Thủy văn công trình Chương 5

Sơ đồ tínhCác yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy trong cống:  Dòng chảy ở trước cống,  Cấu tạo của cửa vào cống kiểm soát thượng lưu hay bởi đặc tính của cống hình dạng kích thước thân cốn

Chương V

THIẾT KẾ THỦY LỰC CẦU NHỎ

VÀ CỐNG

5.1 KHÁI NIỆM CÔNG TRÌNH VƯỢT QUA SÔNG SUỐI NHỎ

5.1.1 Các loại công trình thoát nước nhỏ:

 Cầu nhỏ: Lc < 25m

 Cống

 Đường tràn

 Đường tràn liên hợp

5.1 KHÁI NIỆM CÔNG TRÌNH VƯỢT QUA SÔNG SUỐI NHỎ

5.1.2 Yêu cầu số liệu tính toán.

lưu lượng theo mưa rào và đánh giá khả năng tiềm ẩn của lũ,

do vậy phải sử dụng bản đồ có tỉ lệ đủ lớn để xác định chính xác diện tích và các đặc điểm của lưu vực.

mặt cắt lưu lượng (01 mặt cắt ở thượng lưu, 01 mặt cắt ở hạ lưu và 01 mặt cắt ở tim công trình).

vực.

ngang, mặt cắt dọc, địa hình đáy dòng chảy, độ dốc đáy, )

giúp cho tính toán và kiểm soát quá trình tính toán thủy lực.

5.1 KHÁI NIỆM CÔNG TRÌNH VƯỢT QUA SÔNG SUỐI NHỎ

5.1.2 Sơ đồ tính toán.

Tùy theo loại công trình, sơ đồ tính thủy lực có thể là:

tràn).

không áp).

 Sơ đồ dòng chảy qua lỗ, qua vòi (cống ngắn chảy có áp).

có áp).

trong đó L là chiều dài cống, H là độ sâu dòng chảy thượng

cho đường nước dâng chảy xiết trong cống có độ sâu ở mặt cắt

5.1 KHÁI NIỆM CÔNG TRÌNH VƯỢT QUA SÔNG SUỐI NHỎ

5.1.4 Trình tự tính toán.

 Tùy theo điều kiện cụ thể về địa hình, địa chất và thủy

văn, lựa chọn loại công trình.

 Sơ bộ chọn cấu tạo công trình.

 Tính (hoặc kiểm tra) khẩu độ công trình b (Lc).

 Tính nước dâng trước công trình H.

 Tính độ sâu và lưu tốc tại mặt cắt tính toán (ht và Vt).

 Lựa chọn vật liệu gia cố đáy sông, suối.

 Xác định cao độ nền đường.

 Xác định cao độ đáy dầm công trình (với tính toán cầu

nhỏ).

m 2gH





nhiên khi không có nước dâng ở hạ lưu.

 Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt co hẹp dưới cầu, có độ sâu tính toán thay đổi theo chế độ chảy:

5.2.1 Sơ đồ tính

 Lựa chọn vật liệu gia cố:

Vật liệu gia cố được lựa chọn sao cho đáy sông, suối không bịxói lở, nghĩa là:

loại vật liệu và độ sâu tính toán, tham khảo bảng 7-4

5.2.2 Các bài toán về cầu nhỏ.

Bài toán 1: Số liệu đã biết (đầu vào): Lưu lượng QP%; loại mố trụ

hay điều kiện chảy

 Yêu cầu:Tính khẩu độ cầu, lựa chọn vật liệu gia cố dưới cầu

Bài toán 2: Số liệu đã biết (đầu vào): Lưu lượng QP%; loại mố trụ; độ

gia cố lòng cầu

 Yêu cầu: Tính khẩu độ cầu, nước dâng trước cầu và kiểm tra vậtliệu gia cố dưới cầu

Trình tự tính toán thường chia thành hai trường hợp

 TRƯỜNG HỢP CHẢY TỰ DO (2TH)

- BT1 Số liệu đã biết (đầu vào): Lưu lượng QP %; loại mố trụ (cho

hay điều kiện chảy

- Yêu cầu tìm: chiều rộng thoát nước b; lựa chọn dạng gia cố dướicầu

- Trình tự tính:

1 Chọn loại mố cầu, xác định hệ số lưu lượng m; xác định tiêu

2 Xác định chiều rộng thoát nước dưới cầu b và chọn chiều dài

4 So sánh h0 với N.H1; nếu h0 < NH1 thì chế độ chảy vẫn là chảy tự do; (Nếu

5 Tìm k1 và xác định chiều sâu tính toán htt = k1H1;

và chiều sâu htt;

- BT2 Số liệu đã biết:

tại mặt cắt tính toán Vt theo hình thức gia cố lòng cầu (song thường lấy

3 2

V H

g 2m





- So sánh h0 với N.H, nếu h0 < N.H thì dòng chảy tự do, sau đó:

4 Xác định kích thước b:

3 / 2

Qb

giả thiết); Nếu không tính với TH chảy ngập

t

t t

Q V

b h



Kiểm tra Vt với Vt; nếu Vt<Vt thì dừng tính

0

bH

bh

Xác định chiều sâu tính toán ht và tốc độ tính Vt

- Trình tự tính (Xem tài liệu)

Ví dụ 1: Xác định khẩu độ thoát nước cầu nhỏ và gia cố dưới cầu

8m; 10m; 12m; 16m

Ví dụ 2: Xác định khẩu độ thoát nước cầu nhỏ và gia cố dưới cầu

25cm trên lớp đá dăm không bé hơn 10cm Biết khẩu độ cầu định

5.3.1 Sơ đồ tính

Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy trong cống:

 Dòng chảy ở trước cống,

 Cấu tạo của cửa vào cống (kiểm soát thượng lưu)

hay bởi đặc tính của cống (hình dạng kích thước thân cống, cấu tạo cửa vào, cửa ra của cống, vật liệu làm cống, chiều dài cống, độ dốc đặt cống, ),

 Dòng chảy hạ lưu (kiểm soát hạ lưu).

