Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8214:2009 về thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

TCVN 8214:2009

THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

Hydraulics physical model test of water headworks

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định nội dung, phương pháp thí nghiệm mô hình thủy lực cho các công trình thủy công (có lực tác dụng chủ yếu là trọng lực) thuộc công trình thủy lợi, hệ thống thủy lợi, thủy điện và có thể áp dụng cho các công trình khác có nội dung thí nghiệm tương tự.

Tiêu chuẩn này áp dụng trong các bước thiết kế của các giai đoạn đầu tư xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện. Phạm vi nghiên cứu thí nghiệm mô hình, gồm việc bố trí hợp lý cụm đầu mối công trình thủy lợi, thủy điện và vấn đề thủy lực của các hạng mục công trình thủy công trên hệ thống thủy lợi như: tối ưu hóa hình dạng công trình tháo nước, khả năng tháo nước, lực của dòng chảy tác dụng lên công trình, chế độ nối tiếp dòng chảy thượng, hạ lưu công trình thủy công và các biện pháp phòng xói lở, bồi lắng, v.v…

Khi tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực, ngoài việc áp dụng tiêu chuẩn này, còn khuyến khích áp dụng các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về các phương pháp thí nghiệm, sử dụng thiết bị đo có liên quan.

2. Nhiệm vụ, nội dung và các trường hợp thí nghiệm mô hình thủy lực

2.1 Nhiệm vụ của thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện

a) Mô phỏng lại công trình thực tế bằng mô hình tỷ lệ thích hợp theo tiêu chuẩn tương tự nhằm kiểm nghiệm phương án thiết kế và xác định phương án tối ưu theo điều kiện thủy lực;

b) Nghiên cứu động học và động lực học dòng chảy trong các công trình dẫn nước và chế độ nối tiếp, an toàn thượng hạ lưu;

c) Nghiên cứu quy trình khai thác, chế độ, quy trình vận hành tối ưu về chế độ thủy lực, an toàn công trình;

d) Nghiên cứu, bổ sung hoàn thiện những quy luật về động học và động lực học dòng chảy.

2.2 Các trường hợp thí nghiệm mô hình thủy lực

2.2.1 Các công trình thủy lợi, thủy điện cấp I, II trong giai đoạn lập dự án đầu tư và các giai đoạn thiết kế xây dựng công trình nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm công trình tương tự thì khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn này để làm rõ cơ sở khoa học cho thiết kế.

2.2.2 Các công trình thủy lợi, thủy điện từ cấp III trở xuống mà chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm của công trình tương tự thì cũng được khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn này để thí nghiệm mô hình thủy lực ở một trong các trường hợp sau:

- Cống ở các hồ chứa: Thiết kế chênh lệch cột nước thượng hạ lưu từ 10 m trở lên, hoặc cửa van đặt ở giữa hay đầu cống;

- Cống lấy nước và lấy phù sa hai tầng trở lên ở dưới đê.

b) Đối với tràn xả lũ:

- Vận tốc đuôi tràn hay bậc nước từ 15 m/s trở lên;

- Công trình dẫn nước phải bố trí ở địa hình phức tạp, đường dẫn không thẳng;

- Tràn xả lũ có địa chất hạ lưu không phải là nền đá tốt;

- Tràn máng bên: có lưu lượng tháo lớn hơn hoặc bằng 100 m³/s;

- Tràn giếng đứng hoặc nghiêng một góc a;

- Công trình tháo lũ kiểu xi phông.

2.2.3 Các công trình thiết kế định hình trước khi duyệt để đưa ra áp dụng đại trà phải kiểm tra thí nghiệm thủy lực.

2.2.4 Các công trình tháo xả bùn cát.

2.2.5 Các công trình từ cấp III trở lên bị hư hỏng do nguyên nhân thủy lực cũng cần khuyến nghị sử dụng tiêu chuẩn thông qua thí nghiệm mô hình để chọn giải pháp sửa chữa tối ưu.

2.2.6 Các công trình từ cấp II trở lên nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm của công trình tương tự thì khuyến nghị thí nghiệm về dẫn dòng thi công. Các công trình từ cấp III trở xuống nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm của công trình tương tự thì cũng nên thí nghiệm về dẫn dòng thi công khi chế độ dòng chảy phức tạp ở thượng hoặc hạ lưu công trình.

