửa vào bị ngập Lưu lượng tính theo công thức: Trong ñó: ω,h: diện tích và chiều cao cuối ñoạn cửa vào. µ: hệ số lưu lượng, xác ñịnh theo thủy lực. α: hệ số co hẹp ñứng.

117

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Khi cửa vào không bị ngập Lưu lượng: ε: hệ số co hẹp ngang. σn: hệ số ngập. σn = f(h1/Ho) Q = σn.ε.m.b 2g.Ho

3. Tính thủy lực kiểm tra trạng thái chảy • Mực nước thượng – hạ lưu thay ñổi (cid:1) Phá vỡ trạng thái dòng chảy ñều trong hầm, hình thành dòng chảy không ñều. • Xác ñịnh ñường mặt nước tiến hành tương tự như ñối với kênh hở(ðã học trong thủy lực). • Ở những ñoạn m/c không ñổi, sử dụng các phương pháp vẽ ñường mặt nước ñã học:

4. Tính thủy lực thiết kế tiêu năng CÁC BIỆN PHÁP BẢO ðẢM DÒNG CHẢY KHÔNG ÁP 1. Thiết kế trần của ñường hầm cao hơn mực nước max. 2. Thiết kế ñỉnh cửa ra cao hơn mực nước hạ lưu. 3. Tăng ñộ dốc ñáy ñường hầm. 4. Thiết kế ống thông khí tại chỗ bắt ñầu ñoạn không áp. II. TÍNH THỦY LỰC ðƯỜNG HẦM CÓ ÁP

Lưu lượng tính theo công thức lưu lượng tháo qua ñường ống: Trong ñó: Z: Cột nước tác dụng. µ: hệ số lưu lượng, phụ thuộc mặt cắt tính toán. ω: Diện tích mặt cắt ngang tính toán.

118

http://www.haquangnguyen.co.cc

CÁC BIỆN PHÁP BẢO ðẢM DÒNG CHẢY CÓ ÁP 1. Thiết kế cửa van ñiều chỉnh ở cửa ra. 2. Cửa vào ngập sâu dưới mực nước thượng lưu min. 3. Thu hẹp cửa ra hoặc ñặt ngập sâu dưới MN hạ lưu. 4. Khi không xét ảnh hưởng của van cần chú ý ñiều kiện:

III. XÁC ðỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT Kích thước cần thỏa mãn các ñiều kiện: Thi công; QLSD; K.tế. ðiều kiện thi công: Thủ công: D>1.8m. Cơ giới: D>2.5m ðK sử dụng: ðảm bảo yêu cầu tháo nước với tổ hợp MN bất lợi nhất, ñường hầm làm việc ổn ñịnh, thuận tiện cho quản lý, sửa chữa, ñảm bảo các nhiệm vụ khác nếu có. ðiều kiện kinh tế: Cần thông qua tính toán kinh tế và kỹ thuật.

§15.4 TẢI TRỌNG, LỰC VÀ TỔ HỢP LỰC

I. LOẠI LỰC VÀ NHÓM LỰC Các tải trọng và lực tác dụng cố ñịnh: Áp lực ñá núi, trọng lượng bản thân, ứng lực. Các tải trọng tạm thời, dài hạn: Áp lực nước (MNDBT), áp lực nước ngầm. Các tải trọng tạm thời ngắn hạn: Lực xung ñộng dòng nước, nước va, áp lực do bê tông mới ñổ, lực phụt vữa, thiết bị thi công… Các tải trọng và lực tác dụng ñặc biệt: nổ mìn, ñộng ñất, áp lực nước lũ, trương nở, co ngót BT, từ biến của ñá… Các tổ hợp lực: Cơ bản; ðặc biệt. (xem chương 2) II. ÁP LỰC ðÁ NÚI 1. Khái niệm. • ðào ñ.h (cid:1) phá vỡ trạng thái CBTN (cid:1) ƯS làm lớp ñá xung quanh biến hình áp lực. • Vùng phá hoại: Chia làm 3 vùng: Vùng ƯS giảm, vùng ƯS nén tăng, vùng ƯS phân bố ñều. • Yếu tố phụ thuộc: Chỉ tiêu cơ lý ñất ñá, kích thước ñ.h, biện pháp thi công… Các phương pháp tính toán: - Coi áp lực ñá núi phân bố tuyến tính. - Vòm cân bằng tự nhiên. (Pơrôtôñiacanốp) - Lý thuyết ñàn hồi. - Quan trắc…

119

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Xác ñịnh áp lực ñá núi theo phương pháp Pơrôtôñiacanốp a. Cơ sở lý thuyết • Do bị phá vỡ trạng thái CBTN, ñá núi quanh lỗ khoét bị phá hoại ñến một lúc nào ñó sẽ ổn ñịnh (cid:1) Vòm CBTN. • Áp lực ñá núi chỉ do phần ñá trong vòm CBTN gây ra. • ðá núi nằm ở trạng thái giữa ñàn hồi và thể hạt rời (cid:1) Thể hiện bằng “hệ số kiên cố” fk.

b. Xác ñịnh vòm cân bằng tự nhiên • Sơ ñồ và các lực tính toán: - Theo thể hạt rời: Mặt phá hoại hai bên vách hầm là mặt phẳng nghiêng góc (45o+φ/2). - Coi lực tác dụng lên vòm phân bố ñều:q=γñ.H - Xét ½ vòm: - Tại C: lực truyền qua vòm N - Tại B: phản lực R - Phân tích R thành N & P

120

http://www.haquangnguyen.co.cc

Nhận xét: - Phương pháp Pơrôtô ñia canốp chưa xét ñến ñộ sâu ñặt ñ.h. ảnh hưởng tương tác giữa các ñ.h, cấu trúc ñịa chất. - Thực tế khi ñ.h rất sâu H>500m p.p này không thích hợp. Khi ñó cần dùng các phương pháp khác có xét ñến trạng thái dẻo, tách bóc của ñá. - Tùy theo tình hình tầng ñá mà có ñủ hay không có những thành phần áp lực ñá núi, khi tính phải dựa theo quy phạm.

121

http://www.haquangnguyen.co.cc

§15.5 TÍNH TOÁN LỚP LÓT

c. Lớp lót kiểu lắp ghép • Sử dụng khi áp lực ñá núi cho phép ñào hoàn toàn ñường hầm hoặc cần lớp lót chịu lực.

122

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Cấu tạo gồm hai lớp: Vòng ngoài gồm những tấm bê tông và BTCT, vòng trong là xi măng lưới thép. • Ưu diểm: Thi công nhanh, giảm ñược công việc ñổ bê tông trong ñường hầm, bê tông ñúc sẵn có chất lượng cao. • Nhược ñiểm: Chịu lực và chống thấm của BT ñúc sẵn kém, khi áp lực lơn bên ngoài buộc phải dùng BT ñúc liền giá thành cao. 2. Các loại lớp lót của ñường hầm có áp a. Lớp lót trát trơn • Sử dụng khi ñá núi rắn chắc. • T/d Chủ yếu: Giảm ñộ nhám, chống thấm, bảo vệ ñá khỏi phong hóa, không chịu lực. b. Lớp lót gia cố chỉnh thể ñơn • Sử dụng khi áp lực ñá núi tương ñối lớn. - Khi H<60m: Dùng lớp lót ñơn bằng bê tông. - KHi H≥60m: Dùng lớp lót bằng BTCT. c. Lớp lót gia cố chỉnh thể kép • Vòng ngoài bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, vòng trong bằng thép hoặc xi măng lưới thép. • Dùng khi cốt nước lớn, áp lực ñá núi nhỏ.

123

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. TÍNH TOÁN LỚP LÓT ðƯỜNG HẦM CÓ ÁP, M/C TRÒN Khái quát chung các phương pháp tính • Phương pháp B.G. Galerơkin (1929): Dùng lý thuyết ñàn hồi tính ứng suất ống tròn dưới tác dụng của áp lực nước phân bố ñều bên trong. • Phương pháp O.E. Bugaeva: Cho phép xác ñịnh nội lực lớp lót ñơn, hình tròn, chịu tác dụng của áp lực ñá núi, trọng lượng bản thân và áp lực nước phân bố không ñều bên trong. • Phương pháp phân lớp lót thành nhiều ñoạn gãy khúc, các ñoạn • Các phương pháp phần tử hữu hạn: Chia lớp lót thành nhiều phần tử, coi các phần tử là các thanh trên nền ñàn hồi (Winkler hoặc Pasternak).

§15.6 CỬA VÀO, CỬA RA VÀ CHỌN TUYẾN

I. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH 1. Bộ phận cửa vào Thường gồm lưới chắn rác, van sửa chữa, van công tác, giàn van, máy ñóng mở, ống cân bằng áp lực, lỗ thông hơi… Có thể phân thành các hình thức: Tháp, giếng ñứng, mái nghiêng, tựa bờ… 2. ðường hầm phía sau cửa vào ðáy có ñộ dốc nhất ñịnh ñể tiện tháo nước. 3. Phần cửa ra

124

http://www.haquangnguyen.co.cc

Thường bố trí thiết bị tiêu năng, có khi bố trí cửa van công tác. Cửa ra của ñường hầm dẫn nước cho trạm thủy ñiện thường nối với tháp ñiều áp trước khi phân nhánh dẫn ñến các tổ máy.

125

http://www.haquangnguyen.co.cc

§15.7 CÁC LOẠI CỐNG NGẦM

I. KHÁI NIỆM 1. KN: Cống ngầm: Là loại CT lấy nước hoặc dẫn nước và tháo

126

http://www.haquangnguyen.co.cc

nước ñặt dưới ñê, ñập vật liệu ñịa phương… 2. Các bộ phận chính • Bộ phận cửa vào - ra: Là bộ phận nối tiếp thân cống với mái ñập và kênh dẫn thượng – hạ lưu. - Tác dụng: Hướng dòng chảy vào – ra ñược thuận, ñảm bảo nối tiếp tốt với kênh dẫn thượng – hạ lưu. - Cấu tạo: Bố trí tường cánh hướng dòng theo hình thức mở rộng, thu hẹp dần. Góc chụm ở cửa vào 18o ÷ 23o , cửa ra 8o ÷ 12o kết hợp tiêu năng. Trước cửa vào và sau cửa ra cần bố trí ñoạn chuyển tiếp: Ls=(3÷5)H • Bộ phận thân cống: - Tác dụng: ðảm bảo nối tiếp cống với ñập và nền, chống thấm tốt, ổn ñịnh... - Cấu tạo mặt cắt ngang: » Cống tròn: Thường dùng ống ñúc sẵn 1m, 4÷6m lắp ghép. » Cống hộp: Thường bằng BTCT. Chiều dày xác ñịnh theo: ñk chịu lực; ñk chống thấm; yêu cầu cấu tạo. Thường vát góc ñể tránh ƯS tập trung. » Ống ñúc sẵn: 2m, 4m… » Ống ñúc tại chỗ: Chú ý phân ñoạn ñể tránh lún không ñều. » Lớp chống thấm bao bọc bên ngoài có thể bằng ñất sét dày0.5÷1m. • Phân ñoạn: - Thường phân ñoạn từ 10÷20m một ñoạn ñể tránh lún không ñều. - Giữa các ñoạn ñược nối tiếp tốt với nhau và bố trí khe nối ñảm bảo chống thấm. - Với cống tròn thường có ñai bảo vệ. • Nối tiếp với nền và ñập: - Lớp ñất sét luyện ñầm chặt bao quanh cống dày 50 ñến 100cm - Làm chân khay, gờ ở ñầu và cuối các ñoạn.

• Bộ phận lấy nước: Tháp, giếng ñứng, mái nghiêng, tựa bờ… - Tác dụng: ðảm bảo nhiệm vụ ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước theo yêu cầu. - Lực tác dụng: » Trọng lượng bản thân. Áp lực nước, áp lực sóng. Áp lực gió. Áp lực ñất. Phản lực nền dưới tháp. - Chọn chiều dày tháp thay ñổi theo chiều sâu, bố trí cầu thang sửa chữa. Tính toán kết cấu theo ñiều kiện chịu lực, chống thấm và theo cấu tạo.

127

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Bố trí: Vị trí tháp ñược kiểm tra thông qua tính toán thủy lực cống. Trong tháp cần bố trí van công tác, sửa chữa, sự cố, lỗ thông hơi. Bố trí nhà vận hành, thao tác phía trên. Cống ngầm ñược phân loại như sau: 1. Theo vật liệu xây dựng: Cống làm bằng các loại vật liệu. 2. Theo hình dạng kết cấu: Cống tròn, cống hộp, cống vòm… 3. Theo cách bố trí: Cống ñặt trên nền; Cống ñặt trong hành lang. 4. Theo hình thức lấy nước: • Kiểu van khống chế ở hạ lưu:(có áp) ñơn giản, giảm KL cầu công tác nhưng thường xuyên chịu áp lực cao. • Kiểu ống ñặt nghiêng: Kết cấu & ñóng mở ñơn giản, quản lý phức tạp, hay rò rỉ, khó khống chế lưu lượng. Dùng cho hồ chứa vừa và nhỏ. • Kiểu kéo nghiêng: ðơn giản, giảm khối lượng cầu công tác, KL phần vào nhưng ñóng mở lớn, khó sửa chữa. Dùng với H,Q nhỏ. • Kiểu tháp: Vận hành và sửa chữa dễ dàng, ñóng mở nhẹ hơn kéo nghiêng, khống chế cột nước và lưu lượng tốt. Dùng với H, Q lớn. 5. Theo áp lực dư trong cống: Cống có áp, không áp, bán áp.

§15.8 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

Tính toán thủy lực cống ngầm nhằm tính toán khả năng tháo nước, xác ñịnh chế ñộ chảy trong các bộ phận của cống. • Bài toán xác ñịnh khẩu diện và kiểm tra khả năng tháo. • Bài toán tính toán thủy lực thiết kế tiêu năng. 1. Cống ngầm lấy nước kiểu ống nghiêng

• Lưu lượng qua lỗ: Tính như dòng chảy qua lỗ: µ : Hệ số lưu lượng, với lỗ có thể lấy bằng 0,6÷0,7 H : Cột nước tính từ tâm lỗ. ωL : Diện tích lỗ lấy nước trên ống nghiêng hoặc cửa vào cống.

• Dòng chảy trong cống ñược xem như dòng ñều: ω : Diện tích ướt ống nghiêng. i : ðộ dốc ống nghiêng. i=1/5÷1/2, do ñịa hình & thi công qñịnh. 2. Cống ngầm lấy nước kiểu tháp: Xét hai bài toán cơ bản như trên. a. Tính thủy lực xác ñịnh khẩu diện và kiểm tra khả năng tháo • Chảy không áp - Trường hợp tính: Chênh lệch cột nước nhỏ, lấy ñược ñủ lưu lượng thiết kế. Với hồ chứa TL: MNC; HL: Zkc ñầu kênh. - ðiều kiện ñảm bảo: ∆Z ≤ [∆Z] [∆Z ] : Chênh lệch MN cho phép. Với hồ chứa: [∆Z] = MNC - Zkc ∆Z = ΣZcb + ΣZdñ . Là tổng các thất qua cống. (tổn thất cục bộ và tổn thất dọc ñường.

