Giáo trình Thủy công (Tập 2): Phần 2

L-îng n-íc tæn thÊt do thÊm qua kªnh gi¶m dÇn theo thêi gian v× cã sù l¾ng ®äng cña c¸c h¹t l¬ löng trong kªnh lÊp kÝn c¸c lç hæng vµ t¹o nªn mét mµng chèng thÊm trªn mÆt lßng kªnh... [r]

Ch-ơng XI

kênh công trình kênh

11.1 khái quát

Kênh đ-ờng dẫn n-ớc hở kín đ-ợc xây dựng để chuyển cấp n-ớc cho ngành dùng n-ớc khác n-ớc ta kênh hệ thống t-ới đ-ợc xây dựng vào thời kỳ tr-ớc năm 90 kỷ XX chủ yếu kênh đào đắp đất Loại kênh có kinh phí xây dựng ban đầu khơng cao l-ợng n-ớc thấm lớn, chiếm nhiều diện tích mặt đất, th-ờng xảy t-ợng xói, hàng năm phải đầu t- kinh phí để sửa chữa Việc sửa chữa kênh khơng gây tốn kinh phí mà cịn làm gián đoạn việc chuyển n-ớc, ảnh h-ởng đến làm việc bình th-ờng hệ thống

Để khắc phục nh-ợc điểm nh- nêu trên, mạng l-ới kênh đất dần đ-ợc cứng hoá cách lát mái bê tông, bê tông cốt thép xây lại theo mặt cắt chữ nhật gạch, đá, bê tông, bê tống cốt thép Các mạng l-ới kênh thiết kế chủ yếu lựa chọn theo ph-ơng án kênh xây

Nh- theo hình thức kết cấu có hai loại: kênh đất kênh xây Theo đối t-ợng phục vụ, kênh chia thành loại:

- Kênh dẫn n-ớc phát điện phận trạm thuỷ điện kiểu đ-ờng dẫn Độ dốc đáy kênh yêu cầu nhỏ để tốn thất cột n-ớc

- Kênh t-ới, dẫn n-ớc t-ới ruộng Loại kênh phải thoả mãn đ-ợc l-u l-ợng cột n-ớc t-ới tự chảy Vì kênh th-ờng bố trí qua nơi t-ơng đối cao, độ dốc kênh nhỏ để hạn chế tổn thất dầu n-ớc

- Kênh vận tải, kích th-ớc mặt cắt tuỳ theo kích th-ớc thuyền, chiều sâu n-ớc l-u độ đảm bảo cho thuyền qua lại đ-ợc an toàn (v = 0,6  1m/s)

- Kªnh cÊp n-íc, dÉn n-ớc phục vụ cho sinh hoạt nhân dân xí nghiệp Loại kênh yêu cầu phải cung cấp n-ớc đ-ợc liên tục

- Kờnh thỏo n-c, dùng để tháo n-ớc tiêu úng nông nghiệp, tháo n-ớc thừa công nghiệp, tiêu n-ớc bẩn thành phố Tuyến kênh th-ờng chọn qua nơi thấp để việc tập trung n-ớc để dễ dàng

Kênh đồng thời phục vụ nhiều mục đích khác nh- t-ới ruộng, vận tải thuỷ phát điện v.v…

dốc n-ớc hay bậc n-ớc để tiếp tục chuyển n-ớc kênh Các cơng trình đ-ợc xây dựng kênh tr-ờng hợp kể gọi cơng trình kênh

11.2.kªnh

11.2.1.Hình dạng mặt cắt kênh

Hỡnh dng mt cắt kênh phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, tình hình địa chất nơi kênh qua, điều kiện sử dụng, hình thức kết cấu, điều kiện thi cơng, điều kiện quản lý … Mặt cắt loại kênh đất th-ờng hay gặp có tiết diện hình thang (hình 11-1a) Loại thi cơng đơn giản Khi kênh có độ sâu lớn đào qua nhiều lớp đất có tính chất khác dùng loại độ dốc mái thay đổi, xuống d-ới mái thoải (hình 11-1b) Khi kênh qua vùng đá tốt, để giảm khối l-ợng đào, dùng mặt cắt chữ nhật (hình 11-1c) Tr-ờng hợp mở rộng mặt cắt kênh nh- qua vùng dân c-, gần cơng trình khác, qua s-ờn dốc th-ờng xây t-ờng chắn đất để thu hẹp mặt cắt kênh (hình 11-1e) Khi cần tiết kiệm n-ớc, tiết kiệm diện tích đất, th-ờng dùng ph-ơng án kênh xây Mặt cắt kênh xây phổ biến dạng chữ nhật (hình 11-1d) cần sử dụng mặt tránh đất, chất thải tràn vào kênh sử dụng hình thức kênh có nắp đậy mặt cắt kênh hình hộp (hình 11-1g, h) Kênh vận tải thuỷ dùng mặt cắt dạng tam giác để tăng độ sâu vận tải giảm sức cản thuyn (hỡnh11-1f)

Hình 11-1 Một số hình dạng mặt cắt kênh

Khi thit k mt ct kờnh cần ý số vấn đề sau:

