Giáo trình Thủy Công tâp 2 part 1 pot

Xây dựng được loại đập trμn cao do điều kiện địa chất vμ kết cấu quyết định, ngoμi ra cần phải giải quyết các vấn đề dòng chảy có lưu tốc lớn như dòng chảy hμm khí, mạch động, khí thực,

Gs Ts Ng« TrÝ ViÒng (Chñ biªn), pgs Ts Ph¹m ngäc quý,

Gs Ts NguyÔn V¨n M¹o, pgs Ts NguyÔn chiÕn, Pgs Ts NguyÔn ph−¬ng mËu, ts Ph¹m v¨n quèc

Thuû c«ng

TËp II

Nhμ xuÊt b¶n x©y dùng

Hμ Néi - 2004

Lời nói đầu

Bộ giáo trình Thuỷ công gồm 2 tập do Bộ môn Thuỷ công - Trường Đại học Thuỷ lợi biên soạn vμ được xuất bản năm 1988 - 1989 đã góp phần to lớn vμo việc giảng dạy môn Thuỷ công cho các đối tượng sinh viên các ngμnh học khác nhau của Trường Đại học Thuỷ lợi Mười lăm năm qua, nền khoa học kỹ thuật thuỷ lợi nước nhμ tiếp tục có những bước phát triển mạnh mẽ vμ những đóng góp to lớn cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đặc biệt lμ trong lĩnh vực nông nghiệp vμ phát triển nông thôn Nhiều công trình thuỷ lợi lớn đã vμ đang được xây dựng như thuỷ điện Yaly, Hμm Thuận - Đa Mi, hệ thống tiêu úng, thoát lũ đồng bằng sông Cửu Long, các hồ chứa Ya Yun hạ, Đá Bμn, Sông Quao v.v Nhiều vấn đề khoa học kỹ thuật thuỷ lợi đang được tổng kết, hệ thống hoá; nhiều hình loại công trình, chủng loại vật liệu mới đã được áp dụng ở Việt Nam trong những năm qua; một số quy trình quy phạm mới đã được phổ biến vμ áp dụng

Để không ngừng nâng cao chất lượng đμo tạo chuyên môn, đáp ứng sự phát triển đa dạng vμ phong phú của kỹ thuật thuỷ lợi vμ tμi nguyên nước trong giai đoạn mới, Bộ môn Thuỷ công Trường Đại học Thuỷ lợi tổ chức biên soạn lại giáo trình nμy Khi biên soạn, các tác giả đã theo đúng phương châm “cơ bản, hiện đại, Việt Nam”, dựa trên cơ sở của giáo trình cũ, cố gắng cập nhật các kiến thức, thông tin về các khái niệm vμ phương pháp tính toán mới, các loại vật liệu vμ hình thức kết cấu công trình mới

Toμn bộ giáo trình thuỷ công gồm 5 phần vμ chia thμnh 2 tập

- Phần V: Khảo sát, thiết kế, quản lý và nghiên cứu công trình thuỷ lợi

Tham gia biên soạn tập II gồm: GS TS Ngô Trí Viềng chủ biên vμ viết các chương 12, 22; PGS TS Phạm Ngọc Quý viết chương 13, 14; GS TS Nguyễn Văn Mạo viết chương 15, 16; PGS TS Nguyễn Chiến viết chương 17; PGS TS Nguyễn Phương Mậu viết chương 18, 19; vμ TS Phạm Văn Quốc viết chương 20, 21

Giáo trình nμy dùng lμm tμi liệu học tập cho sinh viên ngμnh Thuỷ lợi vμ tμi liệu tham khảo cho cán bộ khoa học kỹ thuật khi thiết kế vμ nghiên cứu các công trình thuỷ lợi

Các tác giả xin chân thμnh cảm ơn lãnh đạo Vụ Khoa học công nghệ vμ chất lượng sản phẩm - Bộ Nông nghiệp vμ phát triển nông thôn, lãnh đạo Trường Đại học Thuỷ lợi vμ Nhμ xuất bản Xây dựng đã khuyến khích vμ tạo mọi điều kiện để sách được xuất bản

Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý bạn đọc Các ý kiến xin gửi về Bộ môn Thuỷ công - Trường Đại học thuỷ lợi