128

http://www.haquangnguyen.co.cc

Tính ñộ dốc cống:

Các bước tính toán: • Thiết kế kênh hạ lưu: Sơ bộ i, tính hh theo QP, tra theo m/c lợi nhất tìm bk. • Giả thiết khẩu diện cống b. • Sơ bộ xác ñịnh cao trình ñặt cống cửa ra = CT ñáy kênh HL. Coi dòng chảy trong cống là dòng ñều: ho=hh+Z2 trong ñó hh là chiều sâu dòng ñều trong kênh hạ lưu. • Xác ñịnh ñộ dốc cống i theo công thức trên. • Tính các tổn thất qua cống. Tính tổng tổn thất ΣZi. • Giả thiết lại với nhiều giá trị b, vẽ quan hệ b~ΣZi. Từ [∆Z] tìm b tương ứng. • Chiều cao cống hc=ho+d trong ñó d=0,5÷1m là ñộ cao an toàn. • Tính cao trình ñặt cống thượng lưu: ZTL= ZHL+i.L ->kiểm tra. • Trường hợp chảy có áp: - Dùng ñối với các cống lấy nước vào trạm thủy ñiện hoặc các cống yêu cầu có áp ñể tăng khả năng tháo. - Trường hợp tính: Cột nước tác dụng nhỏ, lấy với QTK. - Các bước tính: Tương tự bài toán ñường hầm có áp

- Lưu lượng tính theo công thức: Chú ý: Khi cửa van ñặt ở phía thượng lưu, dùng cửa van khồng chế lưu lượng cần phải kiểm tra khả năng xuất hiện chân không sau cửa van hoặc nước nhảy. (Xem giáo trình – Tr.166) b. Tính toán thủy lực thiết kế tiêu năng • Trường hợp tính: - Chọn trường hợp bất lợi nhất: Chênh lệch cột nước lớn. - Chọn lưu lượng tính toán tiêu năng: Là lưu lượng tạo ra năng lượng thừa lớn nhất, ứng với (hc”-hh)max. • Các bước tính toán:

- Xác ñịnh ñộ mở cửa van a: - Xác ñịnh ñường MN sau cửa van: Vẽ ðMN bằng phương pháp cộng trực tiếp trong thủy lực. - Kiểm tra ðK ñể không có nước nhảy trong cống:

129

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Thiết kế tiêu năng với trường hợp tính toán: Chọn hình thức tiêu năng và thiết kế như ñã học trong thủy lực. Biện pháp khắc phục nước nhảy trong cống: - Thay ñổi ñộ dốc cống. (cần kiểm tra lại ñ.k tổn thất) - Thay ñổi vị trí tháp van. - Làm bể tiêu năng trong cống ngay sau cửa van, nâng cao trần cống tại bể ñể ñảm bảo nước nhảy không chạm trần cống. I. ðẶC ðIỂM CHỊU LỰC CỦA THÂN CỐNG • Cống làm việc trong ñiều kiện ñất bao bọc xung quanh, chịu tác dụng của tải trọng do ñất gây nên ở hai bên và trên ñỉnh, chịu tác dụng của hoạt tải từ mặt ñất truyền xuống, chịu áp lực nước trong và ngoài cống. • Các tải trọng này phụ thuộc chiều sâu cốt ñất, tính chất cơ lý, ñộ cứng của ống, cách ñặt cống trên nền… Các ngoại lực gây ra nội lực hướng vòng thành ống. • Dọc theo cống, lực tác dụng lại không ñều => Cống chịu lực theo cả phương ngang và phương dọc. Các trường hợp tính toán: • Cống mới thi công xong, chưa có nước. • Trường hợp vận hành: MNBT - cống mở và MNGC - cống ñóng. • Trường hợp sửa chữa, sự cố…

130

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Áp lực nước • Bao gồm áp lực nước trong và ngoài cống. 4. Trọng lượng bản thân • Trường hợp ống tròn, trọng lượng bản thân phân bố ñều dọc theo chu vi của cống: q = γb.δ 5. Phản lực nền • Trong tính toán có thể coi như phân bố ñều.

131

http://www.haquangnguyen.co.cc

132

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 16 KÊNH VÀ CÔNG TRÌNH TRÊN KÊNH

NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 5 tiết • Khái quát chung. • Kênh: - Chọn tuyến. - Hình dạng mặt cắt và ñiều kiện ứng dụng. - Các hình thức chống thấm và bảo vệ mái kênh. • Cống: Hình thức cấu tạo và tính toán kết cấu cống có tấm nắp, cống kiểu vòm. • Cầu máng: Tính thủy lực, cấu tạo các bộ phận. • Xi phông ngược: Hình thức cấu tạo, tính toán thủy lực. • Dốc nước, bậc nước. • Thiết kế hệ thống kênh. §16.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1. Khái niệm • Kênh là một loại lòng dẫn hở hoặc kín dùng ñể chuyển nước và cấp nước cho các ngành dùng nước. 2. Phân loại • Theo hình thức kết cấu: Kênh ñất; Kênh xây: gạch ñá, kênh bê tông, BTCT… • Theo ñối tượng phục vụ: Kênh dẫn nước phát ñiện. Kênh tưới. Kênh vận tải. Kênh cấp nước dẫn nước sinh hoạt. Kênh tháo nước. • Theo hình dạng mặt cắt: Kênh mặt cắt hình thang. Kênh có ñộ dốc mái thay ñổi. Kênh mặt cắt chữ nhật. Kênh mặt cắt tam giác. Kênh mặt cắt hình bán nguyệt. 3. Công trình trên kênh • Các công trình thủy lợi xây dựng trên kênh ñể phục vụ cấp nước và chuyển nước gọi là công trình trên kênh. • Bao gồm các loại:

3. Công trình trên kênh • Các công trình thủy lợi xây dựng trên kênh ñể phục vụ cấp nước và chuyển nước gọi là công trình trên kênh. • Bao gồm các loại: - Cống lấy nước ñầu kênh. - Cống ñiều tiết. - Cống qua ñường. - Cống tiêu. - Cầu máng. - Xi phông ngược. - Dốc nước, bậc nước.

§16.2 KÊNH

I. HÌNH DẠNG MẶT CẮT 1. Yêu cầu • Thiết kế sao cho mặt cắt kênh tương tự nhất với mặt cắt có lợi về thủy lực. • ðảm bảo không xói, không lắng, không có cỏ mọc trong kênh. 2. Các yếu tố phụ thuộc

133

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Kênh mặt cắt hình thang • Là loại kênh dùng phổ biến và ứng dụng rộng rãi trong thực tế. • Tùy thuộc ñịa chất mà chọn mái dốc kênh hợp lý, bảo ñảm ñiều kiện ổn ñịnh (Xem bảng 8 – TCVN 4118-85 Tr.31) hoặc trong bảng 16-1 GT tr.178. • Với kênh ñắp, mái dốc ñược chọn dựa tiêu chuẩn chọn mái dốc của ñập. Khi H>5 m.Cần kiểm tra ổn ñịnh mái như ñập ñất. • Mặt cắt lợi nhất về thủy lực xác ñịnh như trong thủy lực. Các kênh có ñộ sâu lớn nên chọn R

• ðịa chất lòng kênh. (Xem bảng 8 – TCVN 4118-85 Tr.31) • ðiều kiện thi công. • ðiều kiện quản lý và sử dụng. 3. Một số loại mặt cắt và ứng dụng • Kênh mặt cắt chữ nhật: Khi là kênh bê tông, BT cốt thép hoặc kênh ñào qua vùng ñá tốt. Giảm ñược diện tích mất ñất.

• Kênh mặt cắt chữ U: Kết cấu thường là BTCT hay xi măng lưới thép. Sử dụng khi là kênh nổi, ñi qua vùng ñông dân cư…

134

http://www.haquangnguyen.co.cc • Các kênh kín có mặt cắt chữ nhật: Sử dụng khi tuyến kênh ñi qua vùng dân cư, tránh mất ñất, tránh chất thải tràn vào kênh... Thường là dạng kênh có tấm nắp hoặc kênh bê tông cốt thép hình hộp chữ nhật. 4. Một số vấn ñề khi tính toán thiết kế mặt cắt kênh • Thiết kế mặt cắt tương tự với mặt cắt lợi nhất:

Kênh hình thang: • ðể bảo ñảm ñiều kiện không xói: Vmax < Vkx Với Vkx tùy thuộc vào ñịa chất kênh, theo Lêvi: Dtb : ðường kính hạt trung bình của ñất lòng kênh A : Hệ số. ðất nén chặt A=1,4; ðất tương ñối rời A=1,2 Theo TCVN 4118-85: Vkx=K.Q0.1 Xem bảng 13Tr.44 TCVN 4118-85 - Cát pha: K =0,53 - ðất sét pha nhẹ: K=0,57 - ðất sét pha vừa: K=0,62… Nói chung ñối với kênh ñất: Vkx = 1÷1,5 m/s • ðể tránh cỏ mọc trong kênh: V > 0,5÷0,6 m/s • ðể bảo ñảm ñiều kiện không bồi lắng trong kênh: Vmin > Vkl Vkl phụ thuộc: Lượng ngậm b/c, ñộ thô thủy lực của nhóm hạt b/c:

dtb : ðường kính hạt trung bình của nhóm hạt bùn cát trong nước. ω : ðộ thô thủy lực của nhóm hạt ñó. ρ : Tỷ lệ % theo trọng lượng của các hạt bùn cát có d ≈ 0,25mm. n : ðộ nhám lòng kênh; R : Bán kính thủy lực. Hoặc theo Zamarin: ρ

2 mm/s thì ωo= ω; Khi ω<2 mm/s thì ωo= 2 mm/s P: năng lực vận chuyển bùn cát; ω: ðộ thô thủy lực.

II. THẤM VÀ BIỆN PHÁP CHỐNG THẤM CHO KÊNH ðẤT Thấm phụ thuộc ñịa chất tầng thấm, mực nước ngầm → Ta cần tính toán kiểm tra ñể có biện pháp gia cố mái kênh. 1. Khi nền thấm vô hạn, MN ngầm sâu • ðường dòng có dạng hình e-líp. • Gradiel thấm: J=(h+d)/d • Lưu lượng thấm trên 1m dài:

K : Hệ số thấm. K1/K2 : Hệ số tích phân e-líp loại I tra ñồ thị hình 16-3 GT.

135

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Khi nền thấm hữu hạn • ðường dòng thấm thường có dạng như hình vẽ.

• Lưu lượng thấm ñơn vị ñược tính:

K : Hệ số thấm. lo , ho : Tọa ñộ của một ñiểm bất kỳ trên ñường bão hòa

3. Các biện pháp chống thấm Tổn thất do thấm khá lớn, có thể ñến 50%÷60% lưu lượng qua kênh nên cần kiểm tra và có biện pháp chống thấm cho kênh. • ðầm nén ñất lòng kênh khi thi công. • Hòa ñất sét vào nước hoặc cho nước ñục chảy vào trong kênh một thời gian trước khi ñưa vào sử dụng. • Tạo màng chống thấm: Lớp phủ rơm rạ và ñất sét, tường ñất sét. • Dùng các loại vải ðKT chống thấm; Màng chống thấm có bột bentonite. • Chống thấm bằng các biện pháp lát mái kênh.

III. BẢO VỆ MÁI KÊNH Tác dụng: Chống thấm, chống xói, tăng năng lực vận chuyển, giảm tổn thất cột nước, chống cỏ mọc trong kênh…

136

http://www.haquangnguyen.co.cc

D.2-74

3. Lớp bảo vệ bằng ñá • ðá ñổ, lát khan, rọ ñá: Chống xói. Bố trí tại trước và sau CT, ñoạn cong, thu hẹp. d=0,3÷0,6m, bên dưới có lớp ñệm dăm cát dày 10÷20cm, vải lọc. • ðá xây: Chống xói, chống thấm. Bố trí tại trước và sau công trình, ñoạn cong, thu hẹp hay toàn bộ kênh. d=0,25÷0,4m, bên dưới có lớp ñệm như trên hoặc lớp lót bằng vữa. Daêm caùt loùt 10 cm Ñaù laùt khan - 30 cm Các tiêu chuẩn, quy phạm liên quan: • Vải lọc: TCN 110-96. • Kênh tưới: TCVN 4118-85. • Thi công và nghiệm thu kênh: QPTL

IV. CHỌN TUYẾN KÊNH • Chọn tuyến kênh cần căn cứ vào các yếu tố sau: - Công dụng của kênh, lưu lượng dẫn, mực nước yêu cầu.

137

http://www.haquangnguyen.co.cc

- ðiều kiện ñịa hình, ñịa chất. - ðiều kiện thi công. • Yêu cầu chọn tuyến kênh: - Chọn tuyến thẳng, trong trường hợp không thể chọn tuyến thẳng thì có thể chọn tuyến gãy khúc, tại chỗ gãy khúc nối tiếp bằng cung tròn. - Khối lượng ñào ñắp gần bằng nhau ñể ñảm bảo kinh tế. ðất ñào ñược sử dụng ñắp tại chỗ. - Vị trí tuyến phù hợp với yêu cầu của kênh (Tưới tự chảy, tiêu úng…) - Vùng núi nên chọn tuyến theo ñường ñồng mức, ñất ñào ñược sử dụng ñắp một bên. - Kênh kết hợp giao thông thủy: Tuyến không quá cong, nếu có ñoạn cong thì tại chỗ lượn cong yêu cầu thiết kế bán kính cong R ≥ 5.L (L: chiều dài ñoàn thuyền) - Chọn tuyến ñể thuận lợi cho tổ chức thi công: Chú ý ñể thi công cơ giới, ñào ñắp, vận chuyển ñược thuận tiện. - Về ñịa chất: Không nên chọn qua vùng ñá, vùng ñất trượt, thấm nhiều… Tóm lại cần cân nhắc phân tích tổng hợp ñể tuyến kênh thiết kế thỏa mãn ñầy ñủ các mặt kinh tế, kỹ thuật. H×nh 15-4: MÆt c¾t kªnh khi ®i ven s−ên dèc V. MỘT SỐ BIỆN PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ KÊNH 1. Tràn bên bờ kênh • Bố trí ở những ñoạn ñầu kênh sau cống lấy nước, trước cống ñiều tiết trên kênh, ñặc biệt là ñoạn kênh ñi qua sườn dốc có nước mưa tập trung vào kênh. • Hình thức là làm một bên bờ kênh thấp giống như tràn ñể cho phép nước trong kênh tràn qua khi mực nước cao hơn thiết kế.

2. Cống tháo cuối kênh • Cuối kênh thường bố trí các cống ngầm hoặc cống hở. • Tác dụng: Tháo cạn kênh khi cần thiết; Tháo bùn cát; Tháo lượng nước thừa khi kênh quá tải. 3. Kênh tiêu sườn dốc • Tác dụng: Tập trung lượng nước thừa do mưa tại những chỗ kênh ñi qua sườn dốc và tháo xuống hạ lưu qua cống tiêu hoặc tràn qua kênh.

138

http://www.haquangnguyen.co.cc

4. Cống tiêu luồn qua kênh • Nhiệm vụ: Tiêu thoát lượng nước mưa qua kênh. • Bố trí: Tại những nơi kênh ñi qua vùng trũng, lòng suối tự nhiên, tuyến thoát nước mưa sườn dốc (khi chưa xây dựng kênh)…

§16.3 CỐNG TRÊN KÊNH

1. Khái niệm • Cống trên kênh dùng ñể dâng nước, ñiều tiết lưu lượng, phân nước từ kênh chính vào kênh nhánh hoặc tháo nước, chuyển nước… 2. Phân loại • Theo hình thức có: Cống lộ thiên, công ngầm. • Theo hình dạng mặt cắt có: Cống hộp mặt cắt chữ nhật, cống tròn, cống vòm, cống có tấm nắp. • Theo nhiệm vụ có: Cống lấy nước ñầu kênh, cống ñiều tiết, cống tiêu, cống ngăn triều…

3. Tính toán kết cấu • Về nguyên lý tính toán cống lộ thiên và cống ngầm xem các chương ñã học. a. Cống có tấm nắp • Tấm nắp thường bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép. • Tường và bản ñáy thường xây bằng gạch, ñá, BT… • Chiều dày kê vào tường: d = (1÷1,5)t » t: Chiều dày tấm nắp. » Theo cấu tạo: d ≥ 10÷20cm.

