CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY LỰC - THỦY VĂN CẦU CỐNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THUỶ VĂN VÀ THUỶ LỰC CẦU CỐNG
Trong xây dựng đường ô tô, việc thoát nước đóng một vai trò hết sức quan
trọng, bao gồm thoát nước mặt đường, nền đường, thoát nước ngầm. Để việc thoát
nước được tốt, cần phải xây dựng hệ thống thoát nước bao gồm hàng loạt các công
trình và biện pháp kó thuật đảm bảo cho nền, mặt đường không bò ẩm ướt. Các
công trình này có tác dụng tập trung và thoát nước nền đường, ngăn chặn không
cho các nguồn nước chảy thấm đến khu vực tác dụng của nền đường, đảm bảo nền
đất luôn ổn đònh, kết cấu mặt đường đảm bảo ổn đònh về cường độ.
Tuyến đường trên chạy chủ yếu qua vùng đòa hình vùng đồi, điều kiện đòa
chất thuỷ văn ổn đònh, mực nước ngầm nằm sâu so với nền đường nên không ảnh
hưởng tới kết cấu nền - mặt đường. Trên tuyến này, hệ thống thoát nước chủ yếu
được bố trí để thoát nước mặt, bao gồm nước mưa, nước do suối, mương, khe tập
trung.
Lưu lượng nước được tính dựa trên các yếu tố :
- Diện tích lưu vực.
- Đặc trưng dòng chảy
- Đặc điểm của lưu vực và các yếu tố khí hậu - thuỷ văn
I.

Xác đònh các đặc trưng thuỷ văn :
1. Diện tích lưu vực F (Km2) :
Dựa vào hình dạng đường đồng mức trên bình đồ, ta tìm được đường phân
thuỷ giới hạn của lưu vực nước chảy vào tuyến đường. Chia lưu vực thành những
hình đơn giản để tính diện tích lưu vực trên bản đồ đòa hình (F bđ), từ đó tìm được
diện tích lưu vực thực tế theo công thức sau :
F = Fbd ×

M2
( Km 2 )
10
10

Trong đó :
+ Fbđ : Diện tích của lưu vực trên bản đồ ( cm2)
+ M = 10000 : Hệ số tỷ lệ bản đồ
+ 1010 : Hệ số đổi từ cm2 ra Km2
2. Chiều dài lòng sông chính L (Km) :
Chiều dài lòng sông chính được xác đònh như sau :
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 41


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

M
(Km)
105
Trong đó : + Lbđ : chiều dài của lòng sông chính trên bình đồ
+ 105 : hệ số đổi từ cm ra Km
L = L bd ×

3. Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực :
bsd =

1000F
(m)
1.8 ( L+∑ l )

Trong đó : + F : diện tích lưu vực
+ L : chiều dài lòng suối chính
+ ∑l : tổng chiều dài của các lòng suối nhánh (chỉ tính những suối
nhánh thể hiện trên bình đồ có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân B của
lưu vực)
Chiều rộng B được tính như sau :
• Đối với lưu vực có 2 sườn : B = F/2L (Km)
Đối với lưu vực có 1 sườn : B = F/L (Km) và thay hệ số 1.8 bằng 0.9 trong
•
công thức xác đònh bsd
4. Độ dốc trung bình của dòng suối chính I1s (‰) :
I1 =

h1l1 + (h 1 + h2)l2 + ... + (hn −1 + hn )ln
L2

Trong đó :
h1,h2,…,hn Độ cao của các điểm gãy khúc trên trắc dọc lòng sông chính.
l1,l2,...,ln Cự ly giữa các điểm gãy
5. Độ dốc trung bình của sườn dốc Isd (‰) :Được xác đònh bằng trò số trung
bình của 4 – 6 hướng nước chảy đại diện cho sườn dốc lưu vực.
II.

Xác đònh lưu lượng tính toán :
Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ (tiêu chuẩn 22TCN 220-95) đối với

lưu vực nhỏ có diện tích < 100 Km2. Thì lưu lượng tính toán được xác đònh theo
công thức :
Qp% = Ap × α × Hp × F × δ
Trong đó :
+ Ap : Mun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế chọn phụ thuộc vào đòa mạo
thuỷ văn φls , thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τsd ,vùng mưa (Tra phụ
lục 13).
+ Hp% : Lưu lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p % tại Đồng Nai, đây
là khu vực thuộc vùng mưa XVIII (phụ lục 15 TKĐÔTÔ3) ;
H1% = 145 mm
H4% = 129 mm
+ δ : Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ, rừng cây trong lưu
vực. Với diện tích ao hồ, đầm lầy chiếm 6%, ta có δ = 0.65(bảng 9-5 TKĐÔTÔ3)
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 42


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

+ F : Diện tích lưu vực.
+ α : hệ số dòng chảy lũ lấy trong bảng (9.7) tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo
khu vực có lượng mưa (ngày) thiết kế (Hp) và diện tích lưu vực F.
1. Xác đònh thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs :
Thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs được xác đònh theo phụ lục 14 phụ
thuộc vào hệ số đòa mạo thuỷ văn φsd và vùng mưa.

