2.3.1. Cửa van kộo đứng (cửa van phẳng)
Cửa van phẳng là dạng kết cấu cửa van khi làm việc được nõng lờn hạ xuống theo phương thẳng đứng. Loại cửa van này khi ngăn nước cửa hạ xuống và kộo lờn cao phớa trờn khụng khi khụng ngăn nước.
Dạng kết cấu cửa này được ỏp dụng ở một số cụng trỡnh trờn thế giới:
Bảng 2 - 1: Cửa van kộo đứng một số cụng trỡnh trờn thế giới
Tờn cụng trỡnh Bề rộng khoang cửa (m) Chiều cao cửa (m) Mực nước trước cửa (m) Chờnh lệch cột nước (m) Ghi chỳ Cống ngăn lũ Ravenswaay, Hà lan 80 11,6 7,4 4,5 01 cửa kộo đứng và õu tàu Cống ngăn triều Krimpen, Hà lan 80 11,5 6,5 5,0 2 cửa kộo đứng trờn cựng 1 cửa và õu tàu Cống ngăn triều Hartelkanaal, Hà lan 98,0 ; 48,3 9,5 6,5 4,8 02 cửa kộo đứng và õu tàu
31
Cụng trỡnh đập Hartel Canal:Cụng trỡnh được xõy dựng với quy mụ gồm 02 cửa vang nõng thẳng đứng cú hỡnh dạng thấu kớnh. Cửa van được thiết kế với kớch thước bề rộng nhịp là 98m và 49,3m, chiều cao c1ửa 9,3m. Hệ thống cửa được thiết kế cú nhiệm vụ ngăn giữ nước, cửa khụng đúng hoàn toàn và khi cú lũ nước cú thể chảy tràn qua cửa van.
Hỡnh 2 - 11: (Spijkenisse, Netherlands, 1996)
Cụng trỡnh Ravenswaay: Được xõy dựng trờn kờnh giao thụng thủy nội địa nối giữa sụng Rhine và sụng Waal. Cụng trỡnh bảo vệ cho khu vực trũng khụng bị ngập lụt trong thời kỳ nước sụng lớn. Kết cấu cửa van bao gồm hệ dầm dàn hỡnh cung; cỏc tấm thộp mặt được đỡ bởi hệ thống dầm thẳng đứng liờn kết với hệ dầm dàn. Cửa van được đúng mở bởi tời điện với sự hỗ trợ của đối trọng. Truyền lực ộpcủa nước qua cỏc bỏnh xe dẫn hướng trong khi kộo cửa. Khi khụng sử dụng cửa van được kộo lờn tạo ra tĩnh khụng 10m trờn mực nước dõng bỡnh thường. Cửa van được đúng xuống khi lũ lớn xảy ra. Âu tàu bờn cạnh cửa ngăn lũ cho phộp tàu thuyền qua lại khi đúng cửa cống.
32
Hỡnh 2 - 12: Cửa van 80m tại Cụng trỡnh ngăn triều Ravenswaay
Cụng trỡnh ngăn súng biển KRIMPEN, Hà Lan.
Hỡnh 2 - 13: Cụng trỡnh ngăn triều Krimpen và Bố trớ cửa van 80m
Cụng trỡnh được xõy dựng trờn sụng Hollandsche Ijssel, chỗ giao giữa sụng này và sụng Rhine, cỏch Biển bắc khỏang 30km. Tổ hợp cụng trỡnh Krimpen là một phần của hệ thống cụng trỡnh bảo vệ bờ biển của Hà lan. Với lý do an tũan người ta đó lắp đặt 2 cửa van trờn cựng một cửa tạo nờn rào chắn kộp. Cỏc cửa này tương tự như cửa van tại cụng trỡnh Ravenswaay, đúng khi cú dự bỏo nước dõng do bóo biển. Âu tàu biển được xõy dựng bờn cạnh cống ngăn triều.
33
2.3.2. Cửa van FLAP (cửa van CLAPE)
Cửa van lưỡi gà là loại cửa cú hệ thống khớp bản lề bố trớ dọc theo cỏnh cửa và cỏc khớp bản lề được gắn lờn ngưỡng cửa. Khi khụng ngăn giữ nước cửa van nằm chỡm sỏt đỏy, khi cần ngăn nước (chặn dũng chảy) cỏnh cửa quay lờn quanh cối bản lề.