Xin chân thμnh cảm ơn

Các tác giả

Phần III Các công trình tháo nước, lấy nước vμ dẫn nước

Chương 12 - Công trình tháo lũ

Đ12.1 Mục đích yêu cầu

Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước, ngoμi đập, công trình lấy nước vμ một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn, cần phải xây dựng công trình để tháo một phần nước thừa hoặc tháo cạn một phần hay toμn bộ hồ chứa để kiểm tra sửa chữa,

đảm bảo hồ chứa lμm việc bình thường vμ an toμn

Thiết kế công trình tháo lũ trước hết phải xác định lưu lượng thiết kế tháo qua công trình Dựa vμo quy phạm, xác định tần suất lũ thiết kế vμ qua tính toán điều tiết hồ, xác

định được lưu lượng thiết kế phải tháo qua công trình tháo lũ Lúc tính lưu lượng qua công trình tháo lũ, cần xét đến lưu lượng tháo qua các công trình khác như qua nhμ máy thuỷ điện, âu thuyền v.v

Trong các công trình đầu mối, có thể lμm công trình ngăn nước vμ tháo nước kết hợp, cũng có thể lμm riêng công trình tháo ở bên bờ Đối với đập bêtông trọng lực vμ bêtông cốt thép, thường bố trí công trình tháo nước ngay trên thân đập Đối với các đập dùng vật liệu tại chỗ, đập vòm, bản chống, liên vòm thì công trình tháo lũ được tách riêng gọi lμ đường trμn lũ bên bờ; trường hợp cá biệt có thể kết hợp ngăn nước vμ tháo nước nhưng phải thận trọng

Đường trμn lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể không có Khi không có cửa van, cao trình ngưỡng trμn vừa bằng cao trình mực nước dâng bình thường Lúc mực nước trong hồ bắt đầu dâng lên vμ cao hơn ngưỡng trμn thì nước trong hồ tự động chảy xuống hạ lưu Khi đường trμn có cửa van khống chế, cao trình ngưỡng trμn thấp hơn mực nước dâng bình thường Lúc đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nước trong hồ chứa để xác

định thời điểm mở cửa trμn vμ điều chỉnh lưu lượng tháo Về giá thμnh của đường trμn lũ thì loại không có cửa van rẻ hơn loại có cửa van, việc quản lý khai thác cũng đơn giản Nhưng tháo nước cùng một lưu lượng thì loại không có cửa van cần một mực nước trong hồ cao hơn Muốn giảm thấp mực nước trong hồ cần phải tăng chiều rộng đường trμn, như vậy tăng khối lượng đμo, giá thμnh của toμn bộ công trình đầu mối có thể tăng lên Khi công tác dự báo lũ lμm tốt, thiết kế đường trμn có cửa van khống chế có thể kết hợp dung tích phòng lũ với dung tích hữu ích, lúc đó hiệu quả công trình sẽ tăng lên Cho nên, với hệ thống công trình tương đối lớn, dung tích phòng lũ lớn, khu vực ngập ở thượng lưu rộng thì thường dùng loại đường trμn có cửa van khống chế Đối với hệ thống công trình nhỏ, tổn thất ngập lụt không lớn, thường dùng đường trμn không có cửa van

Khi thiết kế đầu mối thuỷ lợi, cần nghiên cứu nhiều phương án để chọn cách bố trí, hình thức, kích thước công trình tháo lũ cho hợp lý nhất về mặt kỹ thuật (tháo lũ tốt, an toμn, chủ động)

vμ kinh tế (vốn đầu tư toμn bộ hệ thống ít nhất)

Đ12.2 Phân loại

Có nhiều loại công trình tháo lũ Căn cứ vμo cao trình cửa vμo công trình tháo lũ, có thể phân lμm hai loại: Công trình tháo lũ dưới sâu vμ công trình tháo lũ trên mặt

I Công trình tháo lũ dưới sâu

Công trình loại nμy được đặt ở đáy đập (cống ngầm), trong thân đập bêtông (đường ống), có thể đặt ở bờ (đường hầm) khi điều kiện địa hình, địa chất cho phép Với loại nμy

có thể tháo được nước trong hồ chứa với bất kỳ mực nước nμo, thậm chí có thể tháo cạn hồ Loại nμy không những dùng để tháo lũ, mμ còn tuỳ cao trình, vị trí vμ mục đích sử dụng có thể dùng để dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo bùn cát trong hồ, hoặc lấy nước tưới, phát

điện Do đó tuỳ điều kiện cụ thể mμ có thể kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một công trình tháo nước dưới sâu

