Nhằm đảm bảo dũng chảy sau tràn được dẫn về hạ lưu ổn định phải cú biện phỏp để tiờu
tỏn năng lượng từ dốc nước đổ xuống.
Hỡnh thức tiờu năng là đào bể tiờu năng, tớnh toỏn tiờu năng nhằm xỏc định chiều sõu đào bể và chiều dài bể hợp lý.
6.4.1.Kờnh xả
Kờnh xả sau tràn là đoạn chuyển tiếp từ bể tiờu năng sau tràn, cú nhiệm vụ hướng dũng chảy từ bể tiờu năng ra dũng sụng tự nhiờn được thuận, khụng gõy xúi lở và chuyển được lưu lượng thiết kế.
4.4.1.1 Lựa chọn cỏc thụng số của mặt cắt kờnh
Để giảm bớt khối lượng đào đắp ban đầu, sơ bộ chọn cỏc thụng số ban đầu như sau:
- Hệ số mỏi: m = 1,5
- Hệ số nhỏm: n = 0,025
- Độ dốc kờnh: ik= 0.00005 - Bề tộng đỏy kờnh b = 80 m
- Lưu lượng xả lớn nhất Qmax = 514,928 m3/s
6.4.1.2. Tớnh toỏn thuỷ lực kờnh
Sử dụng phương phỏp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực ta xỏc định độ sõu chảy đều
trong kờnh. Bảng 6.3- Bảng tớnh dũng đều trong kờnh: Q f(Rln) Rln b/Rln h/Rln h ω V 100 0.000596 4.061 7.3873 0.5989 2.432 203.41 0.4916 200 0.000298 5.267 5.6958 0.6981 3.677 314.46 0.636 300 0.000199 6.131 4.8932 0.7633 4.68 407.22 0.7367 400 0.000148 6.853 4.3776 0.8141 5.579 493 0.8114 514.93 1.39E-04 6.999 4.2863 0.8241 5.768 511.34 1.007
6.4.1.3. Tớnh toỏn khả năng xúi lở của kờnh
Nước từ hồ chứa được thỏo qua tràn nờn hàm lượng bựn cỏt trong nước xả nhỏ, khả năng
bồi lắng trong kờnh nhỏ, do đú khụng cần kiểm tra điều kiện bồi lắng mà chỉ cần kiểm tra điều kiện xúi lở bờ và đỏy kờnh.
Điều kiện để kờnh khụng bị xúi lở:
Vmax≤ V kx
Trong đú: Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong kờnh.
V kx: Lưu tốc cho phộp khụng gõy xúi lở bờ và đỏy kờnh.
Với nền là đất sột thường V kx = (0,8 ữ1,2) (m/s).
Theo kết quả tớnh toỏn trong bảng 6.7 ta thấy ứng với cỏc giỏ trị Btr đều thỏa món điều
kiện khụng xúi.
Vậy ta chọn mặt căt kờnh cú b=80m, h=6,3 m
Hỡnh 6.4- Mặt cắt ngang kờnh xả
6.4.2. Xỏc định lưu lượng tiờu năng
Để xỏch định kớch thước tiờu năng ta cần xỏch định lưu lượng tiờu năng. Lưu lượng tiờu
năng là lưu lượng ứng với (hc”- hh)max.
