CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC BẰNG THÉP - YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kỹ thuật ∆ TCVN xxxxx : 2022 Xuất bản lần 1 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC BẰNG THÉP - YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU Hydraulic structures - Steel pipelines - Technical requirements for design, manufacture, construction and acceptance HÀ NỘI - 2022 TCVN TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN xxxxxx : 2022 3 Mục lục Trang Lời nói đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. Phạm vi áp dụng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. Tài liệu viện dẫn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3. Thuật ngữ và định nghĩa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4. Thiết kế đường ống. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.1. Bố trí đường ống và một số yêu cầu kỹ thuật. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.2. Vật liệu làm đường ống và phụ kiện. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.3. Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên đường ống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.4. Tính toán kết cấu đường ống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5. Chế tạo ống, sơn phủ, vận chuyển, lưu kho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 5.1. Qui định chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 5.2. Chế tạo ống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.3. Sơn phủ bảo vệ bề mặt. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.4. Thử nghiệm áp lực đường ống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.5. Đóng gói, vận chuyển, lưu kho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6. Thi công lắp đặt đường ống . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.1. Qui định chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.2. Đào hào đặt ống và xử lý nền. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.3. Lắp đặt đường ống chôn lấp . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.4. Lắp đặt đường ống đặt hở. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7. Nghiệm thu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7.1. Nghiệm thu từng công đoạn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7.2. Nghiệm thu hoàn công. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 8. Quan trắc, giám sát an toàn và kiểm tra khi vận hành . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8.1. Quan trắc và giám sát an toàn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8.2. Kiểm tra khi vận hành. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Phụ lục A Các hệ số dùng để xác định cường độ tính toán của vật liệu . . . . . . ……. 52 TCVN xxxxxx : 2022 4 Phụ lục B Tính kết cấu ống đặt hở. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Phụ lục C Tính kết cấu ống chôn lấp. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Phụ lục D Ống phân nhánh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 TCVN xxxxxx : 2022 5 Lời nói đầu TCVNxxxxxx:2022 Công trình thủy lợi - Đường ống dẫn nước bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu được biên soạn mới trên cơ sở tham khảo một số tiêu chuẩn đã được ban hành trong nước và một số tiêu chuẩn và hướng dẫn của nước ngoài có liên quan. TCVNxxxxxx:2022 do Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số …..QĐ-BKHCN ngày …. tháng … năm 2022. TCVN xxxxxx : 2022 6 Công trình thủy lợi - Đường ống dẫn nước bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu Hydraulic