II Công trình tháo lũ trên mặt

Loại nμy thường đặt ở cao trình tương đối cao Do cao trình ngưỡng trμn cao, nên chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa Dựa vμo hình thức, cấu tạo công trình tháo lũ trên mặt có thể phân thμnh đập trμn trọng lực, đường trμn dọc, đường trμn ngang (máng trμn bên), xi phông tháo lũ, giếng tháo lũ, đường trμn kiểu gáo v.v

Đối với từng đầu mối công trình chúng ta cần phân tích kỹ đặc điểm lμm việc, điều kiện địa hình, địa chất vμ thủy văn, các yêu cầu về thi công, quản lý, khai thác để chọn công trình tháo lũ thích hợp

Trong chương nμy, chủ yếu trình bμy các công trình tháo lũ trên mặt, còn công trình tháo lũ dưới sâu trình bμy ở chương 15

Đ12.3 Đập trμn trọng lực

Đập trμn trọng lực lμ công trình vừa ngăn nước, vừa tháo nước, vì thế không cần xây dựng thêm các công trình tháo nước khác ngoμi thân đập, đó lμ ưu điểm lớn của đập trμn trọng lực Đập trμn trọng lực có khả năng tháo nước lớn, việc bố trí vμ đóng mở cửa van thuận tiện Ngμy nay, do sự phát triển về khoa học kỹ thuật thuỷ lợi hiện đại đã cho phép xây dựng các loại đập trμn cao đến 200m Xây dựng được loại đập trμn cao do điều kiện địa chất vμ kết cấu quyết định, ngoμi ra cần phải giải quyết các vấn đề dòng chảy có lưu tốc lớn như dòng chảy hμm khí, mạch động, khí thực, tiêu năng hạ lưu v.v

I Bố trí đập tràn

Việc bố trí đập trμn tháo lũ trong đầu mối công trình có quan hệ đến điều kiện địa chất, địa hình, lưu lượng tháo, lưu tốc cho phép ở hạ lưu

Khi lưu lượng tháo lớn, cột nước nhỏ, lòng sông không ổn định vμ nền không phải

lμ đá có cấu tạo địa chất phức tạp thì hình thức vμ bố trí đập trμn có ý nghĩa quyết định Khi cột nước lớn, phải tiêu hao năng lượng lớn, việc chọn vị trí đập trμn có ý nghĩa quan trọng

Khi thiết kế đập trμn, cần cố gắng thoả mãn các điều kiện sau đây:

1 Khi có nền đá, phải tìm mọi cách bố trí đập trμn trên nền đá Nếu không có nền

đá hoặc nền đá xấu thì cũng có xem xét bố trí trên nền không phải lμ đá

2. Cần tạo cho điều kiện thiên nhiên của lòng sông không bị phá hoại, do đó trước

tiên cần nghiên cứu bố trí đập trμn tại lòng sông hoặc gần bãi sông Nếu rút ngắn chiều rộng đập trμn thì điều kiện thuỷ lực ban đầu có thể bị phá hoại, do đó phải có biện pháp tiêu năng phức tạp Tuy nhiên, nhiều trường hợp, phương án rút ngắn chiều rộng đập trμn vẫn lμ kinh tế hơn Nếu lưu lượng tháo nhỏ hoặc dòng chảy đã điều tiết tốt thì không nhất thiết phải bố trí đập trμn giữa lòng sông

3 Bố trí đập trμn phải phù hợp với điều kiện tháo lưu lượng thi công vμ phương

13,0 10,0

5 Khi có công trình vận tải thuỷ, việc bố trí đập trμn cần chú ý đảm bảo cho dòng

chảy vμ lưu tốc ở hạ lưu không ảnh hưởng đến việc đi lại của tμu bè

6. Bố trí đập trμn cần đảm bảo cho lòng sông vμ hai bờ hạ lưu không sinh ra xói lở,

đảm bảo an toμn của công trình

7 Đối với sông nhiều bùn cát, bố trí đập trμn cần tránh sinh ra bồi lắng nghiêm

trọng

2 Lưu lượng đơn vị qua đập tràn

Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế đập trμn lμ xác định lưu lượng đơn

vị cho phép Nếu phần ngăn nước gồm đập đất vμ đập trμn bêtông thì thường cố gắng tăng lưu lượng đơn vị để giảm chiều dμi đập trμn Lưu lượng đơn vị tăng thì việc tiêu năng ở hạ lưu khó khăn phức tạp vμ ngược lại

