Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 5: Kênh và công trình trên kênh - TS. Nguyễn Chiến

Nội dung text: Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 5: Kênh và công trình trên kênh - TS. Nguyễn Chiến

1. § Chương 5 : Kênh và công trình trên kênh H T L ➢Khái Quát. ➢ Kênh. ➢ Cống trên hệ thống kênh. ➢ cầu máng. ➢Xi phông ngược. ➢Dốc nước, bậc nước 1
2. § 5-1 Kh¸i qu¸t (1) H T L 1- Kênh: Khái niệm: Lòng dẫn nhân tạo bằng đất, gạch đá, bê tông để chuyển nước. Phân loại: Theo đối tượng phục vụ: - Kênh tưới. - Kênh cấp nước. - Kênh động lực. - Kênh vận tải. - Kênh tháo. - Kênh đa năng. 2
3. § 5-1 Kh¸i qu¸t (2) H T L 2- Công trình trên kênh: Nhiệm vụ: Đảm bảo sự hoạt động bình thường của hệ thống kênh. Các loại chính: - Các cống điều tiết, chia nước: Khống chế Q,H. - Cống ngầm, xi phông ngược, cầu máng: để nối tiếp khi kênh gặp chướng ngại vật. - Dốc nước, bậc nước: Khi kênh hạ thấp nhanh cao trình. 3- Ví dụ về hệ thống kênh: Cầu sơn, Bắc Hưng Hải, Bái Thượng, Đồng Cam, Dầu Tiếng 3
4. § 5-2 Kªnh H T I – Thiết kế mặt cắt kênh : L 1 – Hình dạng mặt cắt: Phụ thuộc vào địa hình, địa chất, quy mô CT, mục đích sử dụng, điều kiện thi công. a) b) m=2 m=2 m=3 h h m=3 b d) b e) c) h h h b b b f) g) h) m=2 m=2 m=3 h h m=3 b 4
5. 2 – Kích thước mặt cắt: § H T Thỏa mãn các điều kiện về công năng, an toàn và kinh tế. L ĐK chuyển nước: Tính toán thủy lực xác định . ĐK ổn định về thủy lực: Vkb < V < Vkx. Vkb – lưu tốc không bồi lắng ~ bc, kich thước kênh. Vkx – lưu tốc không xói ~ chất đất, VL bảo vệ. ĐK chống trượt mái (xác định m): - Mái không cao: Tham khảo CT tương tự. - Mái cao: Tính toán ổn định. ĐK thi công: - Đào thủ công: b ≥ 0,5m. - Đào cơ giới: b ~ loại máy. ĐK kinh tế: Chọn P/án rẻ nhất. 5
6. § H II – Gia cố mái kênh: T L Mục đích: Chống xói, chống thấm, giảm nhám, tăng ổn định. Biện pháp: - Đá lát khan. - Đá xây vữa. - BT & BTCT: + Đổ tại chỗ. + Tấm đúc sẵn. Nguyên tắc chọn: Xuất phát từ đặc điểm địa chất, mục đích gia cố, ĐK vật liệu, ĐK thi công. 6
7. § H III – Các biện pháp bảo vệ kênh trên sườn dốc T L Mục đích: - Chống lũ quét từ sườn dốc làm hỏng kênh. - Chống bùn cát, đá tuồn vào kênh. Biện pháp : 1 – Cống luồn qua kênh: - Đ/K: Khi có lạch nhỏ cắt qua kênh. - Nhược điểm: dễ bị bùn cát lấp đầy. 7
8. Sơ đồ bố trí cống luồn § H T 3 L 1 2 (1) kênh dẫn nước, (2) cống luồn, (3) nơi tập trung nước 8
9. III – Các biện pháp bảo vệ kênh trên sườn dốc (2): § H T Biện pháp : L 2 – Hệ thống tràn bên kênh (tràn vào + tràn ra): C¾t däc MÆt b»ng -Đ/K: Khi sườn không dốc lắm. -Nhược điểm:  Chiều dài tràn thường phải lớn bảo vệ tốn kém.  Vẫn có khả năng bùn cát kéo vào kênh. 9