structures - Steel pipelines - Technical requirements for design, manufacture, construction and acceptance 1 Phạm vi áp dụng 1.1 Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu các đường ống dẫn nước bằng thép có áp trong công trình thủy lợi được chôn lấp trong đất hoặc có đoạn đặt hở, có đoạn chôn lấp. Ống được thiết kế, chế tạo nếu là loại không có ống chế tạo sẵn hoặc có ống chế tạo sẵn nhưng không đáp ứng yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật. 1.2 Tiêu chuẩn này không áp dụng cho đường ống thép áp lực chôn trong thân đập, ống thép lót của cống xả sâu, cống xả cát, ống thép lót trong đường hầm dẫn nước. 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có): TCVN 2097:1993 Sơn-Phương pháp cắt xác định độ bám dính của màng; TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 3223:2000 Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp - Ký hiệu, kích thước và yêu cầu kỹ thuật chung; TCVN 4396:2018 Thử không phá hủy – Thử hạt từ; TCVN 4447:2012 Công tác đất – Thi công và nghiệm thu; TCVN 6115:2015 Hàn và các quá trình liên quan - Phân loại khuyết tật hình học ở kim loại - TCVN 6735:2018 Thử không phá hủy mối hàn-Thử siêu âm-Kỹ thuật, mức thử nghiệm và đánh giá, TCVN 8298:2009 Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật trong chế tạo và lắp ráp thiết bị cơ khí, kết cấu thép; TCVN 8646:2011 Phun kẽm bảo vệ bề mặt kết cấu thép và thiết bị cơ khí-Yêu cầu kỹ thuật; TCVN 8789:2011 Sơn bảo vệ kết cấu thép-Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử; TCVN 8790:2011 Sơn bảo vệ kết cấu thép-Quy trình thi công và nghiệm thu; TCVN 8985:Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các qui trình hàn vật liệu kim loại – Quy tắc chung; TCVN 9361:2012 Công tác nền móng - Thi công và nghiệm thu; TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN XXXXX : 2022 TCVN xxxxxx : 2022 7 TCVN 10307:2014 Kết cấu cầu thép - Yêu cầu kỹ thuật chung về chế tạo, lắp ráp và sai lệch giới hạn của lỗ và trụ khí, kết cấu thép; TCVN 10351:2014 (ISO 7452:2013) Thép tấm cán nóng, - Dung sai kích thước và hình dạng Hot-rolled steel plates - Tolerances on dimensions and shape; Phần I Hàn nóng chảy; TCVN 1122:2015 Ống thép cho đường nước và đường nước thải; TCVN 11244 Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại – Thử qui trình hàn. 3 Thuật ngữ, định nghĩa và chữ viết tắt 3.1 Thuật ngữ và định nghĩa 3.1.1 Dư lượng dư chiều dày thành ống (Pipe spare thickness) Phần chiều dày ống thép được lấy dư ra để đề phòng khả năng ống bị han gỉ, mài mòn, xâm thực trong quá trình làm việc ảnh hưởng đến an toàn của đường ống. Phần chiều dày này không được kể vào khi tính toán kiểm tra độ bền, độ cứng và ổn định của ống. 3.1.2 Đai hãm (Fixing collar) Đai bố trí bên ngoài vỏ ống thép để ngăn không cho ống xê dịch theo hướng trục ống. 3.1.3 Đai tựa (Supporting ring) Đai được bố trí ở đoạn giữa ống thép trong phạm vi gối đỡ để cố định ống vào gối. 3.1.4 Đường kính danh nghĩa (danh định, qui ước) (Norminal diameter) Ký hiệu là DN, là đường kính trong của ống hay còn gọi là cỡ ống, thường được dùng để gọi kèm với tên của ống, được tính tròn số theo đơn vị là mm hoặc inch. 3.1.5 Đường ống thép chôn lấp (Buried steel pipeline) Đường ống thép được đặt trực tiếp trên mặt nền của hào đào, sau đó lấp đất lại theo đúng yêu cầu kỹ thuật. 