-Mặt cắt kênh thiết kế cho t-ơng tự với mặt cắt có lợi mặt thuỷ lực, tức với tiết diện -ớt nhỏ mà l-u l-ợng n-ớc chuyển qua lại lớn Nh- giảm đ-ợc khối l-ợng đào, đắp Trong thuỷ lực học, ta biết mặt cắt có lợi thuỷ lực kênh mặt cắt hình thang là:

2( m2 m)

h b

 

Trong b h - chiều rộng đáy chiều sâu n-ớc chảy kênh; m độ xoải mái kênh

Đối với kênh đào điều kiện đảm bảo diện tích mặt cắt -ớt không đổi, tăng độ sâu, mặt cắt thu hẹp, nh- có lợi kinh tế Đối với kênh đắp đất, dùng mặt cắt nơng rọng th-ờng có lợi

Mái dốc kênh đất chọn phải đảm bảo điều kiện ổn định Nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất nơi kênh qua Mái dốc kênh đào thiết kế tham khảo bảng (11-1) Mái dốc kênh đắp dựa vào tiêu chuẩn chọn mái dốc đất đầm nén để lựa chọn Đối với kênh có chiều sâu lớn 5m, cần phải tính tốn ổn định mái theo nguyên tắc nh- đập đất Về mặt thi công, chiều rộng đáy kênh nên chọn nh- sau: đào kênh công cụ thủ công, b  0,5m Nếu đào máy cần xét kính th-ớc máy đào Nói chung khơng nên nhỏ 1,3  3m

B¶ng 11-1

Các loại đất

Độ dốc mái kênh Phần d-ới

n-ớc

Phần cạn

Đất cát hạt nhỏ 3,0 3,5 2,5

Đất cát rời, cát pha sét không chặt 2,0 2,5 2,0

Cát pha chặt, đất thịt, sét nhẹ 1,5 2,0 1,5

Đất thịt pha sét trung bình 1,5 1,0 0,5

Đất thịt pha sét nặng 1,0 1,5 0,5

Đất sét nặng, chặt 1,0 0,75  0,5

Đất có đá cuội 1,5 1,0

Đá cuội sỏi sạn 1,25 0,50 1,0

Đá phong hoá đá cuội 0,25  0,50 0,25

Đá hoàn chỉnh 0,10 0,25

Kênh đ-ợc thiết kế cần đảm bảo điều kiện khơng xói, khơng lắng khơng mọc cỏ kênh Các tiêu tính tốn phải thn theo quy phạm hành

11.2.2.Thấm biện pháp chống thấm cho kênh đào đắp đất

L-ợng n-ớc tổn thất thấm qua kênh giảm dần theo thời gian có lắng đọng hạt lơ lửng kênh lấp kín lỗ hổng tạo nên màng chống thấm mặt lịng kênh Khi đất lịng kênh có cấp phối không lỗ rỗng không lớn, ng-ời ta đem đất sét hoà vào n-ớc cho n-ớc đục chứa bùn cát hạt nhỏ chảy qua để có lắng đọng lấp đầy khe kẽ

Cũng tạo màng chống thám cách phủ lớp rơm, rạ, cỏ v.v… phía đắp lớp đất bảo vệ dày khoảng 10  15cm Khi lớp hữu mục nát, làm tăng thêm tính mềm dẻo đất đồng thời có tác dụng chống thấm tốt Có ng-ời ta cịn dùng muối (3  5kg/m2) dầu hoả (4  15 kg/m2) cho vào đất lòng kênh để tạo màng chống thấm nh-ng cách đắt Ngồi ra, nén chặt đất lòng kênh để tăng c-ờng khả chống thấm

Hiện bên cạnh biện pháp đơn giản nh- trên, để chống thấm ng-ời ta dùng loại vải chống thấm, màng chống thấm có bột bentonit thay th bng kờnh bờ tụng

11.2.3.Bảo vệ mái kªnh

Để chống xói, giảm độ nhám, tăng lực chuyển n-ớc giảm tổn thất cột n-ớc, tăng khả chống thấm, tăng ổn định mái dốc kênh, chống cỏ mọc, chống động vật phá hoại lịng kênh, phải có hình thức bảo vệ kênh

Trồng cỏ: mục đích chủ yếu chống xói Loại dùng đất lịng kênh cát, kênh không lớn, l-u tốc kênh nhỏ 1,2m/s

Lớp bảo vệ đất sét chủ yếu để chống thấm Lớp bảo vệ đ-ợc cấu tạo mặt nghiêng bờ kênh (giống nh- t-ờng nghiêng, t-ờng tâm đập đất) Đối với kênh có độ sâu cột n-ớc 1,52m, mái dốc t-ơng đối xoải m=23 dùng lớp đất sét dày 0,2  0,3m bảo vệ dọc theo mái nghiêng đáy kênh Phía ngồi lớp đất sét lớp bảo vệ dày 0,20,7m Đối với kênh nửa đắp nửa đào dùng t-ờng tâm

