BÀI tập lớn CÔNG TRÌNH THÁO nước đề số 1

Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

BÀI TẬP LỚN

TÍNH TOÁN KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC
ĐỀ SỐ 01

A. ĐỀ BÀI
I. Tài liệu ban đầu
- Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ như hình 1

Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn
- Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc Lo = 30 m
- Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m
- Độ dốc: i = 0,20
- Vật liệu thân dốc: BTCT M200
- Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm)
- Gồ ghề cục bộ tại các khớp nối (dự kiến): Zm = 5 mm
- Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o
- Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m
- Lưu lượng thiết kế: QTK = 400 m³/s
- Độ sâu đầu dốc: hd = 2,86 m
- Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũi phun
II. Yêu cầu
- Kiểm tra khả năng khí hóa dòng chảy trên dốc tại các vị trí khớp nối
- Kiểm tra khả năng khí thực trên dốc
- Thiết kế bộ phận tiếp khí để phòng khí thực (nếu có)

Lớp XDCTTL –Khóa 19

1

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

B. TÍNH TOÁN
I. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HÓA DÒNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI
THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ
1.1. Vẽ đường mặt nước trên dốc nước
Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước tại
các mặt cắt tiếp theo bằng cách thử dần theo phương trình (giả thiết nhiều lần giá trị h,
theo các công thức ta xác định được trị số ∆L, nếu ∆L đúng với cách chọn ban đầu thì
lấy h vừa giả thiết làm giá trị đúng, nếu không thì phải giả thiết và tính lại từ đầu đến
khi ∆L đúng bằng giá trị chọn):
L 

E
i  J TB

Trong đó:
∆L

: Khoảng cách (theo phương ngang) giữa 2 mặt cắt tính toán

∆E

: Chênh lệch năng lượng giữa mặt cắt 1 và mặt cắt 2.
∆E = E2 – E1 ;
E1 h1 

V12
2g

: Năng lượng của mặt cắt 1

V22
2g

: Năng lượng của mặt cắt 2

E 2  h2 

h1 ; h2

: Độ sâu tương ứng tại mặt cắt 1 và mặt cắt 2.

V1 ; V 2

: Lưu tốc bình quân tại mặt cắt 1 và mặt cắt 2.

i

: Độ dốc của đáy dốc.

JTB

: Độ dốc thủy lực trung bình giữa mặt cắt 1 và mặt cắt 2.
JTB = (J1 + J2)/2
J1 

V12
C12 R1

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 1.

V22
C 22 R2

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 2.

J2 

Kết quả tính toán và vẽ đường mực nước thể hiện ở bảng 1

Lớp XDCTTL –Khóa 19

2

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Bảng 1: Kết quả tính toán vẽ đường mực nước trên dốc
Mặt
cắt
0

h
(m)
2.860


(m2)

V
(m/s)

57.20

6.99

E
V2
22.49
g

5.35

m

25.72

R

C

J

Jtb

1.663

33.26

12.03

7.37

9.03

23.33

2.22

67.206

100.22
3

1.43

62.407

74.520

1.366

27.32

14.64

10.9
3

12.29

22.73

1.20

60.654

66.494

1.212

24.24

16.50 13.88

22.34

16.3
4

15.09

22.42

1.08

59.592

61.958

1.117

17.91

17.46

22.23

1.00

58.870

59.010

1.054

21.08

18.98

18.3
5

19.41

22.11

0.95

58.359

56.986

1.009

20.18

19.82

20.0
3

21.03

22.02

0.92

57.975

55.503

0.977

19.54

20.47

21.3
6

22.34

21.95

0.89

57.693

54.428

0.953

19.06

Lớp XDCTTL –Khóa 19

20.99

22.4

23.40

3

21.91

0.87

57.475

53.611

3.257

20

0.1403

2.799

20

0.0709

60
0.1185

2.366

20

0.0921

80
0.0985

1.949

20

0.1109

100
0.0808

1.628

20

0.1275

120
0.0655

1.301

20

0.1415

140
0.147
3

8

0.1627

40

0.134
5
7

20

0.0485

0.1192
6

3.682

20

0.101

5
5

0.1845

0.0260

0.0815
4

0.1532

HVTH: Phan Thành Dân

L
(m)
0

0.059
7
3

∆L
(m)

