Giáo trình Thủy công (Tập 2): Phần 2

L-îng n-íc tæn thÊt do thÊm qua kªnh gi¶m dÇn theo thêi gian v× cã sù l¾ng ®äng cña c¸c h¹t l¬ löng trong kªnh lÊp kÝn c¸c lç hæng vµ t¹o nªn mét mµng chèng thÊm trªn mÆt lßng kªnh... [r]

Ch-ơng XI kênh và công trình trên kênh

11.1 khái quát

Kênh là đ-ờng dẫn n-ớc hở hoặc kín đ-ợc xây dựng để chuyển và cấp n-ớc cho các ngành dùng n-ớc khác nhau ở n-ớc ta kênh ở các hệ thống t-ới đ-ợc xây dựng vào thời kỳ tr-ớc những năm 90 của thế kỷ XX chủ yếu là kênh đào hoặc đắp bằng đất Loại kênh này

có kinh phí xây dựng ban đầu không cao những l-ợng mất n-ớc do thấm lớn, chiếm nhiều diện tích mặt đất, th-ờng xảy ra hiện t-ợng xói, hàng năm phải đầu t- kinh phí để sửa chữa Việc sửa chữa kênh không chỉ gây tốn kém về kinh phí mà còn làm gián đoạn việc chuyển n-ớc, ảnh h-ởng đến sự làm việc bình th-ờng của hệ thống

Để khắc phục những nh-ợc điểm nh- đã nêu trên, hiện nay mạng l-ới kênh đất đang dần đ-ợc cứng hoá bằng cách lát mái bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc xây lại theo mặt cắt chữ nhật bằng gạch, đá, bê tông, bê tống cốt thép Các mạng l-ới kênh mới thiết kế chủ yếu lựa chọn theo ph-ơng án kênh xây

Nh- vậy theo hình thức kết cấu có hai loại: kênh đất và kênh xây

Theo đối t-ợng phục vụ, kênh có thể chia thành các loại:

- Kênh dẫn n-ớc phát điện là một bộ phận của trạm thuỷ điện kiểu đ-ờng dẫn Độ dốc

đáy của kênh này yêu cầu nhỏ để tốn thất cột n-ớc ít

- Kênh t-ới, dẫn n-ớc t-ới ruộng Loại kênh này phải thoả mãn đ-ợc l-u l-ợng và cột n-ớc t-ới tự chảy Vì vậy kênh th-ờng bố trí qua những nơi t-ơng đối cao, độ dốc kênh nhỏ

để hạn chế tổn thất dầu n-ớc

- Kênh vận tải, kích th-ớc mặt cắt tuỳ theo kích th-ớc thuyền, chiều sâu n-ớc và l-u

độ đảm bảo cho thuyền qua lại đ-ợc an toàn (v = 0,6  1m/s)

- Kênh cấp n-ớc, dẫn n-ớc phục vụ cho sinh hoạt của nhân dân và các xí nghiệp Loại kênh này yêu cầu phải cung cấp n-ớc đ-ợc liên tục

- Kênh tháo n-ớc, dùng để tháo n-ớc tiêu úng trong nông nghiệp, tháo n-ớc thừa của công nghiệp, tiêu n-ớc bẩn của thành phố Tuyến kênh th-ờng chọn qua những nơi thấp để việc tập trung n-ớc để dễ dàng

Kênh có thể đồng thời phục vụ nhiều mục đích khác nhau nh- t-ới ruộng, vận tải thuỷ

và phát điện v.v…

Trên đ-ờng kênh th-ờng phải xây dnựg các công trình để khống chế, điều tiết mực n-ớc và l-u l-ợng, phân chia n-ớc từ kênh chính vào kênh nhánh, vì vậy th-ờng gặp các loại cống điều tiết, cống phân n-ớc Các cống này có thể là loại lộ thiện hoặc ngầm ở những nơi đ-ờng kênh gặp đ-ờng giao thông, gặp kênh khác, sông suối hay qua các thung lũng v.v… thì tuỳ theo tình hình cụ thể mà dùng cống ngầm, xi phông ng-ợc để tiếp tục chuyển n-ớc Tr-ờng hợp kênh dẫn phải qua nơi địa hình thay đổi, hạ thấp đột ngột, dùng

dốc n-ớc hay bậc n-ớc để tiếp tục chuyển n-ớc trong kênh Các công trình đ-ợc xây dựng

trên kênh trong các tr-ờng hợp kể trên gọi là công trình trên kênh

11.2.kênh

11.2.1.Hình dạng mặt cắt kênh

Hình dạng mặt cắt kênh phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên, tình hình địa chất nơi

kênh đi qua, điều kiện sử dụng, hình thức kết cấu, điều kiện thi công, điều kiện quản lý …