Lớp bảo vệ đá: dùng đá để bảo vệ mái kênh Khi dùng đá đổ tác dụng chủ yếu chống xói Đ-ờng kính hịn đá chừng 0,30,4m Chiều dày lớp đá 0,30,6m Bên d-ới có lớp đệm sỏi cát to dày 1520cm Hình thức làm tăng độ nhám, tổn thất ma sát dịng chảy nhiều Có thể làm lớp bảo vệ hai lớp đá xây khan dày 1540cm lớp lót bảo vệ dày 1520cm Để tăng c-ờng ổn định cho mái, chống xói, chống thấm,làm lớp nhám bên ngồi trát lớp vữa xi măng dày 23cm

Trong tr-ờng hợp nhiệt độ thay đổi nhiều địa chất yếu dùng bê tơng cốt thép Chiều dày giảm khoảng 25% so với bê tơng Hàm l-ợng cốt thép dùng khoảng 24%, đ-ờng kính thép 812mm Bố trí thép theo l-ới vng cách 2030cm Bên d-ới có lớp đệm

Ngồi ra, bảo vệ mái bê tông nhựa đ-ờng (hỗn hợp nhựa đ-ờng, cát đá dăm), đặt lớp đệm dày 58cm Loại có -u điểm dễ biến dạng chống thấm tốt

11.2.4.Chän tuyÕn kªnh

Chọn tuyến kênh vấn đề quan trọng thiết kế kênh Căn vào công dụng kênh, l-u l-ợng dẫn, tốc độ chảy kết hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thi công khối l-ợng đất đào đất đắp… mà định

Điều kiện địa hình có ảnh h-ởng nhiều đến khối l-ợng đào đắp Trong xác định tuyến kênh nên cố gắng đảm bảo cho khối l-ợng mặt cắt đoạn đất đào, đất đắp gần nhau, không khối l-ợng đào nên nhiều hơn, yêu cầu chất l-ợng nh- nhau, phần đắp giá thành th-ờng đắt hơn, thi công phức tạp

ở vùng đồng bằng, nên cố gắng chọn tuyến kênh thẳng, đất đào lên đ-ợc sử đụng đắp chỗ Địa hình tuyến qua phải đáp ứng đ-ợc yêu cầu sử dụng Thí dụ kênh t-ới bố trí chỗ cao để đảm bảo t-ới tự chảy, kênh tiêu chỗ thấp để dễ tập trung n-ớc

ở vùng núi, để khối l-ợng đào đắp xấp xỉ nên đặt tuyên kênh theo đ-ờng đồng mức, đất đào đ-ợc sử dụng đắp bên (hình 11-2) Vì tuyến kênh men theo đ-ờng đồng mức nên có nhiều đoạn cong, kênh dài, khối l-ợng tăng, cần phải so sánh chọn ph-ơng án thớch hp

Hình 11-2 Mặt cắt kênh ven s-ên dèc

Về mặt địa chất, tuyến kênh khơng nên chọn qua vùng đá, khó đào Cũng không nên qua vùng đất tr-ợt, đất thấm n-ớc nhiều Cần tránh đ-ờng giao thơng, sơng ngịi để giảm cơng trình phụ chỗ giao Trong tr-ờng hợp phải chuyển n-ớc qua vùng địa chất xấu, làm kênh đất khơng có lợi Khi nên chọn tuyến ngắn sử dụng biện pháp kênh máng đ-ờng ống

Về mặt thi công, phải ý cho việc giới, tổ chức thi công, lấy đất đổ đất đào dễ dàng, vận chuyển vật liệu tới xây dựng cơng trình kênh tiện lợi

Tóm lại, việc chọn tuyến kênh cần phải cân nhắc phân tích tổng hợp để thoả mãn đầy đủ mặt kinh tế kỹ thuật

11.2.5.Mét sè biện pháp công trình bảo vệ kênh

1 Tràn bên bờ kênh

Trong quỏ trỡnh hành, kênh bị tràn bờ Các nguyên nhân làm cho kênh tràn bờ cống lấy n-ớc đầu kênh cống điều tiết mực n-ớc kênh cống điều tiết mực n-ớc kênh làm việc khơng quy trình Những kênh qua s-ờn dốc, l-ợng n-ớc m-a tràn vào kênh nhiều gây t-ợng n-ớc kênh tràn qua bờ Các t-ợng tràn ảnh h-ởng đến an toàn bờ kênh, nhiều gây cố ảnh h-ởng đến làm việc bình th-ờng hệ thống Để bảo vệ an toàn cho kênh đoạn đầu kênh sau cống lấy n-ớc, tr-ớc cống điều tiết kênh, đoạn kênh qua s-ờn dốc có n-ớc m-a tập trung vào kênh, cần bố trí tràn bên Tràn bên đoạn bờ kênh đ-ợc hạ thấp nh- hình (11-3) Các đoạn bờ kênh đất cho n-ớc tràn cần đ-ợc bảo vệ để dịng chảy khơng gây xói lở bờ

Hình 11-3 Sơ đồ tràn bên

2 Cèng th¸o ci kªnh

Cuối kênh th-ờng bố trí cống ngầm cống hở (hình 11-4) Các cống dùng để tháo cạn kênh cần thiết dùng để tháo l-ợng bùn cát lắng đọng đoạn cuối kênh Nó đ-ợc dùng để tháo bớt l-ợng n-ớc thừa kênh bị tải