3.1.6 Đường ống thép đặt hở (Exposed steel pipeline) Đường ống thép được đặt lộ thiên và được giữ bởi các mố néo và mố đỡ. 3.1.7 TCVN xxxxxx : 2022 8 Khớp co giãn (Expansion Join) Khớp nối giữa hai đầu ống thép nằm trong đoạn giữa hai mố néo để đầu ống có thể chuyển dịch khi chịu tác động thay đổi của nhiệt độ, lún của nền hoặc chế tạo không chính xác. 3.1.8 Lớp đệm (Cushion) Lớp vật liệu có mô đun biến dạng nhỏ hơn mô đun biến dạng của thép được bố trí ở giữa mặt ngoài của vỏ ống thép và bê tông ở mố néo. 3.1.9 Mố néo hoặc mố ôm (Anchor block) Mố giữ cố định (ngàm chặt) đường ống tại vị trí mố, không cho ống có bất kỳ chuyển vị nào tại vị trí này. 3.1.10 Mố đỡ (Support) Mố đặt dọc theo đường ống trong đoạn giữa hai mố néo kề liền. Mố đỡ chỉ giữ không cho ống chuyển vị theo phương đứng và ngang tại vị trí của mố. 3.1.11 Nước va (Water hammer) Hiện tượng áp lực nước trong đường ống tăng cao đột ngột (nước va dương) hoặc hạ thấp đột ngột (nước va âm) phát sinh khi lưu tốc trong đường ống thay đổi đột ngột. 3.1.12 Ống phân nhánh (ống rẽ nhánh, chạc ống) (Bifurcated pipe) Đoạn ống ở vị trí đường ống phân nhánh để chia nước từ đường ống chính sang đường ống nhánh hoặc từ đường ống nhánh sang đường ống nhánh cấp thấp hơn. 3.1.13 Sai lệch độ tròn của đường ống thép (Steel pipe roundness tolerance) Trị số chênh lệch của hai đường kính vuông góc với nhau tại cùng một tiết diện ống thép. 3.1.14 Thép lặng (Killed steel) Thép được khử oxy triệt để với các chất khử mạnh như ferro, silic, nhôm, do đó không có khí thoát ra khỏi bề mặt thép lỏng. Thép đông nguội lặng lẽ, không sôi và không bắn tóe hoa lửa, có cấu trúc đồng nhất và sít chặt. So với thép sôi, thép lặng có chất lượng cao hơn, cứng và bền hơn 3.1.15 TCVN xxxxxx : 2022 9 Thép ram (Thermal refined steel) Thép được xử lý nhiệt để trở nên cứng hơn, dai hơn, chống gỉ và chống mài mòn tốt hơn, chịu nhiệt cao hơn và có cường độ lớn hơn 3.1.16 Thép tấm TMCP (TMCP steel plate) Thép tấm được chế tạo với sự kiểm soát quá trình cơ-nhiệt (Thermo-Mechanical Control Process) trong khâu cán và làm nguội để có tính nổi trội về độ bền, độ dai và tính hàn; 3.1.17 Thử áp lực đường ống (Water pressure test) Nạp đầy nước vào đường ống và tạo áp lực lớn hơn áp lực thiết kế ống phải chịu theo qui định để kiểm nghiệm chất lượng thiết kế, chế tạo, lắp đặt trước khi đưa đường ống vào vận hành. 3.1.18 Ứng suất màng (Membrane stress) Ứng suất pháp kéo hoặc nén phân bố đều trên chiều dày ống gây ra bởi áp lực phân bố đều bên trong hoặc bên ngoài ống khi ống có chiều dày nhỏ so với bán kính. 3.1.19 Ứng suất uốn (Bending stress) Ứng suất pháp gây ra bởi mô men uốn, phân bố không đều trên chiều dày ống, có trị lớn nhất ở mặt trong hoặc mặt ngoài ống. 3.1.20 Ứng suất cục bộ hay ứng suất tập trung (Concentrated stress) Ứng suất có giá trị tăng đột biến trong phạm vi nhỏ của vùng phân bố ứng suất, thường xảy ra ở vị trí gần chu vi của các lỗ khoét hoặc bên cạnh các gờ, đai tăng cứng. 3.1.21 Vành tăng cứng (Reinforced ring) Đai thép bố trí mặt ngoài ống để tăng cường khả năng chịu áp lực của đường ống trong quá trình gia công, chế tạo, lắp ráp và vận hành khai thác. 3.1.22 Vành chặn nước (Front-end ring) Vành bố trí tại đoạn bắt đầu của ống thép để ngăn rò rỉ nước. 3.1.23 Vật chắn nước (Water stop) TCVN xxxxxx : 2022 10 Tấm kim loại (đồng, thép không gỉ) hoặc nhựa PVC bố trí ở vị trí khe nối để ngăn chặn nước thấm hoặc rò rỉ ở qua khe nối. 3.2 Chữ viết tắt 3.2.1 BTCT Bê tông cốt thép 3.2.2 CHKC Cơ học kết cấu 3.2.3 LTĐH Lý thuyết đàn hồi 3.2.4 PTHH Phần tử hữu hạn 3.2.5 SBVL Sức bền vật liệu 4. Thiết kế đường ống 4.1 Bố trí đường ống và một số yêu cầu kỹ thuật 4.1.1 Qui định chung 4.1.1.1 Tuyến ống nên chọn sao cho chiều dài ngắn, ít điểm chuyển hướng trên mặt bằng và mặt đứng. Đỉnh của ống nên bố trí thấp hơn đường áp lực thấp