Mặt cắt loại kênh đất th-ờng hay gặp có tiết diện hình thang (hình 11-1a) Loại này thi

công đơn giản Khi kênh có độ sâu khá lớn hoặc đào qua nhiều lớp đất có tính chất khác

nhau thì dùng loại độ dốc mái thay đổi, càng xuống d-ới mái càng thoải hơn (hình 11-1b)

Khi kênh đi qua vùng đá tốt, để giảm khối l-ợng đào, dùng mặt cắt chữ nhật (hình 11-1c)

Tr-ờng hợp không thể mở rộng mặt cắt của kênh nh- khi đi qua vùng dân c-, gần các công

trình khác, qua s-ờn dốc thì th-ờng xây t-ờng chắn đất để thu hẹp mặt cắt của kênh (hình

11-1e) Khi cần tiết kiệm n-ớc, tiết kiệm diện tích đất, th-ờng dùng ph-ơng án kênh xây

Mặt cắt kênh xây phổ biến dạng chữ nhật (hình 11-1d) khi cần sử dụng mặt bằng hoặc

tránh đất, chất thải tràn vào kênh sử dụng hình thức kênh có nắp đậy hoặc mặt cắt kênh

hình hộp (hình 11-1g, h) Kênh vận tải thuỷ có thể dùng mặt cắt dạng tam giác để tăng độ

sâu vận tải và giảm sức cản của thuyền (hình11-1f)

Hình 11-1 Một số hình dạng mặt cắt kênh

Khi thiết kế mặt cắt kênh cần chú ý một số vấn đề sau:

-Mặt cắt kênh thiết kế sao cho t-ơng tự với mặt cắt có lợi về mặt thuỷ lực, tức là với

tiết diện -ớt là nhỏ nhất mà l-u l-ợng n-ớc chuyển qua lại lớn nhất Nh- vậy sẽ giảm đ-ợc

khối l-ợng đào, đắp Trong thuỷ lực học, ta đã biết mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực đối với

kênh mặt cắt hình thang là:

2( 1 m2 m)

h

b





Trong đó b và h - chiều rộng đáy và chiều sâu n-ớc chảy trong kênh; m là độ xoải mái kênh

Đối với kênh đào trong điều kiện đảm bảo diện tích mặt cắt -ớt không đổi, nếu tăng độ sâu, mặt cắt sẽ thu hẹp, nh- vậy có lợi về kinh tế Đối với kênh đắp bằng đất, dùng mặt cắt nông và rọng th-ờng có lợi hơn

Mái dốc của kênh bằng đất chọn phải đảm bảo điều kiện ổn định Nó phụ thuộc vào

điều kiện địa chất nơi kênh đi qua Mái dốc kênh đào khi thiết kế có thể tham khảo bảng (11-1) Mái dốc kênh đắp dựa vào tiêu chuẩn chọn mái dốc của đất đầm nén để lựa chọn

Đối với kênh có chiều sâu lớn hơn 5m, cần phải tính toán ổn định mái theo các nguyên tắc nh- ở đập đất Về mặt thi công, chiều rộng đáy kênh nên chọn nh- sau: khi đào kênh bằng công cụ thủ công, b  0,5m Nếu đào bằng máy cần xét kính th-ớc máy đào Nói chung không nên nhỏ hơn 1,3  3m

Bảng 11-1

Các loại đất

Độ dốc mái kênh Phần ở d-ới

n-ớc

Phần ở trên cạn

Đất cát rời, cát pha sét không chặt 2,0  2,5 2,0

Kênh đ-ợc thiết kế cần đảm bảo điều kiện không xói, không lắng và không mọc cỏ trong kênh Các chỉ tiêu tính toán phải thuân theo các quy phạm hiện hành

