CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH THU VÀ TRẠM BƠM CÁC NHÀ MÁY NƯỚC
8.1 CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT
Như đã trình bày ở chương 4, nhà máy nước Cẩm Thượng sử dụng nguồn nước mặt tại Sông Thái Bình cách nhà máy nước 400m về phía bắc. Ta sẽ xây mới 1 công trình thu đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng khai thác là 50.000 (m3/ngđ).
8.1.1 Phân tích địa chất, thuỷ văn để lựa chọn kiểu công trình thu.
Địa chất công trình
Thành phố Hải Dương thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ, nên đất thuộc loại phù sa của sông Hồng và sông Thái Bình. Cấu tạo địa tầng tại khu vực dự án gồm 6 lớp đất:
Lớp 1: Đất kết cấu không chặt chẽ, kém ổn định: h = 0,9 ÷ 1,6 (m).
Lớp 2: Sét pha dẻo mềm: h = 0,9 ÷ 2,1 (m).
Lớp 3: Bùn sét pha: h = 23 ÷ 24 (m), là lớp đất yếu và sẽ gây độ lún lớn khi chịu tải.
Lớp 4: Sét pha dẻo mềm, dẻo cứng: h = 2,2 ÷ 3,2 (m).
Lớp 5: Cát hạt bụi chặt vừa: h =1,9 ÷ 3,6 (m).
Lớp 6: Cát hạt trung chặt vừa.
Như vậy ta cần có các biện pháp gia cố nền móng trước khi xây dựng công trình Thuỷ văn công trình
Sông Thái Bình chảy qua thành phố Hải Dương ở phía Bắc và phía Đông, hình thành bởi sự hợp lưu của 3 con sông: sông Đuống, sông Lục Nam và sông Thương. Sông Thái Bình có lưu vực lớn tới 1200 km2, lưu lượng rất lớn: Qmax = 3020 m3/s, Qtb = 574 m3/s, Qmin = 63 m3/s.
Mực nước cao nhất +5,29 m, mực nước thấp nhất +0,28m, mực nước trung bình +1,20m.
Như vậy trữ lượng nước sông Thái Bình dồi dào đủ đảm bảo mọi nhu cầu khai thác nước cho dự án.
Kết luận
Theo phân tích số liệu khảo sát ở trên ta thấy vị trí đặt công trình thu có nền địa chất không tốt, có khả năng bị nún khi chịu tải trọng. Vì vậy cần phải có các biện pháp gia cố nền móng trước khi xây dựng công trình.Mặt cắt ngang sông có dạng thoải, không thích hợp thu nước ven bờ. Do vậy ta chọn công trình thu nước xa bờ loại dùng ống tự chảy. Công trình thu được xây dựng cho công suất cả hai giai đoạn, được bố trí kết hợp với trạm bơm cấp I. Trạm bơm phần vỏ xây dựng cho giai đoạn II, máy móc thiết bị được lắp đặt cho từng giai đoạn.
8.1.2 Sơ đồ cấu tạo công trình thu nước xa bờ Sơ đồ cấu tạo.
Hình 8.1 : Sơ đồ cấu tạo công trình thu - trạm bơm cấp I Chú thích:
1- Họng thu nước: có song chắn rác, thu giữ rác có kích thước lớn.
2- Cửa thông giữa ngăn thu và ngăn hút. Có lưới chắn rác giữ lại rác bẩn có kích thước nhỏ.
3- Ngăn thu nước.
4- Ngăn hút nước.
2
6
5
3 4 1
5- Gian máy, trạm bơm cấp 1.
6- Nhà quản lý. Tại đây có thiết bị nâng song chắn rác và thiết bị hót rác.
8.1.3 Tính toán
8.1.3.1 Song chắn rác.
Cấu tạo
Song chắn rác được đặt ở họng thu nước của công trình. Cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn đường kính 8 (mm), đặt song song với nhau và được hàn vào một khung thép, khoảng cách giữa chúng là 50 (mm). Song chắn rác được cố định nhờ các thép ngàm.
Tính toán
- Diện tích công tác của song chắn rác được tính như sau:
ω = vn Q
. .K1.K2.K3 (m2) Trong đó:
+ Q: Là lưu lượng tính toán.
Q = 50000 (m3/ngđ) = 2083,33 (m3/h) = 0,5787 (m3/s).
+ v: Là vận tốc nước qua song chắn rác. Theo TCN 33 - 2006 lấy v = 0,6 (m/s).
+ n: số cửa (họng) thu nước, ở đây ta chọn 2 ngăn thu, 2 ngăn hút => n=2 + K1: Là hệ số co hẹp do các thanh thép.
K1 = a
d a+
+ a: Khoảng cách giữa các thanh thép. a = 50 (mm).
+ d: Đường kính thanh thép. d = 8 (mm).
K1 = 50
8 50+
= 1,16.
+ K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào song, K2 = 1,25.
