Thủy công

mặt: Thường sử dụng ở các ñập tràn, cống lộ thiên... Khi ñóng, ñầu van nhô lên khỏi mặt nước. • Cửa van dưới sâu: Thường dùng cho cống ngầm, ñường hầm Khi ñóng, van ngập sâu trong nước và chịu áp suất lớn do nước truyền tới. Một số loại cửa van trên mặt 150 Một số loại cửa van dưới sâu 3. Theo cách truyền lực • Van truyền lực cho mố. • Van truyền lực cho ngưỡng ñáy. 4. Theo vật liệu xây dựng Cửa van bằng thép, gỗ, bêtông cốt thép hoặc chất dẻo (composit). Khi thiết kế, tuỳ theo quy mô lớn nhỏ, mức ñộ quan trọng, ñiều kiện làm việc của van ñể chọn vật liệu cho thích hợp. 5. Theo hình thức tháo nước qua cửa van • Tháo nước dưới ñáy. • Tháo nước trên ñỉnh van. • Tháo nước ñồng thời cả ở dưới ñáy và trên ñỉnh 151 6. Theo ñặc tính chuyển ñộng • Chuyển ñộng tịnh tiến. • Chuyển ñộng quay. • Chuyển ñộng lăn. 7. Theo hình dạng • Van phẳng. • Van cung. • Van giàn quay. • Van khóa 8. Theo phương thức ñóng mở • Van ñóng mở tự ñộng. • Van ñóng mở cưỡng bức. §17.2 CỬA VAN PHẲNG I. KHÁI QUÁT • Cửa van mà bản chắn nước là bản phẳng. Chuyển ñộng theo phương ñứng, thường là tháo nước ñáy • ðể tháo vật nổi cần thiết kế kiểu tháo kết hợp: Loại cửa van 2 tầng hoặc cửa van có lưỡi gà ở trên ñỉnh. • Vật liệu thường là thép, composite, gỗ, ñôi khi bằng bêtông cốt thép. - Vật liệu gỗ thường dùng ở những cửa có chiều rộng không quá4 ÷ 5m và áp lực nước khoảng 4 ÷ 5m. - Cửa van thép dùng ở những nhịp lớn hơn và chịu áp lực nước lớn hơn. - Vật liệu composite hay dùng cho những vùng nước phèn, mặn. • Ưu ñiểm: - Cấu tạo ñơn giản, lắp ráp dễ dàng, dùng ñược cả trên mặt và dưới sâu. 152 - Tác dụng chắn nước và ñiều tiết tốt. - Tháo ñược vật ñáy. - Trụ pin ngắn. • Nhược ñiểm: - Lực kéo mở van lớn. - Tốc ñộ ñóng mở không nhanh. - Khe van sâu -> Mố trụ dày -> Tốn kém. II. XÁC ðỊNH LỰC ðÓNG MỞ CỬA VAN PHẲNG • Lực ñóng mở cửa van phụ thuộc: Trọng lượng van, hình thức chuyển ñộng, cột nước tác dụng, vật liệu tiếp xúc... 1. Lực mở cửa van. P1 > (G + T1+T2) P1 = K1.G + K2.(T1+T2) Trong ñó: K1=1.1 ; K2=1.2 : Các hệ số an toàn. T1: Lực ma sát tại chỗ tiếp xúc với bộ phận tựa. T2: Lực ma sát tại chỗ tiếp xúc của bộ phận khít nước. 2. Lực ñóng cửa van. P2 > (-G + T1+T2) P2 = K’.[K2.(T1+T2) – K1.G] K’ ≥ 1.25: Hệ số an toàn, các hệ số khác như trên. 3. Xác ñịnh các thành phần lực trong công thức a. Trọng lượng cửa van • G có thể xác ñịnh theo: - Công thức kinh nghiệm. - Trọng lượng tương tự. - Tính toán chính xác theo thiết kế. • Theo công thức kinh nghiệm: G = g.H.Lo Lo: Chiều rộng cửa van. H: Chiều cao cửa van. g: Trọng lượng cho một ñơn vị diện tích cửa van. • Khi cửa van là cửa van thép, có bánh xe lăn: 2000 N/m2 < g < 8000 N/m2 • Khi cửa van là cửa van thép, không có bánh xe lăn: 1900 N/m2 < g < 7000 N/m2 Ho: Cột nước tính ñến trung tâm lỗ tháo nước. b. Lực ma sát ở thiết bị khít nước T2: Do ma sát giữa vật khít nước và khe van. Trong ñó: f: Hệ số ma sát (tham khảo bảng 17-1 trang 210 GT tập 2). a: Chiều rộng vật khít nước. (Thường a = 0.15÷0.2 m) H1: chiều cao cột nước tác dụng. γn: Dung trọng nước. 153 c. Lực ma sát ở nơi tiếp xúc giữa cửa van và bộ phận ñỡ tựa: T1 • Trường hợp tiếp xúc dạng trượt: T1=f.W Trong ñó: f : Hệ số ma sát trượt giữa van và khe van (bảng 17-1). W : Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van. • Trường hợp tiếp xúc dạng có bánh xe lăn: Trong ñó: f : Hệ số ma sát trượt giữa trục bánh và bánh xe (bảng 17-1). R,r : bán kính bánh xe và trục bánh xe. f1 : Hệ số ma sát lăn. (Thường f1 = 0.05 ÷ 0.1 cm) W1 : Lực tác dụng lên mỗi bánh xe Trường hợp chỉ có áp lực nước và có n bánh xe: W1 = W/n Lực ma sát của n bánh xe: 154 III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP a. Khái quát • Loại cửa van này ñược sử dụng phổ biến ở những nơi có nhịp lớn và chịu áp lực lớn. Loại này bền vững, thời gian sử dụng lâu dài. • Các bộ phận của cửa van gồm: bản mặt chắn nước, các dầm chính, dầm phụ, cột ñứng, cột biên, thanh chống chéo. • Ở những cửa van nhịp nhỏ nhưng chịu áp lực lớn có thể dùng loại van ñơn giản. Loại này bao gồm một khung dầm thép nối với bản mặt. Nếu cửa khá cao có thể thêm một vài dầm ngang ở khoảng giữa ñể tăng ñộ cứng cho van. b. Các bước tính toán thiết kế • Xác ñịnh chiều rộng, chiều cao van. • Phân tích áp lực nước tác dụng lên cửa van cho trường hợp tính. • Tính toán bố trí các dầm chính, dầm phụ. • Sơ bộ chọn cấu tạo các dầm và bản mặt. • Tính toán lực tác dụng lên các dầm, các ô bản mặt. • Tính toán kết cấu kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện, các mối hàn kiểm tra ñộ võng cho phép của các cấu kiện. • Chọn cấu tạo chi tiết. 155 • Tính toán lực ñóng mở và chọn thiết bị ñóng mở. b. Các bước tính toán thiết kế • Xác ñịnh chiều rộng, chiều cao van. • Phân tích áp lực nước tác dụng lên cửa van cho trường hợp tính. • Tính toán bố trí các dầm chính, dầm phụ. • Sơ bộ chọn cấu tạo các dầm và bản mặt. • Tính toán lực tác dụng lên các dầm, các ô bản mặt. • Tính toán kết cấu kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện, các mối hàn kiểm tra ñộ võng cho phép của các cấu kiện. • Chọn cấu tạo chi tiết. • Tính toán lực ñóng mở và chọn thi IV. CỬA VAN PHẲNG BẰNG GỖ • Thường dùng ở các công trình nhỏ, bề rộng khoang tháo không lớn. Chiều rộng: 1÷3m; Cột nước tác dụng: 2÷3m. • Loại này cấu trúc ñơn giản, trọng lượng nhỏ. Thường là van trượt. • Áp dụng cho những nơi có sẵn vật liệu gỗ. Tuổi thọ không lớn. • Các dầm gỗ ñược ghép lại với nhau bằng mộng gỗ, chốt và có nẹp thép bắt bu lông. • Chiều dày dầm gỗ khoảng 8 ÷ 12cm. • Các thanh thép nẹp thường có chiều dày ≥ 8mm, chiều rộng ít nhất bằng bốn lần ñường kính của bu lông. (trong trường hợp ñó nói chung thanh nẹp thoả mãn ñược yêu cầu chịu lực, không cần tính toán kiểm tra). • Khi cửa van ñóng mở bằng cần thép cứng thì dùng hai bản ghép hình thang ñể nối cần với cửa van nhờ các ñinh bu lông. • Trong thiết kế cần kiểm tra khả năng chống cắt của bu lông hay ñinh tán. V. PHAI • Phai gồm các dầm ñơn, khi chắn nước nó nằm trong khe phai. • Tác dụng của phai là ñể chắn nước tạm thời trong thời kỳ cần sửa chữa van chính hoặc một số bộ phận của công trình. 