Giáo trình Thủy Công tâp 2 part 6 pot

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

91
chống thấm nhng cách ny khá đắt. Ngoi ra, có thể nén chặt đất lòng kênh để tăng cờng
khả năng chống thấm.
Hiện nay bên cạnh các biện pháp đơn giản nh trên, để chống thấm ngời ta dùng các
loại vải chống thấm, mng chống thấm có bột bentonit, hoặc thay thế bằng kênh bêtông,
đờng ống
III. Bảo vệ mái kênh
Để chống xói, giảm độ nhám, tăng năng lực chuyển nớc v giảm tổn thất cột nớc,
tăng khả năng chống thấm, tăng ổn định của mái dốc kênh, chống cỏ mọc, chống các động vật
phá hoại lòng kênh, phải có các hình thức bảo vệ kênh.
Trồng cỏ: mục đích chủ yếu l chống xói. Loại ny dùng khi đất lòng kênh l cát, kênh
không lớn, lu tốc trong kênh nhỏ hơn 1,2m/s.
Lớp bảo vệ bằng đất sét chủ yếu l để chống thấm. Lớp bảo vệ ny đợc cấu tạo ở mặt
nghiêng hoặc ở lõi bờ kênh (giống nh tờng nghiêng, tờng tâm ở đập đất). Đối với kênh có độ
sâu cột nớc 1,5 - 2m, mái dốc tơng đối xoải. m = 2
ữ 3 có thể dùng lớp đất sét dy 0,2 - 0,3m
bảo vệ dọc theo mái nghiêng v đáy của kênh. Phía ngoi lớp đất sét l lớp bảo vệ dy 0,2
ữ
0,7m. Đối với kênh nửa đắp nửa đo có thể dùng tờng tâm.
Lớp bảo vệ bằng đá: có thể dùng đá để bảo vệ mái kênh. Khi dùng đá đổ thì tác dụng
chủ yếu l chống xói. Đờng kính hòn đá chừng 0,3 - 0,4m. Chiều dy lớp đá 0,3
ữ 0,6m. Bên
dới có lớp đệm bằng sỏi hoặc cát to dy 15 - 20cm. Hình thức ny lm tăng độ nhám, tổn thất
ma sát dòng chảy khá nhiều. Có thể lm lớp bảo vệ bằng một hoặc hai lớp đá xây khan dy 15
- 40cm v lớp lót bảo vệ dy 15 - 20cm. Để tăng cờng ổn định cho mái, chống xói,
chống thấm, lm lớp nhám bên ngoi trát lớp vữa xi măng dy 2
ữ 3cm.
Bảo vệ mái bằng bêtông v bêtông cốt thép, các tấm bêtông ny có thể đổ tại chỗ hoặc

đúc sẵn. Khi dùng tấm bêtông đúc tại chỗ, chiều dy của nó khoảng 0,1 - 0,2m v xuống dới
thì chiều dy lớn hơn. Lớp đệm bằng đá dăm, sỏi, dy 0,1 - 0,4m, lớp ny còn có tác dụng
thoát nớc. Khi nớc ngầm ở cao thì lớp ny cng phải dy. Để đề phòng chống nứt do nhiệt
độ thay đổi v lún không đều theo chiều di của kênh, cứ khoảng 2
ữ 5m bố trí khe hở rộng 1
ữ 2cm v tại đây có thiết bị chống thấm nh đổ nhựa đờng hay chèn gỗ v.v Tấm bảo vệ đáy
v mái kênh cũng lm tách rời v bố trí thiết bị chống thấm. Khi dùng các tấm bêtông đúc sẵn,
hình dạng tấm có thể vuông hoặc hình sáu cạnh, chiều di mỗi cạnh 40 - 60cm v bên dới
cũng có lớp đệm thoát nớc.
Trong trờng hợp nhiệt độ thay đổi nhiều hoặc địa chất yếu có thể dùng các tấm bêtông
cốt thép. Chiều dy các tấm giảm khoảng 25% so với tấm bêtông. Hm lợng cốt thép dùng khoảng
2
ữ 4%, đờng kính thép 8 ữ 12mm. Bố trí thép theo lới ô vuông cách nhau 20 ữ 30cm. Bên
dới các tấm ny có lớp đệm.
Ngoi ra, có thể bảo vệ mái bằng bê tông nhựa đờng (hỗn hợp nhựa đờng, cát v đá
dăm), đặt trên lớp đệm dy 5 - 8cm. Loại ny có u điểm l dễ biến dạng v chống thấm tốt.
IV. Chọn tuyến kênh
Chọn tuyến kênh l một vấn đề quan trọng trong thiết kế kênh. Căn cứ vo công dụng
của kênh, lu lợng dẫn, tốc độ chảy kết hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thi công v
khối lợng đất đo v đất đắp v.v m quyết định.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

92
Điều kiện địa hình có ảnh hởng nhiều đến khối lợng đo đắp. Trong khi xác định
tuyến kênh nên cố gắng đảm bảo sao cho khối lợng từng mặt cắt hoặc từng đoạn đất đo, đất
đắp gần bằng nhau, hoặc nếu không thì khối lợng đo nên nhiều hơn, vì cùng yêu cầu chất
lợng nh nhau, đối với phần đắp giá thnh thờng đắt hơn, thi công phức tạp hơn.
ở vùng đồng bằng, nên cố gắng chọn tuyến kênh thẳng, đất đo lên đợc sử dụng đắp
ngay tại chỗ. Địa hình của tuyến đi qua phải đáp ứng đợc các yêu cầu sử dụng. Thí dụ kênh

tới bố trí ở chỗ cao để đảm bảo tới tự chảy, kênh tiêu chỗ thấp để dễ tập trung nớc.
ở vùng núi, để khối lợng đo đắp xấp xỉ nhau nên đặt tuyến kênh theo đờng đồng mức, đất
đo đợc sử dụng đắp ở một bên (hình 16-4). Vì tuyến kênh đi men theo đờng đồng mức nên
có nhiều đoạn cong, kênh sẽ di, khối lợng tăng, do đó cần phải so sánh chọn phơng án
thích hợp.

b
h


Hình 16-4. Mặt cắt kênh khi đi ven sờn dốc

Về mặt địa chất, tuyến kênh không nên chọn qua vùng đá, vì khó đo. Cũng không nên
qua vùng đất trợt, đất thấm nớc nhiều. Cần tránh đờng giao thông, các sông ngòi để giảm
các công trình phụ tại chỗ giao nhau. Trong những trờng hợp phải chuyển nớc qua những
vùng địa chất xấu, nếu lm kênh đất thì không có lợi. Khi đó nên chọn tuyến ngắn nhất v sử
dụng biện pháp kênh máng hoặc đờng ống.
Về mặt thi công, phải chú ý sao cho việc cơ giới, tổ chức thi công, lấy đất đắp hoặc đổ
đất đo dễ dng, vận chuyển vật liệu tới xây dựng các công trình trên kênh tiện lợi.
Kênh kết hợp giao thông thuỷ, tuyến không nên quá cong, thờng bán kính cong R

5L (L l chiều di của thuyền) để đảm bảo thuyền qua lại đợc dễ dng.
Tóm lại, việc chọn tuyến kênh cần phải cân nhắc phân tích tổng hợp để có thể thoả
mãn đầy đủ các mặt kinh tế v kỹ thuật.
V. Một số biện pháp công trình bảo vệ kênh
1. Tràn bên bờ kênh:
Trong quá trình vận hnh, kênh có thể bị trn bờ. Các nguyên nhân lm cho kênh trn
bờ l do các cống lấy nớc đầu kênh hoặc các cống điều tiết mực nớc trên kênh lm việc
không đúng quy trình. Những kênh đi qua sờn dốc, lợng nớc ma trn vo kênh quá
nhiều cũng gây ra hiện tợng nớc trong kênh trn qua bờ.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

93
Các hiện tợng trn ny ảnh hởng đến an
ton bờ kênh, nhiều khi gây ra sự cố ảnh
hởng đến sự lm việc bình thờng của hệ
thống. Để bảo vệ an ton cho kênh ở
những đoạn đầu kênh sau cống lấy nớc,
trớc cống điều tiết trên kênh, ở đoạn kênh
đi qua sờn dốc có nớc ma tập trung vo
kênh, ở đó cần bố trí các trn bên. Trn bên
l một đoạn bờ kênh đợc hạ thấp nh hình
16-5. Các đoạn bờ kênh đất cho nớc trn
qua cần đợc bảo vệ để dòng chảy không
gây xói lở bờ.
Cắt dọc
Mặt bằng

Hình 16-5. Sơ đồ tràn bên
2. Cống tháo cuối kênh
Cuối kênh thờng bố trí các cống
ngầm hoặc cống hở (xem hình 16-6). Các
cống ny dùng để tháo cạn kênh khi cần
thiết hoặc dùng để tháo lợng bùn cát lắng
đọng ở đoạn cuối kênh. Nó cũng có thể
đợc dùng để tháo bớt lợng nớc thừa khi
kênh bị quá tải.

Hình 16-6. Sơ đồ bố trí cống tháo
cuối kênh
3. Kênh tiêu sờn dốc
Các tuyến kênh đi qua sờn dốc v mùa ma thờng bị sạt lở hoặc kênh bị lấp đầy
bùn cát. Để bảo vệ kênh dọc theo tuyến kênh cần xây dựng các kênh tiêu nớc sờn dốc
nh hình 16-7. Nớc từ các sờn dốc tập trung vo các kênh ny chảy về những nơi trũng.
Tại đó dùng cống luồn hoặc trn băng để tiêu qua kênh.
1
2
3


Hình 16-7. Sơ đồ bố trí kênh tiêu sờn dốc
(1) sờn dốc (2) kênh tiêu (3) kênh dẫn
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

94
4. Cống luồn
Kênh đi qua nơi tụ thuỷ ở sờn đồi, về mùa ma nớc từ sờn dốc, từ các kênh tiêu đổ
về do có kênh chắn lại không tiêu thoát đợc.
ở những nơi ny cần xây dựng các cống luồn
lm nhiệm vụ tiêu lợng nớc tập trung ny để bảo vệ kênh. Giải pháp ny thờng đợc sử
dụng khi cao độ đáy kênh cao hơn cao độ thấp nhất của nơi trũng.

3
1
2

Hình 16-8. Sơ đồ bố trí cống luồn
(1) kênh dẫn nớc, (2) cống luồn, (3) nơi tập trung nớc
5. Tràn băng
Khi các kênh đo đi qua nơi tụ
thuỷ ở sờn đồi có cao trình đáy kênh thấp
hơn cao độ thấp nhất của nơi tập trung
nớc thì không nên xây dựng cống luồn
tiêu nớc m nên xây dựng trn băng. Trn
băng đợc xây dựng bằng bê tông cốt thép
tạo thnh máng dẫn nớc vợt qua kênh để
tiêu nớc ma từ sờn dốc tập trung về để
bảo vệ kênh (xem hình 16-9).


1
3
2


Hình 16-9. Sơ đồ bố trí tràn bằng
(1) kênh dẫn (2) tràn bằng
(3) tiêu năng sau tràn
Đ16-3. Cống
Trên các hệ thống nông giang, cống dùng để dâng nớc, điều tiết lu lợng, phân nớc
từ kênh chính vo kênh nhánh hoặc tháo nớc. Cống cũng còn có tác dụng chuyển nớc khi
kênh gặp đờng giao thông hoặc kênh khác. Về hình thức cống trên kênh cũng có cống lộ
thiên, cống ngầm. Hình 16-10 l một nút công trình, gồm có cống điều tiết trên kênh chính v
lấy nớc dùng cả hai phía, một bên l cống lộ thiên, một bên l cống ngầm.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

95
213


Hình 16-10. Cống trên kênh dẫn nớc
1. Cống điều tiết; 2, 3. Cống lấy nớc
Về nguyên lý tính toán thiết kế cống lộ thiên đã trình by ở chơng 14. Đối với cống
ngầm, chơng 15 đã trình by phơng pháp tính toán thủy lực v kết cấu cho loại cống có mặt
cắt hình tròn v hình hộp.
Trong thực tế xây dựng các cống trên kênh, ngoi các loại thân cống hình tròn, hình
hộp, còn sử dụng cống vòm, cống có tấm nắp.
Cống có tấm nắp (hình 16-11) gồm có tờng chắn hai bên, bản đáy (liền hoặc tách rời
với tờng) v nắp đậy ở phía trên. Tờng v bản đáy thờng xây bằng gạch đá, bê tông.
Tấm nắp có thể bằng đá phiến (nhịp
nhỏ), bằng bê tông, hoặc bê tông cốt thép.
Loại ny thích hợp với cống không áp. Tấm
nắp kê vo tờng một khoảng bằng (1
ữ
1,5) t (t l chiều dy tấm nắp) v không
nhỏ hơn 10 - 20cm. Tại chỗ kê thờng đặt
tấm đệm bằng bao tải tẩm nhựa đờng.
Nếu tờng xây bằng gạch hoặc đá còn đổ
một lớp bê tông để tăng độ bền tại chỗ tựa.


Hình 16-11. Cống ngầm kiểu có tấm nắp
Tấm nắp chịu tác dụng của các lực thẳng đứng nh trọng lợng bản thân, trọng lợng
đất đắp v.v
Nếu tấm nắp lm bằng đá phiến hoặc bê tông thì chiều dy t chọn theo trị số lớn nhất

từ các điều kiện sau:
Theo yêu cầu chịu uốn:
t =
[]
u
b
KM6

(16-6)
Theo yêu cầu chịu cắt:
t =
[]
c
b
Q
2
3

(16-7)
trong đó:
M - mô men uốn lớn nhất tác dụng lên tấm;
Q - lực cắt lớn nhất tại gối;
K - hệ số an ton, lấy bằng 1,8;
b - chiều rộng của tấm;
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

96
[
u

] v [
c
] - ứng suất cho phép chịu kéo uốn v chịu cắt của vật liệu lm tấm.
Nếu tấm nắp lm bằng bê tông cốt thép thì căn cứ vo mômen uốn lớn nhất để tính cốt
thép. Khi đặt cốt thép, cần uốn thép ở hai đầu lên để chịu cắt v đề phòng chịu mô men âm ở
gối tựa.
Tờng bên đợc tính theo nguyên tắc tờng chắn đất. Bản đáy đợc tính theo
phơng pháp dầm trên nền đn hồi hoặc theo phơng pháp dầm đảo ngợc.
368
h
115
2540
150
L
L
/
2
L
f

Hình 16-12. Cống ngầm kiểu vòm
Cống ngầm kiểu vòm (hình 16-12) có thể dùng trong trờng hợp khẩu diện tơng đối
lớn. Vòm nói chung hình tròn hoặc parabôn. Khi góc trung tâm của vòm lớn, lực đẩy hai bên
tờng chịu tơng đối nhỏ, nhng trong vòm dễ sinh ứng suất kéo. Cống vòm kiểu hình elíp
(hình 16-12c), tình hình chịu lực tốt. Vòm xây bằng gạch, đá, cũng có khi bằng bê tông hoặc
bê tông cốt thép.
Phơng pháp thông thờng để tính toán vòm l dùng đa giác lực xác định đờng áp lực
trong vòm. Nếu đờng áp lực vẽ ra đều nằm trong đoạn 1/3 ở giữa các mặt cắt vòm thì hình
dạng vòm đã chọn l thích hợp. Trong trờng hợp ny tại tất cả các mặt cắt vòm chỉ chịu ứng
suất nén.

Chiều dy đỉnh vòm t
0
lúc đầu sơ bộ có thể lấy theo công thức kinh nghiệm:
t
0
= 0,138
06,0L
2
1
R
max
++
; (16-8)
hay: t
0
= (0,3 ữ 0,035)L + 0,02Z (16-9)
Chiều dy chân vòm có thể tính:
t
1
= (1,5 ữ 2,5)t
0
(16-10)
Đối với vòm tròn tơng đối lớn, cũng có thể tính chiều dy vòm ở mặt cắt bất kỳ theo
công thức:
t = t
0
sec (16-11)
trong đó:
R
max

- bán kính lớn nhất của vòm (m);
L - nhịp vòm (m);
Z - chiều dy tầng đất đắp trên đỉnh vòm (m);
- góc tạo bởi mặt cắt tính toán v mặt cắt đỉnh vòm.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

97
Đ16-4. Cầu máng
I. Khái niệm
Trong những trờng hợp kênh dẫn phải vợt qua thung lũng, sông suối có thể dùng
cầu máng để đảm bảo việc dẫn nớc trong kênh (hình 16-13). Có trờng hợp kênh dẫn đi qua
vùng đất thấm nớc nhiều hoặc kênh dẫn đi theo sờn dốc, ngời ta có thể dùng kênh xây
hoặc máng dẫn nớc.
Cầu máng có u điểm l bảo đảm tốt các yêu cầu thuỷ lực, do đó tổn thất cột nớc qua
công trình khá nhỏ. Việc xây dựng, quản lý tơng đối dễ dng, thuận lợi, nhng khi phải vợt
qua thung lũng sâu, sông suối có mực nớc dao động lớn, đất mềm yếu thì việc xây dựng cầu
máng có nhiều khó khăn v thờng tốn kém.
Cầu máng có các bộ phận chính: cửa vo, cửa ra, thân máng v giá đỡ (hình 16-13a)
1. Cửa vo v cửa ra của cầu máng l đoạn nối tiếp thân máng với kênh dẫn nớc
thợng, hạ lu, có tác dụng lm cho dòng chảy vo máng thuận, giảm bớt tổn thất do thu hẹp
gây ra v dòng nớc ở máng chảy ra không lm xói lở bờ v đáy kênh.
Tờng cánh của cửa vo v cửa ra thờng lm theo hai kiểu: kiểu lợn cong v kiểu mở
rộng hoặc thu hẹp dần. Cửa lợn cong nớc chảy vo, chảy ra thuận, nhng khi thi công khó
khăn hơn. Góc mở rộng của t
ờng cánh có ảnh hởng đến dòng chảy vo v ra khỏi máng.
Thờng lấy tỷ số giữa chiều rộng v chiều di l
3
1

4
1
ữ
. Sơ bộ chiều di đoạn cửa vo, cửa ra
lấy bằng 4 lần cột nớc trong kênh. Sân phòng thấm thờng lm bằng đất sét, ở trên có lát đá
để phòng xói (hình 16-14), cũng có khi ở dới nền cửa vo, cửa ra lm chân khay hoặc đóng
ván cừ.


a)
b)


Hình 16-13. a) Cầu máng chuyển nớc; b) kênh xây có vai trò nh cầu máng
2. Thân máng lm nhiệm vụ chuyển nớc, mặt cắt ngang dạng chữ nhật, bán nguyệt,
parabol hoặc chữ U , có cấu tạo kín hoặc hở. Vật liệu đợc dùng để xây dựng máng có thể l
gỗ, gạch đá xây, bê tông cốt thép hoặc xi măng lới thép. Tiết diện máng phải đủ chuyển
nớc, độ nhám nhỏ tránh tổn thất đầu nớc, vật liệu thân máng phải bền v ít thấm nớc.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

98
z

Hình 6-14. Cửa vào, cửa ra của cầu máng
3. Cầu máng dựa vo giá đỡ theo nhiều hình thức, tuỳ theo tình hình cụ thể m lựa
chọn. Có thể chỉ kê hai đầu vo bờ theo hình thức gối tự do.
Nếu cầu máng di có thể đặt trên giá đỡ
theo hình thức dầm liên tục hoặc dầm công
sôn kép. Loại có dầm công sôn kép (hình

16-14) khi chọn chiều di của nhịp l v
chiều di của mút thừa a theo quan hệ l =
2,7a thì giá trị mômen âm v dơng lớn
nhất xảy ra trong dầm sẽ bằng nhau, tiện
cho
a
l
a

Hình 16-15. Sơ đồ bố trí giá đỡ kiểu công sôn
kép
việc bố trí cốt thép. Máng có thể đặt trực tiếp trên giá đỡ (hình 16-15,a) hoặc trên hệ thống
dầm dọc (hình 16-15,b).
Trờng hợp cầu máng vợt qua lòng sông sâu v không rộng, nớc chảy lại khá xiết,
nếu hai bờ tốt, vẫn có thể dùng hình thức dầm liên tục v các giá đỡ tựa trên một vòng vòm
(hình 16-16,a). Trờng hợp địa chất hai bên bờ yếu, dùng hình thức vòm treo (hình 16-16,b)
để giảm lực truyền cho hai bờ. Lúc đó thnh máng chịu kéo theo phơng đứng.
a) b)


Hình 16-16. Giá đỡ cầu máng kiểu vòm và kiểm vòm treo
II. Tính toán thủy lực
Dòng chảy ở các cửa vo máng nh ở đập trn đỉnh rộng chảy ngập, do đó lu lợng
qua máng đợc tính theo công thức sau:
,gz2h.b Q
0
= (16 - 12)
trong đó:
- l hệ số eo hẹp, = 0,85 ữ 0,90;
- hệ số lu tốc = 0,85 ữ 0,90;

b - chiều rộng của máng (m);
z - chênh lệch cột nớc trớc máng v trong máng.
z = H - h, thờng z = 0,05
ữ 0,15m;
g2
V
zz
2
0
0
+=
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

99
V
0
- vận tốc trớc cửa vo.
Khi
g2
V
2
0
nhỏ, z z
0
, = 0,90, = 0,90, g = 9,81 thì
0
zh.b.59,3Q = (16 - 12)
Dòng chảy trong máng đợc xem nh dòng chảy đều, do đó độ dốc đáy máng đợc
tính từ công thức sau:

RC
Q
i
22
2

=
, (16 - 13)
trong đó:
C - hệ số sê di;
- diện tích mặt cắt ớt của máng;
R - bán kính thuỷ lực.
Thông thờng chọn độ dốc đáy máng
500
1
1200
1
i
ữ=
Nếu hình thức cửa ra của cầu máng cũng nh cửa vo thì mực nớc trong kênh hạ lu sẽ
cao hơn mực nớc trong máng một độ cao z = z. Do có độ hồi phục z ny nên khi có gió thổi
ngợc chiều sẽ lm cho nớc trong máng dềnh cao. Vì vậy khi quyết định chiều cao của thnh
máng phải chú ý đến hiện tợng ny
Để đảm bảo dòng chảy ở cửa vo, cửa ra v trong máng nh đã nêu trên, việc tính toán
thuỷ lực cầu máng có thể tiến hnh theo các bớc sau:
- Tính độ sâu nớc trong máng:
Chọn cột nớc tổn thất z = (0,05
ữ 0,15)m; cột nớc trong kênh trớc máng l H, cột
nớc trong máng l h ta có:
h = H - z (16 - 14)

- Xác định chiều rộng máng (chữ nhật) từ công thức (16 - 12):
z.h
Q
b

=
(16 - 15)
- Tính thử dần với z để chọn kích thớc b, h của máng đảm bảo chuyển đợc lu lợng
Q cho trớc.
z.b
Q
h

=

- Tính độ dốc đáy máng theo công thức (16 - 13)
- Tính cao trình đáy máng hạ lu:

đáy hạ
=
đáy thợng
- iL (16 - 16)
- Tính độ hạ thấp ở cửa ra. Để tránh hiện tợng hồi phục tạo ra độ dâng cao mực nớc
Z, ở phần nối tiếp với cửa ra cần hạ thấp so với đáy máng một đoạn P
3
(hình 16 - 17).
P
3
= h
h

- (h + z) , (16 - 17)
trong đó:
h
h
l độ sâu nớc ở kênh hạ lu.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

100
h l độ sâu nớc ở trong máng
z l độ hồi phục có thể lấy theo bảng 16 - 2.
P
3

Hình 16-17. Bố trí hạ thấp cửa ra của máng
Bảng 16 - 2. Quan hệ giữa tổn thất cửa vào và độ hồi phục z
z 0,05 0,1 0,19 0,20 0,25
z 0 0,03 0,05 0,07 0,09
III. Cấu tạo
1. Cầu máng gỗ:
Cầu máng gỗ thi công tơng đối đơn giản, nhẹ. ở những vùng sẵn gỗ thì giá thnh hạ.
Nó có nhợc điểm dễ thấm nớc, thời gian sử dụng không lâu.
Bộ phận cửa vo v ra của cầu máng loại ny cũng nh các loại cầu máng khác, đều có
tờng hớng nớc để dòng chảy vo v ra đợc thuận. Tờng xây dựng bằng gạch, đá.
1
2
3
5
6
7

1
8
4
5
6
7


Hình 16 - 18. Cầu máng gỗ
1. Khung nẹp; 2. ván gỗ thành máng; 3. khung chống; 4. dầm dọc;
5. thanh gỗ đỉnh; 6. cột đứng; 7. thanh giằng chéo; 8. cầu ngời đi.
Mặt cắt ngang của cầu máng thờng có dạng hình bán nguyệt, hình chữ nhật (hình 16 -
18).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

101
2. Cầu máng bằng gạch đá xây
Loại ny có thể sử dụng vật liệu địa phơng. Mặt cắt ngang thân máng thờng l hình
chữ nhật. Bộ phận đỡ cầu máng có thể lm theo hình thức vòm (hình 16 - 22). Phần lớn loại
ny lm cho các cầu máng vừa v nhỏ. Nếu cầu máng di thì kết cấu phức tạp hơn.

I-I

i
i


Hình 16 - 19. Cầu máng gạch đá có giá đỡ kiểu vòm
Chiều rộng của máng thông qua tính toán thuỷ lực. Chiều cao thnh máng phải cao

hơn mực nớc lớn nhất chảy trong máng một độ cao an ton
, xác định theo công thức kinh
nghiệm:
15
12
h
+= , (16 - 18)
trong đó: h - chiều sâu nớc chảy trong máng.
Cầu máng đợc kiểm tra an ton về mặt kết cấu trong hai trờng hợp: Trờng hợp
máng không có nớc, áp lực gió tác dụng lớn v trờng hợp mực nớc trong máng lớn nhất.
Về nguyên tắc tính toán, đối với thnh máng xem nh một công sôn có đầu ngm
ngang với đáy máng. Bản đáy xem nh dầm hai đầu ngm vo vách máng. Thnh v đáy chịu
tác dụng của áp lực nớc v trọng lợng bản thân. Khi tính toán lấy một đơn vị di để xét. Đối
với giá đỡ tính toán theo nguyên tắc chịu lực của vòm.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

102
3. Cầu máng bêtông cốt thép
Cầu máng bêtông cốt thép thờng có mặt cắt ngang l hình chữ nhật. Thân máng đặt
trên hệ thống giá đỡ theo hình thức dầm liên tục, dầm công sôn kép hay dầm treo. Khi tính
toán kết cấu thân máng, theo phơng ngang chọn sơ đồ nh đối với cầu máng gạch đá để tìm
nội lực v từ đó tính toán cốt thép. Theo phơng dọc tuỳ theo tình hình liên kết với giá đỡ m
chọn sơ đồ tính toán nh dầm đơn, dầm liên tục hay dầm hai đầu mút thừa v.v để tính toán
nội lực v bố trí cốt thép.
Giá đỡ thờng dùng kiểu khung cứng. Ngoi việc tính toán đảm bảo kích thớc các
thanh trong khung cho hợp lý, còn cần chọn kích thớc của giá đỡ sao cho ứng suất sinh ra
dới nền phân bố tơng đối đều v không vợt quá sức chịu tải của nền.
Tại những chỗ cầu máng bị phân đoạn nh trong cầu máng có giá đỡ kiểu công sôn
kép hoặc tại các khe lún dọc thân máng cần có thiết bị chống thấm nớc (hình 16 - 20).

Hình (16 - 20, a) l kiểu chắn nớc bằng tấm kim loại. Trớc khi đổ bêtông cần bôi mỡ
sáp vo một đầu để khỏi gắn chặt với bêtông mới đổ. Kiểu chắn nớc ny đơn giản nhng dễ
hỏng v khó chữa. Hình (16 - 20,b) l kiểu chắn nớc dùng nhựa đờng. Tấm kim loại ở dới
để giữ không bị xói đi. Để cho tấm kim loại ny có thể xê dịch tự do, lỗ đinh tán lm theo hình
ô van có trục di theo chiều dòng chảy.
Hình (16 - 20, c) l kiểu chắn nớc đặt tấm cao su hay bao tải tẩm nhựa đờng trong
khe. ở mặt trên còn có tấm cao su để tăng cờng chống thấm. Loại ny đơn giản nhng không
bền.
Thân máng gác vo bờ cần có độ di 2 ữ 5m, chỗ nối thân máng với bộ phận cửa vo,
cửa ra cũng cần có thiết bị chống thấm để đảm bảo không cho nớc rò rỉ (hình 16 - 21).
3
2
1
1

Hình 16 - 20. Thiết bị chắn nớc tại khe nối các đoạn máng
1. Tấm kim loại; 2. Nhựa đờng; 3. Cao su
1
2
3
4
4
3
1


Hình 16 - 21. Chống thấm giữa thân máng với bộ phận cửa vào, cửa ra
1. Thân máng; 2. Bao tải tẩm nhựa đờng; 3. Vữa xi măng trát; 4. Bê tông lót.

4. Cầu máng bằng vật liệu xi măng lới thép

Loại máng ny có u điểm rất nhẹ vì chiều dy của thân máng chỉ khoảng 1 ữ 3cm.
Qua một số ti liệu tổng kết của nớc ngoi, dùng loại ny so với loại cầu máng bêtông
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

103
cốt thép, khối lợng xi măng giảm đợc 55 ữ 80%, lợng thép giảm đợc 40 ữ 87%, tổng
giá thnh chế tạo giảm đợc 55
ữ 70%. Vì nhẹ, do đó có thể chế tạo sẵn v xây dựng theo
phơng pháp lắp ghép, chất lợng thi công tốt, tốc độ thi công nhanh. Về mặt chế tạo loại ny
khá phức tạp, đòi hỏi khẩn trơng liên tục. Nếu khắc phục đợc nhợc điểm ny thì cầu máng vỏ
mỏng có nhiều u điểm nổi bât. Chính vì vậy hiện nay trong v ngoi nớc đang áp dụng rộng rãi
hình thức ny.
i
ii
i
ii
ii - ii
i - i
iii
iii
iii - iii
h
D


Hình 16 - 22. Sơ đồ cầu máng vỏ mỏng
Mặt cắt ngang thân máng có thể l hình bán nguyệt, parabôn hay chữ U. Trong đó loại
chữ U đợc dùng phổ biến hơn cả, vì điều kiện thuỷ lực tơng đối tốt, khả năng chịu lực tốt
hơn v có thể dùng khi nhịp khá lớn.

Hình (16 - 22) biểu thị một cầu máng vỏ mỏng tiết diện chữ U. Phần bên dới l một
nửa vòng tròn có đờng kính D. Thnh bên thẳng đứng có chiều cao h thờng chọn bằng (0,1
ữ 0,3)D. Nói chung chiều cao của máng h nên chọn sao cho
D
h
< 1 để giảm biến dạng ngang.
Độ vợt cao an ton so với mặt nớc chảy trong máng bằng (0,1
ữ 0,5)D. Để tăng cờng độ
cứng, chống biến dạng ngang của máng thờng dọc theo máng cứ cách nhau khoảng 1m bố trí
thanh giằng ngang. Các thanh ny thờng chọn kích thớc 6 x 6
ữ 8 x 8cm nối liền với thân
máng v cùng một thứ vật liệu nh thân máng.
Thân máng bằng vữa xi măng, trong bố trí lới thép v thép chịu lực. Xi măng dùng để
chế tạo máng l loại xi măng pooclăng hoặc xi măng Puzơlan số hiệu 500. Cát pha trộn l loại
cát vng, đờng kính hạt d = 0,35
ữ 0,4mm đợc rửa sạch.
Trớc đây máng đợc chế tạo bằng thủ công: dựng cốt thép sau đó dùng bay trát vữa xi
măng từ hai phía. Công nghệ ny đơn giản nhng năng suất không cao, chất lợng không đều.
Hiện nay ngời ta dùng công nghệ phun hoặc công nghệ rung trong khuôn ngửa hoặc
úp. Các công nghệ ny cho phép sản xuất hng loạt đảm bảo chất lợng đồng đều theo tiêu
chuẩn thiết kế. Trờng Đại học Thuỷ lợi đã có nhiều đóng góp trong việc nghiên cứu ứng
dụng v phát triển công nghệ rung.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

104
Hiện nay ở nớc ta, bằng công nghệ tiên tiến đã xây dựng đợc nhiều kênh máng có
quy mô lớn nh kênh máng Củ Chi (thnh phố Hồ Chí Minh), Đaklô (Lâm Đồng), Cam Ranh
thợng (Khánh Ho) v.v
Cấu tạo thân máng nh hình (16 - 22, b).

ở ngoi cùng l lớp vữa xi măng bảo vệ dy
khoảng 2
ữ 3mm, tiếp đến lớp lới thép, dùng loại thép = 0,5 ữ 1,2mm đan lòng một. Kích
thớc ô lới 6 x 6; 8 x 8 hoặc 10 x 10mm. Lớp lới thép ny có thể l một, hai hoặc ba lợt
chồng lên nhau. Tiếp đến l lớn thép chịu lực bố trí theo hớng dọc. Bố trí thép ở dới trục
trung ho mau hơn ở trên. Rồi đến lớp thép chịu lực hớng ngang v bên trong lại l lớp lới
thép v trong cùng l lớp bảo vệ bằng vữa xi măng.
ở đây lới thép cũng tham gia chịu lực, do đó số lợng lớp lới, loại lới, khoảng cách
giữa các thanh thép chịu lực theo cả hai hớng v đờng kính thanh thép chọn thế no l dựa
vo điều kiện đảm bảo cho thân máng lm việc an ton v không sinh vết nứt ở mặt trong.
ở các thanh giằng thờng bố trí thanh thép chịu kéo. Ngoi ra, tại các vị trí có thanh
giằng bố trí thêm một thanh thép tạo hình cũng tham gia chịu lực v tăng cờng độ cứng chống
biến dạng ngang của máng (hình 16 - 22, c).
Máng đặt trên giá đỡ cũng có thể theo hình thức dầm đơn, dầm liên tục. Song
thờng l loại dầm đơn vì cấu tạo đơn giản v thi công lắp ráp dễ dng.
Hình (16 - 22) biểu thị cầu máng đặt trên giá đỡ có khung cứng kiểu dầm đơn. Gối đỡ
lm bằng bêtông có chiều dy dọc theo máng 40
ữ 60cm v tại đây l có đặt bao tải tẩm nhựa
đờng vòng theo xung quanh thnh máng.
Về mặt kết cấu, tính toán chính xác phải tính nh một kết cấu không gian vỏ mỏng của
loại vỏ hình trụ. Trong thực tế tính toán ngời ta xét tỷ số giữa chiều di L của nhịp v chiều
rộng D của máng. Nếu
3
D
L
<
l máng ngắn đợc tính theo lý thuyết vỏ. Nếu
3
D
L

>
l máng
di đợc tính theo lý thuyết dầm.
Trong thực tế tính toán thờng gặp loại máng di. Đối với loại máng ny việc tính toán
thờng đợc tiến hnh theo trình tự sau:
Sau khi tính toán thuỷ lực xác định đợc mặt cắt ngang của máng, sơ bộ định chiều
dy thnh máng, chiều di nhịp máng, qua phân tích lực để tìm nội lực, từ đó tiến hnh tính
toán kết cấu xi măng lới thép cho máng. Một trong những cách đợc dùng trong thiết kế hiện
nay l bố trí vật liệu (thép, vữa xi măng) cho máng trớc, sau đó căn cứ vo nội lực đã tìm ra
tiến hnh kiểm tra các điều kiện kỹ thuật v kinh tế của thân máng.


Đ16.5. Xi phông ngợc
I. Khái niệm
Xi phông ngợc đợc đặt lộ thiên hoặc đi luồn bên dới đáy kênh, sông, suối v.v m
kênh dẫn gặp phải để tiếp tục chuyển nớc ở kênh dẫn. Tại những chỗ có địa hình địa thế đặc
biệt, chọn cầu máng hay xi phông ngợc để chuyển nớc l tuỳ thuộc tình hình thực tế, qua
phân tích so sánh kinh tế v kỹ thuật m quyết định. Dùng xi phông tổn thất cột nớc lớn hơn
so với cầu máng, quản lý, kiểm tra, tu sửa khó khăn hơn. Tuy nhiên cũng có những trờng hợp
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

105
không cho phép lm cầu máng. Thí dụ khi mực nớc sông suối định dùng cầu máng đi qua
cao hơn đáy máng, về mùa lũ nớc chảy ngập gây lực xô ngang ảnh hởng đến tính an ton
của cầu máng. Trong trờng hợp ny tốt nhất l dùng xi phông.
Về hình thức có loại xi phông giếng đứng v ống nghiêng (hình 16 - 23). Loại giếng
đứng dùng khi cột nớc áp lực nhỏ, chôn sâu v kích thớc nhỏ. Xi phông kiểu ống nghiêng
đợc sử dụng rộng rãi hơn kể cả ống đặt nổi hay chìm, áp lực nhỏ hay lớn.

Hình 16 - 23. Các loại xi phông ngợc
a) loại giếng; b) loại ống nghiêng
Mặt cắt ngang ống xi phông có thể l tròn, chữ nhật hoặc vòm. Loại vòm chỉ dùng cho
các xi phông nhỏ xây dựng bằng vật liệu địa phơng. Về vật liệu xây dựng có thể dùng gỗ,
gạch xây, bêtông, bêtông cốt thép v ống thép.
ống xi phông gỗ thờng dùng khi đặt nổi. Loại
gạch xây dùng cho ống xi phông đặt chìm chịu áp lực không lớn. Trong thực tế xây dựng
thờng dùng ống xi phông bêtông v bêtông cốt thép v ống thép.
Khi dùng ống xi phông đặt ngầm dới sông, suối đỉnh ống ở đoạn nằm ngang phải
thấp hơn đáy sông suối một trị số nhất định, thờng không nhỏ hơn 1m hoặc thấp hơn chỗ
lòng sông sẽ bị xói sâu nhất một trị số khoảng 0,5m
ữ 1,0m để đảm bảo điều kiện lm việc an
ton cho xi phông. Độ dốc ống nghiêng của xi phông tuỳ theo địa hình m chọn. Thờng chọn
độ nghiêng đoạn thợng lu m = 2
ữ 3 còn ở đoạn hạ lu m = 2,5 ữ 4.
Cửa vo v ra phải đảm bảo dòng nớc chảy vo v ra đợc thuận.
Miệng cửa vo v phải đặt thấp hơn mực nớc trong kênh không dới 0,5m để đảm
bảo trong lúc lm việc xi phông không hút không khí vo ống gây các hiện tợng lm việc bất
lợi trong ống.
ở cửa vo của xi phông cần bố trí lới chắn rác. Ngoi ra tuỳ tình hình cụ thể còn có
thể bố trí hng phai hoặc cửa van để đảm bảo điều kiện lm việc hoặc dễ kiểm tra tu sửa. Kích
thớc của ống đợc quyết định thông qua tính toán thuỷ lực đảm bảo yêu cầu chuyển nớc v
đảm bảo sự thuận lợi khi kiểm tra tu sửa.
II. Tính toán thuỷ lực
Lu lợng qua ống xi phông đợc tính bằng công thức:
0
gz2 Q =
, (16 - 19)
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

106
trong đó: - tiết diện nớc chảy qua ống;
z
0
- chênh lệch cột nớc thợng hạ lu cũng chính l tổn thất cột nớc qua cống;

- hệ số lu lợng,
i
i
,
1


= l tổng các hệ số tổn thất nh tổn thất qua lới
chắn rác, cửa vo, cửa ra, ở các đoạn uốn cong v dọc đờng.
Trong tính toán thiết kế, sử dụng công thức trên để tính lu lợng qua xi phông, chọn
tiết diện của xi phông hoặc tính tổn thất qua ống.
Khi tính toán thuỷ lực ống xi phông cần chú ý các điểm sau:
- Về lu tốc trong ống, thờng chọn v = 1,5
ữ 3m/s để thoả mãn các điều kiện không
bồi lắng trong ống. Lu tốc không quá lớn để tránh tổn thất cột nớc quá nhiều.
- Số lợng ống xi phông chọn sao cho khi xi phông lm việc với các lu lợng khác
nhau thì lu tốc trong ống không thay đổi quá nhiều.
- Khi thiết kế ta chọn lu lợng lớn nhất qua xi phông (Q
max
) để tính toán v phải dùng
lu lợng nhỏ nhất (Q
min
) để kiểm tra lại điều kiện tổn thất, nhất l khi ống xi phông khá di,

sự biến đổi về lu tốc trong ống ứng với hai trờng hợp trên lại tơng đối lớn. Mục đích của
việc tính toán ny l xét xem tổn thất cột nớc z
1
ứng với Q
min
có nhỏ hơn tổn thất z ứng với
Q
max
quá nhiều không (hình 16 - 24).
z
1
max
Q
Q
min
Q
max
Q
min
z
z

Hình 16 - 24. Sơ đồ tính toán thuỷ lực xi phông ngợc
Nếu z
1
nhỏ hơn z nhiều thì dòng chảy sẽ tự điều chỉnh bằng cách hình thnh đoạn nớc
hạ trớc cửa vo, hoặc có thể hình thnh nớc nhảy ở cửa vo. Vì hiện tợng mạch động, vì
gió thổi v một số nguyên nhân khác nữa lm cho nớc nhảy không ở vị trí cố định lm cho
thân cống bị rung động ảnh hởng tới độ bền vững của cống; nhất l dễ lm h hỏng các khớp
nối. Để khắc phục hiện tợng ny tức l tìm cách tiêu hao cột nớc thừa z - z

1
ta có thể dùng
một số biện pháp công trình.
Đặt hng song gỗ ở cửa ra (hình 16 - 25, a) nhằm tăng thêm cản trở tiêu hao đầu nớc.
Khoảng cách giữa các song gỗ nh thế no l tuỳ thuộc tình hình cụ thể sao cho tiêu hao hết
đợc cột nớc thừa z - z
1
. Hình thức ny dùng khi đầu nớc thừa nhỏ, loại ny có nhợc điểm
l khó điều chỉnh vì ngời quản lý lm việc ở phía cửa ra không thấy đợc tình hình chung của
xi phông.
max
min
min
max
a) b) c)


www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

107
Hình 16 - 25. Các hình thức để tiêu hao cột nớc thừa ở xi phông ngợc
Tạo ra đoạn quá độ ở cửa vo (hình 16 - 25, b) lm cho mặt nớc hạ thấp dần. Loại ny
tơng đối đơn giản v cũng dùng khi cột nớc thừa không lớn.
Hình thức thứ ba ở cửa vo (hình 16 - 25, c) tạo ra nh một bể tiêu năng dùng khi cột
nớc thừa tơng đối lớn.
III. Cấu tạo
1. ống xi phông gỗ
ố
ng xi phông gỗ thờng dùng khi ống có tiết diện tròn v đặt nổi. Hình (16 - 29) trình

by một ống xi phông gỗ đặt nổi. Cửa vo v cửa ra dùng đá xây, trên chỗ bờ dốc v bãi, ống
xi phông đặt lên gối tựa, còn ở chỗ khe sâu thì đặt trên cầu.

Hình 16 - 26. Xi phông gỗ đặt nổi
Nhợc điểm của ống xi phông gỗ l thời gian sử dụng không đợc lâu. Trong trờng hợp ống
thờng xuyên chịu cột nớc áp lực lớn, do hiện tợng nớc thấm qua gỗ lm cho ống luôn ở
trạng thái ớt thì thời gian sử dụng sẽ đợc lâu hơn khi ống lm việc lúc ớt, lúc khô.
2. ống xi phông bằng bêtông và bêtông cốt thép
Các ống xi phông luồn dới các sông, kênh, chịu tác dụng của các ngoại lực tơng đối
lớn, thờng dùng ống bêtông hay bêtông cốt thép.
Các ống ny khi đờng kính không lớn (D < 1,2m) có thể đúc thnh từng đoạn di
khoảng 1,0m. Khi lắp ghép, ở chỗ tiếp các đoạn ống lm vòng đai bêtông cốt thép để bọc kín
(hình 16 - 27).
Khi đờng kính ống tơng đối lớn, hoặc khi ống có mặt cắt chữ nhật thì nó đợc thi
công ngay ở hiện trờng v cứ cách khoảng 10 - 15m lm một khe co giãn. Các khe ny giống
nh khe của ống ngầm ở dới đập.







www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

108
i
i
i - i

R
a)
b)

e)
d)
c)

Hình 16 - 27. ống xi phông bêtông cốt thép
a) cắt dọc; b) cắt ngang; c) chiếu bằng bộ phận mố;
d) cấu tạo bệ đỡ cố định; e) cấu tạo chỗ nối các đoạn ống.
Do trọng lợng bản thân ống tơng đối lớn nên khi xây dựng đặt ống trên một lớp đệm
mỏng bằng bêtông. Không nên dùng các bệ đỡ trung gian m chỉ dùng bệ đỡ cố định ở chỗ
ống xi phông lợn cong.
Tính toán kết cấu ống xi phông đợc tiến hnh tơng tự nh đối với ống ngầm dới
đập đất.

Đ16 - 6. Dốc nớc v bậc nớc
Những nơi đờng kênh dẫn gặp phải địa hình thay đổi đột ngột, cần dùng dốc nớc hay
bậc nớc để tiếp tục chuyển nớc. Lựa chọn hình thức no l tuỳ theo điều kiện kinh tế, kỹ
thuật v tình hình cụ thể tại nơi đó để xác định.
Căn cứ vo kinh nghiệm đã xây dựng, xuất phát từ điều kiện kinh tế, khi chênh lệch
cột nớc từ 2m trở xuống, độ dốc mặt đất tự nhiên, tại nơi xây dựng m = 3
ữ 5, thì lm dốc
nớc có lợi. Còn khi mực nớc chênh lệch lớn hơn v địa hình tại đó lại khá dốc lm bậc nớc
l có lợi.
Trong các trờng hợp nói chung, qua quan trắc thực tế thấy rằng vấn đề tiêu năng ở
bậc nớc tốt hơn dốc nớc. Vì vậy trong trờng hợp điều kiện kinh tế v một số điều kiện khác
nh nhau thì nên dùng bậc nớc hơn dùng dốc nớc.
Về vấn đề tính toán thuỷ lực của dốc nớc, bậc nớc cũng tơng tự nh đối với dốc

nớc, bậc nớc sau công trình tháo.
ở đây nêu thêm vấn đề chọn hình thức cửa vo của dốc
nớc v bậc nớc đảm bảo không sinh nớc dâng hoặc nớc hạ trớc cửa vo. Sở dĩ phải chú ý
hiện tợng ny vì khi thiết kế kênh, ngời ta đã đảm bảo không sinh ra hiện tợng xói lở hoặc
bồi lắng trong kênh. Do đó nếu chọn cửa vo của dốc nớc v bậc nớc không thích hợp, hoặc
lm cho nớc trớc cửa vo hạ thấp sẽ lm tăng lu tốc trên đoạn kênh ở trớc cửa vo gây xói
lở kênh hoặc lm cho nớc trớc cửa vo dâng lên, lu tốc giảm v sinh ra bồi lắng trớc cửa
vo. Để khắc phục tình hình trên, cửa vo của dốc nớc v bậc nớc thờng chọn các hình
thức sau đây:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

109
b
b/4 b/4 b/4 b/4
b
h
1
:
m
1
:
m
4
:
m
4:
m

Hình 16 - 28. Các hình thức cửa vào của dốc nớc và bậc nớc

Kiểu miệng khuyết hình chữ nhật (hình 16 - 28a). Kiểu ny cũng chỉ thích hợp với một
số lu lợng nhất định, ngoi ra vẫn có thể phát sinh nớc dâng hay nớc hạ trớc cửa vo.
Mặt khác nớc chảy tập trung, lu lợng đơn vị lớn, không lợi cho việc tiêu năng dới hạ lu.
Kiểu miệng khuyết chữ nhật có ngỡng (hình 16 - 28b). Kiểu ny giảm nhỏ đợc lu
lợng đơn vị, có lợi cho tiêu năng ở hạ lu. Có trờng hợp để ngăn ngừa cát bồi trớc cửa vo,
dùng hình thức ngỡng không liên tục (hình 16 - 28c) hoặc lm lỗ thoát nớc v bùn cát.
Kiểu miệng khuyết hình thang gồm khuyết liên tục v không liên tục (hình 16 - 28d v
e). Kiểu ny có nhiều tiến bộ. Khi thiết kế dùng lu lợng đặc trng để tính toán. Loại ny
tránh đợc hiện tợng nớc dâng hoặc nớc hạ quá nhiều, đồng thời giảm nhỏ đợc một phần trị
số lu lợng đơn vị.
Để xác định chiều rộng đáy b v độ dốc mái m
cv
ta dùng các công thức sau:
2/3
01
1
1cv
MH
Q
Hm8,0b
==
(16 - 20)
2/3
02
2
2cv
MH
Q
Hm8,0b
== (16 - 21)

Lu lợng Q
1
, Q
2
căn cứ vo mực nớc trong kênh ứng với các trờng hợp sau đây để
tìm ra:
H
1
= H
max
- 0,25(H
max
- H
min
) (16 - 22)
H
2
= H
min
+ 0,25(H
max
- H
min
) (16 - 23)
Trong tính toán, hệ số lu lợng trong các công thức trên có thể tham khảo bảng (16 -
4), trong đó M =
g2m
.
Bảng 16 - 4
H/b 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

m 0,37 0,415 0,430 0,435 0,45
M 1,68 1,84 1,91 1,93 2,00




www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

110
Đ16.7. Thiết kế hệ thống kênh v công trình trên kênh
Thiết kế hệ thống kênh v công trình trên kênh phải dựa trên cơ sở các ti liệu cơ bản
về nhiệm vụ công trình, điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, thuỷ văn, khí hậu, các
điều kiện về kinh tế, xã hội v các điều kiện khác có liên quan.
Quá trình thiết kế có thể theo các bớc sau:
Bớc 1: Thu thập các ti liệu cần thiết (nh đã nêu trên).
Bớc 2: Bố trí tổng thể tuyến kênh, định vị v lựa chọn hình thức các công trình trên
kênh.
Bớc 3: Tính toán thuỷ lực xác định mặt cắt kênh trong từng đoạn thoả mãn điều kiện
không xói, không bồi.
Bớc 4: Vẽ đờng mặt nớc trên ton hệ thống kênh, trong đó đã quy định trị số tổn
thất cột nớc trong từng công trình trên kênh. Kiểm tra khả năng phục vụ của kênh (ví dụ, khả
năng tới tự chảy).
Bớc 5 - Lựa chọn kết cấu, tính toán ổn định v độ bền của các bộ phận kênh; thiết kế
các công trình trên kênh.
Bớc 6 - Xây dựng bản vẽ hệ thống kênh. Tính toán phơng án thi công; tính toán kinh
tế.
Trong trờng hợp có nhiều phơng án tuyến hoặc hình thức kênh khác nhau thì thông
qua tính toán kinh tế để lựa chọn phơng án hợp lý.
Quá trình thiết kế hệ thống kênh (cho 1 phơng án) đợc thể hiện trên sơ đồ hình 16 -

29.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

111

Bắt đầu
Sơ bộ đánh giá các
điều kiện thuỷ lực
Định kích thớc mặt cắt ngang kênh
Vận tốc cho phép
Vẽ đờng mặt nớc trong kênh
(xét đầy đủ
Zi, il)
Chiều cao cột nớc
y
êu cầu
Sơ bộ chọn cấu tạo
Tính các tải trọng tác dụng

Phân tích kết cấu
Kiểm tra các điều
kiện bền
Dừng
- Thiết kế các CT trên kênh
- Chọn thiết bị điều khiển.
- Xây dựng bản vẽ KT
- Phơng án thi công
- Tính toán kinh tế
Hình 16 - 29. Lu đồ thiết kế
hệ thống kênh
Không
phù hợp
Không
phù hợp
Không
thoả mãn
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

112
Phần IV
Các công trình chuyên môn
Chơng 17
- Cửa van của công trình thuỷ lợi
Đ17.1. Kiến thức chung
I. Khái niệm
Cửa van l một bộ phận của công trình thuỷ lợi, bố trí tại các lỗ tháo nớc của đập,
cống để khống chế mực nớc v điều tiết lu lợng theo yêu cầu tháo nớc ở các thời kỳ
khác nhau. Cửa van có thể di động đợc nhờ sức kéo từ các thiết bị đóng mở hoặc nhờ sức

nớc. Khi cửa van chuyển động, nó tựa lên các bộ phận cố định gắn chặt vo mố hoặc ngỡng
của công trình tháo.
Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế cửa van l: cấu tạo đơn giản, lắp ráp, sửa chữa dễ dng;
đóng mở nhẹ v nhanh; đủ khả năng chịu lực, lm việc an ton v bền; đảm bảo mỹ quan, giá
thnh hợp lý. Trong quá trình sử dụng, cửa van phải đảm bảo khống chế đợc mọi lu lợng
khác nhau theo yêu cầu khai thác. Chỗ tiếp xúc giữa cửa van với trụ, ngỡng đáy, tờng ngực
phải có thiết bị chắn nớc tốt để chống rò rỉ. Trờng hợp phía thợng lu có nhiều bùn cát hay
vật nổi thì cửa van phải có khả năng tháo bùn cát hay vật nổi dễ dng.
II. Phân loại:
Cửa van đợc sử dụng rất rộng rãi trong công trình thuỷ lợi. Hình thức của chúng rất
đa dạng, phong phú. Có thể phân loại cửa van theo nhiều cách khác nhau.
1. Theo mục đích sử dụng: phân thành van chính, van sự cố, van sửa chữa, van thi công.
Cửa van chính thực hiện chức năng điều tiết lu lợng, khống chế mực nớc trong thời
gian khai thác công trình.
Van sự cố dùng để đóng bịt cửa tháo nớc trong trờng hợp có sự cố. Các van ny cần
đảm bảo yêu cầu đóng nhanh, trong điều kiện nớc chảy v với cột nớc cao. Trong đa số các
công trình thuỷ lợi, tốc độ đóng van sự cố thờng áp dụng l 0,2
ữ 0,5 m/phút. Còn trong
những trờng hợp đặc biệt, ví dụ nh van ở cửa nhận nớc của nh máy thuỷ điện, có thể sử
dụng thiết bị đóng nhanh với thời gian đóng cửa chỉ tính bằng giây.
Van sửa chữa chỉ sử dụng để đóng các cửa trong thời gian sửa chữa van chính hay thiết
bị đóng mở nó, còn van thi công thì sử dụng trong thời kỳ xây dựng công trình. Trong nhiều
trờng hợp thờng sử dụng kết hợp các chức năng khác nhau trên 1 cửa van, ví dụ van sự cố -
sửa chữa, hay sử dụng van chính trong thời kỳ thi công, sửa chữa
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

113
2. Theo vị trí đặt van: phân thành van trên mặt và van dới sâu.
a) b) c)

d)

đ) e) g) h)

i) k) l) m)


Hình 17-1. Một số loại van trên mặt.
a) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c) Van cung; d) Van trụ lăn; đ, e) van quạt; g) Van mái nhà;
h) Van phẳng trục ngang; i) Van trụ quay; k) Van dàn quay; l) Van có thanh chống xiên; m)
Van (đập) cao su.
Loại van trên mặt (hình 17-1) thờng sử dụng ở các đập trn, cống lộ thiên Đặc điểm
của loại ny l khi đóng, đầu van nhô lên khỏi mặt nớc.
ở loại van dới sâu (hình 17-2) thì khi đóng, van ngập sâu trong nớc v chịu áp suất
lớn do nớc truyền tới.





www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

114
a)
b)
c)
d)

2

3
1
2
3
1
đ)
e)
g)

h)
i)
k)

Hình 17-2. Các dạng van dới sâu.
a) Van phẳng; b) Van cung; c) Van khoá; d) Van đĩa trục ngang; đ) Van kim; e) Van côn
(nón); g) Van trụ xoay; h) Van cầu; i, k) Van trụ đứng.
3. Theo cách truyền lực:
phân ra loại van truyền lực cho mố (hình 17-1a, b, c, d) v van truyền lực
cho ngỡng đáy (hình 17-1d, e, g, h, i, k, l, m).
4. Theo vật liệu xây dựng, phân biệt cửa van bằng thép, gỗ, bêtông cốt thép hoặc chất dẻo
(composit). Khi thiết kế, tuỳ theo quy mô lớn nhỏ, mức độ quan trọng, điều kiện lm việc của
van để chọn vật liệu cho thích hợp.
5. Theo hình thức tháo nớc qua cửa van, phân biệt: tháo nớc dới đáy (hình 17-3a), tháo
nớc trên đỉnh van (hình 17-3b) hay tháo nớc đồng thời cả ở dới đáy v trên đỉnh (hình 17-
3c).
a) b) c)

Hình 17-3. Các hình thức tháo nớc qua cửa van
a) Dới đáy; b) Trên đỉnh; c) Kết hợp.
www.vncold.vn

www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

115
Đ17-2. Cửa van phẳng
I. Khái quát
Cửa van phẳng l loại đợc sử dụng phổ biến nhất vì có cấu tạo đơn giản hơn so với
một số loại khác, lắp ráp dễ dng, dùng đợc cho cả van trên mặt v dới sâu. Loại ny có tác
dụng chắn nớc v điều tiết lu lợng khá tốt. Song loại ny lực kéo khi mở tơng đối lớn, tốc
độ đóng mở cửa không nhanh, khe van khá sâu nên trụ phải dy. Vật liệu thờng l thép, gỗ,
đôi khi bằng bêtông cốt thép.
a) b)

Hình 17-4. Van phẳng có lỡi gà (a) và van hai tầng (b)
Vật liệu gỗ thờng dùng ở những cửa có chiều rộng không quá 4 ữ 5m v áp lực nớc
khoảng 4
ữ 5m.
Cửa van thép dùng ở những nhịp lớn hơn v chịu áp lực nớc lớn hơn.
Cửa van phẳng chuyển động theo phơng thẳng đứng. Khi mở, nớc chảy luồn bên
dới cửa van cho đến khi cửa kéo hẳn lên trên mặt nớc. Ngoi tác dụng tháo nớc nó còn có
tác dụng tháo các vật dới đáy rất tốt, thí dụ tháo bùn cát đáy. Nhng nếu ở thợng lu có các
vật nổi (nhất l về mùa lũ) thì việc tháo gặp khó khăn. Thậm chí khi cửa mở đến một độ mở
nhất định, dòng chảy sẽ hút cả vật nổi xuống dới cánh cửa, vật nổi dễ xô vo đáy lm hỏng
cửa. Để khắc phục nhợc điểm ny, ở một số cửa van phẳng ngời ta lm lỡi g chắn nớc
phía trên (hình 17-4a). Lỡi g có thể xoay đợc quanh một trụ gắn ở đỉnh van. Khi cần tháo
nớc, tháo vật nổi trên mặt chỉ cần hạ lỡi g xuống. Lỡi g có hình dạng sao cho dòng chảy
qua đợc thuận. Cũng có thể lm theo hình thức van hai tầng (hình 17-4b) để chủ động khi
cần tháo nớc trên mặt hoặc dới đáy.
II. Xác định lực đóng mở cửa van phẳng
Lực đóng mở cửa van phụ thuộc nhiều yếu tố nh trọng lợng bản thân van, hình thức
liên kết giữa cửa van v bệ đỡ trong quá trình chuyển động nh liên kết theo hình thức trợt,

hình thức có bánh xe lăn
Lực mở van P
1
v lực đóng van P
2
xác định nh sau:
(
)
;TTKGKP
21211
+
+
= (17-1)