a. Đặc điểm cống ngầm dẫn nước

21

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



- Độ nhám lòng cống (tra bảng 4-3 các bảng tính thuỷ lực) ta có n=0,012

- Lưu lượng thiết kế dẫn dòng : Qc= 3,2 m3/s

- Chiều dài cống Lc= 45 m (số liệu đề)

b. Mục đích:

-



Lập quan hệ giữa lưu lượng qua cống và mực nước thượng lưu cống: (Q ~

ZTLC).



-



Lợi dụng công trình lâu dài để dẫn dòng.



-



Xác định mực nước trước cống để xác định cao trình đỉnh đê quai thượng lưu,

cao trình đắp đập vượt lũ.



-



Kiểm tra sự an toàn của cống khi dẫn dòng.



c. Tính toán thuỷ lực qua kênh dẫn sau cống:

Căn cứ vào địa hình vùng xây dựng công trình, sơ bộ thiết kế kênh dẫn dòng có

các thông số như sau:

-



Chiều rộng của đáy kênh: b = 6m.



-



Hệ số mái: m = 1,5



-



Độ nhám lòng kênh(tra bảng 4-3 các bảng tính thuỷ lực ): n = 0,025.



-



Độ dốc: i = 0,002.



-



Chiều dài kênh: Lk = 55,32 m (đo trên bình đồ).



-



Lưu lượng dẫn dòng : QK = 3,2 (m3/s)



-



Cao trình cửa vào: đk = cr cống = +556,0m.



-



Cao trình cửa ra: crk = cvk – iLk = 55,0 – 0,002*55,32 = 555,89m



•



Tính toán thuỷ lực qua kênh:



-



Mục đích: Lập quan hệ (Q ~ ZKTL).



-



Sơ đồ tính thuỷ lực qua đoạn kênh:



21

21

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



22

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



N1

K

N2



Zhl



i%



N1

K

N2



hk



ho



Zdk



hdk



Ho



Ztl



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



K

N2



Zck



i < ik



i > ik

Sơ đồ tính toán thuỷ lực kênh dẫn saucống

*Xác định độ sâu mực nước cuối kênh hCK (m):

-



Muốn xác định độ sâu mực nước cuối kênh (hCK), ta phải xác phải xác định

được cao trình mực nước cuối kênh ZCK (m).



-



Tính độ sâu dòng đều h0 và độ sâu phân giới hk để xác định đường mặt nước

trong kênh.



* Nội dung gồm các bước sau:

+ Xác định độ sâu dòng đều h0:

Độ sâu dòng đều được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về

thuỷ lực:

Cấp lưu lượng tính thuỷ lực kênh: Qk = Qddmk = 22,8m3/s.



4mo i

Q

f(Rln) =



= = 0,1179



Ta có: m0=2. – m =2. -1,5= 2,11

Tra bảng PL8-1 bảng tra thuỷ lực (với n = 0,025) ta có Rln= 1,17

= 3,42, tra bảng thuỷ lực PL8-3 ta được: = 1,512

ho= Rln() = 1,171,512 = 1,77 (m)

=>Cao trình bờ kênh: bk= Zcr + ho + = 556 + 1,17+ 0,6 = 557,77 m (chọn= 0,6 m)

+ Xác định độ sâu phân giới (hk).

Dùng công thức gần đúng:



22

22

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



23

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng







h k 1 −

cn







hk =

3



Với :



σn

2

+ 0,105σ n 

3





αQ 2

gb 2



hkcn =



σcn =



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



= = 1,49 m

m.h k

b



=>hk = 1,49* (1-



cn



= = 0,5587



+ 0,105 * 0,55872) = 1,26 m



Ta thấy hk = 1,26m < ho = 1,77m

→ đường mặt nước là đường nước dâng hoặc đường nước hạ.

Q



ω k C k Rk

2



+ Tính độ dốc ik: ik =



2

2



Trong đó: Q = 3,2m3/s.

