CSThietKeCTT chuong6 kenh

12/31/2019 KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG 6: KÊNH VÀ CƠNG TRÌNH TRÊN KÊNH GV: Ths.NCS Lê Ngọc Anh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 1 NỘI DUNG CHÍNH: 6.1 Những vấn đề kênh 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh 6.3 Bảo hộ kênh 6.4 Giới thiệu cơng trình kênh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 2 12/31/2019 6.1 Những vấn đề kênh (1) Khái niệm phân loại kênh  Khái niệm: Lòng dẫn nhân tạo đất, gạch đá, bê tông …  để chuyển nước  Phân loại: tùy theo đối tượng phục vụ  Kênh tưới  Kênh cấp nước  Kênh vận tải  Kênh tháo  Kênh đa  … Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6.1 Những vấn đề kênh (2) Cơng trình kênh  Nhiệm vụ: Đảm bảo hoạt động bình thường hệ thống kênh  Các loại chính:  Các cống điều tiết, chia nước: Khống chế Q,H  Cống ngầm, xi phông ngược, cầu máng: để nối tiếp kênh gặp chướng ngại vật  Dốc nước, bậc nước: Khi kênh hạ thấp nhanh cao trình Một số hệ thống kênh nước ta Cầu sơn, Bắc Hưng Hải, Bái Thượng, Đồng Cam, Dầu Tiếng … Mục tiêu thiết kế kênh Mục tiêu chung thiết kế kênh phải đảm bảo tính tối ưu, nghĩa thỏa mãn yêu cầu dẫn thoát nước khối lượng cơng trình xây dựng phải nhất, có nghĩa vốn đầu tư phải đạt tối thiểu Ths.NCS Lê Ngọc Anh 4 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (1) Hình dạng mặt cắt kênh  Phụ thuộc vào địa hình, địa chất, quy mơ CT, mục đích sử dụng, điều kiện thi cơng b) a) m= h h b m= m=3 m=3 b d) e) h h h c) b b b h) g) f) m= 2 m= m=3 h h m=3 b Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (2) Kích thước mặt cắt ngang Thỏa mãn điều kiện công năng, an tồn kinh tế ĐK chuyển nước: Tính tốn thủy lực xác định  ĐK ổn định thủy lực: Vkb < V < Vkx Vkb – lưu tốc khơng bồi lắng Vkx – lưu tốc khơng xói ĐK chống trượt mái (xác định m): - Mái không cao: Tham khảo CT tương tự - Mái cao: Tính tốn ổn định ĐK thi công: - Đào thủ công: b ≥ 0,5m - Đào giới: b ~ loại máy ĐK kinh tế: Chọn phương án có chi phí thấp Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (3) Kích thước mặt cắt ngang (tt)  ĐK chuyển nước: Tính tốn thủy lực xác định  (cách 1) - Xác định bán kính thủy lực lợi Rln: 4m i → Tra PL 8.3 → R Q Với m = + m − m f R = - Tính = + Với Q < 1,5 m3/s  β = 2,8 Q , −m + Với Q = 1,5 ÷ 50 m3/s  β = 2,6 Q , −m Chọn β cho phù hợp để đảm bảo điều kiện ổn định kênh dễ thi công Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (4) Kích thước mặt cắt ngang (tt) - Tính σ =  Tra bảng PL – 8.3 tìm →b= R  Chọn lại b theo điều kiện thi công, thường lấy số lẻ sau dấu phẩy  Tính chiều sâu nước kênh h: - Tính Ths.NCS Lê Ngọc Anh  Tra bảng PL – 8.3 tìm →h= R 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (5) Kích thước mặt cắt ngang (tt)  ĐK ổn định thủy lực: Vkb < V < Vkx  Vkx = K.Q0,1 (m/s) Q: lưu lượng thiết kế kênh (m3/s)  Vkl = C.R0,4 (m/s) R: Bán kính thủy lực ứng với Qtk (m) Quan hệ loại đất hệ số K Loại đất Hệ số K Đất cát pha 0,53 Đất sét pha nhẹ 0,57 K,C: hệ số phụ thuộc vào loại đất Đất sét pha vừa 0,62  Đất bột: C = 0,96 Đất sét pha nặng 0,68  Đất cát pha: C = 0,86 Đất sét 0,75 Đất sét nặng 0,85 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (6) Kích thước mặt cắt ngang (tt)  ĐK ổn định thủy lực: Vkb < V < Vkx Có thể tính Vkl cho phép phụ thuộc vào đặc trưng phù sa  Vkl = C1 R (m/s) C1: hệ số phụ thuộc vào đặc trưng phù sa lơ lửng Bảng tra hệ số C1 Đặc trưng phù sa Ths.NCS Lê Ngọc Anh 10 Hệ số C1 Hạt thô 0,53 Hạt vừa 0,57 Hạt mịn 0,62 Hạt mịn 