nhất của đường ống ít nhất 2m để tránh xảy ra áp lực âm trong ống. Ở các vị trí tuyến ống chuyển hướng phải uốn cong ống, bán kính cong không nên nhỏ hơn từ 2 đến 3 lần đường kính của ống. Nếu vị trí chuyển hướng trên mặt bằng và trên mặt đứng ở gần nhau thì nên đưa vào một vị trí. Tương tự, nếu đoạn ống có đoạn mặt cắt thu hẹp dần nằm gần vị trí đoạn ống được uốn cong để chuyển hướng thì nên nhập hai đoạn ống làm một. 4.1.1.2 Góc ngoặt của đốt ống nối với đoạn ống cong kề liền không nên lớn hơn 10º. Góc đỉnh của đoạn ống có đường kính thay đổi dần dọc theo chiều dài đoạn ống (ống hình côn hoặc hình chóp cụt) không nên lớn hơn 7º. 4.1.1.3 Để đáp ứng yêu cầu về an toàn, quản lý vận hành, sửa chữa, trên tuyến đường ống cần bố trí các công trình và thiết bị như tháp điều áp, cửa van (van) công tác, cửa van (phai) sửa chữa, cửa van (van) điều tiết, van xả cặn, van xả khí, lỗ (hố) thăm. Cửa van (van) công tác bố trí ở cửa vào đường ống cần có chức năng đóng nhanh, vận hành tự động, có chức năng điều khiển từ xa để có thể kịp thời chặn nước trong trường hợp xảy ra sự cố bất thường TCVN xxxxxx : 2022 11 trên đường ống. Số lượng và vị trí lắp đặt van điều tiết, van xả cặn, van xả khí được xác định thông qua tính toán thủy lực và luận chứng kinh tế kỹ thuật. Đường kính của lỗ (hố) thăm không nên nhỏ hơn 500mm, khoảng cách giữa các lỗ thăm phải đáp ứng được yêu cầu kiểm tra, sửa chữa đường ống. 4.1.1.4 Mối hàn của đường ống được phân thành 3 loại phụ thuộc vào mức độ quan trọng: a) Mối hàn loại 1, chủ yếu bao gồm các loại sau: + Mối hàn dọc thành ống, mối hàn vòng thành ống đặt hở trong nhà xưởng, đường hàn vòng ở vị trí hợp long của đốt ống nối ở đầu hoặc cuối đoạn đường ống, mối hàn mép sang phanh chờ hàn ở công trường. + Mối hàn dọc, mối hàn vòng của các ống phân nhánh, mối hàn đối đầu của các cấu kiện gia cường ống phân nhánh, mối hàn tổ hợp góc và mối hàn đối đầu của các cấu kiện gia cường và ở các chỗ nối nhau của thành ống. + Mối hàn đối đầu của cổ lỗ thăm, mối hàn đối đầu của thành ống với mặt bích của miệng và cổ lỗ thăm. + Mối hàn nắp bịt và mối hàn thành ống với nắp bịt. + Mối hàn đối đầu của đai tựa, mối hàn góc chịu lực chủ yếu. b) Mối hàn loại 2, chủ yếu bao gồm các loại sau: + Các mối hàn vòng khác của thành ống mà không được xếp vào mối hàn loại 1; + Các mối hàn đối đầu ở vành tăng cứng, vành cản nước, đai hãm và các mối hàn góc nối với ống. c) Mối hàn loại 3 là tất cả các mối hàn khác không được xếp vào hai loại trên. 4.1.1.5 Thiết kế sơn phủ bảo vệ bề mặt phải căn cứ vào các yếu tố như lưu tốc nước chảy trong ống, chất lượng nước, hàm lượng và loại bùn cát trong nước, môi trường xung quanh, nước ngầm, chất hữu cơ trong đất xung quanh đường ống. Vật liệu sơn phủ phải lựa chọn hợp lý căn cứ vào các yêu cầu như điều kiện áp dụng, môi chất gây gỉ, kích thước kết cấu. 4.1.1.6 Với ống có đường kính lớn, khi vận chuyển, lắp đặt và đắp đất phải đặt văng chống bên trong ống để tránh ống bị biến dạng và chú ý không làm tổn hại đến lớp sơn phủ bảo vệ bề mặt. 4.1.2 Qui định riêng cho đường ống đặt hở 4.1.2.1 Tuyến đường ống đặt hở phải tránh các nơi có thể xảy ra trượt lở mái, lún sụt hoặc lũ bùn đá. Trường hợp không thể tránh được ảnh hưởng của lũ quét hoặc đá lăn có thể đặt ống bên trong một hành lang, chôn ngầm hoặc bọc bê tông bên ngoài đường ống. Nếu gặp sông suối hoặc hẻm sâu có thể dùng xi phông hoặc bắc cầu để vượt qua, song phải tính đến ảnh hưởng của lũ hoặc dòng bùn đá đến các công trình này. Vùng có nguy cơ động đất cao nên rất thận trọng khi lựa chọn hình thức đặt đường ống đặt hở, thậm