Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 239 NGHIÊN CỨU LẬP CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG QUA LÒNG SÔNG THU HẸP KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN SÔNG RESEARCH PROGRAM CALCULATED THE LEADING CONSTRUCTION LINE THROUGH THE NARROW RIVER DURING THE CONSTRUCTION OF IRRIGATION WORKS ON THE RIVER SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Lớp 05X2A, Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại học Bách khoa GVHD: ThS. Ngô Văn Dũng Khoa Xây Dựng Thủy Lợi-Thủy Điện, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT Quá trình xây dựng các công trình thủy lợi trên các dòng sông, công tác dẫn dòng thi công đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Với mục đích nhằm tạo hố móng luôn được khô ráo và bảo đảm lợi dụng tổng hợp nhu cầu dùng nước ở hạ lưu. Bài báo cáo này trình bày đề xuất một phương pháp tính toán mực nước dâng hợp lý từ đó lập chương trình tính toán khi dẫn dòng thi công giai đoạn lòng sông thu hẹp nhằm xác định cao trình, kích thước, khối lượng và biện pháp thi công các công trình dẫn dòng ở giai đoạn đầu. ABSTRACT The process of building the irrigation works on the river, the guide line of construction plays a particularly important. With the aim to create a foundation hole was always dry and take advantage of general security water demand downstream. This report presents a proposed methodology to calculate water level from which a reasonable program to calculate the resulting line construction phase narrow river beds in order to determine the high, the size, weight and measures construction works in line early lead. 1. Đặt vấn đề Trong quá trình xây dựng hệ thống công trình đầu mối Thủy lợi Thủy điện, dẫn dòng thi công là một trong những công tác chính có vai trò quyết định đến thành công và chi phí đầu tư xây dựng. Việc lựa chọn các sơ đồ dẫn dòng để sử dụng phải đảm bảo thỏa mãn 2 nhiệm vụ dẫn dòng, đồng thời phải đảm bảo việc xây dựng công trình được tiến hành thuận lợi với mục tiêu: “ Thi công nhanh nhất, kinh phí it nhất, dễ thi công và an toàn tuyệt đối ”. Bài báo này trình bày các phương pháp tính toán mực nước dâng khi thu hẹp lòng sông từ đó lựa chọn một phương pháp tính toán hợp lý và trên cơ sở đó lập chương trình tính toán các thông số thủy lực phục vụ cho việc thiết kế các công trình dẫn dòng, giúp người thi công có cái nhìn tổng quan và so sánh lựa chọn phương án thi công hợp lý nhất. 2. Cơ sở tính toán thu hẹp lòng sông tự nhiên trong sơ đồ dẫn dòng nhiều đợt 2.1. Giới hạn trạng thái chảy trên đoạn lòng sông thu hẹp Khi xây dựng những công trình chính thuộc đầu mối công trình thủy lợi, ở trên sông, suối… cần phải xây dựng những công trình tạm như đê quây, kênh dẫn, cống dẫn Tuyn tp Bỏo cỏo Hi ngh Sinh viờn Nghiờn cu Khoa hc ln th 7 i hc Nng nm 2010 240 dũng thi cụng Vic xõy dng cỏc cụng trỡnh chớnh c tin hnh di s bo v ca cỏc cụng trỡnh tm ngn nc v thỏo nc. Cỏc cụng trỡnh tm lm dũng sụng t nhiờn b thu hp li v gõy ra bin dng ca dũng chy, dn n mc nc thng lu dõng cao, ngoi ra s bin dng ny cũn kộo di trờn mt on khỏ di xung quanh on thu hp sụng v phớa thng v h lu khu vc xõy dng. Khi dũng chy vn ng qua lũng sụng c, trng thỏi chy ca nc qua on thu hp ph thuc vo hỡnh dng, kớch thc ca ờ quõy v