10. III – Các biện pháp bảo vệ kênh trên sườn dốc (3): § H T Biện pháp : L 3 – Tràn băng qua kênh: D 2 -Đ/K: Khi lũ sườn dốc lớn, nhiều bùn cát, sỏi. -Nhược điểm: Tràn thường phải 1 rộng, khối lượng lớn. 3 -Ghi chú: Có thể kết hợp cầu giao thông qua kênh. Sơ đồ bố trí tràn băng (1) kênh dẫn (2) tràn bằng (3) tiêu năng sau tràn 10
11. III – Các biện pháp bảo vệ kênh trên sườn dốc (4): § H T 4 – Tràn hoặc cống tháo cuối kênh: L - Mục đích: bảo vệ chống nước tràn bờ kênh. - Bố trí:  Kênh lớn: Cống tháo.  Kênh nhỏ: tràn tự động. 11
12. III – Các biện pháp bảo vệ kênh trên sườn dốc (5): § H T 5 – Kênh trên sườn dốc: L 1 2 3 - Bố trí: Chạy // với kênh chính. - Đặc điểm: thường có mặt cắt lớn, tốn kém 12
13. IV – Chọn tuyến kênh (1): § H T 1 – Theo yêu cầu sử dụng: L - Kênh tưới: Chạy ở trên cao Tăng diện tích khống chế. - Kênh tiêu: Chạy ở chỗ thấp tập trung nước. - Kênh giao thông: R ≥ 5Lt (Lt – chiều dài tầu thuyền). 2 - Đ/K địa hình: quyết định khối lượng đào, đắp. - Chọn Wđào ≥ Wđắp hợp lý. - Đồng bằng: tuyến thẳng, đất đào được đắp tại chỗ. - Miền núi: So sánh để chọn:  Theo đường đồng mức: tuyến dài, KL gia cố ít.  Đi tắt: tuyến ngắn, KL gia cố & CT nối tiếp nhiều. 13
14. § IV – Chọn tuyến kênh (2): H T 3 – Đ/K địa chất: L - Tránh qua vùng đá (khó đào). - Tránh qua vùng đất trượt, đất thấm nước nhiều. 4 - Đ/K thi công: - Bố trí mặt bằng thi công thuận tiện. - Gần bãi lấy đất đắp, bãi thải. - Đường giao thông & liên lạc với bên ngoài. 14
15. § H T L 15
16. § H T L 16
17. Cèng § 5-3 H T I – Bố trí : L 1 – Vị trí đặt: - Trên kênh, đầu kênh nhánh để điều tiết Q, H. - Tại chỗ kênh cắt đường giao thông, chướng ngại 3 1 2 1. Cống điều tiết; 2, 3. Cống lấy nước 2 – Hình thức: Cống lộ thiên, cống ngầm. 17
18. § H T L 18
19. II – Kết cấu một số loại cống : § H T 1 – Cống có tấm nắp: L Các bộ phận: - Tường bên: Xây bằng gạch, đá, BT. - Bản đáy: Xây liền hoặc tách rời tường bên. - Nắp đậy: bằng đá phiến, BT, BTCT. 19
20. § 1 – Cống có tấm nắp (tiếp): H T L Tính toán các bộ phận: - Tấm nắp: Tính theo dầm đơn. Cần kiểm tra 2 điều kiện:  Chịu uốn: bất lợi nhất là mặt cắt giữa dầm.  Chịu cắt: bất lợi nhất là mặt cắt đầu dầm. - Tường bên: theo nguyên tắc tường chắn đất. - Bản đáy: theo dầm trên nền đàn hồi, hoặc dầm đảo ngược. 20
21. 2 – Cống vòm: § H T Trường hợp sử dụng: khi khẩu diện cống tương đối lớn. L Vật liệu xây dựng: gạch, đá xây, BT, BTCT. Hình thức mặt cắt: Vòm thấp, vòm vữa, vòm cao. a) b) c) f L L/2 L Phương pháp tính toán: - Vòm không cốt thép: đồ giải xác định đường áp lực trong vòm Kiểm tra điều kiện không sinh ưs kéo. - Vòm có cốt thép: tính toán nội lực (M, N, Q), tính toán cốt thép. 21
22. CÇu m¸ng § 5-4 H T I – Khái niệm : L 1 – Trường hợp sử dụng: - Khi kênh vượt qua thung lũng, khe lạch có 2 bờ dốc, nhưng không sâu. - Khi vượt qua sông, kênh khác mà mực nước Max trong sông, kênh khác < đáy kênh. - Kênh qua vùng thấm mạnh kênh máng. a) b) 22