11.2.2.Thấm và biện pháp chống thấm cho kênh đào và đắp bằng đất

N-ớc trong kênh bị tổn thất do một phần bị bốc hơi, một phần bị thấm vào đất L-ợng n-ớc tổn thất do bốc hơi nhỏ hơn so với tổn thất do thấm L-ợng n-ớc thấm vào đất của kênh có thể đạt tới 50  60% l-u l-ợng hữu ích qua kênh Dòng thấm từ kênh vào đất phụ thuộc vào tình hình tầng đất thấm n-ớc mà kênh đi qua nh- chiều dày tầng thấm, độ sâu mực n-ớc ngầm, hệ số thấm của lớp đất v.v… Nó cũng còn phụ thuộc cả vào loại kênh có

đ-ợc gia cố hay không gia cố v.v…

L-ợng n-ớc tổn thất do thấm qua kênh giảm dần theo thời gian vì có sự lắng đọng của các hạt lơ lửng trong kênh lấp kín các lỗ hổng và tạo nên một màng chống thấm trên mặt lòng kênh Khi đất lòng kênh có cấp phối không đều và lỗ rỗng không lớn, ng-ời ta đem

đất sét hoà vào trong n-ớc hoặc cho n-ớc đục chứa bùn cát hạt nhỏ chảy qua để có sự lắng

đọng lấp đầy khe kẽ

Cũng có thể tạo màng chống thám bằng cách phủ một lớp rơm, rạ, cỏ v.v… rồi phía trên đắp một lớp đất bảo vệ dày khoảng 10  15cm Khi lớp hữu cơ đó mục nát, nó làm tăng thêm tính mềm dẻo của đất đồng thời cũng có tác dụng chống thấm tốt Có khi ng-ời

ta còn dùng muối (3  5kg/m2) hoặc dầu hoả (4  15 kg/m2) cho vào đất lòng kênh để tạo màng chống thấm nh-ng cách này khá đắt Ngoài ra, có thể nén chặt đất lòng kênh để tăng c-ờng khả năng chống thấm

Hiện nay bên cạnh các biện pháp đơn giản nh- trên, để chống thấm ng-ời ta dùng các loại vải chống thấm, màng chống thấm có bột bentonit hoặc thay thế bằng kênh bê tông

11.2.3.Bảo vệ mái kênh

Để chống xói, giảm độ nhám, tăng năng lực chuyển n-ớc và giảm tổn thất cột n-ớc, tăng khả năng chống thấm, tăng ổn định của mái dốc kênh, chống cỏ mọc, chống các động vật phá hoại lòng kênh, phải có các hình thức bảo vệ kênh

Trồng cỏ: mục đích chủ yếu là chống xói Loại này dùng khi đất lòng kênh là cát, kênh không lớn, l-u tốc trong kênh nhỏ hơn 1,2m/s

Lớp bảo vệ bằng đất sét chủ yếu là để chống thấm Lớp bảo vệ này đ-ợc cấu tạo ở mặt nghiêng hoặc ở bờ kênh (giống nh- t-ờng nghiêng, t-ờng tâm ở đập đất) Đối với kênh có

độ sâu cột n-ớc 1,52m, mái dốc t-ơng đối xoải m=23 có thể dùng lớp đất sét dày 0,2  0,3m bảo vệ dọc theo mái nghiêng và đáy của kênh Phía ngoài lớp đất sét là lớp bảo vệ dày 0,20,7m Đối với kênh nửa đắp nửa đào có thể dùng t-ờng tâm

Lớp bảo vệ bằng đá: có thể dùng đá để bảo vệ mái kênh Khi dùng đá đổ thì tác dụng chủ yếu là chống xói Đ-ờng kính hòn đá chừng 0,30,4m Chiều dày lớp đá 0,30,6m Bên d-ới có lớp đệm bằng sỏi hoặc cát to dày 1520cm Hình thức này làm tăng độ nhám, tổn thất ma sát dòng chảy khá nhiều Có thể làm lớp bảo vệ bằng một hoặc hai lớp đá xây khan dày 1540cm và lớp lót bảo vệ dày 1520cm Để tăng c-ờng ổn định cho mái, chống xói, chống thấm,làm lớp nhám bên ngoài trát lớp vữa xi măng dày 23cm