2.2.7 Công trình cấp đặc biệt phải có quy định riêng về thí nghiệm mô hình thủy lực.

2.3 Nội dung thí nghiệm mô hình thủy lực

Các nội dung thí nghiệm mô hình thuỷ lực bao gồm:

- Xác định khả năng tháo lưu lượng tương ứng với các trường hợp khai thác, vận hành;

- Xác định diễn biến mực nước ứng với các trường hợp khai thác, vận hành;

- Xác định trường lưu tốc dòng chảy trung bình; hoặc Xác định lưu tốc mạch động của dòng chảy;

- Xác định áp suất trung bình của dòng chảy; hoặc Xác định áp suất mạch động của dòng chảy;

- Xác định hình thức, thông số của hiện tượng nối tiếp, tiêu năng thượng hạ lưu;

- Xác định lưu hướng, hướng dòng chảy;

- Xác định sóng leo (hoặc sóng xiên) trong các trường hợp khai thác, vận hành (hướng sóng, biên độ sóng, chu kỳ sóng, đỉnh sóng max, chân sóng min …);

- Đánh giá xói lở, bồi lắng, biến dạng lòng dẫn và vùng bờ trên mô hình lòng cứng;

- Xác định chiều sâu, phạm vi xói cục bộ ở thượng, hạ lựu công trình trên mô hình lòng mềm;

- Xác định các thông số đóng mở cửa van phục vụ công tác lập quy trình vận hành đối với cửa van có điều khiển;

- Xác định góc mở (hoặc độ mở) cửa van trong khai thác vận hành công trình thủy lợi, thủy điện, đặc biệt là cửa van tự động;

- Xác định mô men thủy động tác dụng lên cửa van (hoặc lực đóng mở) khi cửa đang vận hành;

- Đánh giá hiệu quả của hình thức kết cấu tiêu năng và nối tiếp của công trình, phạm vi vùng ảnh hưởng trực tiếp ở thượng và hạ lưu;

- Đánh giá sự hợp lý của tuyến công trình;

- Xác định thông số nước va: chu kỳ, biên độ, tần số, áp lực, v.v... trong đường dẫn có áp (công trình thủy điện hoặc trạm bơm lớn, đường hầm tháo lũ dạng xả sâu, ...);

- Xác định độ dốc thủy lực của dòng thấm qua công trình (khi thí nghiệm thấm);

- Xác định đường thấm bão hòa trong thân công trình (khi thí nghiệm thấm);

- Xác định lưu lượng thấm qua công trình chặn dòng, lấp sông khi thi công công trình thủy lợi, thủy điện (công trình sử dụng vật liệu rời có đường kính hạt lớn);

- Xác định hệ số thấm rối qua công trình chặn dòng, lấp sông (công trình sử dụng vật liệu rời có đường kính hạt lớn);

- Xác định khẩu độ giới hạn của công trình khi chặn dòng lấp sông;

- Xác định hệ số tổn hao vật liệu khi chặn dòng lấp sông (do nguyên nhân thủy lực);

- Xác định cường độ đổ vật liệu hợp lý khi lấn sông hoặc lấp sông;

- Xác định kích thước vật liệu thích hợp cho từng thời đoạn lấp sông (Hàn khẩu hoặc hợp long);

- Nghiên cứu đặc trưng thủy lực của dòng chảy có hiện tượng hàm khí, khí thực;

- Xác định hệ số trộn khí đối với công trình có dòng chảy với vận tốc V >15 m/s (hệ số trộn khí tự nhiên).

2.4 Tổ chức thực hiện công tác thí nghiệm mô hình thủy lực công trình

Việc tổ chức thực hiện được thực hiện như sau:

- Cơ quan tư vấn lập yêu cầu thí nghiệm và trình cấp có thẩm quyền phê duyệt;

- Cơ quan thí nghiệm mô hình thủy lực căn cứ yêu cầu thí nghiệm lập đề cương, dự toán trình cấp có thẩm quyền phê duyệt;

- Cơ quan thí nghiệm mô hình thủy lực thực hiện nội dung theo đề cương được phê duyệt;

- Cơ quan liên quan tiến hành đánh giá và nghiệm thu kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực theo quy định.

GHI CHÚ:

1) Thí nghiệm mô hình thủy lực là một hạng mục tương đối độc lập trong công tác thiết kế;

2) Theo quy định tại quyết định số 11/2005/QĐ-BXD ngày 15/4/2005 của Bộ trưởng Bộ xây dựng thì định mức chi phí lập dự án và thiết kế xây dựng công trình chưa bao gồm chi phí cho việc xây dựng và thí nghiệm mô hình.

3 Tiêu chuẩn thí nghiệm mô hình thủy lực

3.1 Quy định về điều kiện tương tự

Mô hình phải đảm bảo tương tự hình học, tương tự về đặc trưng động học và tương tự động lực học của dòng chảy với nguyên hình.

