7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3 Đặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế
1.3.1 Tính toán thủy lực
Tính toán thủy lực để lựa chọn kích thước hợp lý của lỗ cống, đảm bảo tháo được lưu lượng cần thiết, tiêu năng lượng thừa đảm bảo an toàn về xói, ứng với tần suất lựa chọn theo quy định.
1.3.1.1 Xác định khẩu diện cống
Kích thước lỗ cống phải đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ tháo nước, lấy nước của cống (mặt khác bề rộng mỗi cửa được lựa chọn còn phải chú ý đến yêu cầu lắp đặt, đóng mở cửa van và yêu cầu cấu tạo chung). Xác định kích thước lỗ cống trước tiên cần xác định:
- Mực nước thiết kế thượng hạ lưu cống: cần xác định cặp ZRt R, ZRhR và lưu lượng tương ứng bất lợi nhất cho mỗi mục tiêu thiết kế để tính toán đảm bảo lấy đủ lưu lượng và an toàn cho công trình, đồng thời đảm bảo yêu cầu kinh tế.
- Lựa chọn kiểu ngưỡng cống và lưu lượng đơn vị: Lựa chọn lưu lượng đơn vị chảy qua cống rất quan trọng, cần phải xét ngay từ đầu vì nó ảnh hưởng đến giá thành xây dựng và điều kiện làm việc an toàn của cống và kênh. Hình thức ngưỡng cống có ảnh hưởng đến khả năng dẫn nước qua cống, ảnh hưởng đến việc xác định kích thước lỗ cống và một số kết cấu khác của cống. Phần lớn các cống đã xây dựng ở nước ta chọn loại ngưỡng bằng, có tác dụng như ngưỡng đỉnh rộng. Ngoài loại ngưỡng bằng có thể chọn hình thức ngưỡng mặt cắt thực dụng không chân không.
Hình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng.
Hình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng.
Khi cần khống chế lưu lượng qua cống, ta dùng cửa van mở một phần.
Hình 1-15: Sơ đồ chảy tự do Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập
1.3.1.2 Xác định kích thước các bộ phận tiêu năng
n
k
n
C
c
C 2gV2
h
C 2g
V2
C
z h
Nước từ thượng lưu xuống hạ lưu có một năng lượng thừa. Vì vậy cần phải xem xét đánh giá và đề ra các biện pháp tính toán để tiêu hết năng lượng thừa này, đảm bảo sự làm việc an toàn cho cống. Để giải quyết tiêu năng sau cống chúng ta cần: kiểm tra để xác định dạng nối tiếp dòng chảy sau cống để xác định trường hợp bất lợi nhất; định biện pháp và tính toán tiêu năng để đảm bảo dòng chảy ra phân phối được tương đối đều đặn.
- Thiết kế bể tường tiêu năng: Xây bể hoặc tường hay bể tường kết hợp nhằm tạo ra nước nhảy ngập ngay sau cống. Bằng cách đó năng lượng thừa được tiêu hao từ 40% - 70%. Đây là hình thức tiêu năng dùng với cột nước thấp, nền đất.
Hình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năng
- Thiết bị tiêu năng phụ: Loại thiết bị này có tác dụng tiêu hao năng lượng thừa của dòng chảy, rút ngắn được chiều dài nước nhảy do đó giảm được khối lượng sân tiêu năng. Các thiết bị này còn có lợi cho việc phân bố lưu tốc ở hạ lưu.
Thiết bị tiêu năng phụ thường gặp như răng, mố và dầm tiêu năng.
Hình 1-18: Răng tiêu năng .
Hình 1 – 19: Mố tiêu năng
2
1 : 2
a ) b )
d ) c )
1 : 2 ~ 1 : 2.5
Khi thiết kế có khi vấn đề tiêu năng đã được xem xét và giải quyết đầy đủ, song trong thực tế vẫn xảy ra xói lở: nguyên nhân thường là do việc bố trí nối tiếp dòng chảy ra, việc quản lý đóng mở cống chưa tốt… làm cho dòng nước khuếch tán khó, chảy tập trung, tạo ra các vùng nước xoáy vật. Khi có hiện tượng này, lưu tốc mạch động tăng, hiệu quả tiêu năng giảm và sinh ra xói lở ở lòng và bờ kênh. Vậy nên:
- Không để chiều rộng cống quá hẹp so với lòng kênh, khó khăn cho việc bố trí hướng dòng.
- Tường hướng dòng nên mở rộng dần sao cho dòng chảy bám sát được tường, không tạo ra vùng xoáy vật .
- Ngay từ khi thiết kế phải quy định chế độ đóng mở cửa cống
Cần chú ý trong một số trường hợp, để tính toán tiêu năng đã đưa vào bài toán chảy tự do dưới cửa cống để xem xét, điều này chỉ nhằm chọn ra trường hợp tiêu năng bất lợi nhất và từ đó lựa chọn hình thức khắc phục.