Bài giảng - Thủy điện 2- chương 13 docx

171

Chương XIII. ĐƯỜNG ỐNG TURBINE

Chương XII đã có trình bày về đường dẫn nước có áp của TTĐ. Đường ống
turbine là phần đường ống dẫn nước có áp, có nhiệm vụ dẫn nước có áp từ Cửa lấy nước
(ở TTĐ kiểu sau đập) hoặc từ Bể áp lực (ở TTĐ đường dẫn không áp), hoặc từ Buồng
nhau, làm việc với những cột nước khác nhau Người ta có thể phân loại ống turbine
theo những dấu hiệu sau đây:

1.Phân loại theo vật liệu làm ống
Theo vật liệu làm ống thì có các loại: ống thép, ống gỗ, ống bêtông cốt thép, ống
chất dẻo Trong số đó ống thép và bêtông cốt thép được dùng phổ biến hơn cả.
- Ông thép được dùng với mọi cột nước từ thấp đến cao (ống thép của TTĐ
Bôgôta ở Colombia với H =2000 m) do khả năng chịu lực của thép cao, kết cấu gọn
nhẹ, độ nhám nhỏ nên tổn thất bé. Ống thép th
ường đặt hở trên mặt đất, không chôn
trực tiếp dưới đất nếu không có bảo vệ chống rỉ và áo bêtông bao ngoài để chịu áp lực
đất;
- Ống bêtông cốt thép, thường dùng với cột nước H < (30 - 50) m do khả năng
chịu lực và chịu thấm của bêtông không cao. Tuy nhiên ống bêtông cốt thép có bề dày
lớn nên có thể chôn dưới đất, do không bị hoen rỉ do vậy không cần bảo dưỡng khi chôn
ngầm, mặt khác bêtông cốt thép còn được dùng v
ới lưu lượng lớn. Tuy nhiên nhược
điểm của loại ống này ngoài chịu lực thấp, khó chống thấm nó còn có kết cấu nặng nề;
- Ống gỗ, được sử dụng ở nới sẵn gỗ, khí hậu ôn hoà và giao thông không thuận
lợi, việc bảo quản ống chống mục có khó khăn. Thực tế ngày nay không dùng nữa;
- Ống làm bằng chất dẻo hiện nay cũng bắt đầu
được sử dụng trong TTĐ, tuy
nhiên cũng chưa nhiều.

Phân loại theo vị trí đặt ống
ngầm (TTĐ ngầm).
- Ống đặt hở: ống được đặt trên mặt đất hoặc đặt trong rãnh hay hành lang trong
đập đất đá. Đặt hở dễ kiểm tra sửa chữa, tuy nhiên nó chịu tác động của môi trường
(nhiệt độ thay đổi, đất
đá nền sạt lở, uy hiếp của nước mưa );
- Ống chôn dưới đất: khi đường kính ống nhỏ (thường nhỏ hơn 2 - 2,5 m) người
ta đặt ống trong hào và phủ lên một lớp đất mềm. Loại này trực tiếp chịu áp lực đất đá
bên trên và bên hông do vậy phải dày đủ chịu lực bên ngoài, tốt nhất dùng ống bêtông
cốt thép;
- Ống đặt trong đập bêtông: được đúc bằng bêtông và đặt thép ch
ịu lực;
- Ống đặt ngầm dưới đất: dùng với TTĐ ngầm.
III. 1 đường ống turbine

Chọ uyến đường ống turbine
Tuyến đường ống được lựa chọn trên cơ sở bố trí tổng thể của TTĐ. Việc bố trí
hợp lý tuyến đường ống có ảnh hưởng lớn đến giá thành công trình và tính an toàn, tin
cậy trong vận hành trạm thuỷ điện. Đề xuất một số phương án tính toán và chọn phương
án nào phải qua so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn. Chọn tuyến cần theo yêu cầu sau:
điều áp (ở TTĐ đường dẫn áp lực, có buồng điều áp) vào turbine thuỷ l
ực.

XIII. 1. KHÁI QUÁT VỀ ĐƯỜNG ỐNG TURBINE
XIII. 1. 1. Phân loại đường ống turbine

Đường ống turbine có rất nhiều loại với những hình dáng và kích thước khác
2.
Phân theo vị trí đặt ống thì có: ống đặt hở trên mặt đất, ống chôn trong đất (như
dưới đập, chôn vòng quanh đập), ống đặt trong đập bêtông, ống

X . 2. Chọn tuyến và bố trí
1. n t
172
- Chọn tuyến ngắn, thẳng. Chọn tuyến như vậy không những hạ thấp giá thành ,
giảm tổn thất thuỷ lực và trị số áp lực nước va trong ống có lợi cho vận hành ổn định
TTĐ. Thường đặt tuyến ống thẳng góc với đường đồng mưc cao độ để ngắn chiều dài
ống, tuy nhiên nếu tuyến thẳng mà khối lượng đào nhiều có thể thay đổ
i hướng tim ống
và xây dựng tại đó mố néo để giữ chặt đường ống;
- Không nên đặt ống quá dốc để tránh khó thi công và tránh làm mất ổn định
đường ống. Độ dốc đặt ống không vượt quá 40
0
. Trong đó độ dốc đặt ống bêtông cốt
thép và ống gỗ nhỏ hơn so với ống thép;
- Mái dốc của mặt đất nơi đặt ống phải đảm bảo ổn định, tránh sạt lỡ. Nên đặt
ống theo dốc dương của sườn núi để dễ tiêu nước mưa dọc ống và tránh dòng nước từ
lớn
hơn ba lần đường kính ống và tại nơi đó phải đặt mố néo ống. Đỉnh trên của mặt cắt ống
phải th
a- Các phương thức cấp nước vào turbine

khe núi uy hiếp, không đặt ống ở nơi tụ thuỷ, sạt lỡ
. Các mố đỡ và mố néo ống cần đặt
nơi ổn định, tốt nhất đặt các mố trên nền đá gốc;
- Ở nơi tuyến ống phải chạy cong thì yêu cầu bán kính cong của tuyến phái
ấp hơn áp lực nước va âm tương
ứng từ 2 - 3 m để tránh chân không trong ống.
2. Các phương thức cấp nước và thành phần cửa van trên ống turbine

Hình 13-1. Các phương thức cấp nước vào tổ máy.

Dẫn nước vào turbine có thể phân làm ba phương thức sau (hình 13-1 ở trên):
- Cấp nước riêng lẻ: ở phương thức này mỗi tổ máy có một ống cấp nước riêng
(sơ đồ I, II và III hình 13-1). Cấp nước theo các sơ đồ này an toàn, khi một ống riêng bị

sự cố thì chỉ dừng mỗi tổ máy ấy thôi còn các tổ máy khác vẫn phát điện, kết cấu đường
c mố, khớp nhiệt độ phải nhiều, khối lượng xây
dựng tuyến đặt ống phải lớn. Vì vậy phương thức này dùng có lợi khi đường ống
rbine ngắn, như dùng cho TTĐ kiểu sau đập hay khi chiều dài từ bể áp lực đến turbine
gắn.
ống đơn giản. Nhược điểm của phương thức này là tốn kém về khối lượng ống cũng như

các công trình trên ống như số lượng cá
tu
n
173
- Phương thức cấp nước liên hợp (sơ đồ V, VI hình 13-1), nghĩa là toàn nhà máy
chỉ có một đường ống cấp nước chung. Phương thức này ngược lại với phương thức câp
riêng lẻ, nó có giá thành rẻ hơn nhưng kém an toàn vì khi ống chung có sự cố thì toàn
bộ nhà máy phải ngừng lam việc. Kết cấu đường ống ở phần rẽ nhánh sẽ phức tạp hơn
và phải trang bị thêm các cửa van ở mỗ
i nhánh rẽ. Vì vậy phương thức cấp nước liên
hợp sử dụng có lợi khi TTĐ có lưu lượng nho, cột nước lớn và đường ống rất dài
- Phương thức cấp nước theo nhóm (sơ đồ IV), phương thức này là mỗi đường
ống cung cấp nước cho một số tổ máy. Đây là phương thức cấp nước trung gian giữa hai
phương thức trên. Phương thức này được sử dụng khi đườ
ng ống tương đối dài, lưu
lượng tương đối lớn và số tổ máy nhiều.
Ngoài ra, ở TTĐ kiểu đập có công suất tổ máy lớn, nếu dùng một ống turbine