φsd xác đònh theo công thức :

φsd =

( 1000 × b )

0,6

sd

0,3
m sd × I sd
× (α × H1% )0,4

Trong đó
bsd : Chiều dài trung bình của sườn dốc lưu vực( km )
msd = 0.25: Theo bảng 9 – 9 :mặt đất thu dọn sạch, không có gốc cây, không
bò cày xới, vùng dân cư nhà cửa không quá 20%, mặt đá xếp và cỏ thưa
Isd: Độ dốc trung bình của sườn dốc lưu vực (0/00).
Vùng tuyến thiết kế có đất cấp III
2. Xác đònh hệ số đòa mạo thuỷ văn фls của lòng suối :
1000 × L
φls =
m ls × I1/3
× F1/ 4 × (α × H1% )1/ 4
ls
Trong đó :
mls : Hệ số đặc trưng nhám của lòng suối, phụ thuộc vào tình hình sông suối
của lưu vực. Lấy theo bảng 9-10: m = 9 : suối không có nước thường xuyên, mưa lũ
dòng nước cuốn theo nhiều sỏi cuội, bùn cát, lòng suối mọc cỏ
Ils : Dộ dốc lòng suối chính (%0)

L : Chiều dài của lòng suối chính (Km)
3. Xác đònh trò số Ap% :
Mô đun dòng chảy lũ Ap% xác đònh bằng cách tra phụ lục 13, tuỳ thuộc vào
vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs và hệ số đòa mạo thuỷ
văn фls
Suy ra Qp% = Ap × α × Hp × F × δ
Kết quả tính toán thủy văn được thể hiện trong các bảng sau:
Bảng xác đònh các đặc trưng thủy văn
Phương

F

L

Σl

bsd

Ils

Isd

B

(km2)

(km)

(km)

(m)

(‰)

(‰)

(Km)

Km:0+400.07

1.281

1.291

0

551.25

Km: 1+282.52

0.238

0.375

0

352.59

Lý trình

án
PAI

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

7.75
3
25.7

86.76

-

72.46

Trang 43


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Km: 2+193.66

0.257

0.512

0

278.86

Km: 2+749.38

0.3

0.671

0

248.39

Km: 3+127.35

0.72

0.735

0

544.22

Km: 3+912.56
Km: 4+696.63

3.249
1.657

1.885
1.335

0.832
0

664.34
689.55

Km: 5+210.43

0.316

0.381

0

460.78

Km: 5+666.60

0.142

0.567

0

139.13

Km: 6+210.61

0.487

0.461

0

586.89

Km: 6+711.61
Km: 0+236.62

28.538
8.116

9.912
3.237

19.51
3.877

538.86
633.81

Km: 0+999.74

0.879

0.488

0

1000.68

Km: 1+646.20

0.216

0.687

0

174.67

Km: 2+152.10

2.594

2.124

0.791

494.38

Km: 2+481.74

0.439

0.943

0

258.63

Km: 3+11.62

0.269

0.191

0

782.43

Km: 4+665.19

0.903

0.904

0

554.94

Km: 5+448.37

0.424

0.411

0

573.13

Km: 6+338.98

0.455

0.595

0

424.84

5
28.3
3
51.8
3
12.3
9
4.29
9.11
21.3
3
63.1
3
25.2
2
0.92

1.11
50.5
1
45.3
2
3.21
40.6
9
20.5
5
15.5
3
38.0
1
13.3
8

77.72

-

53.8

-

84.26

-

28.92

65.57

0.862
-

43.04

-

69.72

-

59.61

-

27.45
35.49

1.439
1.253

62.42

-

40.81

-

46.95

0.611

46.04

-

74.03

-

55.47

-

57.23

-

72.08

-

Bảng xác đònh thời gian tập trung nước φ sd
Phươn
g

bsd

Lý trình

án
PAI

msd

(m)
Km:0+400.07

551.25

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

0.2
5

Isd

H1%

(‰)

(mm)

86.76

145

α
0.62
9

φ sd
7.61

Vùng

τ sd

mưa

(phút)