Bảng 2 - 2: Dạng kết cấu cửa van này được ỏp dụng ở một số cụng trỡnh trờn thế giới: Tờn cụng trỡnh Bề rộng cửa (m) Chiều cao cửa (m) Chiều sõu nước bỡnh thường (m) Chờnh lệch cột nước (m) Ghi chỳ
Cửa ngăn triều Niewe Waterweg (chưa xõy dựng)
360 22,5 17,0 3,4 7 caisson, mỗi cỏi lắp 2 cửa sập bơm khớ rộng 25,7m Cửa ngăn triều
Niewe Waterweg (chưa xõy dựng)
360 22,5 17,0 3,4 3 caisson mỗi cỏi gắn 8 cửa silanh thủy lực rộng 15m Ngăn triều Venice
(chưa xõy dựng) Tổng chiều rộng 1050m, 400m luồng sõu Chiều cao lớn nhất là 21,15m 15,0 3,0-3,5 Bao gồm cỏc caisson bằng BTCT, mỗi cỏi gắn 3-4 cửa sập 20m Cụng trỡnh ngăn bóo biển Stamford
27,4 10,7 5,5 5,2 Cửa sập, silanh thủy lực.
34
Cụng trỡnh ngăn triều NIEUWE WATERWEG, HÀ LAN.
Cụng trỡnh ngăn triều Nieuw waterweg dự kiến xõy dựng tại nhỏnh hạ du sụng Rhine và kờnh vận tải biển tới cảng Rotterdam, hỡnh thành liờn kết cuối cựng của hệ thống đờ biển của Hà lan. Trong giai đọan tiền thiết kế, cỏc nhà thầu được yờu cầu trỡnh bản đề xuất cho thiết kế và xõy dựng cụng trỡnh ngăn triều như là một thiết kế cơ sở cho dự ỏn đầu tư. Khởi điểm là cỏc yờu cầu cơ bản như: bề rộng nhỏ nhất cho dũng chảy và giao thụng thủy là 360m, ngưỡng ở cao trỡnh -17m, khụng giới hạn tĩnh khụng khi thụng tàu thuyền. Một số đề xuất đó được trỡnh trong đú cú hai bản thiết kế ỏp dụng cửa sập.
Cửa sập phương ỏn A:
Phương ỏn này người ta dự kiến ỏp dụng lọai cửa sập cú bơm hơi (pneumatic flap gate). Cống ngăn triều gồm 7 caisson bờ tụng cốt thộp, mỗi caisson gắn 2 cửa sập với thụng thủy là 25,7m, chiều cao lớn nhất 22,5m. Khi khụng sử dụng, cỏc cửa này nằm tại buồng chứa cửa dưới đỏy cụng trỡnh. Cỏc khoang rỗng của cửa được bơm đầy nước. Trong trường hợp dự bỏo cú bóo biển và nước dõng, khụng khớ được bơm vào cỏc khoang trống của cửa, nước bị đẩy ra, làm cho cửa bị nõng lờn. Tải trọng truyền lờn trục giữ cửa dưới múng cụng trỡnh. Vỡ cũn một phần dũng chảy cú thể qua đỏy cửa vannờn cửa sập này chỉ mang chức năng chiết giảm ảnh hưởng của bóo biển và làm giảm súng truyền vào. Mỗi cửa cú thể đưa đi sửa chữa hay bảo dưỡng bằng cỏc phao nổi đặc biệt.
