CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE DAP TRAN THỰC DỤNG 1. Các loại đập tràn Đập tran là một trong những hạng mục chủ yếu của các đầu mối công, trình thủy lợi, thủy điện: đập tran nước tháo lũ của hồ chứa, đập ngăn sông ding nước v. Việc nghiên cứu khả năng tháo nước của đập tran, tim các hình thức đập có chế độ thủy lực lợi nhất và xác định các kích thước cơ bản của đập. có một ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
Có nhiều cách phân loại đập trin, chủ yéu là phân loại theo chiều dây đình đập và hình dang mặt cắt ngang của đập tràn. Theo cách phân loại này, đập tràn có thé chia ra làm ba loại: đập tran thành mỏng, đập tran đỉnh rộng và đập tràn mặt cắt thực dụng. LLL Đập tràn thành mông Khi chiều day của định đập 8 < 0,67H, làn nước tràn ngay sau khi đi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thi tách khỏi đình đập, không chạm vào toàn bộ mat đỉnh đập, do đó hình dang và chiều day của đập không ảnh hưởng đến lần nước tran và lưu lượng train [3] mm Me bên Hình 1-1. Đập tran thành mong 1.
Đập trần đỉnh rộng Đập tràn đỉnh rộng là loại đập có chiều rộng định ngưỡng C theo chiều nước chảy trong phạm vi [2] [3] (§+10)H>C>(2+3)H + Nếu C >> H thì dòng chảy qua đập giống như qua kênh hở đáy nằm. + Nếu C < 2H thì hệ số lưu lượng của đập không én định và lớn hon của đập tràn đình rộng (biển thành đỉnh nhọn). Dong chảy từ kênh dẫn qua ngưỡng trần có thé phát sinh hai xoáy nước. trục ngang: xoáy nước ở mép trước ngưỡng và phía trên ngường (trường hop P > 0).
Nếu ngưỡng tràn có trụ biên và trụ giữa, tại các mép trụ còn có the phát sinh xoáy nước trục đứng. Những hiện tượng trên làm tăng tổn thất do co hẹp đứng và ngang gây nên và làm giảm khả năng tháo. Đập tràn đỉnh rộng làm việc có thể theo chế độ chảy không ngập hoặc. Trong trường hợp chảy ngập, khả năng tháo sẽ giảm rất nhiều.
đó đối với ngưỡng tràn của đường tràn tháo lũ cần có những biện pháp thiết kế dé tăng khả năng tháo và thông thường ngưỡng tràn kim việc theo chế độ. chảy không ngập 2a 3 rˆ=sel== Hinh 1-2. Sơ đồ tính toán đập tràn dink rộng chảy không ngập 1.3, Đập trần mặt cắt thực dung Đập trần có mat cat thực dụng là loại đập tràn thường dùng trong các công trinh tháo lũ trên sông. Để thoả mãn tắt cả hoặc một số trong các yêu cầu về dn định của thân đập, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật trôi lẫn trong nước được dé đàng, hình dang đơn giản dé thi công, tiện ding vật liệu tại chỗ nên mặt cắt đập tuỳ điều kiện cụ thể có thể có nhiều kiểu khác nhau theo dạng.
hình thang hoặc hình cong, + Mat cắt hình thong. đình nằm ngang chiều dày đình 6 trong phạm vi [3]: 0.67H <5 <(2+3)H Mái dốc thượng, hạ lưu có thể có các trị số khác nhau, các đập này cấu tạo đơn giản, dễ xây dựng bằng mọi loại vật liệu như bê tông, gạch, đá, gỗ, nhưng có nhược điểm là có hệ số lưu lượng nhỏ so với các mặt cắt hình cong. + Mat cắt hình cong: có đỉnh và mái hạ lưu hình cong, lượn theo lần nước tràn, nên dòng chảy tràn được thuận, hệ số lưu lượng lớn, dễ tháo các. vật trôi trong nước, nhưng xây dựng phức tạp hơn.