Khi chọn lưu lượng đơn vị, cần xem xét kỹ cấu tạo địa chất của lòng sông, chiều sâu nước ở hạ lưu, lưu tốc cho phép, hình thức vμ cấu tạo bộ phận bảo vệ sau đập vμ trình tự

đóng mở cửa van

Xác định lưu lượng đơn vị vμ lưu tốc cho phép ở cuối sân sau, phải so sánh với lưu lượng đơn vị vμ lưu tốc lớn nhất lúc chưa xây dựng đập, đồng thời phải xét đến độ sâu xói cục bộ có khả năng sinh ra mμ không ảnh hưởng đến an toμn của công trình Lưu lượng đơn

vị nhất định phải thích ứng với hình thức của bộ phận bảo vệ sau đập vμ khả năng bảo đảm cho công trình không bị xói lở Do đó xác định chiều rộng đập trμn vμ các thiết bị nối tiếp

[ ]

p

p p

B

Q h v

lẻ số khoang để tiện điều hμnh cho dòng chảy qua trμn được đối xứng

4 Hình dạng mặt cắt đập tràn

Hình dạng mặt cắt của đập trμn có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số lưu lượng Đập thường dùng lμ loại không chân không kiểu Ôphixêrốp có hệ số lưu lượng từ 0,46 ữ 0,50 (hình 12-3a) Dựa vμo mặt cắt cơ bản vμ mặt cắt kinh tế của đập không trμn (chương 9) đã

được xác định, ta tiến hμnh xác định mặt trμn CD theo toạ độ Ôphixêrôp Mặt trμn CD tiếp tuyến với mặt đập không trμn DE tại điểm D Toạ độ các điểm của mặt trμn rất có thể vượt

ra ngoμi tam giác cơ bản AOE (hình 12-3b), bởi vì với đập trμn trên nền đá theo yêu cầu về

ổn định vμ cường độ, chiều rộng đáy đập khá hẹp Trường hợp đó cần dịch tam giác cơ bản

về phía hạ lưu một đoạn sao cho mặt đập DE’ của tam giác cơ bản A’O’E’ tiếp tuyến với mặt trμn tại D Như vậy mặt trμn CDE’F thoả mãn điều kiện thuỷ lực Đối với điều kiện ổn

định vμ cường độ, tam giác A’O’E’ lμ đảm bảo, do đó có thể giảm bớt khối lượng ABB’A

ảnh hưởng đến khả năng tháo nước Trường hợp đập trμn cần bố trí cửa van sửa chữa, trên

đỉnh đập cần có một đoạn nằm ngang CC’ (hình 12-3c) để dễ bố trí cửa van Lúc đó toạ độ

các điểm của mặt trμn từ điểm C trở đi phải dời một đoạn đến cuối đoạn nằm ngang Chú ý rằng, trên đỉnh trμn có đoạn nằm ngang như vậy thì hệ số lưu lượng sẽ giảm Nối tiếp mặt hạ lưu đập với sân sau bằng mặt cong có bán kính R:

O

x

E y

C B D

x O

B O'

R E' F A'

y

C

B' B

R E' D x O'

O

y'

C'

1 tk

R E

III Khả năng tháo nước của đập tràn

Trường hợp đỉnh đập không có cửa van khống chế, lưu lượng chảy qua đập trμn có mặt cắt thực dụng tính theo công thức:

2 / 3 0 n

Nếu trên đỉnh đập có cửa van, khi mở cửa với một độ mở a nμo đó (hình 12-4), lưu lượng tháo qua đập được tính theo công thức:

( H a ) ; g

2 Ba

a 186 , 0 65

IV Tiêu năng sau đập tràn

Dòng chảy sau khi chảy qua đập trμn xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần năng lượng nμy phá hoại lòng sông vμ hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phần tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nước vμ không khí Sức cản nội bộ dòng chảy cμng lớn thì tiêu hao năng lượng do xói lở cμng nhỏ vμ ngược lại Vì vậy thường dùng biện pháp tiêu hao năng lượng bằng ma sát nội bộ dòng chảy vμ dùng hình thức phóng

xa lμm cho nước hỗn hợp với không khí gây ma sát có tác dụng tiêu hao năng lượng vμ giảm xói lở Để đạt được những mục đích trên thường dùng các hình

thức tiêu năng sau đây: tiêu năng dòng

đáy (hình 12-5a), tiêu năng dòng mặt

(hình 12-5b), tiêu năng dòng mặt ngập

(hình 12-5c), tiêu năng phóng xa (hình

12-5d)