XVIII

52.2

Trang 44


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Km: 1+282.52

352.59

0.2
5

72.46

145

0.76
2

5.69

XVIII

27.83

Km: 2+193.66

278.86

0.2
5

77.72

145

0.76

1

4.84

XVIII

22.52

Km: 2+749.38

248.39

0.2
5

53.8

145

0.75
9

5.05

XVIII

23.35

Km: 3+127.35

544.22

0.2
5

84.26

145

0.73
6

7.15

XVIII

43

Km: 3+912.56

664.34

0.2
5

28.92

145

0.62

4

11.87 XVIII

82.81

Km: 4+696.63

689.55

0.2
5

65.57

145

0.62
8

9.47

XVIII

74.7

Km: 5+210.43

460.78

0.2
5

43.04

145

0.75
8

7.83

XVIII

56.6

Km: 5+666.60

139.13

0.2
5

69.72

145

0.76
8

3.28

XVIII

14.24

Km: 6+210.61

586.89

0.2
5

59.61

145

0.74
9

8.25

XVIII

62.5

Km: 6+711.61

538.86

0.2
5

27.45

145

0.55
8

11.12 XVIII

81.68

Km: 0+236.62

633.81

0.2
5

35.49

145

0.60
8

10.97 XVII
I

81.46

Km: 0+999.74

1000.6
8

0.2
5

62.42

145

0.72
7

11.34 XVII
I

82.01

Km: 1+646.20

174.67

0.2
5

40.81

145

0.76
4

4.43

XVII
I

21.29

Km: 2+152.10

494.38

0.2
5

46.95

145

0.62
6

8.59

XVII
I

65.9

Km: 2+481.74

258.63

0.2
5

46.04

145

0.75
1

5.44

XVII
I

26.08

Km: 3+11.62

782.43

0.2
5

74.03

145

0.76
1

9.12

XVII
I

71.2

Km: 4+665.19

554.94

0.2
5

55.47

145

0.72
5

8.25

XVII
I

62.5

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 45


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

573.13

Km: 5+448.37

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

0.2
5

145

57.23

0.75
2

8.21

XVII
I

62.1

Bảng xác đònh đặc trưng đòa mạo lòng sông φ ls
α

φ ls

7.753

0.629

22.04

9

25.75

0.762

6.23

145

9

28.33

0.761

8.09

0.671

145

9

51.83

0.759

8.34

0.72

0.735

145

9

12.39

0.736

11.92

Km: 3+912.56

3.249

1.885

145

9

4.29

0.624

31.12

Km: 4+696.63

1.657

1.335

145

9

9.11

0.628

20.26

Km: 5+210.43

0.316

0.381

145

9

21.33

0.758

6.29

Km: 5+666.60

0.142

0.567

145

9

63.13

0.768

7.93

Km: 6+210.61

0.487

0.461

145

9

25.22

0.749

6.48

Km: 6+711.61

28.538

9.912

145

9

0.92

0.558

163.36

Km: 0+236.62

8.116

3.237

145

9

1.11

0.608

67.16

Km: 0+999.74

0.879

0.488

145

9

50.51

0.727

4.73

Km: 1+646.20

0.216

0.687

145

9

45.32

0.764

9.68

Km: 2+152.10

2.594

2.124

145

9

3.21

0.626

40.84

Km: 2+481.74

0.439

0.943

145

9

40.69

0.751

11.58

Km: 3+11.62

0.269

0.191

145

9

20.55

0.761

3.32

Km: 4+665.19

0.903

0.904

145

9

15.53

0.725

12.89

Km: 5+448.37

0.424

0.411

145

9

38.01

0.752

5.21

Km: 6+338.98

0.455

0.595

145

9

13.38

0.75

10.49

Phương

Lý trình

F

L

H1%

(km2)

(km)

(mm)

Km:0+400.07

1.281

1.291

145

9

Km: 1+282.52

0.238

0.375

145

Km: 2+193.66

0.257

0.512

Km: 2+749.38

0.3

Km: 3+127.35

án
PAI

PAII

mls

Ils
(‰)

Bảng xác đònh mô đun dòng chảy Ap

Phương án
PAI

Lý trình
Km:0+400.07

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Vùng mưa
XVIII

τ sd

φ ls

52.2

22.04

Ap

0.0122
Trang 46


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Km: 1+282.52

XVIII

27.83

6.23

0.2045

Km: 2+193.66

XVIII

22.52

8.09

0.2172

Km: 2+749.38

XVIII

23.35

8.34

0.2132

Km: 3+127.35

XVIII

43

11.92

0.1352

Km: 3+912.56

XVIII

82.81

31.12

0.0621

Km: 4+696.63

XVIII

74.7

20.26

0.049

Km: 5+210.43

XVIII

56.6

6.29

0.1456

Km: 5+666.60

XVIII

14.24

7.93

0.2991

Km: 6+210.61

XVIII

62.5

6.48

0.1367

Km: 6+711.61

XVIII

81.68

163.36

0.0256

Km: 0+236.62

XVIII

81.46

67.16

0.0521

Km: 0+999.74

XVIII

82.01

4.73

0.1217

Km: 1+646.20

XVIII

21.29

9.68

0.2168

Km: 2+152.10

XVIII

65.9

40.84

0.0812

Km: 2+481.74

XVIII

26.08

11.58

0.1681

Km: 3+11.62

XVIII

71.2

3.32

0.1417

Km: 4+665.19

XVIII

62.5

12.89

0.1036

Km: 5+448.37

XVIII

62.1

5.21

0.1364

Km: 6+338.98

XVIII

34.1

10.49

0.1678

Bảng xác đònh Qp
Phương
án
PAI

Lý trình

Ap

α

H4%

F

(mm)

(km2)

δ

Qp
(m3/s)

Km:0+400.07

0.0122

0.62
9

129

1.281

0.65

0.824

Km:
1+282.52

0.2045

0.76
2

129

0.238

0.65

3.109

Km:
2+193.66

0.2172

0.76
1

129

0.257

0.65

3.562

Km:
2+749.38

0.2132

0.75
9

129

0.65

4.071

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

0.3

Trang 47


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Km:
3+127.35

0.1352

0.73
6

129

0.72

0.65

6.007

Km:
3+912.56

0.0621

0.62
4

129

3.249

0.65

10.557

Km:
4+696.63

0.049

0.62
8

129

1.657

0.65

4.275

Km:
5+210.43

0.1456

0.75
8

129

0.316

0.65

2.924

Km:
5+666.60

0.2991

0.76
8

129

0.142

0.65

2.735

Km:
6+210.61

0.1367

0.74
9

129

0.487

0.65

4.181

Km:
6+711.61

0.0256

0.55
8

129

28.538

0.65

34.182

Km:
0+236.62

0.0521

0.60
8

129

8.116

0.65

21.56

Km:
0+999.74

0.1217

0.72
7

129

0.879

0.65

6.521

Km:
1+646.20

0.2168

0.76
4

129

0.216

0.65

2.999

Km:

2+152.10

0.0812

0.62
6

129

2.594

0.65

11.056

Km:
2+481.74

0.1681

0.75
1

129

0.439

0.65

4.647

Km: 3+11.62

0.1417

0.76
1

129

0.269

0.65

2.432

Km:
4+665.19

0.1036

0.72
5

129

0.903

0.65

5.687

Km:
5+448.37

0.1364

0.75
2

129

0.424

0.65

3.647

Km:
6+338.98

0.1678

0.75

129

0.455

0.65

4.801

III. Tính toán cống:

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Cống có thể là cống cấu tạo hoặc là cống đòa hình. Cống cấu tạo dùng để
thoát nước cho các đoạn rãnh biên quá dài, tránh ứ đọng nước làm phá hoại nền
đường. Theo TCVN 4054-2005 đối với vùng đồng bằng và đồi thì cứ 500 m rãnh
biên cần đặt 1 cống cấu tạo.
Cống đòa hình là cống bố trí tại các vò trí có suối. Cống đòa hình là cống bắt
buộc phải đặt tại những vò trí thường xuyên có nước chảy cắt ngang qua đường mà
lưu lượng thường nhỏ ≤ 25m3/s.
Căn cứ vào lưu lượng tính toán được chọn một số phương án khẩu độ ( dựa
theo công thức hoặc tra bảng) và xác đònh chiều sâu nước dâng H cùng vận tốc
nước chảy V. Trong phần thiết kế cơ sở, khẩu độ cống, H và V được xác đònh theo
bảng cống. Dựa vào H mà đònh độ cao nền đường ( hoặc kiểm tra lại độ cao nền
đường đã thiết kế). Khi đònh độ cao tối thiểu của nền đường phải tuân theo những
yêu cầu quy đònh như: chiều dày lớp đất trên đỉnh cống ≥ 0.5m đối với cống làm
việc không áp, trường hợp cống có D>2m hay cống làm việc theo chế độ bán áp,
có áp thì khoảng cách này tối thiểu là 1 m, đặc biệt lưu ý cao độ mép nền đường ở
những điểm đặt cống.

Bảng thống kê cống của 2 phương án:
Phương
án
PAI

Lý trình
Km:0+400.07
Km:
1+282.52
Km:
2+193.66
Km:
2+749.38
Km:
3+127.35
Km:
3+912.56
Km:
4+696.63
Km:
5+210.43
Km:
5+666.60

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Qp

Khẩu độ

Q1cống

Hdâng

V

(m3/s)

(m)

(m3/s)

(m)

(m/s)

0.824

1x1.0

1.0

Cống tròn

0.9

2.14

3.109

1x1.5

3.3

Cống tròn

1.5

2.84

3.562

1x1.75

3.8

Cống tròn

1.53

2.77

4.071

1x1.75

4.5

Cống tròn

1.68

2.97

6.007

1x2.0

6.1

Cống tròn

1.88

3.11

10.557

2x2.0

5.5

Cống tròn

1.77

2.97

4.275

1x1.75

4.5

Cống tròn

1.68

2.97

2.924

1x1.50

3.0

Cống tròn

1.42

2.73

2.735

1x1.50

3.0

Cống tròn

1.42

2.73

Ghi chú

Trang 49


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

Km:
6+210.61
Km:
0+236.62
Km:
0+999.74
Km:
1+646.20
Km:
2+152.10
Km:
2+481.74
Km: 3+11.62
Km:
4+665.19
Km:

5+448.37
Km:
6+338.98

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

4.181

1x1.75

4.5

Cống tròn

1.68

2.97

21.56

3x3.0

7.5

Cống hộp

3.03

4.18

6.521

1x2.0

6.7

Cống tròn

2.00

3.27

2.999

1x1.50

3.0

Cống tròn

1.42

2.73

11.056

2x2.0

6.0

Cống tròn

1.86

3.08

4.647

1x2.0

4.8

Cống tròn

1.64

2.84

2.432

1x1.50

2.5

Cống tròn

1.28

2.52

5.687

1x2.0

6.0

Cống tròn

1.86

3.08

3.647

1x1.75

3.8

Cống tròn

1.53

2.77

4.801

1x2.0

5.0

Cống tròn

1.67

2.86

IV. Thống kê cống :
Bảng thống kê cống
STT

Lý trình

Khẩu độ (m)

Số lượng

PAI

Km:0+400.07

1.0

1

Km: 1+282.52

1.5

1

Km: 2+193.66

1.75

1

Km: 2+749.38

1.75

1

Km: 3+127.35

2.0

1

Km: 3+912.56

2.0

2

Km: 4+696.63

1.75

1

Km: 5+210.43

1.50

1

Km: 5+666.60

1.50

1

Km: 6+210.61

1.75

1

Km: 0+236.62

3.0

3

2.0

1

PAII

Km: 0+999.74
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 50


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Km: 1+646.20

1.50

1

Km: 2+152.10

2.0

2

Km: 2+481.74

2.0

1

Km: 3+11.62

1.50

1

Km: 4+665.19

2.0

1

Km: 5+448.37

1.75

1

Km: 6+338.98

2.0

1

Số lượng cống trên tuyến:
Khẩu độ
(m)

1

1.5

1.75

2

3

PA1

1

3

4

3

0

PA2

0

2

1

6

3

V.