Trước hết ta xỏc định độ sõu dũng chảy cuối dốc ứng với cỏc cấp lưu lựng khỏc nhau. Tớnh toỏn tương tự với Qmax , kết quả tổng hợp trong bảng dưới:
Bảng 6.4- Bảng tớnh độ sõu dũng chảy cuối dốc
Q(m3/s) hcd(m) Vcd(m/s) 100 0.7 6,2 200 1,1 6,7 300 1,5 7,4 400 1,9 7,8 514,928 1,96 7,86
Bảng 6.5- Bảng tớnh lưu lượng tiờu năng Q(m3/s) hcd(m/s) Vcd(m/s) E0=hcd+ 2 2 V g τc τc” hc" hc"-hh 100 0.7 6.2 2.6592253 0.2314 0.6939 1.846 -0.586 200 1.1 6.7 3.3879715 0.2669 0.7175 2.798 -0.879 300 1.5 7.4 4.2910296 0.3743 0.7512 3.23 -1.45 400 1.9 7.8 5.0009174 0.4093 0.7517 3.759 -1.82 514.93 1.96 7.86 5.1088073 0.6546 0.6336 3.238 -2.53
Từ kết quả tớnh toỏn trờn ta thấy ứng với cỏc cấp lưu lượng khỏc nhau đều cú nước nhảy
ngập sau dốc nước nờn ta khụng cần tiờu năng. Do đú ta chỉ cần làm bể sau dốc theo cấu
tạo: hb = 0,5 m Bb = 27 m
Lb = 5( hb+ hh) = 5( 0,5 + 5,8) = 31,5 m. Chọn Lb = 32 m
Hỡnh 6.5- Cấu tạo bể tiờu năng cuối dốc
6.5.Chọn cấu tạo chi tiết đập tràn
Hỡnh 6.6- Sơ đồ bố trớ cỏc bộ phận của đỉnh đập tràn
6.5.1. Cầu giao thụng:
Để cho việc đi lại được thuận tiện trong quỏ trỡnh thi cụng, quản lý và vận hành ta cần bố
trớ cầu giao thụng cho người và phương tiện đi lại ở trờn tràn. Mặt cắt ngang cầu được thiết
kế theo yờu cầu cấu tạo và yờu cầu giao thụng. Bề rộng cầu 5,5 m
6.5.2. Cầu thả phai:
Cầu thả phai được bố trớ ở phớa trước cửa van. Khi cần sửa chữa hay bảo dưỡng cỏc bộ
phận phớa sau thỡ đúng cầu thả phai lại và tiến hành sửa chữa. Trờn cầu thả phai cần bố trớ đường ray cho cần cẩu thả phai
6.5.3. Trụ pin.
Tỏc dụng của trụ pin dựng để phõn đập thành nhiều khoang tràn và để thuận lợi cho việc
bố trớ cửa van, cầu giao thụng, cầu cụng tỏc, mỏy đúng mở và thuận lợi cho chịu ỏp lực do
cửa van truyền tới.
Chiều cao trụ pin xỏc định thụng qua chiều cao của cầu giao thụng. Cao trỡnh cầu giao
thụng bằng cao trỡnh đỉnh đập +35 m. Cao trỡnh ngưỡng tràn là +30 do đú chiều cao trụ pin
Chiều dài trụ pin cần đảm bảo đủ bố trớ cầu giao thụng, cầu cụng tỏc, mỏy đúng mở. Sau
khi bố trớ cỏc bộ phận ta xỏc định được chiều dài trụ pin khoảng 7m.
Chiều dày trụ pin: Chiều dày trụ pin phụ thuộc vào kớch thước khe van và hỡnh thức bố trớ
cỏc khe lỳn:
Đập tràn đúng mở bằng van cung nờn khụng bố trớ khe van. Khe phai: kớch thước khe phai lấy 0,5 x 0,5m.
Chiều dày chỗ mỏng nhất của trụpin khụng nhỏ hơn 1ữ1,5m. Vỡ thế chiều dày trụ pin lấy 1,5m đối với trụ giữa, chiều dày trụpin là 1 m đối với trụ biờn
6.5.4. Tường bờn.
Dựa vào đường mặt nước trờn tràn ta xỏc định được chiều cao tường bờn:
ht = hk + a
Trong đú:
a: Độ vượt cao an toàn.
hk: Độ cao cột nước trờn tràn ứng với từng mặt cắt cú kể đến hàm khớ.
6.5.5. Hành lang thõn đập.
Hành lang trong thõn đập khụng chỉ để tập chung nước thấm trong thõn và nền đập mà cũn để đặt cỏc thiết bị quan trắc, kiểm tra tỡnh hỡnh làm việc của đập, để tiến hành phun xi
măng vào cỏc khớp nối và để tiến hành cụng tỏc sửa chữa sau này. Hành lang sỏt nền thường dựng để khoan phụt vữa màn chống thấm.
Theo tiờu chuẩn thiết kế đập bờ tụng và bờ tụng cốt thộp 14 TCN 56-88 thỡ: Kớch thước hành lang dựng đờ phun xi măng nền và cỏc khớp nối cần chọn đảm bảo được sự vận
chuyển và làm việc của cỏc thiết bị mỏy múc…Những hành lang dựng để tập trung và thỏo
nước, kiểm tra trạng thỏi bờ tụng, để bố trớ được cỏc thiết bị kiểm tra, đo lường kớch thước
phải chọn như sau:
Chiều rộng khụng nhỏ hơn 1,2m.
Chiều cao khụng nhỏ hơn 2m.