0,68 10 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (7) Kích thước mặt cắt ngang (tt)  ĐK chống trượt mái Sơ chọn hệ số mái phụ thuộc vào loại đất sau: Loại đất Mái kênh tưới Mái kênh tiêu H < 1m H = 1÷2m H = 2÷3m Đá cuội đá sỏi lẫn cát 1,25 1,50 1,50 1,00 Đất sét, đất thịt pha sét nặng đất thịt pha sét vừa 1,00 1,00 1,25 1,00 Đất thịt pha sét nhẹ 1,25 1,25 1,50 1,25 Đất thịt pha cát 1,50 1,50 1,75 1,50 Đất cát 1,75 2,00 2,25 1,75 11 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 11 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (8) Kích thước mặt cắt ngang (tt)  ĐK chuyển nước: Tính tốn thủy lực xác định  (cách 2: theo điều kiện tối ưu thủy lực) - Xác định chiều sâu nước thiết kế kênh:  nQ h  1,189    m2  m   - Tính    i  tối ưu  2   m2  m  3/8 Q: lưu lượng thiết kế (m3/s) n: hệ số nhám lòng kênh m: hệ số mái kênh i: độ dốc đáy kênh - Tính b = β.h, chọn b theo điều kiện thi cơng - Tính lại giá trị h = b/β - Kiểm tra đk: Vkb < V < Vkx Vẽ mặt cắt dọc địa hình tuyến kênh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 12 12 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (9) Xác định đường mực nước thiết kế (MNTK)  Cao trình khống chế  Kênh tưới: =A +h+ i l + Ψ  Kênh tiêu: =A +h− i l − Ψ Trong đó: • : cao trình khống chế tưới/ tiêu tự chảy đầu kênh nhánh tính thượng lưu cống lấy nước (m) • A0: Cao trình mặt đất điểm cần dẫn tới (m) • h: độ sâu lớp nước mặt ruộng lớn theo công thức tưới tăng sản (m) • ∑ i l: tổng tổn thất dọc đường từ điểm A0 đến đầu kênh nhánh • ∑ Ψ: tổng tổn thất cục qua cơng trình mà kênh qua 13 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 13 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (10) Xác định đường mực nước thiết kế (MNTK) (tt) Tổn thất cục qua cơng trình lấy theo bảng sau: Loại kênh Kệnh Diện tích tưới (ha) Cống lấy nước 6670 ÷ 26680 0,10÷0,20 Cống điều tiết Cầu Xi máng phông Cầu đường công cộng 0,10 0,15 0,40 0,05 Kênh nhánh C1 667 ÷ 4002 0,10÷0,20 0,07 0,07 0,30 0,03 Kênh nhánh C2 200 ÷ 267 0,05÷0,15 0,05 0,05 0,20 0,00 Kênh nhánh C3 0,05  Cao trình mực nước thiết kế (MNTK) Dựa vào cao trình mực nước khống chế ( ) độ dốc đáy kênh itk để vẽ đường mực nước kênh cho đường mực nước phải bao hết cao trình Ths.NCS Lê Ngọc Anh 14 kênh cấp 14 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (11) Xác định cao trình đáy kênh  Cao trình đáy kênh: đ = −h Xác định đường mực nước ứng với lưu lượng nhỏ  Tính hmin theo Qmin (xem lại thủy lực: toán biết Q,b,m,n,I  xác định h)  Xác định đường mực nước ứng với hmin = đ +h Xác định đường mực nước ứng với lưu lượng lớn  Tính hmax theo Qmax (Có thể lấy Qmax = 1,3.Qtk)  Xác định đường mực nước ứng với hmax = đ +h 15 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 15 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (12) Xác định cao trình bờ kênh  Cao trình bờ kênh: = + ∆h ∆h: độ vượt cao an tồn lấy theo bảng sau: Lưu lượng m3/s Độ cao an toàn (m) 50 – 30 30 – 10 10 – 1,0 < 1,0 0,6 0,5 0,4 0,3 – 0,2 Chiều rộng bờ kênh (Bk) Cần xem xét yếu tố:  Ổn định lịng kênh  Theo yếu cầu giao thơng Khi khơng có u cầu giao thơng lấy Bk theo bảng sau: Q (m3/s) 50 – 30 30 – 10 Bk (m) 2,5 – 2,0 2,0 – 1,0 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 16 10 – 5–1 – 0,5 1,5 – 1,25 1,25 – 1,0 1,0 – 0,8 < 0,5 0,8 – 0,5 16 12/31/2019 6.2 Thiết kế mặt cắt ngang kênh (12) 10 Tính khối lượng đào đắp Sau có mặt cắt dọc ngang tiến hành phân đoạn tính tốn khối lượng  Nguyên tắc phân đoạn  Địa hình biến động