chiu cao nc dõng thng lu m tớnh toỏn theo dũng chy qua trn nh rng hoc dũng chy trong kờnh. Qua cỏc nghiờn cu ca cỏc tỏc gi NGT Nguyn c Khoan, TS. Lờ Vn Hựng trong cun Dn dũng thi cụng cụng trỡnh Thy Li (dch t nguyờn bn ting Trung) cho thy: T l chiu di ờ quõy dc (L) v sõu mc nc thng lu (H) l 10 L/H 20 xem nh trng thỏi chy l dũng chy qua p trn nh rng. V trng hp L/H > 20 xem nh trng thỏi chy l dũng chy trong kờnh. 2.2. S tớnh toỏn v cỏc c trng ca lũng sụng b thu hp S bin dng ca dũng chy cú th chia thnh nhng on sau õy: Đoạn dòng chảy phức tạp N-ớc dâng Thu hẹp Đoạn mở rộng Chuyển tiếp Vùng xoáy Đê quây Đê quây Đ-ờng mặt n-ớc lý thuyết VB-B VH-H VK-K VS-S hbt S K O K K S S HBO H B B H O O Z' Z'' Bs bđ Lv L Lc Lr Z Hỡnh 1: S tớnh toỏn lũng sụng b thu hp on nc dõng: Gii hn bi mt ct O-O (phớa thng lu ca mt ct do sụng nm trng thỏi t nhiờn) v mt ct B-B. Dc theo on nc dõng chiu sõu ca dũng chy tng lờn, tc v tn tht ct nc gim xung. Kt qu l th nng cn thit cho dũng chy nhm khc phc tr lc do ờ quõy gõy ra c tớch ly li. Ký hiu z l dõng ca mc nc mt ct B-B so vi mc nc thiờn nhiờn, z l dõng nc ln nht. on thu hp: Gii hn bi mt ct B-B v H-H, ng vi v trớ ca ra ca on thu hp bi ờ quõy. c im ca on ny l s chuyn húa mnh th nng thnh ng nng. Tn tht Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 241 cột nước trong đoạn này là tương đối nhỏ. Trên hình vẽ đoạn này xuất hiện bậc nước lớn nhất z” mà chủ yếu là do chuyển từ thế năng sang động năng.  Đoạn mở rộng: Giới hạn bởi mặt cắt H-H và K-K ứng với vị trí kết thúc vùng nước xoáy ở hạ lưu. Tại đây động năng biến đổi thành thế năng kèm theo tổn thất lớn về cột nước.  Đoạn chuyển tiếp: Giới hạn bởi mặt cắt K-K và S-S, ứng với vị trí mà biểu đồ tốc độ trung bình có dạng bình thường, ngoài ra mạch động cuả tốc độ và áp lực đã tăng lên trong đoạn mở rộng nay giảm đến giá trị phù hợp của sông thiên nhiên. Coi lòng sông thu hẹp như một đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, ta kí hiệu độ dâng cao mực nước tại mặt cắt B-B so với K-K (gần như bằng mực nước tại S-S) bằng đại lượng của độ chênh mực nước hình học Z ở trên đập tràn. Chú ý: Nếu như bỏ qua sự chênh lệch không đáng kể trong động năng, tính đối với mặt cắt B-B và S-S thì có thể nói rằng: Trị số z và z’ là: độ chênh mực nước là tổn thất cột nước trong phạm vi của đoạn sông có dòng chảy biến dạng lớn và là chênh lệch tổn thất cột nước trong phạm vi của các đoạn trên của dòng chảy ở lòng sông tự nhiên có nước dâng và lòng sông thu hẹp. Các dữ liệu cần khi tính toán thủy lực của lòng sông không xói bị thu hẹp:  Trị số lưu lượng thiết kế, kích thước và hình dạng đê quây trên mặt bằng.  Đường quan hệ giữa chiều sâu và lưu lượng nước của sông, các thông số z & z’. 2.3. Các phương pháp xác định độ chênh mực nước z và chiều cao nước dâng thượng lưu z’ (độ dềnh mực nước z’). Phương pháp 1: Theo Sổ tay kỹ thuật thủy lợi thủy điện đề xuất tính toán đưa ra công thức: g V liilliiz HH thsthrvsc 2 ).()).((' 2 2 (1) g V lilliz HH ththrvc 2 .).