Sổ tay thủy văn cầu đường - Thiết kế các công trình trong khu vực cầu vượt sông part 3 ppt

Q
2:
lu lợng bãi sông nhỏ, Q
3
là lu lợng bãi sông lớn.

Bảng 7
-
6


Bảng 7
-
7

% lu lợng chảy vào
cầu ở trạng thái tự nhiên



Q
2
/Q
3


50 1,0

1,0 0,6 0,6
55 0,9

0,8 0,6 0,6
60 0,7

0,6 0,7 0,6
65 0,6

0,4 0,7 0,6
70 0,5

0,2 0,8 0,3
75 0,3

0,1 0,9 0,3
80 0,2

0 1,0 0,0
90 0,1


100 0


Ví dụ:
1. Trong hình 7-14 phân phối lu lợng nh sau:
Dòng chủ: 2840m
3
/s Chiếm 71%
Bãi trái 320 m
3
/s Chiếm 8%

Bãi phải 840 m
3
/s Chiếm 21%
2. Phân phối lu lợng ở trạng thái thiên nhiên là: 38,0
840
320
3
2

Q
Q

3.Theo bảng 7 - 6 tra đợc: = 0,50 và bảng 7-7 đợc: = 0,70; = 0,60. Bán
kính kè hớng dòng phía thợng lu là: A = 0,60 x 0,50 x 100 = 30m
4. Vẽ hình kè phía thợng lu có thể vẽ cung tròn góc 90
o
với bán kính chủ yếu
(xem hình 7-15a), hoặc dùng 1.5R quay một góc 30
o
45
o
, sau đó dùng R quay 60
o
45
o
,
phần

đầu kè dùng bán kính là: (1/3 1/2)R nối liền, góc quay là 30
o

(xem hình 7-15b).

Phơng pháp Anđrayep:
Phơng pháp Anđrayep là dùng bảng trị số toạ độ kè hớng dòng đờng
cong và công thức bán kính đờng cong để tính toạ độ các điểm ở đầu kè (hình 7
- 16).
Các bớc tính toán nh sau:
Tính bán kính đờng cong:
R =KL
min
(7- 24)
trong đó:
L
min
: khẩu độ nhỏ nhất của cầu
(tức chiều dài cầu tính toán), tính theo hệ
số xói cho phép lớn nhất và đào dới cầu
nhiều nhất;
K: hệ số xác định theo bảng 7 - 8.

Bảng 7 - 8
Q
b
/(Q
p
+Q
b
)
15 20 30 40 50 60 70 80
K 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

trong đó:
Q
p
: lu lợng lòng sông, m
3
/s;
Q
b
: lu lợng bãi sông, m
3
/s;
Q
b
: lu lợng toàn bộ bãi sông, m
3
/s.
Theo bảng 7 - 8 tính trị số toạ độ các bộ phận kè hớng dòng, toạ độ đầu
kè phía thợng lu là:
X = 2,35R; Y = 1,438R
Đem các điểm này vẽ lên bình diện vị trí cầu, nếu do địa mạo đặc biệt cần
phải thay đổi kích thớc đầu kè (nên đặt phần đầu kè ở địa điểm tơng đối cao
hoặc tránh sông nhánh v.v ) vẫn dùng trị số trong bảng 7 - 9, nhng thay đổi trị số
cho thích hợp, đồng thời tính trị số toạ độ mới. Nh vậy phần đầu kè có thể bố trí ở
nơi muốn đặt. Căn cứ vào trị số R chọn đợc tính ra toạ độ của các điểm trên
đờng trục của kè theo bảng 7- 9.
Hình dáng và kích thớc kè hớng dòng nói trên chỉ coi là gần đúng, cần
căn cứ vào điều kiện cụ thể và dựa vào tài liệu khảo sát: lu hớng, lu tốc, cờng
độ dòng nớc bãi sông, vấn đề điều tiết tự nhiên dòng nớc nh dải đất cao, cây
to để điều chỉnh cho phù hợp.
- Chiều dài đờng tim kè hớng dòng phía thợng lu:

S
gb
= 3,032R (7-
25a)
- x
y
y
+x
x
Hình 7-16
- Chiều dài đờng tim kè hớng dòng phía hạ lu:
S
gn
= 1,180R (7-
25b)
Vị trí trục x và y nh chỉ ra trên hình 7-16. ở trờng hợp cá biệt, cho phép
trục y không trùng với đờng trục vị trí cầu mà trùng với mép vai hộ đạo nền
đờng. Do đó giữa cuối kè thợng lu với chỗ bắt đầu kè hạ lu nối bằng đờng
thẳng hoặc đờng cong.
Bảng 7- 9
Bảng trị số toạ độ kè hớng dòng đờng cong

Tên kè


Tính
chất các
đoạn

Các điểm

trên trục kè

Trị số toạ
độ các
điểm trên trục kè

Hệ số phân bố
lu tốc không
đều khi dòng
nớc chảy qua
kè
g

Góclệch
giữa công
trình và
hớng nớc
chảy
o



Ghi chú


X/R

Y/R
Thợng
lu

1 2,530

1,438

3,00 90

2 2,366

1,262

2,75 80

3 2,228

1,087

2,50 70

4 2,207

0,914

2,25 60

5 2,084

0,740

2,00 50

6 1,909

0,566

1,75 40

7 1,657

0,391

1,50 30

8 1,278

0,216

1,25 20

9 1,000

0,132

1,00 15

Cung
tròn
10 0,672

0,058

1,00 10 Đờng
tim cầu
11 0,336

0,015

1,00 5
12 0,000

0,000

1,00 0
Hạ lu

Đờng
thẳng
13 -0,336

0,015

1,00 5 Phần đầu
kè phía
hạ lu
14 -0,755

0,051

1,00 5
15 -1,175

0,088

1,00 5
Phơng pháp Lachencop:
Lachencop, căn cứ vào kết quả thí nghiệm thấy rằng hình dạng kè hớng
dòng phía thợng lu tốt nhất là hình bầu dục. Tỷ số 1/2 trục dài và 1/2 trục ngắn
hình bầu dục:
K =
b
a
= 1/5 2,25, định hệ số K dựa vào Q
b
/Q, tra bảng 7- 10
Bảng 7-10
Q
b
/Q <0,15
0,15 0,25 0,260,35 0,360,45 0,50
K = a/b 1,50 1,67 1,83 2,00 2,25
Chú thích: Q
b
là lu lợng bãi sông.
Kích thớc uốn vòng b của kè hớng dòng phía thợng lu (hình 7-17) tính
theo công thức sau:
b = AL
P
(7- 26)
tong đó:
L
P

: chiều rộng lòng sông, m;
A: hệ số tra bảng 7- 11.
Nếu bãi hai phía không đối xứng, kích
thớc uốn vòng b của kè hớng dòng phía
thợng lu tính theo trị số A (bảng 7-11). Khi
hai phía bãi sông đối xứng nhau khi đó tính
Q
Q
b

lần lợt dựa vào
Q
Q
bt
2
và
Q
Q
bp
2
.
Q
bt
và Q
bp
lu lợng bãi trái, bãi phải bị nền đờng đầu cầu chắn mất.
Nh vậy kích thớc uốn vòng của kè hớng dòng tính theo công thức sau:
Bãi trái: b
bt
= A

bt
L
p

Bãi phải: b
bp
=A
bp
L
p

Vẽ kè hớng dòng phía thợng lu, dùng trị số toạ độ đã ghi ở bảng 7-
12 (xem hình vẽ 7-18)
Bán kính chính khúc nhỏ nhất của kè hớng dòng hình bầu dục chỗ đầu kè
là:
min

=
K
b
(7-27
a)
Bán kính chính khúc lớn nhất của kè hớng dòng hình bầu dục chỗ tim kè
là:
bK
2
max


(7-

27b)
Phần đầu kè phía thợng lu có thêm đờng cong tròn, bán kính là = 0,20b,
góc quay là 90
o
120
o
.
Kè phía hạ lu làm thành cung tròn, bán kính bằng bán kính chính khúc
lớn nhất
max
của kè hớng dòng hình bầu dục phía thợng lu, góc 7 8
o
, sau đó
kéo dài cắt tuyến đầu cuối rồi uốn tròn, sao cho toàn chiều dài kè hớng dòng phía
Lp
a
b
Hình 7 -17
hạ lu bằng 1/2l
B
, chiều dài kè hớng dòng phía thợng lu, đầu cuối kè hớng
dòng hạ lu thêm đờng cong tròn, bán kính r = (1/4 1/6)l
H
.