3 Kªnh tiªu s-ên dèc

Các tuyến kênh qua s-ờn dốc mùa m-a th-ờng bị sạt lở hoặckênh bị lấp đầy bùn cát Để bảo vệ kênh dọc theo tuyến kênh cần xây dựng kênh tiêu n-ớc s-ờn dốc (hình 11-5) N-ớc từ s-ờn dốc tập trung vào kênh chảy nơi trũng Tại dùng cống luồn trn bng tiờu qua kờnh

Hình 11-5 Kênh tiêu s-ờn dốc

11.3 Cống hở cèng ngÇm

Trên hệ thống thủy nơng, cống dùng để dâng n-ớc, điều tiết l-u l-ợng, phân n-ớc từ kênh vào kênh nhánh tháo n-ớc Cống cịn có tác dụng chuyển n-ớc kênh gặp đ-ờng giao thơng kênh khác Về hình thức cống kênh có cống lộ thiên, cống ngầm Ngun lý tính tốn thiết kế cống lộ thiên cống ngầm trình bày ch-ơng IX ch-ơng X

11.4.Cèng ln 11.4.1 Kh¸i niƯm

Trên đ-ờng kênh chuyển n-ớc, điều kiện địa hình, kênh gặp phải ch-ớng ngại nh- gặp núi chắn ngang, cắt ngang kênh khác, sông suối thung lũng sâu Để n-ớc kênh tiếp tục v-ợt qua ch-ớng ngại cần phải làm cơng trình chuyển tiếp Thuộc loại đ-ờng hầm, cống luồn hay cầu máng Rõ ràng kênh cần xuyên qua núi dùng hình thức đ-ờng hầm Khi điều kiện địa chất cho phép làm kênh vòng phức tạp, tốn dùng đ-ờng hầm hợp lý Về cầu máng đ-ợc trình bày ch-ơng sau Riêng cống luồn, gặp kênh, sông suối khác mà mực n-ớc hai kênh giao chênh lệch không nhiều, ta dùng cống luồn qua d-ới đáy loại tiếp tục chuyển n-ớc để dịng chảy khơng ảnh h-ởng lẫn Tr-ờng hợp gặp thung lũng, dùng cống luồn đặt lộ thiên mặt đất để tiếp tục chuyển n-ớc v-ợt qua thung lũng Tất nhiên cần xem xét mùa m-a lũ có dịng chảy thung lũng đảm bảo không làm h- hỏng, đẩy trôi cống luồn đặt

0,2  0,4 m, tất nhiên điều kiện cho phép lấy lớn Cịn kênh tiêu mức độ hạn chế hơn, nên chênh lệch đầu n-ớc khoảng 0,4  0,6 m

Cống luồn phân loại theo hình thức sau:

Theo kt cu bao gm loại giếng đứng ống nghiêng, hình (11-6)

Loại giếng đứng, th-ờng dùng cống chịu áp lực nhỏ, kích th-ớc khơng lớn, cấu tạo t-ơng đối đơn giản Nhờ tác dụng phần sâu chân giếng để bùn cát lắng đọng, dễ nạo vét, tránh gây tắc ống ngang Tuy nhiên loại tổn thất đầu n-ớc nhiều

Loại ống nghiêng, đ-ợc sử dụng rộng rãi tr-ờng hợp cống đặt hay chìm, kích th-ớc, áp lực n-ớc lớn hay nhỏ Dịng chảy qua cống thuận hơn, tổn thất đầu n-ớc hơn, phần cấu tạo có phức tạp hơn, phải ý biện pháp chống ổn định đoạn đặt nghiêng

Về mặt cắt ngang tròn, chữ nhật vòm Loại vòm dùng cống nhỏ, thuộc phần nằm ngang kiểu giếng đứng gạch đá xây

Về vật liệu xây dựng, dùng gỗ ghép tạo thành ống, gạch đá xây, bê tông bê tông cốt thép

Khi cống đặt luồn d-ới sơng, suối, đỉnh cống đoạn nằm ngang phải thấp đáy sông, suối khoảng 0,5  m để tránh bị xói lịng sơng ảnh h-ởng

a)

b)

H×nh 11-6 Cèng luån

Loại ống nghiêng, tùy điều kiện địa hình mà chọn Th-ờng dốc nghiêng khoảng m = 

Cửa vào nh- loại cơng trình khác phải đảm bảo cho dịng chảy vào, đ-ợc thuận, cần có t-ờng h-ớng dịng chắn đất bờ kênh

Đỉnh cửa vào phải đặt thấp mức n-ớc kênh 0,5 m chuyển l-u l-ợng lớn nhất, nhằm tránh làm việc không hút khơng khí vào cống, gây bất lợi cho chế độ làm việc cống

Cửa vào cần bố trí l-ới chắn rác Ngồi tùy tình hình cụ thể cần bố trí hàng phai hay cửa chắn n-ớc để đảm bảo điều kiện làm việc, kiểm tra, tu sửa

Khi xác định kích th-ớc cống, ngồi u cầu tính tốn thủy lực đảm bảo u cầu chuyển n-ớc, cần xét thuận lợi cho kiểm tra, tu sửa

11.4.2.TÝnh to¸n thđy lùc cèng ln

1.Mục đích tính tốn thủy lực cống luồn

Gi¶i ba toán sau đây:

