Đang tải... (xem toàn văn)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 Nghiên cúu thực nghiệm giải pháp tiêu năng trong thân cống dốc bằng phưong pháp cống có hai độ dốc ■ ThS HOÀNG THỊ MINH HẢI;TS NGUYỄN ĐĂNG PHÓNG; HOÀNG ĐÌNH TRUNG LÊ ĐỨC[.]
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 Nghiên cúu thực nghiệm giải pháp tiêu thân cống dốc phưong pháp cống có hai độ dốc ■ ThS HỒNG THỊ MINH HẢI;TS NGUYỄN ĐĂNG PHĨNG; HỒNG ĐÌNH TRUNG LÊ ĐỨC ĐẠT; vũ VĂN THƯỞNG; HỔ BÁ DŨNG Trường Đợi học Giao thơng vận tải TĨM TẮT: Trong cơng tác thiết kế cống dốc đường giao thông khu vực đồi núi nước ta, nhiệm vụ tính tốn thủy lực cống việc xác định độ cống để đảm bảo thoát hết lưu lượng thiết kế cống, vấn đề thiết kế cống để đảm bảo triệt tiêu phần lượng dòng chảy cống để làm giảm áp lực cho cơng trình tiêu hạ lưu cống cần đặt Để làm giảm lượng dòng chảy thân cống dốc, Việt Nam thường áp dụng giải pháp thiết kế cống có hai độ dốc, đoạn thượng lưu có độ dốc lớn đoạn hạ lưu có độ dốc nhỏ Trong báo này, tác giả trình bày lý thuyết tiêu kết nghiên cứu mơ hình vật lý cống có độ dốc thực Phịng Thí nghiệm Thủy lực - Thủy văn, Trường Đại học GTVT Kết thí nghiệm cho thấy, chiều dài đoạn cống thứ hai tối thiểu phải chiểu dài đoạn cống thứ có độ dốc nhỏ độ dốc phân giới TỬ KHÓA: Cống dốc, tiêu thân cống, cống có hai độ dốc ABSTRACT: In the hydraulic design of highway steep culverts in mountainous areas in Vietnam, in addition of determining the size of culverts to drain the design discharge, the design of energy dissipators in the culvert body to reduce the size of the dissipators at downstream of the culverts is also considered Currently in Vietnam, single broken-back culverts consisting of a steeper portion near the inlet and a followed mild slope section may be used as an internal energy dissipator for steep highway culverts In this article, the author presents theories of internal energy dissipators and the experimental results on the physical model of the broken-back culverts at the Laboratory of Hydraulics - Hydrology Departments, University of Transport and Communications (UTC) KEYWORDS: Steep culverts, dissipator, broken - back culverts internal energy 1.ĐẶTVẤNĐẼ Cống có độ dốc lớn đường giao thông thường xây dựng khu vực trung du miền núi có địa hình 52 dốc, dịng chảy cống dạng dòi chảy dốc nước Năng lượng dòng chảy hạ lưu nhữr cống lớn nên phải xây dựng cơng trình ti< để giảm nguy gây xói cho hạ lưu Vì vậy, giải phi tiêu thân cống để giảm quy mơ cơng trì r tiêu hạ lưu cống nhà khoa học nghií cứu từ nhiều năm trước Nghiên cứu vể tiêu thân dốc n nhám gia cường F Yousefi nnk [1], J.George ni [2],Y.Dilrooban nnk [3], Pathirana.P F nnk (2019) [4] Nghiên cứu tiêu cống thực hit nhiều tác giả giới Mohanty Peterson (195 1960) [5], Morris (1968, 1969) [6] nghiên cứu bố trí G mố nhám gia cường