Giáo trình thủy lực công trình - Chương 10 pot

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
1 – Đập trọng lực:
Là đập có cấu trúc đơn giản, thường là đập có dạng đường thẳng hoặc hơi cong (chiếu
trên mặt nằm ngang) và chắn dòng nước dựa vào chính bằng trọng lượng của nó.
Đập có thể được xây dựng bằng bê tông, xây gạch, hoặc lát mái bằng đá hoặc đập đất
Có thể dễ dàng tìm thấy đập bằng bê tông ở mọi nơi, nhưng với những đập có độ cao
>20m thì cần phải có phần móng đập xây bằng đá để có thể chịu được tải trọng của
thân đập. Những loại đập đó thường là giá thành cao, yêu cầu khối lượng bê tông lớn,
và có nhiều vấn đề về môi trường như việc giữ và phát nhiệt của thân đập và vết nứt do
hiện tượng co giãn của bê tông.
Các đập trọng lực loại lớn thường có độ cao khoảng từ 50-150m. Đập Grand Coulee
trên sông Columbia ở Washington có chiều cao 168m, chiều dày chân đập là 122m.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập trọng lực bằng bê tông và đập trọng lực lõi đất có lát mái

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập trọng lực Grand Coulee, Washington

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập trọng lực Grand Coulee,
Washington

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập Shasta trên sông Sacramento ở bắc California. Cao 183m, chiều dầy

chân đập 165m chiều dầy đỉnh đập 9m.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập cánh cung thường được làm từ bê tông gia cường (cốt thép), và thường chỉ sử
dụng khoảng 20% lượng bê tông so với dạng đập trọng lực. Với cấu trúc hình cánh
cung, đập có tác dụng truyền tải áp lực thủy tĩnh xuống phần nền móng.
2 – Đập cánh cung
Đập cánh cung thường được xây dựng ở các thung lũng sông hẹp và dốc. Thông
thường thì chiều dài đỉnh đập chỉ giới hạn dưới 10 lần chiều cao đập.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Cấu trúc đập cánh cung

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập cánh cung Monticello, California, USA cao 93m, rộng 312m, chiều
rộng đỉnh đập 3,7m và chiều rộng chân đập là 30,5m.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập cánh cung Monticello, California, USA cao 93m, rộng 312m, chiều
rộng đỉnh đập 3,7m và chiều rộng chân đập là 30,5m.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Đập cánh cung Kariba nằm trên biên giới giữa Zambia và Zimbabwe
(phòng lũ và thủy điện)

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
Là những loại đập lai giữa đập trọng lực và đập cánh cung, có mặt đập hướng về
thượng lưu là một mặt liên tục (hoặc là nghiêng hoặc là thẳng đứng để tăng độ ổn
định), còn mặt phía hạ lưu sẽ có nhiều trụ ốp đỡ nhằm tăng khả năng chống chịu của
đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Loại đập này chỉ cần khoảng 60% lượng bê tông so với đập trọng lực nhưng chưa chắc
giá thành đã rẻ hơn vì cần có thêm nhiều cốt thép trong các cột trụ ốp đỡ.

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Cấu trúc một loài vài đập có trụ hỗ trợ

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Cấu trúc đập có trụ hỗ trợ và các lực tác dụng

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Đập Ekbatan, Iran

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Đập Wilson, Alabama, Mỹ

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.1 Đập
3 – Đập buttress (đập có trụ hỗ trợ)
Đập Manic, Quebec, Canada

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Cửa cống dùng để khống chế
dòng chảy trong sông và các
kênh nhân tạo. Đôi khi (trong
tiếng Anh) còn được gọi là
underflow-gate vì thực tế thì
dòng chảy luôn chảy phía dưới
cánh cửa cống

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Cửa cống phía trên đỉnh đập
John Kerr, Virginia, Mỹ

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Dòng chảy qua cửa cống và dòng chảy qua lỗ có nhiều nét tương tự nhau, nhưng cũng
có những khác biệt quan trọng:
Với lỗ nhỏ thì sự co hẹp của dòng chảy diễn ra ở mọi hướng trong khi đó ở dòng
chảy dưới cửa cống thì không có sự co hẹp theo chiều ngang, và dòng chảy gần sát
đáy qua điểm mở cống không có sự thay đổi đáng kể.
Tuy nhiên, dòng chảy ở phía đỉnh của phần cống mở sẽ có sự co hẹp rất lớn, và
ảnh hưởng của nó lớn hơn bình thường rất nhiều, và vì thế nếu tinh tổng chung thì
dòng chảy qua cống và qua vòi có thể xem là tương tự

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Cống Hoàng Xá đổ ra sông Tô Lịch, xã Hòa Bình,
huyện Thường Tín, Hà Tây
Cống tiêu nước đổ ra sông Nhuệ,
Vân Đình, T.Tín, Hà Tây

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Cửa cống kết hợp đập tràn nhằm mục đích ngăn nước bẩn trên sông Nhuệ đổ vào
đoạn sông Tô Lịch

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Các công thức tính dòng chảy dưới cửa cống:
a) Chảy không ngập:
Dòng chảy ra khỏi cửa cống sẽ bị co hẹp theo chiều thẳng đứng, đạt max tại mặt
cắt C-C, ở đó đường dòng song song với đáy cống
Viết PT Béc-nui-y cho 2 m/c 1-1 và C-C:
g
v
g
v
h
g
v
H
c
c

c
222
2
0
2
2
1
ζ
α
α
++=+
1
1
c
c
c
h
H
( )
c
c
c
hHgv
−
+
=
2
1
ζα
( )

c
hHg
−=
2
ϕ
( )
cccc
hHgvQ
−==
2
ϕωω
(10.1)
ϕ
được xác định từ thực nghiệm, phụ thuộc vào hình dạng và mức độ thu hẹp dòng chảy

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.2 Cửa cống và các cửa điều khiển
Các công thức tính dòng chảy dưới cửa cống:
b) Chảy ngập:
Nếu giả thiết phần nước cuộn cũng có áp suất tuân theo quy luật thủy tĩnh, tương tự
ta có:
1
1
c
c
c
h
H
( )
zc

hHgv
−=
2
ϕ
( )
zccc
hHgvQ
−==
2
ϕωω
(10.2)
z
h
(10.3)

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.3 Cống
Cống là đoạn máng có mặt cắt khép kín (có nắp phẳng hoặc vòm). Cống thường được
xây dựng ở những nơi sông (kênh nhân tạo) chảy qua phía dưới đường (cao tốc), hoặc
các công trình khác như kè đường sắt… Chúng cũng có thể được sử dụng thể thoát
nước cho một khu vực xác định và nhiều khu vực, đô thị đã bị ngập do khả năng của
cống không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát.
Cống có thể dài từ vài mét đến hàng trăm mét.
Với lỗ nhỏ thì sự co hẹp của dòng chảy diễn ra ở mọi hướng trong khi đó ở dòng chảy
dưới cửa cống thì không có sự co hẹp theo chiều ngang, và dòng chảy gần sát đáy qua
điểm mở cống không có sự thay đổi đáng kể.
Tuy nhiên, dòng chảy ở phía đỉnh của phần cống mở sẽ có sự co hẹp rất lớn, và ảnh
hưởng của nó lớn hơn bình thường rất nhiều, và vì thế nếu tính tổng chung thì dòng
chảy qua cống và qua vòi có thể xem là tương tự

Chương 10: Các công trình thủy lực
10.3 Cống