Yêu cầu đối với nền đường:
 Độ cao nền đường : (tối thiểu)
Điều kiện 1: Tại vò trí đặt cống cao độ phải lớn hơn mực nước dềnh trước
công trình có xét đến chiều cao sóng vỗ một khoảng 0.5 m:
p%
H dk1
min = H d + 0.5
H dp% : chiều cao mực nước dâng trước công trình có xét đến chiều cao sóng vỗ
ứng với tầng suất thiết kế là p%.
Điều kiện 2: Cao độ đường đỏ tại vò trí đặt cống phải đảm bảo thiết bò di
chuyển trên cống không làm vỡ cống
H KCAD )
H dk2
min =∅ + 2∆ + max(0.5m; ∑
δ : Chiều dày cống
Trường hợp cao độ đường đỏ tại vò trí cống bò khống chế hay không đủ chiều
dài lớp đất đắp tối thiểu của lớp đất trên đỉnh cống thì ta có thể xử lý bằng cách
thay đổi đường kính cống bằng cách tăng số cống có đường kính nhỏ hơn (dùng
cống đôi hay cống 3) hay dùng cống hộp có khả năng chòu lực tốt.
Với bề dày của kết cấu áo đường là 0.58m, cách bố trí cống đã thỏa các yêu
cầu về cao độ thiết kế của đường đỏ và cao độ mép vai đường ở 2 phương án
tuyến, đồng thời cũng thỏa mãn cao độ đặt cống với các điều kiện làm việc không
áp.
 Chiều dài cống : Phụ thuộc chiều cao đất đắp ở từng mặt cắt ngang cụ
thể.
Tính toán xói và gia cố sau cống:
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 51


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

- Trong trường hợp bố trí các công trình thoát nước, do dòng chảy bò thu hẹp,
dòng nước ra khỏi cống chảy với vận tốc cao ở sau công trình. Do đó gây nên xói
lở nên ta phải gia cố, yêu cầu đặt ra là phải xác đònh được chiều dài đoạn gia cố
và chiều sâu xói lở : lgc & hxói
=> Phải thiết kế hạ lưu công trình cống theo tốc độ nước chảy :V = 1.5 × Vo
- Chiều dài gia cố Lgc sau cống nên lấy bằng 3 lần khẩu độ cống:
Lgc = 3 × d
- Chiều sâu tường chống xói xác đònh theo công thức.
ht ≥ hxói + 0.5
hxói : Chiều sâu xói tính toán tính theo công thức
b
h xoi = 2H
b+2.5Lgc
Trong đó :
b : Khẩu độ công trình
H : Chiều cao mực nước dâng
VI. Tính toán khẩu độ cầu tại vò trí Km 6+711.61:
Đối với phương án I tại Km:6+711.61 có lưu lượng lớn nên để đảm bảo
thoát nước ta kiến nghò sử dụng cầu nhỏ tại các vò trí đó.
 Xác đònh lưu lượng thiết kế .
Phương án

Lý trình

Lưu lượng thiết kế Q(m3/s)

1

Km: 6+711.61

34.182

 Mặt cắt sông tại vò trí đặt cầu.
Trong thực tế khi xác đònh mặt cắt sông thì phải khảo sát và đo đạc thực
tế mặt cắt sông tại vò trí xây dựng cầu. Trong phạm vi đồ án này vì không
có số liệu khảo sát thực tế do đó ta giả thiết mặt cắt sông có dạng hình
thang.

Hình: Mặt cắt lòng sông
- Chu vi ướt:
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

χ = b + h×

(

1 + m12 + 1 + m 22

)
Trang 52


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

- Diện tích ướt:

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

ω = b× h +

( m1 + m 2 ) × h2
2

Với m1 và m2 là hệ số mái dốc của bờ trái và bờ phải bờ, b là bề rộng
đáy suối và h là chiều sâu mực nước.
 Xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên hδ :
Phương pháp xác đònh hδ:
Ta giả thiết chiều sâu dòng chảy h => tính được lưu lượng Q
ng với:

h1 (m) => Q1 (m3/s)
h2 (m) => Q2(m3/s)
h3 (m) => Q3 (m3/s)

Xác đònh lưu lượng Q tương ứng với h theo phương pháp thử dần như sau:
Q = ω.V = ω× C × R × i 0
Với: C – Hệ số Sêdi
C=