0.0049

0.037
3
2

∆E

C R

0.015
5
1

i - Jtb

0.0527

1.065

20
160


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến
5
0.1581

9

0.935

18.70

21.39

23.3
2

24.26

21.87

0.86

57.308

52.992

0.922

18.43

21.70

24.0
0

24.92

21.84

0.84

57.183

52.531

0.1706

Ghi chú: công thức tính toán trong Bảng 1;
h : Độ sâu mực nước trong dốc (Giả thiết)
 : Chu vi ướt của mặt cắt tính toán ;  = B + 2h (mặt cắt hình chữ nhật)
 : Diện tích mặt cắt ướt ;  = B.h
R : Bán kính thủy lực ; R = /
1
C R  R1/ 6 R
n

V : Vận tốc dòng chày đoạn tính toán ; V = Q/
V2
J : Độ dốc thủy lực ; J  2
C R

Lớp XDCTTL –Khóa 19

4

0.855

20

0.1629

180
0.1668

10

0.0419

HVTH: Phan Thành Dân

0.0332

0.665

20
200


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

1.2. Xác định hệ số khí hóa phân giới Kpg
Với chiều dài dốc nước L = 200m, ta chia dốc thành 10 đoạn, mỗi đoạn có chiều
dài ∆L = 20m. Giữa các đoạn phân ta bố trí các khớp nối.
Với giả thiết tại các khớp nối do lún không đều giữa các đoạn sẽ làm phát sinh bậc
lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = 5 mm, góc  = 90o.
Khi đó hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi nhất là bậc lồi) sẽ là:
K pg 0,125. 0,65 2,33

1.3. Xác định hệ số khí hóa thực tế tại các mặt cắt tính toán
Hệ số khí hóa K được xác định theo công thức:
K

H ĐT  H pg
2
VĐT
2g

Trong đó:
HĐT

: Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng của dòng chảy ;
HĐT = Ha + h.cos

h

: Độ sâu nước tại mặt cắt tính toán

Ha

: Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước tại mặt cắt tính.
Zmn = Zđáy + h



: Góc nghiệng của đáy lòng dẫn so với phương ngang

Hpg

: Cột nước áp lực phân giới.

Ứng với nhiệt độ T = 25o , tra Bảng 2.2 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN
198:2006 được Hpg = 0,32 m.
VĐT : Lưu tốc đặc trưng khi vị trí có mấu gồ ghề thuộc các đoạn khác nhau trên
dòng chày được xác định theo công thức:
V ĐT V y 

VTB

VTB
1 . 2
V

: Lưu tốc trung bình mặt cắt tại các mặt cắt tính toán.

V
: Hệ số biểu thị quan hệ giữa lưu tốc trung bình và lưu tốc lớn nhất
trong dòng chảy khi chiều dày lớp biên và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho. Với
dòng không áp mặt cắt ngang hình chữ nhật có bề rộng B và độ sâu nước h, V được xác
định theo công thức:

1 
 2  B  2h  


 V    h    B  2  
 ln  2   2 ln 



Bh 


   
ln

3



∆


 
5 



: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt. Với n = 0.17 ; ∆ = 0,5 mm

Lớp XDCTTL –Khóa 19

5

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Sử dụng biểu đồ Hình 2.6 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 xác định
được 1 ; 2 ; . Kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.

Lớp XDCTTL –Khóa 19

6

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Bảng 2 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa tại các mặt cắt tính toán
d/

1

 2*10-3

(
m)