ωk = (b + mhk)hk = (4 + 1,5*1,26 )*1,26 = 7,42m2

χk = b + 2hk



Rk =



ωk

χk



1 + m2



1 + 1,52



= 4 + 2*1,26 *



= 8,54 m



== 0,87 m



Ck = = 0,871/6 = 39,08

Vậy ik = = 0,0035

Do đó ta thấy: ik = 0,0035> i = 0,002

⇒

Như vậy ta có : h0>hk và ik>i>0 đường mặt nước trong kênh là đuờng nước hạ b1



23

23

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



24

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



N

N

b1



hx



k



k

k

N



i


b2



K

N



Lk=55,32 m



i >= ik



Đường mặt nước trong kênh

Độ sâu tại cửa ra của kênh là: hCK = hK = 1,26 m.

+ Ta lập được bảng tính h0 và hK tương ứng với các cấp lưu lượng như sau:

+ Tính và vẽ đường mặt nước: Tính dòng ổn định không đều bằng phương pháp

cộng trực tiếp xuất phát từ độ sâu cuối kênh, công thức tính như sau:

Q(m³/s)



f(Rln)



Rln(m)



b/Rln



h/Rln



hcn(m)



σcn



hk(m)



ho(m)



0,376



0,31



9,68



0,913



0,224



0,112



0,216



0,283



0,188



0,40



7,45



1,052



0,356



0,178



0,336



0,423



0,117



0,53



5,67



1,210



0,488



0,244



0,451



0,639



0,084



0,52



5,76



1,195



0,612



0,306



0,556



0,621



0,075

0,61

2

ω = (b + mh).h (m ).



4,92



1,00



0,657



0,328



0,592



0,769



1

2

3,2

4

5



χ = b + 2h



1+ m



2



V=



(m). R =

Q

ω



ω

χ



(m).

2



∆∋



Vi

2g

2



(m /s); Эi = hi + a



; ∆L =



i−J



α V 22

2g



Trong đó: ∆Э = Э2 – Э1 ; Với Э2 = h2 +



α V 12

2g



; Э1 = h1 +



; i = 0.0025

24



24

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



25

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



GVHD: Nguyễn Văn Sơn

2



J + J2

J= 1

2



; Với J1=



 V 1 

 C R1 



2



; J2 =



 V 2 

 C R2 



+ Dựa vào bảng tính và sơ đồ tính như hình vẽ ở trên ta có với L = 55,32 m ta có

hdk



ứng với từng cấp lưu lượng.



Từ đó ta có :

Ztl = Zdk + hđk + Zcv(Zcv = Ho – hđk)



Z tl = Z dk + H o

Vậy:

- Đoạn đầu kênh coi như đập tràn đỉnh rộng:



- Xác định chỉ tiêu chảy ngập:



 hn  hn 



> 

≈ 0,7 ÷ 0,8



 H o  H o  p.g



 hn >  hn 

≈ 1,2 ÷ 1,4

h 

h

 k  k  p.g



- Ta lấy gần đúng hn = hđk rồi xét chỉ tiêu chảy ngập.

Q = ϕ .ω. 2 g ( H o − hdk )



- Nếu chảy không ngập :



Chọn



ϕ



= 0,956 ;



ω = (b + m.h).h



( )



1 Q

2 g ϕω



2



→ Ho =



+



hđk



2g(H o − h



- Nếu chảy ngập: Q = φnω



(h = hn – Z2)



Trong đó: Z2-độ cao hồi phục

ω - Diện tích mặt cắt ướt ứng với độ sâu h (m).

+Kết quả tính toán được ghi ở các bảng tính toán đường mặt nước trong kênh.



hi

0.8

1.26

1.34



Vi

Vi2/2g '

D'

7.81

0.96

0.64

3 3.111 3.911 3

4.96

2.51

1.01

0 1.254

4 1.397

1.07 4.66 1.109 2.44 0.065



c



Ri

C

0.26 57.30

2.400

7

6

0.30 58.55

3.320

4

9

3.480 0.30 58.70



J



Jtb



DL



L



0.0697



0.000



0.0236

0.0205



31.273

1 31.273

3.2531 34.526



0.047

0.022



25

25

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



26

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



1.47



1.18



1.8



1.44



2.6



2.08



4

4.25

2

3.47

2

2.40

4



0.921

0.614

0.295



9

2.39

1

2.41

4

2.89

5



0.057 3.740

0.023 4.400

0.480 6.000



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



8

0.31

4

0.32

7

0.34

7



0

58.90

2 0.0166

59.29

6 0.0105

59.86

7 0.0047



0.019



3.4744 38.001



0.014



2.0078 35.993

20.272

2 55.27



0.008



Bảng Tính toán đường mặt nước trong kênh với Qk10% = 3,2 (m³/s)

Tính toán tương tự với các lưu lượng: 5m3/s, 4 m3/s, 3,2m3/s, 2 m3/s, 1 m3/s.