chí không nên dùng hình thức đặt ống này. TCVN xxxxxx : 2022 12 4.1.2.2 Ở những vị trí của đường ống có thể xảy ra các sự cố ngoài ý muốn nguy hại đến an toàn của con người cần có công trình phòng xói và thoát nước sự cố. 4.1.2.3 Để đáp ứng yêu cầu thi công, vận hành, qua lại hai bên đường ống, đáy của đường ống đặt hở phải cách mặt đất ít nhất 0,6m. Với đường ống có đường kính lớn có thể tăng khoảng cách này lên thích hợp. 4.1.2.4 Đường ống đặt hở nên bố trí theo hình thức phân đoạn. Tại vị trí đường ống uốn cong để chuyển hướng theo phương mặt bằng, theo phương đứng hoặc cả hai, nên bố trí mố néo. Còn trường hợp đường ống đi thẳng thì cứ cách khoảng 150m nên bố trí một mố néo. 4.1.2.5 Giữa hai mố néo liền kề phải bố trí các mố đỡ. Để tránh ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ môi trường nơi đặt ống và lún tại vị trí mố đỡ đối với việc phát sinh nội lực trong đoạn ống giữa hai mố néo cần lắp một khớp co giãn. Khớp co giãn có thể là khớp trượt (slip expansion joint) hoặc khớp mềm (flexible expansion joint) tùy thuộc vào loại chuyển vị gây ra biến đổi nhiệt độ và lún ở tại vị trí đặt khớp co giãn chỉ là chuyển vị dọc trục ống hoặc có thêm các chuyển vị khác. Nếu dùng khớp trượt thì bố trí ở phía hạ lưu của mố néo phía trên, còn dùng khớp mềm thì bố trí ở giữa đoạn ống giữa hai mô néo. 4.1.2.6 Khoảng cách giữa hai mố đỡ phải xác định thông qua tính toán kết cấu của đoạn ống giữa hai mố néo, có xem xét đến điều kiện lắp đặt, kiểu mố đỡ, điều kiện địa chất v.v. Trước khi tính toán kết cấu có thể lựa chọn sơ bộ thông qua công thức (1): LK ≤ 2,7r√

∆ TCVN TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN xxxxx : 2022 Xuất bản lần 1 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC BẰNG THÉP - YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU Hydraulic structures - Steel pipelines - Technical requirements for design, manufacture, construction and acceptance HÀ NỘI - 2022 TCVN xxxxxx : 2022 Mục lục Trang Lời nói đầu 5 1 Phạm vi áp dụng 6 2 Tài liệu viện dẫn 6 3 Thuật ngữ và định nghĩa 7 4 Thiết kế đường ống 10 4.1 Bố trí đường ống và một số yêu cầu kỹ thuật 10 4.2 Vật liệu làm đường ống và phụ kiện 16 4.3 Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên đường ống 17 4.4 Tính toán kết cấu đường ống 21 5 Chế tạo ống, sơn phủ, vận chuyển, lưu kho 22 5.1 Qui định chung 22 5.2 Chế tạo ống 27 5.3 Sơn phủ bảo vệ bề mặt 39 5.4 Thử nghiệm áp lực đường ống 40 5.5 Đóng gói, vận chuyển, lưu kho 41 6 Thi công lắp đặt đường ống 42 6.1 Qui định chung 42 6.2 Đào hào đặt ống và xử lý nền 43 6.3 Lắp đặt đường ống chôn lấp 43 6.4 Lắp đặt đường ống đặt hở 46 7 Nghiệm thu 46 7.1 Nghiệm thu từng công đoạn 46 7.2 Nghiệm thu hoàn công 47 8 Quan trắc, giám sát an toàn và kiểm tra khi vận hành 49 8.1 Quan trắc và giám sát an toàn 49 8.2 Kiểm tra khi vận hành 50 Phụ lục A Các hệ số dùng để xác định cường độ tính toán của vật liệu …… 52 3 TCVN xxxxxx : 2022 Phụ lục B Tính kết cấu ống đặt hở 53 Phụ lục C Tính kết cấu ống chôn lấp 72 Phụ lục D Ống phân nhánh 89 Tài liệu tham khảo 95 4 TCVN xxxxxx : 2022 Lời nói đầu TCVNxxxxxx:2022 Công trình thủy lợi - Đường ống dẫn nước bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu được biên soạn mới trên cơ sở tham khảo một số tiêu chuẩn đã được ban hành trong nước và một số tiêu chuẩn và hướng dẫn của nước ngoài có liên quan TCVNxxxxxx:2022 do Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số … /QĐ-BKHCN ngày … tháng … năm 2022 5 TCVN xxxxxx : 2022 TCVN XXXXX : 2022 TIÊU CHUẨN QUỐC GIA Công trình thủy lợi - Đường ống dẫn nước bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu Hydraulic structures - Steel pipelines - Technical requirements for design, manufacture, construction and acceptance 1 Phạm vi áp dụng 1.1 Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo, thi công và nghiệm thu các đường ống dẫn nước bằng thép có áp trong công trình thủy lợi được chôn lấp trong đất hoặc có đoạn đặt hở, có đoạn chôn lấp Ống được thiết kế, chế tạo nếu là loại không có ống chế tạo sẵn hoặc có ống chế tạo sẵn nhưng không đáp ứng yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật 1.2 Tiêu chuẩn này không áp dụng cho đường ống thép áp lực chôn trong thân đập, ống thép lót của cống xả sâu, cống xả cát, ống thép lót trong đường hầm dẫn nước 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có): TCVN 2097:1993 Sơn-Phương pháp cắt xác định độ bám dính của màng; TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 3223:2000 Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp - Ký hiệu, kích thước và yêu cầu kỹ thuật chung; TCVN 4396:2018 Thử không phá hủy – Thử hạt từ; TCVN 4447:2012 Công tác đất – Thi công và nghiệm thu; TCVN 6115:2015 Hàn và các quá trình liên quan - Phân loại khuyết tật hình học ở kim loại - TCVN 6735:2018 Thử không phá hủy mối hàn-Thử siêu âm-Kỹ thuật, mức thử nghiệm và đánh giá, TCVN 8298:2009 Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật trong chế tạo và lắp ráp thiết bị cơ khí, kết cấu thép; TCVN 8646:2011 Phun kẽm bảo vệ bề mặt kết cấu thép và thiết bị cơ khí-Yêu cầu kỹ thuật; TCVN 8789:2011 Sơn bảo vệ kết cấu thép-Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử; TCVN 8790:2011 Sơn bảo vệ kết cấu thép-Quy trình thi công và nghiệm thu; TCVN 8985:Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các qui trình hàn vật liệu kim loại – Quy tắc chung; TCVN 9361:2012 Công tác nền móng - Thi công và nghiệm thu; 6 TCVN xxxxxx : 2022 TCVN 10307:2014 Kết cấu cầu thép - Yêu cầu kỹ thuật chung về chế tạo, lắp ráp và sai lệch giới hạn của lỗ và trụ khí, kết cấu thép; TCVN 10351:2014 (ISO 7452:2013) Thép tấm cán nóng, - Dung sai kích thước và hình dạng Hot-rolled steel plates - Tolerances on dimensions and shape; Phần I Hàn nóng chảy; TCVN 1122:2015 Ống thép cho đường nước và đường nước thải; TCVN 11244 Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại – Thử qui trình hàn 3 Thuật ngữ, định nghĩa và chữ viết tắt 3.1 Thuật ngữ và định nghĩa 3.1.1 Dư lượng dư chiều dày thành ống (Pipe spare thickness) Phần chiều dày ống thép được lấy dư ra để đề phòng khả năng ống bị han gỉ, mài mòn, xâm thực trong quá trình làm việc ảnh hưởng đến an toàn của đường ống Phần chiều dày này không được kể vào khi tính toán kiểm tra độ bền, độ cứng và ổn định của ống 3.1.2 Đai hãm (Fixing collar) Đai bố trí bên ngoài vỏ ống thép để ngăn không cho ống xê dịch theo hướng trục ống 3.1.3 Đai tựa (Supporting ring) Đai được bố trí ở đoạn giữa ống thép trong phạm vi gối đỡ để cố định ống vào gối 3.1.4 Đường kính danh nghĩa (danh định, qui ước) (Norminal diameter) Ký hiệu là DN, là đường kính trong của ống hay còn gọi là cỡ ống, thường được dùng để gọi kèm với tên của ống, được tính tròn số theo đơn vị là mm hoặc inch 3.1.5 Đường ống thép chôn lấp (Buried steel pipeline) Đường ống thép được đặt trực tiếp trên mặt nền của hào đào, sau đó lấp đất lại theo đúng yêu cầu kỹ thuật 3.1.6 Đường ống thép đặt hở (Exposed steel pipeline) Đường ống thép được đặt lộ thiên và được giữ bởi các mố néo và mố đỡ 3.1.7 7 TCVN xxxxxx : 2022 Khớp co giãn (Expansion Join) Khớp nối giữa hai đầu ống thép nằm trong đoạn giữa hai mố néo để đầu ống