Giáo trình Thủy công (Tập 2): Phần 1

- C¸c cèng vïng biÓn chÞu ¶nh h-ëng trùc tiÕp cña thuû triÒu (ë miÒn B¾c lµ nhËt triÒu,. ë miÒn Nam lµ b¸n nhËt triÒu, ë miÒn Trung lµ b¸n nhËt triÒu kh«ng ®Òu).[r]

Tr-ờng cao đẳng thuỷ lợi bắc PHM PHấ

giáo trình

THủY CÔNG

dựng cho h cao ng

lời nói đầu

Thy cụng môn học chuyên môn quan trọng cho ngành đào tạo Thủy lợi Để có Giáo trình Thủy công dành cho hệ Cao đẳng, Tr-ờng tổ chức biên soạn phát hành ”Giáo trình Thủy cơng dùng cho hệ Cao đẳng Giáo trình đ-ợc tham khảo giáo trình của hệ Trung cấp, Đại học, quy phạm, tài liệu có liên quan

Để không ngừng nâng cao chật l-ợng đào tạo, đáp ứng với phát triển kỹ thuật Thủy lợi, giáo trình bám sát, bổ sung, cập nhật t- liệu sở kiến thức cơ giáo trình tài liệu khác Giáo trình gồm 12 ch-ơng phụ lục, đ-ợc chia làm tập, cụ thể nh- sau:

Ch-ơng I Khái niệm công trình thủy lợi

Ch-ng II Thấm d-ới đáy hai bên cơng trình thủy lợi Ch-ơng III Tải trọng tác dụng lên cơng trình thủy lợi Ch-ơng IV Đập đất

Ch-ơng V Đập nhỏ miền núi Ch-ơng VI Công trình tháo lũ

Ch-ơng VII Đập tràn bê tông trọng lực Ch-ơng VIII Công trình lấy n-ớc Ch-ơng IX Cống lộ thiên

Ch-ơng X Cống ngầm

Ch-ơng XI Kênh công trình kênh

Ch-ơng XII Cửa van máy đóng mở cơng trình thủy lợi Ch-ơng XIII Thủy điện

Phụ lục Thiết kế định hình Tham gia biên soạn hiệu đính gồm có: - Th.s Phạm Phê, biên soạn

- Th.s Thành Đăng Hải, phản biện hiệu đính

Giáo trình đ-ợc làm tài liệu giảng dạy cho giảng viên học tập cho sinh viên các ngành tr-ờng hệ Cao đẳng, hệ Trung cấp Giáo trình làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật quan tâm cơng trình thủy lợi

Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Tr-ờng Cao đẳng Thủy lợi Bắc Bộ tạo mọi điều kiện để giáo trình đ-ợc biên soạn phát hành

Trong trình biên soạn, giáo trình khó tránh khỏi khiếm khuyết Chúng tơi mong nhận đ-ợc ý kiến đóng góp quý bạn đọc Các ý kiến xin gửi Tr-ờng Cao đẳng Thủy lợi Bắc Bộ

Xin chân thành cảm ơn.

Ch-ơng 9

cống lộ thiên

9-1 Khái niệm phân loại

9.1.1 Khái niệm

Cống lộ thiên loại cơng trình thủy lợi đ-ợc xây dựng hở, phía cống khơng đắp đất, có tác dụng điều tiết l-u l-ợng khống chế mực n-ớc nhằm đáp ứng yêu cầu cấp n-ớc, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn

Cống th-ờng đ-ợc xây dựng hệ thống t-ới, tiêu, dẫn n-ớc đ-ợc đặt đầu, kênh đ-ờng giao thơng Ngồi kết hợp cống cho vận tải thủy làm cầu giao thông cống Cống đ-ợc sử dụng rộng rãi, vùng đồng đồng bằng, gọi cống đồng hay cống hở

91.2.Phân loại

Vic phõn loi cng l thiên có nhiều cách nh- theo mục đích sử dụng, kết cấu, vật liệu xây dựng v.v Th-ờng ng-ời ta phân loại theo mục đích sử dụng, phân cống thành loại:

1.Cống lấy n-ớc: Để lấy n-ớc từ nguồn (sông, hồ chứa, ao đầm, kênh ) phục vụ cho yêu cầu t-ới, phát điện, nhà máy, xí nghiệp, nơng tr-ờng ngành dùng n-ớc khác kinh tế quốc dân Cống lấy n-ớc đ-ợc bố trí đầu kênh hệ thống đảm bảo cho hệ thống làm việc đ-ợc bình th-ờng, nên cịn gọi cống đầu mối

VÝ dơ: Cèng lÊy n-íc Trung Trang (An L·o, Hải Phòng), lấy n-ớc từ sông Văn úc, t-ới cho 18.250 ha, t¹o ngn t-íi cho 420 ha, cÊp n-íc cho sinh hoạt, công nghiệp ngành

kinh tế khác Cống có cửa, rộng b = 8m, l-u l-ỵng thiÕt kÕ Qtk = 111m3/s, cèng cã

cửa van phẳng thép, máy đóng mở tời điện TĐ 6.2, đ-ợc xây dựng năm 1980

2.Cống chia n-ớc (hoặc phân n-ớc): Đặt đầu kênh nhánh để lấy n-ớc từ kênh cấp vào kênh cấp d-ới khoanh ruộng canh tác