v

60,000

800.0

195

1.20

0.970

3.56

1,359.9

195

1.11

0.925

6.16

141,584

1,823.8

195

1.05

0.884

7.65

11.00

182,376

2,335.6

195

1.00

0.839

8.83

18.26

11.00

223,169

2,831.7

195

0.97

0.796

9.98

11.03

19.35

11.00

263,961

3,239.6

195

0.95

0.758

10.99

10.01

10.99

20.21

11.00

304,753

3,638.0

195

0.94

0.722

11.95

272.98

10.01

10.97

20.88

11.00

345,545

3,964.4

195

0.92

0.693

12.78

193.17

268.95

10.01

10.95

21.40

11.00

386,337

4,436.0

195

0.90

0.655

13.71

180

213.56

264.94

10.02

10.94

21.81

11.00

427,129

5,019.9

195

0.87

0.612

14.71

200

233.96

260.92

10.02

10.93

22.13

11.00

467,922

5,400.6

195

0.86

0.40
0
0.68
0
0.91
2
1.16
8
1.41
6
1.62
0
1.81
9
1.98
2
2.21

8
2.51
0
2.70
0

11.00

100,792

14.93

11.00

11.18

16.83

10.00

11.09

281.05

10.00

152.38

277.01

140

172.77

0.953

160

9

0.935

10

0.922

0.583

15.56

Mặt
cắt

h (m)

L
(m)

L*
(m)

0

2.860

0

30.00

302.86

9.98

12.78

7.13

11.00

1

1.663

20

50.40

297.66

9.98

11.61

12.26

2

1.366

40

70.79

293.37

9.99

11.33

3

1.212

60

91.19

289.21

9.99

4

1.117

80

111.58

285.12

5

1.054

100

131.98

6

1.009

120

7

0.977

8

Lớp XDCTTL –Khóa 19

Zmn (m)

Ha
(m)

7

HDT
(m)

VTB
(m/s)

y/D

L*/

HVTH: Phan Thành Dân

VDT
(m/s)

K

Khả năng
khí hóa

19.
33
5.8
3
3.6
9
2.7
3
2.1
2
1.7
4
1.4
7
1.2
8
1.11

Không có

0.9
6
0.8
6

Mạnh

Không có
Không có
Không có

Bắt đầu
Mạnh
Mạnh
Mạnh
Mạnh

Mạnh


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

II. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC
Khi khí hóa duy trì trong thời gian đủ dài và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh
mấu gồ ghề VĐT > Vng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực.
Trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực Vng của vật liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén
của vật liệu (Rb)và hệ số hàm khí trong nước S. Ứng với bê tông bề mặt lòng dẫn có R b =
20 Mpa; độ hàm khí trong nước S = 0, tra đồ thị Hình 1.1 – Tiêu chuẩn Việt Nam –
14TCN 198:2006 được Vng = 9,55 m/s.
Bảng 3 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng xâm thực tại các mặt cắt tính toán
Xét theo lưu tốc
ngưỡng xâm
thực

Xét theo lưu tốc
cho phép xâm
thực

9.55

19.14 Không xâm thực

Không xâm thực

0.925

9.55

19.00 Không xâm thực

Không xâm thực

1.05

0.884

9.55

18.63 Không xâm thực

Không xâm thực

195

1.00

0.839

9.55

18.18 Không xâm thực

Không xâm thực

9.98
10.99
11.95

195
195
195

0.97
0.95
0.94

0.796
0.758
0.722

9.55
9.55
9.55

17.47 Có xâm thực
16.81 Có xâm thực
16.15 Có xâm thực

Có xâm thực

Có xâm thực
Có xâm thực

20.88

12.78

195

0.92

0.693

9.55

15.59 Có xâm thực

Có xâm thực

8

21.40

13.71

195

0.90

0.655

9.55

14.91 Có xâm thực

Có xâm thực

9

21.81

14.71

195

0.87

0.612

9.55

14.15 Có xâm thực

Có xâm thực

10

22.13

15.56

195

0.86

0.583

9.55

13.58 Có xâm thực

Có xâm thực

Mặt
cắt

VTB
(m/s)

Vy
(m/s)

0

7.13

3.56

195

1.20

0.970

1

12.26

6.16

195

1.11

2

14.93

7.65

195

3

16.83

8.83

4
5

6

18.26
19.35
20.21

7

1

 2*10

-3

v

Vng
(m/s)

Vcp
(m/s)