1- ó biết l-u l-ợng Q, kích th-ớc mặt cắt ngang ống , tính cột n-ớc tổn thất dịng n-ớc chảy qua ống Z, tức xác định cao trình đáy kênh phía th-ợng l-u hạ l-u cống luồn chiều sâu n-ớc kênh đ-ợc xác định

2- Đã biết l-u l-ợng cột n-ớc tổn thất, xác định kích th-ớc mặt cắt ống 3- Biết kích th-ớc mặt cắt cột n-ớc tổn thất, tính l-u l-ợng n-ớc chảy qua ống Tính tốn thủy lực cống luồn phải vào l-u tốc dòng n-ớc qua ống làm sở Để cho bùn cát không lắng đọng d-ới đáy ống cột n-ớc tổn thất Z t-ơng đối nhỏ, th-ờng lấy l-u tốc n-ớc ống v = 1,5  m/s không nhỏ l-u tốc n-ớc kênh

2.TÝnh to¸n thđy lùc

Qmax

Qmin Qmax

Qmin

Hình 11-7 Sơ đồ tính tốn thủy lực

  

 (11-3)

 - tỉng sè c¸c hƯ sè tỉn thÊt cét n-íc cđa ống gồm: tổn thất cửa vào (CV), l-ới chắn rác (L), khuỷu cong (KC), theo chiều dài (d) ë cöa (CR)

  CV    L KC    d CR (11-4) - diện tích mặt cắt èng;

Z0- chªnh lƯch mùc n-íc ë th-ợng hạ l-u cống luồn có kể tới l-u tốc tiến gần v0 (hình 11-7):

2 0

V

Z Z

2g 

  (11-5)

Khi thiết kế, để xác định mặt cắt ống  cột n-ớc tổn thất Z ta dùng l-u l-ợng lớn Qmax để xác định phải dùng l-u l-ợng nhỏ Qmin để kiểm tra lại điều kiện tổn

thÊt èng

Nếu kênh th-ợng hạ l-u cống có kích th-ớc mặt cắt ngang giống độ chênh mực n-ớc tr-ớc sau cống luồn t-ơng ứng với l-u l-ợng phải Z Trong thực tế, t-ơng ứng với Qmin độ chênh (Z + Z1) lớn Z l-ợng Z1 nên n-ớc từ

kênh chảy vào ống hình thành đ-ờng n-ớc đổ nh- dốc n-ớc sinh n-ớc nhảy ống, gây chấn động làm h- hỏng khớp nối Để khắc phục t-ợng này, tức phải tìm cách tiêu hao cột n-ớc thừa Z1 ta thay đổi mặt cắt ống dùng

biện pháp thay đổi cấu tạo cửa vào nh- hình (11-8) Trong hình (11-8c) làm bể tiêu tr-ớc cửa vào ống, n-ớc từ kênh chảy vào bể tạo nên mặt nằm ngang chảy vào ống Trong hình (11-8b) hạ thấp đáy cửa vào theo mặt nghiêng, th-ờng dùng mực n-ớc đầu ống gần cao trình đáy kênh th-ợng l-u Cũng đặt hàng song gỗ cửa để nâng cao mực n-ớc, giảm độ chênh Z1 (hình 10-3a)

min

max

a) b) c)

11.4.3.Cấu tạo cống luồn

1.Khái niệm

Quy m« cđa cèng ln lín hay nhá phơ thc vào l-u l-ợng n-ớc dẫn qua vốn đầu t- xây dựng công trình

Cng lun loi nh, th-ng gồm hai giếng đứng cửa vào cửa ra, nối với đoạn nằm ngang; gọi cống luồn kiểu giếng đứng Vật liệu xây dựng th-ờng gỗ, đá xây có làm bê tơng Loại đ-ợc sử dụng với l-u l-ợng không lớn chênh lệch mực n-ớc th-ợng hạ l-u cống luồn nhỏ

Tr-ờng hợp lịng sơng t-ơng đối rộng nơng, xây dựng cống luồn kiểu mái thoải Cống luồn mái thoải qua đ-ờng giao thông Đáy đoạn cửa vào cửa gồm đoạn nằm ngang đoạn dốc Độ dốc đáy đoạn cửa vào lấy khoảng (1:1,5  1:2), cửa lấy thoải hơn, th-ờng (1:3  1:4)

Nếu l-u l-ợng n-ớc dẫn qua cống luồn lớn kết cấu công trình phức tạp th-ờng làm bê tông, cốt thép Kết cấu cống luồn gồm hai đoạn ống nghiêng cửa vào cửa đ-ợc nối với ống nằm ngang, gọi cống luồn kiểu ống nghiêng

Cống luồn gồm ba phận chủ yếu: đoạn cửa vào, thân ống đoạn cửa Sau trình bày phËn

2.Cưa vµo vµ cưa cèng ln

Tác dụng đoạn cửa vào cửa để h-ớng dòng n-ớc từ kênh chảy vào ống từ ống chảy kênh hạ l-u đ-ợc êm thuận, gồm có: t-ờng cánh, sân tr-ớc sân sau

Cửa vào cống luồn có đặc điểm cấu tạo phận chi tiết sau: 1- Vật liệu xây dựng th-ờng đá xây vữa, bê tông bê tơng cốt thép 2- Hình thức t-ờng cánh t-ờng ngoặt, t-ờng mở rộng (nh- cửa cống)