3.Cống điều tiết: Tác dụng để nâng cao mực n-ớc th-ợng l-u cống, đảm bảo lấy đ-ợc l-u l-ợng yêu cầu vào kênh tạo nên cột n-ớc u cầu phía tr-ớc cống Ngồi cống điều tiết dùng để điều tiết phân phối n-ớc hệ thống kênh l-u l-ợng mực n-ớc kênh thay đổi nhiều Cống điều tiết đ-ợc đặt chặn ngang kênh sau cống chia n-ớc ngang sụng

- Đảm bảo giao thông, tải trọng H30 đ-ợc hai bờ sông Nhuệ - Đảm bảo lấy n-ớc t-ới cho hệ thèng 6000ha

- Tiêu n-ớc đầu vụ phần diện tích hạ l-u cống thuộc địa phận Hà Nội, Hà Tây cũ - Cống hạ l-u Liên Mạc có cửa, cửa rộng 6m, có cửa qua âu thuyền

4.Cống tiêu: Dùng để tháo n-ớc thừa, n-ớc đọng cho khu vực để chống úng Trong hệ thống kênh, cống tiêu đ-ợc xây dựng kênh tiêu để dẫn n-ớc tháo từ khoang t-ới vào nơi tập trung n-ớc, yêu cầu t-ới tiêu khoa học rửa mặn, thau chua cải tạo đất

Ví dụ: Cống Láng Thé (Huyện Càng Long, Trà Vinh), có nhiệm vụ tiêu úng cho 58.940 ha, ngăn mặn cho 31.140 ha, tạo nguồn n-ớc cho 51.128 Ngồi ra, cống cịn có nhiệm vụ kết hợp cải thiện giao thông thủy, giao thông bộ, bố trí địa bàn dân c-, phục vụ n-ớc sinh hoạt cho thị xã Trà Vinh vùng lân cận Cống có cửa, cửa rộng 8,5m, dùng van phẳng để đóng mở cống

Cèng tiªu Cổ Thiêu III (Kiến Thụy, Hải Phòng) có cửa, cửa rộng 7,5m, tiêu úng cho 9.174ha Cống Cầu Xe (Hải D-ơng) có cửa, cửa rộng 8m, l-u l-ợng tiêu thiết kế

230m3/s, tiêu cho khu vực Bắc H-ng Hải

5.Cng phõn l: Dựng tháo phần l-u l-ợng mùa lũ sông sang h-ớng khác, tập trung n-ớc phân lũ vào vùng định (nh- khu vực thấp, dịng sơng khác gần ) nhằm hạ thấp mực n-ớc lũ sông để n-ớc không tràn qua đê giảm chiều cao đê

Ví dụ: Cống phân lũ Vân Cốc (Hà Tây cũ) đặt km 37 đê phải sông Hồng, đầu sông Đáy, cống gồm 26 cửa, cửa rộng 8m Cùng với đoạn đê thấp hai bên cống

(tràn cứu hộ đê) dài 8,6km phân lũ với l-u l-ợng lớn 5000m3

/s để phân n-ớc lũ sông Hồng vào khu chứa thuộc huyện Phúc Thọ, sau mùa lũ n-ớc đ-ợc tháo qua đập Đáy để dẫn biển thuộc loại cống Cống Vân cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình

ng-ỡng cống + 12,0 l-u l-ợng qua cống 2330m3/s, cống dựng van phng, úng m bng ti

điện, mùa lũ cống luôn tình trạng vận hành

6.Cống ngăn triều

Xây dựng cửa sông ven biển, chịu ảnh h-ởng trực tiếp thuỷ triÒu ë mét thêi kú

nhất định, thuỷ triều dâng, cống mở để cơng trình lấy n-ớc vào đồng (do triều đẩy dồn lên) Khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống mở tháo tiêu n-ớc từ đồng Vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ Ngồi cống cịn có tác dụng thay đổi n-ớc đồng nhằm thau chua rửa mặn

Ví dụ: Cống Nghi Quang (Nghệ An) đ-ợc xây dựng để tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn, gồm 12 cửa cửa có bề rộng qua n-ớc 3,2m cửa qua thuyền rộng 6m, cống sử dụng cửa van tự động trục đứng

7 Cống tháo cát: Tạo nên l-u tốc dòng chảy qua cống t-ơng đối lớn để có tác dụng xói bùn rửa bùn cát lắng đọng đáy, phía tr-ớc cơng trình (th-ờng đập dâng, cống điều tiết, cống lấy n-ớc ) tháo qua cống hạ l-u

Các loại cống cống lộ thiên hay cống ngầm Trong ch-ơng đề cập đến cống lộ thiên cịn cống ngầm trình bày ch-ơng khác Cống lộ thiên khác với cống ngầm phía để hở khơng đắp đất cống hở bố trí cầu giao thông để xe ng-ời qua lại