ω
1 y
R với R =
χ

n

Trong đó:
Chọn B = 10 m, hệ số mái dốc m1 = m2 = 1.75
Tính y gần đúng theo công thức:
Khi 0.1m < R < 1m => y = 1.5 n
Khi 1m < R < 3m => y = 1.3 n
Và khi R lớn thì y =

1
theo Maninh
6

n = 0.05: hệ số nhám của dòng sông dưới cầu.
io: độ dốc tự nhiên của dòng sông.
ω: Diện tích ướt của mặt cắt.
So sánh Q với Qtk nếu sai số ≤ 5% thì dùng hδ giả đònh, nếu sai
số >5% thì giả đònh lại hδ và tính lại từ đầu
P
A

Lý trình

h
(m)

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

B
(m)

ω

χ

R

n

C

i0

Qδ
(m3/s
Trang 53


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

)
1

Km:
6+711.61

2

10.0
0

27

18.06 1.49

0.0
5

22.4
7

0.000
9

22.26

2.5

10.0
0

35.9
4

20.08 1.79

0.0
5

23.6
8

0.000
9

34.15

2.55

10.0
0

36.8
8

20.28 1.82

0.0
5

23.3
8

0.000
9

34.89

2.6

10.0
0

37.8
3

20.48 1.85

0.0
5

23.8
9

0.000
9

36.86

Bảng so sánh giá trò sai số
PA
1

Lý trình

hδ
2.6

Km: 6+711.61

Qδ
34.8

QP%
34.18

9

2

δQ
2%

Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho phương án là:
Phương án

Lý trình

hδ (m)

Qδ (m3/s)

1

Km: 6+711.61

2.55

34.89

 Chiều sâu phân giới hk.
Chiều sâu phân giới hk là chiều sâu dòng chảy ứng với chế độ nước chảy
phân giới (chiều sâu tương ứng với tiết diện dòng chảy có tỷ năng mặt cắt
nhỏ nhất).
Với mặt cắt dòng chảy hình thang, chiều sâu phân giới được xác đònh
theo công thức (10-23) sách thiết kế đường tập 3:
hk =

Trong đó :

Bk =

Bk − B2k − 4mωk
2m

g × Q P%
ε × α × v3k

; ωk =

Q P%
ε × vk

vk = vox : Lưu tốc cho phép không gây xói lở đòa chất ở đáy
suối.Với vox= vk = 3.5 m/s (gia cố đá lát)
ε = 0.9: Hệ số khi có ¼ nón đất ở mố cầu.
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 54


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

ωk:

Tiết diện ướt của dòng khi chảy phân giới.

Bk:

Chiều rộng mặt thoáng của tiết diện ướt.

α:

Hệ số điều chỉnh động năng Kôriolit, lấy bằng 1.0

m:

Độ dốc taluy nón mố.

g : gia tốc trọng trường (m/s2)
Qtk = Qp% : lưu lượng ứng với tần suất thiết kế (m3/s).
Bảng xác đònh chiều sâu phân giới hk
Qtk
(m3/s)

PA

Lý trình

1

Km: 6+711.61

hδ

34.182 2.55

Vk
(m/s
)

g

α

m

3.5

9.81

1

1.5 8.69

Bk

hk
(m)

ωk
10.8
5

1.82

 Xác đònh chế độ chảy dưới cầu.
Chế độ chảy dưới cầu được xác đònh trên cơ sở so sánh hai giá trò là chiều
sâu dòng chảy tự nhiên và chiều sâu dòng chảy phân giới.
hδ < 1.3hk:

Chảy tự do.

hδ > 1.3hk:

Chảy ngập.

Bảng xác đònh chế độ chảy dưới cầu
PA

Lý trình

hδ

hk

1.3hk

Chế độ chảy

1

Km: 6+711.61

2.55

1.82

2.366

Chảy ngập

 Tính khẩu độ cầu.
Từ bảng tổng hợp trên ta nhận thấy cầu đều chảy ở chế độ chảy
ngập. Khẩu độ cầu được xác đònh theo công thức:
L c = btb + Nd =
Trong đó:

Q tk
+ m.h δ + Nd
ε × hδ × vc

N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ 1 nhòp nên => N=0)
d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ chỉ có mố nên => d=0)

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 55


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

btb =

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Q tk
+ m.h δ
ε × hδ × vc

Qtk:

Lưu lượng thiết kế (m3/s).

ε:
m:

Hệ số thu hẹp do mố trụ, lấy bằng 0.9 vì có ¼ nón mố.
Độ dốc mái ta luy nón mố, m = 1.5.

Vcp:

Lưu tốc cho phép dưới cầu, như trên ta có Vcp = 3.5 m/s.

α:

Hệ số điều chỉnh động năng, lấy bằng 1.0

Bảng xác đònh khẩu độ cầu
g
Qp%
ε α
PA
Lý trình
(m/s2
(m3/s)
)
34.18
Km: 6+711.61 9.81
1
0.9 1.0
2
Ta chọn khẩu độ cầu Lc = 10m

vk
(m/s
)

Lc
(m)

3.5

8.08

 Xác đònh chiều sâu nước dâng trước cầu.