156 • Vật liệu làm phai có thể là gỗ, bê tông, BTCT hoặc thép. Các trường hợp cần xét ñể ñảm bảo các yêu cầu của dầm phai bao gồm: 157 • Trong quá trình vận chuyển, chịu tác dụng của trọng lượng bản thân. • Khi thả xuống nước, dầm chịu tác dụng của áp lực thuỷ ñộng. Áp thủy ñộng bao gồm áp lực ngang W’ và áp lực theo phương thẳng ñứng W” ñược tính toán theo các công thức: l - chiều dài tính toán của dầm phai; a,b - chiều cao và chiều rộng dầm phai; K - hệ số lưu tuyến, dầm phai chữ nhật lấy bằng 2; K1 - hệ số bằng 0,7 khi a = b, bằng 1 khi a > b. Khi thả xong, các phai chỉ chịu áp lực thuỷ tĩnh. VI. MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA CỬA VAN 158 §17.3 CỬA VAN HÌNH CUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG • Cửa van hình cung là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ. Sau tấm chắn nước là hệ thống dầm tựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay gắn vào trụ. Chuyển ñộng khi nâng hoặc hạ cửa van là chuyển ñộng quay • Bản mặt chịu tác dụng của áp lực nước truyền qua hệ thống dầm, dàn, càng van, tai van rồi tới mố trụ. Ưu ñiểm: • ðóng mở nhanh và dễ dàng, lực ñóng mở nhỏ. • ðiều tiết lưu lượng tốt. • Trụ pin mỏng. Nhược ñiểm: • Cấu tạo phức tạp. • Chế tạo và lắp ráp khó khăn. • Trụ dài, hay bị kẹt và rò rỉ. • Trạng thái chịu lực và trạng thái ứng suất phức tạp. ðiều kiện sử dụng: • Sử dụng ở những nơi quy mô công trình lớn, cần ñóng mở nhanh như: Cống vùng triều, ñập tràn xả lũ tại các hồ chứa... 159 Phân loại Phân loại theo vị trí ñặt cửa van: • Cửa van trên mặt. • Cửa van dưới sâu. Phân loại theo vị trí tâm quay: • Tâm quay trùng với tâm cung. • Tâm quay không trùng với tâm cung. Phân loại theo hình thức kết cấu: • Cửa van cung kiểu giàn. • Cửa van cung kiểu dầm chính ñặc. Xem “Cửa van cung: Tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, lắp ñặt, nghiêm5 thu và bàn giao – Yêu cầu kỹ thuật” 14 TCN 117 - 1999 II. LỰC TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN HÌNH CUNG 1. Áp lực nước • Áp lực nước thượng lưu W: • Áp lực nước theo phương ngang: • Áp lực nước theo phương ñứng: Trong ñó: R : Bán kính cung α1, α2, α : Như hình vẽ. Lo: Chiều rộng nhịp van. Chú ý: - Trường hợp trên là tâm cung O cao hơn mực nước. - Khi tâm O thấp hơn MN thì α1 lấy dấu (-). - Khi tâm O trùng MN thì α1=0, α2= α. 2. Trọng lượng bản thân • Có thể tính theo theo các phương pháp như cửa van phẳng. • C. thức kinh nghiệm theo Beredinski: F : Diện tích bản chắn nước. 160 III. XÁC ðỊNH LỰC ðÓNG MỞ 1. Lực mở cửa van Lực mở P1 có thể xác ñịnh theo công thức: P1=K1.T0+K2.(T1+T2) K1,K2: các hệ số lấy như van phẳng. T0 : Lực ñể thắng trọng lượng bản thân: T0 = G.L3 / L4 T1 : Lực ñể thắng ma sát ở khớp quay: T1 = f.Q.r / L4 f : h.số ma sát trượt lấy như van phẳng. r: Bán kính trục tại khớp quay. Q : Lực tác dụng tổng hợp tại khớp quay. T2 : Lực ñể thắng ma sát ở th.bị khít nước. f ’ : Hệ số ma sát tại chỗ tiếp xúc khít nước. P : Áp lực nước tác dụng lên thiết bị khít nước. a : Chiều rộng của thiết bị khít nước. go : Thành phần trọng lượng bản thân truyền lên khớp quay. 2. Lực ñóng cửa van 161 Lực ñóng cửa van P2 có thể xác ñịnh theo công thức: P1=K’.{K2.(T1+T2) -K1.T0} K1,K2: các hệ số lấy như van phẳng. Nếu P2 > 0 thì cửa van không tự rơi ñược. P2 < 0 thì cửa van tự rơi ñược. CHÚ Ý: Tùy theo hình thức ñóng mở van, vị trí ñiểm ñặt thiết bị kéo van mà cách thiết lập công thức lực ñóng mở cửa van khác nhau. IV. MỘT SỐ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ VÀ CẤU TẠO • Hệ thống dầm bố trí theo nguyên tắc ở mọi chỗ bản mặt chịu lực như nhau, các dầm chính chịu lực như nhau. • Hệ thống càng van chịu lực do dầm chính, cột biên truyền tới. Tính toán theo nguyên tắc giàn. • Khớp quay là nơi vừa chịu lực và truyền vào mố trụ, vừa quay. • Bố trí vị trí tương ñối của tâm quay so với mực nước TL: - Tâm quay ñặt cao hơn MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. - Tâm quay ñặt bằng với MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. - Tâm quay ñặt thấp hơn MN thượng lưu. R = (2÷2.5)h1. • Bố trí vị trí tương ñối giữa tâm quay và tâm cung: - Tâm quay (khớp quay) trùng với tâm cung. - Tâm quay cao hơn tâm cung. - Tâm quay thấp hơn tâm cung. 162 §17.4 MỘT SỐ LOẠI VAN ðÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC I. Cửa van quạt • Cửa van quạt là loại ñóng mở nhờ chuyển ñộng quay quanh các khớp ñặt ở ngưỡng ñáy và áp lực nước tác dụng lên tấm chắn nước truyền cho các giàn rồi truyền cho ngưỡng ñáy. • Khi mở, cửa van nằm trong buồng ở ngưỡng. Vì vậy van dùng trong trường hợp ngưỡng ñáy có ñủ chiều cao ñể bố trí buồng van; thường chiều cao của ngưỡng phải lớn hơn 1,5 lần chiều cao của cửa van. • Loại này có thể dùng cho các khoang lớn (tới 60m) nhưng không cao (tới 5m). • Ưu ñiểm: ðóng mở nhẹ nhàng, nhanh chóng, ñiều tiết mực nước khá tốt, tiện cho việc tháo các vật nổi. • Nhược: Dễ lắng ñọng bùn cát trong buồng van. I. Cửa van quạt 163 • ðể có thể ñóng mở tự ñộng, cần tính toán thiết kế trọng lượng van, kích thước van và buồng van hợp lý. Khi tính toán dựa vào các phương trình cân bằng mômen. II. Cửa van mái nhà • Loại cửa van này gồm 2 tấm chắn nước giáp ñầu nhau và quay quanh hai trục ở ngưỡng ñáy, một ở thượng lưu, một ở hạ lưu. • Nguyên lý hoạt ñộng cũng như van quạt. 164 • Loại van này có thể dùng khi nhịp rộng tới 40 ÷ 45m với chiều cao 6 ÷ 7m. • Nhược ñiểm loại van này là trong quá trình tháo nước, cửa van thường không ổn ñịnh. Khi có nhiều bùn cát dễ gây lắng ñọng, gây bất lợi cho chuyển ñộng của cửa. III. Cửa van phẳng ñóng mở tự ñộng hai chiều • Loại cửa van này thường dùng cho các cống vùng triều, làm nhiệm vụ ngăn mặn giữ ngọt, thau chua rửa phèn. • Nguyên lý hoạt ñộng: Van ñóng mở nhờ chênh lệch cột nước tạo mô men quay quanh trục lệch tâm của van. • Ưu ñiểm: ðóng mở hoàn toàn tự ñộng, thuận tiện cho quản lý, cấu tạo ñơn giản, dễ thi công và sửa chữa. I. Cửa van ñĩa • Van ñĩa dùng ñể chắn nước ở các lỗ hoặc ống ñặt dưới sâu như các lỗ trong thân ñập, các ñường ống dẫn nước vào turbin của nhà máy thủy ñiện. Van ñĩa có thể sử dụng như cửa van ñiều