Đối với mô hình thủy lực công trình, hiện tượng thủy lực thường do tác động chủ yếu của trọng lực (khi nước chảy qua đập, qua cống, qua dốc nước, qua lỗ…) thì phải tuân theo tiêu chuẩn tương tự trọng lực là số Froud của mô hình và của nguyên hình phải bằng nhau (Fr_n=Fr_m=idem)

Ngoài điều kiện cơ bản là thỏa mãn tương tự trọng lực còn phải thỏa mãn các điều kiện giới hạn sau:

- Chế độ chảy ở nguyên hình phải được bảo tồn trên mô hình, nghĩa là số Râynôn trên mô hình (Re_M) phải lớn hơn số Râynôn giới hạn (Re_K);

- Trong thí nghiệm mô hình cần chọn vật liệu và phương pháp hợp lý để hiệu chỉnh độ nhám cho phù hợp;

- Để tránh ảnh hưởng của sức căng mặt ngoài, lưu tốc bề mặt mô hình không được nhỏ hơn 23 cm/s, độ sâu nước không được nhỏ hơn 2,0 cm;

3.2 Trang thiết bị cơ bản của thí nghiệm3.2.1 Hệ thống hạ tầng khu thí nghiệmHạ tầng khu vực sử dụng cho thí nghiệm cần phải được trang bị hệ thống cấp và thu nước, bao gồm: bể chứa nước, bơm động lực, bể lặng nước, hệ thống ống phân bố nước và máng hồi nước, các thiết bị cấp và thu cát … phù hợp với yêu cầu và tiêu chuẩn thí nghiệm.

Các thiết bị thông dụng cố định: căn cứ vào nhiệm vụ thí nghiệm, có thể xây dựng lắp đặt các thiết bị cố định có tính thông dụng như: Máng kính, tháp nước cao và bể áp lực, v.v...

3.2.2 Thiết bị đo đạc thí nghiệm

a) Thiết bị đo mực nước:

- Kim đo mực nước dùng để đo mực nước khi dòng chảy có lưu lượng không đổi cần chọn loại đáp ứng yêu cầu về khoảng đo và độ chính xác;

- Kim đo mực nước tự động dùng để đo mực nước khi dòng chảy có lưu lượng biến đổi cần chọn loại đáp ứng yêu cầu về khoảng đo và tốc độ bám theo vết;

- Thiết bị đo chiều cao sóng dùng vào việc đo dao động trên mặt nước cần chọn loại có thể phối hợp được với các thiết bị thu thập tín hiệu và xử lý tín hiệu.

b) Thiết bị đo áp suất, áp suất mạch động:

- Ống đo áp dùng để đo áp suất khi lưu lượng không đổi, có:

 Đường kính trong của lỗ đo áp cần nhỏ hơn hoặc bằng 2 mm,

 Miệng lỗ cần vuông góc với thành bên, chiều sâu lỗ ít nhất bằng 2 lần đường kính ống,

 Đường kính trong ống của đo áp (ống thủy tinh) không đổi và lớn hơn 1 cm,

 Thân ống giữ thẳng đứng. Cao trình điểm không (0) được hiệu chỉnh bằng máy thủy chuẩn;

- Khi áp suất nhỏ hơn 3,0 m cột nước thì dùng ống đo PenZometers, áp suất vượt qua 3,0 m cột nước thì nên dùng cột áp thủy ngân;

- Khi áp suất vượt quá 10,0 m cột nước, nên dùng áp kế thích hợp, đáp ứng yêu cầu về khoảng đo và độ chính xác.

c) Thiết bị đo lưu lượng có thể dùng các thiết bị sau:

- Thiết bị đo lưu lượng tự động điều chỉnh van bằng điện;

- Đập tràn dùng để đo lưu lượng không đổi, để đáp ứng yêu cầu của khoảng đo và độ chính xác nên chọn loại đập tràn sau:

 Khi lưu lượng Q < 10 L/s, dùng đập tràn tam giác vuông, lưu lượng được xác định theo đường cong chuẩn,

 Khi lưu lượng Q > 10 L/s, dùng đập tràn hình chữ nhật, tính toán lưu lượng dùng công thức Rebhock,

 Khi lưu lượng Q > 200 L/s, có thể dùng đập tràn hình thang với hệ số dốc ở mép bên m = 0,25 (góc a=14⁰), chiều rộng đáy dưới hình thang b £ 4H (H là cột nước qua tràn),

- Yêu cầu của việc lắp đặt đập tràn do nước:

 Chiều rộng lòng máng của đập tràn tam giác cân bằng 3 đến 4 lần cột nước tràn lớn nhất trên đập,

 Thân đập phải đặt thẳng đứng, vuông góc với lòng máng, đỉnh của tấm đập nằm ngang bằng,

 Chiều rộng lòng máng không đổi (đối với đập tràn chữ nhật),

 Giữa tấm đập tràn hình chữ nhật và làn nước dưới đập tràn cần bố trí lỗ thông khí, mực nước hạ lưu phải thấp hơn cao trình ngưỡng tràn ít nhất 7 cm,

 Lưới giảm sóng đặt ở thượng lưu đập tràn, cách đập tràn một khoảng ít nhất bằng 10 lần cột nước tràn lớn nhất trên đỉnh đập tràn,

 Lỗ kim đo mực nước thượng lưu đặt ở vị trí cách đập tràn ít nhất bằng 6 lần cột nước tràn lớn nhất trên đỉnh đập tràn;

- Ống Venturi dùng vào việc đo lưu lượng dòng chảy không đổi, kích cỡ phải phù hợp thiết kế tiêu chuẩn, đường kính tùy theo lưu lượng mà định. Hệ số lưu lượng dùng đường cong chuẩn.

d) Thiết bị đo lưu tốc phải có độ chính xác thích hợp và phù hợp với từng trường hợp thí nghiệm.

e) Kiểm định thiết bị đo đạc theo quy định hiện hành.