Cống lộ thiên th-ờng đ-ợc sử dụng với tr-ờng hợp: n-ớc chảy qua cống không áp lực, chiều rộng cửa cống lớn kết hợp để thuyền bè qua lại, cột đất hai bên cống không lớn

Để đạt mục đích điều tiết l-u l-ợng khống chế mực n-ớc từ kênh cấp vào kênh cấp d-ới, đảm bảo cho cơng trình làm việc bình th-ờng, đầu cỏc kờnh nhỏnh hoc trờn kờnh

Bảng 14-1 Thông sè chÝnh mét sè cèng vïng triÒu

TT Tªn cèng TØnh

ChiỊu réng cèng B (m)

BÒ réng kênh Bk (m)

Cao trình ng-ỡng

Chiều sâu bể tiêu năng

Chiều dài gia cố sau

bÓ

Bk/b

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Vàm Đồn BÕn Tre 15,0 40 -35 1,50 56 2,50

2 Vµm Hå BÕn Tre 10,0 18 -3,0 1,50 80 1,80

3 Tầm Ph-ơng Cửu Long 15,0 30 -3,0 1,00 15 2,00

4 §a Léc Cưu Long 10,0 22 -3,2 1,30 71 2,20

5 C¸i Xe HËu Giang 7,00 15 -3,0 0,50 35 2,10

6 C¸i Oanh HËu Giang 14,0 26 -3,0 0,50 35 1,80

7 Gò Công Tiền Giang 16,0 32 -3,7 1,80 80 2,00

8 Xuân Hoà Tiền Giang 28,0 44 -3,5 0,60 70 1,60

9 Trị Yên Long An 15,6 30 -3,0 0,50 60 1,90

10 Đôi Ma Long An 13,2 20 -2,4 1,77 35 1,50

11 Mü Trung Quảng Bình 80,0 110 -4,0 0,50 29 1,40

12 DiƠn Thµnh NghƯ An 40,0 84 -3,0 1,30 46 2,10

13 Lân I Thái Bình 30,0 48 -3,5 0,50 34 1,60

14 Cầu Xe Hải D-ơng 56,0 90 -4,0 0,50 52 1,60

15 Lân II Thái Bình 32,0 50 -3,5 1,00 40 1,56

1

3

2

2

4

Hình 9-1: Sơ đồ bố trí loại cống hệ thống kênh

1- Cèng lÊy n-íc; 2- Cèng chia n-ớc; 3- Cống điều tiết; 4- Cống tiêu n-ớc khu chøa 9.1.3 NhiƯm vơ thiÕt kÕ

Thiết kế cống để đảm bảo sử dụng cơng trình đạt hiệu kinh tế, kỹ thuật cao, an toàn, lâu dài, sử dụng vật liệu chỗ, áp dụng thiết kế định hình kết cấu lắp ghép để rút ngắn thời gian thiết kế, xây dựng sớm đ-a cơng trình vào làm việc

1.C¸c b-íc thiÕt kÕ

Khi thiết kế cống tiến hành theo b-ớc cụ thể sau đây:

-Da vo nhim v, điều kiện sử dụng, tình hình địa chất, địa hình nơi xây cống chọn hình thức cống hợp lý

- Tính tốn thủy lực xác định kích th-ớc cống chọn biện pháp tiêu thích hợp - Tính tốn n-ớc thấm d-ới đáy cống để kiểm tra điều kiện an toàn thấm

- Chọn kết cấu cơng trình bố trí phận cống - Kiểm tra điều kiện ổn định c-ờng độ phận cống - Trên sở tính tốn, vẽ vẽ cơng trình

- Tính toán khối l-ợng tổng dự toán công tr×nh

Tùy theo quy mơ cơng trình mà ấn định yêu cầu nội dung, ph-ơng pháp tính toán t-ơng ứng với giai đoạn thiết kế

2 Thiết kế định hình

Thiết kế cơng trình kênh nói chung cống nói riêng cịn có ph-ơng pháp khác theo thiết kế định hình Các thiết kế định hình cơng trình quan thiết kế Bộ, Sở chuyên ngành ban hành

Dựa vào yêu cầu thủy lực, cột n-ớc, địa hình địa chất, kết hợp với tình hình cụ thể nơi xây dựng để chọn mẫu thiết kế cống cho thích hợp

Khi thiết kế theo định hình cần tiến hành nh- sau:

- Đánh dấu vị trí cơng trình đồ hệ thống kênh vẽ sơ họa bình đồ nơi xây cống

- Ghi cao trình mặt đất phận cơng trình, tính kích th-ớc chi tiết cống - Tính tốn khối l-ợng cơng trình dự tốn, tính giá thành cơng trình

Thiết kế định hình giúp cho việc thiết kế cơng trình đ-ợc nhanh, gọn nh-ng phải loại trừ khả số tr-ờng hợp cần phải tính tốn kiểm tra lại xác định kích th-ớc kết cấu chọn

9-2 TÝnh to¸n thđy lùc

9.2.1.Mục đích, yêu cầu

1.Mục đích

Tính tốn thủy lực cống để giải hai vấn đề bản:

- Xác định đ-ợc chiều rộng cống đảm bảo đ-ợc l-u l-ợng qua cống theo yêu cầu thời kỳ

- Tính tốn tiêu biện pháp tiêu nhằm ổn định dịng chảy khơng gây xói lở phớa sau cng

2.Yêu cầu

đáp ứng yêu cầu này, vị trí cống đ-ợc xác định, việc thiết kế cần phải đề cập đến vấn đề sau tính tốn thủy lực

- Dựa vào nhiệm vụ cống, việc thiết kế cần vào quy phạm hành để xác định tần suất đảm bảo, tần suất thiết kế, để từ xác định mực n-ớc th-ợng hạ l-u, l-u l-ợng tháo qua cống cho phù hợp

- Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất yêu cầu cụ thể khác, chọn hình thức ng-ỡng cống - Tính tốn xác định chiều rộng cống, nhằm thỏa mãn yêu cầu tháo n-ớc, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kinh tế

- Tính tốn tiêu đảm bảo an tồn tr-ờng hợp

9.2.2.Xác định mực n-ớc thiết kế th-ợng hạ l-u cống

1.Xác định mực n-ớc thiết kế hạ l-u cống (Hh)

Căn vào nhiệm vụ cơng trình xác định đ-ợc cấp cơng trình, từ có mức đảm bảo

ứng với mức n-ớc đảm bảo thiết kế, qua tính tốn thuỷ lực, thuỷ văn xác định đ-ợc mực

n-íc th-ỵng h¹ l-u thiÕt kÕ

a.Víi cèng lÊy n-íc:

b.Víi cèng ph©n lị, cèng tiªu

Dựa vào tính tốn thuỷ văn để xác định, ví dụ: sơng có l-u l-ợng Q,

nhánh đổ vào l-u l-ợng Q1 l-u l-ợng sơng Q1 + Q (hình 14.4) tra quan hệ

Zh ~ Q øng víi (Q + Q1) ta sÏ cã mùc n-íc h¹ l-u cần tìm

Vi cng tiờu vựng triu: mc n-c hạ l-u thiết kế chọn theo chân triều, đỉnh triều dạng triều thiết kế

Hình 9-2.Nhánh có l-u l-ợng Q1 đổ vào sơng có l-u l-ợng Q

2 Xác định mực n-ớc thiết kế th-ợng l-u cống(Ht)

a Víi cèng lÊy n-íc

NÕu cèng lấy n-ớc trực tiếp từ sông, cần tiến hành nh- sau:

L-u l-ợng sông thời điểm tính toán Q1, l-u l-ợng lấy n-ớc vào kênh Q, nh-

l-u l-ợng sông lại Q2 = Q1 - Q Tõ Q1 vµ Q2 = Q1 – Q, tra quan hƯ Zt= f(Q) ta

có mực n-ớc sơng phía phía d-ới cửa lấy n-ớc H1, H2 Từ ta có tổn thất

cét n-íc: Z1 = H1 – H2 (h×nh 9-2)

e

Do việc n-ớc chảy vào cống nên cửa lấy n-ớc mực n-ớc cịn có thêm độ hạ thấp Z2 tính theo công thức:

2

3 Kv

Z

4 (1 K)g 

 (9-1)

Trong đó: K - tỷ số l-u l-ợng,

1

Q Q

;

v - l-u tốc bình quân sông phÝa d-íi cưa lÊy n-íc

v =

2



Q

; với 2 - mặt cắt -ớt sông ứng với chiỊu s©u n-íc H2;

g - gia tèc trọng tr-ờng

Nh- chiều sâu n-ớc sông đầu cửa lấy n-ớc:

H = H1 – Z (9-2)

víi Z = Z1 + Z2 Cần ý:

- Trị số H tính đ-ợc nhỏ chiều sâu chảy phân giới sông (H < Hpg) dùng

giá trÞ Hpg

- Tr-ờng hợp cống đặt sâu vào cửa lấy n-ớc, cần tính thêm tổn thất cột n-ớc

trên kênh dẫn từ sông vào đến cống Z3 Lúc đó, Z = Z1 + Z2 + Z3

b Cống tiêu, cống phân lũ

Tr-ờng hợp cống tiêu, cống phân lũ mực n-ớc th-ợng l-u đ-ợc tính tốn xuất phát từ u cầu khống chế chống úng nội đồng để xác định Còn mực n-ớc hạ l-u, để đơn giản an toàn th-ờng vào l-u l-ợng tiêu quan hệ Q ~ Z sông để xác định L-u l-ợng

t-ơng ứng sông Q2 = Q1 + Q, với Q1 l-u l-ợng sông Q l-u l-ợng tiêu

Riờng i vi cng tiờu vựng triều, việc tính tốn phức tạp chế độ tháo n-ớc phụ thuộc vào thay đổi mực n-ớc, mực n-ớc hạ l-u chịu ảnh h-ởng thủy triều Đây tốn dịng khơng ổn định, tức phụ thuộc theo thời gian Vấn đề đ-ợc trình bày chi tiết giáo trình thủy lực

