TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 8635 : 2011
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI ỐNG XI PHÔNG KẾT CẤU THÉP YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA
Hydraulic structures - Steel siphon - Technical requirements for designing, manufacturing and testing
Mục lục
Lời nói đầu
1 Phạm vi áp dụng
2 Thuật ngữ và định nghĩa
3 Yêu cầu kỹ thuật chung
4 Thiết kế ống xi phông
5 Yêu cầu hồ sơ thiết kế
6 Yêu cầu chế tạo và sơn bảo vệ
7 Kiểm tra khi chế tạo tại nhà máy
8 Nghiệm thu chế tạo
Phụ lục A (Tham khảo): Sơ đồ cấu tạo ống xi phông
Phụ lục B (Tham khảo): Tính toán thủy lực trong ống xi phông
Phụ lục C (Quy định): Các bảng biểu và số liệu sử dụng trong tính toán thiết kế ống xi phông
Phụ lục D (Tham khảo): Sơ đồ vị trí các đường hàn
Thư mục tài liệu tham khảo
Lời nói đầu
TCVN 8635 : 2011 Công trình thủy lợi - Ống xi phông kết cấu thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra, được chuyển đổi từ 14 TCN 178 : 2006 Ống xi phông kết cấu thép - Yêu cầu thiết kế, theo quy định tại khoản 1 điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a, khoản 1 điều 7 của Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 01 tháng 8 năm 2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.
TCVN 8635 : 2011 do Trung tâm Khoa học và Triển khai kỹ thuật thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số 362/QĐ-BKHCN ngày 28 tháng 02 năm 2011.
TCVN 8635 : 2011
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ỐNG XI PHÔNG KẾT CẤU THÉP - YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA
Hydraulic structures - Steel siphon - Technical requirements for designing, manufacturing and testing
1 Phạm vi áp dụng
1.1 Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật về thiết kế, chế tạo, kiểm tra ống xi phông bằng thép có tiết diện hình tròn, dùng để dẫn nước trong các công trình thủy lợi vượt qua phía dưới các công trình chắn ngang khác, bao gồm chế tạo mới, sửa chữa, phục hồi hoặc nâng cấp.
1.2 Ngoài các yêu cầu của tiêu chuẩn này còn phải tuân theo các yêu cầu được quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành có liên quan.
2 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
2.1
Ống xi phông kết cấu thép dùng trong công trình thủy lợi (Steel siphon used in hydraulic works)
Ống thép có tiết diện hình tròn, được uốn cong theo hình chữ U, dùng để dẫn nước luồn xuống phía dưới đoạn có công trình khác cắt ngang như đường giao thông, sông ngòi hoặc các công trình thủy lợi khác v.v….
2.2
Cửa vào của ống xi phông (Siphon inlet)
Phần tiếp giáp giữa kênh dẫn vào và đầu vào của ống xi phông.
2.3
Ống dẫn vào của ống xi phông (Inlet pipeline of siphon)
Phần kết cấu tiếp giáp giữa cửa vào và khuỷu cong của ống xi phông.
2.4
Khuỷu cong (cút cong) của ống xi phông (Siphon elbow)
Đoạn ống cong hướng dòng chảy xuống dưới hoặc vượt lên công trình chắn ngang.
2.5
Ống trung tâm của ống xi phông (Central siphon pipe)
Đoạn ống nối hai khuỷu cong của ống xi phông.
2.6
Ống dẫn ra của ống xi phông (Outlet pipeline of siphon)
Đoạn ống nằm giữa hai khuỷu cong và cửa ra của xi phông.
2.7
Cửa kiểm tra của ống xi phông (Siphon checking hole)
Bộ phận nằm trên đường ống xi phông (thường có hình tròn với đường kính Dkt từ 450 mm đến 500 mm) để kiểm tra phía trong lòng ống.
2.8
Cửa ra của ống xi phông (Outlet of siphon)
Phần kết cấu nằm giữa ống dẫn ra và kênh dẫn nước tiếp theo.
