Hỡnh 4 - 1: Vị trớ tuyến cụng trỡnh
Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu tài liệu, đi thực địa, phõn tớch, trong phạm vi bỏo cỏo của đề tài này nhúm nghiờn cứu đề xuất việc bố trớ xõy dựng cụng trỡnh trong vựng tuyến thuộc địa phận thủ đụ Hà Nội. Đõy là vựng tuyến đặc biệt quan trọng trong việc phỏp triển kinh tế của thủ đụ Hà nội núi riờng và của cả vựng đồng bằng Bắc Bộ núi chung.
- Tuyến số 1: Nằm ở phớa hạ lưu cảng Khuyến Lương - Tuyến số 2: Nằm ở hạ lưu cống Xuõn Quan
- Tuyến số 3: Ở sỏt phớa thượng lưu cảng Khuyến Lương
* Tuyến số 1: Là tuyến nằm trờn gần trục đường vành đai 4 trong quy hoạch dự kiến (của Ban chỉ đạo quy hoạch và đầu tư xõy dựng cụng trỡnh vựng Hà Nội). Phớa bờn bờ phải thuộc địa phận xó Yờn Mỹ huyện Thanh Trỡ – Hà Nội, ở dưới cửa ra của
60
trạm bơm Yờn sở khoảng 1km, bờn kia sụng là một khu bói bồi gần thị trấn Văn Giang (tỉnh Hưng Yờn). Vị trớ đập ngăn sụng dự kiến nằm trờn đoạn khủy sụng cú bói bồi cao và rộng, nằm cỏch bến phà Khuyến Lương về phớa hạ lưu khoảng 2,5km; bề rộng lũng sụng tại vị trớ tuyến khi cạn hiện nay khoảng 700m, đoạn eo sụng rộng khoảng 900m.
* Ưu điểm:
- Vị trớ cụng trỡnh nằm ở phần cuối của dự ỏn quy hoạch Sụng Hồng (đoạn qua Hà Nội) gần với thị trấn Văn Giang của tỉnh Hưng Yờn. Phớa trờn và phớa dưới cụng trỡnh làm hai cảng đúng tàu, dịch vụ thương mại thuận lợi, vị trớ làm cảng phớa đầu õu thuyền và sau õu thuyền tương đối rộng tói, thuận tiện cho phương tiện giao thụng thủy qua lại.
- Kết hợp với giao thụng bộ là trựng hợp với đường giao thụng đó cú dự định trờn cơ sở quy hoạch (là tuyến đường vành đai 4).Tuy nhiờn nếu chọn xõy dựng cụng trỡnh tại vị trớ này thỡ chiều dài nhịp cầu nối tiếp với hai bờn bờ sẽ rất lớn.
- Đặt vị trớ õu thuyền bờn phớa Văn Giang, khu vực này nằm trờn bói cạn, điều kiện thi cụng tương đối dễ dàng, cú thể thi cụng độc lập. Sau khi thi cụng xong đào và thỏo nước Sụng Hồng qua Âu thuyền, tiến hành xõy dựng đập ngăn sụng, dự kiến trong 1 mựa khụ là thi cụng xong cụng trỡnh, quy trỡnh thi cụng khỏ đơn giản.
* Nhược điểm:
- Tại vị trớ này dũng sụng bị uốn cong, gấp khỳc, việc xử lý cỏc vấn đề về thủy lực, lưu vực dũng chảy, đặc biệt là dũng chảy đỏy qua õu thuyền và qua lũng cụng trỡnh sẽ rất phức tạp. Đồng thời việc nghiờn cứu chống xúi lở hai bờn bờ hạ lưu phải được tiến hành bằng cỏc mụ hỡnh thớ nghiệm thủy lực nờn sẽ khú khăn hơn.
- Vị trớ đập dự kiến nằm dưới cửa xả nước của trạm bơm Yờn Sở, nờn sau khi cú cụng trỡnh thỡ toàn bộ nước thải của khu vực Hà Nội sẽ xả ra hồ và đõy là một điều bất lợi.
* Tuyến số 2: Tuyến cụng trỡnh nằm ở vị trớ Km70.00 đờ Sụng Hồng, thuộc địa phận xó Xuõn Quan, huyện Chõu Giang, tỉnh Hưng Yờn. Nhiệm vụ nghiờn cứu là nhằm tỡm ra giải phỏp dõng nước Sụng Hồng vào cống Xuõn Quan, lấy nước và phục vụ tưới tiờu theo thiết kế cống Xuõn Quan phải lấy được 75m3/s. Tuy nhiờn
61
với mực nước ngày càng cạn kiệt như hiện nay trờn Sụng Hồng thỡ chỉ lấy được khoảng 40-:-60m3/s, diện tớch tưới tự chảy chỉ đạt 70-:-80%.
* Ưu điểm:
- Mặt cắt ngang sụng ngắn (khoảng 450m), cụng trỡnh đập dõng để đảm bảo chiều sõu cột nước vào cống Xuõn Quan đạt 2m cú cao trỡnh đập là thấp nhất. Kết cấu đập đơn giản, việc thi cụng tương đối nhanh và thỏa món được việc dõng đầu nước phục vụ tưới tiờu trong thời gian sớm nhất.
- Âu thuyền và đập ngăn sụng đều cấu tạo từ dạng xà lan phao, chế tạo tại hố đỳc sau đú di chuyển đến vị trớ tuyến cụng trỡnh để đỏnh đắm và hoàn thiện. Âu thuyền được đặt cố định tại cụng trỡnh cũn cỏc phao đập cú thể thỏo dỡ trước mựa lũ hoặc đặt cố định tại vị trớ cụng trỡnh. Việc thoỏt lũ qua cả lũng sụng tự nhiờn và õu thuyền là đảm bảo và thuận dũng.
* Nhược điểm:
- Lũng sụng tại vị trớ này là hẹp nhất (lỳc cạn bề rộng khoảng 400m), dũng chảy xiết, vận tốc dũng chảy lớn hơn. Trong mựa khụ, mặc dự nước trờn hệ thống sụng Hồng cạn kiệt nhưng tại vị trớ này nước vẫn sõu, việc xử lý thủy lực cho cả mựa khụ và mựa lũ vẫn khú khăn. Hiện tại vị trớ này chưa khảo sỏt được một cỏch đầy đủ. - Tuyến này khụng kết hợp được với hệ thống giao thụng trong quy hoạch chung của thành phố hà Nội.
* Tuyến số 3: Vị trớ tuyến nằm ngay phớa trờn của cảng Khuyến Lương, đối diện bờn kia sụng là bến đũ Văn Đức (Hưng Yờn), hiện trạng giao thụng đó cú đường nối tiếp ra đường quốc lộ 5.
Tuyến này nằm giữa tuyến số I, và tuyến số II, vị trớ tuyến cỏch cửa cống Xuõn Quan khoảng 2,5km. Cỏch tuyến số II núi trờn khoảng 2km về phớa thượng lưu và cỏch tuyến số I khoảng 900m về phớa hạ lưu. Lũng sụng tại vị trớ này rộng khoảng 400m (lỳc cạn nhất). Phạm vi từ mộp sụng vào đến bờ hai bờn cũn khỏ rộng, cú đường giao thụng lớn (đường bờ tụng) nối từ bến đũ hai bờn ra cỏc đường trục chớnh.
* Ưu điểm:
- Xõy dựng cụng trỡnh tại vị trớ này thỡ về kết cấu tương tự như xõy dựng tại tuyến số II đó được nghiờn cứu nhưng bề rộng lũng sụng lớn hơn bề rộng sụng tại vị trớ
62
tuyến số II. Âu thuyền được xõy dựng trước tại vị trớ bờ trỏi và dự kiến thi cụng trong khung võy cọc vỏn thộp, khi xõy xong cú thể thoỏt lũ qua cả õu thuyền và lũng sụng tự nhiờn. Đập dõng nước cú kết cấu tương tự như tuyến số II và đó được nghiờn cứu, đảm bảo xõy dựng trong một mựa khụ là kết thỳc. Đõy là đoạn sụng thẳng, bề rộng phự hợp nờn chế độ thủy lực dũng chảy thuận lợi hơn so với tuyến số I và tuyến số II.
- Tuyến đập nằm trờn cửa xả của hệ thống trạm bơm Yờn Sở nờn sau khi hỡnh thành, hồ sẽ đảm bảo chỉ cúnước sạch.
- Thuận lợi cho việc kết hợp xõy dựng đập ngăn sụng với việc xõy dựng tuyến cầu giao thụng nối giữa phà Khuyến Lương và bến phà Văn Đức (như trong dự ỏn giao thụng vành đai 4 mà quy hoạch chung mà thành phố Hà Nội đó đưa ra).
- Thi cụng ngay trờn dũng sụng chớnh nờn khụng phải di dời, tỏi định cư, giảm thiểu việc đền bự giải phúng mặt bằng khi xõy dựng cụng trỡnh.
Qua phõn tớch ưu nhược điểm của cỏc phương ỏn trong vựng tuyến nhận thấy vị trớ tuyến cụng trỡnh số 3 trờn sụng Hồng cỏch cửa cống Xuõn Quan khoảng 2,5km về phớa hạ lưu và vị trớ tuyến cụng trỡnh ở hạ lưu cống Long Tửu trờn sụng Đuống là cỏc vị trớ hợp lý và đỏp ứng được nhiều cỏc mục tiờu đặt ra nhất. Đề xuất nghiờn cứu và tớnh toỏn tổ hợp cụng trỡnh cho cỏc vị trớ tuyến núi trờn.
4.1.2. Nhiệm vụ chớnh cụng trỡnh Khuyến Lương.
+ Dõng mực nước Sụng Hồng phục vụ cho cỏc nhu cầu phỏt triển kinh tế xó hội bao gồm: nụng nghiệp, sinh hoạt, cụng nghiệp của thủ đụ Hà Nội và cỏc vựng phụ cận, bổ sung nguồn nước ngầm,đảm bảo cấp nước tự chảy vào cỏc hệ thống cụng trỡnh lấy nước của đập điều tiết: Xuõn quan,Liờn mạc,và cỏc trạm bơm phớa thượng lưu. + Cụng trỡnh ngăn nước khụng ảnh hưởng đến khả năng thoỏt lũ của sụng Hồng trong mựa lũ.
+ Giữ mực nước ổn định trong sụng Hồng ở mức cần thiết nhằm đảm bảo đầu nước và nguồn nước cho cỏc sụng và cỏc kờnh trục chớnh của hệ thống thủy lợi trong vựng, cải tạo dũng chảy làm sạch mụi trường nước trong cỏc kờnh rạch đụ thị và cỏc sụng nhỏnh vựng thủ đụ.Đảm bảo duy trỡ dũng chảy mụi trường cho vựng hạ du sau khi xõy dựng cụng trỡnh.
63
+ Tăng năng lực vận tải thủy của sụng Hồng đoạn qua Hà Nội, đảm bảo giao thụng thủy trờn Sụng Hồng được liờn tục và hiện đại, khụng hạn chế thuyền bố qua lại trong cả năm.
+ Tạo cảnh quan mụi trường và phỏt triển du lịch.
4.2. Bố trớ tớnh toỏn cửa van phao chữ nhõn.4.2.1. Thụng số tớnh toỏn thiết kế. 4.2.1. Thụng số tớnh toỏn thiết kế.
Bảng 4 - 1: Tổ hợp mực nước tớnh toỏn và kiểm tra
TT Thụng số Đơn vị Tổ hợp TT 1 Zngưỡng m -4,00 2 Zcv m 3,00 3 Zmang cống m 4,00 4 Zthượng lưu m +3,50 5 Zhạ lưu m +2,00 6 ∆H m 1,50
4.2.2.Mặt bằng bố trớ tổng thể cửa van phao chữ nhõn.
64
Hỡnh 4 - 3: Mặt cắt A - A
4.3. Xỏc định thụng số cơ bản cửa van phao chữ nhõn4.3.1.Xỏc định cửa van phao theo điều kiện ổn định 4.3.1.Xỏc định cửa van phao theo điều kiện ổn định
Chiều cao cửa van phao chữ nhõn được xỏc định theo yờu cầu điều tiết:
3 ( 4) 7( )(4.1)
cv ng
H =Z −Z = − − = m
Theo cụng thức Laupman( giỏo trỡnh thủy cụng) ta cú:
0
. . ( )(4.2)
G=g H L N
Trong đú:
g-trọng lượng trung bỡnh 1m2 cửa van
(3 2 ) 2 0 0 640 . 1 (N/ m )(4.3) g= H l − Cụng thức (4.3) dựng trong trường hợp 2 0 0 100≤h.l ≤2500 Chọn 2 0.0 370 h l = Ta cú: (3 2 ) (3 ) 2 0 0 640 . 1 640. 350 1 78293, 3(N/ m ) g= H l − = − = (4.4) Ta cú lực đẩy nổi 0 Wdn =γn. .(B H −ho).L (4.5) Trong đú:
B- Chiều dày cửa van (m). H- Chiều cao cửa van (m).
h0- Chiều cao phần nước nổi trờn mặt thoỏng (ho=2,8-2,5m).
n
γ - Trọng lượng riờng của nước
65 4 0 0 0 0 109610666, W ( ).L ( ).L 10 .(7 2, 5).20 7 1 0 2,17( ) dn G B H h H h m = = = = − − − Chọn B= 12 (m)
4.3.2.Điềukiện ổn định nổi của cửa van
Để đảm bảo cửa van khụng bị lật ngay khi nổi thỡ nú phải đảm bảo ổn định ở trạng thỏi tĩnh. Điều này phụ thuộc vào vị trớ tương đối của trọng tõm và tõm nổi tức là phụ thuộc vào kết cấu của cửa van.
Điều kiện đảm bảo cho cửa van khi nổi ổn định trờn mặt nước là tõm nổi của phần chỡm và trọng tõm của cửa van nằm trờn cựng đường thẳng vuụng gúc mặt thoỏng.
Trọng tõm của cửa van:
Để cửa van nổi đều trờn mặt thoỏng thỡ kết cấu cửa van phải thoả món phương trỡnh sau: 1 .X 0 i n i i g = = ∑ (4.6) 1 .Y 0 n i i i g = = ∑ (4.7)
gi: Trọng lượng của kết cấu thứ i, hoặc tải trọng thứ i
Xi, Yi: khoảng cỏch từ trọng tõm kết cấu thứ i hoặc tải trọng thứ i đến trục OX, OY.
Khi cửa van thoả món điều kiện (4-6), (4-7) thỡ toạ độ trọng tõm XG=0, YG=0
66
G: Trọng tõm của cửa van
1 1 .Y (4.8) n i i i G n i g OG Y g = = =∑ ∑
Tõm nổi của phần chỡm cửa van là trọng tõm của phần chỡm cửa van, đối với cửa van đối xứng thỡ toạ độ tõm nổi là :
XB=0; YB=0; ZB=hn/2. (4.9)
Trong đú:hn là độ sõu chỡm tớnh toỏn của cửa van
Tõm ổn định M: được xỏc định trong trường hợp cửa van bị nghiờng với gúc nghiờng hết sức nhỏ, là điểm cắt giữa hướng tỏc động của lực nổi và trục đối xứng của cửa van.
Bỏn kớnh tõm ổn định: là khoảng cỏch giữa tõm nổi B và tõm ổn định M. Khi cửa van nghiờng với gúc nghiờng nhỏ thỡ tõm nổi di chuyển theo cung gần như cung trũn với bỏn kớnh MB cũn tõm là M. Khi cửa van nghiờng với gúc nghiờng lớn điều trờn khụng cũn đỳng nữa. Tõm B lỳc đú dịch chuyển theo quĩ đạo giả elip, cũn M luụn nằm trờn đường cong ngược với đường cong B vẽ.
