Bài giảng kênh và công trình trên kênh

CHƯƠNG 5: KÊNH VÀ CÔNG TRÌNH TRÊN KÊNH GS TS Phạm Ngọc Quý 5.1 KÊNH 5.1.1 Hình dạng mặt cắt kênh - Tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên (đh, đc), điều kiện thi công, sử dụng, kinh tế b) h h a) b b d) h h h c) h) g) h h b b b f) e) b Hình 5-1 Một số hình dạng mặt cắt kênh 5.1 KÊNH - Khi thiết kế kênh cần ý: Là mặt cắt có lợi thủy lực Kênh đào: ω không đổi, tăng h, giảm b có lợi Kênh đắp: dùng mặt cắt nông rộng thường có lợi m = f (địa chất, điều kiện thi công ): chọn theo đ/k ổn định Đảm bảo kênh không bị xói V < Vkx tính theo (5-2) với kênh đất Vkx = A g.D tb L n R 7D tb (5 - 2) đèi víi ®Êt tèt, nÐn chÆt A = 1,4 đÊt t¬ng ®èi rêi A = 1,2 Đảm bảo kênh không bị bồi lắng hàm lượng bùn cát phải nhỏ lực vận chuyển bùn cát dòng chảy P tính theo (5-3) P = 700 V RJV kg / m ω ω (5 - 3) 5.1 KÊNH 5.1.2 Thấm biện pháp chống thấm cho kênh - Nước kênh bị bốc thấm - Thấm từ kênh phụ thuộc vào: Tính thấm đất nền, bờ Chiều sâu tầng thấm nước Biện pháp gia cố - Khi kênh thấm nằm nền, thấm vô hạn mực nước ngầm nằm sâu: H h T h d d T h B K K1 l 5.1 KÊNH  K  q = K b + h  K2   -Lưu lượng thấm: m3/s.m ; (5 - 4) Trong đó: K1, K2 - hệ số tích phân enliptích loại I; K1 K2 tra đồ thị hình 5-3 - Khi kênh thấm có hạn (hình - 2c) lưu lượng thấm q tính theo công thức: q = K H + l − B − ( H + l + B ) − 4( H − h 20 ) ; (5 - 5) Trong đó: l h0 - toạ độ điểm đường bão hoà; - Chống thấm cách : ( ) + Phủ lớp rơm, rạ, cỏ v.v phía đắp lớp đất bảo vệ dày khoảng 10 ÷ 15cm, +Nén chặt đất lòng kênh, + Dùng loại vải chống thấm, màng chống thấm, kênh bê tông, kênh ống 5.1 KÊNH 5.1.3 Bảo vệ mái kênh - Trồng cỏ - Tạo tường lõi tường nghiêng ốp mái đất sét - Dùng đá đổ, đá lát, đá xếp khan - Các bê tông, bê tông cốt thép - Dùng bê tông nhựa đường 5.1.4 Chọn tuyến kênh - Sao cho khối lượng đào đắp gần - Cố gắng chọn tuyến kênh thẳng theo đường mức - Không chọn qua vùng đá, vùng đất dễ trượt, thấm lớn - Tránh sông ngòi, đường giao thông để giảm công trình - Phù hợp với biện pháp thi công - Không qúa cong: R ≥ 5L (L chiều dài đoàn thuyền) 5.1 KÊNH ) 5.1 KÊNH 5.1.5 Một số biện pháp công trình bảo vệ kênh Tràn bên bờ kênh: - Để tránh nước tràn qua bờ - Thường làm trước cống điều tiết (hình 5-5) C¾t däc MÆt b»ng Hình 5-6 Cống tháo cuối kênh (hình 5-6) Để tháo cạn kênh xả bớt lượng nước thừa Hình 5-5 5.1 KÊNH Kênh tiêu sườn dốc (hình 5-7) - Kênh qua sườn dốc (3) mùa mưa thường bị sạt lở kênh bị lấp đầy bùn cát - Cần xây dựng kênh tiêu nước sườn dốc (2), chảy nơi trũng, qua cống luồn tràn băng để tiêu qua kênh Hình 5-7 5.1 KÊNH Cống luồn Để tiêu nước phía bị tuyến kênh chắn (Hình 5-8) 1 Hình 5-8 Hình 5-9 Tràn băng: Là máng tiêu nước vượt qua kênh (Hình 5-9) 5.4 CỐNG NGẦM, CẦU VÀ NGẦM 5.4.4 Một số dốc tràn nước +Mặt dốc