Nhám gia c ng trên d c n c đư đ c gi i thi u c th v i nhi u hình th c khác nhau (M c 2.3). ơy lƠ m t trong nh ng gi i pháp thi t k hi u qu đ c ng d ng nhi u cho công trình có dòng xi t v i m c đích:
+ Ch ng xơm th c: LƠm m nhám gia c ng đ t ng h s nhám, t ng chi u sâu, gi m l u t c trong d c n c.
+ Tiêu hao n ng l ng dòng ch y d c đ ng trên thơn d c n c: B trí m nhám gia c ngtrên toƠn d c nh m t ng c ng tiêu hao n ng l ng dòng ch y d c đ ng trên thơn d c n c, gi m n ng l ng dòng ch y t i m t c t cu i d c nh m gi m t i cho b tiêu n ng.
2.4.2 L a ch n d ng m nghiên c u đi n hình.
Qua vi c phơn tích u, nh c đi m c a các lo i m trên ta l a ch n đ c 3 d ng m nghiên c u đi n hình sau:
- Ki u 1: M nhám b ng các d m hình ch nh t đ t th ng góc v i dòng ch y (hình 2.1).
- Ki u 3: M nhám b ng các d m hình ch nh t đ t so le nhau vƠ th ng góc v i dòng ch y (hình 2.3).
- Ki u 6: M nhám hình ch W có m t m i nh n xuôi dòng (hình 2.6).
2.4.3 Tính toán kích th c m cho m c đích tiêu n ng.
Ch ng 2 ti n hƠnh tính toán cho m t d c n c đi n hình đ phơn tích, l a ch n lo i m , công th c tính toán vƠ đánh giá hi u qu tiêu n ng c a các ph ng án m nhám gia c ng. Trong th c t xơy d ng công trình tháo l Vi t Nam, kích th c đ ng trƠn thay đ i trong m t ph m vi l n tùy theo l u l ng thi t k vƠ đi u ki n đ a hình, đ a ch t c a công trình. Tuy nhiên, ch có nh ng đ ng trƠn có quy mô v a vƠ l n, c t n c t ng đ i cao lƠ lƠm vi c trong đi u ki n n ng n v tiêu n ng, đòi h i ph i có h tr c a các bi n pháp công trình trên d c n c. C th ph m vi nghiên c u b trí m nhám th ng áp d ng cho các d c n c sau:
- d c d c n c i > 0,08.
- Chi u dƠi d c: Ld > (60÷80)m.
- L u l ng đ n v trên d c q > 30m3/s.m.
H ch a N m C t lƠ m t công trình t ng đ i l n, đ ng trƠn N m C t có các thông s th a mưn các đi u ki n nêu trên, vƠ th c t thi t k cho th y b tiêu n ng sau trƠn có đ sơu yêu c u l n, gơy khó kh n cho thi công vƠ ti m n nhi u b t l i trong thi công c ng nh khai thác. Do đó, trong ch ng 2 nƠy tính toán kích th c m cho m c đích tiêu n ng theo các thông s h N m C t nh m t tr ng h p nghiên c u đi n hình v s d ng m nhám gia c ng trên d c. V i các công trình nghiên c u ti p theo có th m r ng ph m vi nghiên c u cho d c n c có thông s bi n đ i trong ph m vi l n h n.
CáẾ ỏhông s Ế a ế Ế n Ế đ ng ỏràn h N m C ỏ nh saỐ:
- Chi u dƠi d c L = 95,5m; Chi u r ng d c n c B=22m. - L u l ng thi t k Q = 789m3/s.
- d c d c n c i = 10%.
- Kho ng cách t c a van đ n m t c t đ u d c L0=12m.
- V t li u thơn d c lƠ BTCT M250.
- nhám b m t n = 0,014; Chi u cao nhám t ng đ ng trên b m t
' = 2mm.
Khi ch a b trím nhám gia c ng.
V đ ng m t n c trên d c:
Chi u sơu m c n c đ u d c chính lƠ chi u sơu co h p sau ng ng trƠn hc. Xác đ nh hctheo ph ng pháp c a Ag rôtskin [1]:
Tính F(c)= 3/2 Eo
q
( 2 ậ 11) q - L u l ng đ n v : q = 35,86
22 789
Btr
Q (m2/s)
E0: N ng l ng đ n v c a dòng ch y th ng l u so v i m t chu n đư ch n lƠ m t c t t i đ u d c n c.