3- Mép đỉnh ống cửa vào cống luồn cần phải ngập d-ới mực n-ớc đoạn h vào khoảng 0,6D lớn 50cm, D - đ-ờng kính ống

4- cửa vào cần có l-ới chắn rác để giữ vật không cho chui vào ống

5- Nếu cần điều tiết l-u l-ợng để sửa chữa cống luồn, cửa vào làm cửa van phẳng cửa phai

6- Sàn cầu công tác cửa vào để dùng đóng mở cửa van dọn vật l-ới chắn rác

7- Để lắng bùn cát không cho rơi vào ống (nhất ống nằm ngang) cần làm bể lắng cát cửa vào

Cửa cần bố trí cửa van phai cầu cơng tác để khống chế mực n-ớc lấy Qmin đóng cửa cống cần sửa chữa Trên sân sau làm bể tiêu để tiêu hao

3.Thân cống luồn

Vật liệu làm thân cống luồn bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ hỗn hợp

- Cng lun bờ tụng th-ờng đ-ợc dùng áp lực ống đến 0,3 at (H = m cột n-ớc)

- Cống luồn bê tông cốt thép áp lực cho phép khoảng  at (H = 30 50 m cột n-ớc) - Cống luồn thép chịu áp lực đến 10 at, giá thành đắt nên hạn chế dùng

- Cống gỗ chịu áp lực lớn đến H = 20  30 m

a) b) c)

Hình 11-9 ống luồn gỗ

a) Cắt ngang; b) Nhìn bên; c) Bệ đỡ

- Cống luồn làm theo mặt cắt hình vuông, chữ nhật hình tròn

- Thõn cống luồn gồm đoạn: hai ống nghiêng đoạn nằm ngang Độ dốc ống nghiêng không đ-ợc lấy lớn để không bị tr-ợt tổn thất cột n-ớc ống khơng nhiều, th-ờng lấy góc nghiêng  30

- Thân cống đặt cứng (đá đất rắn chắc) cịn nói chung đặt lớp đệm đá dăm bệ đỡ bê tông, hay đá xây vữa

- Chiều dày ống vào áp lực n-ớc bên trong, bên áp lực đất để xác định Chiều dày ống bê tơng cốt thép sơ xác định theo công thức sau:

 = 3,5 + 0,06 (D - 15) (11-6)

Trong đó: - Chiều dày ống D - đ-ờng kính ống (cm)

Thi cơng ống đổ bê tông liền khối nơi xây dựng dùng ống đúc sẵn lắp ghép Hình thức nối đoạn ống th-ờng dùng nối cầu nối kiểu ngàm; khe nối xây vành đai gạch, bê tông bê tông cốt thép để bảo vệ

ở chỗ khuỷu cong ống luồn (chỗ nối đoạn nghiêng ống nằm ngang) làm bệ bao đỡ ống, đầu ống cắm vào bệ bao ống từ (0,20  0,25) m

- Để tháo cạn n-ớc ống cần sửa chữa làm bùn cát bồi lắng, làm lỗ tháo n-ớc vị trí thấp ống nằm ngang có cửa van đóng mở lỗ

- Lịng sơng phạm vi cống luồn qua phải đ-ợc đắp lại đất tốt, thấm n-ớc, có chiều dày tối thiểu (50  70) cm dùng đá xây lát để bảo vệ chống xói

H×nh 11-10 èng bê tông cốt thép

a) Ct dc; b) Bệ đỡ đoạn thẳng; c) Bệ đỡ khuỷu cong

11.5.Cầu máng 11.5.1.Khái niệm

Cầu máng cơng trình dẫn n-ớc v-ợt qua sơng suối, kênh tiêu, vùng đất trũng, vùng đất cát thấm n-ớc mạnh Cầu máng đ-ợc dùng tr-ờng hợp sau:

- Khi kênh t-ới gặp đ-ờng giao thông, mặt đ-ờng thấp so với đáy kênh, loại xe chạy đ-ờng không chạm vào đáy cầu máng

- Khi kênh t-ới gặp sông, suối, kênh tiêu mà mực n-ớc kênh t-ới cao mực n-ớc sông, suối, kênh tiêu Nếu kênh t-ới đ-ờng giao thông thủy tàu thuyền qua phía d-ới cầu m¸ng

- Khi kênh t-ới qua vùng đất thấp: Nếu đắp kênh qua khối l-ợng lớn, tốn so với làm cầu máng

11.5.2.Tính toán thủy lực cầu máng

Mục đích: Định hình thức dịng chảy xác định kích th-ớc cửa vào, thân, cửa cầu máng

Khi tính tốn thủy lực cầu máng, xem dòng chảy từ kênh vào máng nh- qua đập tràn đỉnh rộng th-ờng trạng thái chảy ngập, (hình 11-11)

Hình 11-11 Sơ đồ tính tốn thủy lực cầu máng

Ta cã c«ng thøc:

Q =  2gZ0 (11-7)

Trong đó:

Q - l-u l-ợng thiết kế chảy qua máng;

- hệ số co hẹp cửa vào, th-êng lÊy 0,95  0,98;  - hÖ sè l-u tèc, th-êng lÊy 0,90  0,95;