( 2 2 (2) Trong đó: - : mức độ thu hẹp lòng sông s d B b (3) Với: B s , b d : chiều rộng lòng sông tự nhiên, chiều dài đê quây để tính toán. - i s, i th , i c : độ dốc thủy lực lòng sông tự nhiên, đoạn sông thu hẹp và đoạn cửa vào Mực nước tính với mặt cắt H-H lấy gần đúng (đầu tiên) bằng mực nước ở S-S - l v , l th , l r : chiều dài đoạn vào chiều dài đoạn kênh tràn & chiều dài vùng nước xoáy tg b l d r (4) Tuyn tp Bỏo cỏo Hi ngh Sinh viờn Nghiờn cu Khoa hc ln th 7 i hc Nng nm 2010 242 Vi gúc l gúc to bi phng dũng chy v trc vựng xoỏy (nh hỡnh v). Phng phỏp 2: Theo tớnh toỏn trong thc t thi cụng Trong thc t thi cụng cụng trỡnh thy li thỡ chiu cao nc dõng z thng lu, tỏc dng vo ờ quõy giai on u khi thỏo lu lng thi cụng qua lũng sụng thu hp c xỏc nh: + Trng hp chy ngp qua p trn, cụng thc tớnh gn ỳng lu lng chy qua lũng sụng thu hp: ).(.2. hsHogQ (m 3 /s) (5) H Đê quây dọc Vo Đ-ờng mặt n-ớc lý thuyết L hc hh hs Hỡnh 2: S dũng chy Vi ct nc thng lu g V HHo o 2 2 (6) T ú rỳt ra dõng mc nc thng lu khi lũng sụng b thu hp: g V g V Z btth 2 2. ' 2 2 2 (7) Trong ú : H s thu hp dũng chy = 0,85 ữ 0,95 V th ,V bt : lu tc ti mt ct co hp v lu tc ti gn lỳc cha thu hp Nhn xột: cụng thc (7) c s dng trong thc t thi cụng, do th l hm s ca z nờn phng trỡnh (7) c gii bng cỏch th dn (gi thuyt mt s tr s z, xỏc nh bt , th tng ng, ri chn giỏ tr z tha món). Phng phỏp 3: Theo Giỏo trỡnh Thi cụng Thy Li ca i hc Thy li H Ni hs H Đê quây dọc Vo Đ-ờng mặt n-ớc lý thuyết L hc hh Đ-ờng mặt n-ớc cũ Vc z 1 1 2 2 A A Phần lòng sông bị thu hẹp Hố móng và đê quây chiếm chỗ Mặt cắt A-A Hỡnh 3: S tớnh on lũng sụng thu hp Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 243 Độ dâng mực nước ở thượng lưu khi lòng sông bị thu hẹp: g V g V Z oc 2 2. ' 2 2 2 (8) Trong đó: Hệ số thu hẹp dòng chảy chọn 0,85 ÷ 0,95 - V c : lưu tốc tại mặt cắt co hẹp. oxoi tk c V Q V )( 12 (9) - : Hệ số thu hẹp - Nếu thu hẹp 1 bên = 0,95, thu hẹp 2 bên = 0,90. - 1 : Tiết diện ướt của lòng sông do hố móng và đê quai chiếm chỗ. - 2 , V o : Tiết diện ướt của sông cũ, lưu tốc tới gần có tính đến độ cao nước dâng. 3. Lập chƣơng trình tính xác định mực nƣớc dềnh khi thu hẹp dòng sông Để xác định mực nước dềnh trong sông, tác giả chọn ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trên cơ sở sử dụng giao diện giữa các Form khi nhập các thông số đầu vào và các thông số đầu ra là các thông số yêu cầu kết quả thể hiện các Form giao dịch như sau: Hình 4: Form giới thiệu chương trình Hình 5: Form quản lý các thông số đầu vào Hình 6: Form tính toán z’ theo phương pháp 1 Hình 7: Form tính toán z’ theo phương pháp 2 Hình 8: Form tính toán z’ theo phương pháp 3 Hình 9: Form tổng hợp z’ theo 3 phương pháp Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 244 Hình 10: Form thiết kế đê quây Hình 11: Form chọn thiết bị thi công Hình 11: Form tính toán cường độ và chọn phương án thi công Nhận xét kết quả tính toán: Các phương pháp tính độ đềnh cột nước đã nêu đều có các ưu nhược điểm: Khi tính toán theo công thức lý thuyết (1), để đơn giản ta đã giả thuyết lòng sông có mặt cắt hình chữ nhật, trong khi đó lòng sông thực tế thường có mặt cắt phức tạp, điều này đã làm kết quả không sát với thực tế. Sau khi cập nhật dữ liệu công trình thực tế A Vương và Công trình thủy điện Krông Hnăng cho thấy kết quả khi sử dụng công thức gần đúng sử dụng trong thực tế thi công (7) & (8) để tính toán thì kết quả thiên lớn so với công thức lý thuyết (1). Ở kết quả tính toán theo công thức thực nghiệm (8), để đơn giản trong tính toán ta sử dụng công thức tính gần đúng lưu tốc