có thể chuyển dịch khi chịu tác động thay đổi của nhiệt độ, lún của nền hoặc chế tạo không chính xác 3.1.8 Lớp đệm (Cushion) Lớp vật liệu có mô đun biến dạng nhỏ hơn mô đun biến dạng của thép được bố trí ở giữa mặt ngoài của vỏ ống thép và bê tông ở mố néo 3.1.9 Mố néo hoặc mố ôm (Anchor block) Mố giữ cố định (ngàm chặt) đường ống tại vị trí mố, không cho ống có bất kỳ chuyển vị nào tại vị trí này 3.1.10 Mố đỡ (Support) Mố đặt dọc theo đường ống trong đoạn giữa hai mố néo kề liền Mố đỡ chỉ giữ không cho ống chuyển vị theo phương đứng và ngang tại vị trí của mố 3.1.11 Nước va (Water hammer) Hiện tượng áp lực nước trong đường ống tăng cao đột ngột (nước va dương) hoặc hạ thấp đột ngột (nước va âm) phát sinh khi lưu tốc trong đường ống thay đổi đột ngột 3.1.12 Ống phân nhánh (ống rẽ nhánh, chạc ống) (Bifurcated pipe) Đoạn ống ở vị trí đường ống phân nhánh để chia nước từ đường ống chính sang đường ống nhánh hoặc từ đường ống nhánh sang đường ống nhánh cấp thấp hơn 3.1.13 Sai lệch độ tròn của đường ống thép (Steel pipe roundness tolerance) Trị số chênh lệch của hai đường kính vuông góc với nhau tại cùng một tiết diện ống thép 3.1.14 Thép lặng (Killed steel) Thép được khử oxy triệt để với các chất khử mạnh như ferro, silic, nhôm, do đó không có khí thoát ra khỏi bề mặt thép lỏng Thép đông nguội lặng lẽ, không sôi và không bắn tóe hoa lửa, có cấu trúc đồng nhất và sít chặt So với thép sôi, thép lặng có chất lượng cao hơn, cứng và bền hơn 3.1.15 8 TCVN xxxxxx : 2022 Thép ram (Thermal refined steel) Thép được xử lý nhiệt để trở nên cứng hơn, dai hơn, chống gỉ và chống mài mòn tốt hơn, chịu nhiệt cao hơn và có cường độ lớn hơn 3.1.16 Thép tấm TMCP (TMCP steel plate) Thép tấm được chế tạo với sự kiểm soát quá trình cơ-nhiệt (Thermo-Mechanical Control Process) trong khâu cán và làm nguội để có tính nổi trội về độ bền, độ dai và tính hàn; 3.1.17 Thử áp lực đường ống (Water pressure test) Nạp đầy nước vào đường ống và tạo áp lực lớn hơn áp lực thiết kế ống phải chịu theo qui định để kiểm nghiệm chất lượng thiết kế, chế tạo, lắp đặt trước khi đưa đường ống vào vận hành 3.1.18 Ứng suất màng (Membrane stress) Ứng suất pháp kéo hoặc nén phân bố đều trên chiều dày ống gây ra bởi áp lực phân bố đều bên trong hoặc bên ngoài ống khi ống có chiều dày nhỏ so với bán kính 3.1.19 Ứng suất uốn (Bending stress) Ứng suất pháp gây ra bởi mô men uốn, phân bố không đều trên chiều dày ống, có trị lớn nhất ở mặt trong hoặc mặt ngoài ống 3.1.20 Ứng suất cục bộ hay ứng suất tập trung (Concentrated stress) Ứng suất có giá trị tăng đột biến trong phạm vi nhỏ của vùng phân bố ứng suất, thường xảy ra ở vị trí gần chu vi của các lỗ khoét hoặc bên cạnh các gờ, đai tăng cứng 3.1.21 Vành tăng cứng (Reinforced ring) Đai thép bố trí mặt ngoài ống để tăng cường khả năng chịu áp lực của đường ống trong quá trình gia công, chế tạo, lắp ráp và vận hành khai thác 3.1.22 Vành chặn nước (Front-end ring) Vành bố trí tại đoạn bắt đầu của ống thép để ngăn rò rỉ nước 3.1.23 Vật chắn nước (Water stop) 9 TCVN xxxxxx : 2022 Tấm kim loại (đồng, thép không gỉ) hoặc nhựa PVC bố trí ở vị trí khe nối để ngăn chặn nước thấm hoặc rò rỉ ở qua khe nối 3.2 Chữ viết tắt 3.2.1 BTCT Bê tông cốt thép 3.2.2 CHKC Cơ học kết cấu 3.2.3 LTĐH Lý thuyết đàn hồi 3.2.4 PTHH Phần tử hữu hạn 3.2.5 SBVL Sức bền vật liệu 4 Thiết kế đường ống 4.1 Bố trí đường ống và một số yêu cầu kỹ thuật 4.1.1 Qui định chung 4.1.1.1 Tuyến ống nên chọn sao cho chiều dài ngắn, ít điểm chuyển hướng trên mặt bằng và mặt đứng Đỉnh của ống nên bố trí thấp hơn đường áp lực thấp nhất của đường ống ít