E0 = Zng ng trƠnậ Zđ u d c + Htràn
E0 = 155,2 ậ 152,7 + (163,7-155,2) = 11 (m)
: H s l u t c l y = 0,85
Thay các giá tr , E0, q vƠo công th c (2 ậ 11) ta đ c: F(c)= 3/2
11 . 85 , 0
86 ,
35 = 1,1564
V i F(c)= 1,1564 tra ph l c (15-1) B ng tính th y l c ta đ c c = 0,316 hc = c.Eo = 0,316 . 11 = 3,476 (m).
xác đ nh đ c chi u sơu m c n c t i các m t c t ti p theo ta đi v đ ng m t n c.
nh tính đ ng m t n c:
- Xác đ nh đ sơu phơn gi i hk:
Do ti t di n ngang d c n c lƠ hình ch nh t nên đ sơu phơn gi i xác đ nh theo công th c:
3
. 2
g hk q
= 3
2
81 , 9
86 , 35 .
1 =5,08 (m)
- Xác đ nh đ sơu dòng đ u ho: Tính :
Q i R m
f 4. o
ln v i m0 = 2 1m2 m = 2
0,00321
789 10 , 0 2 4
ln
R f
Có f Rln = 0,00321 vƠ h s nhám n = 0,014 tra ph l c (8-1) b ng tính th y l c đ c Rln = 1,76
L p t s 12,5 76 , 1
22
ln
R
B
V i Rln
B =12,5 vƠ m = 0, tra ph l c (8-3) b ng tính th y l c đ c
809 , 0
ln
R
h ho = 0,809. 1,76 = 1,423 (m)
Ta có ho = 1,423 (m) < hđ = 3,476(m) < hk = 5,08 (m) ng m t n c trên d c lƠ đ ng n c h bII.
nh l ng đ ng m t n c:
Dùng ph ng pháp sai phơn, xu t phát t m t c t đ u d c, tính đ sơu n c t i các m t c t ti p theo b ng cách th d n theo ph ng trình:
jtb
i L E
Trong đó:
∆L: Kho ng cách gi a hai m t c t tính toán.
V i L cosL cos955,,571=95,98 (m)
∆E = E2 ậ E1
g h V
E 2
2 2 2
2
g h V
E 2
2 1 1
1
E1, E2: N ng l ng đ n v m t c t t i 2 m t c t đang xét.
h1, h2: sơu t ng ng t i m t c t 1 ( đ u đo n) vƠ 2 (cu i đo n).
V1, V2: L u t c bình quơn t i m t c t 1 vƠ 2.
i: d c đáy d c n c.
Jtb: d c th y l c trung bình gi a 2 m t c t đang xét JTB = (J1 + J2)/2 J1, J2: d c thu l c t i m t c t 1 vƠ 2
K t qu đ ng m t n c đ c th hi n trong b ng (2 ậ 5). V i các c t đ c gi i thích nh sau:
C t 1: S th t các m c n c gi thi t.
C t 2: B r ng d c n c B = 22m.
C t 3: Các c t n c gi thi t.
C t 4: Di n tích t =B.h.
C t 5: V n t c dòng ch y t i m t c t đang xét. V = Q/
C t 6: C t n c l u t c hay đ ng n ng c a dòng ch y t i m t c t đang xét.
C t 7: N ng l ng đ n v m t c t t i m t c t đang xét.
C t 8: Chu vi t =B+2.h
C t 9: Bán kính th y l c t i m t c t đang xét. R
.
C t 10: H s Sê-di. C = 6 1 1
nR
C t 11: d c th y l c t i m t c t đang xét 2Q22 V22 J .C .R C .R
.
C t 12: d c th y l c trung bình gi a 2 m t c t đang xét
J = 1
2 1
i
i J
J .
C t 14: Bi n thiên n ng l ng đ n v m t c t gi a 2 m t c t đang xét.
C t 15: Kho ng cách gi a 2 m t c t đang xét.
C t 16: Kho ng cách c ng d n.
B ng 2.5 ng m t n c trên d c n c khi ch a b trí m nhám gia c ng ng v i Q = 789m3/s.