• Chọn chiều dày tấm nắp t: - Phân tích lực tác dụng lên tấm nắp. - Tính toán nội lưc tấm nắp theo các phương pháp ñã học. Chọn t theo 2 yêu cầu (ñối với vật liệu tấm ñồng nhất như BT, ñá…) Theo ñk chịu uốn: Theo ñk chịu cắt: Trong ñó: M : Mô men uốn lớn nhất. Q : Lực cắt lớn nhất tại gối. K : Hệ số an toàn. K = 1,8

139

http://www.haquangnguyen.co.cc

b : Chiều rộng của tấm. [σu] , [σc] : ƯS cho phép chịu uốn và nén của vật liệu làm tấm nắp. Nếu tấm nắp là BTCT thì dựa vào M, Q ñể tính toán bố trí thép. • Tường bên, bản ñáy tính như kết cấu cống lộ thiên.

• Tính toán vòm Thường dùng phương pháp ña giác lực xác ñịnh ñường áp lực trong vòm (xem giáo trình kết cấu) Khi ñường áp lực vẽ ra ñều nằm trong ñoạn 1/3 ở giữa các mặt cắt vòm thì hình dạng vòm ñã chọn là thích hợp. Vòm chỉ còn chịu ƯS nén. Chiều dày sơ bộ ñỉnh vòm xác ñịnh theo công thức:

Chiều dày chân vòm: t1=(1.5÷2.5)to Với vòm tương ñối lớn, chiều dày ở mặt cắt bất kỳ có thể tính:

Rmax : Bán kính lớn nhất của vòm, m. L : Nhịp vòm, m. Z : Chiều dày tầng ñất ñắp trên ñỉnh vòm, m. θ : Góc tạo bởi mắt cắt tính toán và mặt cắt ñỉnh vòm.

§16.4 CẦU MÁNG I. KHÁI QUÁT CHUNG

140

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðiều kiện sử dụng: - ðược dùng trong những trường hợp kênh dẫn phải vượt qua thung lũng, sông suối. - Khi qua vùng ñất thấm nước nhiều hoặc sườn dốc thì có thể dùng kênh xây hay máng dẫn. • Ưu ñiểm: ðảm bảo tốt yêu cầu thủy lực, tổn thất cột nước nhỏ, xây dựng và quản lý thuận tiện. • Nhược ñiểm: Khi phải vượt qua thung lũng sâu, sông suối có mực nước dao ñộng lớn thì xây dựng phức tạp, giá thành cao. • Hình dạng mặt cắt ngang: Chữ nhật, bán nguyệt, chữ U… • Các bộ phận chính: Cửa vào, cửa ra, thân máng và giá ñỡ.

- Dầm liên tục: Khi cầu máng có chiều dài lớn, phải chia nhiều nhịp.

- Dầm công son kép: Dùng phổ biến khi chiều dài máng cho phép. Chọn L = 2,7a ñể Mmax(-) = Mmax(+)

141

http://www.haquangnguyen.co.cc

II. TÍNH TOÁN THỦY LỰC • Sơ ñồ tính toán: • Lưu lượng: Dòng chảy từ kênh vào máng tính như chảy vào ñập tràn ñỉnh rộng: Trong ñó: » Z01: Chênh lệch cột nước trong kênh và máng có kể ñến lưu tốc tới gần. » ω : Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào.

• Xác ñịnh ñộ dốc i: - Chọn lưu tốc trong máng v = 1÷2 m/s - Coi dòng chảy trong máng là dòng ñều, xác ñịnh h = HTL – Z1

- Xác ñịnh i từ công thức dòng ñều: - Thường chọn i = (1/12.000 ÷ 1/500)

142

http://www.haquangnguyen.co.cc • Xác ñịnh ñộ cao hồi phục Zhp cuối cầu máng theo công thức ñập

tràn ñể tính kênh hạ lưu: • Lưu ý: - Tổng tổn thất qua cầu máng: ΣZ = Z1 + i.L –Zhp ≤ [∆Z] - Xét ảnh hưởng của gió thổi ngược chiều ñến ñộ dềnh cao của nước trong máng làm giảm khả năng tháo → Có thể khắc phục bằng cách hạ thấp lòng dẫn sau máng một ñoạn bằng Zhp. III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU Vật liệu làm máng: Gỗ, gạch ñá xây, bê tông, BT cốt thép, xi măng lưới thép… 1. Cầu máng gỗ • Ưu ñiểm: Thi công ñơn giản. Nhẹ • Nhược ñiểm: Dễ thấm nước, thời gian sử dụng ngắn

2. Cầu máng bằng gạch, ñá xây • Thường dùng cho cầu máng vừa và nhỏ, chiều dài không lớn. • Mặt cắt thân máng thường là hình chữ nhật. • Bộ phận ñỡ cầu máng dạng vòm.

Nguyên tắc tính toán kết cấu: • Theo phương dọc: - Toàn bộ lực truyền xuống vòm (cid:1) Tính kết cấu vòm ñỡ như CHKC ñã học. • Theo phương ngang: - Thành máng xem như một dầm công son 1 ñầu ngàm. - Bản ñáy xem như dầm hai ñầu ngàm. • Phân tích lực tác dụng và tính toán cho những mặt cắt ngang ñại diện. 3. Cầu máng bê tông cốt thép • Thân máng: - Hình dạng mặt cắt thường là hình thang, chữ nhật, bán nguyệt. - Thân máng ñặt trên giá ñỡ dạng: dầm liên tục, công xon kép, vòm treo… - Thân máng gác vào bờ 2÷5 m.

143

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Giá ñỡ: - Thường dùng kiểu khung cứng. Phải ñảm bảo ổn ñịnh, ñáy phải ñủ lớn ñể phân bố lực xuống nền ñồng ñều, ƯS phải không vượt quá giá trị cho phép - Thiết bị chống thấm khe nối: Thường dùng khe chống thấm kim loại, cao su, bao tải nhựa ñường, PVC…

Nguyên lý tính toán kết cấu: • Theo phương dọc: - Tùy theo hình thức liên kết mà tính theo phương pháp dầm liên tục, dầm ñơn hoặc dầm có mút thừa. • Theo phương ngang: - Phân tích ñể chọn tổ hợp bất lợi nhất. - Tính nội lực thành máng, bản ñáy từ ñó bố trí thép. • Giá ñỡ tùy thuộc vào hình thức kết cấu là khung, vòm... tính như CHKC ñã học. 4. Cầu máng xi măng lưới thép • Ưu ñiểm: - Nhẹ, kinh tế, thi công nhanh. - Lượng XM giảm 55÷80%, thép giảm 48÷70%, giá thành giảm55÷70% • Nhược ñiểm: Chế tạo khá phức tạp, ñòi hỏi kỹ thuật tốt. • Hình dạng mặt cắt: Thường là chữ U, ngoài ra còn có dạng hình bán nguyệt, parabol…

• Kết cấu máng chữ U:

144

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Chiều dày thân máng 1÷3cm. Phân ñoạn máng từ 4÷10m. Chỗ tiếp giáp các ñoạn ñược ñặt trên gối ñỡ. - Thường chọn H/D<1 ñể giảm biến dạng ngang. - ðộ vượt cao an toàn a = (0,1÷0,3).D - Thanh giằng bố trí dọc theo máng, cách nhau 1m, là BTCT cùng mac, tiết diện thường 6x6 ñến 8x8 cm2. - Thân máng: Bê tông lưới thép và thép chịu lực, bên trong và bên ngoài có lớp vữa xi măng bảo vệ dày 2÷3mm.

Nguyên lý tính toán kết cấu: • Máng ñặt trên giá ñỡ nên thường tính theo sơ ñồ dầm ñơn. • Kết cấu mặt cắt thân máng thường ñược tính toán nội lực theo kết cấu không gian. Các bước tính toán: • Tính thủy lực xác ñịnh mặt cắt: Tiết diện, ñộ dốc, chiều dài, bố trí… • Sơ bộ xác ñịnh chiều dày thành máng, chiều dài nhịp. • Phân tích tính toán nội lực theo phương ngang và dọc: - L/D≤3 : máng ngắn. Tính theo lý thuyết vỏ. - L/D>3 : dầm. Tính theo dầm. • Bố trí thép. • Kiểm tra ñiều kiện kinh tế, kỹ thuật: - Kiểm tra nứt. - Kiểm tra ñộ võng: f = f1 - f2 + f3 - Kiểm tra ñiều kiện kinh tế. » f1 : ðộ võng do tác ñộng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng. » f2 : ðộ võng do tác ñộng ngắn hạn của tải trọng dài hạn. » f3 : ðộ võng do tác ñộng dài hạn của tải trọng dài hạn.

§16.5 XI PHÔNG NGƯỢC

I. KHÁI NIỆM Xi phông ngược ñược ñặt lộ thiên hoặc ñi luồn bên dưới ñáy kênh, sông, suối v.v... mà kênh dẫn gặp phải ñể tiếp tục chuyển nước ở kênh dẫn. 1. ðiều kiện sử dụng • ðược dùng tại những chỗ ñịa hình ñặc biệt không thể xây dựng ñược cầu máng. • Khi kênh cần vượt qua chướng ngại vật mà cao trình chướng ngại xấp xỉ bằng cao trình kênh. • Qua so sánh kinh tế và kỹ thuật giữa hai loại trên. 2. Ưu – nhược ñiểm • Bố trí ñược ở những ñịa hình phức tạp.

145

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Tổn thất cột nước lớn, khả năng vận chuyển, dẫn nước thấp hơn, quản lý, sửa chữa khó khăn, giá thành ñắt hơn. 3. Phân loại • Theo hình thức gồm có: Giếng ñứng, ống nghiêng • Theo hình dạng mặt cắt: Tròn, chữ nhật, vòm… • Theo vật liệu có: Gỗ, bê tông, bê tông côt thép, ống thép… 4. Một số yêu cầu về cấu tạo: • ðặt sâu dưới ñộ sâu nhất của lòng sông ≥ 0,5÷1 m. • ðộ nghiêng của ống: TL: 2÷3 HL: 2,5÷4 • Cửa vào, ra ñảm bảo dòng chảy thuận. • Miệng xi phông cửa vào ñặt sâu dưới MN thượng lưu ít nhất 0,5m ñể xi phông không hút không khí vào ống khi làm việc. • Cửa vào cần bố trí lưới chắn rác, khe phai, van… ñể ñảm bảo ñiều kiện làm việc hoặc dễ kiểm tra tu sửa.

II. TÍNH TOÁN THỦY LỰC

• Lưu lượng qua ống xi phông ñược tính: ω : Tiết diện nước chảy qua ống. Zo : Chênh lệch cột nước thượng – hạ lưu. (Bằng tổng tổn thất cột nước)

φ : Hệ số lưu tốc ñược tính theo công thức: • Tổng tổn thất phải bảo ñảm ñiều kiện: Σξi < [Z] • Lưu tốc chọn trong khoảng 1,5÷3 m/s ñể ñảm bảo không bồi lắng trong xi phông và cũng không quá lớn ñể tổn thất cột nước nhiều. • Chọn số lượng ống cho phù hợp với các lưu lượng làm việc ñể lưu tốc không thay ñổi nhiều. Các bước tính toán thiết kế: • Căn cứ các cấp lưu lượng làm việc theo thời gian chọn số ống xic phông. • Chọn sơ bộ tiết diện ống, chiều dài ống, ñộ nghiêng… (Bố trí sơ bộ). • Kiểm tra các ñiều kiện kinh tế, kỹ thuật ñối với trường hợp dẫn Qmax và các cấp lưu lượng yêu cầu. Nếu chưa thỏa mãn ñiều kiện về lưu tốc và lưu lượng cần chọn lại tiết diện.

146

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Kiểm tra tổn thất với trường hợp Qmin. Nếu tổn thất ứng với Qmin nhỏ hơn quá nhiều so với tổn thất ứng với Qmax thì cần có biện pháp công trình nhằm tiêu hao ñầu nước cửa ra hoặc hạ thấp cột nước cửa vào ñể tránh hiện tượng mực nước hạ thấp ñột ngột tại cửa vào sinh ra nước nhảy trong XP gây rung ñộng. Các biện pháp khắc phục hiện tượng mực nước hạ thấp ñột ngột tại cửa vào: • ðặt hàng song gỗ ở cửa ra nhằm tăng cản trở tiêu hao ñầu nước. Hình thức này dùng khi ñầu nước thừa nhỏ, loại này có nhược ñiểm là khó ñiều chỉnh . • Tạo ra ñoạn quá ñộ ở cửa vào làm cho mặt nước hạ thấp dần. Loại này tương ñối ñơn giản, dùng khi cột nước thừa không lớn. • Tạo ra như một bể tiêu năng ở cửa vào, dùng khi cột nước thừa tương ñối lớn.

III. CẤU TẠO XI PHÔNG 1. Ống xi phông gỗ ðKSD: Thường dùng khi ống có tiết diện tròn và ñặt nổi. Nhược ñiểm: Thời gian sử dụng không ñược lâu. Dễ thấm nước.

2. Ống xi phông bằng bê tông và bê tông cốt thép ðKSD: Khi xi phông luồn dưới các sông, kênh, chịu tác dụng của các ngoại lực tương ñối lớn .

§16.6 DỐC NƯỚC VÀ BẬC NƯỚC

Khái niệm • Các công trình dốc nước và bậc nước ñược xây dựng trên kênh ñể chuyển nước qua những nơi ñịa hình thay ñổi ñột ngột. • Khi lựa chọn giữa dốc nước và bậc nước cần dựa vào ñiều kiện ñịa hình tự nhiên; Dựa theo tình hình cụ thể và phân tích kinh tế kỹ thuật ñể lựa chọn.

147

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Khi ñộ dốc tự nhiên m = 3÷5 nên chọn dốc nước. Khi mực nước chênh lệch lớn hơn, ñịa hình khá dốc làm bậc nước là có lợi. Tính toán thủy lực • Tính toán thủy lực dốc nước và bậc nước tương tự như trong chương Công trình tháo lũ ñã học. Hình thức kết cấu(Xem giáo trình)

§16.7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH

Thiết kế hệ thống kênh và công trình trên kênh phải dựa trên cơ sở các tài liệu cơ bản về: Nhiệm vụ công trình, ñiều kiện ñịa hình, ñịa chất, vật liệu xây dựng, thuỷ văn, khí hậu, kinh tế, xã hội… Quá trình thiết kế có thể theo các bước sau: Bước 1: Thu thập các tài liệu cơ bản. Bước 2: Bố trí tuyến kênh, ñịnh vị và lựa chọn hình thức các CT. Bước 3: Tính toán thuỷ lực xác ñịnh mặt cắt kênh. Bước 4: Vẽ ñường mặt nước trên toàn hệ thống kênh. Kiểm tra khả năng phục vụ của kênh. Bước 5: Lựa chọn kết cấu, tính toán ổn ñịnh và ñộ bền của các bộ phận kênh; thiết kế các công trình trên kênh. Bước 6: Xây dựng bản vẽ hệ thống kênh. Tính toán phương án thi công; tính toán kinh tế.