3.Lựa chọn kiểu ng-ỡng cống l-u l-ợng đơn vị

a L-u l-ợng đơn vị chảy qua cống

Vấn đề chọn l-u l-ợng đơn vị chảy qua cống quan trọng, cần phải xét từ đầu ảnh h-ởng đến giá thành xây dựng điều kiện làm việc an toàn cống kênh

Khi chọn l-u l-ợng đơn vị cần tham khảo số liệu kinh nghiệm thực tế, nên ý đến số mặt sau:

- Khi chênh lệch mực n-ớc th-ợng hạ l-u lớn, l-ợng dòng chảy qua cống lớn nên chọn l-u l-ợng đơn vị nhỏ

- Khi chiều sâu n-ớc sau cống nông nên chọn l-u l-ợng đơn vị nhỏ để giảm nhẹ vấn đề tiêu

- Khi yếu, khả chống xói nên chọn l-u l-ợng đơn vị bé

- Khi cống có quy mơ lớn, n-ớc chảy sau cống khơng đều, khó khuếch tán dễ dẫn đến t-ợng chảy tập trung, nên chọn l-u l-ợng đơn vị nhỏ

Để đảm bảo dòng chảy từ cống kênh khuếch tán t-ơng đối đều, theo đề nghị

V.M.Đômbơrôpski, l-u l-ợng đơn vị sau bể tiêu không lớn 1,5 lần l-u l-ợng n

vị kênh nói chung nhỏ 10m3

/s.m

Theo kinh nghiƯm thùc tÕ th× cống dùng phân lũ cát q=1015m3

/s.m Cèng

tiêu q = 411m3/s.m đất có tính dính lấy lớn chút Cống lấy n-ớc

q = 49 m3

/s.m l-u tốc qua cống v = 1 m/s để tổn thất cột n-ớc qua cống khơng

qu¸ lín

b.Lùa chän kiĨu ng-ìng cèng

Hình thức ng-ỡng cống có ảnh h-ởng đến khả dẫn n-ớc qua cống, ảnh h-ởng đến việc xác định kích th-ớc lỗ cống số kết cấu khác cống Phần lớn cống xây dựng n-ớc ta chọn loại ng-ỡng bằng, có tác dụng nh- ng-ỡng đỉnh rộng Ngồi loại ng-ỡng chọn hình thức ng-ỡng mặt cắt thực dụng không chân không

Trong tr-ờng hợp sau th-ờng dùng ng-ỡng đỉnh rộng:

- Khi cần hạ thấp cao trình đỉnh ng-ỡng để đảm bảo khả dẫn n-ớc qua cống Ví dụ cống tiêu, cao trình mặt n-ớc đ-ờng tiêu th-ờng thấp, chiều sâu n-ớc lại yêu cầu lớn để nhanh chóng tiêu n-ớc đọng

- Khi l-u l-ợng đơn vị xác định nh-ng khơng địi hỏi hệ số l-u l-ợng lớn

- Khi thời gian thi công gấp rút, số yêu cầu khác thoả mãn chọn loại ng-ỡng đơn giản, thi cơng dễ

T theo t×nh h×nh thĨ nh- yêu cầu chiều sâu n-ớc chảy, yêu cầu hệ sè l-u

l-ợng… mà cao trình định ng-ỡng chỗ dịng n-ớc vào cống làm cao

đáy kênh chút

9.2.3.Tính toán khả tháo n-ớc

Khi dũng chảy qua cống, tùy hình thức đáy cống để có cơng thức tính tốn phù hợp Trong ch-ơng đập tràn nêu rõ, nêu số tr-ờng hợp th-ờng gặp Từ cơng thức tính tốn, xác định kích th-ớc cửa cống biết kích th-ớc cửa cống, tính tốn khả tháo n-ớc cống, kiểm tra mực n-ớc tr-ớc, sau cống

1 Ng-ỡng cống đập tràn đỉnh rộng

Phần trình bày kỹ ch-ơng đập tràn, nhắc lại nội dung - Tiêu chuẩn chảy ngập: Đập tràn chảy ngập

hn n H0 (9-3)

hc hn 1,25 hk (9-4)

Trong đó: H - cột n-ớc th-ợng l-u đỉnh ng-ỡng (hình 9-4b);

H0 - cột n-ớc th-ợng l-u đỉnh ng-ỡng có kể l-u tốc tới gần;

n - hƯ sè ch¶y ngËp, 0,75  n  (0,83  0,87);

hn - cột n-ớc ngập, tức chiều sâu mực n-ớc hạ l-u đỉnh ng-ỡng

hk - chiều sâu phân giới chảy ng-ỡng tràn

h1

1

hh hn

2 2g

v0 a)

2

1

hH

hn

P

P1

H h1

z

b)

Hình 9-4 Sơ đồ tính tốn thủy lực đập tràn đỉnh rộng a) Chảy tự do; b) Chảy ngập

a Công thức tính toán chảy không ngập

L-u l-ợng tháo qua tràn tính theo công thức: QT =

2 / 0mb 2gH

 (9-5)

Trong đó:

0 - hƯ sè co hĐp bªn mè trụ (mố giữa) gây (hình 9-5) 0 = B

d B

hc 0 = T

B d B

(9-7)