tiết lưu lượng với cột nước 20 ÷ 30m. • Van ñĩa có loại quay quanh trục ngang hoặc quay quanh trục ñứng. • Ưu ñiểm: Lực ñóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố. 165 • Nhược ñiểm: Dễ gây chấn ñộng, có chân không lớn khi mới mở cửa. §17.5 MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU I. Cửa van ñĩa • Van ñĩa dùng ñể chắn nước ở các lỗ hoặc ống ñặt dưới sâu như các lỗ trong thân ñập, các ñường ống dẫn nước vào turbin của nhà máy thủy ñiện. Van ñĩa có thể sử dụng như cửa van ñiều tiết lưu lượng với cột nước 20 ÷ 30m. • Van ñĩa có loại quay quanh trục ngang hoặc quay quanh trục ñứng. • Ưu ñiểm: Lực ñóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố. • Nhược ñiểm: Dễ gây chấn ñộng, có chân không lớn khi mới mở cửa. • Ưu ñiểm: Lực ñóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố. • Nhược ñiểm: Dễ gây chấn ñộng, có chân không lớn khi mới mở cửa. II. Van kim • Van kim là loại van có thể dùng ñiều tiết lưu lượng ở những nơi cột nước lớn. Van có thể làm việc trong trường hợp ñóng, mở hoàn toàn hay ở vị trí trung gian mà không có rung ñộng. • Loại này dùng ñược ở những nơi có cột nước tới 800m và ñường kính ñạt tới 6,5m. Van thường ñặt ở cuối các lỗ tháo nước phía hạ lưu ñập và tháo nước ra không khí, tổn thất cột nước qua cửa van nhỏ (khoảng 0,20 v2/2g). • Ưu ñiểm: ðiều tiết lưu lượng tốt, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, dùng ñược cho cột nước cao. • Nhược ñiểm: Kết cấu phức tạp, ñắt tiền. III. Van khóa 166 • Van khoá ñược sử dụng nhiều ở các cống lấy nước dưới ñập có ñường kính không lớn (D < 0,8m). • Van khóa thường ñược ñặt ở cuối cống ñể tạo chế ñộ chảy có áp ổn ñịnh trong cống. Cho phép sử dụng van khoá làm van chính hay van sự cố. • Ưu ñiểm: Chế tạo ñơn giản, vận hành và quản lý, sửa chữa thuận tiện. • Nhược ñiểm: Dùng cho các công trình nhỏ, ñóng mở chậm. Cột nước không cao. IV. Van côn (van nút chai) • Van côn là một ống hình trụ cố ñịnh ñược ñậy ở cuối bằng một nút hình côn. • Trong xây dựng thuỷ lợi những năm gần ñây, van côn ñã ñược sử dụng tương ñối nhiều ở các cống thép bọc bêtông cốt thép dưới ñập ñất. (Ea Soup thượng, cống Nam Suối Dầu, cống Vạn Hội) • Cấu tạo của van côn gồm xi lanh cố ñịnh 1; nút chặn hình côn 2 gắn cố ñịnh ở cuối; một xi lanh khác có ñường kính nhỏ hơn có thể di ñộng dọc theo trục ống nhờ một cơ cấu ñiều khiển ñể khống chế ñộ mở van. Góc ở ñỉnh của nút hình côn thường chế tạo trong khoảng từ 500 ÷ 900; van có α= 500 cho phép giảm nhỏ kích thước của buồng tiêu năng phía sau. 167 168 CHƯƠNG 18 BỂ LẮNG CÁT NỘI DUNG CHÍNH Thời lượng giảng dạy: Lý thuyết: 4 tiết • Khái niệm và phân loại bể lắng cát. • Bể lắng cát làm việc theo chu kỳ. - Cấu tạo và tác dụng của các bộ phận. - Quá trình chìm lắng của hạt bùn cát trong bể lắng. - Kích thước cơ bản của bể lắng cát. - Tính toán xói rửa. • Bể lắng cát làm việc liên tục. - Cấu tạo và tác dụng của các bộ phận của bể lắng cát kiểu Nikitin, Zamarin và Dinphurơ. - Xác ñịnh kích thước cơ bản, tính toán hệ thống xói rửa. • Bể lắng cát trên hệ thống tưới. §18.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI I. KHÁI NIỆM CHUNG • Dòng chảy thường mang nhiều bùn cát, nhất là về mùa lũ hàm lượng bùn cát rất cao → lắng ñọng trên kênh dẫn, gây khó khăn cho bố trí và xây dựng các công trình. • Ví dụ: sông Hồng có lượng ngậm cát trung bình nhiều năm từ2,5÷3,0 kg/m3, hàm lượng bùn cát cực ñại khoảng 16 kg/m3 và hàng năm sông Hồng có thể vận chuyển tới 100 triệu tấn bùn cát. • Tùy theo các ngành dùng nước mà có các yêu cầu khác nhau: - Nhà máy thủy ñiện: y/c giữ lại các hạt d≥0.25 mm, bùn cát không cứng thì có thể cho phép d<0.4mm. - Tưới ruộng: y/c giữ lại các hạt d≥0.01÷0.05 mm. - Nước sinh hoạt: Theo y/c chất lượng cao hơn Các biện pháp ngăn chặn? • Trồng rừng ở thượng nguồn, trung du ñể chống xói mòn. • Xây dựng các công trình giữ bùn cát ñáy và bùn cát lơ lửng ở ñầu nguồn. • Bố trí hợp lý các công trình ñầu mối lấy nước. • Làm bể lắng cát trên hệ thống dẫn nước ñể ngăn các hạt có hại. Yêu cầu của bể lắng cát: • Lắng ñọng các hạt bùn cát có hại theo yêu cầu của ngành dùng nước. • Thường xuyên hoặc ñịnh kỳ tháo xả bùn cát với tổn thất H, Q nhỏ nhất. • ðảm bảo yêu cầu lấy nước vào hệ thống của ngành dùng nước. II. PHÂN LOẠI 1. Phân loại theo nhiệm vụ hệ thống • Bể lắng cát của nhà máy thủy ñiện. • Bể lắng cát của hệ thống tưới và cấp nước. 2. Phân loại theo ñịa ñiểm bố trí • Bể lắng cát ñầu mối cửa lấy nước. • Bể lắng cát trên hệ thống kênh. 3. Phân loại theo số lượng buồng lắng • Bể lắng cát một buồng, hai buồng, nhiều buồng. 4. Phân loại theo phương thức xói rửa • Bể lắng cát xói rửa liên tục. • Bể lắng cát xói rửa chu kỳ. 169 §18.2 BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC THEO CHU KỲ I. HÌNH THỨC KẾT CẤU Khái niệm: • Là loại bể lắng cát làm việc không liên tục, trong quá trình làm việc, ñến một thời ñiểm nào ñó phải ngừng quá trình cấp nước qua bể ñể tiến hành xói rửa. Bao gồm: • Bể lắng cát một buồng. • Bể lắng một buồng có kênh dẫn phụ. • Bể lắng cát nhiều buồng. 1. Bể lắng cát một buồng • Dùng khi cho phép lấy nước không liên tục, lưu lượng Q≤10m3/s. • Khi xói rửa bùn cát thì ñóng cửa lấy nước vào kênh => Qdv = Qk • Vận tốc dòng chảy trong buồng không lớn: v=0.2÷0.35m/s. Cấu tạo: • Phần vào, ra: - Bố trí mở rộng, thu hẹp dần ñể dòng chảy vào và ra thuận, khuếch tán và thu hẹp dần một cách ñều ñặn. - Khi bề rộng lớn có thể bố trí thêm mố trụ, cửa van, phai, thiết bị ñiều chỉnh • Buồng lắng: - Mặt cắt ngang có thể chữ U hoặc ñáy thu hẹp. ðáy có thể dốc thuận hoặc dốc ngược. - Khi ñáy dốc thuận i>0 cửa xả bùn cát nằm phía dưới cửa ra, việc xói rửa thuận lợi nhưng ở cửa vào lắng ñọng hạt lớn. - Khi ñáy dốc nghịch i<0, cửa xả bùn cát nằm phía dưới cửa vào bể lắng, thuận lợi cho xói rửa hạt lớn nhưng kết cấu phức tạp. 170 Nhận xét: • Loại một buồng có kết cấu ñơn giản, tiết kiệm nước. • khi xói rửa thì phải ngừng cấp nước. • Cần người quản lý vận hành. Trình tự xói rửa: • Trường hợp ñáy bể dốc thuận: - ðóng cửa lấy nước vào hệ thống. ðóng một phần cửa van ở ñầu buồng lắng. Mở cửa van tháo xả bùn cát. - Khi