cung cấp cho tổ máy gặp khó khăn về công nghệ chế tạo ống có đường kính quá lớn
hoặc sử dụng turbine có hai buồng xoăn thì xuất hiện giải pháp dùng hai ống cho một tổ
máy (sơ đồ VII, hình 13-1).
Trong các phương thức c
ấp nước chung dẫn nước từ nguồn về nhà máy, việc
chọn hướng dẫn nước vào trong nhà máy có thể có những hình thức sau:
+ Sơ đồ (hình 13-1,a, e) dẫn nước vào các tổ máy bằng ống riêng theo hướng
thẳng góc với trục nhà máy. Sơ đồ này thuận dòng nhưng nhà máy bị uy hiếp khi
ống bị vỡ hoặc mố néo bị xô trượt. Để bảo vệ nhà máy cần xây tường chắn vững chắc
hướng dòng chả
y ra ngoài nhà máy theo kênh thoát nước.
+Sơ đồ (hình 13-1,d, c) dùng đường dẫn chung hoặc ống phân nhóm đi vào
nhà máy từ phía sườn dốc. Sơ đồ này an toàn hơn cho nhà máy nhưng tăng tổn thất
thủy lực và tăng khối đào đặt ống dọc theo nhà máy .
b - Sơ đồ đặt van trên đường ông turbine
Để đảm bảo điều kiện vận hành, sự cố và sửa chữa đuyường ống và turbine trên
ường ống có đặt các cửa van. Tuy vậy việc có đặt van hay không và đặt ở vị trí nào
hải tu ộc vào chiều dài ống, cột nước tác dụng lên ống và phương thức cấp nước
dùng của van
ẳ
ng
van cầu (có kết cấu nặng nề, ít rò rỉ, lực thao tác bé, dùng ở cột nước cao, đường kính
ống không lớn). Hình (13-2) trình bày khái quát một số dạng sơ đồ đặt van, chúng cần
xem xét cụ thể về diều kiện sử
dụng thích hợp.
- Sơ đồ I (hình 13-2): chỉ bố trí van sửa chữa 1, van công tác 2 ở cửa nhận nước
đầu đường ống, không đặt van trên ống turbine. Sơ đồ này dùng khi một ống cấp nước
cho một turbine, chiều dài đường ống nhỏ (không quá 150 m) và cột nước H
≤ 150 m.
Khi có sự cố thì đóng van 2, khi sửa chữa thì đóng van 1, lượng nước trong ống không

lớn nên tổn thất năng lượng nhỏ và thời gian để tháo nước từ ống ngắn, thời gian quay
lồng ngắn nên không nguy hiểm về quay lồng tổ máy;


đ
p ỳ thu
của từng đường ông cụ thể. Cửa van đặt trên đường ống turbine thường
ph
(có tổn thất thuỷ lực nhỏ, kết cấu đơn giản, dường kính nhỏ), cửa van đĩa (lực
thao tác bé, tổn thất thuỷ lực lớn khi mở hoàn toàn, dùng cho ống có đường kính lớn),


Hình 13-2. Các sơ đồ bố trí van trên đường ống.


- Trường hợp một đường ống cấp nước cho một turbine như trên, nhưng chiều
n 200 - 300 m) (sơ đồ
II) thì ngoài cửa van 1 và 2 đặt ở đầu đường ống còn phải đặt cửa van 5 ở cuối đường
ống để đóng khi cần sửa chữa turbine mà không phải tháo hết nước trong đường ống;
- Trường hợp ố
ng có rẽ nhánh ( một ống cung cấp cho nhiều tổ máy) thì ngoài
cửa van 1 và 2 ở đầu đường ống, còn phải bố trí thêm ở cuối đường ống trên các ống rẽ
cửa van 5 (sơ đồ III). Dùng cửa van 5 trong trường hợp tổ máy nào sự cố hoặc cần sửa
chữa thì đóng cửa van của riêng nó, còn các van khác vẫn mở và làm việc bình thường;
- Trường hợp đường ống dài, chịu áp lực nước lớn nếu c
ần có buồng điều áp trên
ống để giảm áp lực nước va, vẫn có hai van 1 và 2 đặt đầu đường ống, ngoài ra còn cần
phải bố trí các cửa van như sau (các sơ đồ IV, V, VI hình 13-2):
+ Nếu sau buồng điều áp 13 có rẽ nhánh vào các tổ máy, nhưng nếu các
đường

+ Đôi khi trên ống turbine có bố trí ở đầu hai van 8, 9 còn ở cuối ống cũng bố
trí hai van trước turbine 6, 7(sơ đồ VI, hình 13-2). Sơ
đồ này sử dụng khi TTĐ đường
dẫn có cột nước cao ( từ 800 m trở lên) và đường ống dài.


XIII. 2. ĐƯỜNG ỐNG THÉP
Trong xây dựng Thuỷ điện đường ống bằng thép được sử dụng rộng rãi bởi
đường thép có những ưu điểm sau đây:
- Chịu được áp lực lớn, chịu được cột nước từ vài mét đến hàng nghìn mét;
- Do bề mặt kim loại nhẵn do vậy độ nhám nhỏ dẫn đến tổn thất thuỷ lực nhỏ;
dài đường ống lớn (trên 150 m) và ống chịu cột nước lớn (lớn hơ
ống rẽ nhánh ngắn thì chỉ cần bố trí van 5 trên các ống rẽ là đủ;
+ Nếu sau buồng điều áp 13 các ống rẽ nhánh có chiều dài lớn và cột nước
cao đến 400 m thì đầu ống turbine (ngay sau buồng áp) phải đặt cửa van 9 và cuối
đường ống turbine phải bố trí van trước turbine 6. Cửa van 9 dùng để đóng ống turbine
của nhánh cần sửa chữa hoặc bị sự cố. Cửa van trước turbine 6 để đóng sửa chữa hay sự
cố turbine đó;
174
175
- Dễ chế tạo, gia công và lắp ghép thuận tiện. Bố trí thích nghi ở mọi thay đổi
của địa hình, địa chất, dễ phân chia nhánh. Việc thi công ống đơn giản.

Nhược điểm của ống thép là do bề dày thành ống nh
ỏ do vậy không trực tiếp
chịu áp lực đất đá đè lên trên ống. Vì vậy đường thép được dùng rộng rãi ở dạng đặt lộ
thiên trên mặt đất, muốn chôn đất phải có bêtông hoặc hành lang bao quanh bảo vệ.

XIII. 2. 1. Cấu tạo đường ống thép và các bộ phận thiết bị, công trình của nó
Đường ống bao gồm thành ống và các mố néo giữ, mố đỡ, khớp nhiệt độ, lỗ

quan sát, ống tháo rửa, van xả khí đặt cùng với ống. Hình (13-3) trình bày các hình thức
đặt ống và tên gọi của chúng. Có ba hình thức đặt ống sau đây:
- Hình thức ống có tim ống thẳng, giữa hai mố néo không đặt khớp nhiệt độ, gọi

ống liên tục (hình 13-3,a). Loại này khi nhiệt độ thay đổi sẽ phát sinh ứng suất nhiệt
ống, nó được dùng khi môi trường có nhiệt độ ít thay đổi;
- Dễ lắp đặt khớp nhiệt ở đầu tiếp xúc của hai đoạn ống nối nhau để loại bỏ được
ứng suất do nhiệt độ thay đổi
là
trong thành


Hình 13-3. Các hình thức đặt ống thép.
- Hình thức tim ống thẳng, có đặt khớp nhiệt độ giữa hai mố néo (hình 13-3,b),
gọi là
ống kiểu phân đoạn. Hình thức này, khi nhiệt độ thay đổi đoạn nối giữa hai ống
trong khớp nhiệt sẽ tự do dịch chuyển do vậy loại trừ ứng suất nhiệt trên thành ống.
Hình thức được dùng nhiều trong xây dựng thuỷ điện;
- Hình thức tim ống cong theo địa hình, không có khớp nhiệt độ trên ống, đây
cũng là hình thức liên tục. Do tim ống cong nên khi nhiệt độ thay đổi ống sẽ co giản gây
ứng su
ất nhiệt trong thành ống, tuy nhiên do tim ống cong nên phần nào có dịch chuyển
tự do, vì vậy ứng suất nhiệt được hạn chế. Hình thức này khó định tim ống, ít dùng.
Sau đây chúng ta di vào nghiên cứu các bộ phận của ống.