+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng thanh thép, thanh tiết diện tròn lấy K3 = 1,1.
⇒ ω = 0,6.2 5787 ,
0 .1,16.1,25.1,1 = 0,77 (m2).
Ta chọn cửa thu hình tròn có đường kính: D = 1000 (mm).
l
h
l
l
l h
c
c
8.1.3.2 Lưới chắn rác.
Sơ đồ cấu tạo cấu tạo
Hình 8.2. Sơ đồ cấu tạo lưới chắn rác
- Chọn lưới chắn rác kiểu lưới chắn phẳng đặt giữa ngăn thu và ngăn hút.
- Lưới được đan bằng thép không rỉ có đường kính d = 1 (mm). Kích thước mắt lưới là a×a = 4×4 (mm). Mặt ngoài của lưới đặt thêm một tấm lưới nữa có kích thước mắt lưới 25×25 (mm) và đường kính dây thép đan D = 3 (mm) để tăng khả năng chịu lực cho lưới chắn rác.
Tính toán
- Diện tích công tác của lưới chắn rác được xác định theo công thức:
ω = vn Q
. .K1.K2.K3 (m2) + Q: Là lưu lượng tính toán. Q = 0,5787 (m3/s).
+ v: Là vận tốc nước qua lưới, v = 0,4 (m/s).
+ n: số cửa (họng) thu nước, ở đây ta chọn 2 ngăn thu, 2 ngăn hút => n=2 + K1: Là hệ số co hẹp do các thanh thép xác định theo công thức:
K1= ( 2 )2 a
d a+
.( 1 + p ).
+ a: Kích thước mắt lưới. a = 4 (mm).
+ d: Đường kính dây đan lưới. d = 1,0 (mm).
+ p: Tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích công tác của lưới, lấy p = 0,05.
K1= 2 2 4
) 1 4 ( +
.( 1 + 0,05 ) = 1,64.
+ K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào lưới. K2= 1,5.
+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng, K3= 1,2.
ω = 0,4.2 5787 ,
0 .1,64.1,5.1,2 = 2,14 (m2).
- Chọn kích thước cửa chắn rác là: H×L = 1600×1400 (mm).
- Kích thước lưới: HL×LL = 1730x1530 (mm).
8.1.3.3 Tính toán họng thu nước
Hình 8.3: Sơ đồ cấu tạo họng thu nước 1: Khối bê tông dùng để cố định họng thu
2: ống tự chảy 3: Song chắn rác 4: Côn thu
h1: Chiều sâu tính từ mực nước thấp nhất đến đỉnh họng thu. Chọn h1=0,8m h2: Chiều cao bảo vệ. Chọn h2 = 0,2 (m).
hs: Chiều cao của song chăn rác. hs= Ds = 1 (m).
h3: Khoảng cách từ đáy sông đến mép dưới của thu. h3 = 0,8 (m).
⇒ Tổng chiều cao đặt họng thu là:
∑h = h1 + h2 + hs + h3 = 0,8 + 0,2 + 1 + 0,8 = 2,8 (m).
Do mực nước thấp nhất ở sông Thái Bình tại vị trí đặt công trình thu có cao trình là +0,28m
⇒ Đặt họng thu nước tại vị trí có cao trình là: 0,28 - 2,8 = -2,52 (m).
8.1.3.4 Tính ống tự chảy và phương pháp rửa.
Tính ống tự chảy:
- Ta chọn chiều dài ống tự chảy là: Lống = 30 (m).
- Chọn 2 ống tự chảy để đảm bảo thu nước an toàn. n = 2.
h3 h1 h2
3 2
3
4
1
1
Mntn
hs
- Vật liệu ống: ống gang.
- Lưu lượng của từng ống:
Q = 2 Qtk
= 2 50000
= 25000 (m3/ngđ) = 2083,33(m3/h) = 0,5787 (m3/s).
- Đường kính ống chọn D = 600 ⇒ vận tốc chảy trong ống: v = 1,023 (m/s).
Xác định tổn thất áp lực trên ống tự chảy:
h = hd + hcb = i.Lống + ∑ξ.
g v
. 2
2
Trong đó:
+ i: Tổn thất đơn vị dọc đường.
+ Lống: Chiều dài ống tự chảy. Lống = 30 (m).
Tra bảng với: D = 600 (mm); Q = 289,4 (l/s); v = 1,023 (m/s).
Ta được: 1000.i = 2,23 hay i = 2,23 (m/1000m)
).
( 0669 , 0 30 1000.
23 ,
2 m
hd= =
⇒ + ξ: Hệ số tổn thất cục bộ.
∑ ξ = ξphễu + ξkhoá = 0,15 + 1 = 1,15.
hcb = 1,15.
81 , 9 . 2
023 ,
1 2
= 0,0613 (m).
Vậy h = 0,0669 + 0,0613 = 0,128 (m). Lấy tròn h = 0,13 (m).