tràn nước kết cấu nông độ dốc lớn +Cửa vào thuận ; +cuối dốc có tiêu +Bề mặt dốc tràn phải không ảnh hưởng vận tốc dòng chảy +Vận tốc trung bình cho phép dòng chảy với loại vật liệu bảo vệ cho bảng 5-6 (theo Watkins Fiddes, 1984) +Lưu lượng tràn : tính công thức đập tràn dạng : Q = CbH (5-40) theo bảng 5-7 (hiểu C= m g ); Với: C hệ số ngưỡng ( m s −1 ) b bề rộng nước tràn, H cột nước tổng thượng lưu ngưỡng 5.5.BẬC NƯỚC 5.5 Bậc nước 5.5.1 Giới thiệu - Bậc nước dạng kết cấu phổ biến, cho phép giảm mực nước dọc theo dòng chảy -Dùng dẫn nước có thay đổi đột ngột địa hình (hình 5.30) -Bậc nước thường làm Hình 5-30 Bố trí bậc nước với đỉnh tường thấp Có dạng: thẳng đứng , bậc nước xiên bậc ống 5.5.BẬC NƯỚC 5.5.2 Các dạng kết cấu bậc nước 1.Bậc nước thông thường: -Là dạng nước tràn tự có ngậm khí (hình 5-31) -Các kích thước bể (LB, d) tính theo điều kiện nước nhảy ngập bể -Tường cao d (khoảng 0.5 < d / y1 < 4) cuối bể có tác dụng P khoanh vùng nước nhảy để tiêu Hình 5-31 Bậc nước thông thường 5.5.BẬC NƯỚC Bể có mố tiêu (hình 5-32): P Hình 5-32 Bể dạng mố xung động (tường tiêu – theo Bos, 1976) - Chiều dài bể: LB = Lr + 2,55 y c (5-41) 5.5.BẬC NƯỚC 2.Bậc nước kiểu Sarda (Ấn Độ): +Là bậc nước có tường ngưỡng cửa vào (hình 5.34) +Chiều dài bậc thường bề rộng đáy kênh Mặt cắt ngang chữ nhật +Cao trình đỉnh tường cửa vào chọn cho mực nước thượng lưu không hạ thấp Hình 5-34 Bố trí bậc Sarda (Ví dụ 5-5) ; kích thước m 5.5.BẬC NƯỚC Có hai dạng mặt cắt ngang tường cửa vào bậc thường dùng (hình 5-35) : 1.Mặt cắt chữ nhật: B = 0,55d - Bề rộng đỉnh: (5-50) B1 = ( H + d ) / S s - Bề rộng đáy: (5-51) Với: Sslà tỷ trọng vật liệu xây bậc nước (ví dụ đá xây có Ss=2) -Lưu lượng tính công thức sau: Q = 1,835LH ( H / B ) (5-52) Mặt cắt hình thang: B = 0.55( H + d ) - Bề rộng đỉnh: (m) (5-53) -Bề rộng đáy B1, mái thượng lưu m=1/3 hạ lưu m=1/8 -Lưu lượng : Q = 1,99 LH ( H / B ) 2 (5-54) 5.5.BẬC NƯỚC Hình 5-35 Đỉnh tràn dạng Sarda 5.5.BẬC NƯỚC Kích thước bể : Lc = 5( EH dr ) -Chiều dài bể: -Độ sâu bể: dc = ; (5-55) 2 ( EH dr ) (5-56) 4.Chiều dài nhỏ phần đáy không thấm kể từ tràn hạ lưu: L = 2( D + 1.2) + H (5-57) bd dr 5.5.BẬC NƯỚC 3.Tràn tự kiểu YMGT (Nhật Bản): Dạng tràn phổ biến với mặt cắt dạng máng chữ nhật, thích hợp với lưu lượng kênh nhỏ, kênh tưới… với lưu lượng đạt đến m3/s (hình 5-36) Các tiêu chuẩn thiết kế trình bày : +Chiều cao ngưỡng: P =0,06 m -đến 0,14 m Q = 0,2 m2/s - 1,0 m2/s ; +Độ sâu bể: d c = 0,5( E c H dr ) (5-58) Hình 5-36 Kiểu tràn YMGT, Nhật Bản (Kraatz Mahajan, 1975) 5.5.BẬC NƯỚC +Chiều dài bể: đó: Lc = 2,5Ld (5-59) L d = Ld + L d [ ] Ld / E c = 1,155 ( P / E c ) + 0,33 ' Ld = ( D2 + d c ) cot gα cot gα = yc / Ld (5-60) (5-61) (5-62) 5.5.BẬC NƯỚC 5.5.3 Đập tràn dốc 1)Tràn dốc thông thường: Mặt hạ lưu dốc (m=4 đến m=6 gọi dốc