nhiều chia đoạn ngắn  Địa hình biến động khơng nhiều chia đoạn dài 17 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 17 6.3 Bảo hộ kênh (1) Gia cố mái kênh Mục đích: Chống xói, chống thấm, giảm nhám, tăng ổn định Biện pháp:  Đá lát khan  Đá xây vữa  BT & BTCT: + Đổ chỗ + Tấm đúc sẵn Nguyên tắc chọn: Xuất phát từ đặc điểm địa chất, mục đích gia cố, ĐK vật liệu, ĐK thi công Ths.NCS Lê Ngọc Anh 18 18 12/31/2019 6.3 Bảo hộ kênh (2) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc  Mục đích:  Chống lũ quét từ sườn dốc làm hỏng kênh  Chống bùn cát, đá tuồn vào kênh  Biện pháp : – Cống luồn qua kênh:  Đ/K: Khi có lạch nhỏ cắt qua kênh  Nhược điểm: dễ bị bùn cát lấp đầy 19 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 19 6.3 Bảo hộ kênh (3) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc (tt) Sơ đồ bố trí cống luồn (1) kênh dẫn nước, (2) cống luồn, (3) nơi tập trung nước Ths.NCS Lê Ngọc Anh 20 20 10 12/31/2019 6.3 Bảo hộ kênh (4) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc (tt)  Biện pháp (tt) : – Hệ thống tràn bên kênh (tràn vào + tràn ra): C¾t däc  Đ/K: Khi sườn khơng dốc  Nhược điểm: • Chiều dài tràn thường phải ln bo v tn kộm Mặt ã Vn có khả bùn cát kéo vào kênh 21 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 21 6.3 Bảo hộ kênh (5) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc (tt)  Biện pháp (tt) : – Hệ thống tràn băng qua kênh  Đ/K: Khi lũ sườn dốc lớn, nhiều bùn cát, sỏi  Nhược điểm: • Tràn thường phải rộng, khối lượng lớn  Ghi chú: Có thể kết hợp cầu giao thông qua kênh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 22 Sơ đồ bố trí tràn băng (1) kênh dẫn (2) tràn (3) tiêu sau tràn 22 11 12/31/2019 6.3 Bảo hộ kênh (6) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc (tt)  Biện pháp (tt) : – Tràn cống tháo cuối kênh  Mục đích: Bảo vệ chống nước tràn bờ kênh  Bố trí: • Kênh lớn: cống tháo • Kênh nhỏ: tràn tự động 23 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 23 6.3 Bảo hộ kênh (7) Các biện pháp bảo vệ kênh sườn dốc (tt) – Kênh sườn dốc  Bố trí: chạy song song với kênh  Đặc điểm: thường có mặt cắt lớn, tốn Ths.NCS Lê Ngọc Anh 24 24 12 12/31/2019 25 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 25 26 13 26 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (1) I Cống  Bố trí :  Vị trí đặt:  Trên kênh, đầu kênh nhánh để điều tiết Q, H  Tại chỗ kênh cắt đường giao thơng, chướng ngại …  Hình thức: Cống lộ thiên Cống điều tiết; 2, Cống lấy nước Ths.NCS Lê Ngọc Anh 27 27 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (2) I Cống Ths.NCS Lê Ngọc Anh 28 28 14 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (3) I Cống Cống có nắp  Kết cấu số loại cống:  Các phận:  Tường bên: xây gạch, đá, bê tông  Bản đáy: xây liền tách rời tường bên  Nắp đậy: bê tông BTCT 29 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 29 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (4) Cống vòm  Trường hợp sử dụng: diện cống tương đối lớn  Vật liệu xây dựng: gạch, đá xây, BT, BTCT  Hình thức mặt cắt: Vòm thấp, vòm vừa, vòm cao b) c) f a) L/2 L L Ths.NCS Lê Ngọc Anh 30 30 15 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số công trình kênh (5) II Cầu máng  Trường hợp sử dụng  Khi kênh vượt qua thung lũng, khe lạch có bờ dốc, khơng sâu  Khi vượt qua sông, kênh khác mà mực nước max sông, kênh khác < đáy kênh  Kênh qua vùng thấm mạnh a) b) 31 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 31 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (6) II