Khi cửa van nghiờng gúc φ nhỏ thỡ tan φ~φ
2 . 0, 5 .( 0, 5 ). . 3 2 (4.10) . n B n L L L h L Y h L φ φ − + = 2 2 . 0, 5 .( 0, 5 ). . 1 3 2 1 (4.11) 2 . 12 n n n L L L h L L L BB h L h φ φ φ − + = − = 2 1 1 (4.12) 12 n BB L MB h φ = = 2 1 (4.13) 12 2 n M B n h L Y Y MB h = + = +
Trong đú: hn là độ sõu chỡm tỡnh toỏn của cửa van (hn=4,5m) L bề rộng của cửa van (L=12m)
ϕ gúc nghiờng của cửa van khi bị nghiờng H chiều cao cửa van ( H=7 m)
67 Ta cú: 2 2 1 1 12 4, 5 . 0, 42( ) 12 2 12 4, 5 2 n M B n h L Y Y MB m h = + = + = − = 2 2 1 1 1 12 . 2, 67( ) 12 n 12 4.5 BB L MB m h φ = = = = 4, 5 2, 25( ) 2 2 n B h Y = − = − = − m
Chiều cao tõm ổn định khi hn<Hcv Diễn biến ổn định:
Do YM>YG>YB thỡ cửa van ở trạng thỏi ổn định. Khi làm nổi nếu cửa van nghiờng gúc ϕ, tõm nổi di chuyển từ B đến B1, lực nổi W đi qua tõm nổi B1 và hướng lờn, trọng lượng cửa van đi qua G và hướng xuống, hai lực này song song ngược chiều nhau và cú giỏ trị tuyệt đối bằng nhau, tạo ra momen phục hồi (Mph) đưa xà lanvề lại vị trớ cõn bằng.
Mph= ΣG.GM.sinφ = ΣG.GM.φ=10961,07.1,42.1,427=22210,85(Tm). GM: khoảng cỏch từ trọng tõm đến tõm ổn định.
4.3.3.Điều kiện ổn định chỡm của cửa van
Điều kiện vật chỡm khi G>P
Trong đú: G trọng lượng của cửa van G=10961,07 (T) P Lực đẩy nổi P=10800 (T) Vậy thỏa món điều kiện chỡm
4.3.4.Tớnh toỏn lực đúng mở cửa van.
Lực đúng mở cửa van phao chữ nhõn được xỏc định theo cụng thức sau đõy:
M T
l
= (T)
Trong đú:
T: Lực kộo,đẩy cần thiết để mở,đúng cửa (T) M: Mụ men cản tớnh toỏn khi đúng mở cửa (Tm). l: Cỏnh tay đũn từ điểm kộo đến tõm quay (m)
68
Hỡnh 4 - 5: Sơ đồ lực đúng mở cửa van
Trị số mụ men cản tớnh toỏn M được xỏc định theo cụng thức:
M=M1 + M2 + M3 + M4=675+5,67+10,79+18800=19491,46(Tm) Trong đú:
M1-Mụ men do ỏp lực của cột nước thủy tĩnh chờnh lệch lỳc mở cửa
1 0, 5. . .Hc n 0, 5.1, 5.200.4, 5 675(Tm)
M = ∆h l = =
h
∆ - Cột nước thủy tĩnh chờnh lệch lỳc mở cửa lc-Chiều dài tớnh toỏn của cửa
Hn-Chiều cao của cửa ngõm trong nước(m)
M2-Mụ men quỏn tớnh của khối nước do sự di chuyển của cỏnh cửa van tạo ra
2 2 2 2
2 0,15. n. .c bq 0,15.4, 5.200 .0, 0145 5, 67(Tm)
M = H l V = =
bq
V
- Vận tốc bỡnh quõn của cửa khi di chuyển (m/s)
0 . 0, 348.200 0, 0145(m/ s) 2. 2.2400 c bq l V t ϕ = = =
ϕ-Gúc quay của cửa(radian) t0-Thời gian mở cửa (s)
Hn- Chiều cao của cửa ngõm trong nước