Nguyên lý cơ bản của các hình

thức tiêu năng lμ lμm cho năng lượng tiêu

hao bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu

dòng chảy bằng xáo trộn với không khí,

khuyếch tán để giảm lưu lượng đơn vị

Các hình thức tiêu năng có liên quan lẫn

Đặc điểm tiêu năng dòng đáy lμ lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để tiêu năng Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng nμy lμ chiều sâu nước cuối bể phải lớn hơn

tiêu năng tập trung Trong tiêu năng đáy, lưu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mãnh liệt, có khả năng gây xói lở, vì thế trong khu vực nước nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây sân sau) Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cần được bảo vệ thích đáng Muốn tăng hiệu quả tiêu năng, thường trên sân sau có xây thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố, ngưỡng để cho sự xáo trộn nội bộ dòng chảy cμng mãnh liệt vμ ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó cũng có thể tiêu hao một phần năng lượng Biện pháp nμy

có hiệu quả tốt vμ được ứng dụng rộng rãi Tiêu năng dòng đáy thường dùng với cột nước thấp, địa chất nền tương đối kém

a Bể tiêu năng (hình 12-6)

Sau khi xây bể lμm tăng mực nước trên sân sau vμ thoả mãn yêu cầu:

ngay sát chân đập trμn Trong thực tế, trên sân sau khi có bể hoặc tường sẽ hình thμnh nước

nghị của M.Đ.Tsêtouxôp như sau:

phải hạ thấp đáy vμ bảo vệ kiên cố sân sau Lúc đó, hình thức tiêu năng đáy không kinh

tế

Người ta thường dùng các biện pháp như đμo

bể, xây tường hoặc bể, tường kết hợp vμ các thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nước nhảy ngập sau đập trμn Dưới đây sẽ giới thiệu các biện pháp đó

b Tường tiêu năng (hình 12-7)

Khi do điều kiện kết cấu vμ thi công, bể tiêu năng không thích hợp thì nên dùng tường tiêu năng Tường có thể dâng mực nước hạ lưu vμ giảm khối lượng đμo Sau tường tiêu năng không cho phép nước nhảy xa Chiều cao của tường cũng giống như chiều sâu bể

được tính với nhiều cấp lưu lượng khác nhau để tìm được chiều cao tường lớn nhất Sau khi xác định được kích thước của tường cần phải kiểm tra xem sau tường có nước nhảy xa nữa không Nếu có thì phải thiết kế thêm tường tiêu năng thứ hai Hình dạng tường tiêu năng thường lμm mặt cắt trơn vμ thuận để tránh phá hoại do bμo mòn, (hình 12-7)

111

1: 0 ,75

105

112 122,2

d Các thiết bị tiêu năng trên sân sau

Trên sâu sau thường bố trí các thiết bị để tiêu hao năng lượng dòng chảy như mố,

chiều dμi sân sau Thí nghiệm chứng minh rằng, nếu bố trí thích hợp các thiết bị đó có thể giảm

- Ngưỡng tiêu năng (hình 12-9a) ngập trong nước nhảy, góc nghiêng mái thượng lưu

ngưỡng nên đặt chính giữa chiều dμi sân sau

- Mố tiêu năng (hình 12-9b, c, d) thường bố trí gần nơi bắt đầu của sân sau, tại khu vực dòng chảy có lưu tốc cao, cách chân đập một đoạn dμi hơn chiều sâu phân giới của dòng chảy Kích thước vμ vị trí mố có ảnh hưởng lớn đối với dòng chảy Theo thí nghiệm, kích thước mố nên lấy như sau:

hoa mai Chọn số hμng mố còn phụ thuộc vμo hình thức mố, có lúc bố trí hai hμng, lưu tốc phân bố không tốt Có nhiều hình thức mố tiêu năng (hình 12-10): để cải thiện điều kiện thuỷ lực, ở cạnh mép mố thường vát cong đề phòng hiện tượng khí thực