148

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 17 CỬA VAN CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng: 6 tiết • Khái niệm về cửa van và các yêu cầu thiết kế. • Phân loại cửa van, tác dụng và ñiều kiện ứng dụng của từng loại. • Cửa van phẳng: - Các loại cửa van phẳng. - Xác ñịnh lực ñóng mở cửa van. - Thiết kế cửa van phẳng bằng thép. • Cửa van cung: - Xác ñịnh lực tác dụng và lực ñóng mở cửa van. - Nguyên tắc bố trí và thiết kế. • Hình thức cấu tạo và quá trình làm việc của một số loại cửa van

§17.1 KIẾN THỨC CHUNG

I. KHÁI NIỆM Cửa van là gì? Cửa van là một bộ phận của công trình thủy lợi ñược bố trí tại các lỗ thoát nước ñể ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước. Các yêu cầu thiết kế: • Kết cấu ñơn giản, thi công và sửa chữa thuận lợi. • ðủ cường ñộ và ổn ñịnh. • Thực hiện tốt nhiệm vụ mà cửa van ñảm nhận. • Khống chế ñược ñộ mở và khít nước tốt. • Tháo bùn cát và vật nổi dễ dàng. • Giá thành thấp nhất. • Góp phần tạo nên mỹ thuật của toàn bộ công trình. II. PHÂN LOẠI 1. Phân loại theo mục ñích sử dụng • Van chính (van công tác): Thực hiện nhiệm vụ chính của van: ñể ñiều tiết lưu lượng, khống chế cột nước. • Van sự cố: Làm việc khi công trình có sự cố. Yêu cầu: ðóng mở nhanh với cột nước lớn, thường là 0.2÷0.5m/phút. • Van sửa chữa: Làm việc thay cửa van công tác khi cần sửa chữa, bảo dưỡng van công tác 2. Phân loại theo vị trí ñặt van • Cửa van trên mặt: Thường sử dụng ở các ñập tràn, cống lộ thiên... Khi ñóng, ñầu van nhô lên khỏi mặt nước. • Cửa van dưới sâu: Thường dùng cho cống ngầm, ñường hầm… Khi ñóng, van ngập sâu trong nước và chịu áp suất lớn do nước truyền tới.

Một số loại cửa van trên mặt

149

http://www.haquangnguyen.co.cc

Một số loại cửa van dưới sâu

3. Theo cách truyền lực • Van truyền lực cho mố. • Van truyền lực cho ngưỡng ñáy. 4. Theo vật liệu xây dựng Cửa van bằng thép, gỗ, bêtông cốt thép hoặc chất dẻo (composit). Khi thiết kế, tuỳ theo quy mô lớn nhỏ, mức ñộ quan trọng, ñiều kiện làm việc của van ñể chọn vật liệu cho thích hợp. 5. Theo hình thức tháo nước qua cửa van • Tháo nước dưới ñáy. • Tháo nước trên ñỉnh van. • Tháo nước ñồng thời cả ở dưới ñáy và trên ñỉnh

150

http://www.haquangnguyen.co.cc

6. Theo ñặc tính chuyển ñộng • Chuyển ñộng tịnh tiến. • Chuyển ñộng quay. • Chuyển ñộng lăn. 7. Theo hình dạng • Van phẳng. • Van cung. • Van giàn quay. • Van khóa… 8. Theo phương thức ñóng mở • Van ñóng mở tự ñộng. • Van ñóng mở cưỡng bức.

§17.2 CỬA VAN PHẲNG

I. KHÁI QUÁT • Cửa van mà bản chắn nước là bản phẳng. Chuyển ñộng theo phương ñứng, thường là tháo nước ñáy • ðể tháo vật nổi cần thiết kế kiểu tháo kết hợp: Loại cửa van 2 tầng hoặc cửa van có lưỡi gà ở trên ñỉnh. • Vật liệu thường là thép, composite, gỗ, ñôi khi bằng bêtông cốt thép. - Vật liệu gỗ thường dùng ở những cửa có chiều rộng không quá4 ÷ 5m và áp lực nước khoảng 4 ÷ 5m. - Cửa van thép dùng ở những nhịp lớn hơn và chịu áp lực nước lớn hơn. - Vật liệu composite hay dùng cho những vùng nước phèn, mặn.

• Ưu ñiểm: - Cấu tạo ñơn giản, lắp ráp dễ dàng, dùng ñược cả trên mặt và dưới sâu.

151

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Tác dụng chắn nước và ñiều tiết tốt. - Tháo ñược vật ñáy. - Trụ pin ngắn. • Nhược ñiểm: - Lực kéo mở van lớn. - Tốc ñộ ñóng mở không nhanh. - Khe van sâu -> Mố trụ dày -> Tốn kém. II. XÁC ðỊNH LỰC ðÓNG MỞ CỬA VAN PHẲNG • Lực ñóng mở cửa van phụ thuộc: Trọng lượng van, hình thức chuyển ñộng, cột nước tác dụng, vật liệu tiếp xúc... 1. Lực mở cửa van. P1 > (G + T1+T2) P1 = K1.G + K2.(T1+T2) Trong ñó: K1=1.1 ; K2=1.2 : Các hệ số an toàn. T1: Lực ma sát tại chỗ tiếp xúc với bộ phận tựa. T2: Lực ma sát tại chỗ tiếp xúc của bộ phận khít nước. 2. Lực ñóng cửa van. P2 > (-G + T1+T2) P2 = K’.[K2.(T1+T2) – K1.G] K’ ≥ 1.25: Hệ số an toàn, các hệ số khác như trên. 3. Xác ñịnh các thành phần lực trong công thức a. Trọng lượng cửa van • G có thể xác ñịnh theo: - Công thức kinh nghiệm. - Trọng lượng tương tự. - Tính toán chính xác theo thiết kế. • Theo công thức kinh nghiệm: G = g.H.Lo Lo: Chiều rộng cửa van. H: Chiều cao cửa van. g: Trọng lượng cho một ñơn vị diện tích cửa van. • Khi cửa van là cửa van thép, có bánh xe lăn:

2000 N/m2 < g < 8000 N/m2 • Khi cửa van là cửa van thép, không có bánh xe lăn:

1900 N/m2 < g < 7000 N/m2 Ho: Cột nước tính ñến trung tâm lỗ tháo nước. b. Lực ma sát ở thiết bị khít nước T2: Do ma sát giữa vật khít nước và khe van.

Trong ñó: f: Hệ số ma sát (tham khảo bảng 17-1 trang 210 GT tập 2). a: Chiều rộng vật khít nước. (Thường a = 0.15÷0.2 m) H1: chiều cao cột nước tác dụng. γn: Dung trọng nước.

152

http://www.haquangnguyen.co.cc

c. Lực ma sát ở nơi tiếp xúc giữa cửa van và bộ phận ñỡ tựa: T1 • Trường hợp tiếp xúc dạng trượt: T1=f.W Trong ñó: f : Hệ số ma sát trượt giữa van và khe van (bảng 17-1). W : Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van.

• Trường hợp tiếp xúc dạng có bánh xe lăn: Trong ñó: f : Hệ số ma sát trượt giữa trục bánh và bánh xe (bảng 17-1). R,r : bán kính bánh xe và trục bánh xe. f1 : Hệ số ma sát lăn. (Thường f1 = 0.05 ÷ 0.1 cm) W1 : Lực tác dụng lên mỗi bánh xe Trường hợp chỉ có áp lực nước và có n bánh xe: W1 = W/n

Lực ma sát của n bánh xe:

153

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP a. Khái quát • Loại cửa van này ñược sử dụng phổ biến ở những nơi có nhịp lớn và chịu áp lực lớn. Loại này bền vững, thời gian sử dụng lâu dài. • Các bộ phận của cửa van gồm: bản mặt chắn nước, các dầm chính, dầm phụ, cột ñứng, cột biên, thanh chống chéo.

• Ở những cửa van nhịp nhỏ nhưng chịu áp lực lớn có thể dùng loại van ñơn giản. Loại này bao gồm một khung dầm thép nối với bản mặt. Nếu cửa khá cao có thể thêm một vài dầm ngang ở khoảng giữa ñể tăng ñộ cứng cho van.

b. Các bước tính toán thiết kế • Xác ñịnh chiều rộng, chiều cao van. • Phân tích áp lực nước tác dụng lên cửa van cho trường hợp tính. • Tính toán bố trí các dầm chính, dầm phụ. • Sơ bộ chọn cấu tạo các dầm và bản mặt. • Tính toán lực tác dụng lên các dầm, các ô bản mặt. • Tính toán kết cấu kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện, các mối hàn… kiểm tra ñộ võng cho phép của các cấu kiện. • Chọn cấu tạo chi tiết.

154

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Tính toán lực ñóng mở và chọn thiết bị ñóng mở. b. Các bước tính toán thiết kế • Xác ñịnh chiều rộng, chiều cao van. • Phân tích áp lực nước tác dụng lên cửa van cho trường hợp tính. • Tính toán bố trí các dầm chính, dầm phụ. • Sơ bộ chọn cấu tạo các dầm và bản mặt. • Tính toán lực tác dụng lên các dầm, các ô bản mặt. • Tính toán kết cấu kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện, các mối hàn… kiểm tra ñộ võng cho phép của các cấu kiện. • Chọn cấu tạo chi tiết. • Tính toán lực ñóng mở và chọn thi

IV. CỬA VAN PHẲNG BẰNG GỖ • Thường dùng ở các công trình nhỏ, bề rộng khoang tháo không lớn. Chiều rộng: 1÷3m; Cột nước tác dụng: 2÷3m. • Loại này cấu trúc ñơn giản, trọng lượng nhỏ. Thường là van trượt. • Áp dụng cho những nơi có sẵn vật liệu gỗ. Tuổi thọ không lớn.

• Các dầm gỗ ñược ghép lại với nhau bằng mộng gỗ, chốt và có nẹp thép bắt bu lông. • Chiều dày dầm gỗ khoảng 8 ÷ 12cm. • Các thanh thép nẹp thường có chiều dày ≥ 8mm, chiều rộng ít nhất bằng bốn lần ñường kính của bu lông. (trong trường hợp ñó nói chung thanh nẹp thoả mãn ñược yêu cầu chịu lực, không cần tính toán kiểm tra). • Khi cửa van ñóng mở bằng cần thép cứng thì dùng hai bản ghép hình thang ñể nối cần với cửa van nhờ các ñinh bu lông. • Trong thiết kế cần kiểm tra khả năng chống cắt của bu lông hay ñinh tán. V. PHAI • Phai gồm các dầm ñơn, khi chắn nước nó nằm trong khe phai. • Tác dụng của phai là ñể chắn nước tạm thời trong thời kỳ cần sửa chữa van chính hoặc một số bộ phận của công trình.

155

http://www.haquangnguyen.co.cc • Vật liệu làm phai có thể là gỗ, bê tông, BTCT hoặc thép.

Các trường hợp cần xét ñể ñảm bảo các yêu cầu của dầm phai bao gồm:

156

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Trong quá trình vận chuyển, chịu tác dụng của trọng lượng bản thân. • Khi thả xuống nước, dầm chịu tác dụng của áp lực thuỷ ñộng. Áp thủy ñộng bao gồm áp lực ngang W’ và áp lực theo phương thẳng ñứng W” ñược tính toán theo các công thức: l - chiều dài tính toán của dầm phai; a,b - chiều cao và chiều rộng dầm phai; K - hệ số lưu tuyến, dầm phai chữ nhật lấy bằng 2; K1 - hệ số bằng 0,7 khi a = b, bằng 1 khi a > b. Khi thả xong, các phai chỉ chịu áp lực thuỷ tĩnh.

VI. MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA CỬA VAN

157

http://www.haquangnguyen.co.cc

§17.3 CỬA VAN HÌNH CUNG

I. KHÁI NIỆM CHUNG • Cửa van hình cung là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ. Sau tấm chắn nước là hệ thống dầm tựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay gắn vào trụ. Chuyển ñộng khi nâng hoặc hạ cửa van là chuyển ñộng quay • Bản mặt chịu tác dụng của áp lực nước truyền qua hệ thống dầm, dàn, càng van, tai van rồi tới mố trụ.

Ưu ñiểm: • ðóng mở nhanh và dễ dàng, lực ñóng mở nhỏ. • ðiều tiết lưu lượng tốt. • Trụ pin mỏng. Nhược ñiểm: • Cấu tạo phức tạp. • Chế tạo và lắp ráp khó khăn. • Trụ dài, hay bị kẹt và rò rỉ. • Trạng thái chịu lực và trạng thái ứng suất phức tạp. ðiều kiện sử dụng: • Sử dụng ở những nơi quy mô công trình lớn, cần ñóng mở nhanh như: Cống vùng triều, ñập tràn xả lũ tại các hồ chứa...

158

http://www.haquangnguyen.co.cc

Phân loại Phân loại theo vị trí ñặt cửa van: • Cửa van trên mặt. • Cửa van dưới sâu. Phân loại theo vị trí tâm quay: • Tâm quay trùng với tâm cung. • Tâm quay không trùng với tâm cung. Phân loại theo hình thức kết cấu: • Cửa van cung kiểu giàn. • Cửa van cung kiểu dầm chính ñặc. Xem “Cửa van cung: Tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, lắp ñặt, nghiêm5 thu và bàn giao – Yêu cầu kỹ thuật” 14 TCN 117 - 1999 II. LỰC TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN HÌNH CUNG 1. Áp lực nước • Áp lực nước thượng lưu W:

• Áp lực nước theo phương ngang:

• Áp lực nước theo phương ñứng:

Trong ñó: R : Bán kính cung α1, α2, α : Như hình vẽ. Lo: Chiều rộng nhịp van. Chú ý: - Trường hợp trên là tâm cung O cao hơn mực nước. - Khi tâm O thấp hơn MN thì α1 lấy dấu (-). - Khi tâm O trùng MN thì α1=0, α2= α. 2. Trọng lượng bản thân • Có thể tính theo theo các phương pháp như cửa van phẳng.

• C. thức kinh nghiệm theo Beredinski: F : Diện tích bản chắn nước.

159

http://www.haquangnguyen.co.cc

III. XÁC ðỊNH LỰC ðÓNG MỞ 1. Lực mở cửa van Lực mở P1 có thể xác ñịnh theo công thức: P1=K1.T0+K2.(T1+T2) K1,K2: các hệ số lấy như van phẳng. T0 : Lực ñể thắng trọng lượng bản thân: T0 = G.L3 / L4 T1 : Lực ñể thắng ma sát ở khớp quay: T1 = f.Q.r / L4 f : h.số ma sát trượt lấy như van phẳng. r: Bán kính trục tại khớp quay. Q : Lực tác dụng tổng hợp tại khớp quay.

T2 : Lực ñể thắng ma sát ở th.bị khít nước.

f ’ : Hệ số ma sát tại chỗ tiếp xúc khít nước. P : Áp lực nước tác dụng lên thiết bị khít nước. a : Chiều rộng của thiết bị khít nước. go : Thành phần trọng lượng bản thân truyền lên khớp quay.

2. Lực ñóng cửa van

160

http://www.haquangnguyen.co.cc

Lực ñóng cửa van P2 có thể xác ñịnh theo công thức: P1=K’.{K2.(T1+T2) -K1.T0} K1,K2: các hệ số lấy như van phẳng. Nếu P2 > 0 thì cửa van không tự rơi ñược. P2 < 0 thì cửa van tự rơi ñược. CHÚ Ý: Tùy theo hình thức ñóng mở van, vị trí ñiểm ñặt thiết bị kéo van mà cách thiết lập công thức lực ñóng mở cửa van khác nhau.