Bảng 7-11

Q
b
/Q

A = b/L
p


Q
b
/Q
A = b/L
p

Bãi sông

2 bên đối xứng

Bãi sông

một bên

Bãi sông

2 bên đối xứng

Bãi sông

một bên

0,10
0,15
0,20
0,25

0,30
0,35
0,40
0,45
0,106
0,150
0,186
0,215
0,240
0,265
0,290
0,315
0,112
0,170
0,222
0,275
0,327
0,378
0,429
0,481
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,340
0,365
0,390

0,415
0,440
0,465
0,490
0,533
0,584
0,635
Bảng 7- 12
Số
thứ tự

a/b = 1.50 a/b = 1.67 a/b =1.83 a/b = 2.00 a/b = 2.25
x/b Y

/b x/b

y

/b x/b y

/b x/b y

/b x/b Y/b
1
2
3
4
5
6
7

8
9
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
0,013
0,059
0,133
0,253
0,448
0,500
0,564
0,641
0,741
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,50
1,60
0,010

0,030
0,065
0,118
0,193
0,305
0,454
0,560
0,712
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,70
0,006
0,028
0,058
0,100
0,163
0,244
0,356
0,514
0,629
0,20
0,40
0,60
0,80

1.00
1,20
1,40
1,60
1,80
0,004
0,020
0,048
0,088
0,135
0,200
0,285
0,400
0,563
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
0,005
0,016
0,038
0,064
0,103
0,154
0,219

0,300
0,400
10

11
12
13
14
15
1,48

1,50
0,836

1,000
1,62

1,64
1,66
1,67

0,751

0,810
0,890
1,000
1,75

1,78
1,80

1,81
1,83
0,706

0,767
0,819
0,852
1,000
1,90

1,95
1,98
2,00
0,638

0,776
0,874
1,000
2,00

2,10
2,15
2,20
2,23
2,25

0,544

0,643
0,714

0,795
0,851
1,000

b. Xác định kích thớc chủ yếu của kè chữ T
Xác định chiều dài và khoảng cách kè chữ T
Kè chữ T là công trình uốn nắn dòng nớc thờng dùng để phòng hộ nền
đờng hoặc bờ sông, đợc bố trí thành từng nhóm nếu bố trí một kè chữ T sẽ gây
dòng nớc chảy xoáy, xói bờ sông hạ lu. Quyết định chiều dài kè chữ T là căn cứ
vào hình dạng bờ sông phòng hộ và tuyến uốn nắn dòng.
Thiết kế tuyến uốn nắn dòng thờng dùng nhiều đờng cong liên tục, giữa
nối bằng đờng thẳng (nhỏ hơn 3 lần chiều rộng sông). Thờng có thể căn cứ vào
bình đồ dòng sông giữa điểm đầu cuối bờ sông cần phòng hộ, phỏng theo hình
dạng 2 bờ nối thành đờng cong trơn nhẵn (xem hình 7 - 19), sau đó chọn đờng
cong thích hợp theo 2 phơng pháp sau:
- Phơng pháp đờng cong
hình sin:
oo
oo
RKY
KRX
2
2



(7 - 28)
- Phơng pháp dùng đờng
cong đàn hồi:
oo

oo
RKY
KRX
2
3
4
2


(7 - 29)
trong đó:
R
o
- Bán kính đã chọn, m;
bán kính nhỏ nhất của nó là 3B
(gấp 3 lần chiều rộng sông) nói chung dùng R
o
= (5 - 8)B
2

tgK
Khoảng cách kè đặc không ngập tính theo công thức sau: (xem hình 7-20)
L

6 l
c
sin (7 -30a)
Hoặc L

6 l

c
cos (7- 30b)
D
A
xo
xo
yo
y

B
x
R =


Hình 7-19
trong đó:
l
c
: chiều dài kè T, m;
góc kẹp bởi dòng nớc với đờng tim kè T;
: góc khuyếch tán dòng nớc chảy qua kè lệch về
phía bờ sông, khoảng 5
o
- 15
o
; ở đoạn đờng thẳng, nói
chung dùng 5 - 7
o
.
Khoảng cách kè T có thể dùng trị số sau:

Đoạn đờng thẳng:
L = 3l
T
+ l
H
(7 - 31)
trong đó:
L
T
: chiều dài kè phía thợng lu, m;
L
H
: chiều dài kè phía hạ lu, m.
Giả thiết khoảng cách kè T ở đoạn bờ lồi bằng 4 - 8 lần chiều dài kè, ở bờ
lõm bằng 1 - 25 lần chiều dài kè.
Muốn đảm bảo chân kè an toàn tránh dòng nớc xói thì cho chân kè ăn sâu
vào bờ khoảng chừng 1/2 chiều dài hữu hiệu của L
P
, Nếu không phải gia cố thêm
bờ sông phía thợng lu, chiều dài của nó từ 0,2 - 0,31 khoảng cách kè. Nếu bờ
sông là đất cứng không có đá, chân kè cần cắm vào bờ tối thiểu 3 -5m.
Góc giao nhau giữa đờng tim kè T với
dòng nớc.
Góc giao nhau giữa đờng tim kè T với
dòng nớc có liên quan đến tốc độ nớc chảy
của dòng sông và tình hình nớc ngập. Nói
chung, bố trí góc kè T có thể xem ở bảng 7 - 13,
hình 7 - 21. Nhng kè T thứ nhất (và khởi điểm
đập thuận) phải nằm ở chỗ dòng sông bắt đầu
chuyển hớng, góc kẹp giữa nó với dòng nớc

không lớn quá, không đợc nhô ra bờ nhiều quá,
để dẫn nớc đợc dễ dàng.
Bảng 7 - 13
Khu
vực
Loại kè và tình
hình ngập
Góc giao nhau

giữa
đờng tim đập cắt
với dòng nớc
Tình hình dòng nớc chảy
và tình hình
bờ sông
Khu
vực
đồi
Kè T kiểu không
ngập

60
o
- 75
o

Muốn giảm nhỏ lực xung kích dòng nớc
phần lớn bố trí thành kè T xuôi cũng
nhỏ tới 35
o

L


l
P
l
C
Hình 7 - 20

Hình 7 - 21
Khu
vực
đồng
bằng
Kè T kiểu ngập
0
90
Lực xung kích dòng nớc không lớn,
muốn cho tốc độ bồi nhanh tạo thành bờ
mới thờng bố trí kè T ngợc
Khu
vực
đồi
Kè T kiểu ngập
0
90
Nớc lũ tràn thoát qua thân kè rồi, xói ven
theo hớng dốc kè, cho nên kè T tràn bố
trí thành kiểu ngợc để bờ sông phía hạ

lu vị trí cầu và nền đờng khỏi bị xói.
Khu
vực
đồng
bằng
Kè T kiểu ngập 100
o
- 105
0
Bờ sông thẳng
100
o
- 102
o

Bờ sông lõm
90
o
Bờ sông lồi
7.2.4. Xác định mặt cắt kè đập
Đập đất là công trình cấu tạo thờng dùng nhất, khi thiết kế cần phải xét tới
điều kiện thuỷ lực tác dụng lên đập dới tác động của sóng, lực va chạm của vật
trôi và tải trọng đặc biệt khác ; ngoài ra cần phải xét mức độ quan trọng của công
trình và tính chất dòng sông (thoát lũ hoặc thoát úng) v.v để quyết định mặt cắt
của đập.
Thờng đê phòng lũ, đập chắn lũ có chênh lệch mực nớc hai phía của đê
tơng đối lớn, khi áp lực của nớc từ 2 - 4m, không có thiết bị phòng ngấm mà
dùng đất sét pha cát và dùng cát để xây thì kích thớc mặt cắt xem hình (7 - 22) ;
khi chiều cao tích nớc nhỏ quá 2m, có thể đổi chiều rộng đỉnh đập trong hình vẽ
này là 3m.

a. Nền đất: đất sét cát, đất sét

b. Nền: đất cát sét