1. Các loại đường ống thép
a - Ống thép đúc sẵn
Đây là loại ống được đúc sẵn trong nhà máy thành những đoạn có chiều dài từ 4
đến 12 m và đường kính nhỏ không quá 0,6 m theo tiêu chuẩn hoá để dễ cho sử dụng.
Loại ống này có chất lượng cao, dễ chuyên chỡ và lắp ghép ở hiện trường bằng phương

pháp hàn hoặc ghép bu loong. Tuy nhiên có hạn chế là chỉ đúc ống có đường kính nhỏ.



176
b - Ống thép trơn được chế tạo từ hàn hoặc tán đinh



Hình 13-4. Các loại ống thép và kiểu nối ống.

Khác với loại đúc sẵn, ống loại này được chế tạo từ việc uốn cong các tấm thép
theo bán kính định trước rồi dùng liên kết hàn hoặc liên kết đinh tán nối các tấm ấy lại
với nhau. Do vậy với mọi cở ống đều có thể tạo được ở trong nhà máy hoặc ở hiện
trường. Dùng liên kết hàn tốt hơn liên k
ết đinh tán vì nó ít tốn thép và mặt trong ống
nhẵn giảm tổn thất cột nước trong ống. Trong hai loại mối hàn dọc và hàn ngang thì mối
hàn dọc chịu áp lực nước lớn, do vậy mối hàn dọc quan trọng hơn và được bố trí so le
ọc theo ống để tránh tập trung ứng suất (hình 13-4,a).
Hì ng, hoặc
ùng hình
c. Ống có hàn đai cứng và ống đai chịu lực
- Ống hàn có đai cứng (hình 13-4,δ): mặt ngoài thành ống hàn các vòng đai cứng
để làm cho thành ống đủ độ cứng chống lại sự mất ổn định (móp méo ống) của thành
ống dưới tác dụng của chân không trong ống hoặc ống bị biến dạng khi chuyên chỡ. Các
vòng cứng không có tác dụng tham gia chịu áp lực nước bên trong ống;
- Ống hàn có đai chịu lực (hình 13-4,b): đây là loại ống có lắp các vòng đai bên
ngoài thành ống (dùng lắp nóng hoặc lắp nguội), khi vòng đ
ai co ngót (lắp nóng) hoặc
thổi lưu chất vào ống thành ống bị lượn sóng (lắp nguội) tạo ứng suất trước cho thành

ống, làm tăng khả năng chịu lực của thành ống. Loại ống có đai chịu lực có ưu điểm là
d
nh (13-4,c) trình bày một số hình thức hàn nối các tấm thép khi tạo ố
thức nối bích giữa hai đoạn ống v
ới nhau.
d
177
giảm chiều dày ống từ (30 - 35)% so với ống trơn, tuy nhiên loại ống này khó chế tạo và
tổn thất cột nước lớn. Do vậy chúng được dùng ở TTĐ cột nước cao và lưu lượng nhỏ.

2. Cấu tạo phần ống rẽ nhánh



-5) trình bày một số sơ đồ rẽ
nhánh đường ống, các hình thức kết cấu rẽ nhành phụ thuộc vào số lượng ống rẽ, áp lực
nước trong ống và cách bố trí
đối xứng hay lệch. Có những hình thức rẽ nhánh sau:
- Ông rẽ bên không đối xứng (hình13-5,a): ở chỗ cắt để nối ống rẽ từ ống chính
sẽ có lực không cân bằng và người ta lắp thên bản thép gia cố để chịu lực này. Chiều
rộng bản thép gia cố có thể lấy không nhỏ hơn (0,12 - 0,18) đường k ống chính, bề dày
thành ống chỗ nối cũng lấy từ (1,15 - 1,5) chiều dày tính toán của ống. Hình thứ
c rẽ
nhánh này thường áp dụng cho TTĐ cột nước thấp hoặc đường kính tương đối nhỏ;
- Ống rẽ nhánh kiểu rẽ đôi, rẽ ba đối xứng (hình 13-5,
δ,b): ở đây người ta dùng
các dầm 1 chữ U và dầm lưng 2 để gia cố, trong đó dầm chữ U gánh vác lực không cân
I): kiểu này dùng khi cột nước
c ống có ớn, ngời ta đ ền vỏ cầu bao quanh phần rẽ ống,
thất c

ột nước, giữa ống và cầu đúc
lỗ thông nhau mục đích giảm chênh áp lực giữa bên trong và bên ngoài ống làm cho bề
dày ống mỏng hơn. Đây là kiểu nối rẽ phức tạp.
Để đảm bảo độ bền và ổn định chỗ rẽ ống ta có thể đúc nó trong khối bê tông
của mố néo ống, nhờ sự tham gia chịu lực của khối bêtông này gánh bớt cho ống.
3. Khớp nhiệt độ
Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, đoạn ống sẽ bị co hoặc giản làm thay đổi
chiều dài đường ống, tuy nhiên ống bị giữ chặt bởi các mố néo hai đầu do vậy bên trong
đường ống sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt độ. Để tránh ứng suất nhiệt ta tách hai đầu đoạn
ống ra và đặt khớp nhiệt độ tại đó, giữa hai đầu đoạ
n ống có khe hở do vậy chúng tự do
Hình 13-5. Các hình thức rẽ đường ống.
Chỗ rẽ nhánh có kết cấu phức tạp, gây tổn thất cột nước lớn và giảm yếu khả
năng chịu lực của ống, do vậy cần có gia cố thêm. Hình (13
bằng lớn, còn dầm lưng chịu lực nhỏ hơn;
- Ống rẽ nhánh kiểu hình cầu (hình 13-5, sơ đồ
ao. Khi đường kính không l úc li
ống bên trong có tác dụng hướng dòng để giảm tổn
178
a - Khớp kiểu trượt
ờng kính dưới 2,5 m (hình
ịu
p lực n
b - Khớp kiểu đĩa đàn hồi
Khớp nhiệt kiểu đĩa đàn hồi được biểu thị ở hình (13-16,c,d). Kiểu này được
dùng khi đường kính ống lớn và cột nước không lớn. Nhờ hai vòng đĩa mềm nối hai
đoạn ống cho phép ống chuyển vị dọc trục.
c - Khớp nhiệt - lún
nền bị lún.
Trên hình (13-16,e), nút A là khớp lún, nút B là khớp nhiệt độ.

dịch chuyển, tránh được ứng suất nhiệt độ. Vì vậy khớp nhiệt còn gọi là khớp co giản.
Khớp nhiệt tốt nhất đặt ngay sau mố néo trên của đoạn đường ống. Khớp nhiệt độ có ba
loại sau:
Kết cấu khớp kiểu trượt đơn giản, thường dùng với đư
13- 16,a,b), khớp a là khớp đúc với đường kính ống từ (0,426 - 0,87) m, còn khớp b là
khớp của ống hàn với đường kính từ (0,97 - 3,04) m. Khớp trượt chỉ cho phép ống tự do
co giản theo hướng dọc trục ống. Vật liệu chống thấm thường dùng là dây gai hoặc cao
su đối với ống nhỏ, hoặc bằng chì đồng
đối với ống lớn. Khớp trượt có khả năng ch
á ước lớn .
Khớp này làm chức năng giản dài tự do khi nhiệt độ thay đổi, vừa xoay khi ống
mố ống bị lún thẳng đứng (hình 13-16,e). Khớp nhiệt độ - lún được đặt ở nơi


Hình 13-16. Các loại khớp nhiệt độ.
179


4. Mố néo ống
Mố néo (còn gọi là mố ôm) có nhiệm vụ néo chặt đường ống không cho chuyển
dịch bất kỳ phương nào, nó được đặt ở những nơi tuyến ống thay đổi phương hoặc nơi
mà chiều dài đường ống dài quá 150 - 200 m. Mố néo phải được đặt trên nền chắc chắn
không lún. Về cấu tạo chia mố néo làm hai loại: mố kín và mố hở.
Mố néo kín (hình 13-17,a): đặc điểm của mố kín là
đường ống được được bao
trong khối bê tông, bên ngoài vỏ ống có hàn các vòng thép và chôn vào bêtông để giữ
chặt đường ống
đổ bêtông bao
trực tiế ống với bề dày 0,4 m còn bên ngoài xây đá vữa max 100
#

. Mố néo kín vững
chắc và được dùng khi đường kính ống không lớn.

ười ta hàn
những đai thép lên v ố c ác đai ố néo hở
dễ kiểm tra sửa chữa nhưng cấu tạo phức tạp.
Một dạng đặc biệt của mố néo là mố néo cầu (hình 13-17,b), ống có thể xoay.









. Vật liệu làm mố bằng bêttông max 100
#
- 150
#
, có thể
p
Mố néo hở (hình 13-17,
δ) được dùng khi ống có đường kính lớn, ng
ỏ ng và hôn c vào mố bêtông để néo chặt ống. M




Hình 13-18. Các loại mố đỡ ống.

Mố đỡ được đặt dọc bên dưới đường ống nhằm đỡ ống khỏi bị võng. Không nên ngàm
ống vào mố mà tạo cho đương ống dễ dàng dịch chuyển trên mặt tiếp xúc với mố đỡ để
hạn chế ứng suất tiếp giữa mố và ống. Khoảng cách giữa các mố sơ bộ xác định như sau

m
l
r
q
R
= 27,
'
δ
(13-1)
R'- là cường độ tính toán của vật liệu khi hệ số điều kiện làm việc m = 0,6;
q - tải trọng phân phối ngang trên một mét dài ống; r - bán kính trung bình ống;

δ - chiều dày vỏ ống.
Mố đỡ có những loại sau:


180
181
ằng bêtông hoặc đá xây,
ường ông quá 10 m, góc bao mố α = 90 - 120
0
, đường ống
ược đ
b - Mố đỡ có vành đai (hình 13-18b,c)
Loại này có hàn một vành đai 1 bên ngoài vỏ ống và và gắn các phần tiếp xúc

của ống và mố. Mố vòng đai lại có thể chia ra một số kiểu sau:
- Mố có vành đai trượt: loại này có phần tiếp xúc cố định là đường ray đặt trong
khối bêtông thân mố, phần tiếp xúc động là thép chữ U úp gắn trên vành đai. Khi nhiệt
độ thay đổi ông sẽ dịch chuyển và thép U trượt trên thép ray I. Loại này vẫn là ma sát
trượt nhưng bộ
phận tiếp xúc chắc chắn, không bị vênh như thép lót yên ngựa. Do vững
1,5 m;
- Mố có vành đai con lăn, ở đây thay thế tiếp xúc trượt bằng bố trí con lắn 2, lăn
trên tấm thép mố. Do ma sát lăn nhỏ nên được dùng cho ống lớn hơn;
- Mố có vành đai kiểu đu đưa. Về cấu tạo tương tự như các loại có vành đai, ch
ỉ
khác là thay thế con lăn bằng cơ cấu đu đưa làm ma sát giảm rất nhiều. Tuy nhiên hai
loại con lăn và đu đưa có kết cấu phức tạp, nên dùng cho ống lớn.

XIII. 2. 2. Tính toán đường ống thép

Nội dung tính toán đường ống thép bao gồm: xác định đường kính D và bề dày
thành ố
sánh kinh tế - năng lượng.
Trước tiên cần sơ bộ xác định đường kính ống để làm cơ sở định ra một số phương án
và ti
ến hành tính toán kinh tế để so sánh chọn như đã trình bày ở chương XII.
a - Sơ bộ xác định đường kính kinh tế ống áp lực
Lập công thức sơ bộ theo vận tốc kinh tế V
kt
của ống, ta có công thức:

a - Mố đỡ dạng yên ngựa (hình 13-18,a)
Mố đỡ dạng yên ngựa có cấu tạo đơn giản, có thẻ làm b
th được bố trí cách nhau kh

đ ặt tựa trên bề mặt dạng yên ngựa bằng xi măng của mố. Để giảm ma sát giữa mố
và thép ống, người ta lót tấm thép dưới ống, có khi lại bôi mỡ giữa ống và lớp thép cho
trơn. Tuy nhiên loại này ma sát trượt vân lớn và thép lót dễ vênh, cho nên mố yên ngựa
được dùng với óng có đường kính bé hơn 1 m.
chắc nên loại này được dùng với ống có đường kính từ 1 -
ng
δ, kích thước đai ống, xác định kích thước các mố néo và mố đỡ ống, cấu tạo
và kích thước khớp nhiệt độ Sau đây đề cập các nội dung tính toán đã nêu.

1. Xác định kích thước đường ống
Như đã trình bày ở chương XII, nếu tăng đường kính ống thì đầu tư sẽ tăng
nhưng tổn thất năng lượng lại giảm, và nếu giảm đường kính ống thì khả năng ngược
lại. Vậy chọn đường kính là bao nhiêu phải qua tính toán so
kt
kt
D
Q
V
=
max
,0 785
(13-2)
max
m/s; còn vận tốc kinh tế của ống
thép V
kt
= (3 - 6) m/s; của ống bê tông cốt thép lấy V
kt
= (2 - 4) m/s
Ngoài ra đường kính kinh tế còn có thể xác định theo các công thức kinh nghiệm

của Bundsu (người Đức) như sau:

Trong đó Q
là lưu lượng thiết kế qua ống,
kt
D
Q
= 0 052
3
7
,
max
, khi H < 100 m (13-3)

kt
D
Q
H
=
52
3
7
,
max
, khi H > 100 m (13-4)


H là cột nước tác dụng có kể đến nước va dương.

182

b - Sơ bộ xác định bề dày thành ống
Bề dày thành ống sơ bộ xác định chỉ dựa vào áp lực cột nước nước (kể cả áp lực
nước va dương) bên trong ống, lập được công thức tính bề dày chịu lực của ống sau
đây:

[]
δ
γ
ϕσ
≥
HD
2
(13-5)
Trong đó:
là trọng lượng riêng của nước;
γ
ϕ
- là hệ số xét đến chất lượng mối
hàn làm giảm yếu đường ống
ϕ
= (0,9 - 0,95), lấy nhỏ hơn 1; [σ] -ứng suất cho
phép của thép, lấy giảm 25% để kể thêm các lực khác ngoài áp lực nước.
Tính bề dày theo (13-5) rồi cộng thêm từ 1 đến 2 mm phòng rỉ.
Ống thép xác định theo điều kiện chịu lực thường mỏng, dễ bị biến dạng khi vận
chuyển, lắp ráp. Do vậy bề dày còn cần phải tính đến điều kiện ổn định theo công thức
(13-6) đối với ống trơn (hoặ
c phải làm đai cứng để đảm bảo ổn định):
δ≥
D

130
(13-6)
h
tính toán tổn thất thuỷ lực (tổn thất năng lượng), áp lực nước va v.v của phương án,
xác định kích thước các mố ống, khớp nhiệt, khối lượng xây dựng tuyến ống Từ đó
tính toán kinh tế và so sánh chọn phương án (xem chương XII).

2. Các lực tác dụng lên đường ống
Tính toán các lực tác dụng lên đường ống để có cơ sở tính toán kết cấu đường
ống, lựa chọn đúng bề dày thành ống và xác định kích thước các mố néo, mố đỡ ống.
Lực tác dụng lên đường ống được phân các nhóm lực sau:
- Nhóm lực chủ yếu: đó là các lực chính tác dụng thường xuyên khi ống vận
hành, nó bao gồm: áp lực nước, trọng lượng nước và ống, lực ma sát giữa nước và thành
ống, lự
c ma sát giữa ống và mố đỡ, lực li tâm của dòng nước v.v Dùng nhóm này để
thiết kế đường ống;
- Nhóm lực thứ yếu: là những lực tác dụng không thường xuyên lên đường ống,
gồm có: lực khi thi công lắp ráp sinh ra, lực khi thử nghiệm ống, lực sinh ra khi gió bão,
áp lực tăng lên khi điều tốc bị phá hoại v v Cần dùng để kiểm tra đường ống,
- Nhóm lực đặc biêt: gồm có lực động đất, lự
c sự cố v.v
Sau đây là tập hợp các công thức tính toán các lực, với quy ước lấy chiều lực
như sau : lực dọc lấy chiều dương là chiều dòng chảy, lực vuông góc với trục ống lấy
dương
là chiều đi từ trên xuống.
a - Các lực trong đường ống phân đoạn
Hình (13-19) mô tả các lực tác dụng lên đường ống phân đoạn và công thúc tính.
Khi có các phương án đường ống (tuyến ống, đường kính ống, bề dày) tiến hàn

Hình 13-19. Các lực tác dụng lên đường ống phân đoạn đặt hở.
a* - Các lực do áp lực nước trong ống gây ra:
- Áp lực nước tác dụng lên thành ống, có phương vuông góc với thành ống làm
cho ống bị kéo (hình 13-19,a). Khi đường kính ống lớn thì áp lực tại điểm x tính theo:

x
o
p
H
D
=+γα( cos .cos
2
ϕ
) (13-7)

ϕ - góc nghiêng của đường ống so vơi phương ngang;

α - góc của điểm x lấy so với phương đứng;
D
0
- đường kính trong của ống.
- Lực dọc trục sinh ra khi đóng van đường ống:

Trong đó:
γ
là trọng lượng riêng của nước;
H - cột nước tại tim tiết diện, kể cả áp lực nước va;
1
2
4

A
H
D
o
=γ
π
(13-8)
- Lực dọc sinh ra khi đường kính ống thay đổi từ
sang (hình 13-19,b)

o
D
'
o
D
''
2
2
2
44
AH
D
H
D
o
o
=−γ
π
γ
π

'
'
''
''
(13-9)
- Lực dọc trục do áp lực nước tại khớp nhiệt độ, đẩy về hai phía (hình 13-19,c):

2t
1
22
4
A
H
DD
o
=−γ
π
()
(13-10)
- Lực dọc trục sinh ra tại chỗ ống cong
và và hợp lực của chúng R:

3
'
A
3
''
A
r
r

r
R
AA
=+
33
'''
(hình 13-19,d):
183
184

3
4
AH
=γ

2
''
'
D
o
π
(13-11)

3
2
4
'' ''
''
AH
D

o
=γ
π
(13-12)
b* - Các lực do trọng lượng nước và bản thân ống gây ra (hình 13-19,e):
- Trọng lượng phân bố đều theo chiều dài ống, theo phương thẳng đứng:

q
D
D
o
o
o
=+γ
π
γ
πδ
2
4
(13-13)
Thành phần dọc trục của lực này truyền xuóng mố néo la:

4
2
4
A
D
D
L
o

o
o
=+()
γπ
γ
πδ ϕ


sin
(13-14)
ố đỡ và mố néo gây uốn là:

Thành phần vuông góc với trục ống tác dụng lênm
2
1
4
N
D
l
o
=⋅
γπ
ϕcos
(do trọng lượng nước) (13-15)

2
N
D
l
o

o
=
γ
πδ
ϕ
cos
(do trọng lượng ống) (13-16)
Trong các công thức trên: l là khoảng cách giữa hai mố đỡ;

- trọn ng riêng của thép ô

dày thành ống.
Thành phần dọc trục của A
4
sinh ra tại mố néo có phương thay đổi từ :


o
γ
g lượ ng;
δ - bề

1
ϕ
→
2
ϕ
4
2
1

4
()sin
A Dl
o
o
=+γπ
γ
πδ
ϕ
(13-14')

D
'
1

o
4
2
2
2
4
''
()
A
D
Dl
o
sin
o
=+γπ

γ
πδ
ϕ
(13-14'')
c* - Lực ma sát:
Lực ma sát sinh ra ở nơi có các vậ ếp xúc dịch chuyển t ng đố nhau. H ng
ủa lực ma sát ngược chiều với chiều dịch chuyển của vật khi nhiệt độ thay đổi. Chúng
có những lực sau (hình 13-19,f,c):
- Lực ma sát giữa ống và mố đỡ khi nhiệt độ thay đổi (hình 13-19,f):

2
o
t ti ươ i ướ
c
51
A
f
N
f
n
N
N
=
±=
+
()
(13-17)
Trong đó: f là hệ số ma sát giữa mố đỡ và thành ống; n - số mố đỡ.
- Lực ma sát giữa nước chảy và thành ống:

6
2
4
''
Ah
D
tt
o
=γ
π
(13-18)
h'
tt
, h''
tt
là tổn thất cột nước phía trên và phía dưới mố néo tính đến khớp nhiệt

6
2
4
'' ''
Ah
D
tt
o
=γ
π
(13-19)
- Lực ma sát giữa ống và vòng chèn tại khớp nhiệt độ kiểu trượt (hình 13-19,c):

71
A
f
H
D
b
=
±γ π
(13-20)
Trong công thức: f - hệ số ma sát giữa vật chèn chống thấm ống lấy f = 0,2 - 0,3;
D
1
đường kính ngoài của ống; b - chiều dài đoạn chống thấm.


185


d* - Lực li tâm chỗ uốn cong (hình 13-19,g):
Tại chỗ ống cong ngoài lực thuỷ tĩnh A
3
ra còn có lực li tâm do thay đổi phương
vận tốc dòng chảy V. Với đoạn ống cong đều có góc ôm
β, bán kính cong thì lực li
tâm R có phương nằm trên phân giác của góc ôm
β, chiều hướng ra ngoài tính như sau:

ρ
RdR
g

D
V
o
==
∫
2
2
42
2
2
2
cos sin
/
φ
γ
πβ
β
(13-21)
Để tiện tính toán phân R ra hai thành phần dọc trục phía trưứoc và sau đoạn ống:

88
2
2
4
'''
AA
g
D
V
==

γπ
(13-22)
b - Các lực bổ sung thêm trong đường ống liên tục
Trong đường ống liên tục do có ngàm ở hai đầu do vậy phát sinh số lực sau:
a* - Lực do nhiệt độ thay đổi từ t
1
sang t
2

Khi đó độ dài đường ống thay đổi một lượng ∆L và có độ giản dài tương đối là
ε = ∆L / L = α.∆t = α. (t
2 -
t
1
). Ứng suất nhiệt sinh ra do bị ngàm cứng sẽ là:

t
EE t
σ
ε
α==∆

Vậy lực dọc trục do nhiệt sinh ra sẽ là:
t
t
A
D
=
σ
π

δ
. Với ống thép thì: hệ số
giản dài
ε = 12. ; Mô dun đàn hồi thép ống E = 2,1. kG/cm
2
−6
10
6
10
,
t
t
σ
= 25 2, ∆
.Vậy

t
A
Dt
=
25 2, πδ∆
, (kG) (13-23)
b* - Lực do biến dạng ngang gây ra
Dưới t ống, nếu ống
ược co giản tự do thì biến dạng ngang làm cho ống thay đổi mọt đoạn ∆L, tuy nhiên do
ống bị ngàm cứng không co giản được do vậy trong ống sinh nội lực A
9
:

ác dụng của áp lực nước bên trong gây ứng suất kéo thành
đ
9
A
D
z
=
µσ π δ
(13-24)
γ
δ
z
HD
=
/
2
Trong đó:
µ
là hệ số poát xông;
σ
- ứng suất vòng do áp lực nước.

cụ thể mà đưa vào một số lực sau đây cho thích hợp:
-
Lực chân không: Lực này xảy ra khi tháo cạn nước trong ống mà không khí
hông kịp vào, hoặc khi có áp lực nước va âm trong ống. Vì vậy ngay phía sau cửa van
công tác người ta
y nhiên để an toàn khi tính toán độ bền và độ cứng đường ống phải xét trường hợp
ống hoàn toàn bị chân không với áp suất chân không
c - Các lực khác tác dụng lên đường ống

Ngoài các lực đã kể trên còn có những lực khác, khi tính toán ống tuỳ điều kiện
k
đặt ống thông khí để bổ sung không khí vào ống để phá chân không,
tu

ck
p
kG
cm
= 11
2
/ ;

- Áp lực gió: cần tính ở nơi đặt ống lộ thiên có gió mạnh;
-
Áp lực đất: khi ống chôn trong đất;
-
Lực thi công: phải xét trong điều kiện lắp ráp ống tại hiện trường;
-
Lực động đất: tuỳ cấp động đất, theo quy phạm thiết kế ở vùng có động đất;
-
Các lực đặc biệt xảy ra khi đường ống bị sự cố.
Cần chú ý, các lực nêu ở trên không phải nhất thiết đồng thời xuất hiện. Vì vậy
căn cứ vào cụ thể từng trường hợp tính toán, tình hình bố trí đường ống và kết cấu cụ
thể mà có tổ hợp lực tính toán xác thực. Các công thức tính lực ở trên thành lập cho
ống thép, tuy vậy cũng có thể vận dụng tính toán tương tự cho các loại ố
ng khác với chỉ
tiêu thích hợp của từng loại ống cụ thể.

3. Tính toán kết cấu đường ống thép đặt hở

186
Khi tính toán kết cấu ống thép, trước tiên phải chọn tổ hơp lực tác dụng nguy
hiểm nhất lên ống, sau đó tiến hành tính toán kiểm tra những mặt cắt ống đặc trưng. Các
mặt cắt này là những mặt cắt ống ở giữa hai mố đỡ, mặt cắt tại nơi lắp vành đai và nơi
đặt ống lên mố đỡ. Tính toán kết cấu gồm tính toán kiểm tra độ bề
n và độ ổn định ống.
a. Tính toán, kiểm tra độ bền thành ống
* Đối với đường ống có đường kính nhỏ
Tính toán kiểm tra ứng suất theo công thức với hai trường hợp tăng và giảm nhiệt độ:

1
σ
σ
σ
µ
σ
σ
=++
≤
xu z
[]
(13-25)

2
σσ
µ
σ
σ
σ
=

++
≤
zxu
()

[]
(13-26)
Trong các công thức:
- Ứng suất dọc trục do các lực dọc gây ra là:
x
i
A
D
σ
πδ
=
∑
;
- Ứng suất uốn gây nên bởi các lực thẳng góc với trục ống
u
σ
, trường hợp ống
phân đoạn sơ đồ lực có thể coi như dầm liên tục một đầu ngàm (ở néo) và một đầu
tự do (ở khớp nhiệt độ) dưới tác dụng của trọng lượng nước và ống phân bố đều. Mô
men uốn tại giữ nhịp và tại mố đỡ có thể lấy gần đúng là:
mố
M
N
N
l=

+
⋅
12
10
; mô men
chống uốn đối với ống ngắn, ít mố đỡ:
W
D
=
πδ
2
4
, vậy:
u
M
W
M
D
σ
πδ
=± =±
4
2
;
- Ứng suất kéo vòng do áp lực nước trong ống gây ra:
z
HD
σ
γ
δ

=
2
;


-
µ
là hệ số poát xông, lấy bằng 0,3; [σ] ứng suất cho phép của vật liệu làm ống,
đối với ống thép lấy từ [
σ] = (900 - 1050) kG/cm
2
.
b* - Đối với ống có đường kính lớn
Trường hợp ống thép có đường kính lớn, áp lực nước bên trong phân bố không đều lên
thành ống, do vậy tính toán phức tạp hơn. Quy phạm quy định dùng lý thuyết ba mô
men để tính toán kiểm tra độ bền thành ống, theo các công thức sau đây:
1
2
2
4
σσσ
τ
σ=−+≤()
zy
yz

[]
(13-27)

2

2
2
4
σσσ
τ
σ=−+≤()
xz xz

[]
(13-28)

3
2
2
4
σσσ
τ
σ=−+≤()
xy
xy

[]
(13-29)

b - Tính toán kiẻm tra ổn định thành ống đặt hở
Việc kiểm tra ổn định thành ống khi đóng van đột ngột mà ống thông khí mất tác
dụng bên trong ống sẽ bị chân không, mặt khác khi thi công lắp ráp do ống mỏng không
đủ độ cứng làm móp méo ống mất ổn định. Kiểm tra ổn định theo hai trường hợp sau:
- Đối với ống trơ, không có vành đai cứng, muốn ống không móp méo thì độ
chênh áp lực bên trong và ngoài ống (p) phải nhỏ hơn trị số áp lực dư giớ

i hạn (p
gh
) theo
công thức sau:

(13-30)
Trong đó: k là hệ số an toàn, lấy k = 2;
p - áp suất dư thực tế, nếu chỉ xét đến áp suất chân không p = 1kG/cm
2
E - mô duyn đàn hồi của thép E = 2,1.10
6
kG/cm
2
thì điều kiện ổn định
()
kp
p
ED
gh
⋅≤ =2
3
δ /

187
của ống thép trơn là:
δ≥
D
130
như đã trình bày ở công thức (13-6).
- Đối với ống có vành đai cứng:

Nếu điều kiện (13-6) không đảm bảo, để thành ống ổn định thì phải lắp vành đai
cứng bên ngoài vỏ ống. Vành đai cứng có kích thước đủ ổn định ống khi thoả mãn điều
kiện (13-30), trong đó áp lực dư giới hạn được tính theo công thức sau:

gh
p
EJ
R
l
=
⋅
3
3
(13-31)
k
Trong đó: J là mô men quán tính của vành cứng và đoạn thành ống chịu ảnh
hưởng của vành cứng, đoạn này có chiều dài
o
l
ra=2078(, )δ

+
(xem hình 13-20,c).
l - là khoảng cách giữa các vành đai cứng (l = l
0
);
R
k
- là bán kính vòng tròn đi qua trọng tâm vành cứng;
r - là bán kính trung bình của thành ống.

4. Tính toán các mố néo và mố đỡ ống
Nhiệm vụ của mố néo là néo giữ ống không cho dịch chuyển, nhiệm vụ của mố
đỡ là đỡ ống khỏi võng và tạo điều kiện cho ống dễ dịch chuyển dọc tuyến ống với ma
sát nhỏ. Thiết kế ống thoả mãn những yêu cầu trên.
a - Thiết kế mố néo ống
Mố néo là loại kết cấu trọng lực, cường độ của nó dễ thoả mãn, vì vậy tính toán
mố néo chủ yếu dựa vào điều kiện chống trượt và điều kiện ứng suất nền để xác định
kích thước và thể tích của mố. Tuỳ thuộc vào loại nền đặt mố néo ta có hai loại hình
thức mố. Mố néo đặt trên nền đất có đáy phẳng nằ
m ngang (hình 13-20,d) kích thước
đáy B x L. Mố néo đặt trên nền đá để giảm nhỏ kích thước mố người ta làm mặt đáy
dạng bậc nghiêng trực giao với hướng hợp lực (hình 13-20,e).

Tải trọng tính toán mố néo là các lực dọc trục (A
i
) (đã trình bày ở trên) chiếu lên
ai phương nằm ngang ox và thẳng đứng oy:
ΣX = ΣAcosα

ΣY = ΣAsinα
à áp lực đất (E), trọng lượng mố (G) .v.v Các lực dọc và hướng của chúng được tính
với hai

h
v
trường hợp nhiệt độ tăng và nhiệt độ giảm (hình 13-20,a,b).


Hình 13-20. Sơ đồ và lực tác dụng lên mố néo

a - các lực dọc trục khi nhiệt độ tăng; b - các lực dọc trục khi nhiệt độ giảm;
c - sơ đò tính vành đai ống; d - mố néo trên nền đất; e - mố néo trên nền đá.


Từ điều kiện cân bằng về trượt ta xác định được trọng lượng của mố néo:

G
k
X
E
f
Y
ct
=
+
∑
−
∑
()
,và tính ra thể tích mố néo: W =
G
mo
γ

Trong đó:
là hệ số an toàn chống trượt, thường lấy ≥ 1,5;
f - hệ số ma sát giữa mố néo và nền;
- trọng lượng riêng vật liệu làm mố.
Từ thể tích mố ta định ra được kích thước ngoài cả mố. Đối với mố kín, yêu cầu mố
phải bọc kín toàn đoạn ống chỗ cong, hai đoạn ống thẳng ở hai đầu doạn ống cong phải

chôn vào bêtông mố không nhỏ hơn 0,4 m, bề dày lớp bêtông bao quanh ống không nhỏ
hơn 0,8 đường kính ống.
Kích thước đáy mố được chọ
n đồng thời phải thoả mãn điều kịên không để phát
sinh ứng lực kéo (tức
) ở nền và hợp lực tác dụng lên móng có độ lệch tâm
nhỏ và ứng suất nền p đặn (nghĩa là tỷ số giữa
ct
k
ct
k
mo
γ
188
min
σ
>
0
hân bố đều
σ
σ
max
min
≤ 2
).
Ứng suất nền dưới mố néo được tính theo công thức nén lệch tâm sau:
189

σσ=
+

∑
±≤
YG
BL
e
B
()[1
6
] (13-32)
Trong đó: e là độ lệch tâm của hợp lực; B, L - bề rộng và dài của đáy mố néo.
Sau đó tién hành kiểm tra ổn định lật của mố, lấy với điểm S (hình 13-20,d).
b - Thiết kế mố đỡ ống

XIII. 3. ĐƯỜNG ỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
XIII. 3. 1. Phân loại cấu tạo và lắp đặt đường ống bêtông cốt thép
1. Phân loại và lắp đặt đường ống bêtông cốt thép
Ở các TTĐ cột nước nhỏ và trung bình, đường ống bê tông cốt thép được sử
dụng có khi có lợi hơn là đường ống thép, ở các TTĐ kiểu sau đập với đập làm bằng vật
liệu địa phương (như đập đất, đập đá đổ) đường ống đặt dưới thân đập thì ống bêtông
cốt thép càng được sử dụng rộng rãi. Ống bêtông cốt thép có thể chia hai loại:

Ống bêtông cốt thép thông thường: đổ tại hiện trường hoặc ống đúc sẵn. Ống
đúc sẵn có mặt cắt tròn đường kính nhỏ (đường kính thường 2 m trở lại), đúc thành từng
đoạn ống dài từ 3 đến 5 m, chất lượng cao và được chỡ đến hiện trường lắp ghép lại,
tăng nhanh được tốc độ thi công. Ống đổ tại hiện trường thường có kích thước lớn hơn,
thường có ti
ết diện thường hình chữ nhật (thường đặt dưới đập đất đá), đổ từng đoạn dài
70 - 80 m và đổ từ giữa về hai đầu ống và nối các đoạn lại bằng các khớp nối. Ống
bêtông cốt thép thông thường, thường được sử dụng với cột nước nhỏ, đến 50 m. Tuy
nhiên khi ống nhỏ thì cột nước có thể đạt tới 70 - 80 m, thậm chí có thể h

ơn. Nhược
điểm chính của ống bêtông cốt thép là kết cấu dày nên ống nặng, khó lắp ghép, khả
năng chống thấm và chống rò rỉ khó, biến dạng nhiệt dọc ống lớn.

hồi lớn, tính chống thấm cao, trọng lượng nhẹ, chịu áp lực cao. Loại này có
tính
năng chịu lực cao, giảm chiều dày ống, tiết kiệm cốt thép làm ống. Cột nước có thể đạt
tới 160 m, hiện nay có thể chế tạo được ống ứng suất trước có đường kính tới 2 m.
Để tránh nứt gãy đường ống bêtông cốt thép, do trọng lượng
ống quá lớn, nên
người ta không đặt ống lên các mố dỡ mà đặt ống lên trên các đệm đỡ liên tục (đệm
bêtông hoặc nền đất đá) (hình 13-21). Các đệm đỡ có thể làm bằng đá xây vữa xi măng
M100# hoặc bêtông đá hộc M150# với góc bao ống 2
α là 90
0
, 135
0
hoặc 180
0
. Khi nền
là đá cứng, ống có đường kính lớn hơn 0,6 m thì đệm ống có thể làm dạng yên ngựa
(như hình 13-21,a) hoặc đặt trực tiếp trên nền đá qua lớp đệm hình cung (hình 13-12,b).
Khi nền là đất thì đặt ống t ạch đá vụn gia cố.
Khi nền rất tốt và đường k ếp trên n
ền cứng.
Việc tính toán và xác định kích thước của mố đỡ về ổn định và ứng suất cũng
tương tự như tính đối với mố néo. Mố đỡ gánh chiu phản lực hướng pháp tuyến cảu
trọng lượng nước và trọng lượng ống, mố đỡ cho phép ống dịch chuyển theo hướng trục
ng để ố thích nghi với sự do giản ống khi nhiệt độ thay đổi. Khoảng các giữa hai m
ố đỡ

l
K
sơ bộ xác định théo công thức (13-1). Mố đỡ thường bằng bêtông max M 100# hoặc
D < 0,8 m).

bằng đá xây vữa M100# (khi đường kính ống

Ống bêtông cốt thép ứng suất trước. Ống này được chế tạo trong nhà máy, có
tính đàn
rên lớp đệm và dưới lớp đệm phải lót lớp g
ính ống nhỏ hơn 0,6 m, có thể đặt ống trực ti

Hình 13-21. Các kiểu đặt ống và các hình thức nối ống
1- vật liệu tẩm nhựa đường; 2- đầ ống trong; 3- gioăng cao su; 4- dầu ống ngoài; 5- dây thừng tẩm
nhựađường; bảng chắn nước; 7- vữa xi măng; 8- thành ống; 9- vật chắn nước; 10- bao tải thô tẩm nhựa
đường;11- tấm đồng hoặc kim loại không rỉ; 12- vữa nhựa đường; 13- thành trong ống; 14- bao tải mịn
tẩm nhựa đường.