*Kết quả tính toán cuối cùng được trình bày trong bảng sau. Từ kết quả này ta xác

định được quan hệ (Q ~ Ztlkênh).



Bảng tính mực nước thượng lưu kênh ứng với Qi

Bảng tính mực nước thượng lưu kênh ứng với Qi

Q

hk

hđk

Chế độ

Ω

(m³/s)

(m)

(m)

hđk/hk

(hn/hk)pg

chảy

(m²/s)

132.2

Không

1

0.31 0.286

%

1,4

ngập

0.9807

Không

2

0.84 0.426

1.266

1,4

ngập

1.5502

0.528

Không

3.2

1.26

2

1.245

1,4

ngập

2.0031

4

1.36 0.653

1.263

1,4

Không 2.5996



Zcv

(m)

0.056

9



Ho

(m)

0.343



0.0911



0.517



0.140

0.129



0.668

0.783



Ztl(m)

556.2

3

556.4

1

556.5

6

556.6

26



26

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



27

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



5



2

0.763

2



1.46



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



1.289



ngập

Không

ngập



1,4



3.1633



5

0.136

7



0.900



7

556.7

9



Bảng quan hệ giữa lưu lượng qua cống và độ sâu thượng lưu kênh Qi~Ztlk

b. Tính toán thủy lực qua cống dẫn dòng.

Căn cứ vào lưu lượng dẫn dòng Q

Ứng với Q



mk

dd



mk

dd



và quan hệ Q~Zhl ta xác định được Zhl



= 3,2 (m3/s) tra quan hệ Q~Zhl ta có: Zhl = 554,6 (m)



*Trình tự tính toán:

Giả thiết một số trị số lưu lượng qua cống để tính toán và xác định quan hệ Q – Z TL.

Ứng với mỗi trị số lưu lượng Q giả thiết ta tính toán như sau:

Dòng chảy trong cống diễn ra ở một trong 3 trạng thái: có áp, bán áp và không áp.

Muốn xác định lưu lượng qua cống trước hết phải xác định trạng thái chảy qua cống.



m=

2,



3

m=



Ztl



75



Zhl

H



Zdc



D=5 m



Zdc



hk



0,002

%



Sơ đồ tính toán thuỷ lực của cống ngầm

- Giả thiết cống chảy không áp.

27

27

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL



28

Đồ án Dẫn dòng và công tác hố móng



GVHD: Nguyễn Văn Sơn



- Về mặt định tính, ta thấy L > Lk = (8 ÷10)H nên có thể coi cống làm việc như một

đập tràn đỉnh rộng nối tiếp với hạ lưu bằng một đoạn kênh. Nghĩa là phải xét đến ảnh

hưởng của độ dốc và độ nhám của lòng cống.

- Tính độ sâu phân giới (hk):

3



α Q2

g b2



hk =

Trong đó:

b: Bề rộng cống, b = 6 m;

g = 9,81(m/s2) là gia tốc trọng trường.

α: Hệ số cột nước lưu tốc, α = 1.

Q: Lưu lượng qua cống ngầm

Tính độ sâu phân giới

Q(m³/s

)

1

2

3.2

4

5



Zhl(m)

554.6

554.6

554.6

554.6

554.6



hk(m)

0.260

0.413

0.565

0.656

0.762



hn(m)

0.343

0.517

0.597

0.783

0.900



* Ta lập bảng tính toán đường mặt nước:

- Mục đích để xác định cột nước tính toán đầu cống h x từ đó biết được chế độ

chảy trong cống.

- Xuất phát từ dòng chảy cuối cống h r ta tính ngược lên trên đầu cống xác định

được cột nước hx.

hr = hx khi hk > hn.

hr = hn khi hk < hn.

Trong đó:

hx- Độ sâu cột nước gần cửa vào.

- Ta dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước. Theo phương

pháp này khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết sẽ là:

∆∋



∆L =



i−J



28

28

Sv: Phạm Ngọc Hoàn Lớp: 51 CT.TL