Hỡnh 2 - 14: Cửa sập phương ỏn A, đề xuất tại cụng trỡnh ngăn triều Nieuwe Waterweg
35
Cửa sập phương ỏn B:
Cỏc cửa sập trong phương ỏn này được điều khiển bằng cỏc silanh thủy lực. Cống trỡnh ngăn triều bao gồm 3 caisson BTCT, mỗi caisson gắn 8 cửa sập kớch thước 15m. Mỗi cửa được điều khiển bằng một cặp silanh riờng biệt, chỳng được bố trớ dưới đỏy buồng chứa cửa, nằm đỏy cụng trỡnh. Cỏc silanh kiểm súat vị trớ cửa van đồng thời cũng cú thể ỏp dụng để xả một lưu lượng mong muốn ra biển. Áp lực nước được truyền tới dầm đỏy cửa, qua silanh, chốt giữ và xuống múng cụng trỡnh. Tại vị trớ mở cửa, tũan bộ cửa sập nằm gọn trong buồng chứa cửa dưới đỏy cụng trỡnh.
Hỡnh 2 - 15: Cửa sập phương ỏn B, đề xuất tại cụng trỡnh ngăn triều Nieuwe waterweg
Cụng trỡnh ngăn triều VENICE, ITALY:
Cụng trỡnh ngăn triều dự kiến xõy dựng tại 3 cửa vào của đầm phỏ (lagoon) Venice; cụng trỡnh này được thiết kế nhằm bảo vệ thành phố Venice trỏng ngập của súng lừng do giú từ biển. Cụng trỡnh bao gồm cỏc cửa sập kiểu bơm khớ (pneumatic) rộng 20m, chiều cao lớn nhất 21,15m gắn trờn cỏc caisson BTCT. Ngay tại đỏy cỏc caisson được bảo vệ bằng đỏ đổ. Khi cỏc cửa dõng lờn chỉ khe nhỏ bờn cửa và đỏy cửa cú thể rũ nước. Cửa van đó được nghiờn cứu một cỏch tổng quỏt, đặc biệt cả sự cộng hưởng của cỏc cửa khi xoay tự do dưới tỏc động của súng biển, xúi đỏy, bồi lấp buồng chứa cửa van và cả việc thổi rửa làm sạch cỏc buồng chứa cửa van dưới nước.
36
Hỡnh 2 - 16: Cửa sập đề xuất tại cụng trỡnh ngăn triều Venice
Cụng trỡnh ngăn bóo biễn tại BIỂN TẠI STAMFORD, CONNECTICUT, USA
Kờnh rộng 27,4m được lắp đặt cửa sập cao 10,7m. Cỏc cửa này nằm tại buồng chứa cửa van đỏy kờnh và được dõng lờn đúng cửa. Cửa van được đúng mở bằng silanh thủy lực và cú thể vận hành trong vũng 20 phỳt.
Hỡnh 2 - 17: Cửa sập xõy dựng tại Stamford, USA
Cụng trỡnh đập Bremen Weser:
Cụng trỡnh xõy dựng với 05 cửa van FLAP, mỗi cửa van cú khẩu độ là 31m, cửa ngăn nước với chiều cao cột nước 3,8m. Hệ thống cửa van trong cụng trỡnh được xõy dựng nhằm mục đớch phũng chống lũ và đảm bảo lưu thụng giao thụng thuỷ. Khi cụng trỡnh thực hiện nhiệm vụ ngăn nước cửa van quay lờn, khi cụng trỡnh mởđể thỏo nước cửa van quay xuống và nằm sỏt đỏy sụng.
37
Hỡnh 2 - 18: Bremen, Germany, 1993
Cụng trỡnh đập Sinnissippi:
Cụng trỡnh xõy dựng với hệ thống cửa van gồm 03 cửa van cú nhịp rộng 16m và 04 cửa van cú nhịp rộng 32m. Kết cấu cửa van thuộc dạng cửa van phẳng cú cối bản lề và được vận hành bằng khớ nộn. Cụng trỡnh được xõy dựng với nhiệm vụ là phũng chống lũ, phỏt điện và đảm giao thụng vận tải thủy.
38
2.3.3.Cửa van bằng cao su
Đõy là hệ thống cửa van cú thể thay đổi hỡnh dỏng kớch thước, kết cấu cửa bao gồm cỏc khối tỳi bằng cao su được liờn kết vào đỏy múng cụng trỡnh. Quỏ trỡnh hoạt động của loại cửa van này là bơm nước và khụng khớ vào trong tỳi cao su đề tỳi cao su căng ra và thỏo nước khụng khớ ra ngoài để tỳi cao su thu nhỏ lại. Dạng kết cấu cửa này được ỏp dụng ở một số cụng trỡnh trờn thế giới:
Cụng trỡnh đập cao su Ramspol:
Cụng trỡnh xõy dựng bố trớ 03 cửa van cao su điều khiển cỏc tỳi cao su bằng hơi, chiều rộng mỗi khoang cửa 60m. Nhiệm vụ của cụng trỡnh phũng chống lũ từ cỏc sụng phớa trong nội địa, mực nước ở phớa trong đập tương đương với mực nước hạ
lưu.