23. I – Khái niệm (tiếp) : § H 2 – Một số đặc điểm: T L Chế độ thủy lực: thuận, tổn thất cột nước nhỏ. Công trình hở Xây dựng và quản lý thuận lợi ( trừ trường hợp vượt qua thung lũng rộng và sâu). II – Bố trí cầu máng: 1 – Cửa vào, cửa ra: có tường cánh nối tiếp với kênh thượng, hạ lưu. z Cửa vào, cửa ra của cầu máng 23
24. II – Bố trí cầu máng (tiếp): § H 2 – Thân máng (máng chuyển nước + bộ phận trụ đỡ): T L a) Máng chuyển nước: Máng BTCT: thường có m/c chữ nhật. Máng mỏng bằng XM lưới thép: thường có m/c chữ U. b) Bộ phận đỡ: Nhiệm vụ: đỡ toàn bộ thân máng + nước + tải trọng . Máng ngắn: gối tự do lên 2 bờ. Máng dài: dùng nhiều trụ trung gian 2 sơ đồ: - Dầm liên tục. - Dầm công xôn kép. a l a 24
25. II – Bố trí cầu máng (tiếp): § H T Máng qua suối sâu, không rộng: giá kiểu vòm: L - Máng tựa lên vòm. - Máng treo lên vòm. a) b) Giá đỡ cầu máng kiểu vòm và kiểu vòm treo 25
26. III – Tính toán thủy lực: § H T Mục đích: L - Xác định kích thước mặt cắt máng. - XĐ độ dốc đáy máng. - XĐ tổn thất cột nước qua máng. Số liệu ban đầu: Q, L, Zcp; mặt cắt kênh thượng, hạ lưu. Trình tự tính toán: - Bố trí chung máng, cửa vào, cửa ra. - Tính toán thủy lực cửa vào, thân máng, cửa ra. - Kiểm tra điều kiện chuyển nước: Zi Zcp 26
27. III – Tính toán thủy lực (tiếp): § H 1 – Cửa vào: Sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập. T L Công thức chung: Q = . .b.h 2gZ01 , V 2 Z = Z + 0 01 1 2g Z1 - độ hạ thấp mực nước tại cửa vào.  - diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào: ( Mặt chữ nhật:  = B.h). Các bài toán: - Định trước Z1 (tức h), tìm B. - Định trước B, tìm Z (và h) Tính thử dần 1 27
28. III – Tính toán thủy lực (tiếp): § H T 2 – Thân máng: Tính như dòng đều. L 2 - Q Độ dốc máng: i = C 22 R - Tổn thất cột nước dọc đường: Zd = i.L. - Thường khống chế: i = 0,0008 á0,002. Lưu tốc: V = 1 á 2 m/s. 3 – Cửa ra: - Nếu cửa ra làm giống cửa vào có độ cao hồi phục Z2 Z1. Bất lợi: khi có gió thổi ngược sinh nước dềnh trong máng. - Cách khắc phục: hạ thấp đáy kênh sau cửa ra một đoạn bằng Z1 đường mặt nước nằm ngang. 28
29. § H T L P3 Bố trí hạ thấp cửa ra của máng 29
30. IV – Kết cấu máng mỏng bằng XM lưới thép: § H 1 – Cấu tạo: T L Bố trí: gồm các đoạn máng độc lập đặt trên trụ. Trụ: đá xây, BT,BTCT. iii - iii Máng: Vỏ mỏng bằng XM lưới thép. i - i iii i i iii ii ii D h ii - ii Chiều dày máng: 1á3cm nhẹ . So với máng BTCT: lượng XM giảm 55 á 80%. Luợng thép giảm 40 á 87%. 30
31. § H T L 31
32. IV – Kết cấu máng mỏng bằng XM lưới thép: § H T 1 – Cấu tạo(tiếp) L Bố trí các lớp vật liệu: - Thép dọc nhịp máng: bố trí ở giữa chiều dày. - Thép ngang: đặt 2 bên thép dọc ( 2 lớp). - Lưới thép: đặt bên ngoài thép ngang ( 2 lớp). - Vữa XM ngoài cùng ( 2 lớp, mỗi lớp dày 2 á 3mm). 2 – Công nghệ chế tạo máng: 2 loại chính. Phun vữa: tại hiện trường, áp dụng cho máng lớn. Đúc sẵn: áp dụng cho máng vừa và nhỏ. 3 – Tính toán kết cấu: Trình tự: Bố trí VL Kiểm tra bền Tính nội lực 32