2.9
Lưới chắn rác và lưới bảo vệ cửa ống xi phông (Trashnet and protective net of siphon)
Lưới được lắp chắn ở hai đầu ống xi phông nhằm ngăn các vật lạ chui vào trong ống. Thông thường lưới chắn rác chỉ lắp lưới bảo vệ ở cửa vào ống xi phông. Đối với ống xi phông ở gần khu dân cư phải lắp lưới bảo vệ cả hai đầu.
2.10
Mặt cắt ngang của ống xi phông (Crossing section of siphon).
Mặt cắt tại vị trí bất kỳ vuông góc với đường tâm dọc ống.
2.11
Đường kính danh nghĩa D của ống xi phông (Siphon nominal diameter, D)
Đường kính trong của ống theo mặt cắt vuông góc với đường tâm dọc ống xi phông.
2.12
Chiều dày d của thành ống xi phông (Siphon thickness, d)
Trị số bằng một nửa của hiệu đường kính ngoài và đường kính trong của ống xi phông.
2.13
Đai và gân tăng cứng của ống xi phông (Reinforced ring of siphon)
Những chi tiết được hàn bổ sung vào mặt ngoài của ống nhằm làm tăng khả năng chịu lực của ống xi phông.
2.14
Độ dài công trình xi phông (Length siphon)
Khoảng cách ngắn nhất giữa hai tiết diện ngang của cửa vào và cửa ra được đo dọc theo đáy của công trình.
2.15
Độ dài dòng chảy trong ống xi phông (Length flow the siphon).
Khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm tiết diện cửa vào và cửa ra đo trên mặt cắt dọc theo trục của ống xi phông.
2.16
Áp lực trong ống xi phông (Siphon pressure)
Lực do dòng chất lỏng trong lòng ống tác dụng lên mặt trong của ống.
2.17
Áp lực trong ống xi phông dùng trong thiết kế (Design siphon pressure)
Lực có giá trị lớn nhất trong ống khi mực nước trên kênh dẫn có trị số lớn nhất.
2.18
Áp lực ngoài xi phông (External siphon pressure)
Lực tác động lên mặt ngoài của ống do ngoại lực như đất và phần công trình phía trên ống, lực đàn hồi của đất, áp lực thủy tĩnh của nước ngầm v.v.…
2.19
Mối hàn dọc của xi phông (Siphon longitudinal welding)
Mối hàn nối song song với trục tâm dọc ống xi phông.
2.20
Mối hàn ngang của xi phông (Siphon horizontal welding)
Mối hàn nối theo chu vi đường tròn của ống.
2.21
Khớp co giãn của xi phông (Expansion joint of siphon)
Khớp nối giữa hai ống đồng tâm có tính năng điều chỉnh chiều dài ống nhằm loại trừ sai số do chế tạo, lắp ráp hoặc do lún nền móng công trình và giãn nở nhiệt khi ống bị cố định hai đầu.
2.22
Mố néo của xi phông (Siphon anchor)
Mố néo cố định ống xi phông vào nền công trình.
2.23
Mố đỡ trung gian của xi phông (Middle support of siphon)
Các gối đỡ nằm giữa hai mố néo đỡ ống và cho phép ống xi phông xê dịch theo chiều song song với trục dọc ống.
2.24
Gối đỡ hở của xi phông (Open support of siphon)
Gối chỉ đỡ phía dưới ống xi phông.
2.25
Gối đỡ kín của xi phông (Closed support of siphon)
Gối đỡ giữ ống xi phông nằm trong khối bê tông của trụ đỡ.
2.26
Bể lắng trước cửa vào của xi phông (Siphon outlet sediment basin)
Hố sâu hơn đáy kênh đặt ở trước cửa vào ống xi phông.
2.27
Ống xả cặn của ống xi phông (Siphon sediment drain pipe)
Ống nằm ở vị trí thấp nhất của ống xi phông và sâu hơn đáy ống xi phông.