IV. MỘT SỐ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO • Hệ thống dầm bố trí theo nguyên tắc ở mọi chỗ bản mặt chịu lực như nhau, các dầm chính chịu lực như nhau.

• Hệ thống càng van chịu lực do dầm chính, cột biên truyền tới. Tính toán theo nguyên tắc giàn. • Khớp quay là nơi vừa chịu lực và truyền vào mố trụ, vừa quay. • Bố trí vị trí tương ñối của tâm quay so với mực nước TL: - Tâm quay ñặt cao hơn MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. - Tâm quay ñặt bằng với MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. - Tâm quay ñặt thấp hơn MN thượng lưu. R = (2÷2.5)h1. • Bố trí vị trí tương ñối giữa tâm quay và tâm cung: - Tâm quay (khớp quay) trùng với tâm cung. - Tâm quay cao hơn tâm cung. - Tâm quay thấp hơn tâm cung.

161

http://www.haquangnguyen.co.cc

§17.4 MỘT SỐ LOẠI VAN ðÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC

I. Cửa van quạt • Cửa van quạt là loại ñóng mở nhờ chuyển ñộng quay quanh các khớp ñặt ở ngưỡng ñáy và áp lực nước tác dụng lên tấm chắn nước truyền cho các giàn rồi truyền cho ngưỡng ñáy. • Khi mở, cửa van nằm trong buồng ở ngưỡng. Vì vậy van dùng trong trường hợp ngưỡng ñáy có ñủ chiều cao ñể bố trí buồng van; thường chiều cao của ngưỡng phải lớn hơn 1,5 lần chiều cao của cửa van. • Loại này có thể dùng cho các khoang lớn (tới 60m) nhưng không cao (tới 5m). • Ưu ñiểm: ðóng mở nhẹ nhàng, nhanh chóng, ñiều tiết mực nước khá tốt, tiện cho việc tháo các vật nổi. • Nhược: Dễ lắng ñọng bùn cát trong buồng van. I. Cửa van quạt

162

http://www.haquangnguyen.co.cc

• ðể có thể ñóng mở tự ñộng, cần tính toán thiết kế trọng lượng van, kích thước van và buồng van hợp lý. Khi tính toán dựa vào các phương trình cân bằng mômen.

II. Cửa van mái nhà • Loại cửa van này gồm 2 tấm chắn nước giáp ñầu nhau và quay quanh hai trục ở ngưỡng ñáy, một ở thượng lưu, một ở hạ lưu. • Nguyên lý hoạt ñộng cũng như van quạt.

163

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Loại van này có thể dùng khi nhịp rộng tới 40 ÷ 45m với chiều cao 6 ÷ 7m. • Nhược ñiểm loại van này là trong quá trình tháo nước, cửa van thường không ổn ñịnh. Khi có nhiều bùn cát dễ gây lắng ñọng, gây bất lợi cho chuyển ñộng của cửa.

III. Cửa van phẳng ñóng mở tự ñộng hai chiều • Loại cửa van này thường dùng cho các cống vùng triều, làm nhiệm vụ ngăn mặn giữ ngọt, thau chua rửa phèn. • Nguyên lý hoạt ñộng: Van ñóng mở nhờ chênh lệch cột nước tạo mô men quay quanh trục lệch tâm của van. • Ưu ñiểm: ðóng mở hoàn toàn tự ñộng, thuận tiện cho quản lý, cấu tạo ñơn giản, dễ thi công và sửa chữa.

I. Cửa van ñĩa • Van ñĩa dùng ñể chắn nước ở các lỗ hoặc ống ñặt dưới sâu như các lỗ trong thân ñập, các ñường ống dẫn nước vào turbin của nhà máy thủy ñiện. Van ñĩa có thể sử dụng như cửa van ñiều tiết lưu lượng với cột nước 20 ÷ 30m. • Van ñĩa có loại quay quanh trục ngang hoặc quay quanh trục ñứng. • Ưu ñiểm: Lực ñóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố.

164

http://www.haquangnguyen.co.cc • Nhược ñiểm: Dễ gây chấn ñộng, có chân không lớn khi mới mở cửa.

§17.5 MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU

• Ưu ñiểm: Lực ñóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố. • Nhược ñiểm: Dễ gây chấn ñộng, có chân không lớn khi mới mở cửa. II. Van kim • Van kim là loại van có thể dùng ñiều tiết lưu lượng ở những nơi cột nước lớn. Van có thể làm việc trong trường hợp ñóng, mở hoàn toàn hay ở vị trí trung gian mà không có rung ñộng. • Loại này dùng ñược ở những nơi có cột nước tới 800m và ñường kính ñạt tới 6,5m. Van thường ñặt ở cuối các lỗ tháo nước phía hạ lưu ñập và tháo nước ra không khí, tổn thất cột nước qua cửa van nhỏ (khoảng 0,20 v2/2g). • Ưu ñiểm: ðiều tiết lưu lượng tốt, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, dùng ñược cho cột nước cao. • Nhược ñiểm: Kết cấu phức tạp, ñắt tiền.

III. Van khóa

165

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Van khoá ñược sử dụng nhiều ở các cống lấy nước dưới ñập có ñường kính không lớn (D < 0,8m). • Van khóa thường ñược ñặt ở cuối cống ñể tạo chế ñộ chảy có áp ổn ñịnh trong cống. Cho phép sử dụng van khoá làm van chính hay van sự cố. • Ưu ñiểm: Chế tạo ñơn giản, vận hành và quản lý, sửa chữa thuận tiện. • Nhược ñiểm: Dùng cho các công trình nhỏ, ñóng mở chậm. Cột nước không cao.

IV. Van côn (van nút chai) • Van côn là một ống hình trụ cố ñịnh ñược ñậy ở cuối bằng một nút hình côn. • Trong xây dựng thuỷ lợi những năm gần ñây, van côn ñã ñược sử dụng tương ñối nhiều ở các cống thép bọc bêtông cốt thép dưới ñập ñất. (Ea Soup thượng, cống Nam Suối Dầu, cống Vạn Hội) • Cấu tạo của van côn gồm xi lanh cố ñịnh 1; nút chặn hình côn 2 gắn cố ñịnh ở cuối; một xi lanh khác có ñường kính nhỏ hơn có thể di ñộng dọc theo trục ống nhờ một cơ cấu ñiều khiển ñể khống chế ñộ mở van. Góc ở ñỉnh của nút hình côn thường chế tạo trong khoảng từ 500 ÷ 900; van có α= 500 cho phép giảm nhỏ kích thước của buồng tiêu năng phía sau.

166

http://www.haquangnguyen.co.cc

167

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 18 BỂ LẮNG CÁT

NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 4 tiết • Khái niệm và phân loại bể lắng cát. • Bể lắng cát làm việc theo chu kỳ. - Cấu tạo và tác dụng của các bộ phận. - Quá trình chìm lắng của hạt bùn cát trong bể lắng. - Kích thước cơ bản của bể lắng cát. - Tính toán xói rửa. • Bể lắng cát làm việc liên tục. - Cấu tạo và tác dụng của các bộ phận của bể lắng cát kiểu Nikitin, Zamarin và Dinphurơ. - Xác ñịnh kích thước cơ bản, tính toán hệ thống xói rửa. • Bể lắng cát trên hệ thống tưới. §18.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI I. KHÁI NIỆM CHUNG • Dòng chảy thường mang nhiều bùn cát, nhất là về mùa lũ hàm lượng bùn cát rất cao → lắng ñọng trên kênh dẫn, gây khó khăn cho bố trí và xây dựng các công trình. • Ví dụ: sông Hồng có lượng ngậm cát trung bình nhiều năm từ2,5÷3,0 kg/m3, hàm lượng bùn cát cực ñại khoảng 16 kg/m3 và hàng năm sông Hồng có thể vận chuyển tới 100 triệu tấn bùn cát. • Tùy theo các ngành dùng nước mà có các yêu cầu khác nhau: - Nhà máy thủy ñiện: y/c giữ lại các hạt d≥0.25 mm, bùn cát không cứng thì có thể cho phép d<0.4mm. - Tưới ruộng: y/c giữ lại các hạt d≥0.01÷0.05 mm. - Nước sinh hoạt: Theo y/c chất lượng cao hơn… Các biện pháp ngăn chặn? • Trồng rừng ở thượng nguồn, trung du ñể chống xói mòn. • Xây dựng các công trình giữ bùn cát ñáy và bùn cát lơ lửng ở ñầu nguồn. • Bố trí hợp lý các công trình ñầu mối lấy nước. • Làm bể lắng cát trên hệ thống dẫn nước ñể ngăn các hạt có hại. Yêu cầu của bể lắng cát: • Lắng ñọng các hạt bùn cát có hại theo yêu cầu của ngành dùng nước. • Thường xuyên hoặc ñịnh kỳ tháo xả bùn cát với tổn thất H, Q nhỏ nhất. • ðảm bảo yêu cầu lấy nước vào hệ thống của ngành dùng nước. II. PHÂN LOẠI 1. Phân loại theo nhiệm vụ hệ thống • Bể lắng cát của nhà máy thủy ñiện. • Bể lắng cát của hệ thống tưới và cấp nước. 2. Phân loại theo ñịa ñiểm bố trí • Bể lắng cát ñầu mối cửa lấy nước. • Bể lắng cát trên hệ thống kênh. 3. Phân loại theo số lượng buồng lắng • Bể lắng cát một buồng, hai buồng, nhiều buồng. 4. Phân loại theo phương thức xói rửa • Bể lắng cát xói rửa liên tục. • Bể lắng cát xói rửa chu kỳ.

168

§18.2 BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC THEO CHU KỲ

http://www.haquangnguyen.co.cc

I. HÌNH THỨC KẾT CẤU Khái niệm: • Là loại bể lắng cát làm việc không liên tục, trong quá trình làm việc, ñến một thời ñiểm nào ñó phải ngừng quá trình cấp nước qua bể ñể tiến hành xói rửa. Bao gồm: • Bể lắng cát một buồng. • Bể lắng một buồng có kênh dẫn phụ. • Bể lắng cát nhiều buồng. 1. Bể lắng cát một buồng • Dùng khi cho phép lấy nước không liên tục, lưu lượng Q≤10m3/s. • Khi xói rửa bùn cát thì ñóng cửa lấy nước vào kênh => Qdv = Qk • Vận tốc dòng chảy trong buồng không lớn: v=0.2÷0.35m/s. Cấu tạo: • Phần vào, ra: - Bố trí mở rộng, thu hẹp dần ñể dòng chảy vào và ra thuận, khuếch tán và thu hẹp dần một cách ñều ñặn. - Khi bề rộng lớn có thể bố trí thêm mố trụ, cửa van, phai, thiết bị ñiều chỉnh… • Buồng lắng: - Mặt cắt ngang có thể chữ U hoặc ñáy thu hẹp. ðáy có thể dốc thuận hoặc dốc ngược. - Khi ñáy dốc thuận i>0 cửa xả bùn cát nằm phía dưới cửa ra, việc xói rửa thuận lợi nhưng ở cửa vào lắng ñọng hạt lớn. - Khi ñáy dốc nghịch i<0, cửa xả bùn cát nằm phía dưới cửa vào bể lắng, thuận lợi cho xói rửa hạt lớn nhưng kết cấu phức tạp.

169

http://www.haquangnguyen.co.cc

Nhận xét: • Loại một buồng có kết cấu ñơn giản, tiết kiệm nước. • khi xói rửa thì phải ngừng cấp nước. • Cần người quản lý vận hành. Trình tự xói rửa: • Trường hợp ñáy bể dốc thuận: - ðóng cửa lấy nước vào hệ thống. ðóng một phần cửa van ở ñầu buồng lắng. Mở cửa van tháo xả bùn cát. - Khi xói rửa xong thực hiện các thao tác ngược lại.

Nhận xét: ðầu buồng lắng bùn cát hạt lớn lắng ñọng nhiều, khó xói rửa. Chu kỳ xói rửa ngắn. • Trường hợp ñáy bể dốc ngược: - ðóng cửa van ở cửa vào buồng lắng. ðóng một phần cửa van ở cuối buồng lắng. Mở cửa van tháo xả bùn cát. - Khi xói rửa xong thực hiện các thao tác ngược lại.

Nhận xét: Xói rửa bùn cát tốt. Tuy nhiên cách xói rửa này không hợp lý vì dùng nước sách ñã lọc trong hệ thống ñể xói rửa, mặt khác ñiều kiện làm việc của buồng lắng không ñảm bảo bình thường do dòng chảy từ hệ thống ñi ngược chiều với dòng chảy trong quá trình làm việc. 2. Bể lắng cát có kênh dẫn phụ • ðể khắc phục việc ngừng cấp nước trong thời gian tháo xả bùn cát của bể 1 buồng. • Khi xả bùn cát thì lấy nước qua kênh phụ: Qdv=Qk+Qx • Khi xói rửa, ñể giảm lượng bùn cát vào hệ thống cần chọn giờ xả cát vào lúc có nhu cầu dùng nước ít nhất.

170

http://www.haquangnguyen.co.cc

3. Bể lắng cát hai buồng • Dùng khi cần ñảm bảo lấy nước liên tục • Khi thiết kế Qdv (1 buồng)=Qk thì có thể lấy nước bất cứ lúc nào . • Nếu Qx1 + Qx2 = Qk thì khi xói rủa lưu lượng vào kênh sẽ không ñủ nên cần chọn thời gian xả bùn cát vào lúc nhu cầu dùng nước nhỏ nhất. • Tối ưu nhất là nên thiết kế với: Qdv = Qk + Qx = (1.5÷2).Qk.

4. Bể lắng cát nhiều buồng • Bảo ñảm lấy nước liên tục, giảm kích thước mỗi buồng, kích thước bể lắng so với hai loại trên. • Nếu các buồng luân phiên xói rửa thì lưu lượng qua mỗi buồng là: Qb = Qk / (n-1) • Lưu lượng dẫn vào cửa lấy nước ñược tính: Qdv = (n+1).Qb

II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC THEO CHU KỲ 1. Quá trình chìm lắng của bùn cát Là một quá trình phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố, có thể nhận thấy: • Lưu tốc hướng ngang phân bố không ñều. • Hàm lượng bùn cát và ñộ lớn hạt bùn cát cũng phân bố không ñều theo cả phương ñứng và ngang. • Tổng lượng bùn cát giảm dần theo chiều dài vận chuyển.

(cid:3) Khảo sát sự chuyển ñộng của môt hạt bùn cát:

171

http://www.haquangnguyen.co.cc

Tác ñộng chính: vận tốc dòng nước theo phương ngang, trọng lượng bản thân • Coi lưu tốc theo phương ngang vn=const => quỹ ñạo theo ñường 1-3. • Nếu xét ñến sự phân bố lưu tốc không ñều theo chiều sâu => ñường 1-2. • Dòng chảy trong BLC là dòng rối, có mạch ñộng lưu tốc, sát thành bể hình thành các xoáy nước làm chậm sự lắng chìm của hạt bùn cát => ñường 1- 4. • Theo phương dòng chảy, hàm lượng bùn cát giảm dần nên diện tích m/c ngang giảm dần làm lưu tốc tăng lên tạo cho hạt bùn cát ở trạng thái di ñộng nên thực tế quỹ ñạo của hạt bùn cát là ñường 1-5.