Chế độ nước chảy dưới cầu là chế độ chảy không tự do, do vậy chiều
sâu nước dâng trước cầu được xác đònh theo công thức (10-26) sách thiết kế
đường tập 3:
H = hδ +

α × v 2k
2 × gψ×

2

α × v 02
−
2 g× ψ×

2

Trong đó:
hk : chiều sâu phân giới.
ψ = 0.9 : hệ số vận tốc (khi có ¼ nón đất ở mố cầu)
vk: Tốc độ nước chảy dưới cầu lấy bằng tốc độ cho phép của vật
liệu gia cố vk=3.5m/s.
v0 : Tốc độ nước chảy ở thượng lưu ứng với chiều sâu H.
α : hệ số Kôriolit, α = 1

Đây là bài toán giải lặp, trình tự giải như sau:
-

Giả đònh một VH ban đầu.

-

Tính H theo công thức như trên.

-

Tính diện tích ướt ω = LcH - mH2

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 56


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG
-

Tính lại V’H = Qtk/ω.

-

So sánh VH và V’H

P
A
1

Lý trình
Km:
6+711.61

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Bảng xác đònh mực nước dâng
hk
Vk
V
H
Lc
(m) (m/s) (m/s) (m)
m)
2.5
3.5
1.5 3.17
10
5
2.5
3.5
2
3.07
10
5
2.5
3.5
2.06 3.05
10
5
2.5
3.5
2.1 3.04
10
5

ω
( m2)
16.6
3
16.5
6
16.5
5
16.5
4

Qtk
V'
3
m /s) (m/s)
34.182 2.06
34.182

2.06

34.182

2.06

34.182

2.07

Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu:

PA

Lý trình

H (m)

1

Km: 6+711.61

3.05

 Tính chiều dài cầu, cao độ mặt cầu và cao độ tối thiểu đường vào đầu
cầu.
 Tính cao độ tối thiểu của mặt cầu so đáy sông:
Hcầu = 0.88H + ∆ + C
Trong đó:
C: chiều cao cấu tạo của hệ mặt cầu, chọn C = 1.2 m
H: chiều cao dâng nước trước cầu
∆: tónh không dưới cầu, phụ thuộc vào đặc điểm và yêu cầu
thông thuyền của từng sông.
Ta có bảng tính kết quả như sau:
PA

Lý trình

C

∆

H

Hcầu (m)

1

Km: 6+711.61

1.2

0.5

3.05

4.38

 Cao độ tối thiểu nền đường vào đầu cầu so với đáy sông:
Cao độ tối thiểu của nền đường đầu cầu được xác đònh theo công thức sau:
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Hn = maxH + 0.5m ; H + Σhmd
Trong đó:
H: Chiều cao nước dâng trước cầu

Σhmd : chiều dày kết cấu mặt đường, Σhmd = 0.65m
Ta có kết quả tính theo bảng sau:
Cao độ tối thiểu nền đường đầu cầu

VII.

PA

Lý trình

H

1

Km: 6+711.61

3.05

H + 0.5 H + Σ hmd
3.55

3.7

Hnền (m)
3.7

Rãnh thoát nước
a. Rãnh biên :
- Rãnh biên làm để thoát nước khi mưa từ mặt đường, lề đường, và diện
tích bên dành cho đường. Rãnh biên có tác dụng làm cho nền đường khô ráo

do đó đảm bảo cường độ nền và mặt đường ổn đònh khi mưa.
- Kích thước của rãnh biên trong điều kiện bình thường được thiết kế theo
cấu tạo mà không yêu cầu tính toán thủy lực. Chỉ trường hợp nếu rãnh biên
không những chỉ để thoát nước từ mặt đường và diện tích đất dành cho
đường mà còn để thoát nước từ các diện tích lưu vực hai bên đường thì rãnh
phải được tính toán thủy lực. Sử dụng rãnh tiết diện hình thang có chiều
rộng đáy lòng 0.4m, chiều sâu tối thiểu tới mặt đất tự nhiên là 0.3m. Ta luy
rãnh nền đường đào có độ dốc theo cấu tạo đòa chất ; đối với nền đắp là
1 :1.5 đến 1 :3. Rãnh không nên sâu quá 0.8 m, nếu sâu hơn phải làm rãnh
đỉnh để không cho nước từ sườn lưu vực chảy về rãnh dọc. Độ dốc lòng rãnh
không nên nhỏ hơn 0.5%.

•

Tính toán rãnh biên cho đoạn rãnh dài nhất từ Km: 4+17.02 đến
Km:4+476.73 ở phương án 2 (có chiều dài rãnh lớn nhất)
Xác đònh lưu lượng tính toán:

Q2

Q1

1:1

5m
B

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 58

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Đối với đường ô tô thông thường lưu lượng tính toán rãnh thường xác đònh
theo công thức sau :

Q P = 16.67a P Fδϕα(m 3 / s)
+) Tính toán Q1

Q1 = 16.67a 1F1δϕα(m 3 / s)
Trong đó :
F – diện tích lưu vực tại vò trí này F = 0.002 km 2, chiều dài lòng chính
L = 0,005 km
α – hệ số dòng chảy tra bảng 9.6 – Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế
đường ô tô tập 3 vậy α = 0.9