đoạn cuối cống hộp mươr hở James M.W nnk [8] để xuất bố trí mố nhám có dạr hình vành khăn cống trịn có độ dốc lớn, đảm bí nước nhảy theo chu kỳ ổn định hiệu tiêu tươr đối cao A.L.Simon nnk[9] nghiên cứu giải pháp tiêu năr cống trịn có độ dốc lớn cách bố trí đo cống nằm ngang, bố trí mố nhám dạng hình vàr khăn để tạo tượng nước nhảy đoạn cống nồ thí nghiệm cho thấy lượng dịng chảy có mố nhá giảm từ 26 - 90% Rollin H.H nnk (2005) [10] nghk cứu biện pháp tiêu cống cách giả nhỏ độ dốc cuối đoạn cống bố trí mổ nhám tror đoạn cống thoải, kết thí nghiệm cho thấy lượr giảm từ - 71% A.Bushra N.Afzal (2006) [11] C nghiên cứu vể nước nhảy cống tròn kênh hở dạr chữ u bố trí mố nhám cơng trình Nghiên cứu tiêu cách bố trí cống có nhié độ dốc, đoạn thượng lưu có độ dốc lớn, đoạn hạ lưu độ dốc nhỏ để cập nghiên cứu Phil L.T Roger T.K [7], Để tăng hiệu tiêu cống nhiều độ dốc, đoạn cuối cống có độ dốc thiết kế tường tiêu hay bậc nước cấp [7], Vấn đề nghiên cứu tiêu dốc nước nước chủ yếu liên quan đến cơng trình nước F chứa thủy lợi, thủy điện cơng trình hơ Ngàn Trươi dốc nước tràn xả lũ thiết kế nhám gia cường kiểu dầ so le đểu tồn dốc; hó Đạ SỊ có dốc nước sau tràn xả thiết kế mố dạng không liên tục suốt chiểu d dốc nước; hổ Ái Tử có cửa xả tràn dốc nước có mố nhá chữ nhật so le kết hợp bể tiêu cuối dốc nước KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só Ũ8/2O22 phân giới nhỏ độ dốc phân giới chiều dài nhỏ chiều dài đoạn phóng xa dịng chảy từ đoạn nói tiếp với dòng chảy đoạn đường nước dâng c2 c, (Hình 2.1c), cuối đoạn độ sâu dòng chảy tăng lên tiến tới gẩn độ sâu phân giới (khi i2 < ik) độ sâu chảy (khi i2 > ik) Trong trường hợp này, hiệu tiêu khơng cao tiêu hao lượng dịng chảy thay đổi dấn khơng nhiều Dường nước hạ b2 Khu nước nháy Đường nước dâng cl /' a) - Nối tiếp nước nhảy xa b) - Cống có độ dốc Hình 1.1: Một số dạng tiêu thân cống [18] Với cơng trình cống đường, vấn đề tiêu ân cống cách bố trí cống dạng bậc nước (Hình 1.1a) lặc dạng có hai độ dốc (Hình 1.1b) đề cập tài liệu như"Thiết kế điển hình cống dốc 83 - 02X" [12], iy số sách chuyên khảo PGS Trương Xuân Khiêm nnk [13], Nguyễn Quang Chiêu Trần Tuấn Hiệp [14], ly nhiên, tài liệu để cập đến vấn để thiết kế >ng trình cống, cịn vấn đề tiêu giải pháp iy không để cập đến Do hiệu tiêu chưa ràng nên việc thiết kế cóng có làm giảm kích ước cơng trình tiêu hạ lưu hay khơng chưa có i giải rõ ràng Trong báo này, nhóm tác giả trình bày lý thuyết ỈU thân cống phương pháp bố trí cống I hai độ dốc Đóng thời, nhóm tác giả tiến hành )hiên cứu thực nghiệm mơ hình vật lý Phịng Thí jhiệm Bộ môn Thủy lực-Thủy văn,Trường Đại học GTVT LÝ THUYẾT VÉ TIÊU NĂNG TRONG THÂN CỐNG HAI Độ DỐC (l,>ụ Trong trường hợp độ dốc đặt cống lớn bố trí ing dạng máng nghiêng có độ dốc thay đổi phù hợp với ) dốc tự nhiên Đoạn dốc thứ cống dốc (i>5%), )ạn dốc đoạn cống có