Chú ý: - Trong quá trình chìm l(cid:1)ng các y(cid:2)u t(cid:3) (cid:4)nh h(cid:5)(cid:6)ng ñ(cid:8)u thay ñ(cid:9)i. - Ch(cid:10) l(cid:1)ng nh(cid:11)ng h(cid:12)t theo yêu c(cid:13)u. 2. Tính toán bể lắng cát • Phần vào của bể lắng thường không cần tính toán mà lấy hình dạng và kích thước theo cấu tạo. • ðối với những công trình lớn, quan trọng người ta ñịnh hình dạng của buồng lắng bằng thí nghiệm mô hình. • Trên cơ sơ yêu cầu lắng và xói rửa bùn cát mà xác ñịnh hình thức, kích thước cơ bản của bể lắng, số lượng buồng, ñường xả cát, chu kỳ xói rửa… • Giả thiết tại mắt cắt ñầu buồng lắng, một hạt bùn cát có ñộ thô thuỷ lực ω, ở cách ñáy buồng lắng một ñoạn h và bỏ qua hiện tượng mạch ñộng của lưu tốc. Ta có:

L = v.h / ω = Lct Chiều dài bể: Lb = L1 + Lct + L2

Thực tế dòng trong bể là dòng chảy rối nên hạt bùn cát chuyển ñộng theo quỹ ñạo phức tạp, ñể tính toán chính xác hơn phải dùng phương pháp tính toán xác suất lắng chìm của hạt bùn cát. Xem phương pháp Vê-li-ka-nốp. Chiều sâu bể lắng: • ðể công trình làm việc tốt, chiều sâu bể thường lấy bằng (4,5 ÷6,5)m. • Chiều sâu của bùn cát bồi lắng, phụ thuộc vào thời ñoạn tính toán, khi tính toán có thể sơ bộ lấy hb = (0,25 ÷ 0,30).H • Chiều sâu tính toán của bể lắng cát là: Htt = H - hb • Lưu tốc bình quân của dòng chảy (v) trong bể lắng phụ thuộc vào kích thước của nhóm bùn cát nhỏ nhất ñược lắng lại trong bể lắng. - Khi d từ (0,25 ÷ 0,40)mm thì v = (0,25 ÷ 0,50)m/s. - Khi d lớn hơn ñến 0,7mm thì v = (0,7 ÷ 0,8)m/s. • ðộ dốc ñáy buồng: i = (0.5% ÷ 2.0%). Chiều rộng bể lắng: • Chiều rộng của bể lắng ñược xác ñịnh theo: Bct = Q / Htt.V

172

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Trong ñó: - Q: lưu lượng làm việc của bể lắng cát. - Htt : chiều sâu tính toán của bể lắng cát. - v: lưu tốc trung bình trong bể lắng.

3. Tính toán xói rửa • Bùn cát lắng ñọng làm v tăng, ñến một lúc bùn cát không thể lắng ñọng ñược nữa thì cần phải xói rửa. • Số lượng và ñộ thô thủy lực của bùn cát ñược chuyển ñi ở trạng thái lơ lửng. • Khi xói rửa ñã có: Htt, Bct, Lct, Wbc, hbc, Qx cần tính Vx, qxả và tx. • ðối với hạt lớn, hạt vừa có thể tính Vx theo công thức kinh nghiệm:

d, ω: ðường kính hạt bùn cát cần xói rửa mà khối lượng của các hạt nhỏ hơn nó chiếm 75% và ñộ thô thủy lực tương ứng. P: Tỉ số % trọng lượng b/c ñược mang theo dòng xói. P = (2÷8)% hx: Chiều sâu trung bình trong BLC khi xói rửa; hx = (10÷30)%Htt. • Lưu lượng ñơn vị xói rửa có thể lấy: qx = (1,1 ÷ 1,25).hx.vx Qx = qx.Bct (lưu tốc dòng xói, thường lấy > (2 ÷ 2,5) m/s.) • Thời gian xói rửa khi xói rửa ñều ñặn có thể tính:

Trong ñó: Wbc: thể tích bùn cát bồi lắng ñược xói ñi (m3) γo : dung trọng của bùn cát bồi lắng (T/m3) Bct: chiều rộng công tác của buồng lắng (m) P: hàm lượng b/c của dòng xói (theo % trọng lượng). Trong thực tế nên dùng thời gian xói tính toán: txtt = (1.5 ÷ 2.0).tx • ðộ dốc ñáy bể lắng ñược tính theo công thức Sêdi với R=hx ; Hệ số C tính với ñộ nhám n = 0.0275.

3. Tính toán hệ thống xói rửa • Cần xác ñịnh lưu tốc xói Vx, diện tích mặt cắt ướt và kiểm tra ñiều kiện xói rửa trong hệ thống ñường hầm xói rửa bùn cát. • Lưu lượng xói rửa trong ñường xả cát bằng lưu lượng xói của buồng:Qñh = Qx = qx.Bct • Lưu tốc qua ñường xả b.c có thể tính:

173

http://www.haquangnguyen.co.cc

Hoặc theo công thức 18-18; 18-19 trong giáo trình:

Trong ñó: m=bdh/hdh ; γ b: trọng lượng riêng của nước bùn. γT: trọng lượng riêng của các hạt bùn cát. ∆: ñộ nhám tuyệt ñối của ñường xả cát. Công thức trên có thể viết gọn dạng:

Trong ñó: A=39,3 khi γT = 2,65 T/m3 và ∆ = 0,001 (có lớp trát bằng ximăng) A=29,8 khi γT = 2,65 T/m3 và ∆ = 0,005 (bê tông ñổ). • Cột nước trong ñường hầm xói rửa:hñh ; Chọn: hñh = (0.5÷1.0)m. • Diện tích mặt cắt ngang ñường hầm:

§18.3 BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC LIÊN TỤC

• yêu cầu bñh ≤ 0.5 Bct • ðộ dốc ñường hầm ñược tính theo công thức Sêri. Sơ bộ có thể chọn iñh = 0.012÷0.017 • Kiểm tra ñiều kiện ñảm bảo xói rửa bùn cát: ðiều kiện xói ñảm bảo: H + ib.Lct ≤ Z – idh.Ldh + hx Trong ñó: H: Chiều sâu của bể lắng cát. ib: ðộ dốc ñáy bể lắng. Lct: chiều dài công tác của bể lắng. Z: Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu ñường xả cát. idh: ðộ dốc ñường xả cát. Sơ bộ i =(0,012 ÷ 0,017). Ldh: Chiều dài ñường xả cát. hx: Chiều sâu bình quân mực nước trong bể lắng khi xói rửa. (cid:3)ðể tăng khả năng vận chuyển bùn cát của ñường xả cát, chúng ta có thể tạo nên dòng chảy xoắn bằng cách làm những mố nhám nhân tạo kiểu dầm trên ñáy và thành của ñường xả cát.

I. ðẶC ðIỂM VÀ HÌNH THỨC KẾT CẤU So với BLC xói rửa theo chu kỳ, BLC xói rửa liên tục có những ñặc ñiểm và ưu ñiểm sau: • Không có buồng dự trữ bùn cát lắng ñọng. • Khi xói rửa mực nước trong buồng lắng không giảm và việc tháo xả bùn cát xảy ra trong ñiều kiện có áp. MN chênh lệch thượng hạ lưu ñường xả cát nhỏ. • Ngoài thành phần lưu tốc thẳng ñứng Vñ = ω còn có thêm lưu tốc tháo xả nên Vñ > ω vì vậy giảm ñược chiều dài bể lắng.

174

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Khi bùn cát ít có thể sử dụng như BLC có chu kỳ. Nhược ñiểm: Tiêu hao lượng nước lớn, cấu tạo phức tạp hơn. Sử dụng BLC xói rửa liên tục khi sông có hàm lượng bùn cát và kích thước hạt bùn cát lớn, lượng nước sông dồi dào. 1. Bể lắng cát liên tục kiểu ðinphurơ Hình thức cấu tạo:

ðặc ñiểm: • Dòng chảy theo phương ñứng vào buồng lắng, một phần hạt to bị ngăn lại ở lưới rồi ñi vào ñường hầm, phần còn lại chui qua lưới chắn vào ñường hầm tập trung bùn cát. • Lưới chắn ñáy có cánh hướng dòng, cuối bể lắng có 2 cửa van xói rửa. Trong thời kỳ bùn cát nhỏ có thể xói rửa như BLC có chu kỳ. • Lượng nước tổn thất trong quá trình làm việc ≈ 20% lưu lượng kênh.

2. Bể lắng cát liên tục kiểu Zamarin

1,9- Công trình ñi(cid:8)u ti(cid:2)t c(cid:14)a vào, ra 8- C(cid:14)a xói r(cid:14)a theo chu kỳ

175

http://www.haquangnguyen.co.cc

2- C(cid:14)a van 10- ð(cid:5)(cid:17)ng ño áp c(cid:18)a ñ(cid:5)(cid:17)ng h(cid:13)m 3- L(cid:5)(cid:19)i ch(cid:1)n rác 11- Bu(cid:20)ng l(cid:1)ng 4- L(cid:21) x(cid:4) cát (cid:6) ng(cid:5)(cid:22)ng vào 12- ðáy bu(cid:20)ng l(cid:1)ng ki(cid:23)u răng c(cid:5) 5- L(cid:5)(cid:19)i ch(cid:1)n ñáy 13- L(cid:5)(cid:19)i ñi(cid:8)u hòa 6- ð(cid:5)(cid:17)ng h(cid:13)m thu bùn cát 14- Ng(cid:5)(cid:22)ng tháo v(cid:25)t n(cid:9)i 7- ð(cid:5)(cid:17)ng x(cid:4) cát ðặc ñiểm: • Là kiểu có ñáy hình răng cưa. Tập trung bùn cát tốt hơn. Tạo ra ñược lưu tốc rối mạnh ñưa bùn cát ñi. • Dọc theo hai bên thành hầm tạo ra các mố nhám. Trên lưới chắn có các lỗ ñứng, lỗ xiên hoặc tạo thành hàng song song. • Dòng chảy trong hầm là dòng có áp, Vñh > Vbuồng nên chỉ cần một lưu lượng tương ñối nhỏ cũng ñủ chuyển bùn cát xuống hạ lưu.

3. Bể lắng cát liên tục kiểu Nikitin

ðặc ñiểm: • Buồng lắng cát của hình thức này có tuyến cong với góc ngoặt trung tâm là 90o và bán kính bằng 4 lần chiều rộng ñáy. • ðáy của buồng lắng nghiêng về phía bờ lồi với ñộ dốc khoảng0,07. Lợi dụng tính chất dòng chảy vòng ở ñoạn sông cong ñể tháo xả bùn cát. • Lưu lượng xói gần bằng 15% lưu lượng làm việc. • Khi hàm lượng bùn cát bé thì loại bể lắng này cũng có thể xói rửa theo chu kỳ • Loại bể lắng này thường ñược sử dụng 9 ng ở vùng trung du.

II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC LIÊN TỤC 1. Xác ñịnh kích thước cơ bản • Chiều sâu bể lắng: H = 3÷5 m • Lưu tốc bình quân trong bể lắng: V = 0.2÷0.5 m/s • Lưu lượng xói rửa: Qx = (0.1÷0.2)Qct Qct : Lưu lượng làm việc của bể.

176

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Chiều cao mép ñáy nghiêng: hmñ=1÷2m; nghiêng 45o • Bề rộng ñường hầm ở ñáy: bñh= 0.5÷1.0 m.

Các kích thước khác: • Bề rộng từng bộ phận của buồng lắng: Bbp = bñh + 2.hmñ • Diện tích mặt cắt ướt của từng bộ phận: S = H.Bbp – h2 mñ • Số bộ phận cần thiết:

• Bề rộng toàn bộ bể lắng: Bct = n.Bbp • Bề rộng trung bình của BLC: Btb = (n.S) / H

Các kích thước khác: • Chiều dài công tác của bể:

V1, V2: Lưu tốc bình quân ñầu và cuối buồng lắng.

n,S: Số bộ phận và diện tích m.c ướt từng bộ phận. Ubq: Lưu tốc thẳng ñứng bình quân do lưu lượng xói gây ra. 2. Xác ñịnh các chỉ số cơ bản của bùn cát • ðộ cao chìm lắng của bùn cát hạt nhỏ có thể tính:

Trong ñó: Lh : Là chiều dài ñường hầm tập trung bùn cát. Li : Là chiều dài từ ñầu ñ.h ñến mặt cắt cuối ñoạn thứ i. • Các tổn thất cột nước ñầu ñ.hầm và các phân ñoạn i ñược tính: • Giả sử phần bùn cát hạt nhỏ lắng lại trong bể tỉ lệ với tỉ số chiều sâu, tổng số phần trăm bùn cát bị giữ lại ñược tính

177

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Lưu lượng bùn cát ñi vào bể lắng và vào hệ thống kênh ñược xác ñịnh theo công thức: Gv = (Q + Qx).ρo (kg/s)

• ðiều kiện ñể tránh hiện tượng bồi lắng kênh sau bể lắng:

Trong ñó: ρ k, [ ρk]: Hàm lượng bùn cát vào kênh và hàm lượng bùn cát mà kênh có thể vận chuyển ñược (kg/m3). • Hàm lượng bùn cát của dòng xói ñược xác ñịnh theo công thức:

Trong bể lắng xói rửa liên tục, hàm lượng bùn cát của dòng xói không lớn, không vượt quá (20 ÷ 25)kg/m3. 3. Tính toán hệ thống xói rửa Tính toán ñường hầm tập trung bùn cát: • Lưu lượng vào ñường hầm tập trung bùn cát qua lỗ phía trước và các lỗ trên lưới chắn ñáy. Lưu lượng tăng dần theo chiều dài. • ðể ñủ xói những hạt lớn, số lượng nhiều ở ñầu ñường hầm thường lấy: Qñh = (0.1÷0.2)Qñh (m3/s) : Lưu lượng qua lỗ ở ñầu ñh. Qñh = Qx / n (m3/s) : Trong ñó: n : Là số buồng lắng. • Lưu tốc trong ñường hầm tập trung b/c phải lớn ñể ñủ xói. Cơnơrôzơ ñề nghị công thức thực nghiệm với ñường hầm mặt cắt tròn:

Trong ñó : P (%) = 0.1Px Là tỉ lệ % trọng lượng bùn cát mang theo dòng xói D : ñường kính ñường hầm tập chung b/c Px : hàm lượng bùn cát dòng xói Thường lấy : với bùn cát hạt nhỏ Vx >1.3m/s với bùn cát hạt vừa Vx > 1.5 m/s với bùn cát hạt lớn Vx > 2.0 m/s Nhận xét • Thực chất dòng trong hầm tập trung là dòng biến lượng nhưng ñể ñơn giản trong tính toán sơ bộ ta dùng phương pháp phân ñoạn: - Tại mỗi ñoạn coi dòng xói là dòng ñều Qñ = const. - Lưu lượng qua ñoạn thứ i là:

Trong ñó: Ω là diện tích mặt cắt ñầu ñường hầm. Lấy µ = 0,65 Tính toán ñường hầm chuyển cát:

178

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Chiều dài ñ.h chuyển cát L1 có thể lấy bằng Bct. • Mặt cắt mở rộng dần sao cho Vx ≥ (2÷3) m/s. • Tổn thất cột nước:

Tính toán ñường hầm tháo dẫn bùn cát: • Chiều dài L2 tùy theo vị trí công trình cách xa cửa xả bùn cát. • Lưu tốc Vx ≥ (2÷3) m/s. • Tổn thất cột nước dọc ñường:

ðiều kiện ñể ñảm bảo xói rửa: ΣZi = Zo + Zñ + Σhdñ + Σhcb ≤ Z Trong ñó: Zo : Tổn thất cột nước ở cửa vào. Zñ : Tổn thất cột nước ñầu ñường hầm. ΣZdñ : Tổng tổn thất dọc ñường (Hầm tập trung, vc, tháo xả). ΣZcb : Tổng tổn thất cột nước cục bộ. Z : Chênh lệch MN thượng, hạ lưu ñ.hầm tháo xả bùn cát.