Hỡnh 2 - 20: (Kampen, Hà lan, 2002)
2.3.4. Cửa van cung
Cửa van cung là một loại cửa van cú mặt cắt ngang kết cấu phần động dạng hỡnh cung, phần hỡnh cung được liờn kết với càng van và càng được gắn với gối bản lề trờn trụ pin. Cửa van cung với kết cấu cửa dạng hỡnh cung khi làm việc cửa quay quanh một trục nằm ngang đi qua tõm trục quay của hai gối bản lề. Cửa cú thể được nõng lờn cao hay hạ xuống thấp tựy theo cỏch bố trớ trờn cụng trỡnh.
Cửa van hỡnh cung được dựng nhiều và phổ biến trong cỏc cụng trỡnh như đập, cống, õu thuyền . . . cú nhiệm vụ giữ nước, tưới, tiờu, thụng tàu thuyền.
Dạng kết cấu cửa này được ỏp dụng ở một số cụng trỡnh trờn thế giới:
Cụng trỡnh đập dõng di động Stor:
Cụng trỡnh được xõy dựng với 02 cửa van cung ở hai bờn, ở giữa là 02 cửa õu thuyền dạng kiểu buồng. Cỏc cửa van cung cú kớch thước nhịp rộng 43m và cú chiều cao cửa 13m. Cụng trỡnh được xõydựng với nhiệm vụ phũng chống lũ và đảm bảo giao thụng vận tải thủy.
39
Cụng trỡnh đập Haringvliet: Cụng trỡnh được xõy dựng cú 17 khoang cửa van cung với khẩu độ mỗi khoang cửa rộng 62 m.
Hỡnh 2 - 21: (Hellevoetsluis, The Netherlands, 1970)
Cụng trỡnh đập Ems:Cụng trỡnh được xõy dựng với quy mụ chiều dài 476m, cụng trỡnh bố trớ 07 khoang cửa trong đú cú khoang cửa van cung khẩu độ 50m dang thộp ống. Nhiệm vụ của cụng trỡnh phũng chống lũ và đảm bảo giao thụng vận tải thủy.
40
2.4. Kết luận chương 2
Qua tổng quan cỏc loại cửa van đó ỏp dụng cho cỏc cụng trỡnh ngăn sụng ở Việt Nam và trờn thế giới thấy rằng cỏc kiểu cửa van phẳng,cửa van cung ứng dụng cho cụng trỡnh điều tiết nước Sụng Hồng sẽ gõy trở ngại vỡ sỏu thỏng mựa mưa phải kộo lờn cao để thoỏt lũ và phải làm nhiều trụ giữa sụng gõy cản dũng chảy. Ở đõy cú thể sử dụng cửa van cao su (hỡnh 2-20),cửa van Clape trục dưới.Vỡ vậy theo tỏc giả thỡ loại cửa van phao chữ nhõn cú nhiều ưu điểm hơn cả nờn tỏc giả chọn để nghiờn cứu.