M t c t B (m)
h
(m) (m2) V (m/s)
V2/2g (m/s)
E
(m) (m) R (m)
C J Jtb i-Jtb ∆E
(m)
∆L (m)
L (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 22 3,476 76,47 10,32 5,43 8,90 28,95 2,64 83,98 0,0057 0,0
2 22 3,126 68,78 11,47 6,71 9,83 28,25 2,43 82,85 0,0079 0,0068 0,0932 0,9320 10,00 10,00 3 22 2,889 63,55 12,41 7,86 10,74 27,78 2,29 81,99 0,0100 0,0089 0,0911 0,9105 10,00 20,00 4 22 2,711 59,63 13,23 8,92 11,63 27,42 2,17 81,30 0,0122 0,0111 0,0889 0,8890 10,00 30,00 5 22 2,569 56,52 13,96 9,93 12,50 27,14 2,08 80,72 0,0144 0,0133 0,0867 0,8673 10,00 40,00 6 22 2,453 53,97 14,62 10,89 13,35 26,91 2,01 80,22 0,0166 0,0155 0,0845 0,8454 10,00 50,00 7 22 2,356 51,82 15,22 11,81 14,17 26,71 1,94 79,77 0,0188 0,0177 0,0823 0,8234 10,00 60,00 8 22 2,272 49,99 15,78 12,70 14,97 26,54 1,88 79,38 0,0210 0,0199 0,0801 0,8012 10,00 70,00 9 22 2,200 48,39 16,30 13,55 15,75 26,40 1,83 79,02 0,0232 0,0221 0,0779 0,7789 10,00 80,00 10 22 2,101 46,23 17,07 14,85 16,95 26,20 1,76 78,52 0,0268 0,0250 0,0750 1,1985 15,98 95,98
Hình 2.12 ng m t n c trên d c n c khi ch a b trí m nhám gia c ng ng v i Q = 789m3/s.
Khi b trím nhám gia c ng.
V i m c đích b trí m nhám gia c ng trên d c n c nh m gi m b t n ng l ng xu ng h l u.
Tính thi t k m nhám đ có:
cd
cd E
E' . (<1; ch n theo yêu c u c th c a t ng d c) đơy ta tính v i 4 ph ng án sau: = 0,45; 0,5; 0,55; 0,6.
Theo công th c tính c a Aivazian m i (2 – 8):
+ V i = 0,45 Ta có:
N ng l ng đ n v t i m t c t cu i d c: Ecd' .Ecd= 0,45 x 16,95 = 7,63 (m) M t khác, n ng l ng đ n v cu i d c đ c tính theo công th c:
g h V
Ecd cd cd
2
2 ' '
' (2 ậ 12) v i ' '
cd d
cd B h
V Q
(2 ậ 13)
Thay Ecd' = 7,63m; Q = 789m3/s; Bd = 22m vào (2 ậ 12) và (2 ậ 13) ta đ c:
'
hcd = 4,898m; Vcd' = 7,32m/s; B 2 h = 22+2*4,898 = 31,796m;
R = 31,796 898 , 4
*
22
= 3,39m.
Thay i = 0,10; R = 3,39m; Vcd' = 7,32m/s vào (2 ậ 2) ta đ c gc= 0,4965 V i gc= 0,4965. Thay vƠo công th c (2 ậ 8) ta đ c b ng k t qu tính chi u cao m nhám gia c ng cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình trên nh sau:
B ng 2.6 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ng v i = 0,45 cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình tính theo công th c c a Aivazian m i.
Ki u m K i R (m) (m) B(m) h(m) gc ∆(m) Ki u 1 0,9
0,10 3,39 31,796 22 4,898 0,4965
4,29 1,14
Ki u 3 1,7 2,27 2,16
Ki u 6 2,0 1,93 2,54
K t qu tính toán b ng 2.6 cho th y < 3 Không thu c ph m vi s d ng Không áp d ng đ c.
+ V i = 0,5; 0,55; 0,6.
Tính toán t ng t nh v i tr ng h p = 0,45 ta đ c cácb ng k t qu tính toán sau:
B ng 2.7 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ng v i = 0,5; 0,55 và = 0,6 cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình tính theo công th c c a Aivazian m i.
Ecd' (m)
'
hcd
(m)
V'cd
(m/s) gc
R
(m) (m) K ∆(m)
0,5 8,48 3,705 9,68 0,2320 2,77 29,41
Ki u 1: 0,9 1,17 3,17 Ki u 3: 1,7 0,62 5,98 Ki u 6: 2,0 0,53 6,99
0,55 9,32 3,300 10,87 0,1687 2,54 28,60
Ki u 1: 0,9 0,64 5,16 Ki u 3: 1,7 0,34 9,71 Ki u 6: 2,0 0,29 11,3
0,6 10,17 3,030 11,84 0,1332 2,38 28,06
Ki u 1: 0,9 0,38 7,97 Ki u 3: 1,7 0,20 15,1 Ki u 6:2,0 0,17 17,8
Hình 2.13 Bi u đ quan h gi a vƠ chi u cao m ∆ ng v i t ng ki u m tính theo công th c c a Aivazian m i.