Trước khi thiết kế ta không thể biết trước được chế

độ kiểm soát Vì vậy cần phải xem xét thiết kế với các chế độ sau đó lựa chọn chế độ có giá trị lớn (HW) làm chế độ tính toán tiếp.

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

Cửa vào, cửa ra không ngập Cửa vào không ngập, cửa ra ngập

Cửa vào ngập, cửa ra không ngập

a Chế độ kiểm soát thượng lưu

Cửa vào ngập, cửa ra ngập

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

a Chế độ kiểm soát thượng lưu

thượng lưu và cấu tạo cửa vào của cống Độ dốc thân cốngcũng ảnh hưởng đến chế độ kiểm soát thượng lưu nhưngkhông nhiều nên trong tính toán thường bỏ qua

ngập ở cửa vào của cống chế độ thuỷ lực cống được chia thành

3 khu vực: không ngập, ngập và khu vực quá độ

làm việc theo sơ đồ của đập tràn

việc theo sơ đồ dòng chảy qua lỗ

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

Cửa vào, cửa ra ngập Cửa vào không ngập, cửa ra ngập

Cửa vào ngập, cửa ra không ngập

b Chế độ kiểm soát hạ lưu

Cửa vào ngập, cửa ra không ngập

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

Cửa vào không ngập, cửa ra không ngập

b Chế độ kiểm soát hạ lưu

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

b Chế độ kiểm soát hạ lưu

lưu, hình dạng kích thước cửa vào và cửa ra, đặc tính của ốngcống (mức độ gồ ghề, diện tích cống, hình dạng, chiều dài, độdốc đặt cống), mực nước hạ lưu cống, cửa ra của cống

cống là dạng tốt nhất của dòng chảy để mô tả chế độ thuỷ lựccủa kiểm soát hạ lưu Dòng chảy ở chế độ kiểm soát hạ lưuđược tính toán trên cơ sở của phương trình cân bằng nănglượng

5.3.1 Sơ đồ tính

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

b Chế độ kiểm soát hạ lưu

Biểu diễn đường năng lượng và đường đo áp của dòng chảy

qua cống trong trường hợp cống đầy

5.3.2 Trình tự thiết kế thuỷ lực cống.

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

Từ lưu lượng đã biết, tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa

chất cụ thể, sơ bộ lựa chọn loại cống, kính thước cống, cấu

tạo cửa vào, cửa ra của cống

a Chế độ kiểm soát thượng lưu.

 Từ kích thước của cống, lưu lượng qua cống xác định được

tỷ số HW/D

 Nhân chiều cao cống D với tỷ số HW/D được nước dâng

Kiểu đầu thu

(1) Tường đầu có mép vuông (2) Tường đầu có ống nối ở cuối (3) Phần nhô ra có ống nối cuối

(m 3 /s )

1

2

3

5.3.2 Trình tự thiết kế thuỷ lực cống.

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

b Chế độ kiểm soát hạ lưu.

 Tính độ sâu hạ lưu TW trên đáy cống theo lưu lượng thiết kế

dạng cống hay sử dụng đồ thị

 Tính tổn thất qua cống H theo biểu đồ hay theo công thức nếucác giá trị vượt quá biểu đồ

(1) Nếu hệ số nhám của cống khác hệ số nhám của biểu đồ thì

L – chiều dài thực tế của cống

n – hệ số nhám của biểu đồ

5.3.2 Trình tự thiết kế thuỷ lực cống.

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

b Chế độ kiểm soát hạ lưu.

(2) Sử dụng một đường thẳng nối kích thước cống (điểm 1) vớichiều dài cống theo hệ số ke (điểm 2) được điểm đổi hướng(điểm 3) Lại dùng một đường thẳng nối từ lưu lượng (điểm 4)với điểm đổi hướng (điểm 3) được tổn thất H

 Nếu cao độ mực nước tại cửa ra lớn hơn cao độ mực nước

khác hoặc kết cấu cống khác)

Phần cuối ống nối (nhô ra hoặc tường đầu Cửa vào dạng (33,7 o hoặc 45 o )

Cạnh-vuốt hoặc mái dốc-vuốt Phần cuối vuông (nhô ra hoặc có tường

+ Đối với chế độ kiểm soát thượng lưu: độ sâu tại cửa ra xấp xỉ

độ sâu chảy đều trong cống xem sau : d=dn<dC

+ Đối với chế độ kiểm soát hạ lưu: xem hình sau:

5.3.2 Trình tự thiết kế thuỷ lực cống.

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNG

c Đánh giá kết quả.

TW – độ sâu dòng chảy hạ lưu

D – chiều cao cống

VD1: Cống tròn BTCT có kích thước D=1.5m; số

cống 1; dài 30m đặt ở độ dốc 0.3%; độ nhám

n=0.012; cửa vào dạng tường cánh mở góc 450

(ke=0.2); lưu lượng qua cống 3m3/s; chiều sâu

hạ lưu 1.4m Tính thủy lực cống.

VD2: Cống hộp vuông 1,25m x 1,5m; dài 30m; đặt ở

độ dốc 0,3%; có độ nhám n=0,012; cửa vào

dạng tường cánh mở góc 450 (ke=0.2); lưu lượng

qua cống 10m3/s; chiều sâu hạ lưu 1.25m Tính

thủy lực cống.