3.3 Thiết kế mô hình

Tiến hành thiết kế mô hình theo yêu cầu về điều kiện tương tự đã chọn.

Tỷ lệ hình học và phạm vi mô hình được chọn theo: Yêu cầu độ chính xác của công trình, điều kiện sân bãi thí nghiệm, thiết bị, lưu lượng cấp nước, điều kiện giới hạn và điều kiện kinh tế.

Chọn loại mô hình:

- Nghiên cứu bố trí cụm công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện và quan hệ tương hỗ giữa các công trình dùng mô hình lòng cứng chỉnh thể, tỷ lệ không nhỏ hơn 1/100;

- Nghiên cứu đặc tính thủy lực của một công trình nào đó trong cụm đầu mối, dùng mô hình riêng lẻ, tỷ lệ không nhỏ hơn 1:80;

- Nghiên cứu hiện tượng dòng chảy của một bộ phận nào đó của công trình, dùng mô hình cục bộ, tỷ lệ không nhỏ hơn 1:80;

- Mô hình mặt cắt tỷ lệ không nhỏ hơn 1:50;

- Nghiên cứu xói lở, bồi lắng cục bộ thượng hạ lưu công trình đầu mối, có thể kết hợp mô hình lòng cứng với mô hình lòng động;

- Căn cứ yêu cầu thí nghiệm cho hạng mục thí nghiệm công trình, có thể đồng thời chọn nhiều loại mô hình: mặt cắt, tổng thể.

Phạm vi làm mô hình:

-Chiều dài hướng dọc của mô hình: Phải bảo đảm cho trạng thái dòng chảy trong đoạn nghiên cứu đạt tương tự với dòng chảy nguyên hình: Thượng lưu cách ngưỡng tràn hoặc cống 30 lần cột nước thiết kế, hạ lưu cách mặt cắt xác định Q = f(H) hạ lưu ít nhất 300 m;

- Hướng ngang: Phải bao trùm đường đồng mức mực nước cao nhất, đồng thời có độ cao an toàn thích hợp.

3.4 Chế tạo và lắp ráp mô hình

a) Vẽ bản đồ bố trí tổng thể mô hình, bản vẽ chi tiết mô hình công trình, bản đồ bố trí các điểm đo, đồng thời đề ra các yêu cầu về gia công và lắp ráp mô hình;

b) Các loại vật liệu làm mô hình tùy yêu cầu thích ứng có thể dùng: gỗ, xi măng, kính hữu cơ, tấm Plastic cứng và tôn mạ kẽm, các loại vật liệu làm vật liệu xói;

c) Tường biên của mô hình có thể bằng gạch xây hoặc lắp ghép bằng tấm đúc sẵn. Dù dùng loại tường bên nào đều phải đảm bảo cường độ và tương tự độ nhám;

d) Việc tạo địa hình mô hình có thể dùng phương pháp mặt cắt, phương pháp điểm cọc. Khi dùng 2 phương pháp này, khoảng cách giữa hai mặt cắt khống chế trong mô hình có thể lấy bằng từ 50 cm đến 80 cm; đối với đoạn sông có địa hình biến đổi tương đối phức tạp, số mặt cắt khống chế có thể tăng thêm;

e) Yêu cầu của lắp ráp mô hình: Điểm gốc thủy chuẩn và cao trình mô hình được khống chế bằng máy thủy chuẩn, sai số cho phép theo khoản f) điều 3.4 dưới đây;

f) Yêu cầu khống chế độ chính xác:

- Cao trình mô hình công trình, sai số cho phép ± 0,2 mm đến ± 0,4 mm (tùy theo tỷ lệ l_L);

- Cao trình địa hình, sai số cho phép ± 2,0 mm; khoảng cách nằm ngang sai số cho phép là ± 10 mm;

- Điểm gốc thủy chuẩn và điểm không (0) của kim đo, sai số cho phép là ± 0,3 mm.

g) Kiểm tra và nghiệm thu:

- Lắp ráp mô hình xong cần tiến hành kiểm tra toàn diện, lập biên bản nghiệm thu thiết kế và lắp ráp mô hình đầy đủ;

- Sau khi kiểm tra xong cần tiến hành thử nước, nếu phát hiện vấn đề gì thì kịp thời có biện pháp hiệu chỉnh và cũng cần lập biên bản nghiệm thu đầy đủ;

- Đối với các mô hình công trình đặc biệt, cần tổ chức nghiệm thu xây dựng, chế tạo mô hình có xác nhận của cơ quan đặt thí nghiệm mô hình.