Phương pháp rửa ống:
Ta có thể dùng hai phương pháp rửa thuận và rửa ngược đều được,tuy nhiên do ống tự chảy ngắn nên ta chọn phương pháp rửa thuận
Đối với phương pháp rửa thuận:
+ Ta chọn thời điểm rửa ống vào mùa lũ, do mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất chênh lệch nhau khá lớn, do đó sẽ tạo được áp lực khá lớn khi ta rửa ống.
+ Ta đặt ống dốc về phía ngăn thu. Khi rửa ống ta đóng một ống lại, do bơm cấp một vẫn làm việc bình thường ⇒ vận tốc nước trong đường ống khi đó tăng lên gấp bội sẽ làm cho lắng cặn bị đẩy về ngăn thu, sau đó tiến hành tẩy rửa cả ngăn thu.
Ưu điểm:
- Đơn giản trong quản lý.
- Không làm giảm lưu lượng của công trình trong thời gian tẩy rửa.
Nhược điểm:
Khi về mùa cạn mực nước trên sông thấp thì không tạo được vận tốc rửa cần thiết nên thời gian rửa kéo dài
8.1.3.5 Ngăn thu và ngăn hút.
Hình 8.4: Sơ đồ mặt bằng ngăn thu - ngăn hút.
Hình 8.5: Kích thước mặt đứng ngăn thu - ngăn hút.
Ngăn thu:
- Chiều rộng ngăn thu tính theo công thức
B1 = BL + 2.e
+ BL: Chiều rộng lưới chắn rác. BL = 1530 (mm) = 1,53(m).
h3
h2
h5 h6 h4
H
h1
A1 A2
B2
B1 B2 B1
+ e: Khoảng cách từ mép song đến mép ngăn thu. Lấy e = 0,6 (m).
B1 = 1,53 + 2.0,6 = 2,73 (m); Chọn B1 = 3 (m).
- Chiều dài ngăn thu A1 = 1,6-3 (m), Để thuận tiện trong việc thi công ta chọn ngăn thu hình vuông nên lấy A1= 3 m, trong ngăn thu bố trí song chắn rác, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa.
Ngăn hút:
- Chiều rộng ngăn hút tính theo công thức: B2 ≥ 3 Dp
+ Dp: Đường kính phễu thu. Dp= (1,3 ÷ 1,5)Dh. Lấy Dp = 1,3Dh.
+ Dh: Đường kính ống hút. Do có 2 ngăn hút, mỗi ngăn chỉ bố trí 1 ống hút → lưu lượng qua 1 ống hút:
Qh = 2 Q =
2 5787 ,
0 = 0,5787 (m3/s) = 289,4 (l/s).
- Chọn Dh = 600( mm), dùng ống thép:
DP = 1,3 Dh = 1,3. 0,6 = 0,78 (m).
⇒ DP = 0,8 (m). Chọn B2 = 3 (m).
- Chiều dài ngăn hút: A2 = 3 (m).
- Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông: Lấy h1 = 1(m).
- Khoảng cách từ mép dưới đặt lưới đến đáy công trình thu: Lấy h2 = 0,5 (m).
- Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa thu: h3 = 0,5 (m).
- Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng vào phễu hút:
h6 ≥ 1,5.DP = 1,5. 0,78 = 1,17 (m) hoặc h6 ≥ 0, 5 (m).
⇒Chọn h6 = 1,2 (m).
- Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phễu hút:
h5 ≥ 0, 5 (m) hoặc h5 ≥ 0,8.DP = 0,8.0,78 = 0,624 (m).
⇒Chọn h5 = 0,7 (m ).
- Khoảng cách từ mực nước cao nhất đến sàn công tác: h4 = 0,5 (m).
- Đáy công trình thu có độ dốc 3% về phía hố thu cặn.
- Hố thu cặn kích thước: 500x500 (mm), sâu 300( mm).
- Chiều cao gian quản lý: H = 3,5 (m).
8.1.3.6 Tính toán cao trình mặt nước trong ngăn thu và ngăn hút.
Cao trình mặt nước của sông:
+ MNCN là +4,49 (m).
+ MNTN là +0,28 (m).
Tổn thất qua ống tự chảy là hô = 0,13 (m).
Tổn thất qua lưới chắn rác lấy sơ bộ là hl = 0,2 (m).
Cao trình mặt nước trong ngăn thu:
+ MNCNngăn thu = MNCNsông – hô = 4,49 - 0,13 = 4,36 (m).
+ MNTNngăn thu = MNTNsông – hô = 0,28 - 0,13 = 0,15 (m).
Cao trình mặt nước trong ngăn hút:
+ MNCNngăn hút = MNCNngăn thu - hl = 4,49 - 0,2 = 4,29 (m).
+ MNTNngăn hút = MNTNngăn thu - hl = 0,15 - 0,2 = -0,05 (m).