Z0 - chênh lệch cột n-ớc kênh máng cã kĨ tíi t-u tèc tíi gÇn Th-êng Z0

= 0,1  0,15 m;

 - tiết diện -ớt máng, chữ nhật  = bh với b chiều rộng máng h chiều sâu dòng chảy máng L-u tốc máng th-ờng chọn v =1  1,5 m/s Nói chung khơng nên chọn lớn Tuy kích th-ớc cầu máng có đ-ợc thu hẹp chút song kinh nghiệm cho thấy khối l-ợng xây dựng chủ yếu phận đỡ tựa, khơng thay đổi đáng kể, khối l-ợng chung giảm không nhiều, tổn thất đầu n-ớc lớn Đối với kênh t-ới cần tiết kiệm đầu n-ớc Ngoài kênh máng sử dụng vận chuyển nội địa, l-u tốc lớn khơng an tồn cho thuyền qua lại

Nếu hình thức cửa cầu máng giống nh- cửa vào mực n-ớc kênh thấp mực n-ớc máng độ cao Z Khi có gió thổi ng-ợc chiều dòng chảy làm cho mặt n-ớc máng dềnh cao thêm l-ợng Z1

Vì định chiều cao thành máng phải ý đến t-ợng Cũng hạ thấp cửa trị số Z1, nh- tránh đ-ợc tình trạng n-ớc dềnh cao

trong máng có gió thổi 11.5.3.Cấu tạo cầu máng

Cầu máng gồm ba phận chính: Cửa vào; cửa ra; thân máng phận giá đỡ máng

1.Cưa vµo, cưa

Cửa vào cửa cầu máng đoạn nối tiếp thân máng với kênh dẫn n-ớc th-ợng hạ l-u, có tác dụng làm cho dịng chảy vào máng thuận, giảm bớt tổn thất thu hẹp gây dịng n-ớc máng chảy khơng làm xói lở bờ đáy kênh

T-ờng cánh cửa vào cửa th-ờng làm theo hai kiểu: Kiểu l-ợn cong kiểu mở rộng thu hẹp dần Kiểu l-ợn cong n-ớc chảy vào, chảy thuận, nh-ng thi cơng khó khăn Góc mở rộng t-ờng cánh có ảnh h-ởng đến dịng chảy vào khỏi máng Th-ờng lấy tỷ số chiều rộng chiều dài 1/41/3 Chiều dài đoạn cửa vào cửa sơ lấy bốn lần chiều sâu cột n-ớc kênh

Để kéo dài đ-ờng viền thấm, cửa vào cửa làm sân phòng thấm Sân phòng thấm th-ờng làm đất sét, có lát đá để phịng xói Cũng có cửa vào cửa đóng ván cừ làm chân khay kéo dài đ-ờng n-ớc thấm (hình 11-12 hình 11-13)

H

Z

BĨ lắng cát

b

K 2

b



S

Hình 11-13 Sơ đồ cấu tạo cửa cầu máng

2.Thân máng

Thõn mỏng lm nhim v chuyn n-ớc, mặt cắt dạng chữ nhật, bán nguyệt, pa-ra-bôn chữ U , có cấu tạo kín hở Vật liệu đ-ợc dùng để xây dựng cầu máng gỗ, gạch, đá xây, bê tông cốt thép xi măng l-ới thép hỗn hợp vật liệu

Thân máng gỗ th-ờng làm theo hai kiểu: Kiểu giằng ngang kiểu chống xiên Do ảnh h-ởng mực n-ớc dao động máng nhiệt, thành máng dễ bị mục nứt, độ dày nhỏ ván thành bên th-ờng lấy lớn cm

c)

e)

f)

g)

a) b)

d)

H×nh 11-14 Mét sè loại cầu máng

Vỏn ỏy thành bên có nhiều kiểu ghép, đơn giản ghép đầu bằng, chỗ khe nối nhét nhựa đ-ờng đóng thêm nẹp gỗ theo hình thức ghép mộng

Để giảm bớt tổn thất cột n-ớc ma sát, mặt giáp n-ớc ván đáy thành bên phải bào nhẵn, hai góc đáy máng đóng nẹp gỗ hình tam giác

Cầu máng bê tơng cốt thép mặt cắt ngang theo hình thức chữ nhật hở kín theo dạng vỏ trụ tròn, xây dựng ph-ơng pháp lắp ghép chế tạo ph-ơng pháp ly tâm, mặt cắt ngang khơng lớn có đủ ph-ơng tiện máy móc vận tải xây dựng cấu kiện lắp ghép lịng máng làm nhẵn nhp mt

Mặt lòng máng đ-ợc trát lớp vữa không thấm n-ớc (có tỷ lệ X:C = 1:2) dày cm Đôi lớp vữa trát lớp nhựa đ-ờng Mặt tất kết cấu trát lớp vữa xi măng Lòng máng hở có mặt cắt hình chữ nhật hay hình vu«ng

Kích th-ớc mặt cắt ngang lịng máng đ-ợc xác định theo tính tốn thủy lực đủ để tháo l-u l-ợng thiết kế Khơng gây xói, bồi cản trở dòng chảy máng dẫn n-ớc

Độ v-ợt cao an toàn đỉnh thành máng mực n-ớc lớn máng tính theo cơng thức:

e = h/12 + cm (11-8)

Trong đó: e - độ v-ợt cao an tồn;

h - chiều sâu n-ớc lớn máng

Nói chung mặt d-ới dầm ngang phải cao mực n-ớc lớn máng từ (15 20) cm.