Từ các giá trị VĐT ở Bảng 3 cho thấy
- Từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 3 có VĐT < Vng  không bị xâm thực
- Từ mặt cắt 4 đến cuối dốc có VĐT > Vng  có khả năng xâm thực
Bằng nội suy từ biểu đồ lưu tốc V ĐT dọc theo dòng chảy (bảng 2), xác định được
mặt cắt có VĐT = Vng = 9,55 m/s là mặt cắt B (nằm giữa mặt cắt 3 và 4) cách đầu dốc một
khoảng LB = 72,4m (theo phương ngang của dốc).
Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực. Có nhiều
biện pháp công trình để chống khí thực, căn cứ vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật để lựa

chọn các phương án. Đối với bài này, chọn phương án xây dựng bộ phận tiếp khí.
III. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHÒNG KHÍ THỰC
3.1. Bố trí các BPTK trên dốc nước
Theo tính toán ở mục trên thì đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 72,4
m) cần được bảo vệ chống khí thực. Để đảm bảo an toàn cho thân dốc, bố trí các bộ phận
tiếp khí như sau:
- BPTK1 đặt tại mặt cắt M1, cách đầu dốc 70 m (theo phương ngang).
- BPTK2 đặt tại mặt cắt M2, cách đầu dốc 135 m (theo phương ngang).
Theo cách bố trí này, chiều dài bảo vệ L p của BPTK1 và BPTK2 (theo phương
ngang) là 65 m.
Lớp XDCTTL –Khóa 19

8

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Với phương án bố trí đã nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta có các thông
số thủy lực tại các mặt cắt có bố trí BPTK như sau:
Bảng 3 : Thông số tính toán các bộ phận tiếp khí
Tên
BPTK1
BPTK2

L
(m)

Lp (m)

70.00
135.0
0

h (m)

V (m/s)

1.16

17.20

1.04

19.27

65.00
65.00

Fr

Fr
25.91

5.09

36.52

6.04

3.2. Tính toán bộ phận tiếp khí 1 (BPTK1)

Hình 2 : Bố trí mũi hắt tại BPTK1
1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2





25 Fr  1

0,5m

Trong đó:
Lp = 65 (m) : Chiều dài bảo vệ (phương ngang) của BPTK1.
 = 11,310

: Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang.

Fr

: Số Froud ; Fr 

v 2

25,91 (mặt cắt hình chữ nhật)
gh

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 2
Giả thiết chiều dài mũi L m = 3m; Ta thấy
chiều dài mũi hợp lý:
Ta có :

Mặt khác:

Z m 0,6

0,2 đảm bảo điều kiện chọn
Lm
3

Zm 1 1
 
Lm 6 5

tg 

Z1
 Z 1  Lm .tg = 3.0,2 = 0,6 (m)
Lm

 Z 2  Z m  Z 1 0,6  0,6 0

Z2

  = 00

tg



0

Lm


3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Lớp XDCTTL –Khóa 19

9

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm

2Z
cos(   ) 
 Fr
Fr sin   Fr. sin 2   m cos


cos 
h
 h


  =6,6m



4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp
Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 3,75 (m3/s.m)
Trong đó:
V = 17,20 (m/s)
: Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =3,75.20 = 74,99 (m3/s)
6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa
= 74,99/50 = 1,50 (m2)
Va

Trong đó:
: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Va = 50m/s

Vì a = 1,50m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí
đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
 a1 

a
1,50 / 2 0,75
n

7) Xác định kích thước ống dẫn khí
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba = 1,10 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta = 0,70 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
48,70m / s
n.Ba .t a

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
Va2 a
hck 
= 0,49(m)
2 g. a2 

Trong đó:
Va = 48,70(m/s)

Lớp XDCTTL –Khóa 19

: Lưu tốc khí trong ống.

10

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1
1   i

0,563

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các
đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0,5 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang
nằm ngang ở đáy dốc): u = 1,1
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La  H t 
Với

B
2

= 12,6(m)

Ht = 2,6 m

: Chiều cao thành lòng dẫn

B = 20 m

: Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
= 0,56
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)

 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)
Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0,49m < 5m nên đường tháo làm việc ổn định.
9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 3 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba = 1,10 (m)
Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0,70 – 0,60 = 0,10 (m)
10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 2,85 (m)
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
V2
hb Z m 
cos 2  .(tg  tg ) 2 = 1,19 (m)
2g
Lớp XDCTTL –Khóa 19

11

HVTH: Phan Thành Dân

Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt)
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 4
Bảng 4 : Thông số tính toán BPTK1
Ký
hiệu
L

Thông số
Vị trí đặt

Đơn vị
m

BPTK1
70.00

Chiều cao mũi hắt

Zm

m

0.59

Chiều dài mũi hắt
Góc nghiêng mũi hắt

Lm


m
Độ

3.00
0.00

Chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Lb

m

6.60

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Qa
n
a1

m³/s
cái

74.99

2

m²

0.75

Ba x ta

m

1,10 x 0,70

Độ chân không ở trong buồng khí

hck

m

0.49

Bề rộng máng khí

Bmk

m

1.10

Chiều sâu máng khí

tmk

m

0.70

Chiều cao buồng khí

hb

m

1.19

Số ống dẫn khí
Diện tích MCN của 1 ống khí
Kích thước 1 ống dẫn khí

3.3. Tính toán bộ phận tiếp khí 2 (BPTK2)

Hình 4 : Bố trí mũi hắt tại BPTK2
1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2



 0,5m

25 Fr  1

Trong đó:
Lp = 50m

: Chiều dài bảo vệ của BPTK1,

Lớp XDCTTL –Khóa 19

12

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

 = 11018’

: Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang

Fr

v 2
36,52 (mặt cắt hình chữ nhật)
: Số Froud ; Fr 
gh

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt

Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 4
Giả thiết chiều dài mũi Lm = 2,50m; Ta thấy
chiều dài mũi hợp lý:

Zm 1 1
 
Lm 6 5

tg 

Ta có :

Zm
0,19 đảm bảo điều kiện chọn
Lm

Z1
 Z 1  Lm .tg = 0,50m
Lm

 Z 2  Z m  Z 1 0

Z2
  = 00

tg



0


Lm


Mặt khác:

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z
cos(   ) 
 Fr
Fr sin   Fr. sin 2   m cos


cos 
h
 h


  =5,90m



4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp

Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 3,34 (m3/s.m)
Trong đó:
V = 19,27 (m/s)
: Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B = 66,89 (m3/s)
6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa
= 1,34 (m2)
Va

Trong đó:
Va = 50m/s

: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Vì a = 1,34m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí
đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
 a1 

a
1,34 / 2 0,67
n

7) Xác định kích thước ống dẫn khí
Lớp XDCTTL –Khóa 19

13

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba = 1,0 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta = 0,70 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
47,78m / s
n.Ba .t a

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
Va2 a

hck 
= 0,48(m)
2 g. a2 

Trong đó:
Va = 47,78(m/s)

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1
1   i

0,56

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các
đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0,5 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang
nằm ngang ở đáy dốc): u = 1,1
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La  H t 
Với

B
2

= 12,6(m)

Ht = 2,6 m

: Chiều cao thành lòng dẫn.

B = 20 m

: Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
= 0,59
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)
Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0,48m < 5m nên đường tháo làm việc ổn định.
9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Lớp XDCTTL –Khóa 19

14

HVTH: Phan Thành Dân


Bài tập lớn: Tính toán công trình tháo

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Hình 5 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba = 0,70 (m)
Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0,70 – 0,50 = 0,20 (m
10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 2,74 (m)
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
hb Z m 

V2
cos 2  .(tg  tg ) 2 = 1,08 (m)
2g

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt)
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5
Bảng 5 : Thông số tính toán BPTK2
Thông số
Vị trí đặt

Ký
hiệu

L

Đơn vị
m

BPTK1
70.00

Chiều cao mũi hắt

Zm

m

0.50

Chiều dài mũi hắt
Góc nghiêng mũi hắt

Lm


m
Độ

2.50
0

Chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Lb

m

5.89

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Qa
n
a1

m³/s
cái

66.89
2

m²

0.67

Ba x ta

m

1,00 x 0,70

Độ chân không ở trong buồng khí

hck

m

0.48

Bề rộng máng khí

Bmk

m

1.00

Chiều sâu máng khí

tmk

m

0.70

Chiều cao buồng khí

hb

m

1.08

Số ống dẫn khí
Diện tích MCN của 1 ống khí
Kích thước 1 ống dẫn khí

Lớp XDCTTL –Khóa 19

15

HVTH: Phan Thành Dân