Ống bêtông cốt thép dễ nứt gãy khi nền bị lún không đều do vậy địa chất tuyến
đặt ống phải tốt, phải có biện pháp ngăn chặn hiện tượng lún không đều. Cần xây mố
néo ở những nơi tuyến ống thay đổi và nơi ống dài đặt trên sườn dốc. Khi địa hình bằng
phẳng, tuyến ống thẳng thì cứ 150 - 200 m cũng đặt một mố néo.
Khi nhiệt độ môi trường thay
đổi đột ngột, ống bêtông cốt thép dễ phát sinh lực
hướng trục do nhiệt độ, để tránh lực này người ta đem chôn ống dưới đất (hình 13-21,c)
hoặc đắp đất lên ống (hình 13-22). Độ sâu chôn đỉnh ống tối thiểu phải là 1 m, riêng
vùng có động đất tối thiểu 1,5 m.
. Cấu o của ống bêtông cốt thép

sở đủ chịu lực và
ép nứt.
2 tạ
Thành ống bêtông cốt thép có độ dày δ được tính toán trên cơ
ổn định trong giai đoạn thi công lắp nối, phải chống được thấm, không cho ph
190
Theo kinh nghiệm thì chiều dày có thể chọn sơ bộ theo công thức:
δ = (
1 1
÷ )
o
D
,
8 10
oặc th g thức: h eo điều kiện chống nứt khi chịu kéo trung tâm, tính sơ bộ theo côn

σ
−
no
a
a
k
k
P
r
F
R
(13-33)
δ =
Trong đó: k

n
là hệ số an toàn về điều kiện chống nứt;
o
=
r
o
D
/2 bán kính trong
cm
2
);
của ống; P - áp lực nước tại tâm mặt cát có kể nước va (kG/
191

- ứng suất tính toán của cốt thép, thờng lấy
a
σ
a
σ
= 300 kG/cm
2
;
(cm
2
);
- ứng suất kéo cho phép của bêtông (kG/cm
2
);
Vì công thức trên chỉ mới kể áp lực nước nên hệ số k
n

phải lấy lớn hơn so với quy
phạm từ 20 - 30% để kể đến những lực khác và bề dày
δ phải lớn hơn 10 - 20 cm.
Φ Φ10, mỗi lớp tối thiểu 6 thanh, khoảng cách a < ợng thép không
nhỏ hơn 0,2%. Lớp bảo vệ không nhỏ hơn 2 cm.
Cấu tạo chỗ nối ống (hình 13-21): đây là chỗ xung yếu nhất, vì vậy cần rất chú ý
trong thiết kế lẫn thi công. Sau đây là một số hình thức nối:
- Hình thức kiểu lồng ống (hình d): dùng cho ống đúc sẵn, đường kính < 0,6m;
- Hình thức nối bằng (hình 13-21,e,g): dùng cho ống lớn đổ tạ
i hiện trường ;
- Hình thức nối tiếp kiểu ống nối đầu có vòng bao ngoài (hình 13-21,đ): dùng
cho ống đúc sẵn, đường kính tương đối lớn, cột nước cao. Hình thức này cấu tạo phức
tạp nhưng hiệu quả chống rò rỉ nước tốt.
Chiều rộng khe hở giữa hai đầu ống nối lấy chừng 1,5 - 2 cm để đảm bảo co
giản tự do giữa hai đầu đ
oạn ống nối.
XIII. 3.2. Tính toán kết cấu ống bêtông cốt thép
Tính toán kết cấu ống bêtông cốt thép đơn giản hơn tính vỏ đường hầm tunel vì
các tải trọng tác dụng lên nó dễ xác định chính xác hơn đối với tunel. Phụ thuộc vào
điều kiện xây dựng, điều kiện vận hành đường ống có thể tính với các tổ hợp tải trọng
c dụn
giai đoạn
ử nghiệm ống, lúc này trong đường ống không có nước, ống chưa được lấp đất;
c - Trường hợp thi công - gồm những tải trọng có thể xảy ra trong giai đoạn thi

a
F
- diện tích cốt thép vòng trên 1 m dài ống
k
R

Cốt thép đặt trong thành ống bê tông cốt thép thông thường, nói chung đặt hai
lớp thép, chỉ trừ ống nhỏ ống quá mỏng mới đặt một lớp. Cột thép vòng chịu lực thường
dụng
Φ6 đến Φ16, khoảng cách a giữa hai vòng thép không lớn hơn 1,5.δ, một mét dài
bố trí tối thiểu 6 vòng, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0,4%. Thép dọc cấu tạo dùng
6 đến 30 cm, hàm lư
tá g lên ống. Thường có ba trường hợp tính toán sau:
a - Trường hợp vận hành: gồm các tải trọng khi đường ống làm việc bình
thườ
ng;
b -Trường hợp thử nghiệm: gồm các tải trọng có thể phát sinh trong
th
công ống, ống đã bị đắp đất và trong ống chưa có nước.



Hình 13-22. Ống lấp đất và sơ đồ tải trọng tác dụng lên ống.
a- Cắt ngang; δ - cắt dọc; b - chi tiết nối; ϑ - mộng ghép cao su.
1- ống bêtông cốt thép; 2- nền bằng đất cát sỏi đầm chặt; 3- đất đắp đầm chặt; 4- đất đắp
không đầm; 5- thiết bị tiêu nước dọc; 6- thoát nước ra khỏi phạm vi ống;
7- đất sét chống thấm; 8- đường tạm để lắp ống; 9- mộng ghép bằng cao su; 10- bi tum;
10- bi tum; 11- rãnh vòng để đặt mộng ghép; 12- cốt thép làm việc; 13- cột thép dọc.

Các tải trọng tác dụng lên đường ống gồm có: - áp lực nước bên trong ống,
- trọng lượng bản thân ống, - áp lực đất thẳng đứng; - áp lực dất ở vòm;
- áp lực hông của đất đắp, - trọng lượng nước trong ống (hình 13-22,e).
Việc xác định ứng lực (mômen uốn M, lực pháp N) phát sinh trong thành ống
tròn , ống tựa trên nền định hình có góc tựa trung tâm 90
0
(hình 13-22,e) do từng loại tải

trọng đã nêu trên tác dụng lên ống cho ở bảng (13-1).







o
P
c
G
B
G
Π
G
σ
G
o
G
192
193
Bảng 13-1. Tính ứng lực do các tải trọng gây ra

Do Mô men uốn (Tấn.m) Lực pháp (Tấn)
lực
A
M

B

M

Γ
M

A
N

B
N

Γ
N

c
G

0,123
r 0,0707 -0.0823 r 0,206 -0,0616 0,250
c
G
c
G
r
c
G
c
G
c
G

c
G

o
G

0,123
r 0,0707 r -0,0823 r -0,271 -0,2210 -0,0686
o
G
o
G
o
G
o
G
o
G
o
G

B
178
B
G
r 0,141
B
G
r -0,145
B

G
r 0,180
B
G
-0,03
G

0,
50 0,500
B
G
B
G

Π
G

0,155
r 0,076 r -0,117 r 0.229 -0,0840 0,500
Π
G
Π
G
Π
G
Π
G
Π
G
B

G

σ
G

-0,12
-0,12 0,125 r 0,500 0,5000
-
5
σ
G
r 5
σ
G
r
σ
G
σ
G
σ
G

o
P

- - -

-
o
P

o
r
-
o
P
o
r
-
o
P
o
r


Ghi chú:
Các công thức để tính các tải trọng trong bảng 12-1 trên:
- Trọng lượng bản thân ống:
c
bt
G
rh
=
2
π
γ
;
- Trọng lượng nước trong ống: ;
- Áp lực đất đắp thẳng đứng:
D
oo

o
Gr
=π
γ
2
B
d
Gh
=
γ
31
;
- Áp lực đất đắp ở vòm:
D
;
Π
G
d
= 0 1075
1
2
,
γ
- Áp lực đất đắp bên hông:
σ
γ
ϕ
GHD
tg
d

o
=−
1
2
45()
;
2
Trong các công thức:
là bán kính trong của ống (m); r - bán kính vòng tròn qua tim thành ống;
ủa đất đắp; - trọng lượng riêng của nước;

- góc nội ma sát của đất đắp; - trọng lượng riêng của vật liệu làm ống;
Mô men mang dấu (+) khi thành ống bị kéo; ứng lực pháp mang dấu (+) khi chịu
nén. Các ký hiệu khác được mô tả trên hình (13-22,e) trang trước. Ngoài ra tuỳ điều
kiện cụ thể chịu tải trọng của ống cần tính toán bổ sung các ứng lực do tải khác nữa
(nếu có) cho khác cho phù hợp thực tế chịu tải của ống. Việc tính toán kết cấu bêtông
cốt thép xem trong các tài liệu và giáo trình k
ết cấu bêttông cốt thép.










o
r

d
- trọng lượng riêng c
γ
o
γ
ϕ
bt
γ