3 Yêu cầu kỹ thuật chung
3.1 Khảo sát địa hình, địa chất
3.1.1 Khảo sát địa chất để xác định cấu trúc địa chất, các chỉ tiêu cơ lý của từng tầng đất, đá làm cơ sở tính toán, xây dựng phương án thiết kế móng, trụ đỡ.
3.1.2 Khảo sát địa hình để lập bình đồ chung khu vực xây dựng công trình, vẽ các mặt cắt ngang, mặt cắt dọc và chọn tuyến xi phông.
3.2 Khảo sát chất lượng nước
3.2.1 Khảo sát xác định các loại chất thải trong nước để lập phương án thiết kế phù hợp.
3.2.2 Xác định độ pH và độ mặn của nước để chọn vật liệu thép làm ống phù hợp và có phương án chống ăn mòn kim loại.
3.3 Khảo sát thủy văn
3.3.1 Lựa chọn lũ thiết kế và tính toán xác định mô hình lũ thiết kế.
3.3.2 Xem xét, xác định lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất để thiết kế đoạn ra của ống xi phông.
3.3.3 Khảo sát lịch thủy triều để xác định thời điểm hạ chìm ống xi phông khi mực nước xuống nhỏ nhất.
3.4 Khảo sát và tính toán thủy lực
3.4.1 Khảo sát diễn biến dòng chảy trên các kênh hở và dòng chảy trong ống xi phông, bao gồm các công việc sau:
a) Độ dốc thủy lực;
b) Lưu lượng và vận tốc dòng chảy;
c) Dòng chảy trong ống xi phông là dòng chảy có áp.
3.4.2 Tính lưu lượng thiết kế trong ống xi phông, bao gồm các công việc sau:
a) Tính lưu lượng thiết kế trong ống xi phông :
Lưu lượng thiết kế trong ống xi phông phải bằng lưu lượng thiết kế trên kênh dẫn. Lưu lượng trong ống, Q, m3/s, được xác định theo công thức (1):
Q = mht.w. (1)
trong đó:
mht là hệ số lưu lượng của hệ thống :
mht = (2)
w là diện tích mặt cắt ngang ống xi phông, m2;
g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2;
H là độ chênh lệch chiều cao cột nước giữa cửa vào và cửa ra, m;
xht là tống hệ số tổn thất trong ống xi phông;
(3)
b) Tính toán thủy lực trong ống xi phông, tham khảo phụ lục B.
3.5 Tính áp lực bên trong và bên ngoài ống xi phông
3.5.1 Tính áp lực trong ống
Áp lực trong ống xi phông dùng cho thiết kế, Pz, N, được tính theo công thức (4):
Pz = Pp + Ps + Pv (4)
trong đó:
Pp là áp lực thủy tĩnh, N;
Ps là áp lực do cột áp của nguồn cấp nước, N;
Pv là áp lực do va đập thủy lực, N.
3.5.2 Xác định áp lực bên ngoài ống
Để tính toán khả năng chịu uốn, chịu nén của ống cần phải xác định tải trọng lớn nhất của các ngoại lực tác dụng lên ống. Các tải trọng ngoài bao gồm:
- Áp lực do bùn cát;
- Áp lực do nước bề mặt;
- Áp lực do đàn hồi của đất;
- Áp lực do trọng lượng đất và các tải trọng khác phía trên ống xi phông;
- Áp lực do chân không;
- Áp lực do nước ngầm.
Giá trị áp lực của các thành phần nói trên coi như phân bố đều trên chiều dài, N/m.
4 Thiết kế ống xi phông
4.1 Chọn vật liệu
4.1.1 Vật liệu để chế tạo đường ống thép xi phông gồm vỏ ống thép, vành đỡ, vành tăng cứng là thép các bon cán nóng, có giới hạn chảy từ 230 MPa đến 250 MPa, giới hạn bền kéo từ 380 MPa đến 490 MPa, độ giãn tương đối tại mẫu thử hình ngũ giác từ 23 % đến 26 %; độ dai va đập trong nhiệt độ dương từ 7 kg.m/cm2 đến 8 kg.m/cm2.