xói rửa xong thực hiện các thao tác ngược lại. Nhận xét: ðầu buồng lắng bùn cát hạt lớn lắng ñọng nhiều, khó xói rửa. Chu kỳ xói rửa ngắn. • Trường hợp ñáy bể dốc ngược: - ðóng cửa van ở cửa vào buồng lắng. ðóng một phần cửa van ở cuối buồng lắng. Mở cửa van tháo xả bùn cát. - Khi xói rửa xong thực hiện các thao tác ngược lại. Nhận xét: Xói rửa bùn cát tốt. Tuy nhiên cách xói rửa này không hợp lý vì dùng nước sách ñã lọc trong hệ thống ñể xói rửa, mặt khác ñiều kiện làm việc của buồng lắng không ñảm bảo bình thường do dòng chảy từ hệ thống ñi ngược chiều với dòng chảy trong quá trình làm việc. 2. Bể lắng cát có kênh dẫn phụ • ðể khắc phục việc ngừng cấp nước trong thời gian tháo xả bùn cát của bể 1 buồng. • Khi xả bùn cát thì lấy nước qua kênh phụ: Qdv=Qk+Qx • Khi xói rửa, ñể giảm lượng bùn cát vào hệ thống cần chọn giờ xả cát vào lúc có nhu cầu dùng nước ít nhất. 171 3. Bể lắng cát hai buồng • Dùng khi cần ñảm bảo lấy nước liên tục • Khi thiết kế Qdv (1 buồng)=Qk thì có thể lấy nước bất cứ lúc nào . • Nếu Qx1 + Qx2 = Qk thì khi xói rủa lưu lượng vào kênh sẽ không ñủ nên cần chọn thời gian xả bùn cát vào lúc nhu cầu dùng nước nhỏ nhất. • Tối ưu nhất là nên thiết kế với: Qdv = Qk + Qx = (1.5÷2).Qk. 4. Bể lắng cát nhiều buồng • Bảo ñảm lấy nước liên tục, giảm kích thước mỗi buồng, kích thước bể lắng so với hai loại trên. • Nếu các buồng luân phiên xói rửa thì lưu lượng qua mỗi buồng là: Qb = Qk / (n-1) • Lưu lượng dẫn vào cửa lấy nước ñược tính: Qdv = (n+1).Qb II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC THEO CHU KỲ 1. Quá trình chìm lắng của bùn cát Là một quá trình phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố, có thể nhận thấy: • Lưu tốc hướng ngang phân bố không ñều. • Hàm lượng bùn cát và ñộ lớn hạt bùn cát cũng phân bố không ñều theo cả phương ñứng và ngang. • Tổng lượng bùn cát giảm dần theo chiều dài vận chuyển.  Khảo sát sự chuyển ñộng của môt hạt bùn cát: 172 Tác ñộng chính: vận tốc dòng nước theo phương ngang, trọng lượng bản thân • Coi lưu tốc theo phương ngang vn=const => quỹ ñạo theo ñường 1-3. • Nếu xét ñến sự phân bố lưu tốc không ñều theo chiều sâu => ñường 1-2. • Dòng chảy trong BLC là dòng rối, có mạch ñộng lưu tốc, sát thành bể hình thành các xoáy nước làm chậm sự lắng chìm của hạt bùn cát => ñường 1- 4. • Theo phương dòng chảy, hàm lượng bùn cát giảm dần nên diện tích m/c ngang giảm dần làm lưu tốc tăng lên tạo cho hạt bùn cát ở trạng thái di ñộng nên thực tế quỹ ñạo của hạt bùn cát là ñường 1-5. Chú ý: - Trong quá trình chìm l
ng các yu t nh hng ñu thay ñ i. - Ch l
ng nhng ht theo yêu c u. 2. Tính toán bể lắng cát • Phần vào của bể lắng thường không cần tính toán mà lấy hình dạng và kích thước theo cấu tạo. • ðối với những công trình lớn, quan trọng người ta ñịnh hình dạng của buồng lắng bằng thí nghiệm mô hình. • Trên cơ sơ yêu cầu lắng và xói rửa bùn cát mà xác ñịnh hình thức, kích thước cơ bản của bể lắng, số lượng buồng, ñường xả cát, chu kỳ xói rửa • Giả thiết tại mắt cắt ñầu buồng lắng, một hạt bùn cát có ñộ thô thuỷ lực ω, ở cách ñáy buồng lắng một ñoạn h và bỏ qua hiện tượng mạch ñộng của lưu tốc. Ta có: L = v.h / ω = Lct Chiều dài bể: Lb = L1 + Lct + L2 Thực tế dòng trong bể là dòng chảy rối nên hạt bùn cát chuyển ñộng theo quỹ ñạo phức tạp, ñể tính toán chính xác hơn phải dùng phương pháp tính toán xác suất lắng chìm của hạt bùn cát. Xem phương pháp Vê-li-ka-nốp. Chiều sâu bể lắng: • ðể công trình làm việc tốt, chiều sâu bể thường lấy bằng (4,5 ÷6,5)m. • Chiều sâu của bùn cát bồi lắng, phụ thuộc vào thời ñoạn tính toán, khi tính toán có thể sơ bộ lấy hb = (0,25 ÷ 0,30).H • Chiều sâu tính toán của bể lắng cát là: Htt = H - hb • Lưu tốc bình quân của dòng chảy (v) trong bể lắng phụ thuộc vào kích thước của nhóm bùn cát nhỏ nhất ñược lắng lại trong bể lắng. - Khi d từ (0,25 ÷ 0,40)mm thì v = (0,25 ÷ 0,50)m/s. - Khi d lớn hơn ñến 0,7mm thì v = (0,7 ÷ 0,8)m/s. • ðộ dốc ñáy buồng: i = (0.5% ÷ 2.0%). Chiều rộng bể lắng: • Chiều rộng của bể lắng ñược xác ñịnh theo: Bct = Q / Htt.V 173 • Trong ñó: - Q: lưu lượng làm việc của bể lắng cát. - Htt : chiều sâu tính toán của bể lắng cát. - v: lưu tốc trung bình trong bể lắng. 3. Tính toán xói rửa • Bùn cát lắng ñọng làm v tăng, ñến một lúc bùn cát không thể lắng ñọng ñược nữa thì cần phải xói rửa. • Số lượng và ñộ thô thủy lực của bùn cát ñược chuyển ñi ở trạng thái lơ lửng. • Khi xói rửa ñã có: Htt, Bct, Lct, Wbc, hbc, Qx cần tính Vx, qxả và tx. • ðối với hạt lớn, hạt vừa có thể tính Vx theo công thức kinh nghiệm: d, ω: ðường kính hạt bùn cát cần xói rửa mà khối lượng của các hạt nhỏ hơn nó chiếm 75% và ñộ thô thủy lực tương ứng. P: Tỉ số % trọng lượng b/c ñược mang theo dòng xói. P = (2÷8)% hx: Chiều sâu trung bình trong BLC khi xói rửa; hx = (10÷30)%Htt. • Lưu lượng ñơn vị xói rửa có thể lấy: qx = (1,1 ÷ 1,25).hx.vx Qx = qx.Bct (lưu tốc dòng xói, thường lấy > (2 ÷ 2,5) m/s.) • Thời gian xói rửa khi xói rửa ñều ñặn có thể tính: Trong ñó: Wbc: thể tích bùn cát bồi lắng ñược xói ñi (m3) γo : dung trọng của bùn cát bồi lắng (T/m3) Bct: chiều rộng công tác của buồng lắng (m) P: hàm lượng b/c của dòng xói (theo % trọng lượng). Trong thực tế nên dùng thời gian xói tính toán: txtt = (1.5 ÷ 2.0).tx • ðộ dốc ñáy bể lắng ñược tính theo công thức Sêdi với R=hx ; Hệ số C tính với ñộ nhám n = 0.0275. 