Bảo vệ mái bằng bê tông và bê tông cốt thép, các tấm bê tông này có thể đổ tại chỗ hoặc đúc sẵn Khi dùng tấm bê tông đúc tại chỗ, chiều dày của nó khoảng 0,10,2m và xuống d-ới thì chiều dày lớn hơn Lớp đệm bằng đá dăm, sỏi, dày 0,10,4m, lớp này còn

có tác dụng thoát n-ớc Khi n-ớc ngầm ở cao thì lớp này càng phải dày Để đề phòng chống nứt do nhiệt độ thay đổi và lún không đều theo chiều dài của kênh, cứ khoảng 25m

bố trí khe hở rộng 12cm và tại đây có thiết bị chống thấm nh- đổ nhựa đ-ờng hay chèn gỗ… Tấm bảo vệ đáy và mái kênh cũng làm tách rời và bố trí thiết bị chống thấm Khi dùng các tấm bê tông đúc sẵn, hình dạng tấm có thể vuông hoặc hình sáu cạnh, chiều dài mỗi cạnh 4060cm và bên d-ới cũng có lớp đệm thoát n-ớc

Trong tr-ờng hợp nhiệt độ thay đổi nhiều hoặc địa chất yếu có thể dùng các tấm bê tông cốt thép Chiều dày các tấm giảm khoảng 25% so với tấm bê tông Hàm l-ợng cốt thép dùng khoảng 24%, đ-ờng kính thép 812mm Bố trí thép theo l-ới ô vuông cách nhau 2030cm Bên d-ới các tấm này có lớp đệm

Ngoài ra, có thể bảo vệ mái bằng bê tông nhựa đ-ờng (hỗn hợp nhựa đ-ờng, cát và đá dăm), đặt trên lớp đệm dày 58cm Loại này có -u điểm là dễ biến dạng và chống thấm tốt

11.2.4.Chọn tuyến kênh

Chọn tuyến kênh là một vấn đề quan trọng trong thiết kế kênh Căn cứ vào công dụng của kênh, l-u l-ợng dẫn, tốc độ chảy kết hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thi công

và khối l-ợng đất đào và đất đắp… mà quyết định

Điều kiện địa hình có ảnh h-ởng nhiều đến khối l-ợng đào đắp Trong khi xác định tuyến kênh nên cố gắng đảm bảo sao cho khối l-ợng từng mặt cắt hoặc từng đoạn đất đào,

đất đắp gần bằng nhau, hoặc nếu không thì khối l-ợng đào nên nhiều hơn, vì cùng yêu cầu chất l-ợng nh- nhau, đối với phần đắp giá thành th-ờng đắt hơn, thi công phức tạp hơn

ở vùng đồng bằng, nên cố gắng chọn tuyến kênh thẳng, đất đào lên đ-ợc sử đụng đắp ngay tại chỗ Địa hình của tuyến đi qua phải đáp ứng đ-ợc các yêu cầu sử dụng Thí dụ kênh t-ới bố trí ở chỗ cao để đảm bảo t-ới tự chảy, kênh tiêu chỗ thấp để dễ tập trung n-ớc

ở vùng núi, để khối l-ợng đào đắp xấp xỉ nhau nên đặt tuyên kênh theo đ-ờng đồng mức, đất đào đ-ợc sử dụng đắp ở một bên (hình 11-2) Vì tuyến kênh đi men theo đ-ờng

đồng mức nên có nhiều đoạn cong, kênh sẽ dài, khối l-ợng tăng, do đó cần phải so sánh chọn ph-ơng án thích hợp

Hình 11-2 Mặt cắt kênh khi đi ven s-ờn dốc

Về mặt địa chất, tuyến kênh không nên chọn qua vùng đá, vì khó đào Cũng không nên qua vùng đất tr-ợt, đất thấm n-ớc nhiều Cần tránh đ-ờng giao thông, các sông ngòi để giảm các công trình phụ tại chỗ giao nhau Trong những tr-ờng hợp phải chuyển n-ớc qua những vùng địa chất xấu, nếu làm kênh đất thì không có lợi Khi đó nên chọn tuyến ngắn nhất và sử dụng biện pháp kênh máng hoặc đ-ờng ống