Cầu máng  Một số đặc điểm  Chế độ thủy lực: thuận, tổn thất cột nước nhỏ  Cơng trình hở: Xây dựng quản lý thuận lợi ( trừ trường hợp vượt qua thung lũng rộng sâu)  Bố trí cầu máng z Cửa vào, cửa ra: có tường cánh nối tiếp với kênh thượng, hạ lưu Cửa vào, cửa cầu máng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 32 32 16 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (7) II Cầu máng Thân máng (máng chuyển nước + phận trụ đỡ) a) Máng chuyển nước: Máng BTCT: thường có m/c chữ nhật Máng mỏng XM lưới thép: thường có m/c chữ U b) Bộ phận đỡ: Nhiệm vụ: đỡ toàn thân máng + nước + tải trọng  Máng ngắn: gối tự lên bờ Máng dài: dùng nhiều trụ trung gian  sơ đồ: - Dầm liên tục i i ii ii - Dầm công xôn kép iii - iii i-i iii iii h D a l a ii - ii 33 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 33 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (8) II Cầu máng Máng qua suối sâu, không rộng: giá đỡ kiểu vòm: - Máng tựa lên vòm - Máng treo lên vòm a) Ths.NCS Lê Ngọc Anh 34 b) 34 17 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (9) II Cầu máng P3 Bố trí hạ thấp cửa máng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 35 35 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (10) II Cầu máng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 36 36 18 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số công trình kênh (11) II Cầu máng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 37 37 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (12) II Cầu máng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 38 38 19 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số công trình kênh (13) III Xi phơng ngược – Điều kiện sử dụng:  Khi kênh gặp sông, suối, kênh khác  Khi mực nước sông, suối > đáy kênh dẫn  phải làm xi phông ngược  Các trường hợp khác: So sánh kinh tế cầu máng & XP ngược – Cách bố trí: gồm cửa vào, thân ống, cửa 39 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 39 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (14) III Xi phông ngược Các loại xi phông ngược a) loại giếng; b) loại ống nghiêng Ths.NCS Lê Ngọc Anh 40 40 20 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (14) III Xi phơng ngược Ths.NCS Lê Ngọc Anh 41 41 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (14) IV Dốc nước bậc nước – Điều kiện bố trí : Khi địa hình hạ thấp nhanh (độ dốc địa hình lớn)  Làm dốc nước, bậc nước So sánh: • Về thủy lực: bậc nước làm việc an tồn • Về khối lượng cơng trình: dốc nước tốn – Bố trí cửa vào dốc, bậc: Nguyên tắc: Cửa có khả tự động điều tiết Biện pháp: tùy thuộc quy mô kênh + Cửa tự động điều tiết: dùng kênh lớn + Cửa điều tiết phần:  Cửa khuyết chữ nhật  Cửa khuyết chữ nhật có ngưỡng  Cửa khuyết chữ nhật có ngưỡng gián đoạn Ths.NCS Lê Ngọc Anh 42 42 21 12/31/2019 6.4 Giới thiệu số cơng trình kênh (14) IV Dốc nước bậc nước h Cửa hình thang (liên tục không liên tục), sử dụng nhiều b 1:m 1:m 4:m b/4 b/4 b/4 4:m b b/4 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 43 43 Bài tập áp dụng Cho lưu lượng thiết kế Qtk = 3,2 m3/s; hệ số mái kênh m = 1,5; hệ số nhám n = 0,025; độ dốc kênh i = 0,0005  Xác định kích thước mặt cắt ngang kênh b,h?  Cho cao trình đáy kênh Zđk = 1,0m; cao trình mặt đất tự nhiên Ztn = +2,0m, cao trình bờ kênh Zbk = +3,0m; bề rộng bờ kênh bbk = 3,0m; hệ số mái ngồi kênh m’ = 1,5 Kênh có chiều lài L = 1000m với mặt cắt ngang không đổi Tính khối lượng đào đắp kênh? Ths.NCS Lê Ngọc Anh 44 44 22