41
Chương 3.TÍNH TOÁN CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN
3.1. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc3.1.1. Cấu tạo 3.1.1. Cấu tạo
+ Cấu tạo cửa van chữ nhõn dạng giàn: Gồm hai cửa van cỏnh cửa tạo thành
Hỡnh 3 - 1: Kết cấu cửa van chữ nhõn
1-Bản mặt 4- Dầm ngang chớnh 7- Khớp kớn nước 2-Dầm ngang 5- Trục quay dưới 8- Đập chỡm 3-Dầm đứng 6- Neo trờn
+ Cấu tạo cửa van phao chữ nhõn:
Gồm hai cỏnh cửa van phao cỏnh cửa tạo thành. Kết cấu của cửa van cú thể hỡnh hộp, cú thể là giàn hỡnh thoi ( hỡnh bỏnh mỡ), cú thể là hỡnh bỏn nguyệt. Chiều rộng cửa van cú thể tới hàng trăm một chiều cao cú thể tới 20m và chiều dày cú thể tới 15m. Một đầu cửa van tựa vào trụ biờn bằng ổ quay trục đứng hoặc bằng giõy
42
neo, cũn đằng kia khi đúng tựa vào cửa van đối xứng. Cửa van được đúng mở bởi tời kộo thủy lực hoặc cú thể bằng bơm đẩy phản lực. Loại cửa này dạng hộp phao dễ di chuyển khi đúng mở. Đập gồm hai cửa van phao cỏnh cửa, bố trớ theo sơ đồ chữ nhõn với gúc giữa cửa van và phuơng vuụng gúc dũng chảy < 30 độ. Khi làm việc hai cửa van tựa đầu vào nhau và đầu kia tựa vào trụ biờn. Phớa dưới cửa van dừa gờ đập cao khoảng 0,7- 1,m.
- Loại thứ nhất, cửa van phao là hỡnh hộp liờn tục, bốn mặt kớn nước, cú lỗ bơm nước vào ra. Để điều tiết mực nước và lưu lượng thỡ trờn mặt đập phải gắn một cửa van nữa cú thể là van phao,như vậy là van phao đặt trờn van phao.
3.1.2. Nguyờn lý vận hành cửa van phao chữ nhõn
Hỡnh 3 - 2: Nguyờn lý làm việc của van phao chữ nhõn
+ Đầu mựa khụ: Cửa van đúng ở vị trớ I,hỳt nước cho cửa van nổi lờn rồi dựng tời kộo về vị trớ II,bơm nước vào cửa van chỡm xuốngở vị trớ chắn dũng chảy.Thao tỏc cỏnh thứ hai cũng tương tự. Cửa van ở vị trớ làm việc là dõng mực nước thượng lưu lờn một mực nước nào đo,sau đú dựng cửa van điều tiết trờn đập hoặc trong đập đểđiều tiết mực nướcthượng lưu theo yờu cầu.
+Cuối mựa khụ: Cửa van đang ở vị trớ II, hỳt nước ra để cho cửa van nổi lờn,rồi kộo đầu cửa về vị trớ sỏt bờ nằm dọc dũng chảyvà ộp vào bờ đồng thời bơm
43
nước vào cho cửa chỡm để khỏi cản thoỏt lũ, hoặc di chuyển đến chỗ cất giữ nếu là đập thờiđập thời vụ.
3.2. Ưu nhược điểm cửa van phao chữ nhõn
Cửa van chữ nhõn cú ưu điểm là cú thể làm khoang rộng hơn. Cựng một kớch thước khoang đập thỡ một cỏnh cửa van chữ nhõn chỉ rộng khoảng 0,57 cửa van cỏnh cửa, nờn gia cụng lắp đặt dễ hơn. Để việc lắp đặt sữa chữa dễ dàng cú thể làm cửa van phao chữ nhõn. Trong trường hợp kết hợp với cầu giao thụng qua sụng Hồng với khẩu độ lớn thỡ ứng dụng cửa van chữ nhõn rất phự hợp.
-Ưu điểm:
+ Kết cấu cối trục đơn giản hơn.
+ Thi cụng lắp đặt vận hành dễ dàng hơn.
+ Khụng phải lắp đặt và thỏo dỡ nhiều lần, chỉ lắp đặt hai lần là xong. + Cửa van nằm gọn trong dũng chảy, khụng phải di chuyển lờn khụng trung như cửa van phẳng.
+ Điều tiết nước đơn giản. - Nhược điểm:
+ Cửa van rộng làm cho việc vận chuyển khú khăn. + Chưa cú kinh nghiệm lắp đặt loại cửa van này.
3.3. Điều kiện nổi và chỡm của cửa van trong nước3.3.1. Điều kiệnổnđịnhcủa cửa van trong nước 3.3.1. Điều kiệnổnđịnhcủa cửa van trong nước
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