thoải), cột nước thấp bể (xem hình 5-37) Hình 5-37 Kiểu tràn dốc USBR dạng bể tiêu III 5.5.BẬC NƯỚC 2) Ghềnh tràn kiểu dốc (Ấn độ): Kiểu tràn rẻ, ngưỡng thấp, Q nhỏ (khoảng 0,75 m3/s) ; dốc xoải m=10-20 không cản trở giao thông phương tiện thuỷ loại nhỏ 3)Tràn kiểu bậc: Kiểu gồm bậc đá xếp liên tiếp; dùng kênh có lưu lượng nhỏ ( hình 5-38) Hình 5-38 Tràn kiểu bậc 5.5.BẬC NƯỚC 5.5.4 Tràn kiểu ống Là hình thức tràn kinh tế ; dùng với lưu lượng lớn 50 lít/s ; có thêm cửa van, lưới chắn rác 1.Tràn kiểu giếng: Tràn kiểu giếng (hình 5-39) bao gồm giếng nối tiếp sau đường ống dẫn hạ lưu ; dùng với lưu lượng lớn đến 50l/s chiều cao bậc khoảng (2-3 m), thường dùng cuối 2.Tràn kiểu ống: Tràn bao gồm ống bê tông đúc sẵn, đặt dốc hạ lưu ; có tiêu cuối đường ống ; dùng với Q nhỏ.kênh nhỏ Hình 5-39 Tràn kiểu giếng 5.5.BẬC NƯỚC 5.5.5 Tràn nội đồng -Dùng để phân phối nước kênh nội đồng ; kích thước nhỏ thi công đơn giản -Có : Tràn bậc nước khe hở gồm khe hình thang tường bê tông ngang kênh Dạng tràn dùng để đo Q kênh (Hình 5-40) đến 0,5 m3/s, độ sâu C= 0,2 m L=0,75-1,8 m ; D= 0,3-0,9 m Hình 5-40 Máng kiểm tra lưu lượng kiểu tràn khe hở (USA) CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI Kết thúc chương Chúc bạn sinh viên: Sống vươn lên, theo kịp ánh ban mai [...]... cửa vào bằng đáy kênh thượng lưu + Xác định b: Giả thiết b Tìm h theo dòng đều Xác định độ chênh cột nước ở cửa vào máng: Z = H - h Xác định Q* theo (5-6) Nếu Q* ≈ Q là đảm bảo b Nếu Q* ≠ Q, thay lại b và tính lại + Xử lý cửa vào kênh hạ lưu để tránh ảnh hưởng của độ cao hồi phục Z' (Z' lấy theo bảng 5-2) bằng cách hạ đáy kênh xuống một đoạn P 3 theo P3 = hh - (h + z’) (5 - 11) Cầu máng gỗ thi công. .. công tại chỗ, cứ 10 - 15m làm một khe co giãn a) b) i-i i i Hình 5 - 23 Ống xi phông bêtông cốt thép -Đặt ống trên một lớp đệm bêtông Không dùng các bệ đỡ trung gian, chỉ dùng bệ đỡ cố định -Tính toán kết cấu tiến hành tương tự như đối với ống ngầm dưới đập đất 5.4 CỐNG NGẦM, CẦU VÀ NGẦM 5.4.1 Giới thiệu chung +Công trình tiêu ,cắt ngang đường giao thông thường là cống, cầu và ngầm +Cầu là công trình. ..5.2 CẦU MÁNG 5.2.1 Khái niệm: - Cầu máng là công trình dẫn nước qua vùng mà kênh bình thường không đảm nhận được - Dùng khi: Kênh qua thung lũng, khe lạch (hai bờ dốc) Qua con kênh, con sông khác Qua vùng đất thấm nhiều, vùng lầy thụt (hình 5-10) a) b) Hình 5-10 §16.4 CẦU MÁNG - Ưu điểm: Tổn thất bé Quản lý và xây dựng dễ dàng - Vật liệu: gỗ, BTCT, gạch đá xây, lưới thép,... cống, cầu và ngầm +Cầu là công trình vượt trên cao vì vậy khá tốn kém khi sông rộng 5.4.2.Cống qua đường +Cống là đường ống chôn dưới khối đắp để dẫn nước, có gia cố bảo vệ ở cửa vào và cửa ra + Cống làm co hẹp và tạo ra nước xoáy ngược, nước dâng trước cửa vào Hình 5-24 Dòng chảy trong cống ngầm +Chế độ chảy: chảy đầy, chảy bán áp, chảy không áp, 5.4 CỐNG NGẦM, CẦU VÀ NGẦM a) ... XI PHÔNG NGƯỢC 5.3.3 Cấu tạo xiphông ngược 1 Ống xi phông gỗ -Tiết diện tròn và đặt nổi Cửa vào và cửa ra dùng đá xây, có gối tựa, cầu đỡ Hình 5 - 22 Xi phông gỗ đặt nổi -Nhược điểm: không bền, thấm qua gỗ -Ưu điểm: dùng ở nơi nhiều gỗ 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC 2 Ống xi phông bằng bêtông và bêtông cốt thép -Dùng luồn dưới các sông, kênh, chịu tác dụng của các ngoại lực lớn -D không lớn (D < 1,2m), đúc thành... nước hạ hoặc có thể hình thành nước nhảy ở cửa vào Nước nhảy không cố định làm cống bị rung, làm hư hỏng các khớp nối 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC -Để khắc phục hiện tượng ta có thể dùng một số biện pháp công trình: max min a) max min b) c) Hình 5 - 21 Các hình thức để tiêu hao cột nước thừa ở xi phông ngược +Đặt hàng song gỗ ở cửa ra + Tạo ra đoạn quá độ ở cửa vào + Tạo ra như một bể tiêu năng dùng khi cột... §16.4 CẦU MÁNG z - Cầu máng có cấu tạo: + Cửa vào, cửa ra (hình 5-11): thuận, có tường cánh và sân Hình 5-11 Cöa vµo, cöa ra cña cÇu m¸ng + Thân là bộ phận chuyển nước chủ yếu +Giá đỡ: kê tự do theo dạng dầm đơn hoặc liên tục 5.2 CẦU MÁNG 5.2.2 Tính toán thủy lực: - Công thức cơ bản theo (5-6): (5-6) Q = ε.ϕ.b.h 2gz 0 , - Độ dốc của cầu máng, tính như dòng đều và thường chọn 1/500 ÷ 1/1200 Vận tốc trong... máng theo phương ngang và phương dọc -Giá đỡ thường dùng kiểu khung cứng -Tại nơi phân đoạn có thiết bị chống thấm bằng tấm kim loại, tấm cao su hay bao tải tẩm nhựa đường 5.2 CẦU MÁNG ) 5.2 CẦU MÁNG 4 Cầu máng bằng vật liệu xi măng lưới thép: -Ưu điểm: mỏng nhẹ; tiết kiệm xi măng, thép; chế tạo sẵn và xây dựng theo phương pháp lắp ghép thi công nhanh, chất iii - iii lượng thi công đảm bảo (hình 5-18)... thấp hơn đáy sông 0,5 ÷ 1,0 Độ dốc đoạn nghiêng m1 = 2 ÷ 3; m2 = 2,5 ÷ 4 Cửa vào có lưới chắn rác, phai, van Cửa vào, ra phải thuận 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC 5.3.2 Tính toán thuỷ lực xiphông ngược 1 µ= , Σξ i -Công thức: Q = µ.ω 2gz 0 ; với Σξ i là tổng các hệ số tổn thất - Các bài toán: tính lưu lượng, chọn tiết diện, tính tổn thất - Chú ý: +Về v =... NGƯỢC 5.3.1 Bố trí xiphông ngược -Xi phông ngược được đặt lộ thiên hoặc đi luồn bên dưới đáy kênh, sông, suối v.v -Dùng ở nơi địa hình địa thay đổi đột ngột -Ưu điểm: dùng cả những nơi cầu máng không dùng được - Nhược điểm: tổn thất cột nước lớn, quản lý, kiểm tra, tu sửa khó khăn -Có loại xi phông giếng đứng và ống nghiêng (hình 519) 5.3 XI PHÔNG NGƯỢC Hình 5-19 §16.5 XI PHÔNG NGƯỢC + Xi phông giếng ... Đ16.4 CU MNG z - Cu mỏng cú cu to: + Ca vo, ca (hỡnh 5-11): thun, cú tng cỏnh v sõn Hỡnh 5-11 Cửa vào, cửa cầu máng + Thõn l b phn chuyn nc ch yu +Giỏ : kờ t theo dng dm n hoc liờn tc 5.2 CU MNG