3. Tính toán hệ thống xói rửa • Cần xác ñịnh lưu tốc xói Vx, diện tích mặt cắt ướt và kiểm tra ñiều kiện xói rửa trong hệ thống ñường hầm xói rửa bùn cát. • Lưu lượng xói rửa trong ñường xả cát bằng lưu lượng xói của buồng:Qñh = Qx = qx.Bct • Lưu tốc qua ñường xả b.c có thể tính: 174 Hoặc theo công thức 18-18; 18-19 trong giáo trình: Trong ñó: m=bdh/hdh ; γ b: trọng lượng riêng của nước bùn. γT: trọng lượng riêng của các hạt bùn cát. ∆: ñộ nhám tuyệt ñối của ñường xả cát. Công thức trên có thể viết gọn dạng: Trong ñó: A=39,3 khi γT = 2,65 T/m3 và ∆ = 0,001 (có lớp trát bằng ximăng) A=29,8 khi γT = 2,65 T/m3 và ∆ = 0,005 (bê tông ñổ). • Cột nước trong ñường hầm xói rửa:hñh ; Chọn: hñh = (0.5÷1.0)m. • Diện tích mặt cắt ngang ñường hầm: • yêu cầu bñh ≤ 0.5 Bct • ðộ dốc ñường hầm ñược tính theo công thức Sêri. Sơ bộ có thể chọn iñh = 0.012÷0.017 • Kiểm tra ñiều kiện ñảm bảo xói rửa bùn cát: ðiều kiện xói ñảm bảo: H + ib.Lct ≤ Z – idh.Ldh + hx Trong ñó: H: Chiều sâu của bể lắng cát. ib: ðộ dốc ñáy bể lắng. Lct: chiều dài công tác của bể lắng. Z: Chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu ñường xả cát. idh: ðộ dốc ñường xả cát. Sơ bộ i =(0,012 ÷ 0,017). Ldh: Chiều dài ñường xả cát. hx: Chiều sâu bình quân mực nước trong bể lắng khi xói rửa. ðể tăng khả năng vận chuyển bùn cát của ñường xả cát, chúng ta có thể tạo nên dòng chảy xoắn bằng cách làm những mố nhám nhân tạo kiểu dầm trên ñáy và thành của ñường xả cát. §18.3 BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC LIÊN TỤC I. ðẶC ðIỂM VÀ HÌNH THỨC KẾT CẤU So với BLC xói rửa theo chu kỳ, BLC xói rửa liên tục có những ñặc ñiểm và ưu ñiểm sau: • Không có buồng dự trữ bùn cát lắng ñọng. • Khi xói rửa mực nước trong buồng lắng không giảm và việc tháo xả bùn cát xảy ra trong ñiều kiện có áp. MN chênh lệch thượng hạ lưu ñường xả cát nhỏ. • Ngoài thành phần lưu tốc thẳng ñứng Vñ = ω còn có thêm lưu tốc tháo xả nên Vñ > ω vì vậy giảm ñược chiều dài bể lắng. 175 • Khi bùn cát ít có thể sử dụng như BLC có chu kỳ. Nhược ñiểm: Tiêu hao lượng nước lớn, cấu tạo phức tạp hơn. Sử dụng BLC xói rửa liên tục khi sông có hàm lượng bùn cát và kích thước hạt bùn cát lớn, lượng nước sông dồi dào. 1. Bể lắng cát liên tục kiểu ðinphurơ Hình thức cấu tạo: ðặc ñiểm: • Dòng chảy theo phương ñứng vào buồng lắng, một phần hạt to bị ngăn lại ở lưới rồi ñi vào ñường hầm, phần còn lại chui qua lưới chắn vào ñường hầm tập trung bùn cát. • Lưới chắn ñáy có cánh hướng dòng, cuối bể lắng có 2 cửa van xói rửa. Trong thời kỳ bùn cát nhỏ có thể xói rửa như BLC có chu kỳ. • Lượng nước tổn thất trong quá trình làm việc ≈ 20% lưu lượng kênh. 2. Bể lắng cát liên tục kiểu Zamarin 1,9- Công trình ñiu tit ca vào, ra 8- Ca xói ra theo chu kỳ 176 2- Ca van 10- ðng ño áp ca ñng h m 3- Li ch
n rác 11- Bung l
ng 4- L x cát  ngng vào 12- ðáy bung l
ng kiu răng c 5- Li ch
n ñáy 13- Li ñiu hòa 6- ðng h m thu bùn cát 14- Ngng tháo vt n i 7- ðng x cát ðặc ñiểm: • Là kiểu có ñáy hình răng cưa. Tập trung bùn cát tốt hơn. Tạo ra ñược lưu tốc rối mạnh ñưa bùn cát ñi. • Dọc theo hai bên thành hầm tạo ra các mố nhám. Trên lưới chắn có các lỗ ñứng, lỗ xiên hoặc tạo thành hàng song song. • Dòng chảy trong hầm là dòng có áp, Vñh > Vbuồng nên chỉ cần một lưu lượng tương ñối nhỏ cũng ñủ chuyển bùn cát xuống hạ lưu. 3. Bể lắng cát liên tục kiểu Nikitin ðặc ñiểm: • Buồng lắng cát của hình thức này có tuyến cong với góc ngoặt trung tâm là 90o và bán kính bằng 4 lần chiều rộng ñáy. • ðáy của buồng lắng nghiêng về phía bờ lồi với ñộ dốc khoảng0,07. Lợi dụng tính chất dòng chảy vòng ở ñoạn sông cong ñể tháo xả bùn cát. • Lưu lượng xói gần bằng 15% lưu lượng làm việc. • Khi hàm lượng bùn cát bé thì loại bể lắng này cũng có thể xói rửa theo chu kỳ • Loại bể lắng này thường ñược sử dụng 9 ng ở vùng trung du. II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT LÀM VIỆC LIÊN TỤC 1. Xác ñịnh kích thước cơ bản • Chiều sâu bể lắng: H = 3÷5 m • Lưu tốc bình quân trong bể lắng: V = 0.2÷0.5 m/s • Lưu lượng xói rửa: Qx = (0.1÷0.2)Qct Qct : Lưu lượng làm việc của bể. 177 • Chiều cao mép ñáy nghiêng: hmñ=1÷2m; nghiêng 45o • Bề rộng ñường hầm ở ñáy: bñh= 0.5÷1.0 m. Các kích thước khác: • Bề rộng từng bộ phận của buồng lắng: Bbp = bñh + 2.hmñ • Diện tích mặt cắt ướt của từng bộ phận: S = H.Bbp – h2 mñ • Số bộ phận cần thiết: • Bề rộng toàn bộ bể lắng: Bct = n.Bbp • Bề rộng trung bình của BLC: Btb = (n.S) / H Các kích thước khác: • Chiều dài công tác của bể: V1, V2: Lưu tốc bình quân ñầu và cuối buồng lắng. n,S: Số bộ phận và diện tích m.c ướt từng bộ phận. Ubq: Lưu tốc thẳng ñứng bình quân do lưu lượng xói gây ra. 2. Xác ñịnh các chỉ số cơ bản của bùn cát • ðộ cao chìm lắng của bùn cát hạt nhỏ có thể tính: Trong ñó: Lh : Là chiều dài ñường hầm tập trung bùn cát. Li : Là chiều dài từ ñầu ñ.h ñến mặt cắt cuối ñoạn thứ i. • Các tổn thất cột nước ñầu ñ.hầm và các phân ñoạn i ñược tính: • Giả sử phần bùn cát hạt nhỏ lắng lại trong bể tỉ lệ với tỉ số chiều sâu, tổng số phần trăm bùn cát bị giữ lại ñược tính 178 • Lưu lượng bùn cát ñi vào bể lắng và vào hệ thống kênh ñược xác ñịnh theo công thức: Gv = (Q + Qx).ρo (kg/s) • ðiều kiện ñể tránh hiện tượng bồi lắng kênh sau bể lắng: Trong ñó: ρ k, [ ρk]: Hàm lượng bùn cát vào kênh và hàm lượng bùn cát mà kênh có thể vận chuyển ñược (kg/m3). • Hàm lượng bùn cát của dòng xói ñược xác ñịnh theo công thức: Trong bể lắng xói rửa liên tục, hàm lượng bùn cát của dòng xói không lớn, không vượt quá (20 ÷ 25)kg/m3. 3. Tính toán hệ thống xói rửa Tính toán ñường hầm tập trung bùn cát: • Lưu lượng vào ñường hầm tập trung bùn cát qua lỗ phía trước và các lỗ trên lưới chắn ñáy. Lưu lượng tăng dần theo chiều dài. • ðể ñủ xói những hạt lớn, số lượng nhiều ở ñầu ñường hầm thường lấy: Qñh = (0.1÷0.2)Qñh (m3/s) : Lưu lượng qua lỗ ở ñầu ñh. Qñh = Qx / n (m3/s) : Trong ñó: n : Là số buồng lắng. • Lưu tốc trong ñường hầm tập trung b/c phải lớn ñể ñủ xói. Cơnơrôzơ ñề nghị công thức thực nghiệm với ñường hầm mặt cắt tròn: Trong ñó : P (%) = 0.1Px Là tỉ lệ % trọng lượng bùn cát mang theo dòng xói D : ñường kính ñường hầm tập chung b/c Px : hàm lượng bùn cát dòng xói Thường lấy : với bùn cát hạt nhỏ Vx >1.3m/s với bùn cát hạt vừa Vx > 1.5 m/s với bùn cát hạt lớn Vx > 2.0 m/s Nhận xét • Thực chất dòng trong hầm tập trung là dòng biến lượng nhưng ñể ñơn giản trong tính toán sơ bộ ta dùng phương pháp phân ñoạn: - Tại mỗi ñoạn coi dòng xói là dòng ñều Qñ = const. - Lưu lượng qua ñoạn thứ i là: Trong ñó: Ω là diện tích mặt cắt ñầu ñường hầm. Lấy µ = 0,65 Tính toán ñường hầm chuyển cát: 179 • Chiều dài ñ.h chuyển cát L1 có thể lấy bằng Bct. • Mặt cắt mở rộng dần sao cho Vx ≥ (2÷3) m/s. • Tổn thất cột nước: Tính toán ñường hầm tháo dẫn bùn cát: • Chiều dài L2 tùy theo vị trí công trình cách xa cửa xả bùn cát. • Lưu tốc Vx ≥ (2÷3) m/s. • Tổn thất cột nước dọc ñường: ðiều kiện ñể ñảm bảo xói rửa: ΣZi = Zo + Zñ + Σhdñ + Σhcb ≤ Z Trong ñó: Zo : Tổn thất cột nước ở cửa vào. Zñ : Tổn thất cột nước ñầu ñường hầm. ΣZdñ : Tổng tổn thất dọc ñường (Hầm tập trung, vc, tháo xả). ΣZcb : Tổng tổn thất cột nước cục bộ. Z : Chênh lệch MN thượng, hạ lưu ñ.hầm tháo xả bùn cát. §18.4 BỂ LẮNG CÁT TRÊN HỆ THỐNG TƯỚI • Trên kênh cũng bố trí BLC ñể ngăn ngừa bùn cát lắng ñọng ở kênh và ñảm bảo chất lượng lấy nước. • Có các hình thức BLC chủ yếu trên hệ thống như: - Bố trí ngay sau cửa lấy nước: Mở rộng và ñào sâu kênh. - Kéo dài một ñoạn kênh dẫn thượng lưu cống lấy nước. - Làm bể lắng nhiều ñợt. - Lợi dụng ñoạn kênh ñầu làm bể lắng. - Lợi dụng khu ñất trũng trong vùng kênh ñi qua. • Các phương pháp tính toán BLC ñã trình bày chỉ dùng cho các hạt bùn cát lớn và thường chiếm môt phần không lớn trong lượng ngậm bùn cát của d/c. • Trên hệ thống cần lắng ñọng những hạt bùn cát nhỏ và chiếm một tỉ lệ lớn trong lượng ngậm bùn cát d/c nên cần dùng phương pháp khác phù hợp hơn. Xem phương pháp của A.N. Gôxtunxki. 180 CHƯƠNG 19. ÂU THUYỀN ðƯỜNG CHUYỂN GỖ VÀ DẪN CÁ Thời lượng: 5 tiết • Khái niệm, phân loại, yêu cầu bố trí mặt bằng âu thuyền. • Cấu tạo và tác dụng các bộ phận âu thuyền một bậc và nhiều bậc. • Xác ñịnh kích thước cơ bản. • Quá trình thông âu và thời gian chuyển thuyền. • Năng lực vận chuyển của âu thuyền. §19.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ÂU THUYỀN ðầu âu: Là bộ phận nối tiếp thượng, hạ lưu với buồng âu. Bao gồm ñầu âu TL, ñầu âu HL và có thể có ñầu âu giữa ðầu âu thường ñược bố trí cửa van chắn nước và thiết bị cấp thoát nước. ðường dẫn Nối tiếp ñầu âu và thượng, hạ lưu. ðảm bảo thuyền bè ra vào dễ dàng và an toàn. Bố trí thiết bị dắt thuyền, neo thuyền. Buồng âu: Là nơi chứa thuyền trong quá trình thuyền qua âu, thường bố trí thiết bị dẫn neo thuyền. Sơ ñồ vị trí âu thuyền trong hệ thống công trình ñầu mối Sơ ñồ vị trí âu thuyền trong hệ thống công trình ñầu mối 181 II. PHÂN LOẠI 1. Phân loại theo số bậc của âu thuyền Âu ñơn cấp: Là loại âu chỉ có một buồng (một bậc), loại này thường ñược sử dụng nhất. • Trên nền mềm âu thuyền ñược xây dựng với cột nước H≤22m. • Trên nền ñá cứng có thể xây dựng âu với cột nước ñến 42m. Âu ñơn cấp có ñầu âu giữa: • Dùng trong trường hợp lượng thuyền qua âu không ñều. • Ưu ñiểm: Rút ngắn ñược thời gian thuyền qua âu, tiết kiệm ñược lượng nước hao phí mỗi lần thuyền qua. H×nh 19-5: ¢u thuyÒn mét bËc cã cöa van phô ë gi÷a buång ©u Âu ñơn cấp kiểu giếng: • Dùng trong trường hợp cột nước thượng hạ lưu lớn: H=20÷30m hoặc lớn hơn. • Ưu ñiểm: Giảm chiều cao cửa van ở ñầu âu hạ lưu. H×nh 19-6: ¢u thuyÒn kiÓu giÕng Âu ña cấp: • Loại âu thuyền này ñược xây dựng tại những chỗ mực nước quá cao không cho phép làm âu ñơn cấp. • Âu ña cấp là âu có từ hai buồng trở lên, ñược bố trí nối tiếp nhau ñể tàu thuyền có thể vượt qua cột nước nhiều lần. • Nhược ñiểm của loại này là thời gian thuyền qua âu mất nhiều, số lượng buồng âu nhiều �� tốn kém. 182 2. Phân loại theo số buồng âu bố trí hàng ngang Âu ñơn tuyến: • Trên tuyến tàu thuyền chạy chỉ có duy nhất một âu. Âu ña tuyến: • Bố trí song song từ hai âu trở lên. Dùng khi mật ñộ tàu thuyền lớn §19.2 BỐ TRÍ MẶT BẰNG ÂU THUYỀN I. YÊU CẦU BỐ TRÍ • Căn cứ vào tình hình ñịa chất, quy mô công trình, ñiều kiện thi công, tình hình kinh tế, giao thông trong khu vực ñể bố trí mặt bằng âu thuyền • Bố trí phải ñảm bảo thuyền bè vào ra ñược an toàn và thông thuyền nhanh chóng trong mọi trường hợp. 1. Nguyên tắc bố trí • ðảm bảo cho tàu thuyền ra vào và chờ ñợi ñược an toàn, nhanh chóng. • ðảm bảo cho các công trình thuỷ công trong hệ thống công trình ñầu mối thuỷ lợi vẫn hoạt ñộng bình thường • ðảm bảo chi phí xây dựng, quản lý rẻ nhất. 2. Những yêu cầu cụ thể • Phải ñảm bảo ñủ ñộ sâu trên ñường dắt tàu thuyền. • Bố trí âu thuyền và kênh dắt tàu thuyền trên một ñường thẳng: • Xây dựng công trình bảo vệ ñể tránh sóng gió trên ñoạn kênh dắt thuyền. Chiều dài ñê bảo vệ: Lñê = 1,2.La • Kênh dẫn vào kênh dắt tàu thuyền không ñược cong quá mức cho phép: Tàu dắt: R ≥ 5Lñt. Tàu ñẩy: R ≥ 3Lñt • Khi âu thuyền bố trí cạnh các công trình khác như ñập, nhà máy thủy ñiện thì nước xả ra ở hạ lưu công trình không làm ảnh hưởng ñến quá trình vào, ra của tàu thuyền 183 • Cửa vào kênh dẫn không nên làm ở ñoạn sông có lưu tốc lớn và không nên hợp với trục dòng sông một góc quá lớn, góc này thường α = 15o ÷ 20o • Khi sông rộng, bố trí âu thuyền trong lòng sông cùng các công trình khác nhưng bố trí ở bên nước sâu, ít bồi lắng, ñịa chất tốt, thường ñặt sát bờ. • Khi có bãi bồi thì bố trí tuyến âu thuyền ñi cắt ngang bãi. • Có thể bố trí ñầu âu nhô về phía thượng lưu hoặc hạ lưu so với tuyến ñập. II. MỘT SỐ DẠNG MẶT BẰNG PHỔ BIẾN 1. Âu thuyền bố trí trên kênh hoặc sông ñào • Cần chú ý nối tiếp giữa kênh với kênh dắt tàu thuyền. • Khoảng cách giữa hai trục âu cần hợp lý khi thiết kế 2 tuyến. 2. Âu thuyền ở hồ chứa nước hoặc sông rộng • Âu thuyền ñặt sát vào bờ, ở vị trí sâu, không bị bồi lắng, ñịa chất tốt. Xa những chỗ thoát nước lớn như NMTð hay ñập tràn. • Trước âu phải xây dựng công trình bảo vệ. • Phải nghiên cứu vấn ñề bồi xói, ảnh hưởng ñến ñộ ổn ñịnh của công trình ở phía hạ lưu. 3. Bố trí ñầu âu nhô về phía thượng lưu • Ưu ñiểm: - ðường tàu thuyền vào kênh dắt thượng lưu xa ñập. - Rút ngắn ñược chiều dài ñê bảo vệ thượng lưu. - Cầu giao thông ñặt ở phía dưới ñầu âu hạ lưu là hợp lý. • Nhược ñiểm: - Toàn bộ âu thuyền nằm trong phần nước sâu �� áp lực lớn �� kết cấu nặng nề, phức tạp, thiết bị chống thấm phải hoàn thiện, lúc tu sửa gặp nhiều khó khăn. - Ở hạ lưu phải kéo dài tường bảo vệ ñể tránh dòng chảy mạnh từ trên xuống. Kết cấu tường bảo vệ phải chắc chắn, ñảm bảo không bị xói lở. 184 H×nh 19-14: ¢u thuyÒn bè trÝ ë phÝa trưíc tuyÕn ®Ëp 4. Bố trí ñầu âu nhô về phía hạ lưu • Ưu ñiểm: - Không cần kéo dài tường ñê bảo vệ hạ lưu. - Áp lực nước tác dụng vào âu nhỏ. • Nhược ñiểm: - Phải kéo dài ñê bảo vệ thượng lưu. - Khó ñảm bảo ñộ tĩnh không khi xây dựng cầu ở thượng lưu. Thường phải làm cầu cất và như vậy có lúc giao thông sẽ bị gián ñoạn. H×nh 19-15: ¢u thuyÒn bè trÝ ë phÝa sau