3.5 Trình tự thí nghiệm

a) Căn cứ vào nhiệm vụ và yêu cầu thí nghiệm, xây dựng đề cương nghiên cứu thí nghiệm chi tiết bao gồm: Nội dung thí nghiệm, loại mô hình, tỷ lệ mô hình, lần nhóm thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm và kế hoạch tiến độ thí nghiệm, v.v…;

b) Thí nghiệm chính thức bao gồm: Thí nghiệm phương án thiết kế, thí nghiệm phương án sửa đổi và thí nghiệm phương án hoàn thiện;

c) Trước khi thí nghiệm chính thức, cần tiến hành thí nghiệm kiểm chứng để hiệu chỉnh độ nhám và thiết bị đo lường, v.v…;

d) Khi thí nghiệm phương án sửa đổi phải mời cơ quan thiết kế quan sát mô hình và thống nhất nội dung thí nghiệm sửa đổi;

e) Khi thí nghiệm phương án hoàn thiện, cần kịp thời chỉnh lý phân tích số liệu, phát hiện các điểm khả nghi để thí nghiệm bổ sung;

f) Lập báo cáo kết quả nghiên cứu thí nghiệm chính thức.

3.6 Nội dung và phương pháp thí nghiệm

3.6.1 Xác định diễn biến mực nước và đường mặt nước, chế độ tiếp nối dòng chảy

Phải đặt ống kim đo mực nước: Thượng lưu tại vị trí cách ngưỡng tràn hoặc cống ít nhất bằng 10 lần cột nước thiết kế, phía hạ lưu tại mặt cắt xác định Q = f(H) hạ lưu. Dùng kim đo để đo mực nước trong bình kim đo.

Thông qua giá kim đo lưu động (hoặc xe đo) đã được chỉnh ngang bằng, dùng kim đo để đo đường mặt nước, hướng dọc hoặc hướng ngang của dòng chảy.

Chọn máy đo mực nước tự động để đo quá trình biến đổi mực nước của dòng chảy biến đổi. Mỗi trị số đo là giá trị trung bình cộng của 3 lần đo.

Trường hợp thí nghiệm cống ngầm chảy có áp phải dùng kính hữu cơ làm mô hình công trình để quan sát dòng chảy được dễ dàng.

Dùng bảng biểu để ghi số hiệu quan trắc (ghi rõ điều kiện thí nghiệm, lần đo, nhóm đo và ngày
tháng năm).

3.6.2 Đo lưu lượng

Các bước thao tác thí nghiệm chảy qua đập tràn cống:

- Xác định lưu lượng tháo cho trường hợp chảy tự do và chảy ngập;

- Ứng với mỗi cấp lưu lượng xác định được mực nước thượng lưu tương ứng.

Các bước thao tác thí nghiệm chảy qua lỗ:

- Xác định lưu lượng nước tháo với các độ mở cửa van khác nhau;

- Ứng với mỗi độ mở cửa van xác định được lưu lượng nước xả và mực nước thượng lưu tương ứng.

Dùng bảng biểu để ghi số liệu quan trắc, sau đó, theo công thức, tính toán hệ số lưu lượng của tràn và chảy qua lỗ.

3.6.3 Đo lưu tốc, xác định hướng dòng chảy

Căn cứ vào khoảng đo lưu tốc để chọn máy đo lưu tốc tương ứng.

Chọn vị trí thượng lưu, công trình chính, tiêu năng và hạ lưu công trình làm mặt cắt chính đo lưu tốc, còn các mặt cắt khác thì tùy theo yêu cầu mà xác định.

Tại mỗi mặt cắt đo, bố trí ít nhất 5 thủy trực đo, mỗi thủy trực đo 3 điểm: mặt, giữa và đáy.

Đồng thời với việc đo lưu tốc, tiến hành quan trắc trạng thái dòng chảy, hướng dòng chảy; thường dùng phương pháp quan trắc thả phao đo lưu hướng đi theo lưới tọa độ đã định, chụp ảnh chậm, quay camêra.

Dùng bảng biểu ghi chép các số liệu đo lưu tốc và tính đổi ra nguyên hình.

Thí nghiệm về khí thực, hàm khí phải tiến hành trong giá kín.

3.6.4 Đo áp suất thủy động

Kiểm tra lỗ đo áp và ống đo áp xem có phù hợp yêu cầu hay không.

Kiểm tra lỗ đo áp xem có rò rỉ hay không. Trước mỗi lần thí nghiệm phải thông khí trong ống đo áp.

Dùng máy thủy chuẩn để xác định cao trình điểm không (0) của bảng đo áp.

Theo thứ tự đánh số, dùng giấy kẻ ly đo chiều cao cột nước trong ống đo áp.

Dùng bảng biểu ghi chép lại các số liệu đo đạc.

Thí nghiệm mô hình hiện tượng chân không: Phải chế tạo mô hình với tỷ lệ lớn để tạo được chân không trong mô hình (l_L = từ 10 đến 25).