§18.4 BỂ LẮNG CÁT TRÊN HỆ THỐNG TƯỚI • Trên kênh cũng bố trí BLC ñể ngăn ngừa bùn cát lắng ñọng ở kênh và ñảm bảo chất lượng lấy nước. • Có các hình thức BLC chủ yếu trên hệ thống như: - Bố trí ngay sau cửa lấy nước: Mở rộng và ñào sâu kênh. - Kéo dài một ñoạn kênh dẫn thượng lưu cống lấy nước. - Làm bể lắng nhiều ñợt. - Lợi dụng ñoạn kênh ñầu làm bể lắng. - Lợi dụng khu ñất trũng trong vùng kênh ñi qua. • Các phương pháp tính toán BLC ñã trình bày chỉ dùng cho các hạt bùn cát lớn và thường chiếm môt phần không lớn trong lượng ngậm bùn cát của d/c. • Trên hệ thống cần lắng ñọng những hạt bùn cát nhỏ và chiếm một tỉ lệ lớn trong lượng ngậm bùn cát d/c nên cần dùng phương pháp khác phù hợp hơn. Xem phương pháp của A.N. Gôxtunxki.

179

http://www.haquangnguyen.co.cc

CHƯƠNG 19. ÂU THUYỀN ðƯỜNG CHUYỂN GỖ VÀ DẪN CÁ

Thời lượng: 5 tiết • Khái niệm, phân loại, yêu cầu bố trí mặt bằng âu thuyền. • Cấu tạo và tác dụng các bộ phận âu thuyền một bậc và nhiều bậc. • Xác ñịnh kích thước cơ bản. • Quá trình thông âu và thời gian chuyển thuyền. • Năng lực vận chuyển của âu thuyền.

§19.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ÂU THUYỀN

ðầu âu: Là bộ phận nối tiếp thượng, hạ lưu với buồng âu. Bao gồm ñầu âu TL, ñầu âu HL và có thể có ñầu âu giữa ðầu âu thường ñược bố trí cửa van chắn nước và thiết bị cấp thoát nước. ðường dẫn Nối tiếp ñầu âu và thượng, hạ lưu. ðảm bảo thuyền bè ra vào dễ dàng và an toàn. Bố trí thiết bị dắt thuyền, neo thuyền. Buồng âu: Là nơi chứa thuyền trong quá trình thuyền qua âu, thường bố trí thiết bị dẫn neo thuyền.

Sơ ñồ vị trí âu thuyền trong hệ thống công trình ñầu mối

180

http://www.haquangnguyen.co.cc

II. PHÂN LOẠI 1. Phân loại theo số bậc của âu thuyền Âu ñơn cấp: Là loại âu chỉ có một buồng (một bậc), loại này thường ñược sử dụng nhất. • Trên nền mềm âu thuyền ñược xây dựng với cột nước H≤22m. • Trên nền ñá cứng có thể xây dựng âu với cột nước ñến 42m.

Âu ñơn cấp có ñầu âu giữa: • Dùng trong trường hợp lượng thuyền qua âu không ñều. • Ưu ñiểm: Rút ngắn ñược thời gian thuyền qua âu, tiết kiệm ñược lượng nước hao phí mỗi lần thuyền qua.

H×nh 19-5: ¢u thuyÒn mét bËc cã cöa van phô ë gi÷a buång ©u Âu ñơn cấp kiểu giếng: • Dùng trong trường hợp cột nước thượng hạ lưu lớn: H=20÷30m hoặc lớn hơn. • Ưu ñiểm: Giảm chiều cao cửa van ở ñầu âu hạ lưu.

H×nh 19-6: ¢u thuyÒn kiÓu giÕng

Âu ña cấp: • Loại âu thuyền này ñược xây dựng tại những chỗ mực nước quá cao không cho phép làm âu ñơn cấp. • Âu ña cấp là âu có từ hai buồng trở lên, ñược bố trí nối tiếp nhau ñể tàu thuyền có thể vượt qua cột nước nhiều lần. • Nhược ñiểm của loại này là thời gian thuyền qua âu mất nhiều, số lượng buồng âu nhiều tốn kém.

181

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Phân loại theo số buồng âu bố trí hàng ngang Âu ñơn tuyến: • Trên tuyến tàu thuyền chạy chỉ có duy nhất một âu.

Âu ña tuyến: • Bố trí song song từ hai âu trở lên. Dùng khi mật ñộ tàu thuyền lớn

§19.2 BỐ TRÍ MẶT BẰNG ÂU THUYỀN

I. YÊU CẦU BỐ TRÍ • Căn cứ vào tình hình ñịa chất, quy mô công trình, ñiều kiện thi công, tình hình kinh tế, giao thông trong khu vực ñể bố trí mặt bằng âu thuyền • Bố trí phải ñảm bảo thuyền bè vào ra ñược an toàn và thông thuyền nhanh chóng trong mọi trường hợp. 1. Nguyên tắc bố trí • ðảm bảo cho tàu thuyền ra vào và chờ ñợi ñược an toàn, nhanh chóng. • ðảm bảo cho các công trình thuỷ công trong hệ thống công trình ñầu mối thuỷ lợi vẫn hoạt ñộng bình thường • ðảm bảo chi phí xây dựng, quản lý rẻ nhất. 2. Những yêu cầu cụ thể • Phải ñảm bảo ñủ ñộ sâu trên ñường dắt tàu thuyền. • Bố trí âu thuyền và kênh dắt tàu thuyền trên một ñường thẳng:

• Xây dựng công trình bảo vệ ñể tránh sóng gió trên ñoạn kênh dắt thuyền. Chiều dài ñê bảo vệ: Lñê = 1,2.La • Kênh dẫn vào kênh dắt tàu thuyền không ñược cong quá mức cho phép: Tàu dắt: R ≥ 5Lñt. Tàu ñẩy: R ≥ 3Lñt • Khi âu thuyền bố trí cạnh các công trình khác như ñập, nhà máy thủy ñiện… thì nước xả ra ở hạ lưu công trình không làm ảnh hưởng ñến quá trình vào, ra của tàu thuyền

182

http://www.haquangnguyen.co.cc • Cửa vào kênh dẫn không nên làm ở ñoạn sông có lưu tốc lớn và không nên hợp với trục dòng sông một góc quá lớn, góc này thường α = 15o ÷ 20o • Khi sông rộng, bố trí âu thuyền trong lòng sông cùng các công trình khác nhưng bố trí ở bên nước sâu, ít bồi lắng, ñịa chất tốt, thường ñặt sát bờ. • Khi có bãi bồi thì bố trí tuyến âu thuyền ñi cắt ngang bãi. • Có thể bố trí ñầu âu nhô về phía thượng lưu hoặc hạ lưu so với tuyến ñập.

II. MỘT SỐ DẠNG MẶT BẰNG PHỔ BIẾN 1. Âu thuyền bố trí trên kênh hoặc sông ñào • Cần chú ý nối tiếp giữa kênh với kênh dắt tàu thuyền. • Khoảng cách giữa hai trục âu cần hợp lý khi thiết kế 2 tuyến.

2. Âu thuyền ở hồ chứa nước hoặc sông rộng • Âu thuyền ñặt sát vào bờ, ở vị trí sâu, không bị bồi lắng, ñịa chất tốt. Xa những chỗ thoát nước lớn như NMTð hay ñập tràn. • Trước âu phải xây dựng công trình bảo vệ. • Phải nghiên cứu vấn ñề bồi xói, ảnh hưởng ñến ñộ ổn ñịnh của công trình ở phía hạ lưu.

3. Bố trí ñầu âu nhô về phía thượng lưu • Ưu ñiểm: - ðường tàu thuyền vào kênh dắt thượng lưu xa ñập. - Rút ngắn ñược chiều dài ñê bảo vệ thượng lưu. - Cầu giao thông ñặt ở phía dưới ñầu âu hạ lưu là hợp lý. • Nhược ñiểm: - Toàn bộ âu thuyền nằm trong phần nước sâu áp lực lớn kết cấu nặng nề, phức tạp, thiết bị chống thấm phải hoàn thiện, lúc tu sửa gặp nhiều khó khăn. - Ở hạ lưu phải kéo dài tường bảo vệ ñể tránh dòng chảy mạnh từ trên xuống. Kết cấu tường bảo vệ phải chắc chắn, ñảm bảo không bị xói lở.

183

http://www.haquangnguyen.co.cc

H×nh 19-14: ¢u thuyÒn bè trÝ ë phÝa trưíc tuyÕn ®Ëp

4. Bố trí ñầu âu nhô về phía hạ lưu • Ưu ñiểm: - Không cần kéo dài tường ñê bảo vệ hạ lưu. - Áp lực nước tác dụng vào âu nhỏ. • Nhược ñiểm: - Phải kéo dài ñê bảo vệ thượng lưu. - Khó ñảm bảo ñộ tĩnh không khi xây dựng cầu ở thượng lưu. Thường phải làm cầu cất và như vậy có lúc giao thông sẽ bị gián ñoạn.

H×nh 19-15: ¢u thuyÒn bè trÝ ë phÝa sau tuyÕn ®Ëp

5. Bố trí âu thuyền trên ñoạn sông cong • Ưu ñiểm: - Rất thuận tiện cho thi công, không cần ñắp ñê quai, thi công âu trên khô. - Hạn chế ñược hiện tượng bồi lắng kênh dắt tàu thuyền. - Âu thuyền nằm xa ñập tràn, nhà máy thuỷ ñiện, nên tránh ñược luồng nước mạnh, bảo ñảm an toàn cho tàu thuyền ra vào. • Nhược ñiểm: - Khối lượng ñào kênh dẫn lớn, chi phí tốn kém.

184

http://www.haquangnguyen.co.cc

H×nh 19-17: H×nh thøc mÆt b»ng ®o¹n kªnh dÉn. §19.3 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Việc xác ñịnh kích thước cơ bản giữ vai trò quan trọng, nó quyết ñịnh tính kỹ thuật và kinh tế nên cần xác ñịnh hợp lý kích thước âu thuyền ñể bảo ñảm ñáp ứng ñược yêu cầu vận chuyển và lượng nước tổn thất ít nhất. Các yếu tố căn cứ ñể xác ñịnh kích thước âu thuyền: • Năng lực vận chuyển hàng hóa; Xác ñịnh từ KL thuyền bè ñược chuyển qua âu hàng năm. • Kiểu thuyền và kích thước tàu thuyền. • Cách thức qua âu. (âu 1 hay 2 chiều, kéo hay ñẩy…) 1. Chiều dài hữu ích của buồng âu

Trong ñó: L1 , L2: Chiều dài của tàu kéo và tàu ñẩy. n : số thuyền ở trong một hàng dọc. ∆L : Khoảng cách giữa các thuyền, thuyền và âu.

2. Chiều rộng hữu ích của buồng âu

Trong ñó: B2: Chiều rộng thuyền. m : Số hàng thuyền trong âu. ∆B : Khoảng cách giữa các thuyền, thuyền và âu.

185

http://www.haquangnguyen.co.cc

Chú ý: - Các công thức trên dùng với các thuyền có kích thước như nhau. Nếu kích thước các thuyền khác nhau phải làm phép cộng dồn. - Khi dùng thuyền ñẩy thì khoảnh cách giữa các thuyền bằng 0 nên giá trị (n+2) trong công thức thay bằng 2. 3. Chiều sâu vận tải thủy

Trong ñó: T: Chiều sâu ngập nước khi thuyền chở ñầy. ∆T: ðộ sâu an toàn dưới ñáy thuyền.

Chiều sâu an toàn xác ñịnh sơ bộ như sau: (cid:3) Với âu thuyền gỗ: Hv < 1m thì ∆T = 0.1 m Hv > 1m thì ∆T = 0.15 m (cid:3) Với âu thuyền ñá xây, BT, BTCT: Hv < 2.5m thì ∆T = 0.3 m Hv > 2.5m thì ∆T = 0.5 m 4. ðường dẫn thượng – hạ lưu Chiều dài ñoạn kênh cùng trục với âu tối thiểu là Lk: Lk = 1.2 L Tổng chiều dài kênh: LT = n.L + (n+1).Lñ + 2.Lk Trong ñó: n : Số buồng âu; Lñ : Chiều dài ñầu âu; L: Chiều dài buồng âu. Với âu một bậc: LT = (3,7÷3,8).L Nếu sau ñoạn thẳng ñó phải nối tiếp bằng ñoạn kênh cong thì bán kính cong của kênh tối thiểu là: Rmin ≥ 6.L* L* : Chiều dài ñoàn thuyền. Chiều rộng kênh dẫn thượng, hạ lưu: Bk = 2.B2 + a1 + 2.a2 ≈ 2,6 B2 a1: Khoảnh cách giữa hai hàng thuyền trên kênh. a2: Khoảnh cách giữa thuyền với bờ. 5. Cao trình ñáy âu và ñỉnh âu • Cao trình ñáy âu và kênh dắt tàu thuyền: - Xác ñịnh từ mực nước vận tải thiết kế nhỏ nhất, ñồng thời có xét ñến ảnh hưởng của mực nước ñộng: ñáy âu = MNñộngmin – hv - Ngoài ra còn phải chú ý ñến sự phát triển trong tương lai mà ñịnh ra cao trình ñáy âu cho hợp lý. • Cao trình ñỉnh âu thuyền:

186

http://www.haquangnguyen.co.cc

§19.4 QUÁ TRÌNH VÀ KHẢ NĂNG VẬN CHUYỂN

- ðối với tuyến sông chính, mực nước cao nhất lấy với tần suất P =(1÷2)%, song cũng cần xét ñến trường hợp lũ cao. ñỉnh âu = MN ñộngmax + ñộ vượt cao an toàn δ • Cao trình của cửa ñầu âu trên: Thường cao hơn mực nước thượng lưu ít nhất là 0,15m. 6. ðộ cao của cầu giao thông bắc qua âu • ðộ tĩnh không của cầu phải ñảm bảo cho tàu thuyền qua lại ñược an toàn. (Phụ thuộc cấp ñường sông. Tra theo bảng 19-2)

1. Trình tự và thời gian chuyển thuyền qua âu Âu thuyền một chiều. Thuyền ñi từ hạ lưu lên thượng lưu: • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn HL vào âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác HL, ñóng van tháo nước HL, t.gian t1 • Mở van cấp nước TL, ñợi MN trong âu bằng MNTL, t.gian t3 • Mở cửa van công tác thượng lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu ra thượng lưu, thời gian t4 • ðóng cửa van công tác TL, ñóng van tháo nước TL, t.gian t1 • Mở van tháo nước HL, ñợi MN trong âu bằng MNHL t3 • Mở cửa van công tác hạ lưu, thời gian t1 Thời gian ñoàn thuyền qua âu một chiều: T1 = 4t1 + t2 + 2t3 + t4 Theo kinh nghiệm: T1 = (20 ÷ 55) phút. Âu thuyền hai chiều. Thuyền ñi từ hạ lưu lên thượng lưu trước: • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn HL vào âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác HL, ñóng van tháo nước HL, t.gian t1 • Mở van cấp nước TL, ñợi MN trong âu bằng MNTL, t.gian t3 • Mở cửa van công tác thượng lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu ra thượng lưu, thời gian t4 • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn TL vào buồng âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác TL, ñóng van tháo nước TL, t.gian t1 • Mở van tháo nước HL, ñợi MN trong âu bằng MNHL t3 • Mở cửa van công tác hạ lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu về hạ lưu, thời gian t4 Tổng thời gian: T2 = 4t1 + 2t2 + 2t3 + 2t4 T2 = (30 ÷ 90) phút. Chú ý: Khi âu hai chiều thường cho thuyền từ hạ lưu lên trước. t2, t4 của âu hai chiều thường lớn hơn t2, t4 của âu một chiều nhưng sai khác không nhiều. (Do thuyền ñậu xa)

187

http://www.haquangnguyen.co.cc

Qua quá trình thông âu ta nhận thấy rằng T2 > T1 ; nhưng T1 > 0.5 T2 Thực tế thường lấy T = 0.5(T1+0.5T2) làm trị số trung bình cho một lần qua âu. 2. Xác ñịnh các giá trị thời gian • Thời gian ñóng mở van t1: Phụ thuộc thiết bị ñóng mở, kích thước van… t1 = 1÷2 phút • Thời gian mở van cấp nước và ñợi nước trong âu ñầy (hoặc cạn): t3 Phụ thuộc chiều cao cột nước công tác H, diện tích phẳng của buồng âu Ω phụ thuộc hình thức, kích thước van và ñường ống tháo, cấp nước => tính toán xác ñịnh theo các kiến thức thủy lực. - L<150m (chiều dài buồng âu) t3= 5 ÷ 10 phút - L = 200 ÷ 300m => t3= 8 ÷ 15 phút • Thời gian thuyền vào - ra t2 , t4: Phụ thuộc cách tổ chức ñoàn thuyền, phương tiện dắt thuyền, chiều dài ñi vào – ra.