Đập mặt cắt hình cong có. hai loại + Nếu giữa mặt đập với mặt dưới của làn nước tràn có khoảng trống thì không khí ở đó bị làn nước cudn di, sinh ra chân không, gọi là đập hình cong có chân không. Mat cắt của đập tràn có chân khong + Nếu làm cho mặt đập sát vào mặt dưới của lần nước tràn, không có khoảng trồng nữa thì sẽ không có chân không, gọi là đập dạng cong không có. Nguyên tắc thiết kế mặt cắt đập không có chân không làm cho mặt đập.
ăn khớp với mặt dưới của làn nước chảy qua đập thành mỏng tiêu chuẩn ứng Hinh 1-4, Mặt cắt của đập tran không chân khong 12. Đập tràn mặt cất thực dụng không chân không kiểu Creager - Ophixeroy Creager nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập thành mỏng, vẽ quỹ đạo của hạt nước ở vị trí 2 từ quỹ đạo ấy lấy xuống một đoạn bằng. chiều day lan nước thi được mặt dưới của làn nước tràn tự do và cho mặt đập. hơi ănlần vào lan nước tràn tự do ấy.
Mặt đập vẽ như thé gọi là kiểu Creager. Ophixerov về sau nghiên cứu và sửa chữa đôi chút mặt cắt Creager, cải biến điều kiên thủy lực của đập này, đưa ra mặt cắt gọi là kiểu Creager — Ophixerov. Bảng 1-1: Toa độ đường cong mặt đập không có chân không theo phương pháp Creager ~ Ophixerov [3] Hy Dap loại Ï "Đập loại II (kiểu Creager ~ Ophixerov) (kiểu Creager) 0 0,126 0. 40 | 4,930 | 5,240 45 6220 6,580 "Nếu đập cao, bản thân đường cong này không đủ thỏa mãn điều kiện ôn định của thân đập thi tiếp theo đường cong này là một đoạn thẳng có độ dốc theo yêu cầu én định của thân đập.
Phan chân đập, chỗ nối tiếp với sân đập có lượn theo một cung tròn để dòng chay xuống chân đập được thuận (xem Hình 1-4) Bán kính R của cung tròn nảy lấy theo kinh nghiệm. Khi đập thấp hơn P < 10m thì có thé lấy R = 0,5P. Bảng 1-2: Trị số ban kinh nỗi tiếp R ở chân đập [3] Him) 12 |3 | 4/5 )6)/74){8] 9 (Pom) 10 | 30} 42] 54 | 65 | 75 | 85 | 95 | 106 | 116 20 | 40 | 60 | 78 | 89 | 100, 110 | 120 | 134 | 143 30 | 45 | 75 | 97 | 110 | 124) 135 | 147 | 158 | 168 40 | 47 | 84 | 10 | 130 | 145 | 158 | 170 | 180 | 19.2 Phía thượng lưu mặt cắt lý thuyết nói trên, có thể làm thêm một đoạn day (chiều bằng của đoạn BC trên Hình 1-4), phần trên có mat đốc một góc œ để tháo các vật trôi nỗi trong nước. Trị số đoạn day làm thêm đó và góc a tùy.
theo yêu cầu kiến trúc của thân đập. Góc a thường lấy bằng 45°. Đập tràn mặt cắt thực dụng có chân không kiểu Rodanop [3]4] Mặt cắt đập phải thỏa mãn các điều kiện sau: + Có hệ số lưu lượng lớn nhất khi chảy với cột nước thiết kế + Có chân không ở phần đỉnh của đập, không có phần dưới của mặt tràn + Độ chân không ø,= ha 7 không quá lớn. H, + Đảm bảo không có không khí lọt vào đưới lần nước.
+ Không có áp lực mạch động quá lớn. Hiện nay, công trình nghiên cứu về mặt cắt đập không chân không chưa. nhiều; Aboroximop và Rodanop đã nghiên cứu đập đầu tròn và đầu clip. 10 Bảng 1-3: Toa độ đường cong mặt tràn cé chân không dink clip = DIAL : £=2.189 - - 25 | 2515 2272| 4450 | 5430 - - 26 | 3193 3214| 5299 | 60 - - 21 | 4685 5452 | - - - - 28 | 5561 6766 | - - - - Khi r, #1 thì tọa độ các điểm (x,y) ở Bảng 1-3 phải nhân với r, u 1.4, Đập tràn mặt cắt thực dụng không chân không dang WES Đập trần mat cắt WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và áp dụng phổ biến ở các nước Anh - Mỹ.