Trong thõn đập bố trớ 2 hành lang tại cao trỡnh: +24m và +26m;
Hành lang dưới chọn kớch thước 3,7 x 3,7 làm bằng bờ tụng đỳc sẵn M250 .
3 7 0 370 20 30 3 7 0 300 20 30 a) b) Hỡnh 6.7- Hành lang trong thõn đập
a) Hành lang dưới b) Hành lang trờn
- Khoảng cỏch từ mặt thượng lưu đến mộp trước của hành lang chọn theo điều kiện chống
thấm: bl = J H (6.5) Trong đú:
H – cột nước tớnh tới đỏy hành lang
J – gradien thấm cho phộp của bờ tụng, J = 20 + hành lang thứ nhất: b1 = 32,75 26 20 =3,375m; chọn b1= 3,4m + hành lang thứ hai: b2 = 32,75 24 20 = 4,375m; chọn b2= 4,4m 6.5.6. Màn chống thấm.
- Mục đớch và nhiệm vụ: nhiệm vụ thiết kế màn chống thấm là xỏc định cỏc thụng số cần
thiết (chiều sõu, chiều dày và vị trớ đặt màn chống thấm) thỏa món về yờu cầu chống thấm đặt ra (hạn chế lượng mất nước qua nền, giảm ỏp lực thấm lờn đỏy đập).
+ Phải đảm bảo đạt được cột nước cũn lại sau màn chống thấm đó chọn trong phần
thiết kế thiết kế mặt cắt cơ bản của đập.
+ Màn chống thấm đủ dày để khụng bị ỏp lực do chờnh lệch cột nước trước và sau màn chống thấm đỏnh thủng
+ Vị trớ màn chống thấm về nguyờn tắc càng gần thượng lưu càng tốt nhưng phải đảm bảo yờu cầu chống thấm cho bờ tụng trước hành lang thi cụng màn.
6.5.7. Cửa van.
6.5.7.1. Hỡnh thức cửa van.
Diện tớch chắn nước của cửa van 8 x 3,75 = 30m2 là tương đối lớn nờn chọn cửa van
hợp lý là loại van cung vỡ khả năng chịu lực của van cung là rất lớn và lực đúng mở cửa
van nhỏ, thời gian đúng mở nhanh..
6.5.7.2. Kớch thước cửa van.
Cao trỡnh đỉnh cửa van lấy cao hơn cao trỡnh MNDBT là 0,5m; chiều rộng cửa van lấy
bằng kớch thước của khẩu diện tràn b = 8m. Cao trỡnh đỏy van cung là 29.5m Vị trớ tõm quay tại cao trỡnh +31m
Bỏn kớnh mặt chắn nước R = 6m
Vị trớ đặt trục quay của xi lanh thủy lực: Vị trớ đặt trục quay được chọn sao cho khi đúng
mở cửa van khụng ảnh hưởng đến cầu giao thụng trờn đỉnh đập và khớp quay khụng bị
ngập khi xả nước. Áp dụng nguyờn tắc này tiến hành đặt cửa van vào nhiều vị trớ khỏc
nhau từ đú chọn ra vị trớ đặt tõm hợp lý. Chọn cao trỡnh đặt trục quay là + 31m.
6.5.7.3. Xỏc định lực tỏc dụng lờn cửa van.
Trường hợp tớnh toỏn: Ta tớnh cỏc lực tỏc dụng lờn cửa van cung trong trường hợp MNTL
là MNDBT và cửa van đúng hoàn toàn.
a. Áp lực nước thượng lưu.
Áp lực nước thượng lưu gồm 2 phần: thành phần nằm ngang W1 và thành phần
Hỡnh 6.8- Sơ đồ ỏp lực nước thượng lưu tỏc dụng lờn cửa van.
Hợp lực ỏp lực nước thượng lưu xỏc định theo cụng thức:
2 2 1 2 W= W W (6.6) - Áp lực nằm ngang xỏc định theo cụng thức: W1 = 0,5.γn.H12.l (6.7) Trong đú:
l: Chiều dài nhịp van; l = 8m.
γn: Trọng lượng riờng của nước. γn = 1 T/m3.
H1: Chiều cao cột nước trước cửa van. H1=32,75-29,5 = 3,25 m. Thay vào (9-32) ta được: W1 = 42,25 (T)
Điểm đặt cỏch đỏy 1 đoạn là: H1/3 = 3.25/3 = 1,083 (m)
- Áp lực thẳng đứng W2 bằng trọng lượng khối nước tỏc dụng lờn cửa van:
W2 = SABC.γn.l = 2,24.1.8 = 17,92 (T) (6.8)
Điểm đặt của W2 cỏch tõm cung O khoảng l2 xỏc định theo cụng thức:
W1.l1 - W2.l2 = 0 (6.9)
l1 = 31 – (29,5-1,083) = 0,417m
Thay vào (9-34) ta cú: l2 = 0,983m.
Thay vào (9-31) ta cú: W = 45,9 (T). W hợp với phương ngang 1 gúc α0 được xỏc định
theo cụng thức: tg0= 1 2 W W = 0.1428 => α0 = 22,90
b. Trọng lượng cửa van.
Trọng lượng của cửa van xỏc định theo cụng thức của A.R.Berezinxki:
4
1500.
G F F (N) (6.10)
Trong đú: F - là diện tớch bản chắn nước; = 360 là gúc mở cung
F = 360 .2.r. lt = 36 360.2.3,14.6.8 = 30,144(m2) Thay vào (9-35) ta cú: G = 105948(N) = 10,6 (T).
6.5.8. Phai và thiết bị kộo, thả phai.
Phai bao gồm cỏc dầm đơn. Khi cần chắn nước thả chỳng nằm trong khe phai để chắn nước tạm thời trong thời kỳ sửa chữa, bảo dưỡng cửa van chớnh và 1 số bộ phận đúng mở
cửa van. Vật liệu làm phai được chọn là dầm thộp.
Thiết bị kộo, thả phai là cầu trục chõn dờ, nằm ở thượng lưu trụ pin. Cầu trục chõn dờ
được đặt trờn cầu thả phai và di chuyển trờn đường ray. . Nhịp của chõn dờ là 4,5m.
6.5.9. Thiết bị quan trắc.
Quan trắc là nhiệm vụ khụng thể thiếu trong quản lý, khai thỏc cụng trỡnh thuỷ lợi. Do vậy
trong quỏ trỡnh thiết kế và thi cụng ta chụn cỏc thiết bị quan trắc, bố trớ phương tiện thiết bị để kiểm tra bảo dưỡng cụng trỡnh bao gồm: thiết bị kiểm tra độ nứt nẻ của bờ tụng, thiết bị
theo dừi diễn biến mực nước thượng, hạ lưu cụng trỡnh…
6.6.Tớnh toỏn ổn định đập tràn
6.6.1. Mục đớch tớnh toỏn.
Tớnh toỏn, kiểm tra cho mặt cắt tớnh toỏn đảm bảo đảm bảo đập tràn khụng bị trượt, lật, đảm bảo độ bền của đập và nền trong mọi điều kiện.
6.6.2. Phương phỏp tớnh toỏn.
a. Phương phỏp trạng thỏi giới hạn: Cụng trỡnh và nền của nú được gọi là đạt đến trạng
thỏi giới hạn khi chỳng mất khả năng chống lại cỏc tải trọng và tỏc động từ bờn ngoài, hoặc
khi chỳng bị hư hỏng hay biến dạng quỏ mức cho phộp, khụng cũn thoả món được cỏc yờu cầu khai thỏc bỡnh thường. Người ta phõn biệt 2 loại trạng thỏi giới hạn:
- Trạng thỏi giới hạn thứ nhất: Cụng trỡnh, kết cấu và nền của chỳng làm việc trong điều kiện bất lợi nhất.
- Trạng thỏi giới hạn thứ 2: Cụng trỡnh, kết cấu và nền của chỳng làm việc trong điều
kiện khai thỏc bỡnh thường.
- Biểu thức tớnh toỏn: nc.Ntt = mR/Kn (6.11)
Trong đú: Ntt - Trị số tớnh toỏn của tải trọng cụng trỡnh gõy trượt.
R - Trị số tớnh toỏn của sức chịu tải tổng hợp của cụng trỡnh hay nền.
nc - hệ số tổ hợp tải trọng.
m - Hệ số điều kiện làm việc
Kn - Hệ số tin cậy.
b. Phương phỏp hệ số an toàn chống trượt tại mặt tiếp giỏp giữa đập và nền.
Cụng thức kiểm tra là: g cp t F K K F (6.12)
Trong đú:
K - Hệ số an toàn;
Fg - Lực hay mụ men giữ; Ft- Lực hay mụmen gõy mất ổn định.
Kcp - Hệ số an toàn cho phộp.
Trong đồ ỏn này em tớnh toỏn theo phương phỏp Trạng Thỏi Giới Hạn.
6.6.3 .Trường hợp tớnh toỏn.
- TH1: Trường hợp vừa thi cụng xong chưa cú nước
- TH2: ứng TL = MNDBT; HL khụng cú nước, cửa van đúng hoàn toàn, cỏc thiết bị thoỏt nước và chống thấm làm việc bỡnh thường
- TH3: ứng TL = MNLTK; HL = 27,8m; của van mở hoàn toàn.
- TH4: ứng TL = MNDBT; cú động đất.
- TH5: ứng TL = MNDBT, cỏc thiết bị chống thấm và thoỏt nước làm việc khụng bỡnh
thường.
Trong đồ ỏn này em chỉ tớnh toỏn với TH2 và TH3 .
Cỏc điều kiện ổn định của đập tràn.
Xột bải toỏn phẳng ( tớnh với 1 khoang tràn cú chiều dài là 8 m)
● Điều kiện chống lật .
● Điều kiện chống trượt khi mặt trượt nằm ngang . [Kt]: Hệ số ổn định cho phộp.
[Kt] = Kcb = 1,2 - đối với tổ hợp lực cơ bản.
[Kt] = Kdb = 1,08 - đối với tổ hợp lực đặc biệt.
- Hệ số lệch tải:
+ Với trọng lượng bản thõn cụng trỡnh: nc = 1,05(0,95). + Với ỏp lực nước, ỏp lực thấm, ỏp lực đẩy nổi: nc = 1. + Với ỏp lực bựn cỏt: nc = 1,2.
+ Với ỏp lực thẳng đứng của trọng lượng đất: nc = 1,10(0,90). + Với ỏp lực mạch động của nước: nc = 1,2.
6.6.4. Tài liệu tớnh toỏn - Cao trỡnh đỉnh đập: +35m - Cao trỡnh mặt cắt tràn tớnh toỏn: +30m - MNDBT = 32,75m; HL khụng cú nước - MNLTK =34 m; MNHL = 27,8m - Đất đắp ở thượng lưu cú γ = 18KN/m3
- Nền đỏ với cỏc chỉ tiờu sau:
Sức chịu tải của nền: [Rn] = 1600(T/m2) Gúc ma sỏt trong: φ = 500
Lực dớnh: C = 90(T/m2).
- Chiều dài (theo chiều dũng chảy) δ = 9, chiều rộng BTr = 29m - Bỏn kớnh cửa van: R = 6m
- Bờ tụng M200 cú dung trọng: γ = 2,5 (T/m3).
Hỡnh 6.10- Cỏc lực tỏc dụng lờn tràn (tổ hợp lực cơ bản)
a. Xỏc định cỏc lực thẳng đứng:
Tõm quay xem như mộp hạ lưu của tràn.
+ Trọng lượng phần nước thượng lưu tỏc dụng lờn ngưỡng tràn PN = γn.F.Σb = 1.3,78.24 = 90,72(T)
PN cú điểm đặt cỏch tõm quay một đoạn là 9,98 m.
+ Trọng lượng cửa van tỏc dụng lờn ngưỡng: Gv = 10,6.3 = 31,8 (T) Gv cú điểm đặt cỏch tõm quay một đoạn là 9.42 m.
+ Trọng lượng tràn: GTr= bt.F.b = 2,5.25.7.29 = 1863,25 (T) GTr cú điểm đặt cỏch tõm quay một đoạn là 6,83 m.
+ Trọng lượng cầu giao thụng
Trọng lượng cầu giao thụng tớnh theo cụng thức:
Gcầugt = LcầugtFcầugtbt
Trong đú:
Lcầugt – Chiều dài cầu giao thụng: Lcầugt = Btr + 1,5.2 + 2.1. = 29 m; Fcầugt – Diện tớch mặt cắt ngang cầu:
Fcầu = 2(0,5.0,25) + 0,3.6 + 3(0,5.0,5) = 2,8 (m2)
→ Gcầugt = 29.2,8.2,5 = 203 (T) Gcầugt cú điểm đặt cỏch tõm quay một đoạn là 4,35m.
+ Trọng lượng cầu cụng tỏc
Cầu cụng tỏc gồm mặt cầu và 4 hàng cột chống ở trụ pin và hai trụ bờn; chiều cao cột 4,2
m; tiết diện chõn cột bằng 0,5x0,5m.