độ dốc thơng thường (Hình 1b, Hình 2.1) Trong đoạn cống có dịng chảy xiết 2) với độ sâu đẩu đoạn dốc xấp xỉ độ sâu phân giới hk ) sâu cuối đoạn tiến tới gần độ sâu chảy đểu ho (h0 < hk) òng chảy từ đoạn nối với dòng chảy đoạn có dạng tờng nước dâng nước nhảy: - Trường hợp 1: Nếu đoạn dốc thứ hai có độ dốc nhỏ Jn độ dốc phân giới chiều dài đủ lớn (lớn chiểu ii đoạn phóng xa nối tiếp nước nhảy xa) lối đoạn thứ hai có tượng nước nhảy (Hình 2.1 a,b) ong trường hợp này, lượng dịng chảy tiêu ÌO tương đối lớn (trong nước nhảy, lượng dòng chảy ■ tiêu hao từ 45 - 47% [16,17]) - Trường hợp 2: Nếu độ dốc đoạn thứ hai lớn độ dốc Đường nước dâng cl/c2 c) - Nối tiếp dòng chảy thay đổi dần Hình 2.1: Các dạng nối tiếp giũa đoạn cống dốc cống thoải Hiệu tiêu cống có hai độ dốc xác định: \E = E'~E1100% E' V,-V, Và độ giảm lưu tốc: AK = Moo% Trong đó: E,, E2- Năng lượng đơn vị dòng chảy tương ứng cuối hai đoạn cống, E = h+hđ; h - Chiểu sâu trung bình dịng chảy cuối đoạn dốc; K2 hđ - Cột nước lưu tốc, = -C-; V - Lưu tốc trung bình, K = B.h B - chiều rộng máng thí nghiệm NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH VẬT LÝ CỐNG CĨ HAI Độ DỐC Thí nghiệm thực Phịng Thí nghiệm Thủy lực -Thủy văn, Trường Đại học GTVT 53 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 Từ kết quan trắc lưu lượng độ sâu dịng chảy điểm đo, tiến hành tính tốn lưu tốc trung bình, nè lượng đơn vị dịng chảy, độ giảm lưu tốc, độ giảm nè dòng chảy cuối đoạn cống dốc Kết thí nghiệrr tính tốn cho Bảng 3.1,3.2 Hình 3.3 Hình 3.1: Máng thí nghiêm Cấu tạo hệ thống máng kính tuần hồn thay đổi độ dốc với sơ đổ Hình 3.1 Chiểu dài máng m, chiều rộng 0,073 m, chiểu dài từ cửa cuối đến trục kích 3,3 m Thiết bị đo lưu lượng ống Venturi gắn ống cấp nước Đoạn cống thí nghiệm có chiểu dài m làm mica đặt trực tiếp máng kính, độ dốc đoạn cống tạo thành cách kê cao đầu thượng lưu đoạn cống Khe hở mica, miếng kê máng kính bịt đất lặn Độ dốc đoạn cống i1 = -17% Đoạn cống đáy máng kính, độ dốc đoạn cống thay đổi cách tăng giảm chiểu cao kích máng thí nghiệm, thí nghiệm thực với độ dốc đoạn cống i2 = - 2% 3.2 Trình tự thí nghiệm Trước tiến hành thí nghiệm cần lắp đặt mơ hình thí nghiệm gồm gắn đoạn cống lên đáy máng kính, tạo độ dốc cẩn thiết cho mơ hình đảm bảo khơng có rị rỉ nước Sau lắp đặt xong mơ hình tiến hành bật máy bơm để tạo dòng chảy, sau khoảng phút dòng chảy đạt ổn định Tiến hành kiểm tra lưu lượng lưu lượng kế gắn ống đẩy, quan sát dòng chảy máng kính đo chiều sâu dịng chảy vị trí khác hai đoạn cống 3.3 Kết thí nghiệm Độ giảm lượng trung bình —Ì2 = o% —■—12 = 0,5% —*—12=1% —H—Í2 = 1,5% —4— Í2 = 2% —♦—TB Quan sát dòng chảy máng thí nghiệm cho thấy phía thượng lưu đoạn cống hình thành đường mặt nước gần nằm ngang, vào đến đoạn cống dốc hình thành đường nước hạ b2 (chảy xiết), đến cuối đoạn cống dốc dòng chảy vào đoạn dốc (i2