Về mặt thi công, phải chú ý sao cho việc cơ giới, tổ chức thi công, lấy đất hoặc đổ đất

đào dễ dàng, vận chuyển vật liệu tới xây dựng các công trình kênh tiện lợi

Kênh kết hợp giao thông thuỷ, tuyến không nên quá cong, th-ờng bán kính cong R ≥ 5L (L là chiều dài của thuyền) để đảm bảo thuyền qua lại đ-ợc dễ dàng

Tóm lại, việc chọn tuyến kênh cần phải cân nhắc phân tích tổng hợp để có thể thoả mãn đầy đủ các mặt kinh tế và kỹ thuật

11.2.5.Một số biện pháp công trình bảo vệ kênh

1 Tràn bên bờ kênh

Trong quá trình vận hành, kênh có thể bị tràn bờ Các nguyên nhân làm cho kênh tràn

bờ là do các cống lấy n-ớc đầu kênh hoặc các cống điều tiết mực n-ớc trên kênh hoặc các cống điều tiết mực n-ớc trên kênh làm việc không đúng quy trình Những kênh đi qua s-ờn dốc, l-ợng n-ớc m-a tràn vào kênh quá nhiều cũng gây ra hiện t-ợng n-ớc trong kênh tràn qua bờ Các hiện t-ợng tràn này ảnh h-ởng đến an toàn bờ kênh, nhiều khi gây ra sự cố ảnh h-ởng đến sự làm việc bình th-ờng của hệ thống Để bảo vệ an toàn cho kênh ở những đoạn

đầu kênh sau cống lấy n-ớc, tr-ớc cống điều tiết trên kênh, ở đoạn kênh đi qua s-ờn dốc có n-ớc m-a tập trung vào kênh, ở đó cần bố trí các tràn bên Tràn bên là một đoạn bờ kênh

đ-ợc hạ thấp nh- hình (11-3) Các đoạn bờ kênh đất cho n-ớc tràn cần đ-ợc bảo vệ để dòng chảy không gây xói lở bờ

Hình 11-3 Sơ đồ tràn bên

2 Cống tháo cuối kênh

Cuối kênh th-ờng bố trí các cống ngầm hoặc cống hở (hình 11-4) Các cống này dùng

để tháo cạn kênh khi cần thiết hoặc dùng để tháo l-ợng bùn cát lắng đọng ở đoạn cuối kênh Nó cũng có thể đ-ợc dùng để tháo bớt l-ợng n-ớc thừa khi kênh bị quá tải

Hình 11-4 Sơ đồ bố trí cống tháo cuối kênh

3 Kênh tiêu s-ờn dốc

Các tuyến kênh đi qua s-ờn dốc và mùa m-a th-ờng bị sạt lở hoặckênh bị lấp đầy bùn cát Để bảo vệ kênh dọc theo tuyến kênh cần xây dựng các kênh tiêu n-ớc s-ờn dốc (hình 11-5) N-ớc từ các s-ờn dốc tập trung vào các kênh này chảy về những nơi trũng Tại đó dùng cống luồn hoặc tràn băng để tiêu qua kênh

Hình 11-5 Kênh tiêu trên s-ờn dốc

11.3 Cống hở và cống ngầm

Trên các hệ thống thủy nông, cống dùng để dâng n-ớc, điều tiết l-u l-ợng, phân n-ớc

từ kênh chính vào kênh nhánh hoặc tháo n-ớc Cống cũng còn có tác dụng chuyển n-ớc khi kênh gặp đ-ờng giao thông hoặc kênh khác Về hình thức cống trên kênh cũng có cống lộ thiên, cống ngầm Nguyên lý tính toán thiết kế cống lộ thiên và cống ngầm đã trình bày ở ch-ơng IX và ch-ơng X