Bi u đ hình 2.13 cho th y:
- Khi < 0,5 chi u cao m t ng r t nhanh, khi >0,5 chi u cao m thay đ i không nhi u. Vì v y, c n th n tr ng khi đ t ra yêu c u tiêu n ng.
- Ki u 6 đ t hi u qu t t nh t (chi u cao m nh nh t), Ki u 3 đ t hi u qu tiêu hao n ng l ng th p h n ki u 6, Ki u 1 cho hi u qu tiêu hao n ng l ng th p nh t (chi u cao m l n h nnhi u so v i ki u 3 vƠ ki u 6).
- Chi u cao m nhám t l thu n v i m c n ng l ngđ c tiêu hao.
Theo công th c tính c a Pical p:
Công th c (2 – 5a):
+ V i = 0,45.
Ta có:
N ng l ng đ n v t i m t c t cu i d c: Ecd' .Ecd= 0,45 x 16,95 = 7,63 (m) Thay Ecd' = 7,63m; Q = 789m3/s; Bd = 22m vào (2 ậ 12) và (2 ậ 13) ta đ c:
'
hcd = 4,898m; Vcd' = 7,32m/s.
Thay Vcd' = 7,32m/s; i = 0,10; R = 3,39m vào (2 ậ 4) ta đ c ngc = 0,07954
V i ngc = 0,07954. Thay vƠo công th c (2 ậ 5a) ta đ c b ng k t qu tính chi u cao m nhám gia c ng cho 3 ki u m nghiên c u đi n hìnhtrên nh sau:
B ng 2.8 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ngv i = 0,45 cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình tính theo công th c c a Pical p (2 ậ 5a).
Ki u m a b c S ngc ∆(m)
Ki u 1 47,48 1,17 0,075 1,1 4,49 0,07954 -20,93 -0,23 Ki u 3 54,22 2,10 0,33 1 4,49 0,07954 -11,35 -0,43 Ki u 6 116,1 6,10 -1,20 0,80 4,49 0,07954 1,85 2,65
K t qu tính b ng 2.8cho th y Ki u 1 vƠ Ki u 3 cho giá tr ∆ < 0 không áp d ng đ c công th c (2 ậ 5a). Ki u 6 cho giá tr =2,65 (5÷12) không n m trong ph m vi s d ng.
+ V i = 0,5; 0,55 và = 0,6.
Tính toán t ng t nh v i tr ng h p = 0,45 ta đ c cácb ng k t qu tính toán sau:
B ng 2.9 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ng v i = 0,5; 0,55 và 0,6 cho 3 ki u m nghiên c u đi n hìnhtính theo công th c c a Pical p (2 ậ 5a).
Ecd' (m) hcd' (m) V'cd(m/s) ngc ∆(m)
0,5 8,48 3,705 9,68 0,05437
Ki u 1: -1,28 -2,89 Ki u 3: 0,86 4,31 Ki u 6: 6,72 0,55
0,55 9,32 3,300 10,87 0,04636
Ki u 1: 4,99 0,66 Ki u 3: 4,79 0,69 Ki u 6: 8,22 0,40
0,6 10,17 3,030 11.84 0,04120
Ki u 1: 0,86 0,34 Ki u 3: 6,72 0,41 Ki u 6: 9,16 0,33
K t qu tính b ng 2.9 cho th y v i =0,5 công th c Pical p (2 ậ 5a) không phù h p v i Ki u 1 vƠ Ki u 3 do giá tr c a không n m trong ph m vi s d ng, còn Ki u 6, công th c nƠy cho giá tr ∆ = 0,55m, g n trùng v i k t qu tính theo công th c c a Aivazian m i, do đó ch p nh n đ c. V i =0,55 ta th y công th c Pical p (2 ậ 5a) cho k t qu chi u cao m Ki u 1 g n trùng v i k t qu tính theo công th c Aivazian m i nh ng k t qu tính chi u cao m trong tr ng h p nƠy không phù h p v i đ nh tính do m Ki u 1 tiêu hao n ng l ng t t h n Ki u 3. V i
=0,6 ta th y công th c Pical p (2 ậ 5a) không phù h p v i Ki u 1 do giá tr c a không n m trong ph m vi s d ng.