tại mặt cắt co hẹp V c (9). Kết quả tính toán thiên lớn so với cách tính còn lại. Phương án giải quyết Để an toàn cho công tác xác định các thông số đẫn dòng thi công đồng thời tránh lãng phí chi phí đầu tư, ta chọn độ dềnh mực nước bằng phương pháp bình quân gia quyền theo trọng số: Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 245 321 max32min1 ' mmm ZmZmZm ZZ tb tb Kết quả áp dụng khi thi công đập chính A Vương giai đọan thu hẹp dòng sông cho kết quả tính toán phục vụ cho công tác dẫn dòng như sau: Z 1 ’ = 0.399 (m); Z 2 ’ = 1.232 (m); Z 3 ’ = 1.561 (m). Vậy để an toàn trong thi công và tránh lãng phí kinh phí đầu tư xây dựng, ta chọn z’ bằng phương pháp bình quân gia quyền theo trọng số: )(105.1 121 .1.2.1 ' maxmin m ZZZ Z tb 4. Kết luận và kiến nghị: Kết luận: 1. Mỗi phương pháp tính nêu trên đều có ưu và nhược điểm riêng, để có được kết quả tính toán hợp lý, người thi công cần có cái nhìn tổng quan và qua khảo sát điều kiện thi công thực tế của công trình thi công mà đưa ra phương án và phương pháp thi công hợp lý nhất, nhăm bảo đảm hiệu quả trong việc quản lý xây dựng. 2. Trong bài báo này, việc chọn lựa các thông số thủy văn tính toán đều dựa trên những qui định có sẵn trong qui phạm 285-2002 BXD-VKT. Trong thực tế tùy tình hình để phân tích chọn tần suất và lưu lượng hợp lý theo điều kiện thực tế công trình. 3. Bài báo trình bày các phương pháp tính toán và lập chương trình giúp cho các nhà thầu lập kế hoạch thi công, qua đó chủ động hoàn toàn vào kế hoạch và điều khiển thi công đồng thời báo cáo kết quả công tác kế hoạch kỹ thuật với cơ quan Tư vấn giám sát, Chủ đầu tư phê duyệt kế hoạch thi công và vốn xây dựng cuối cùng. 4. Kết quả và chương trình tính giúp cho sinh viên làm luận văn tốt nghiệp có tài liệu tham khảo để tính toán thiết kế đẫn dòng giai đoạn thu hẹp dòng chảy một cách nhanh nhất. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo: Trong thời gian tới sẽ tiếp tục nghiên cứu công tác dẫn dòng đợt 2 qua các công trình tháo nước và tính toán điều tiết dòng chảy bằng phương pháp lập trình Visual Basic 6.0. Từ đó sẽ có cơ sở phục vụ cho việc tính toán dẫn dòng với các công trình thủy lợi lớn thi công nhiều năm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đại học thủy lợi Hà Nội, Bộ môn thi công Giáo trình thu công thủy lợi, NXB nông nghiệp - 2005. [2] NGƯT Nguyễn Đức Khoan, TS. Lê Văn Hùng (2009), Dẫn dòng thi công công trình Thủy Lợi (dịch từ nguyên bản tiếng Trung). [3] Bộ Thủy Lợi, Tiêu chuẩn ngành 14TCN 57-88 Thiết kế dẫn dòng trong xây dựng công trình Thủy Lợi, Đà Nẵng. [4] ThS. Ngô Văn Dũng, ThS. Nguyễn Văn Sáng (2005), Thi công công trình Thủy Lợi, ĐHBK Đại học Đà Nẵng. . học Đà Nẵng năm 2010 239 NGHIÊN CỨU LẬP CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG QUA LÒNG SÔNG THU HẸP KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN SÔNG RESEARCH PROGRAM CALCULATED THE. tính toán thu hẹp lòng sông tự nhiên trong sơ đồ dẫn dòng nhiều đợt 2.1. Giới hạn trạng thái chảy trên đoạn lòng sông thu hẹp Khi xây dựng những công trình chính thu c đầu mối công trình thủy. báo cáo này trình bày đề xuất một phương pháp tính toán mực nước dâng hợp lý từ đó lập chương trình tính toán khi dẫn dòng thi công giai đoạn lòng sông thu hẹp nhằm xác định cao trình, kích