H ình 2.1: Sơ đ ồ cống ngầm chảy không áp
2.2.Các vấn đề chân không, khí thực và biện pháp phòng, chống
2.2.1. Các vấn đề về chân không, khí thực
Đối với các cống ngầm ở trong đập đất, khi độ mở cửa van nhỏ, cột nước thượng lưu lớn dễ xảy ra hiện tượng có nước nhảy ở trong cống. Khi đó không khí sẽ xâm nhập vào dòng nước qua vùng xoáy cuộn của nước nhảy, làm giảm áp suất tại mặt cắt sau cửa van. Khi áp suất trong dòng chảy giảm xuống dưới áp suất giới hạn sẽ xuất hiện hàng loạt bong bóng hơi nước ở điều kiện nhiệt độ bình thường, gọi là hiện tượng khí hóa. Nếu mức độ khí hóa đủ
28
mạnh và duy trì trong một thời gian đủ dài thì vật liệu thành cống sẽ bị bong tróc, hư hỏng, đó là hiện tượng khí thực.
Đối với thành lòng dẫn bằng vật liệu bê tông thì sự phá hoại do khí thực chủ yếu là tác động cơ học. Các bong bóng khí được hình thành tập trung trong vùng hạ áp sẽ được dòng chảy cuốn theo đến vùng có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy. Nếu sự tiêu shủy này xảy ra dồn dập ở gần bề mặt lòng dẫn thì sẽ tạo một xung lực lớn và lặp lại nhiều lần làm cho vật liệu bị mỏi, dẫn đến bong rời. Đối với vật liệu bằng kim loại thì nguyên nhân gây khí thực ngoài tác động cơ học còn có các yếu tố khác như ăn mòn hóa học, hiệu ứng nhiệt,…
Khí thực thường phá hoại bề mặt lòng dẫn trong một phạm vi nhất định gọi là hố xâm thực.
Trong thực tế, quá trình xâm thực diễn biến rất phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như hình dạng chảy bao, lưu tốc dòng chảy, loại vật liệu, độ hàm khí trong nước.
2.2.2. Biện pháp phòng chống khí thực
Khí thực làm tróc rỗ, hư hỏng bề mặt lòng dẫn, có thể dẫn đến sự cố cho công trình. Vì vậy trong thiết kế cần áp dụng các biện pháp để phòng khí thực. Một số giải pháp thường được áp dụng:
2.2.2.1. Giới hạn khí hoá dòng chảy ở giai đoạn đầu
Trong thiết kế, giải pháp an toàn nhất là khống chế không cho phát sinh khí hóa, đảm bảo điều kiện K > Kpg bằng cách tăng độ thoải của tường biên công trình để giảm trị số Kpg hoặc tăng kích thước lòng dẫn để giảm lưu tốc tức thời làm tăng trị số của hệ số khí hóa thực tế K. Các biện pháp nêu trên đều dẫn đến làm tăng kích thước công trình. Một số trường hợp biện pháp này là không thể vì nó ảnh hưởng đến công trình liền kề.
29
Để tránh gia tăng quá nhiều kích thước cho công trình mà vẫn đảm bảo an toàn về khí thực có thể chấp nhận khí hóa ở giai đoạn đầu vì ở giai đoạn này, khả năng xâm thực là rất nhỏ.
2.2.2.2. Lựa chọn vật liệu theo độ bền khí thực
Với một dòng chảy có đường biên xác định, khả năng xâm thực phụ thuộc vào độ bền của vật liệu lòng dẫn. Sự phá hoại bề mặt lòng dẫn chỉ xảy ra khi hội tụ đầy đủ các điều kiện:
- Có khí hóa đủ mạnh và duy trì trong thời gian đủ dài - Có lưu tốc đặc trưng VĐT > Vng
Vì vậy trong trường hợp đường biên công trình không đủ thoải, không thể tránh khỏi khí hóa thì có thể chọn vật liệu có độ bền cao để gia cố các vị trí có thể phát sinh khí thực nếu dùng vật liệu thông thường.
Ví dụ như sử dụng bê tông mác cao hơn để gia cố tại những khu vực dự báo có khí hóa. Chú ý mặt nối tiếp giữa các vật liệu khác nhau phải xử lý thật phẳng, nhẵn để tránh tạo ra nguồn phát sinh khí hóa mới.
Ở một số công trình trên thế giới, người ta xử lý chống khí thực bằng cách bọc thép tấm vào vị trí dự báo có khí hóa. Tuy nhiên, khả năng thành công bị hạn chế do các nguyên nhân:
- Mặt tiếp giáp giữa tấm thép và khối bê tông không tránh khỏi vết nứt và đây là nguồn phát sinh khí hóa dẫn đến phá hoại phần bê tông phía hạ lưu tấm thép.
- Do mạch động mãnh liệt tại khu vực khí hóa làm giật đứt các chân cắm, dẫn đến bong rời tấm thép.
2.2.2.3. Dẫn không khí vào miền hạ áp
Các thí nghiệm trong phòng cũng như quan trắc hiện trường đã xác nhận rằng khi lớp dòng chảy sát thành có hàm khí thì khả năng xâm thực lòng dẫn giảm hẳn hoặc bị triệt tiêu hoàn toàn.
30
Đối với cống dưới sâu, buồng van là nơi có nhiều bộ phận có đường biên không thuận (khe van, bậc thụt, đầu trụ,…) nên dễ phát sinh khí hóa. Vì vậy ta phải bố trí bộ phận tiếp khí vào buồng van.
- Tiếp khí vào khoảng không phía trên dòng chảy thông qua ống dẫn khí chính (giếng thông khí). Đây là loại đường tiếp khí đơn giản và phổ biến nhất. Cửa ra của ống dẫn khí chính đặt ở trần đoạn đường dẫn nước ngay sau cửa van, còn cửa vào của nó đặt cao hơn mực nước kiểm tra của hồ và tại cửa vào có bố trí lưới chắn để bảo vệ.
- Tiếp khí vào các vị trí có tách dòng trong buồng van như khe van, bản khe, ngưỡng đáy, bậc thụt ( là những vị trí dễ bị khí thực nhất).
2.2.2.4. Dẫn nước vào vùng hạ áp
Việc dẫn nước vào vùng đạt chân không lớn nhất ở các mố tiêu năng có tác dụng giảm trị số Kpgcủa mố và ngăn ngừa khả năng khí thực.
2.2.2.5. Nâng cao chất lượng thi công
Khi thi công bề mặt lòng dẫn của công trình tháo nước, nhất là ở những bộ phận có dòng chảy lưu tốc cao, cần đặc biệt chú ý chất lượng bề mặt công trình: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Không cho phép rỗ mặt;
- Khống chế các gồ ghề cục bộ trong phạm vi cho phép, đặc biệt là ở các vị trí nối cốp pha, các khớp nối của công trình, các vị trí tiếp giáp giữa hai loại vật liệu khác nhau.
- Loại trừ các gồ ghề cục bộ trên bề mặt: các đinh, chốt, các hòn cốt liệu lớn nhô ra, các chỗ lõm cục bộ…