11.4.Cống luồn 11.4.1 Khái niệm

Trên đ-ờng kênh chuyển n-ớc, do điều kiện địa hình, kênh gặp phải các ch-ớng ngại nh- gặp núi chắn ngang, cắt ngang bởi kênh khác, sông suối hoặc thung lũng sâu Để n-ớc trong kênh tiếp tục v-ợt qua các ch-ớng ngại cần phải làm công trình chuyển tiếp Thuộc loại này có thể là đ-ờng hầm, cống luồn hay cầu máng Rõ ràng kênh cần xuyên qua núi thì dùng hình thức đ-ờng hầm Khi điều kiện địa chất cho phép và nếu làm kênh đi vòng phức tạp, tốn kém hơn thì dùng đ-ờng hầm cũng là hợp lý Về cầu máng sẽ đ-ợc trình bày ở ch-ơng sau Riêng về cống luồn, nếu gặp kênh, sông suối khác mà mực n-ớc ở trong hai kênh giao nhau chênh lệch không nhiều, ta dùng cống luồn qua d-ới đáy của loại kia tiếp tục chuyển n-ớc để dòng chảy không ảnh h-ởng lẫn nhau Tr-ờng hợp gặp thung lũng, dùng cống luồn đặt lộ thiên trên mặt đất để tiếp tục chuyển n-ớc v-ợt qua thung lũng đó Tất nhiên cần xem xét về mùa m-a lũ nếu có dòng chảy trong thung lũng vẫn đảm bảo không làm h- hỏng, đẩy trôi cống luồn đặt nổi này

Nh- vậy dòng chảy trong cống luồn là dòng chảy có áp Để tạo đ-ợc dòng chảy từ đầu này sang đầu kia, phải tổn thất một đầu n-ớc nhất định, nói khác đi mực n-ớc của kênh ở

đầu vào cống phải cao hơn mực n-ớc kênh ở đầu ra của cống một trị số nhất định Thông th-ờng ở kênh t-ới cần hạn chế tổn thất đầu n-ớc, do vậy độ chênh này th-ờng chỉ khoảng

0,2  0,4 m, tất nhiên khi điều kiện cho phép có thể lấy lớn hơn Còn ở kênh tiêu mức độ hạn chế ít hơn, nên chênh lệch đầu n-ớc này khoảng 0,4  0,6 m

Cống luồn có thể phân loại theo các hình thức sau:

Theo kết cấu bao gồm loại giếng đứng và ống nghiêng, hình (11-6)

Loại giếng đứng, th-ờng dùng khi cống chịu áp lực nhỏ, kích th-ớc không lớn, cấu tạo t-ơng đối đơn giản hơn Nhờ tác dụng phần sâu của chân giếng để bùn cát lắng đọng, dễ nạo vét, tránh gây tắc ống ngang Tuy nhiên loại này tổn thất đầu n-ớc nhiều hơn

Loại ống nghiêng, đ-ợc sử dụng rộng rãi hơn trong tr-ờng hợp cống đặt nổi hay chìm, kích th-ớc, áp lực n-ớc lớn hay nhỏ Dòng chảy qua cống thuận hơn, tổn thất đầu n-ớc ít hơn, phần cấu tạo có phức tạp hơn, nhất là phải chú ý biện pháp chống mất ổn định của

đoạn đặt nghiêng

Về mặt cắt ngang tròn, chữ nhật hoặc vòm Loại vòm chỉ dùng khi cống nhỏ, thuộc phần nằm ngang của kiểu giếng đứng bằng gạch đá xây

Về vật liệu xây dựng, có thể dùng gỗ ghép tạo thành ống, gạch đá xây, bê tông và bê tông cốt thép

Khi cống đặt luồn d-ới sông, suối, thì đỉnh cống ở đoạn nằm ngang phải thấp hơn đáy sông, suối khoảng 0,5  1 m để tránh bị xói lòng sông ảnh h-ởng

a)

b)

Hình 11-6 Cống luồn

a) Giếng đứng; b) ống nghiêng

Loại ống nghiêng, tùy điều kiện địa hình mà chọn Th-ờng dốc nghiêng khoảng

m = 2  3

Cửa vào và ra cũng nh- các loại công trình khác phải đảm bảo cho dòng chảy vào, ra

đ-ợc thuận, cần có t-ờng h-ớng dòng và chắn đất bờ kênh

Đỉnh cửa vào phải đặt thấp hơn mức n-ớc trong kênh 0,5 m khi chuyển l-u l-ợng lớn nhất, nhằm tránh khi làm việc không hút không khí vào cống, gây bất lợi cho chế độ làm việc của cống