tuyÕn ®Ëp 5. Bố trí âu thuyền trên ñoạn sông cong • Ưu ñiểm: - Rất thuận tiện cho thi công, không cần ñắp ñê quai, thi công âu trên khô. - Hạn chế ñược hiện tượng bồi lắng kênh dắt tàu thuyền. - Âu thuyền nằm xa ñập tràn, nhà máy thuỷ ñiện, nên tránh ñược luồng nước mạnh, bảo ñảm an toàn cho tàu thuyền ra vào. • Nhược ñiểm: - Khối lượng ñào kênh dẫn lớn, chi phí tốn kém. 185 H×nh 19-17: H×nh thøc mÆt b»ng ®o¹n kªnh dÉn. §19.3 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Việc xác ñịnh kích thước cơ bản giữ vai trò quan trọng, nó quyết ñịnh tính kỹ thuật và kinh tế nên cần xác ñịnh hợp lý kích thước âu thuyền ñể bảo ñảm ñáp ứng ñược yêu cầu vận chuyển và lượng nước tổn thất ít nhất. Các yếu tố căn cứ ñể xác ñịnh kích thước âu thuyền: • Năng lực vận chuyển hàng hóa; Xác ñịnh từ KL thuyền bè ñược chuyển qua âu hàng năm. • Kiểu thuyền và kích thước tàu thuyền. • Cách thức qua âu. (âu 1 hay 2 chiều, kéo hay ñẩy) 1. Chiều dài hữu ích của buồng âu Trong ñó: L1 , L2: Chiều dài của tàu kéo và tàu ñẩy. n : số thuyền ở trong một hàng dọc. ∆L : Khoảng cách giữa các thuyền, thuyền và âu. 2. Chiều rộng hữu ích của buồng âu . Trong ñó: B2: Chiều rộng thuyền. m : Số hàng thuyền trong âu. ∆B : Khoảng cách giữa các thuyền, thuyền và âu. 186 Chú ý: - Các công thức trên dùng với các thuyền có kích thước như nhau. Nếu kích thước các thuyền khác nhau phải làm phép cộng dồn. - Khi dùng thuyền ñẩy thì khoảnh cách giữa các thuyền bằng 0 nên giá trị (n+2) trong công thức thay bằng 2. 3. Chiều sâu vận tải thủy Trong ñó: T: Chiều sâu ngập nước khi thuyền chở ñầy. ∆T: ðộ sâu an toàn dưới ñáy thuyền. Chiều sâu an toàn xác ñịnh sơ bộ như sau:  Với âu thuyền gỗ: Hv < 1m thì ∆T = 0.1 m Hv > 1m thì ∆T = 0.15 m  Với âu thuyền ñá xây, BT, BTCT: Hv < 2.5m thì ∆T = 0.3 m Hv > 2.5m thì ∆T = 0.5 m 4. ðường dẫn thượng – hạ lưu Chiều dài ñoạn kênh cùng trục với âu tối thiểu là Lk: Lk = 1.2 L Tổng chiều dài kênh: LT = n.L + (n+1).Lñ + 2.Lk Trong ñó: n : Số buồng âu; Lñ : Chiều dài ñầu âu; L: Chiều dài buồng âu. Với âu một bậc: LT = (3,7÷3,8).L Nếu sau ñoạn thẳng ñó phải nối tiếp bằng ñoạn kênh cong thì bán kính cong của kênh tối thiểu là: Rmin ≥ 6.L* L* : Chiều dài ñoàn thuyền. Chiều rộng kênh dẫn thượng, hạ lưu: Bk = 2.B2 + a1 + 2.a2 ≈ 2,6 B2 a1: Khoảnh cách giữa hai hàng thuyền trên kênh. a2: Khoảnh cách giữa thuyền với bờ. 5. Cao trình ñáy âu và ñỉnh âu • Cao trình ñáy âu và kênh dắt tàu thuyền: - Xác ñịnh từ mực nước vận tải thiết kế nhỏ nhất, ñồng thời có xét ñến ảnh hưởng của mực nước ñộng: �ñáy âu = MNñộngmin – hv - Ngoài ra còn phải chú ý ñến sự phát triển trong tương lai mà ñịnh ra cao trình ñáy âu cho hợp lý. • Cao trình ñỉnh âu thuyền: 187 - ðối với tuyến sông chính, mực nước cao nhất lấy với tần suất P =(1÷2)%, song cũng cần xét ñến trường hợp lũ cao. �ñỉnh âu = MN ñộngmax + ñộ vượt cao an toàn δ • Cao trình của cửa ñầu âu trên: Thường cao hơn mực nước thượng lưu ít nhất là 0,15m. 6. ðộ cao của cầu giao thông bắc qua âu • ðộ tĩnh không của cầu phải ñảm bảo cho tàu thuyền qua lại ñược an toàn. (Phụ thuộc cấp ñường sông. Tra theo bảng 19-2) §19.4 QUÁ TRÌNH VÀ KHẢ NĂNG VẬN CHUYỂN 1. Trình tự và thời gian chuyển thuyền qua âu Âu thuyền một chiều. Thuyền ñi từ hạ lưu lên thượng lưu: • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn HL vào âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác HL, ñóng van tháo nước HL, t.gian t1 • Mở van cấp nước TL, ñợi MN trong âu bằng MNTL, t.gian t3 • Mở cửa van công tác thượng lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu ra thượng lưu, thời gian t4 • ðóng cửa van công tác TL, ñóng van tháo nước TL, t.gian t1 • Mở van tháo nước HL, ñợi MN trong âu bằng MNHL t3 • Mở cửa van công tác hạ lưu, thời gian t1 Thời gian ñoàn thuyền qua âu một chiều: T1 = 4t1 + t2 + 2t3 + t4 Theo kinh nghiệm: T1 = (20 ÷ 55) phút. Âu thuyền hai chiều. Thuyền ñi từ hạ lưu lên thượng lưu trước: • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn HL vào âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác HL, ñóng van tháo nước HL, t.gian t1 • Mở van cấp nước TL, ñợi MN trong âu bằng MNTL, t.gian t3 • Mở cửa van công tác thượng lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu ra thượng lưu, thời gian t4 • Cho tàu thuyền từ kênh dẫn TL vào buồng âu với thời gian t2 • ðóng cửa van công tác TL, ñóng van tháo nước TL, t.gian t1 • Mở van tháo nước HL, ñợi MN trong âu bằng MNHL t3 • Mở cửa van công tác hạ lưu, thời gian t1 • Cho thuyền từ buồng âu về hạ lưu, thời gian t4 Tổng thời gian: T2 = 4t1 + 2t2 + 2t3 + 2t4 T2 = (30 ÷ 90) phút. Chú ý: Khi âu hai chiều thường cho thuyền từ hạ lưu lên trước. t2, t4 của âu hai chiều thường lớn hơn t2, t4 của âu một chiều nhưng sai khác không nhiều. (Do thuyền ñậu xa) 188 Qua quá trình thông âu ta nhận thấy rằng T2 > T1 ; nhưng T1 > 0.5 T2 Thực tế thường lấy T = 0.5(T1+0.5T2) làm trị số trung bình cho một lần qua âu. 2. Xác ñịnh các giá trị thời gian • Thời gian ñóng mở van t1: Phụ thuộc thiết bị ñóng mở, kích thước van t1 = 1÷2 phút • Thời gian mở van cấp nước và ñợi nước trong âu ñầy (hoặc cạn): t3 Phụ thuộc chiều cao cột nước công tác H, diện tích phẳng của buồng âu Ω phụ thuộc hình thức, kích thước van và ñường ống tháo, cấp nước => tính toán xác ñịnh theo các kiến thức thủy lực. - L<150m (chiều dài buồng âu) t3= 5 ÷ 10 phút - L = 200 ÷ 300m => t3= 8 ÷ 15 phút • Thời gian thuyền vào - ra t2 , t4: Phụ thuộc cách tổ chức ñoàn thuyền, phương tiện dắt thuyền, chiều dài ñi vào – ra. - Lv , Lr : Chiều dài ñi vào, ñi ra, thường lấy Lv , Lr = ε.L. - L : Chiều dài buồng âu. - v1 , v2 : Tốc ñộ ñi vào, ñi ra. - Với ε = 1.5 : âu thuyền một chiều. - ε = 3.0 : âu thuyền hai chiều. • Các giá trị lưu tốc trên ñường dẫn thuyền: n= ω1/ω2 Theo kinh nghiệm: v1 = 0.4 ÷ 0.6 m/s. v2 = 0.6 ÷ 1.0 m/s : Âu một chiều. v2 = 0.5 ÷ 0.8 m/s : Âu hai chiều. v : Tốc ñộ trung bình của thuyền. ω1 : Diện tích mặt cắt ướt của ñường dẫn thuyền. ω2 : Diện tích mặt cắt ngang phần ngập nước của thuyền. α : Hệ số kể tới sóng dội khi cửa van ñóng. (α > 1) 3. Năng lực vận chuyển của âu thuyền • Năng lực vận chuyển qua âu là khối