Các cơ sở nghiên cứu Thuỷ lực của Liên Xô tập trung nghiên cứu dang mặt cắt trần Creger - Ophixerov, còn các cơ sở nghiên cửu thuỷ lực của My đều chú trọng nghiên cứu dạng mặt cắt tràn dạng WES. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy rằng đường cong mặt tràn chia ra làm hai phần: + Phần đường cong tử định tran về phía thượng lưu; + Phan đường cong tir đỉnh tràn về phía hạ lưu; Nam 1961 phòng thí nghiệm xây dựng Tapualispan đối với phần đường. cong phía thượng lưu của mặt cắt trần dạng WES đã tién hành thí nghiệm sửa đổi đem nguyên gốc hai cung tròn đổi thành ba cung tròn tăng thêm một bán kính ngắn R; = 0,04H,. Như vậy cải thiện thêm sự nối tiếp giữa mặt thẳng.
đứng thượng lưu đập nối tiếp một cách thuận hơn. Trạm thí nghiệm đường thuỷ fa bình đoàn lục quân Mỹ qua thí nghiệm mô hình phát hiện khi cột nước tác dụng vượt quá giá trị Hx còn có thé cải thiện thêm tinh hình phân bố áp suất trên mặt tràn, đồng thời tăng thêm hệ số lưu lượng. 1970 kiến nghị dùng mặt cắt dạng WES mà đường cong phần thượng lưu có 3 cũng tròn như Hình 1-5, còn đường cong mặt đập phía ha lưu không thay đổi, các tham số của đường cong phần thượng lưu có 3 bán kính như sau: R,=05Hs =0/0316H,; R;=02HỤ: ,1153H,; R;=004H — C;=02185H/ ay = 0,126Hy: 12 Hình 1-5: Đường cong đầu tràn mặt cắt WES phía thượng lưu có 3 bán kính Việc phân định loại tràn đập thấp và cao, theo nghiên cứu của Trung tâm thí nghiệm đường thuỷ của Binh đoàn lục quân Mỹ như sau: + Khi ty số chiều cao đập so với cột nước thiết kế có giá trị: $ <133 gọi là đập thấp, đập tha chịu ảnh hưởng của lưu tốc + Khi tỷ số chiều cao đập so với cột nước thiết kế có giá trị: = 2133 gọi là đập cao, đập cao thì không chịu ảnh hưởng của lưu tốc tiến gin. Các loại đập tràn khác [13] 15.
Đập vom trần nước. Đập vòm đầu tiên trên thé giới được làm bằng đá xây năm 1611, đó là ap Ponte Anto ở Italia, Sau đó các đập vòm khác ra đời như: + Đập Zolia cao 38m xây dựng năm 1843 tại Pháp; + Đập Mavuaden cao 237m xây dựng năm 1958 tại Thụy Sỹ; + Đập Lazanuan (Liên Xô) cao 67m; + Đập Tsircayxcaia (Liên Xô) cao 236m; + Đập Vaiont (Italia) cao 266m; 13 1. Đập ban chống Một trong những đập ban chống đầu tiên được xây dựng là đập liên vom bằng đá Eltra cao 23m ở Tây Ban Nha vào cuối thé ky XVI. Sang thé ky XX thì xây dựng loại đập này rit nhiều + Đập Possum Kingdom ở Mỹ cao $7,8m xây năm 1941: + Đập Rodrighets ở Mehico xây dựng năm 1935 cao 76m; + Đập Daniele Gionxon ở Canada xây dựng năm 1970 cao 215m; 1.
Đập cao sự Đập cao su, một công trình thủy lợi có khả năng ngăn nước, xả lũ, điều. tiết mực nước và lưu lượng chảy qua.