- Lv , Lr : Chiều dài ñi vào, ñi ra, thường lấy Lv , Lr = ε.L. - L : Chiều dài buồng âu. - v1 , v2 : Tốc ñộ ñi vào, ñi ra. - Với ε = 1.5 : âu thuyền một chiều. - ε = 3.0 : âu thuyền hai chiều. • Các giá trị lưu tốc trên ñường dẫn thuyền:

w w w w w w

1/w

n= w 2 Theo kinh nghiệm: v1 = 0.4 ÷ 0.6 m/s. v2 = 0.6 ÷ 1.0 m/s : Âu một chiều. v2 = 0.5 ÷ 0.8 m/s : Âu hai chiều. v : Tốc ñộ trung bình của thuyền. ω1 : Diện tích mặt cắt ướt của ñường dẫn thuyền. ω2 : Diện tích mặt cắt ngang phần ngập nước của thuyền. α : Hệ số kể tới sóng dội khi cửa van ñóng. (α > 1) 3. Năng lực vận chuyển của âu thuyền • Năng lực vận chuyển qua âu là khối lượng hàng hóa vận chuyển qua âu trong một năm. • Khi thiết kế cần dựa vào quy hoạch và yêu cầu phát triển của giao thông và phụ thuộc các yếu tố như: - Trọng tải thuyền. - Số lần thuyền qua trong ngày. - Số ngày vận tải. - Phương tiện ñưa rước thuyền qua âu. • Năng lực vận chuyển gồm năng lực vận chuyển lý thuyết P và năng lực vận chuyển thực tế Ptt. Năng lực vận chuyển lý thuyết: P = n.N.m.g

188

http://www.haquangnguyen.co.cc

Trong ñó: n : Số lần thuyền qua âu trong một ngày ñêm. n = 1440 / T T : Thời gian mỗi lần v.c qua âu (phút). N : Số ngày vận chuyển trong 1 năm. m : Số thuyền mỗi lần qua âu. g : Tải trọng trung bình của mỗi thuyền. Năng lực vận chuyển thực tế: Ptt • Khi xét ñến thuyền qua âu chưa chở ñủ tải trọng hoặc thuyền không tải cần ñưa thêm hệ số lợi dụng trọng tải α: α = 0.7÷0.8 • Thời gian làm việc thực tế trong ngày chỉ là τ giờ: τ =20 ÷ 21(h) • Xét sự vận chuyển không cân ñối giữa các tháng trong năm cần ñưa vào hệ số không cân ñối β: β=(Lượng hàng hóa tháng lớn nhất)/(Lượng hàng hóa tháng TB) thường β=1,25 ÷ 1,75. • Như vậy năng lực vận chuyển thực tế ñược tính:

• Sơ bộ có thể chọn Ptt = (0.2 ÷ 0.5)P 4. Lưu lượng dùng cho mỗi lần thuyền qua âu • Lượng nước chảy về HL qua 8 bước thông thuyền của âu 1 chiều: W1 = Vo + D1 với Vo= Ω . Ha = La.Ba.Ha » Vo : Thể tích công tác buồng âu. » D1 : Thể tích chiếm nước của thuyền từ hạ lưu lên. » Ω : Diện tích mặt bằng buồng âu. » Ha : Chênh lệch cột nước TL - HL. • Lượng nước qua 10 bước thông thuyền của âu 2 chiều: W2 = Vo + D1 – D2 » D2 : Thể tích chiếm nước của thuyền từ thượng lưu về. » Nếu D2 = D1 thì W = Vo = Ω.H Lượng nước mất trong một ngày: • Âu một chiều: Wng = n1.(Vo + D) + n2.(Vo-D) • Âu hai chiều: Wng = (n1 – n2).(Vo + D) + n2.Vo khi n1 > n2 Wng = n1.Vo + (n2 – n1).(Vo - D) khi n1 < n2 » n1 : Số lần thuyền lên thượng lưu trong một ngày. (24h) » n2 : Số lần thuyền về hạ lưu trong một ngày. (trong 24h) Lưu lượng nước tháo qua âu: • Lưu lượng tháo trung bình qua âu:

Theo tài liệu thống kê: C = (1,5 ÷ 2) l/sm khi cột nước trong âu Ha < 10m C = (2,5 ÷ 3) l/sm khi cột nước trong » ΣLi: Tổng chiều dài thiết bị khít nước. C: Tổn thất ñơn vị.

189

§19.5 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA ÂU THUYỀN

http://www.haquangnguyen.co.cc

1. ðầu âu thuyền • Tuỳ theo hệ thống cấp nước làm ñầy buồng âu mà ñầu âu có thể chia ra 3 loại cơ bản sau: - ðầu âu bố trí các ñ. hầm dẫn nước. (Trong ñầu âu và tường) - ðầu âu có hệ thống cấp nước trên hay dưới cửa van. - ðầu âu không có công trình dẫn nước. (lấy nước thượng lưu từ bên hông)

ðặc ñiểm: • ðầu âu có chiều rộng gần bằng chiều dài, tường và bản ñáy có kích thước thay ñổi dần, thực chất là kêt cấu không gian. • Tình hình chịu lực phức tạp. Các kích thước cơ bản:

• Chiều dài bộ phận cửa vào:

• Ch. dài rãnh bố trí van: d= 0.1B : chiều rộng rãnh ñặt cửa. • Ch. dài gối ñỡ sau van: L2=ht ht: Chiều cao tường bên

Cấu tạo ngưỡng: • Việc chọn cao ñộ ngưỡng phải ñảm bảo cho thuyền vào, ra khỏi âu ñược an toàn và ñảm bảo cho ñầu âu liên kết tốt với nền.

190

http://www.haquangnguyen.co.cc

2. Buồng âu • Làm việc trong ñiều kiện mực nước thay ñổi thường xuyên và nhanh chóng nên yêu cầu kết cấu buồng âu phải thật ổn ñịnh và vững chắc. • Các hình dạng mặt cắt: - Chữ nhật: Giảm lượng mất nước, tường cao, kết cấu phức tạp. - Hình thang: Lượng mất nước lớn hơn, kết cấu ñơn giản, dùng với cột nước thấp. - Kết hợp: Khắc phục nhược ñiểm hai loại trên, giảm chiều cao tường, dùng với cột nước vừa.

• Kết cấu buồng âu: - Loại I: Có các tường ñứng ñộc lập và bản ñáy thấm nước. - Loại II: Có các tường nối cứng với bản ñáy.

3. Hệ thống dẫn tháo nước • Bao gồm 2 loại chủ yếu: dẫn tháo tập trung và dẫn tháo phân tán. • Dẫn tháo tập trung: Dẫn nước qua lỗ cửa chính, vòng quanh ñầu âu hoặc ngưỡng ñáy âu. • Dẫn tháo phân tán: Nước ñược dẫn phân tán dọc theo tường âu hoặc ñáy buồng âu. Dẫn tháo tập trung qua cửa van chính

Hệ thống ñưa nước tập trung hai bên ñầu âu

191

http://www.haquangnguyen.co.cc

Hệ thống dẫn nước tập trung ñi luồn dưới ngưỡng bậc ñầu âu

Hệ thống dẫn tháo nước kiểu phân tán

§19.6 CỬA VAN CỦA ÂU THUYỀN

1. Khái quát chung • Cửa van âu thuyền ñặt tại ñầu âu ñể chắn nước, dùng ở các cửa dẫn nước hoặc tháo nước. • Yêu cầu: Ít bị rò rỉ, ñóng mở nhẹ, chắc chắn và ñơn giản. • Các loại cửa van ñang ñược sử dụng cho âu thuyền: - Van phẳng trục ñứng (1 cánh, 2 cánh). - Van phẳng trượt. - Van xe goòng (van máy nâng thẳng ñứng có bánh xe). - Van bướm.

192

http://www.haquangnguyen.co.cc

- Van cung. - Van cung ñảo ngược.

2. Cấu tạo một số loại cửa van dùng cho âu thuyền • Vanphẳng có một cánh quay quanh trục ñứng: Dùng ở các âu hẹp và cao. • Cửa van phẳng kiểu kéo lên: Dùng ở ñầu âu dưới có cột nước lớn.

• Cửa van phẳng kiểu hạ xuống: Dùng khi ñầu âu có ngưỡng cao. • Cửa van phẳng kiểu kéo ngang: Dùng ñược ở vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều, loại này có cấu tạo phức tạp, khó bố trí ñường dẫn nước.

• Cửa van phẳng quay quanh trục ngang ở ñáy: Dùng cho âu rộng, có cột nước thấp. • Cửa van hình tam giác: Sử dụng nơi có chế ñộ thuỷ triều, trong ñiều kiện làm việc hai chiều. Loại này lực ñóng mở nhỏ nhưng tường phải làm dày ñể ñặt cửa van khi mở. .

193

http://www.haquangnguyen.co.cc

• Cửa van hình cung: Gồm loại hạ xuống và kéo lên. Loại này lực ñóng mở nhỏ, nhưng tường ñầu âu phải ñủ dài ñể bố trí càng van.

3. Cửa van chữ V • Ưu ñiểm: Kết cấu ñơn giản, lực ñóng mở nhỏ. Khi mở cửa cánh nằm ép sát vào khe ở hai ñầu âu. • Nhược ñiểm: Tường ñầu âu phải dài, dày và chỉ dùng trong ñiều kiện âu làm việc một chiều.

Kết cấu: • Bao gồm hệ thống dầm ngang, dầm ñứng và các thanh chéo. • Ổ trục ở ñỉnh và ở ñáy là chỗ dựa chính của trục cửa khi quay, do ñó phải ñảm cho nó nằm trên ñường thẳng ñứng. • Thanh chéo có tác dụng chống biến hình, tránh cho cửa không bị xô lệch. • Trụ khe có tác dụng truyền lực giữa hai cánh và chống rò rỉ nước.

Sơ bộ xác ñịnh kích thước: • Chiều rộng cửa (b): m: Khoảng cách từ mặt tựa cửa tới mặt tường buồng âu. 194

http://www.haquangnguyen.co.cc

d: Là chiều sâu khe cửa. d = (0,08÷0,11)B ; m = (0,4÷0,45)d θ: Góc ñặt cánh cửa, thường θ = 20o÷22o

Sơ bộ xác ñịnh kích thước: • Chiều cao cửa (h): h = H + ao + hv + a1 hv: chiều sâu vận tải thuỷ. ao: khoảng cách từ dầm ñỉnh tới mặt nước, ao = (0,1÷0,35)m a1: k.cách từ mặt ngưỡng ñến dầm ñáy, a1 = (0,15÷0,25)m.

195

Tổng hợp thủy công

III. CÁC HÌNH THỨC BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 1. Lấy nước bên cạnh • Thường bố trí cạnh ñập, sát bờ hoặc cuối ñoạn dẫn cong trước ñập. Bùn cát ñược tháo xả theo các lỗ trong thân ñập hoặc ñáy

3. Lấy nước chính diện • ðược sử dụng ở các ñoạn sông miền núi và có tác dụng ngăn ñá, sỏi, cuội vào cửa lấy nước.

§13.4 CHỈNH TRỊ ðOẠN SÔNG CÓ CTLN I. ðOẠN SÔNG CÓ CÔNG TRÌNH LN KHÔNG ðẬP 1. Lái dòng ñáy tách khỏi cửa lấy nước • Hệ thống lái dòng có tác dụng hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước và ñẩy bùn cát ñi.

2. Giữ cho dòng chủ lưu luôn ñi sát cửa lấy nước • ðào vát cong ở ñoạn bờ sông bị lồi ở phía TL cửa lấy nước. • Làm ñập mỏ hàn ñể uốn lại chủ lưu. • Dùng hệ thống lái dòng ñể xói bãi bồi.

3. Giữ và nâng cao mực nước trước cửa lấy nước • Xây mỏ hàn hoặc ñê hướng dòng.

II. TÍNH TOÁN TƯỜNG NGỰC

1. Tác dụng và cách bố trí • Tác dụng: Chắn nước, giảm chiều cao cửa van, giảm cao trình cầu công tác, tăng ổn ñịnh hướng ngang. • Bố trí: - Cao trình ñỉnh > MN max thượng lưu. - Cao trình ñáy > MN min mùa kiệt.

CHƯƠNG 15 ðƯỜNG HẦM VÀ CỐNG NGẦM

§15.1 KHÁI NIỆM

§15.2 PHÂN LOẠI, CÁC HÌNH THỨC M/C

§15.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC

§15.4 TẢI TRỌNG, LỰC VÀ TỔ HỢP LỰC

§15.5 TÍNH TOÁN LỚP LÓT

§15.6 CỬA VÀO, CỬA RA VÀ CHỌN TUYẾN

§15.7 CÁC LOẠI CỐNG NGẦM

§15.8 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

CHƯƠNG 16 KÊNH VÀ CÔNG TRÌNH TRÊN KÊNH

§16.2 KÊNH

§16.3 CỐNG TRÊN KÊNH

§16.5 XI PHÔNG NGƯỢC

§16.6 DỐC NƯỚC VÀ BẬC NƯỚC

§16.7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH

CHƯƠNG 17 CỬA VAN CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

§17.1 KIẾN THỨC CHUNG

§17.2 CỬA VAN PHẲNG

§17.4 MỘT SỐ LOẠI VAN ðÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC

§17.5 MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU

CHƯƠNG 18 BỂ LẮNG CÁT

CHƯƠNG 19. ÂU THUYỀN ðƯỜNG CHUYỂN GỖ VÀ DẪN CÁ

§19.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ÂU THUYỀN

§19.2 BỐ TRÍ MẶT BẰNG ÂU THUYỀN

1/w

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok