Công trình thủy lợi công trình tháo nước phương pháp tính toán khí thực TCVN 91582012

TIÊU CHU N QU C GIA

TCVN

TCVN 9158 : 2012
Xu t b n l n 1

CÔNG TRÌNH TH Y L I
CÔNG TRÌNH THÁO N

C - PH

NG PHÁP

TÍNH TOÁN KHÍ TH C
Hydraulic structures - Discharge structures
Calculation method for cavitation

HÀ N I - 2012

1



TCVN 9158 : 2012

M cl c
Trang
L i nói đ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1 Ph m vi áp d ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2 Thu t ng và đ nh ngh a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3 Ki m tra s xu t hi n khí hoá trên các b ph n c a công trình tháo n

c ..................

10

3.1 Quy đ nh chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

3.2 Ki m tra s xu t hi n khí hoá t i đ u vào c a các ng tháo n

12

c có áp . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Ki m tra kh n ng xu t hi n khí hoá t i các v trí có g gh c c b trên b m t công trình
tháo n

c..................................................................................

16

3.4 Ki m tra kh n ng xu t hi n khí hoá t i các b ph n c a bu ng van . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

3.5 Ki m tra khí hoá t i các m tiêu n ng và m phân dòng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

4 Ki m tra kh n ng xâm th c thành lòng d n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

4.1 Quy đ nh chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

4.2 Ki m tra theo l u t c ng

ng xâm th c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

4.3 Ki m tra theo l u t c cho phép không xâm th c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5 Gi i pháp phòng khí th c b ng cách ti p không khí vào dòng ch y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

5.1 Quy đ nh chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

5.2 Tính toán b ph n ti p khí trên m t tràn và d c n

c ...................................

30

i sâu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

Ph l c A (tham kh o):

b n khí th c c a m t s lo i bê tông . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

Ph l c B (tham kh o):

th xác đ nh tr s V cp c a lòng d n bê tông có m t c t ch nh t ng

v i đ hàm khí trong n

c S =0............................................................

5.3 Tính toán b ph n ti p khí t i bu ng van c a ng d

R

R

43

Ph l c C (tham kh o): Ví d tính toán ki m tra khí hoá trên các b ph n c a công trình tháo
n

c .......................................................................................

47

Ph l c D (tham kh o): Ví d tính toán ki m tra kh n ng khí th c và gi i pháp phòng khí th c
trên d c n

c...... ........................................................................

Ph l c E (tham kh o): Ví d tính toán b ph n ti p khí t i bu ng van c a c ng d

i sâu. . . . . .

54
65

3

TCVN 9158 : 2012

L i nói đ u

TCVN 9158 : 2012 Công trình th y l i - Công trình tháo n
tính toán khí th c, đ
Các công trình tháo n

c chuy n đ i t
c - H

c - Ph

ng pháp

14TCN 198 - 2006 Công trình th y l i -

ng d n tính toán khí th c, theo quy đ nh t i

kho n 1 đi u 69 c a Lu t Tiêu chu n và Quy chu n k thu t và đi m a, kho n 1
đi u 7 c a Ngh đ nh s 127/2007/N -CP ngày 01 tháng 8 n m 2007 c a Chính
ph quy đ nh chi ti t thi hành m t s đi u c a Lu t Tiêu chu n và Quy chu n k
thu t.
TCVN 9158 : 2012 do Trung tâm Khoa h c và Tri n khai k thu t th y l i thu c
tr

ng

i h c Th y l i biên so n, B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn đ

ngh , T ng c c Tiêu chu n
Công ngh công b .

4

ol

ng Ch t l

ng th m đ nh, B Khoa h c và


TCVN 9158 : 2012

TIÊU CHU N QU C GIA

TCVN 9158 : 2012

Công trình th y l i - Công trình tháo n
Ph

c

ng pháp tính toán khí th c

Hydraulic structures - Discharge structures
Calculation method for cavitation

1
1.1

Ph m vi áp d ng
Tiêu chu n này quy đ nh ph

trình tháo n

c và các gi i pháp phòng ch ng khí th c khi thi t k m i ho c thi t k s a ch a, nâng

c p các công trình tháo n
1.2

ng pháp tính toán ki m soát khí th c trên các b ph n c a công

c.

Không áp d ng tiêu chu n này đ tính toán khí th c các máy b m và turbin th y l c.

2 Thu t ng và đ nh ngh a
Tiêu chu n này s d ng các thu t ng và đ nh ngh a sau:
2.1
Ch y bao (Boundary layer flow)
Ph n dòng ch y n m

khu v c ti p xúc v i b m t lòng d n. Khi dòng ch y bám sát b m t lòng d n

là ch y bao thu n. Khi dòng ch y không bám sát b m t lòng d n là ch y bao không thu n (còn g i là
hi n t

ng tách dòng).

2.2
Vùng tách dòng (Flow separation zone)
Ph n không gian gi i h n gi a b m t lòng d n và b m t c a ch l u (dòng chính).
2.3
V t ch y bao (Object of boundary flow)
V t r n có m t ngoài (hay m t ph n c a m t ngoài) ti p xúc v i dòng n

c ch y.

2.4
Hi n t

ng gi m áp (Pressure reduction phenomenon)

Hi n t

ng gi m áp su t

vùng tách dòng do không đ

c b sung không khí.

5


TCVN 9158 : 2012
2.5
Áp su t chân không (Vacuum pressure)
Khi áp su t t i m t đi m gi m đ n tr s nh h n áp su t khí tr i thì t i đi m đó có áp su t chân không.
Áp su t chân không ký hi u là p ck , xác đ nh theo công th c (1):

R

R

p ck = p a - p
R

R

R

(1)

R

trong đó:
p a là áp su t khí tr i, Pa;
R

R

p là áp su t tuy t đ i t i đi m đang xét, Pa.
2.6
Áp su t phân gi i (Boundary pressure)
Áp su t t

ng ng v i nhi t đ xác đ nh làm cho n

c b hoá h i, ký hi u là p pg .
R

R

2.7
Khí hoá (Bubble generation)
Hi n t
khi
n

ng xu t hi n hàng lo t các bong bóng ch a khí và h i n
đó có nhi t đ bình th

c

trong n

c đang chuy n đ ng

ng nh ng áp su t b gi m xu ng th p h n m t tr s gi i h n làm cho

c b hoá h i.

2.8
H s khí hoá (Bubble generation coefficient)
il

ng dùng đ bi u th m c đ m nh y u c a khí hoá trong n

c, ký ki u là K.

2.9
H s khí hoá phân gi i (Coefficient of boundary bubble generation)
Giá tr c a h s khí hoá K t

ng ng v i tr ng thái ch m khí hoá (tr ng thái m i b t đ u hình thành

các bong bóng khí), ký hi u là K pg .
R

R

2.10
Các giai đo n khí hoá (Stages of bubble generation)
M c đ phát tri n c a khí hoá trong dòng ch y đ

c chia thành ba giai đo n chính sau đây:

a) Giai đo n b t đ u khí hoá: hình thành các bong bóng khí có kích th
b) Giai đo n khí hoá m nh: hình thành các bong bóng khí có kích th

c nh , m t đ còn th a;
c l n, m t đ dày đ c và t p

trung trong m t khu v c t o thành đu c khí;
c) Giai đo n siêu khí hoá: các bong bóng khí hình thành nhi u và nhanh nh ng b cu n đi m nh theo
dòng ch y, không t p trung trong m t khu v c xác đ nh, đu c khí l n và kéo dài d c theo dòng ch y.
6


TCVN 9158 : 2012

2.11
H s giai đo n khí hoá (Coefficient of stage of bubble generation)
H s bi u th m c đ phát tri n c a khí hoá trong dòng ch y, ký hi u là β. Tr s c a β đ

c xác đ nh

theo công th c (2):
β =
Tr s c a β t

K
K pg

(2)

ng ng v i các giai đo n khí hoá nh sau:

- Giai đo n b t đ u khí hoá

: 0,8 < β ≤ 1,0 ;

- Giai đo n khí hoá m nh

: 0,1 < β ≤ 0,8) ;

- Giai đo n siêu khí hoá

: β ≤ 0,1

2.12

Khí th c (Cavitation)
Hi n t

ng tróc r , phá ho i, xâm th c b m t lòng d n do khí hoá đ m nh và tác đ ng trong m t th i

gian đ dài.
2.13
Chi u sâu h xâm th c (Depth of erosion hole)
Kho ng cách theo chi u vuông góc v i b m t thành lòng d n t v trí ban đ u (ch a xâm th c) đ n v
trí hi n t i (đã xâm th c), ký hi u là h x .
R

R

2.14
Di n tích b m t b xâm th c (Area of the eroded surface)
Di n tích ph n b m t lòng d n mà trên đó có t n t i các h xâm th c, ký hi u là F x .
R

R

2.15
Th tích h xâm th c (Volume of the erosion hole)
Th tích c a toàn b ph n v t li u trên b m t lòng d n b phá ho i b i xâm th c và b dòng ch y cu n
đi, ký hi u là W x .
R

R

2.16

C

ng đ xâm th c theo th i gian (Erosion intensity with respect to time)

T s gi a các đ i l

ng h x , F x , W x v i th i gian xâm th c t. C

đánh giá b ng các đ i l
a) C

R

R

R

R

R

R

ng đ xâm th c theo th i gian đ

c

ng sau:

ng đ xâm th c theo chi u sâu, ký hi u là i h

R

R

:

ih =
R

R

hx
t
7


TCVN 9158 : 2012
b) C

ng đ xâm th c theo chi u r ng, ký hi u là i F

:

iF =

Fx
t

c) C

ng đ xâm th c theo th tích, ký hi u là iW

:

iw =

Wx
t

R

R

R

R

R

R

R

R

2.17
b n khí th c c a v t li u (Cavitation stability of material)
il

ng đ xâm th c, ký hi u là R x . Tr s R x thay đ i theo t ng lo i v t li u.

ng t l ngh ch v i c

R

R

R

R

i v i v t li u bê tông, tr s R x t l thu n v i đ b n nén R b .
R

R

R

R

2.18
b n khí th c t

ng đ i (Relative cavitation stability)

T s gi a đ b n khí th c R x c a v t li u đang xét v i đ b n khí th c R XO c a v t li u chu n (lo i v t
R

li u đ

R

R

c s d ng nhi u trong xây d ng công trình tháo n

c, đã đ

R

c nghiên c u nhi u v các đ c

tr ng ch ng xâm th c).
2.19
Hàm khí trong n
Hi n t
đ

ng n

c (In-water gaseous function)

c ch y qua công trình tháo n

c ch a trong n

c có ch a m t th tích không khí nh t đ nh. Không khí

c có th t các ngu n sau đây:

- Khí hoà tan t nhiên;
- Khí b hút vào dòng ch y t m t thoáng khi dòng ch y có l u t c l n (g i là t hàm khí);
- Không khí đ

c đ a vào dòng ch y thông qua các b ph n ti p khí.

i v i l p dòng ch y sát b m t lòng d n, đ hàm khí trong n
càng gi m.

hàm khí trong n
S=

cđ

c càng cao thì kh n ng khí th c

c xác đ nh thông qua h s hàm khí trong n

dWa
dWc

c, ký hi u là S:

(3)

trong đó:
dW c là th tích m t phân t bao g m c n
R

R

c và không khí;

dW a là th tích c a ph n không khí ch a trong dW c .
R

R

R

R

2.20
Các tr s l u t c dùng trong tính toán khí th c (Velocity values using in the cavitation calculation)
Các tr s l u t c dùng trong tính toán khí th c quy đ nh sau đây là tr s l u t c trung bình th i gian
(ch a xét đ n m ch đ ng):

8


TCVN 9158 : 2012
a) L u t c c c b : tr s l u t c t i m t đi m xác đ nh trong dòng ch y, ký hi u là u ;
b) L u t c bình quân m t c t : tr s l u t c tính bình quân cho toàn m t c t, ký hi u là V:

Q

V =

(4)

ω

trong đó:
Q là l u l

ng, m3/s;
P

P

ω là di n tích m t c t

t , m2;
P

P

c) L u t c sát thành : tr s l u t c c c b t i m t đi m cách m t c b n c a lòng d n m t kho ng cách
b ng y, ký hi u là V y ;
R

R

d) L u t c đ c tr ng : tr s l u t c quy
V T . Tr s V
R

R

R

e) L u t c ng

T

R

đ

c quy

ct

c đ xác đ nh h s khí hoá theo công th c (7), ký hi u là

ng ng cho t ng lo i v t li u ch y bao;

ng xâm th c : l u t c c a dòng ch y khi đ t đ n tr s này thì b m t v t li u lòng d n

b t đ u b xâm th c, ký hi u là V ng . Tr s V ng c a v t li u bê tông ph thu c vào đ b n nén c a v t
R

R

li u (ký hi u là R b ) và đ hàm khí trong n
R

R

R

R

c S (xem hình 1) :

Rb, MPa

Vng, m/s

Hình 1 - Quan h Vng = f(Rb,S) c a v t li u bê tông
f) L u t c cho phép không xâm th c : tr s l u t c cho phép l n nh t c a dòng ch y không gây xâm
th c b m t v t li u lòng d n m c dù có khí hoá m nh và tác đ ng trong th i gian dài, ký hi u là V cp .
R

R

Dòng ch y không gây xâm th c b m t lòng d n khi có v n t c trung bình m t c t t i v trí ki m tra, ký
hi u là V luôn nh h n l u t c cho phép (V < V cp ).
R

R

9


TCVN 9158 : 2012
3

Ki m tra s xu t hi n khí hoá trên các b ph n c a công trình tháo n

3.1

Quy đ nh chung

3.1.1

Ki m tra v i các ch đ làm vi c khác nhau, trong đó ph i có các tr

a) Tháo n

ng h p sau :

ng thay đ i t 0 đ n Q max , trong đó Q max là l u l

c v i các c p l u l

R

R

R

c

R

ng tháo khi x y ra

l thi t k ;
b) C a van m hoàn toàn và m t ng ph n;

c) M đ u t t c các c a van và tr
3.1.2

ng h p có m t c a van b h n ch kh n ng làm vi c do s c .

Ki m tra các b ph n, các m t c t khác nhau trên công trình tháo n

c, trong đó ph i có các v

trí sau đây :
a)
b)

u vào c a các c a tháo n

cd

i sâu có áp;

nh đ p tràn c a các công trình x m t;

c) Các v trí g gh c c b trên m t đ p tràn, trên m t d c n

c phát sinh trong quá trình thi công ho c

trong quá trình khai thác;
d) Các khe, ng

ng, m phân dòng… trong b ph n bu ng van;

e) Các m phân dòng

cu i d c n

c hay trong b tiêu n ng (n i có ch đ ch y bao không thu n).

i u ki n không phát sinh khí hoá là h s khí hoá K t i các b ph n ti p xúc v i n

3.1.3

công trình tháo n

cc a

c trong t t c các ch đ làm vi c quy đ nh t i 3.1.1 ph i l n h n h s khí hoá

phân gi i :
K > K pg
R

3.1.4

(5)

R

N u tính toán, thi t k theo quy đ nh t i 3.1.3 d n đ n kích th

không tho mãn yêu c u kinh t , có th cho phép có khí hoá
nh ). i u ki n kh ng ch trong tr

c quá l n

giai đo n đ u (có kh n ng xâm th c

ng h p này nh sau:

K > 0,85.K pg
R

3.1.5

c công trình tháo n

R

(6)

Giá tr c a h s khí hoá K xác đ nh theo công th c (7):
K=

H DT - H pg
2
VDT
2g

(7)

trong đó:
V DT là l u t c (tr s trung bình th i gian) đ c tr ng c a dòng ch y bao quanh công trình hay