Công th c (2 – 5b):
V i = 0,5:
Ta có:
N ng l ng đ n v t i m t c t cu i d c: Ecd' .Ecd= 0,5 x 16,95 = 8,48(m) Thay Ecd' = 8,48m; Q = 789m3/s; Bd = 22m vào (2 ậ 12) và (2 ậ13) ta đ c:
'
hcd = 3,705m; Vcd' = 9,68m/s.
Thay Vcd' = 9,68m/s; i = 0,10; R = 2,77m vào (2 ậ4) ta đ c ngc = 0,05437.
V i ngc = 0,05437. Thay vƠo công th c (2 ậ 5b) ta đ c b ng k t qu tính chi u cao m nhám gia c ng cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình trên nh sau:
B ng 2.10 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ng v i = 0,5 cho 3 ki u m nghiên c u đi n hình tính theo công th c c a Pical p (2 ậ 5b).
Ki u m a b c S ngc ∆(m)
Ki u 1 47,48 1,17 0,075 1,1 5,94 0,05437 40,07 0,09 Ki u 3 54,22 2,10 0,33 1 5,94 0,05437 26,27 0,14 Ki u 6 116,1 6,10 -1,20 0,80 5,94 0,05437 17,77 0,21
K t qu tính b ng 2.10 cho th y v i =0,5 công th c Pical p (2 ậ 5b) cho k t qu chi u cao m ng c v i logic thông th ng: M nhám Ki u 1 cho hi u qu tiêu n ng t t h n m lo i 3 vƠ lo i 6 ng c v i logic vô lý.
Theo công th c tính c a Aivazian c . V i = 0,5:
Thay các giá tr i=0,10; b=22m; = 29,41m; gc=0,2320;
705 , 3 . 81 , 9
68 , 9 .
2 2
gh
Fr V =1,606 vƠo công th c (2-7) ta đ c b ng k t qu sau:
B ng 2.11 Chi u cao m nhám gia c ng trên d c ng v i = 0,5 cho 3 ki um nghiên c u đi n hình tính theo công th c c a Aivazianc (2-7).
gc Ki u m M N ∆(m)
0,2320
1 0,050 14 -4,03 -0,92
3 0,077 18 -6,21 -0,60
6 0,065 23 -7,28 -0,51
K t qu tính b ng 2.11cho th y các giá tr c a ∆ tính ra lƠ ơm vô lý.
Nh n xét:
V ẾáẾ Ếông ỏh Ế ỏính ỏoán:
Khi tính chi u cao m theo công th c c a Pical p (2 ậ 5a) có m t s tr ng h p không áp d ng đ c.
Khi tính chi u cao m theo công th c (2 ậ 5b) k t qu tính ng c v i logic thông th ng: m Ki u 1 cho hi u qu tiêu n ng t t h n m Ki u 3 vƠ Ki u 6 không h p lý.
Khi tính chi u cao m theo công th c c a Aivazian c (2 ậ 7) thì các giá tr c a ∆ tính ra lƠ ơm không h p lý.
Ch có công th c Aivazian m i (2 ậ8) lƠ cho k t qu phù h p logic vƠ không g p ph i nh ng tr ng h p vô lý. V y đ ngh tính chi u cao m nhám theo công th cAivazian m i.
V hi Ố qỐ ỏiêỐ n ng Ế a ẾáẾ ki Ố m :
Ki u 6 đ t hi u qu t t nh t (chi u cao m nh nh t, nh ng v n đ t đ c m c đ tiêu hao n ng l ng quy đ nh). Ki u 3 đ t hi u qu tiêu hao n ng l ng th p h n ki u 6, nh ng l i s d ng ít v t li u h n. Còn ki u 1 cho hi u qu tiêu hao
n ng l ng th p nh t (chi u cao m l n h n nhi u so v i ki u 3 vƠ ki u 6) nên đ ngh không s d ng, không ti p t c nghiên c u.
- Chi u cao m nhám t l thu n v i m c n ng l ng tiêu hao. Trong đi u ki n c a d c n c nghiên c u, có th tiêu hao đ c đ n 50% n ng l ng trên d c nh lƠm m nhám gia c ng v i chi u cao ch p nh n đ c (62cm cho ki u 3 vƠ 55cm cho ki u 6). VƠ đơy lƠ m t gi i pháp tiêu n ng r t đáng đ c quan tâm xem xét khi đi u ki n tiêu n ng cu i d c khó kh n (đ a ch t không t t, ph i đƠo b quá sơu, lƠm t ng quá cao, đi u ki n thi công khó kh n, kh i l ng công trình tiêu n ng l n).