Cửa vào cần bố trí l-ới chắn rác Ngoài ra tùy tình hình cụ thể cần bố trí hàng phai hay cửa chắn n-ớc để đảm bảo điều kiện làm việc, kiểm tra, tu sửa

Khi xác định kích th-ớc cống, ngoài yêu cầu tính toán thủy lực đảm bảo yêu cầu chuyển n-ớc, cần xét thuận lợi cho kiểm tra, tu sửa

11.4.2.Tính toán thủy lực cống luồn

1.Mục đích tính toán thủy lực cống luồn

Giải một trong ba bài toán sau đây:

1- Đã biết l-u l-ợng Q, kích th-ớc mặt cắt ngang ống , tính cột n-ớc tổn thất khi dòng n-ớc chảy qua ống Z, tức là xác định cao trình đáy kênh ở phía th-ợng l-u và hạ l-u cống luồn vì chiều sâu n-ớc trong kênh đã đ-ợc xác định

2- Đã biết l-u l-ợng và cột n-ớc tổn thất, xác định kích th-ớc mặt cắt của ống

3- Biết kích th-ớc mặt cắt và cột n-ớc tổn thất, tính l-u l-ợng n-ớc chảy qua ống Tính toán thủy lực của cống luồn phải căn cứ vào l-u tốc dòng n-ớc qua ống làm cơ sở

Để cho bùn cát không lắng đọng d-ới đáy ống và cột n-ớc tổn thất Z t-ơng đối nhỏ, th-ờng lấy l-u tốc n-ớc trong ống v = 1,5  3 m/s và không nhỏ hơn l-u tốc n-ớc trong kênh

2.Tính toán thủy lực

Qmax

Qmin

Hình 11-7 Sơ đồ tính toán thủy lực

Dòng n-ớc qua cống luồn là chảy có áp lực, do đó l-u l-ợng tính theo công thức:

Q  2gZ0 (11-2) Trong đó:

- hệ số l-u l-ợng,

  1



 - tổng số các hệ số tổn thất cột n-ớc của ống gồm: tổn thất ở cửa vào (CV), l-ới chắn rác (L), khuỷu cong (KC), theo chiều dài (d) và ở cửa ra (CR)

  CV    L 2 KC    d CR (11-4)

 - diện tích mặt cắt của ống;

Z0- chênh lệch mực n-ớc ở th-ợng và hạ l-u cống luồn có kể tới l-u tốc tiến gần

v0 (hình 11-7):

2 0 0

V

2g



Khi thiết kế, để xác định mặt cắt ống  hoặc cột n-ớc tổn thất Z ta dùng l-u l-ợng lớn nhất Qmax để xác định và phải dùng l-u l-ợng nhỏ nhất Qmin để kiểm tra lại điều kiện tổn thất trong ống

Nếu kênh ở th-ợng và hạ l-u cống có kích th-ớc mặt cắt ngang giống nhau thì độ chênh mực n-ớc tr-ớc và sau cống luồn t-ơng ứng với các l-u l-ợng bất kỳ phải bằng Z Trong thực tế, t-ơng ứng với Qmin độ chênh (Z + Z1 ) lớn hơn Z một l-ợng là Z1 nên n-ớc từ kênh chảy vào ống hình thành đ-ờng n-ớc đổ nh- là một dốc n-ớc và sinh ra n-ớc nhảy trong ống, gây ra các chấn động làm h- hỏng các khớp nối Để khắc phục hiện t-ợng này, tức là phải tìm cách tiêu hao cột n-ớc thừa Z1 ta có thể thay đổi mặt cắt ống hoặc dùng biện pháp thay đổi cấu tạo cửa vào nh- hình (11-8) Trong hình (11-8c) làm bể tiêu năng tr-ớc cửa vào của ống, n-ớc từ kênh chảy vào bể và tạo nên mặt nằm ngang rồi mới chảy vào ống Trong hình (11-8b) có thể hạ thấp đáy cửa vào theo mặt nghiêng, th-ờng dùng khi mực n-ớc ở đầu ống gần bằng cao trình đáy kênh th-ợng l-u Cũng có thể đặt hàng song gỗ

ở cửa ra để nâng cao mực n-ớc, giảm độ chênh Z1 (hình 10-3a)

min

max

Hình 11-8 Các hình thức tiêu hao cột n-ớc thừa của cống luồn