3.6.5 Đo áp suất mạch động

Lắp bộ truyền cảm áp suất mạch động vào lỗ đo áp, mặt ngoài phải vuông góc với thành bên.

Nếu bên yêu cầu lắp ráp như trên đây có khó khăn, thì có thể dùng một đoạn ống cứng để nối giữa bộ truyền cảm và lỗ đo áp.

Đưa tín hiệu điện nhập vào máy xử lý để ghi chép hoặc lưu trữ. Mỗi trị số đo lấy trung bình cộng của 3 lần đo.

Sau khi thí nghiệm xong bộ truyền cảm cần phải được định chuẩn lại.

3.6.6 Đo xói cục bộ

Chọn vật liệu thí nghiệm xói ở mô hình:

- Dùng thể hạt rời tương tự để mô phỏng lòng sông nguyên hình được tạo bởi cát sỏi hoặc nham thạch với các thớ nứt phát triển, đường kính hạt cụ thể được chọn theo thứ tự lưu tốc không xói cho phép [V_cp];

- Dùng cát mô hình nhẹ, mùn cưa ngâm hay bụi than để mô phỏng lòng sông nguyên hình tạo bởi bùn cát hạt mịn, đường kính hạt cụ thể thông qua thí nghiệm thử để xác định;

- Dùng các viên vật liệu gia công có lg = 1 và chất keo dính kết theo hướng vỉa đá để mô phỏng nền đá nguyên hình tạo bởi khối đá núi, yêu cầu đạt được gần như tương tự lưu tốc không xói và dạng xói gần thực tế.

Cao trình phủ vật liệu mô hình xói cần căn cứ vào cao trình mặt đá gốc mà xác định. Khi cần thiết, có thể rải theo lớp phủ trên và phân tầng đá gốc.

Phạm vi phủ vật liệu xói phải rộng hơn phạm vi xói.

Lòng sông thung lũng hẹp phải chế tạo vật liệu xói ở cả hai bờ.

Thời gian thí nghiệm xói lở xác định theo tỷ lệ về thời gian quy đổi giữa mô hình và nguyên hình.

Tiến hành thí nghiệm theo trình tự thao tác nghiêm ngặt, không được làm xáo động mặt vật liệu xói ban đầu hoặc địa hình xói.

Dùng phương pháp đường đồng mức để vẽ địa hình hố xói.

3.7 Độ chính xác của thí nghiệm mô hình thủy lực:

a) Lưu lượng: Sai số từ ± 1 % đến ± 2 % so với từng cấp Q hoặc theo Q~H của máng lường;

b) Lưu tốc: Sai số theo độ chính xác của loại máy đo lưu tốc;

c) Sai số đo mặt nước công trình: so với độ sâu đo đạc: ± 3 mm với tỷ lệ hình học mô hình.

3.8 Chỉnh lý và phân tích số liệu

3.8.1 Tài liệu thí nghiệm

- Khi viết sai các số liệu, chỉ được phép gạch đi rồi viết lại, không được sửa;

- Số liệu cần được chỉnh lý, người tính toán và người kiểm tra đều ký tên. Phải đánh giá sơ bộ trong quá trình thí nghiệm để xem xét cần thí nghiệm lại hoặc thí nghiệm bổ sung thêm;

- Số liệu thí nghiệm cần thống nhất với độ chính xác quy định cho từng thông số;

- Sau khi thí nghiệm xong, tài liệu cần được chỉnh lý, sắp xếp bảo quản.

3.8.2 Phương thức biểu thị kết quả

- Khi cùng một nội dung thí nghiệm có nhiều nhóm số liệu thí nghiệm, hoặc một nhóm số liệu thí nghiệm có nhiều thông số, thì có thể liệt kê thành bảng để biểu thị;

- Khi hai biến số trong một nhóm số liệu thí nghiệm có quan hệ hàm số với nhau, thì có thể vẽ thành đồ thị;

- Khi số lần nhóm thí nghiệm tương đối nhiều, thì có thể dùng công thức kinh nghiệm để biểu thị quan hệ hàm số giữa các biến số;

- Tất cả những diễn biến thí nghiệm thủy lực của công trình hoặc những hạng mục công trình có nghiên cứu riêng đều phải ghi hình để sau này đối chiếu với nguyên hình.

3.8.3 Phân tích kết quả

- Mực nước và đường mặt nước, cần theo lần nhóm của thí nghiệm mà vẽ thành các biểu đồ tương ứng;

- Khả năng tháo nước biểu thị bằng hệ số lưu lượng, được vẽ thành đường hệ số lưu lượng tương ứng hoặc lập thành công thức kinh nghiệm;

- Sự phân bố lưu tốc, được vẽ thành biểu đồ tương ứng theo lần nhóm thí nghiệm;

- Cần thể hiện trên bình đồ: Trạng thái chảy, hướng chảy, biểu thị rõ đường mép nước vùng nước tĩnh, phạm vi nước vật và hướng chủ lưu;

- Áp suất: Theo lần nhóm thí nghiệm, vẽ thành biểu đồ phân bố áp suất tương ứng tại các vị trí;

- Các số liệu thí nghiệm áp suất mạch động, sau khi phân tích xử lý, cần được vẽ thành biểu đồ tương ứng;

- Xói cục bộ, cần căn cứ vào kết quả thí nghiệm để vẽ bình đồ hố xói và cắt dọc, cắt ngang hố xói.