Máng mỏng xi măng l-ới thép, thân máng dạng vỏ hình trụ Mặt cắt có dạng bán nguyệt, pa-ra-bơn, elip chữ U Trong dạng chữ U có giằng có -u điểm Vật liệu cấu tạo máng lớp l-ới thép, trát vữa xi măng M 400  500, cốt thép lớp áo dày  cm, loại vật liệu có độ bền chống thấm tốt nh- bê tông cốt thép nh-ng kết cấu thân máng nhẹ hơn, dùng vào việc xây dựng cầu máng có nhiều -u điểm

3.Giá đỡ máng

Tùy theo điều kiện nơi xây dựng hình thức kết cấu máng, giá đỡ bê tông cốt thép gạch đá xây Hình thức giá đỡ cột, khung, vịm vịm treo Vịm vịm treo thích hợp với nơi có khe sâu

4.Khíp nèi

ở cầu máng có khớp nối hai đoạn cầu máng khớp nối nhiệt độ Khớp nối đoạn cầu máng, cầu máng với đoạn vào đoạn cần phải di động kiểu khớp không thấm n-ớc

Bề rộng khớp nối đ-ợc xác định theo công thức:

Trong đó:  - hệ số nở dài bê tông bê tông cốt thép;

t - biên độ dao động nhiệt độ khơng khí nơi xây dựng cơng trình nhiệt độ xây dựng cơng trình;

L - khoảng cách khe nối (m)

Bề rộng khe nối đ-ợc lấy nhỏ cm Khi cầu máng có kết hợp cho ơtơ ng-ời qua lại, khớp nối phải đặt giá đỡ Có thể kê cầu máng hai đầu vào bờ theo hình thức gối tự Nếu cầu máng dài đặt giá đỡ theo hình thức dầm liên tục dầm cơng xơn kép, lúc chọn chiều dài nhịp l chiều dài mút thừa a theo quan hệ l = 2,7a giá trị momen âm d-ơng lớn xảy dầm nhau, tiện cho việc bố trí cốt thép

1

2

4

3

4

H×nh 11-15 Nèi tiÕp chèng thÊm thân máng phận cửa vào 1) Nhựa đ-ờng; 2) Bao tải tẩm nhựa đ-ờng; 3) Xi măng trát; 4) Bê tông lót

a a

11.6.dèc n-íc 11.6.1.Kh¸I niƯm

Khi kênh dẫn qua nơi có độ dốc lớn , vận tốc dịng n-ớc xói lở s-ờn dốc phần kênh nối tiếp sau dốc Để bảo vệ s-ờn dốc phần kênh nối tiếp, phải xây dựng cơng trình nối tiếp qua đoạn dốc (hình 12-17) Các cơng trình dốc n-ớc, bậc n-ớc, máng phun Khi độ dốc ≤ 100 ng-ời ta làm dốc n-ớc

11.6.2.TÝnh to¸n thđy lùc dèc n-ớc (dốc n-ớc cửa vào ng-ỡng)

1 Tính toán thủy lực cửa vào

Dũng chảy qua cửa vào nh- qua đập tràn đỉnh rộng khơng ngập

Víi cưa vµo cã mặt cắt ngang hình chữ nhật, dùng công thức tính to¸n:

Qmb 2gH30/2 MbH03/2 (11-10) Trong đó: Mm 2g (11-11) b - chiều rng ca vo

2 Tính toán thân dốc

Tính tốn thủy lực thân dốc n-ớc nhằm xác định đ-ờng mặt n-ớc, từ thiết kế đ-ợc chiều cao t-ờng bên đoạn cần bố trí mố nhám nhân tạo Xác định chiều sâu n-ớc cuối dốc để tính tốn tiêu cửa

Cưa vµo dốc ng-ỡng chiều sâu n-ớc đầu dốc h1 hpg Mặt n-ớc thân

dc l đ-ờng n-ớc hạ bII, tính tốn theo ph-ơng trình chuyển ng khụng u, bin i u

của B.A Bakhơmêchiép:

 2 1  tb  2  1

i

L J

h             (11-12) Trong đó:

i0, h0 - độ dốc chiều sâu chế độ dòng với l-u l-ợng qua dốc;

1 h h 

 (11-13)

2 h h 

 (11-14)

() - hµm sè phơ thc trÞ sè x;

tb tb tb

tb Cg i B

J    (11-15)

Ctb - hƯ sè Sªdi;

Btb - chiỊu rộng trung bình mặt cắt ứng với h;

tb - chu vi -ít trung b×nh øng víi h;

h - chiỊu s©u n-íc trung b×nh dèc n-íc, h h1 h2



 (11-16)

Căn vào chiều sâu n-ớc cuối dốc để kiểm tra an toàn cho dốc Từ bố trí mố nhám nhân tạo

Vmax < [Vmax] (11-17)