nhất 2m để tránh xảy ra áp lực âm trong ống Ở các vị trí tuyến ống chuyển hướng phải uốn cong ống, bán kính cong không nên nhỏ hơn từ 2 đến 3 lần đường kính của ống Nếu vị trí chuyển hướng trên mặt bằng và trên mặt đứng ở gần nhau thì nên đưa vào một vị trí Tương tự, nếu đoạn ống có đoạn mặt cắt thu hẹp dần nằm gần vị trí đoạn ống được uốn cong để chuyển hướng thì nên nhập hai đoạn ống làm một 4.1.1.2 Góc ngoặt của đốt ống nối với đoạn ống cong kề liền không nên lớn hơn 10º Góc đỉnh của đoạn ống có đường kính thay đổi dần dọc theo chiều dài đoạn ống (ống hình côn hoặc hình chóp cụt) không nên lớn hơn 7º 4.1.1.3 Để đáp ứng yêu cầu về an toàn, quản lý vận hành, sửa chữa, trên tuyến đường ống cần bố trí các công trình và thiết bị như tháp điều áp, cửa van (van) công tác, cửa van (phai) sửa chữa, cửa van (van) điều tiết, van xả cặn, van xả khí, lỗ (hố) thăm Cửa van (van) công tác bố trí ở cửa vào đường ống cần có chức năng đóng nhanh, vận hành tự động, có chức năng điều khiển từ xa để có thể kịp thời chặn nước trong trường hợp xảy ra sự cố bất thường 10 TCVN xxxxxx : 2022 trên đường ống Số lượng và vị trí lắp đặt van điều tiết, van xả cặn, van xả khí được xác định thông qua tính toán thủy lực và luận chứng kinh tế kỹ thuật Đường kính của lỗ (hố) thăm không nên nhỏ hơn 500mm, khoảng cách giữa các lỗ thăm phải đáp ứng được yêu cầu kiểm tra, sửa chữa đường ống 4.1.1.4 Mối hàn của đường ống được phân thành 3 loại phụ thuộc vào mức độ quan trọng: a) Mối hàn loại 1, chủ yếu bao gồm các loại sau: + Mối hàn dọc thành ống, mối hàn vòng thành ống đặt hở trong nhà xưởng, đường hàn vòng ở vị trí hợp long của đốt ống nối ở đầu hoặc cuối đoạn đường ống, mối hàn mép sang phanh chờ hàn ở công trường + Mối hàn dọc, mối hàn vòng của các ống phân nhánh, mối hàn đối đầu của các cấu kiện gia cường ống phân nhánh, mối hàn tổ hợp góc và mối hàn đối đầu của các cấu kiện gia cường và ở các chỗ nối nhau của thành ống + Mối hàn đối đầu của cổ lỗ thăm, mối hàn đối đầu của thành ống với mặt bích của miệng và cổ lỗ thăm + Mối hàn nắp bịt và mối hàn thành ống với nắp bịt + Mối hàn đối đầu của đai tựa, mối hàn góc chịu lực chủ yếu b) Mối hàn loại 2, chủ yếu bao gồm các loại sau: + Các mối hàn vòng khác của thành ống mà không được xếp vào mối hàn loại 1; + Các mối hàn đối đầu ở vành tăng cứng, vành cản nước, đai hãm và các mối hàn góc nối với ống c) Mối hàn loại 3 là tất cả các mối hàn khác không được xếp vào hai loại trên 4.1.1.5 Thiết kế sơn phủ bảo vệ bề mặt phải căn cứ vào các yếu tố như lưu tốc nước chảy trong ống, chất lượng nước, hàm lượng và loại bùn cát trong nước, môi trường xung quanh, nước ngầm, chất hữu cơ trong đất xung quanh đường ống Vật liệu sơn phủ phải lựa chọn hợp lý căn cứ vào các yêu cầu như điều kiện áp dụng, môi chất gây gỉ, kích thước kết cấu 4.1.1.6 Với ống có đường kính lớn, khi vận chuyển, lắp đặt và đắp đất phải đặt văng chống bên trong ống để tránh ống bị biến dạng và chú ý không làm tổn hại đến lớp sơn phủ bảo vệ bề mặt 4.1.2 Qui định riêng cho đường ống đặt hở 4.1.2.1 Tuyến đường ống đặt hở phải tránh các nơi có thể xảy ra trượt lở mái, lún sụt hoặc lũ bùn đá Trường hợp không thể tránh được ảnh hưởng của lũ quét hoặc đá lăn có thể đặt ống bên trong một hành lang, chôn ngầm hoặc bọc bê tông bên ngoài đường ống Nếu gặp sông suối hoặc hẻm sâu có thể dùng xi phông hoặc bắc cầu để vượt qua, song phải tính đến ảnh hưởng của lũ hoặc dòng bùn đá đến các công trình này Vùng có nguy cơ động đất cao nên rất thận trọng khi lựa chọn hình thức đặt đường ống đặt hở, thậm chí không nên dùng hình thức đặt ống này 11