3.9 Lập hồ sơ báo cáo thí nghiệm

3.9.1 Các yêu cầu chung

Mặt bìa: mặt bìa của báo cáo thí nghiệm cần viết tên đầy đủ của báo cáo:

- Phía trên ở giữa là tên địa chỉ của cơ quan thí nghiệm, phía dưới là ngày tháng năm;

- Tên đầy đủ của công trình, dự án để thể hiện rằng thí nghiệm là để phục vụ cho công trình, dự án nào và giai đoạn thiết kế nào;

- Tên thí nghiệm.

Trang đầu: trang đầu của báo cáo thể hiện các nội dung gồm: tên đơn vị chủ đầu tư, đơn vị chủ trì thí nghiệm, những người tham gia chủ yếu, người viết báo cáo, người phụ trách hạng mục, tên người có trách nhiệm pháp lý của cơ quan chủ trì thí nghiệm, cơ quan chủ đầu tư, v.v…

Nội dung: trình bày ngắn gọn nhưng rõ ràng và đầy đủ nội dung thí nghiệm, kết quả và kết luận. Báo cáo chính cần phải lưu ý những vấn đề sau đây:

- Chữ trong báo cáo cần rõ ràng, không được dùng những chữ viết tắt chưa được công bố chính thức, những chữ tự tạo, dấu chấm phẩy rõ ràng, chính xác;

- Nội dung của báo cáo gồm: khái quát về công trình, nhiệm vụ thí nghiệm, mô hình, phương pháp đo đạc thí nghiệm, kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị, v.v…;

- Kết luận phải rõ ràng, kiến nghị phải cụ thể có áp dụng;

- Phải sử dụng đơn vị đo lường hợp pháp của nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam;

- Thuật ngữ kỹ thuật phải theo quy định, trường hợp chưa có quy định thống nhất, thì phải có định nghĩa của thuật ngữ.

3.9.2 Nội dung hồ sơ

Về nguyên tắc ngoài các sản phẩm chính giao nộp theo đề cương dự toán được duyệt thì tất cả các hạng mục đã thực hiện trong quá trình thí nghiệm mô hình thủy lực cần phải thể hiện đầy đủ trong hồ sơ.

Hồ sơ gồm những tài liệu chính sau:

- Báo cáo thiết kế, lắp đặt và nghiệm thu thiết kế xây dựng mô hình theo trường hợp thiết kế. Trường hợp cần thí nghiệm phương án sửa đổi thì báo cáo thiết kế sửa đổi và nghiệm thu xây dựng mô hình sửa đổi cần thể hiện đầy đủ trong hồ sơ cùng với thiết kế thí nghiệm hoàn thiện;

- Báo cáo kết quả thí nghiệm mô hình chính thức bao gồm báo cáo thí nghiệm phương án thiết kế; báo cáo thí nghiệm phương án sửa đổi (nếu có); và báo cáo thí nghiệm phương án hoàn thiện;

- Phụ lục tất các các tài liệu, số liệu ghi chép trong quá trình thí nghiệm phải được thể hiện đầy đủ các chữ ký của những người có liên quan theo quy định hiện hành về thực hiện đo đạc quan trắc thí nghiệm, kể cả chữ ký xác nhận của đơn vị tư vấn nếu được bên chủ đầu tư hoặc bên tư vấn thiết kế công trình đề nghị giám sát quá trình thí nghiệm mô hình;

- Ảnh chụp, video quay trong quá trình thí nghiệm theo yêu cầu của thí nghiệm được ghi trên địa CD, VCD hoặc DVD;

- Các văn bản nghiệm thu giai đoạn và nghiệm thu chính thức quá trình thí nghiệm mô hình thủy lực.

3.9.3 Thẩm tra phê duyệt báo cáo

- Báo cáo phải do người phụ trách hạng mục kiểm tra và chịu trách nhiệm về nội dung của báo cáo;

- Báo cáo phải thông qua lãnh đạo cơ quan chủ trì thí nghiệm phê duyệt;

- Đơn vị chủ đầu tư hoặc đơn vị tư vấn thiết kế có trách nhiệm thuê tư vấn để thẩm định hồ sơ, báo cáo thí nghiệm mô hình nếu thấy cần thiết;

- Báo cáo nghiên cứu thí nghiệm những công trình đặc biệt phải được thông qua hội đồng chuyên gia thẩm định. Băng video quay về quá trình thí nghiệm được lưu giữ ở cơ quan thí nghiệm 01 bản và 01 bản giao cho cơ quan quản lý công trình.