- Mố phân dòng có thể lμm cho dòng chảy có lưu tốc cao ở chân đập chuyển thμnh trạng thái dòng chảy có lợi Nói chung sau mố phân dòng nên có

mố tiêu năng (hình 12-9d); do ở

giữa các mố phân dòng có dòng

chảy tập trung, sau đó gặp phản kích

của mố tiêu năng cμng lμm cho hiệu

Góc khuếch tán β không nên lớn quá, nếu lớn quá dòng chảy bị tách khỏi tường bên

vμ tạo nên dòng xoáy hoặc chảy xiên gây xói lở

khó khuếch tán theo phương thẳng đứng, gây nên dòng chảy ngập có lưu tốc lớn ở đáy, lòng sông có thể bị xói lở Trường hợp nμy nên lμm sân sau dốc thuận (hình 12-12) để với mọi mực nước vμ lưu lượng đều có nước nhảy với độ ngập không lớn lắm Sân sau có độ dốc thuận nên trọng lượng nước có thμnh phần song song với đáy, hướng về hạ lưu lμm tăng

ư

α +

α

tg 2 1

cos gh

q 8 1 cos 2

2 c

trong đó:

α - góc nghiêng của đáy sân sau với mặt phẳng nằm ngang;

Φ - hệ số điều chỉnh của áp lực nước lên mặt nghiêng đối với thμnh phần lực nằm ngang, khi độ dốc đáy bằng 0,05 ữ 0,30 thì:

Khi α = 0, công thức (12-14) trở thμnh công thức nước nhảy thông thường Dòng chảy trên dốc thuận bất kỳ lưu lượng lớn hay bé đều có nước nhảy để hạn chế dòng ngập có lưu tốc cao ở đáy Độ dốc đáy không được dốc hơn 1 : 4

- Sân sau dốc ngược: khi chiều sâu nước hạ lưu rất bé thì sân sau có thể lμm hình thức dốc ngược Bắt đầu tại mặt cắt co hẹp được đμo sâu xuống vμ sau đó sân sau lμm theo

độ dốc ngược khiến cho dòng chảy có phản lực trở lại vμ tạo thμnh nước nhảy

Như vậy, khi thiết kế sân sau ngoμi việc xét lưu lượng thiết kế qua đập trμn, còn cần phải xét tình hình lμm việc của sân sau ứng với các lưu lượng khác nhau để đảm bảo bất kỳ

l

Hình 12-12 Sân tiêu năng có độ dốc thuận

với một lưu lượng nμo cũng sinh ra nước nhảy ngập thích hợp Độ ngập thích hợp nhất

2 , 1

2 Tiêu năng mặt: Dòng chảy của hình thức tiêu năng nμy ở trạng thái chảy mặt (hình

12-5b, c) Kinh nghiệm cho biết, hiệu quả tiêu năng nμy so với tiêu năng đáy không kém hơn

nhiều, nhưng chiều dμi sân sau ngắn hơn

5

1 ữ 2

1 lần,

a

Hình 12-13 Trạng thái chảy ở hạ lưu đập có bậc

đồng thời lưu tốc ở đáy nhỏ nên chiều dμy sân sau bé, thậm chí trên nền đá cứng không cần lμm sân sau Ngoμi ra có thể tháo vật nổi qua

đập mμ không sợ hỏng sân sau Tuỳ theo mực nước hạ lưu, trạng thái dòng chảy sẽ phân thμnh dòng chảy mặt không ngập vμ dòng chảy mặt ngập

chảy mặt không ngập

thức thực nghiệm như sau:

; h C

a 2 44 , 2 a 82 , 0

h 1

; h C

a 55 , 2 50 , 2 a 22 , 1

h 2

tính gần đúng cho trường hợp mở cửa van với một độ mở nμo đó Công thức (12-16) chỉ

đúng với điều kiện

h

C

a ≥ 0,2 lμ trường hợp thường dùng nhất Nếu

h

C

a

< 0,2, T.N.Axtafitsêva đề nghị:

; h C

a 7 44 , 3 a 82 , 0

h 1

dùng chiều cao a = (0,25 ữ 0,35) chiều cao đập Góc nghiêng θ ở chân đập có ảnh hưởng đến trạng thái chảy, θ lớn quá có thể sinh chảy phóng xa, bé quá có thể xuất hiện dòng chảy đáy

Hình thức tiêu năng mặt còn một số nhược điểm lμ lμm việc không ổn định khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều, ở hạ lưu có sóng ảnh hưởng đến sự lμm việc của các công trình khác như thuỷ điện, âu tμu vμ xói lở bờ sông

3 Tiêu năng phóng xa (xem hình 12-15d)

a Đặc điểm:

Hình thức tiêu năng phóng xa lμ lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lưu để dòng chảy

có lưu tốc lớn phóng xa khỏi chân đập Dòng chảy được khuếch tán trong không khí, sau

đó đổ xuống lòng sông Do dòng chảy được tiêu hao năng lượng rất lớn trong không khí nên giảm năng lực xói lòng sông vμ giảm ảnh hưởng nguy hại đến an toμn đập ở hình thức nμy, năng lượng dòng chảy được tiêu hao trong không khí vμ một phần ở lòng sông Dòng chảy phóng xuống hạ lưu vμ gây ra hố xói có độ sâu nhất định nμo đấy thì năng lượng thừa của dòng chảy được hoμn toμn tiêu hao bằng ma sát nội bộ, cho nên nếu chiều sâu nước hạ lưu cμng lớn cμng giảm được xói lở lòng sông

Độ dμi phóng xa cμng lớn cμng có lợi Đập trμn cμng cao, độ dμi lấy cμng lớn Trái lại, đập thấp thì chiều dμi phóng xa cμng ngắn, nếu dùng hình thức tiêu năng nμy sẽ bị hạn chế

Để đạt được hiệu quả tiêu năng cao, chúng ta muốn chiều dμi phóng xa lớn, mμ yêu cầu xói lở lại ít, nhưng thực tế chiều dμi phóng xa cμng lớn thì khả năng xói lở cμng lớn, do

đó trong thiết kế thường dùng tỷ số

L

t0

lớn nhất của hố xói, L - khoảng cách từ đáy hố xói đến chân đập Tốt nhất chọn tỷ số

L

t0

lμ nhỏ nhất Độ phóng xa của dòng phun chủ yếu phụ thuộc: lưu tốc trên mũi phun, góc phun, cao trình mũi phun, bán kính cong mặt trμn gần mũi phun v.v Chiều sâu vμ phạm vi xói lở phụ thuộc: độ sâu nước hạ lưu, địa chất lòng sông, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (lưu tốc), lưu lượng đơn vị, tình hình khuếch tán của dòng chảy

b Các hình thức kết cấu mũi phun:

- Mũi phun liên tục (hình 12-14)

Với quan điểm chiều dμi phun lớn thì người ta dùng hình thức nμy (hình 11-14a)

Ưu điểm lμ cấu tạo đơn giản, khoảng cách phóng xa lớn, nhưng dòng chảy khuếch tán kém

vμ xói lở lòng sông nhiều có thể lμm các tường phân dòng nối liền trụ pin kéo dμi đến phần mũi phun (hình 2-14b) để cho dòng chảy tập trung ở trên mặt trμn vμ giảm tổn thất

R 6h

a)

b)

Hình 12-14 Mũi phun liên tục

Như vậy chiều dμi dòng phun tăng vμ mức độ khuếch tán dòng chảy trên mặt bằng cũng được mở rộng Khi thiết kế mũi phun liên tục cần chú ý: góc nghiêng α của mũi phun thường dùng

của ngưỡng phun không nên lấy R < 6h, phải đảm bảo R > (8 ữ 10)h (h - độ sâu nước trên ngưỡng), cao trình ngưỡng phun cμng thấp thì góc nghiêng của dòng nước đổ xuống mặt nước hạ lưu cμng nhỏ, hố xói cμng nông Vì vậy cao trình ngưỡng cμng thấp cμng có lợi, nhưng phải cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu khoảng 1 ữ 2m

- Mũi phun không liên tục (hình 12-15) lμ loại cải tiến của mũi phun liên tục Dòng chảy trên mũi phun được phân thμnh các phần trên đỉnh răng vμ ở giữa các khe răng Theo phương thẳng đứng dòng chảy được khuếch tán nhiều hơn so với mũi phun liên tục, đồng thời có sự va chạm các tia dòng nên có thể tiêu hao một phần năng lượng, giảm khả năng xói, chiều sâu hố xói có thể giảm được 35% so với mũi phun liên tục, nhưng chiều dμi phóng xa kém hơn

Hình 12-15 Mũi phun không liên tục

Theo thí nghiệm, kích thước hợp lý đối với mũi phun không liên tục có răng hình chữ nhật (hình 12-15a) như sau:

b

a ≈ 3

1ữ 2

1,

tỷ số giữa độ lệch của mũi d vμ độ sâu nước trên mũi phun h thường khống chế vμo khoảng