lượng hàng hóa vận chuyển qua âu trong một năm. • Khi thiết kế cần dựa vào quy hoạch và yêu cầu phát triển của giao thông và phụ thuộc các yếu tố như: - Trọng tải thuyền. - Số lần thuyền qua trong ngày. - Số ngày vận tải. - Phương tiện ñưa rước thuyền qua âu. • Năng lực vận chuyển gồm năng lực vận chuyển lý thuyết P và năng lực vận chuyển thực tế Ptt. Năng lực vận chuyển lý thuyết: P = n.N.m.g 189 Trong ñó: n : Số lần thuyền qua âu trong một ngày ñêm. n = 1440 / T T : Thời gian mỗi lần v.c qua âu (phút). N : Số ngày vận chuyển trong 1 năm. m : Số thuyền mỗi lần qua âu. g : Tải trọng trung bình của mỗi thuyền. Năng lực vận chuyển thực tế: Ptt • Khi xét ñến thuyền qua âu chưa chở ñủ tải trọng hoặc thuyền không tải cần ñưa thêm hệ số lợi dụng trọng tải α: α = 0.7÷0.8 • Thời gian làm việc thực tế trong ngày chỉ là τ giờ: τ =20 ÷ 21(h) • Xét sự vận chuyển không cân ñối giữa các tháng trong năm cần ñưa vào hệ số không cân ñối β: β=(Lượng hàng hóa tháng lớn nhất)/(Lượng hàng hóa tháng TB) thường β=1,25 ÷ 1,75. • Như vậy năng lực vận chuyển thực tế ñược tính: • Sơ bộ có thể chọn Ptt = (0.2 ÷ 0.5)P 4. Lưu lượng dùng cho mỗi lần thuyền qua âu • Lượng nước chảy về HL qua 8 bước thông thuyền của âu 1 chiều: W1 = Vo + D1 với Vo= Ω . Ha = La.Ba.Ha » Vo : Thể tích công tác buồng âu. » D1 : Thể tích chiếm nước của thuyền từ hạ lưu lên. » Ω : Diện tích mặt bằng buồng âu. » Ha : Chênh lệch cột nước TL - HL. • Lượng nước qua 10 bước thông thuyền của âu 2 chiều: W2 = Vo + D1 – D2 » D2 : Thể tích chiếm nước của thuyền từ thượng lưu về. » Nếu D2 = D1 thì W = Vo = Ω.H Lượng nước mất trong một ngày: • Âu một chiều: Wng = n1.(Vo + D) + n2.(Vo-D) • Âu hai chiều: Wng = (n1 – n2).(Vo + D) + n2.Vo khi n1 > n2 Wng = n1.Vo + (n2 – n1).(Vo - D) khi n1 < n2 » n1 : Số lần thuyền lên thượng lưu trong một ngày. (24h) » n2 : Số lần thuyền về hạ lưu trong một ngày. (trong 24h) Lưu lượng nước tháo qua âu: • Lưu lượng tháo trung bình qua âu: Theo tài liệu thống kê: C = (1,5 ÷ 2) l/sm khi cột nước trong âu Ha < 10m C = (2,5 ÷ 3) l/sm khi cột nước trong » ΣLi: Tổng chiều dài thiết bị khít nước. C: Tổn thất ñơn vị. 190 §19.5 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA ÂU THUYỀN 1. ðầu âu thuyền • Tuỳ theo hệ thống cấp nước làm ñầy buồng âu mà ñầu âu có thể chia ra 3 loại cơ bản sau: - ðầu âu bố trí các ñ. hầm dẫn nước. (Trong ñầu âu và tường) - ðầu âu có hệ thống cấp nước trên hay dưới cửa van. - ðầu âu không có công trình dẫn nước. (lấy nước thượng lưu từ bên hông) ðặc ñiểm: • ðầu âu có chiều rộng gần bằng chiều dài, tường và bản ñáy có kích thước thay ñổi dần, thực chất là kêt cấu không gian. • Tình hình chịu lực phức tạp. Các kích thước cơ bản: • Chiều dài bộ phận cửa vào: • Ch. dài rãnh bố trí van: d= 0.1B : chiều rộng rãnh ñặt cửa. • Ch. dài gối ñỡ sau van: L2=ht ht: Chiều cao tường bên Cấu tạo ngưỡng: • Việc chọn cao ñộ ngưỡng phải ñảm bảo cho thuyền vào, ra khỏi âu ñược an toàn và ñảm bảo cho ñầu âu liên kết tốt với nền. 191 2. Buồng âu • Làm việc trong ñiều kiện mực nước thay ñổi thường xuyên và nhanh chóng nên yêu cầu kết cấu buồng âu phải thật ổn ñịnh và vững chắc. • Các hình dạng mặt cắt: - Chữ nhật: Giảm lượng mất nước, tường cao, kết cấu phức tạp. - Hình thang: Lượng mất nước lớn hơn, kết cấu ñơn giản, dùng với cột nước thấp. - Kết hợp: Khắc phục nhược ñiểm hai loại trên, giảm chiều cao tường, dùng với cột nước vừa. • Kết cấu buồng âu: - Loại I: Có các tường ñứng ñộc lập và bản ñáy thấm nước. - Loại II: Có các tường nối cứng với bản ñáy. 3. Hệ thống dẫn tháo nước • Bao gồm 2 loại chủ yếu: dẫn tháo tập trung và dẫn tháo phân tán. • Dẫn tháo tập trung: Dẫn nước qua lỗ cửa chính, vòng quanh ñầu âu hoặc ngưỡng ñáy âu. • Dẫn tháo phân tán: Nước ñược dẫn phân tán dọc theo tường âu hoặc ñáy buồng âu. Dẫn tháo tập trung qua cửa van chính Hệ thống ñưa nước tập trung hai bên ñầu âu 192 Hệ thống dẫn nước tập trung ñi luồn dưới ngưỡng bậc ñầu âu Hệ thống dẫn tháo nước kiểu phân tán §19.6 CỬA VAN CỦA ÂU THUYỀN 1. Khái quát chung • Cửa van âu thuyền ñặt tại ñầu âu ñể chắn nước, dùng ở các cửa dẫn nước hoặc tháo nước. • Yêu cầu: Ít bị rò rỉ, ñóng mở nhẹ, chắc chắn và ñơn giản. • Các loại cửa van ñang ñược sử dụng cho âu thuyền: - Van phẳng trục ñứng (1 cánh, 2 cánh). - Van phẳng trượt. - Van xe goòng (van máy nâng thẳng ñứng có bánh xe). - Van bướm. 193 - Van cung. - Van cung ñảo ngược. 2. Cấu tạo một số loại cửa van dùng cho âu thuyền • Vanphẳng có một cánh quay quanh trục ñứng: Dùng ở các âu hẹp và cao. • Cửa van phẳng kiểu kéo lên: Dùng ở ñầu âu dưới có cột nước lớn. • Cửa van phẳng kiểu hạ xuống: Dùng khi ñầu âu có ngưỡng cao. • Cửa van phẳng kiểu kéo ngang: Dùng ñược ở vùng chịu ảnh hưởng thuỷ triều, loại này có cấu tạo phức tạp, khó bố trí ñường dẫn nước. • Cửa van phẳng quay quanh trục ngang ở ñáy: Dùng cho âu rộng, có cột nước thấp. • Cửa van hình tam giác: Sử dụng nơi có chế ñộ thuỷ triều, trong ñiều kiện làm việc hai chiều. Loại này lực ñóng mở nhỏ nhưng tường phải làm dày ñể ñặt cửa van khi mở. . 194 • Cửa van hình cung: Gồm loại hạ xuống và kéo lên. Loại này lực ñóng mở nhỏ, nhưng tường ñầu âu phải ñủ dài ñể bố trí càng van. 3. Cửa van chữ V • Ưu ñiểm: Kết cấu ñơn giản, lực ñóng mở nhỏ. Khi mở cửa cánh nằm ép sát vào khe ở hai ñầu âu. • Nhược ñiểm: Tường ñầu âu phải dài, dày và chỉ dùng trong ñiều kiện âu làm việc một chiều. Kết cấu: • Bao gồm hệ thống dầm ngang, dầm ñứng và các thanh chéo. • Ổ trục ở ñỉnh và ở ñáy là chỗ dựa chính của trục cửa khi quay, do ñó phải ñảm cho nó nằm trên ñường thẳng ñứng. • Thanh chéo có tác dụng chống biến hình, tránh cho cửa không bị xô lệch. • Trụ khe có tác dụng truyền lực giữa hai cánh và chống rò rỉ nước. Sơ bộ xác ñịnh kích thước: • Chiều rộng cửa (b): m: Khoảng cách từ mặt tựa cửa tới mặt tường buồng âu. 195 d: Là chiều sâu khe cửa. d = (0,08÷0,11)B ; m = (0,4÷0,45)d θ: Góc ñặt cánh cửa, thường θ = 20o÷22o Sơ bộ xác ñịnh kích thước: • Chiều cao cửa (h): h = H + ao + hv + a1 hv: chiều sâu vận tải thuỷ. ao: khoảng cách từ dầm ñỉnh tới mặt nước, ao = (0,1÷0,35)m a1: k.cách từ mặt ngưỡng ñến dầm ñáy, a1 = (0,15÷0,25)m.