4.1.2 Tính toán thiết kế ống xi phông có áp phải căn cứ vào các trị số p và D để lựa chọn vật liệu phù hợp, trong đó p là áp suất lớn nhất trong ống, MPa và D là đường kính trong của ống, cm. Khi ống chịu áp lực có đường kính lớn, tích số p.D phải lớn hơn hoặc bằng 60 MPa/cm. Để tránh chiều dày thành ống quá lớn, khó gia công nên sử dụng loại thép hợp kim thấp có giới hạn chảy từ 300 MPa đến 400 MPa, hoặc loại thép có độ bền cao có giới hạn chảy từ 400 MPa đến 600 MPa.
4.1.3 Việc chọn vật liệu để gia công chế tạo đường ống xi phông cần được xem xét trên cơ sở áp lực tính toán và các đặc tính của chúng về độ bền, khả năng chịu hàn, điều kiện và biện pháp hàn.
4.1.4 Vật liệu que hàn để hàn vỏ ống xi phông phải phù hợp với thép hàn, đảm bảo đường hàn có đặc tính cơ lý tương đương với thép cơ bản bao gồm:
- Giới hạn chảy của đường hàn, sch, MPa;
- Giới hạn bền kéo của đường hàn, sB, MPa;
- Góc uốn trong trạng thái nguội, a, rad hoặc o (độ);
- Độ giãn tương đối, e, %.
4.2 Xác định ứng suất cho phép
4.2.1 Các công thức tính toán như sau:
a) Ứng suất kéo tính toán:
R1 = R1TC .k1.m1.m.m2 (5)
b) Ứng suất cắt, uốn, nén:
R2 = R2TC .C.k2.m.m2 (6)
trong đó:
R1TC là ứng suất kéo đứt tức thời của vật liệu chế tạo ống và mối hàn còn R2TC là ứng suất giới hạn chảy của thép chế tạo ống và mối hàn, đơn vị là MPa. Trị số của R1TC và R2TC có thể tham khảo các bảng từ bảng C.8 đến bảng C.10 phụ lục C:
- Đối với đường ống đặt lộ thiên R1TC có thể lấy bằng giới hạn chảy (sch) ;
- Đối với đường ống ngầm: khi tính với áp lực bên trong có thể lấy R2TC bằng giới hạn bền (sB) ; khi tính với áp lực bên ngoài R1TC có thể lấy bằng giới hạn chảy (sch) ;
C là hệ số chuyển đổi từ sức kháng cơ bản sang sức kháng dẫn suất (hay từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn), lấy theo bảng C.1 phụ lục C;
k1 và k2 là hệ số đồng chất của vật liệu làm ống xi phông, lấy theo bảng C.2 phụ lục C;
Hệ số m lấy theo điều kiện sau:
Với ống để tự do :
- Khi tính toán chịu áp lực bên trong: m = 0,71;
- Khi tính toán chịu áp lực bên ngoài: m = 0,85,
- Khi tính toán chịu tải trọng đặc biệt: m = 0,95;
Với ống đặt ngầm:
- Khi tính chịu áp lực bên trong: m = 0,80;
- Khi tính ổn định với áp lực bên ngoài: m = 0,50;
m1 là hệ số điều kiện làm việc khi kéo đứt, lấy theo bảng C.2 phụ lục C;
m2 là hệ số điều kiện làm việc của ống xi phông, lấy theo cấp của công trình:
- Đối với công trình cấp I và cấp đặc biệt: m2 = 0,85;
- Đối với công trình cấp II: m2 = 0,95;
- Đối với công trình cấp III, cấp IV: m2 = 1,00;
Trong tính toán thiết kế sơ bộ, m2 có thể lấy theo bảng C.2 phụ lục C;
c) Dựa vào trị số p, D, R1, R2 để chọn loại thép chế tạo ống xi phông.
Xem tiếp: TCVN 8635 : 2011 - phần 2
Xem lại: TCVN 7698 - 2:2007