R

R

b ph n công trình đang xét, m/s;
g là gia t c tr ng tr

10

ng, m/s2;
P

P


TCVN 9158 : 2012
H DT là c t n
R

c áp l c toàn ph n đ c tr ng c a dòng ch y bao quanh công trình hay b ph n

R

công trình đang xét, m. C t n

c H DT xác đ nh theo công th c :
R

R

H DT = H a + h d
R

R

R

R

R

(8)

R

h d là c t n

c áp l c d t

H a là c t n

c áp l c khí tr i, ph thu c vào cao đ m c n

R

R

R

R

ng ng v i t ng lo i v t ch y bao, xác đ nh theo 3.3.3.6;
c t i đi m đang xét (xem b ng

1).
B ng 1 – Quan h gi a c t n
Cao đ
m

c áp l c khí tr i và cao đ đi m đang xét so v i m c n

Cao đ
m

Ha
m
R

Ha
m
R

Cao đ
m

c bi n

Cao đ
m

Ha
m
R

Ha
m
R

0

10,33

400

9,84

800

9,38

1 500

8,64

100

10,23

500

9,74

900

9,28

2 000

8,14

200

10,09

600

9,62

1 000

9,18

2 500

7,70

300

9,98

700

9,52

1 200

8,95

3 000

7,37

3.1.6

Tr s

K pg ph
R

R

thu c vào đ c tr ng hình h c c a v t ch y bao, đ

nghi m mô hình, theo dõi s
chuyên d ng.

xu t hi n các bong bóng khí b ng m t th

c xác đ nh b ng th c

ng ho c đo b ng các máy

i u ki n đ dòng ch y t i m t khu v c nào đó c a k t c u công trình xu t hi n khí hoá:

a) Có áp su t tuy t đ i p nh h n ho c b ng áp su t phân gi i p pg (p ≤ p pg ). T i v trí xem xét, tr s p
R

R

R

R

xác đ nh theo công th c :
p = pa + pd
R

R

R

(9)

R

trong đó:
p a là áp su t khí tr i, ph thu c vào cao đ đi m đang xét so v i m c n
R

R

p d là c t n
R

R

b) Có c t n

c bi n, Pa;

c áp l c d , Pa;

c áp l c H t

ng

ng v i áp su t p nh h n ho c b ng c t n

c phân gi i H pg (H ≤
R

R

H pg );
R

R

c) Có h s khí hoá K nh h n ho c b ng h s khí hoá phân gi i K pg (K ≤ K pg ). N u hình d ng c a v t
R

ch y bao đang xét không phù h p v i các v t chu n đã đ
nghi m mô hình đ xác đ nh K pg t
R

3.1.7

R

p pg = γ. H pg
R

R

R

c nghiên c u thì ph i ti n hành các thí

ng ng.

Quan h gi a áp su t phân gi i v i c t n
R

R

R

R

c áp l c phân gi i xác đ nh theo công th c (10):

(10)

trong đó:

11


TCVN 9158 : 2012
γ

là tr ng l

ng riêng c a n

H pg là c t n
R

c, Pa/m ;

c áp l c phân gi i c a n

R

c, ph thu c vào nhi t đ n

B ng 2 - Tr s c a c t n

c, m, l y theo b ng 2:

c áp l c phân gi i

Nhi t đ t, °C

5

10

15

20

25

30

40

H pg , m

0,09

0,13

0,17

0,24

0,32

0,44

0,75

R

R

3.2

Ki m tra s xu t hi n khí hoá t i đ u vào c a các ng tháo n

3.2.1

Yêu c u thi t k
u vào c a ng tháo n

3.2.1.1

c có áp

c có áp c n có d ng thu n dòng đ gi m h s s c c n th y l c và

gi m kh n ng xu t hi n chân không, d n đ n phát sinh khí hoá và khí th c. Theo nguyên t c này,
đo n đ u vào c a ng đ
3.2.1.2 Tu theo s l

c làm v i m t c t m r ng d n t thân ng v phía th
ng ng tháo và b trí t ng th công trình tháo n

r ng d n c a đ u vào v phía th

b) M

i) và ph

c, có th ch n s

đ m

ng l u theo 2 cách:

a) M r ng không gian: đ u vào đ
xu ng d

ng l u.

c m r ng v phía th

ng l u theo c ph

ng đ ng (lên trên và

ng ngang (sang trái và sang ph i);

r ng ph ng: đ u vào m

r ng v phía th

ng l u ch theo ph

ng đ ng, còn ph

ng ngang

gi b r ng không đ i.
CHÚ THÍCH: Khi ng tháo đ t sát đáy đ p thì s m r ng c a đ u vào theo ph

3.2.1.3

ng biên m r ng c a đ u vào v phía th

ng đ ng ch là s m r ng lên trên.

ng l u có th ch n theo các d ng đ

khác nhau, trong đó d ng cung 1/4 elip là thông d ng nh t. Cung 1/4 elip đ
s sau:
- Bán tr c theo h

ng song song v i tr c ng, ký hi u là a;

- Bán tr c theo h

ng vuông góc v i tr c ng, ký hi u là b;

Tr

ng h p a = b thì đ

ng biên c a đ u vào là cung 1/4 đ

ng tròn.

3.2.1.4 Các thông s hình h c c a đ u vào bao g m:
a)

tho i c a đ

ng cong c a vào:
Ks =
R

b)

R

m r ng c a m t c t ng v phía th
Kr =
R

trong đó:
12

a
b

R

ω cv
ω1

(11)
ng l u:
(12)

ng cong

c đ c tr ng b i các thông


TCVN 9158 : 2012
ω cv là di n tích m t c t ngang ng t i v trí đ u c a vào, m2;
R

R

P

P

ω t là di n tích m t c t ngang ng t i v trí cu i đo n vào (ti p giáp v i thân ng), m2.
R

R

P

P

3.2.2 Các thông s th y l c c a đ u vào liên quan đ n tính toán khí th c

3.2.2.1 H s gi m áp l c l n nh t (tr s trung bình th i gian) C pmax xác đ nh theo công th c (13). Tr
R

R

s C pmax c a các d ng c a vào khác nhau cho trên hình 2 và hình 3:
R

R

C pmax =
R

γ .Z v

(13)

R

pv

trong đó:
γ là tr ng l

ng riêng c a n

c, Pa/m;

Z V là chênh l ch cao đ m c n
R

R

c th

ng l u v i tr n c ng t i m t c t cu i đ u vào, m;

p V là áp su t d (tr s trung bình th i gian) t i tr n c ng
R

R

m t c t cu i đ u vào, Pa.

Hình 2 - Quan h C pmax = f (K s ,K r ) c a các c a vào đ
R

R

R

R

R

R

ng x sâu

α

CHÚ D N:
A Mi n ch y không tách dòng;

13


TCVN 9158 : 2012
B Mi n ch y tách dòng.

Hình 3 - Quan h

C pmax = f(K r , α) c a các c a vào elip
R

R

có K s = 2 và mái th
R

R

R

R

ng l u nghiêng góc α

3.2.2.2 H s tiêu chu n m ch đ ng áp l c t i c a vào δ p xác đ nh theo công th c (14). Tr s
R

R

δp c a
R

R

các d ng c a vào khác nhau cho trên hình 4 và hình 5:
δp =
R

R

σp

(14)

Vt 2
2g

trong đó:
σ p là tr s tiêu chu n m ch đ ng c t n
R

R

c áp l c t i m t c t cu i đo n vào (xác đ nh b ng

cách x lý th ng kê các s li u đo áp l c), m;

V t là l u t c bình quân t i m t c t cu i đo n vào, m/s;
R

g

R

là gia t c tr ng tr

ng, m/s2.
P

P

CHÚ D N:

14

-

ng cong 1 dùng cho đ u vào ki u I;

-

ng 2 dùng cho đ u vào ki u II, tr n và t

-

ng 3 dùng cho tr n và đáy ki u III, tr n ki u IV, VI;

ng ki u V;


TCVN 9158 : 2012
ng 4 dùng cho t

-

ng ki u III, IV và đáy ki u IV.

Hình 4 - Tr s δ p c a các c a vào có biên là cung 1/4 đ
R

ng tròn

R

Hình 5 - Tr s δ p c a các c a vào elip ch m r ng v phía trên
R

3.2.3

R

H s khí hoá phân gi i c a c a vào

3.2.3.1 H s khí hoá phân gi i K pg c a c a vào xác đ nh theo công th c sau:
R

R

K pg = C pmax + φ.δ p
R

R

R

R

R

(15)

R

trong đó:

C pmax và δ p xác đ nh theo 3.2.2 ;
R

R

R

R

φ là h s m ch đ ng l n nh t, ph thu c vào m c b o đ m trong tính toán thi t k (p %), quy
đ nh

b ng 3. Các c a vào đ

c thi t k theo đi u ki n không cho phép phát sinh khí hoá l y φ = 4.

B ng 3 - Giá tr c a φ theo các m c b o đ m thi t k
p, %

2,00

1,00

0,50

0,20

0,10

0,05

0,01

0,025

0,005

φ

2,05

2,23

2,58

2,88

3,00

3,20

3,48

3,72

3,83

15


TCVN 9158 : 2012
3.2.3.2 Khi ch n m c b o đ m thi t k p ph i c n c vào lo i công trình, c p công trình và th i gian
làm vi c c a công trình, c th nh sau:
-

i v i công trình t m th i và các c a s a ch a: p = 2,0 % ;

-

i v i các công trình lâu dài: p l y theo t n su t ki m tra và c p công trình, đ

c quy đ nh trong quy

chu n k thu t hi n hành (p t 0,5 % đ n 0,02 %).
Xác đ nh h s khí hoá th c t K

3.2.4

H s khí hoá th c t K xác đ nh theo công th c (7). Các tr s H DT và V
R

a) C t n

c đ c tr ng, m

b) L u t c đ c tr ng, m/s

R

R

T

R

l y nh sau:

: H DT = Z V + H a

(16)

= VT

(17)

R

:V

R

R

T

R

R

R

R

R

R

R

trong đó:
Z V là chênh l ch cao đ gi a m c n
R

c th

R

ng l u tính toán v i tr n c ng tháo

cu i đ u

vào, m;
H a là c t n
R

R

c áp l c khí tr i, m, l y theo b ng 1;

V T là l u t c trung bình t i m t c t cu i đ u vào (ti p giáp v i thân ng), m/s.
R

R

Ki m tra kh n ng xu t hi n khí hoá t i các v trí có g gh c c b trên b m t công trình

3.3
tháo n
3.3.1

c
Các d ng g gh c c b

3.3.1.1 G gh c c b trên b m t công trình tháo n

cđ

c quy v các d ng đi n hình sau đây:

a) Các m u dài ch y ngang ho c ch y d c theo chi u dòng ch y đ

c t o ra

ch n i các ph n c a

ván khuôn bê tông ho c các t m thép lát trên b m t lòng d n;
b) Các m u l i c c b trên n n t

ng đ i đ ng nh t c a b m t công trình tháo n

c, đ

c t o ra b i

các hòn c t li u l n n m sát b m t kh i bê tông, các đinh và êcu, các đ u c t thép nhô ra v.v..;
nhám t nhiên t

c)

d) Các l

ng đ i đ ng đ u trên b m t bê tông, b m t kim lo i b

n mòn…;

n sóng tho i trên b m t do thi công gây ra.

3.3.1.2 Khi dòng ch y có l u t c l n đi qua các v trí có g gh c c b , các tia dòng s không còn bám
sát thành r n, t o nên chân không

phía sau các m u này. Khi tr s áp l c chân không v

t quá áp

l c phân gi i thì s hình thành khí hoá và có th d n đ n khí th c phá ho i b m t công trình tháo
n

c. Khi h s khí hoá th c t K c a dòng ch y t i v trí có m u g gh c c b nh h n ho c b ng h

s khí hoá phân gi i s phát sinh khí hoá : K ≤ K pg .
R

3.3.2

16

Xác đ nh h s khí hoá phân gi i

R


TCVN 9158 : 2012

H s khí hoá phân gi i K pg c a các d ng m u g gh đ c tr ng đ
R

R

c xác đ nh b ng thí nghi m mô

hình, quy đ nh trong b ng 4.
Xác đ nh h s khí hoá th c t t i v trí có m u g gh

3.3.3

3.3.3.1 H s khí hoá th c t K t i v trí có m u gh gh xác đ nh theo công th c (7). Giá tr c a H DT
R

và V

R

T

R

ph thu c vào v trí c a m u g gh trên toàn b dòng ch y, đ

R

c xác đ nh theo các quy đ nh

t 3.3.3.2 đ n 3.3.3.4.

B ng 4 – Các d ng m u g gh đ c tr ng và tr s K pg t
R

Lo i m u

ng ng

R

S đ

1. B c l i theo chi u dòng ch y (đ u

K pg
R

K pg = 0,125.α0,65
R

b

m t, ch

n i c p pha

R

P

α

l p gia c
v.v…)

Z m ≥ δ : K pg = 1,0;
R

Zm

2. B c th t theo chi u dòng ch y

3. Nhám đ u t

R

α

nhiên trên m t v i

chi u cao m u bình quân ∆

4.

R

hàn,...)

m t s c

c nh (d u v t do n i c p pha,...)

R

δ

:

riêng r

ra,…

=





−0 , 5

R

K pg = 2,0
R

n tròn:

K pg = 2,0;
R

hòn c t li u l n, đ u c t thép nhô

R

R

 Lm

Z
K pg = 2,24  m

R

(các

R

3/ 4

- Khi mép l
6. Các m u l i c c b

K pg

K pg = 1,0

R

5. M u l i đ n đ c có b

<

R

 Zm 


 δ 

R

tho i trên m t ph ng đ u (m i

R

R

- Khi mép s c:
K pg = 3,5
R

R

17


TCVN 9158 : 2012
CHÚ THÍCH: Góc α tính b ng đ .

3.3.3.2 Theo m c đ hình thành và phát tri n c a l p biên r i, dòng ch y đ

c chia thành các d ng

đ c tr ng nh sau:
a) D ng I: đo n đ u c a dòng ch y, n i dòng ch y có bi n d ng đ t ng t do thay đ i hình d ng lòng
d n, bao g m các vùng co h p dòng ch y
c a van, dòng ch y
b ph n này đ

c, vùng co h p khi ch y d

m t bên c a đ u tr pin, dòng ch y sau các khe van, b c th t, ng

c đ c tr ng b i s

gia t c dòng ch y

c a vào công trình tháo n

i

ng đáy. Các

thay đ i đ t ng t áp l c và l u t c trên m t chi u dài không l n,

g n b m t l n, chi u dày l p biên δ r t nh , cùng b c v i chi u cao có th có c a

các m u g gh ;
b) D ng II: đo n dòng ch y có l p biên phát tri n d n, phân b l u t c trên m t c t ngang thay đ i theo
chi u dài dòng ch y, g m các ph n c a đ

ng tháo n

c có áp có hình d ng và di n tích m t c t

không đ i ho c thay đ i theo chi u dài b m t c a đ p tràn, d c n

c, các ph n c a đ

ng tháo n

c

sau c a van…;
c) D ng III:

o n dòng ch y có l p biên đã phát tri n và đ t đ n n đ nh, phân b l u t c trên m t c t

không đ i d c theo chi u dài, g m dòng ch y trên các đ

ng tháo n

c có áp hay không áp,

cách xa m t c t đ u (v trí c a vào hay van đi u ti t) m t đo n l n h n 40 l n kích th
theo ph

c ly

cm tc t

t

ng pháp tuy n v i m t đáy.

Hình 6 gi i thi u các d ng đ c tr ng đi n hình c a dòng ch y.
3.3.3.3 L u t c đ c tr ng c a dòng ch y trên các b ph n thu c d ng I xác đ nh nh sau:
a) Dòng ch y

c a vào hay d

i c a van:

V DT = V c
R

b) Dòng ch y

đ p tràn hay

R

R

(18)

R

đo n cong c a lòng d n:
V DT = V CB
R

R

R

(19)

R

trong đó:
V c là l u t c trung bình t i m t c t co h p sau c a vào hay sau c a van, m/s;
R

R

V CB là l u t c bình quân c c b
R

3.3.3.4
V

R

T

R

g n thành lòng d n, không k đ n l p biên, m/s.

R

o n dòng ch y thu c d ng II: v i các d ng m u s 1, s 3, s 4, s 5 và s 6 trong b ng 4,

là l u t c c c b

v trí đ nh m u g gh . V i b c th t theo chi u dòng ch y (d ng m u s 2 trong

b ng 4), V DT l y b ng V max , trong đó V max là tr s l u t c c c b t i v trí cách thành lòng d n m t đo n
R

R

R

R

R

R

b ng δ (δ là chi u dày l p biên c a dòng ch y). V

R

b ng l u t c c c b V y t i v trí cách m t c
R

R

T

R

c a dòng ch y trên các b ph n thu c d ng II l y

b n c a thành lòng d n m t kho ng b ng y (V DT = V y ).

Cách xác đ nh các thông s y và V y nh sau:
R

R

a) Tr s c a y đ i v i các m u g gh đ c tr ng trong b ng 4 l y nh sau:
18

R

R

R

R


TCVN 9158 : 2012
-

i v i d ng m u s 1, s 3, s 4, s 5 và s 6 :

y = Z m + ∆.

-

i v i d ng m u s 2:

y = δ + ∆.

R

R

trong đó:
∆ là chi u cao nhám t

ng đ

ng trên b m t, ph thu c vào lo i v t li u và ch t l

ng thi

công, mm, xem b ng 5;
Z m là chi u cao m u g gh c c b , mm;
R

δ

R

là chi u dày l p biên t i m t c t đang xét, mm;

19


TCVN 9158 : 2012

b) B c th t

đáy

δ

δ

δ

δ

a) Khe van khi m m t ph n

δ

δ

δ

δ

CHÚ THÍCH :
a) Khi m van hoàn toàn: L l y t 6b đ n 8b;
b) Khi van m m t ph n : L l y t 2b đ n 4b.

Hình 6 - Các d ng ch y đ c tr ng trên công trình tháo n

20

c


TCVN 9158 : 2012
B ng 5 - Chi u cao nhám t

ng đ

ng trên b m t c a m t s v t li u chính
∆
mm

c tr ng nhám
1. B m t thép có các v t n mòn y u

T 0,05 đ n 0,10

2. B m t thép b h h ng do n mòn

T 0,10 đ n 1,50

3. M t bê tông đ

T 0,30 đ n 0,50

c trát và mài nh n c n th n

4. M t bê tông phun

T 0,50 đ n 1,00

5. M t bê tông v i ván khuôn b ng kim lo i

T 0,50 đ n 1,00

6. M t bê tông v i ván khuôn b ng g

T 1,00 đ n 4,00

7. M t bê tông v i ván khuôn b ng g hay kim lo i, sau m t s n m khai thác

T 1,50 đ n 6,00

b) Tr s l u t c sát thành V y xác đ nh theo công th c sau :
R

R

Vy =
R

R

VTB

ϕv

. ξ1 .ξ 2

(20)

trong đó:
ξ 1 , ξ 2 là các đ i l
R

R

R

R

ng ph thu c vào t s δ/∆ và y/∆, xác đ nh trên hình 7;

V TB là l u t c trung bình m t c t, m/s;
R

R

ϕV
R

R

là h s bi u th quan h gi a l u t c trung bình và l u t c l n nh t trong dòng ch y khi

chi u dày l p biên và d ng m t c t ngang c a dòng ch y đã bi t. Tr s c a ϕ v xác đ nh nh sau:
R

R

1) V i dòng không áp m t c t ngang hình ch nh t có b r ng B và đ sâu n



 
δ 2  B + 2h  δ
δ
1 

ϕv =
(h − δ )(B − 2δ ) +
 δ  ln ∆ + 2  − 2 ln ∆ − 5 
δ
Bh 



ln + 3 
∆


R

R

2) V i đ

(21)

ng tháo có áp, m t c t hình tròn bán kính r:



2


1 
1
4
r
δ
δ
δ



2
ϕ v = 2 (r − δ ) +
 ln + 2  − 2 ln − 5 

∆
2 δ
∆
δ
r 



ln + 3  


∆
R

c h:

R

(22)

c) Gi i h n c a dòng ch y d ng II l y đ n m t c t mà t i đó chi u dày l p biên δ l y nh sau:




B

2

-

i v i dòng không áp, m t c t ch nh t: δ = min  h,

-

i v i dòng có áp, m t c t ch nh t:

δ = min  ,

-

i v i dòng có áp, m t c t tròn:

δ = r.

h B

2 2

21


TCVN 9158 : 2012

Hình 7 - Bi u đ quan h ξ 1 = f (y/∆); ξ 2 = f(δ/∆); δ/∆ = f (L/∆)
R

R

R

R

3.3.3.5 Trên các b ph n dòng ch y thu c d ng III, V DT c ng xác đ nh nh b ph n dòng ch y d ng II
R

R

nh ng v i chi u dày l p biên không đ i.
3.3.3.6 C t n

c áp l c đ c tr ng H DT xác đ nh theo công th c (23):
R

R

H DT = H a + h d
R

22

R

R

R

R

R

(23)


TCVN 9158 : 2012
trong đó:

H a là c t n

c áp l c khí tr i, m, xem b ng 1;

h d là c t n

c áp l c d , xác đ nh nh sau:

R

R

R

R

a)

i v i dòng ch y không áp:

h d = h cos ψ;

b)

i v i dòng ch y có áp:

hd = Z - hw

R

R

R

R

R

R

h là chi u sâu dòng ch y t i m t c t tính toán, m;
ψ là góc nghiêng c a đáy lòng d n so v i ph
Z là chênh l ch cao đ t m c n
là c t n

hw
R

R

theo ph

c t n th t tính t

c th

ng l u đ n tr n c a m t c t đang xét, m;

m t c t tr

ng pháp tính toán th y l c thông th

ng ngang;

c c a vào đ n m t c t đang xét, đ

c xác đ nh

ng, m.

3.4

Ki m tra kh n ng xu t hi n khí hoá t i các b ph n c a bu ng van

3.4.1

Yêu c u chung

Khi d báo khí hoá trên các b ph n c a bu ng van, ph i xét đ n các tr

ng h p sau:

a) Khí hoá trên các m u g gh b m t bu ng van và c a van;
b) Khí hoá trên các khe, c a vào gi ng van, b c th t

đáy khi van m hoàn toàn;

c) Khí hoá trên các khe và trên c a van khi van m m t ph n;
d) Khí hoá trên các đ u tr pin trong bu ng van;
e) Khí hoá khi có rò n

c qua các thi t b khít n

c

c a van.

3.4.2 Ki m tra khí hoá khi m van hoàn toàn
3.4.2.1 Xác đ nh tr s K pg
R

3.4.2.1.1 Ngu n phát sinh khí hoá trong tr

ng h p này ch y u

tr van cung. Hình 8 gi i thi u m t s thông s v khí hoá

các khe van ph ng hay bán khe

các khe van khi m hoàn toàn.

3.4.2.1.2 H s khí hoá phân gi i K pg xác đ nh theo các công th c sau:
R

a) T i m t tr

R

c c a khe:

 W 
− 1 .K d

 h



K pgt = K pgy 1 + 0,65
R

R

R

R



R

R

(24)

b) T i m t sau c a khe:



 W 
− 1


 h

K pgs = A K w K B 1 + 0,65
R

R

R

R

R

R



(25)

trong đó:
K pgy l y theo d ng s 2 c a b ng 4;
R

R

23


TCVN 9158 : 2012

Kd
R

R

là h s s a ch a do lùi b m t lòng d n sau khe van v phía tr (xem hình 8, d ng a),

xác đ nh theo b ng 6;
W là b r ng khe, m;
h là đ sâu c a khe, m;
Các ký hi u khác xem s đ hình 8.

I

a)

II
A = 1,2.(1 – 10d/W)
0,00 ≤ d/W ≤ 0,08

δ

Kd ≈ d/W
b)

a = 0,03

c)

R/W

0,3

0,4

0,8

1,7

A

0,50

0,35

0,20

0,08

a = 0,2.W

Kd = 1,0
B/a

1

2

3

4

A

0,65

0,35

0,27

0,15

δ

d)

a = 0,4.W
B/a

1

2

3

A

0,35

0,17

0,08

g)

δ

e)

CHÚ D N : 1,0 ≤ W/h ≤ 3,0

Hình 8 - M t s thông s chính v khí hoá

các khe van khi m hoàn toàn

B ng 6 - Tr s K d trong công th c (24)
R

d/W

0,00

0,04

0,08

0,12

Kd

0,55

0,75

0,90

1,00

R

24

R


TCVN 9158 : 2012
3.4.2.1.2 H s K xác đ nh theo công th c (7), trong đó:
V DT l y b ng tr s l u t c bình quân t i m t c t có khe van, m/s;
R

R

H DT = H a + h d ;
R

R

R

R

R

h d là c t n
R

R

c áp l c d tính đ n đi m cao nh t c a khe van đ

R

c xác đ nh b ng tính toán th y

l c, m.
3.4.3

Ki m tra khí hoá khi van m t ng ph n

3.4.3.1 Ki m tra khí hoá do tách dòng sau c a van
3.4.3.1.1 Tr s K pg ph thu c vào hình d ng c a van và đ choán c a van trong khe, xem s
R

R

đ

hình 9 (đ choán là t l gi a di n tích hình chi u lên m t ph ng n m ngang c a k t c u van n m trong
ph m vi khe và di n tích W.h c a m t c t ngang khe). Tr s K pg xác đ nh nh sau:
R

a) Van cung

:

b) Van cung ng

c

R

K pg l y t 1,2 đ n 1,5 ;
R

R

:

- H l u s c mép

:

K pg l y t 1,9 đ n 2,0;

- Mép tù

:

K pg l y t 1,3 đ n 1,6;

R

R

R

R

c) Van ph ng khi đ choán l n h n 75 %: K pg l y t 1,6 đ n 2,0.
R

R

Khi đ choán nh h n 75 % thì K pg l y theo giá tr l n và không ph thu c vào đ m van.
R

R

CHÚ D N:
a S đ c a van cung;
b S đ c a van cung ng

c;

c S đ c a van ph ng.

Hình 9 – S đ m t s d ng c a van m t ng ph n
3.4.3.1.2 Giá tr c a h s khí hoá K tính toán theo công th c (7). Các thông s trong công th c này
xác đ nh nh sau:
a) C t n

c áp l c đ c tr ng H T :
R

R

H

R

T

R

= Ha + hd ;
R

R

R

R

25