4. Thí nghiệm mô hình ở các giai đoạn thiết kế công trình

4.1 Phân loại thí nghiệm cho các trường hợp khác nhau

- Thí nghiệm cho dòng chảy ổn định và dòng không ổn định;

- Thí nghiệm cho dòng một pha va nhiều pha (nước + khí hoặc nước + bùn cát);

- Thí nghiệm dòng lưu tốc cao; Thí nghiệm dòng chảy hở qua công trình có máng (hoặc thiết bị) trộn khí;

- Thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng;

- Thí nghiệm dòng triều hoặc dòng chảy hai chiều;

- Thí nghiệm kiểm định thiết bị;

- Đối với cống vùng triều, công trình thủy công làm vệc hai chiều phải thí nghiệm thủy lực cho cả hai trường hợp chảy từ biển, sông vào đồng và ngược lại dòng chảy từ trong đồng ra sông, biển;

- Đối với nghiên cứu xác định tuyến công trình, vị trí trục cửa van, thí nghiệm vỡ đập, thí nghiệm xác định hình thức kết cấu tiêu năng, các thí nghiệm chuẩn hoán kích thước công trình cần thí nghiệm các phép đo về thủy lực tùy theo điều kiện của thể của công trình thực tế.

4.2 Yêu cầu

Thí nghiệm cho 3 bước: thiết kế (đối với trường hợp khôi phục sửa chữa công trình phải thí nghiệm hiện trạng làm việc của công trình); Sửa đổi và hoàn thiện. Các bước phải tuân theo quy định ở điều 3.

Tỷ lệ mô hình từ 1/10 đến 1/200.

Độ chính xác: theo khoản f) điều 3.4.

Các cấp lưu lượng thí nghiệm: thí nghiệm ít nhất cho 5 cấp lưu lượng, trong đó phải có 3 cấp lưu lượng thiết kế (QTK), kiểm tra (QKT), trung bình (QTB).

Tài liệu (do tư vấn thiết kế cấp) bao gồm:

-Bình đồ địa hình khu vực công trình tỷ lệ: từ 1/500 đến 1/5000;

-Bản đồ địa hình trong phạm vi nghiên cứu tỷ lệ : từ 1/100 đến1/500;

-Bản vẽ thiết kế công trình tỷ lệ: từ 1/100 đến 1/200;

-Bản vẽ chi tiết kế công trình tỷ lệ: từ 1/10 đến 1/100;

-Các tài liệu, số liệu về mực nước, lưu lượng, số liệu thủy văn công trình, các điều kiện, các trường hợp làm việc của công trình, các bản đồ địa chất hình khối, hoặc các lát cắt ngang dọc tỷ lệ: từ 1/100 đến 1/200 cùng các chỉ tiêu cơ lý của đất nền trong phạm vi nghiên cứu.

4.3 Khối lượng chủ yếu của các phép đo

4.3.1 Thí nghiệm xác định khả năng tháo

Thí nghiệm cho trường hợp chảy tự do, hoặc chảy ngập.

Thí nghiệm cho trường hợp mở cửa van với các độ mở khác nhau.

4.3.2 Thí nghiệm xác định vận tốc của dòng chảy

Số mặt cắt đo vận tốc: tùy theo quy mô, kết cấu công trình, nhưng ít nhất là 10 mặt cắt.

Mỗi mặt cắt đo ít nhất 5 thủy trực, mỗi thủy trực đo ít nhất 3 điểm: mặt, giữa, đáy; nếu cột nước nhỏ có thể đo 2 điểm: mặt và đáy.

Chú ý các vị trí có hiện tượng hàm khí, khí thực.

4.3.3 Thí nghiệm về chế độ thủy lực, tiêu năng và nối tiếp

Quan sát chế độ thủy lực cửa vào, hiện tượng dòng xiên, tách dòng, khu nước vật…

Xác định tình trạng nối tiếp hạ lưu hợp lý.

Xác định được kết cấu tiêu năng hợp lý (bể, hố xói) chọn được cấp lưu lượng tiêu năng bất lợi (Q_tnbl) cho công trình.

4.3.4 Xác định diễn biến mực nước và đường mặt nước

Số mặt cắt đo trùng với mặt cắt đo vận tốc.

Đo mực nước và đường mặt nước ở thượng lưu, thân công trình và hạ lưu.

4.3.5 Thí nghiệm áp suất

Đo áp suất mạch tràn, đáy bể tiêu năng để làm cơ sở xác định chiều dày công trình hợp lý.

Đo áp suất đáy kênh gia cố để làm cơ sở xác định chiều dày đáy kênh hợp lý.

4.3.6 Thí nghiệm xói lở

Ứng với mỗi cấp lưu lượng thí nghiệm vẽ được một bình đồ hố xói, tập hợp các cấp thí nghiệm sẽ có đường bao hố xói ở hạ lưu công trình.