Trong đó:

B - chiều rộng thân cống, kể mố trụ, B = b +d;

b - chiÒu réng cưa trµn n-íc; d - chiỊu dµy mè trơ;

BT - chiều rộng mặt n-ớc th-ợng l-u, có kể đến độ mở cửa vào cống;

m - hệ số l-u l-ợng, phụ thuộc loại đập tràn, ng-ỡng tràn, hình thức độ mở cửa vào, tính tốn lấy theo quy phạm Sơ bộ, tham khảo bảng (7-2) ch-ơng VII đập tràn bê tông trọng lực;

H0 - mực n-ớc th-ợng l-u, kể đến l-u tốc tới gần

H0 = H +

g v

20 

(9-8)

H, v0 - chiỊu s©u cét n-íc l-u tốc dòng chảy th-ợng l-u cống đ-ợc tính vị trí

cách cửa vào thân cống mét kho¶ng LT = (35) H

d d

b b b

B = B BT

B b)

a)

T

H×nh 9-5

a) Khi B = BT; b) Khi B  BT

b Công thức tính toán chảy ngập(hình 9-4b)

Q = gnbh1 2g H h1 (9-10)

Trong đó: b - tổng chiều dài tràn n-ớc khoang tràn;

h1 - chiÒu sâu n-ớc ng-ỡng, h1 = hn - Zhp;

Zhp - chiều sâu hồi phục, tham khảo cách xác định sách thủy lực;

Tr-êng hợp cống nhỏ, bỏ qua Zhp, tính toán lấy h1 = hn; víi hn lµ cét n-íc ngËp

(h×nh 9-4b)

H0 = H + g

v

20 

n- hƯ sè ngËp, phơ thc vµo hƯ số l-u l-ợng m đập tràn Tham khảo bảng (7-3) ch-ơng VII- Đập tràn bê tông;trọng lực

g- hệ số l-u tốc, có ảnh h-ởng co hẹp bên mố trụ Xác định g sở

xác định 0 Cách xác định 0 nh- công thức (9-6) (9-7) Khi 0 0,96: Không xét ảnh

h-ëng cđa mè trơ, coi cèng kh«ng cã mè trô g =

Khi 0,96 0 0,8: g = 0,5 0 + 0,5 Khi 0 0,8 HÖ sè g lÊy b»ng 0

c Ch¶y tù d-íi cưa cèng

Dạng chảy gặp, th-ờng gắn liền với t-ợng n-ớc nhảy phóng xa, điều cần khắc phục việc nối tiếp dòng chảy tiêu sau cống Tuy nhiên số tr-ờng hợp nh- bể lắng cát, dạng tồn để xói rửa bùn cát buồng lắng gặp cống ngầm không áp lấy n-ớc hồ chứa Sơ đồ chảy nh- hình (9-6)

Hình 9-6 Chảy tự d-ới cửa cống

Công thức tính toán:

Q = bhc 2g(H0hc) (9-11)

Trong đó:  - hệ số co hẹp mố trụ gây ra,  = - a0 H b

H

 

0

(9-12)

a0 - hÖ sè phụ thuộc hình dạng mố (hình 9-7)

- Đầu mố trụ nửa vòng tròn a0 = 0,11;

- Đầu mố trụ vuông góc a0 = 0,2;

- Đầu mố trụ hình l-u tuyến a0 = 0,06;

 - hÖ sè l-u tèc:

- Cống ng-ỡng bằng, t-ờng cánh xiên hay l-ợn trßn  = 0,95  1;

 - hệ số co hẹp đứng, cách xác định theo bảng (9-2); a - độ mở cửa cng

Hình 9-7 Dạng đầu mố trụ

a) Nửa vòng tròn; b) Vuông góc; c) Hình l-u tuyÕn

Bảng 9-2 Hệ số co hẹp đứng 

a/H 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75  0.615 0.618 0.620 0.622 0.625 0.628 0.632 0.638 0.645 0.650 0.660 0.672 0.690 0.705

d Ch¶y ngËp d-íi cưa cèng

Tr-ờng hợp này, hình (9-8) mặt cắt co hĐp c-c cã khu ch¶y cn (hn > h"c)

H

a hz hn

hc

H×nh 9-8 Chảy ngập d-ới cửa cống

Công thức tính toán:

Q = bhc 2g(H0 h )z (9-13)

Trong đó: hz =

n

L h L(H )

4

  +

2 L

(9-14)

L = 2

a2 n c

n c

h h

h h

 (9-15)

 - hƯ sè l-u l-ỵng lÊy kho¶ng 0,65  0,70;  - hÖ sè l-u tèc

2 Ng-ỡng cống đập tràn thực dụng

Phn trình bày phần đập tràn, nhắc lại nội dung

a Khi dòng chảy qua đập tràn dòng chảy tự (hình 7-6 ch-ơng VII)

Công thức tính l-u l-ỵng:

Q = 0mb 2gH3 / 20 (9-16)

Trong đó:

m - hƯ sè l-u l-ợng, phụ thuộc kiểu đập tràn, hình dạng mố đập Khi tính toán sơ chọn nh- sau:

- Đập tràn thực dụng Cơ-ri-giơ - Ô-phi-xê-rốp m = 0,480,49;

- Đập tràn mặt cắt đa giác m = 0,33 0,44;

0 - hƯ sè co hĐp ngang, 0  0,82 0,99;

H0 - cột n-ớc đỉnh tràn có kể đến l-u tốc tới gần, H0 = H +

2 v 2g 

H, v0 mực n-ớc l-u tốc dòng chảy th-ợng l-u đập tràn vị trí cách cửa vào thõn trn mt

khoảng (35)H Khi diện tích mặt cắt dòng chảy th-ợng l-u đập t 4b.H l-u tèc ®i

tới đủ nhỏ để bỏ qua cột n-ớc l-u tốc V 2g 

, lấy H0 = H;

b - chiều rộng khoang tràn

b Khi dòng chảy qua đập tràn dòng chảy ngập (hình 7-7 ch-ơng VII)

Điều kiện chảy ngập:

hn  vµ

Z

P  pg

Z P    

  (9-17)

hc hn > vµ

n n

0 pg

h h

H H

    

  (9-18)

Trong đó: P - chiều cao đập phía hạ l-u;

Z - độ chênh mực n-ớc th-ợng hạ l-u đập Trị số pg Z P    

  phơ thc vµo P

H

tra sách thủy lực Khi tính toán s¬ bé cã thĨ

lÊy pg Z P    

  = 0,75

Q = n mb 2gH3 / 20 (9-19)

Trong đó: n- hệ số ngập, phụ thuộc vào tỷ số hn/H, tra bảng (7-1) ch-ơng VII Các ký hiệu khác giải thích mc trờn

3 Ng-ỡng cống đập tràn thành mỏng, chảy ngập

P'

Z

hn

Hình 9-9 Đập tràn thành mỏng chảy ngập

Công thức tính toán: Q = m0b

3 /

2gH (9-20)

Trong đó: m0 - hệ số l-u l-ợng,

m0 = 0,402 + 0,054

H

P (9-21)

n - hÖ sè ngËp

n = 1,05 n

h Z

1 0,

P H

 



 

 

  (9-22)

Các ký hiệu khác xem hình (9-9)

9.4.2.Tiêu sau cống

1.Đặc điểm dòng chảy sau cèng

Dịng chảy qua cống có đặc điểm sau:

- Có l-u tốc trung bình lớn, phân bố khơng đều; mạch động l-u tốc mạch động áp lực xảy với mức độ lớn

- Mực n-ớc th-ợng l-u (Ht), mực n-ớc hạ l-u (Hh) l-u l-ợng qua cống thay đổi

theo thời gian, trạng thái qua cống thay đổi

- Dòng chảy hạ l-u khuyếch tán khơng cửa van đóng mở khơng đồng khơng

- BỊ réng cèng (b) nhá h¬n nhiỊu so víi bỊ réng kênh (Bk), tỷ lệ Bk/b lớn (bảng

Ngoài đặc điểm trên, cống vùng triều cịn có đặc điểm sau:

- Cống vùng triều th-ờng làm việc với mực n-ớc hạ l-u lớn, nối tiếp sau cống chế độ chảy ngập với mức độ ngập lớn, theo tính tốn thơng th-ng

- Các cống vùng biển chịu ảnh h-ởng trực tiếp thuỷ triều (ở miền Bắc nhật triÒu,

ở miền Nam bán nhật triều, miền Trung bán nhật triều không đều) l-u vực kín,

thuỷ triều ảnh h-ởng phía cống l-u vực mở (phần lớn thuộc đồng Nam bộ,

mạng l-ới kênh rạch chằng chịt) thuỷ triều ảnh h-ởng định chế độ mực n-ớc hai phía cống

- Dịng chảy sau qua khỏi ng-ỡng cống th-ờng xuất n-ớc nhảy sóng sóng đứng chảy vọt qua bể, tạo n-ớc nhảy khơng ổn định, hiệu bể tiêu trình tiêu phần lớn diễn sau bể

- Cống đặt mm yu v phc

2.Tính toán chiều sâu n-íc nh¶y

- Tiêu sau cống th-ờng gặp tiêu đáy nh- dùng bể, t-ờng bể t-ờng

kết hợp Dùng công thức sau để tính chiều sâu co hẹp hc liên hiệp h

'' c

E0 = H+P + v 2g  (9-23) H - cột n-ớc th-ợng l-u tính tới đỉnh ng-ỡng;

P - chiều cao ng-ỡng so với đáy hạ l-u (hoặc đáy bể có); v0 - l-u tốc tới gần

Độ sâu co hẹp hc xác định từ công thức:

E0 = hc + 2 2

2

2g hc q

 (9-24)

Độ sâu liên hiệp h''c theo công thức:

h''c = 

        8 1 c c gh q h (9-25)

Trong đó: q - l-u l-ợng đơn vị, q =

b Q



b - chiÒu réng khoang cèng;

Q - l-u l-ỵng qua cèng

- Ngồi dùng bảng tra thủy lực để tính giá trị theo cơng thức:

Trong đó:  - hệ số l-u tốc phụ thuộc vào m (tra bảng 7-3 ch-ơng VII) Từ

c



 tra bảng ta có c "c

h"c "c.E0 (9-27)

hc = c.E0 (9-28)

3 Tính toán thủy lực bể tiêu

Dùng bể tiêu năng, chiều sâu d bể phải thỏa mÃn tạo n-ớc nhảy ngập:

d = h''c - (hh+ Z) (9-29)

Trong đó:  - hệ số, th-ờng chọn 1,05  1,10;

hh - chiều sâu n-ớc hạ l-u tới đáy kênh;

Z - đầu n-ớc chênh lệch cuối bể chảy vào kênh Th-ờng yêu cầu

chy ngp (s đồ đỉnh rộng): Z =

2 h q 2g h

-2

" c q 2g(h )

(9-30)

Khi tính đ-ợc chiều sâu d, l-ợng E0 đáy bể tăng lên đến E'0

E'0 = E0 + d (9-31)

TiÕp tôc tÝnh h"c ứng với E'0 theo công thức Kiểm tra l¹i

h = d + hh + Z  h"c (9-32)

Trong h"c ứng với E'0 thỏa mãn điều kiện chảy ngập Kích th-ớc d ú l chiu

sâu bể tiêu

Nếu không thỏa mãn điều kiện chảy ngập (9-32) phải tính lại d' theo cơng thức (9-29) h"c lấy ứng với E'0 tiếp tục kiểm tra lại d đến thỏa mãn điều kiện chảy ngập (9-32)

hn

z

hc

hc"

d

l2 l1

H

Hình 9-10 Sơ đồ tính tốn bể tiêu

Lb= l1+ln (9-33)

l1- chiỊu dµi n-ớc rơi từ ng-ỡng xuống sân tiêu

l1 = hkP0,35hk (9-34)

hk

3

2H

; (9-35)

P - chiều cao ng-ỡng cống so với ỏy b;

ln - chiều dài n-ớc nhảy, có thÓ lÊy:

ln = (4,5  5) (

"

c

h - hc) (9-36)

 - hÖ sè lÊy b»ng 0,7  0,8

4.Tính toán thủy lực t-ờng tiêu

Tr-ờng hợp muốn giữ nguyên cao trình đáy kênh hạ l-u, để đảm bảo chảy ngập phải xây dựng t-ờng chắn ngang (t-ờng tiêu năng)

Yêu cầu tính tốn thủy lực cho t-ờng tiêu phải xác định đ-ợc:

- ChiỊu cao cđa t-êng Pt

- Vị trí t-ờng (khoảng cách t-ờng đến mặt cắt co hẹp) lt

Hình (9-11) sơ đồ tính tốn t-ờng tiêu Để tạo nên n-ớc nhảy ngập, chiều cao t-ờng xác định theo công thức:

Pt = hc Ht

"

(9-37)

Ht - cột n-ớc đỉnh t-ờng, tính tốn giả thiết t-ờng làm việc nh- đập tràn

và tính theo cơng thức: g v H Ht 2 01 01    (9-38) Trong đó: " 01 c h q v   (9-39) / 01          g m q H (9-40)

m - hƯ sè l-u l-ỵng, cã thĨ chän 0,40  0,42;

- hƯ sè dù tr÷, = 1,05 1,1

Vị trí t-ờng xác định khoảng cách từ t-ờng đến mặt cắt co hẹp,

H

hc

hh

Pt

'h

H1

V01

Hình 9-11 Sơ đồ tính tốn t-ờng tiêu

Sau tính xong, cần phải kiểm tra tình hình chảy sau t-ờng, nội dung kiểm tra tính chiều sâu liên hiệp co hẹp sau t-ờng nh-ng cần ý dòng chảy chảy qua đập

tràn nên l-ợng E01 tính công thức:

E01 = Pt + H01 (9-42)

Tõ E01 vµ q tÝnh rac råi tra

"

c

 , c vµ tÝnh hc vµ

"

c

h , nhảy ngập an toàn,

nếu nhảy xa phải làm thêm t-ờng tiêu thứ hai v.v

5.Tính toán thủy lực bể t-ờng tiêu kết hợp

Trong thực tế th-ờng gặp, làm bể tiêu chiều sâu bể lớn, khối l-ợng đào nhiều, nh-ng làm t-ờng tiêu t-ờng cao, dịng chảy sau t-ờng có khả xảy n-ớc nhảy xa phải làm thêm t-ờng thứ hai không hợp lý Trong tr-ờng hợp phải làm cơng trình tiêu theo hình thức bể t-ờng kết hợp nh- sơ đồ hình (9-12)

Néi dung tÝnh to¸n: đ-ợc chọn tr-ớc hai giá trị chiều sâu bể, chiều cao t-ờng

Nếu biết d Pt tính theo công thức:

Pt h"c dH1 (9-43)

NÕu biÕt Pt d tính theo công thức:

dh"c Pt H1 (9-44)

Khi tÝnh to¸n thĨ áp dụng cách tính mục