33. § H T L 33
34. § H T L 34
35. Xi ph«ng ngîc § 5-5 H T L I – Khái niệm : 1 – Điều kiện sử dụng: - Khi kênh gặp sông, suối, kênh khác. - Khi mực nước trong sông, suối > đáy kênh dẫn phải làm xi phông ngược. - Các trường hợp khác: So sánh kinh tế giữa cầu máng & XP ngược. 2 – Cách bố trí: gồm cửa vào, thân ống, cửa ra. 35
36. § H T L Các loại xi phông ngược a) loại giếng; b) loại ống nghiêng 36
37. § H T L 37
38. 2 – Cách bố trí (tiếp): § H T a) Cửa vào: L - Các bộ phận: Tường cánh, lưới chắn rác, hàng phai, hay van sửa chữa. - miệng vào chọn < MN max khoảng 0,5m tránh hút không khí vào ống. b) Thân ống: Cắt dọc: 2 sơ đồ: - Giếng đứng: khi XP không lớn. - ống nghiêng: XP vừa và lớn. Cắt ngang: hình tròn, chữ nhật, vòm - Chữ nhật: ống BTCT đổ tại chỗ. - Tròn: ống thép, ống BTCT lắp ghép. - Vòm: XP nhỏ, xây gạch. c) Cửa ra: (nối tiếp với hạ lưu). Gồm tường cánh, hàng phai. 38
39. § II – Tính toán thủy lực: H T 1 – Công thức chung: L Q = .. 2gz 0 Q – lưu lượng; -hệ số lưu lượng;  - diện tích m/cắt; Z – Chênh lệch mực nước thượng – hạ lưu. 1 Trị số :  =  2 – Các bài toán: i Thiết kế: có Q, Z, tìm  (thử dần). Kiểm tra: có , Z, tìm Q. Khống chế lưu tốc: V = 1,5 á 3 m/s tránh bồi lắng. 39
40. § II – Tính toán thủy lực (tiếp): H T 3 – Vấn đề cột nước thừa: L a) Hiện tượng: Khi XP có Qmax >> Qmin. - Thiết kế: với Qmax Zmax. - Khi tháo Qmin Zmin << Zmax Cột nước thừa Z = Zmax – Zmin. Sinh nước nhảy ở cửa vào rung động. mất ổn định, hỏng khớp nối. Q max Qmin z Q max z z1 Qmin 40
41. II – Tính toán thủy lực (tiếp): § H T 3 – Vấn đề cột nước thừa: L b) Biện pháp khắc phục: - Bố trí bể tiêu năng ở cửa vào. - Bố trí đoạn chuyển tiếp (đường nước hạ). - Bố trí các thanh cản ở cửa ra (ít dùng). - Bố trí 1 bộ nhiều ống XP (khi Q lớn). max max min min a) b) c) 41
42. Dèc níc, bËc níc § 5-6 H T 1 – Điều kiện bố trí : L Khi địa hình hạ thấp nhanh (độ dốc địa hình lớn). Làm dốc nước, bậc nước. So sánh: - Về thủy lực: bậc nước làm việc an toàn hơn. - Về khối lượng công trình: dốc nước tốn ít hơn. 2 – Bố trí cửa vào dốc, bậc: Nguyên tắc: Cửa có khả năng tự động điều tiết. Biện pháp: tùy thuộc quy mô kênh. + Cửa tự động điều tiết: dùng ở kênh lớn. + Cửa điều tiết 1 phần: - Cửa khuyết chữ nhật. - Cửa khuyết chữ nhật có ngưỡng. - Cửa khuyết chữ nhật có ngưỡng gián đoạn. 42
43. 2 – Bố trí cửa vào dốc, bậc: § H T - Cửa hình thang (liên tục và không liên tục), L sử dụng nhiều. h b 1:m 1:m b 4:m 4:m b/4 b/4 b/4 b/4 43
44. § 3 – Tính toán cửa hình thang: Xác định b & mcv: H T L b – bề rộng dáy cửa; mcv – hệ số mái nghiêng của cửa. Thỏa mãn hệ phương trình: Q1 b + 0,8mcv H1 = 3/ 2 MH 01 Q2 b + 0,8mcv H 2 = 3/ 2 MH 02 Trong đó: H1 = Hmin + 0,25(Hmax – Hmin) Q1 H2 = Hmax – 0,25(Hmax – Hmin) Q2 44