δ - hệ số chiết giảm bờ ao, đầm lầy lấy bằng 1
ϕ - hệ số xác đònh theo bảng 9.11 - Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế
đường ô tô tập 3 vậy ϕ = 0.91

a p - cường độ mưa tính toán tính bằng mm/phút, được xác đònh ứng
với thời gian tập trung nước từ lưu vực về rãnh tc được xác đònh như sau :
18.6bsd 0.4
tc =
(công thức 9-23)
f (lsd 0.4 )(100m sd )0.4
Trong đó :

bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh như sau :
bsd =

F

1.8 ( ∑ l + L )

=

0,002
= 0, 222km = 222m
1,8(0 + 0,005)

isd – độ dốc sườn dốc isd = 0.045 tra bảng ta có :

18.6

[ f (isd )]

0.4

= 15, 22

msd – hệ số nhám của sườn dốc lấy msd = 0.25
0,4

18.6bsd 0.4
 222 
= 15, 22. 
Vậy ta có : t c =

÷ = 36, 46 phút
0.4
0.4
f (lsd )(100msd )
 100 × 0, 25 
Khi đó : a p =

ψH p
tc

=

0, 469.145
= 1,865
36, 46

Vậy giá trò lưu lượng tính toán có được là :
Q1 = 16.67a1F1δϕα = 16,67 × 1,865 × 0,002 × 1 × 0,91 × 0,9 = 0,051m 3 / s
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 59


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

+) Tính toán Q2

Q 2 = 16.67a 2F2δϕα(m 3 / s)

Trong đó :
F – diện tích lưu vực tại vò trí này F = 0.003 km 2, chiều dài lòng chính
L = 0,006 km
α – hệ số dòng chảy tra bảng 9.6 – Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế
đường ô tô tập 3 vậy α = 1

δ - hệ số chiết giảm bờ ao, đầm lầy lấy bằng 1
ϕ - hệ số xác đònh theo bảng 9.11 - Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế
đường ô tô tập 3 vậy ϕ = 0.88

a p - cường độ mưa tính toán tính bằng mm/phút, được xác đònh ứng
với thời gian tập trung nước từ lưu vực về rãnh tc được xác đònh như sau :
tc =

18.6bsd 0.4
(công thức 9-23)
f (lsd 0.4 )(100m sd )0.4

Trong đó :
bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh như sau :
bsd =

F

1.8 ( ∑ l + L )

=

0,003
= 0, 278km = 278m

1,8(0 + 0,006)

isd – độ dốc sườn dốc isd = 0.02 tra bảng ta có :

18.6

[ f (isd )]

0.4

= 15, 4

msd – hệ số nhám của sườn dốc lấy msd = 0.5
0,4

18.6bsd 0.4
 278 
t
=
=
15,
4.
Vậy ta có : c
 100 × 0,5 ÷ = 30,59 phút
f (lsd 0.4 )(100msd )0.4


Khi đó : a p =

ψH p

tc

=

0, 432.145
= 2,048
30,59

Vậy giá trò lưu lượng tính toán có được là :
Q 2 = 16.67a 2 F2δϕα = 16,67 × 2,048 × 0,003 ×1 × 0,88 ×1 = 0,09m 3 / s

Vậy:
Q p = Q1 + Q 2 = 0.0051 + 0.09 = 0.0951m 3 / s
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 60


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

Xác đinh tiết diện rãnh và các đặc trưng thủy lực :
Ta chọn H = 0,6m, chiều sâu nước chảy trong rãnh h0 =0.35m
Chiều rộng đáy rãnh b = 0.4m
Hệ số mái dốc rãnh m = 1.5m
Trong đoạn này độ dốc dọc đường là 1.85% vậy ta bố trí độ dốc rãnh bằng
với độ dốc đường vậy ir = 18.50/00
Chọn biện pháp gia cố lòng rãnh là lát đá nên n = 0.02, hệ số Sêzi y=0.167
Tiết diện dòng chảy được xác đònh như sau :

ω = (b + mh o )h o = (0.4 + 1,5 × 0.35).0,35 = 0.324m 2

Chu vi ướt rãnh: χ = b + m 'h o
Trong đó : m ' = 1 + m12 + 1 + m 2 2 = 2 1 + 1,52 = 3.61
χ = b + m 'h o = 0, 4 + 3,61 × 0,35 = 1.66m
Từ đó ta có bán kính thủy lực :
R=

ω 0,324
=
= 0.195m
χ 1,66

Vận tốc dòng chảy trong rãnh xác đònh như sau :
V=

1 y
1
R R.i r =
0,1950,167 0,195.0.01 = 1,68m / s
n
0.02

Khả năng thoát nước của rãnh :
Q = ωV = 0,324.1,68 = 0,544m3 / s
So sánh giá trò lưu lượng tính toán Qp và khả năng thoát nước của
rãnh Q ta thấy Q > Qp .Vậy rãnh thiết kế đủ khả năng thoát nước cho cả hai
phương án.
b. Rãnh đỉnh :
- Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ về đường lớn hoặc khi chiều cao taluy

đào từ 12m trở lên thì phải bố trí rãnh đỉnh để đón nước chảy về phía đường
và dẫn nước về công trình thoát nước, về sông suối hay chỗ trũng cạnh
đường, không cho phép nươc đổ trực tiếp xuống rãnh biên. Chiều rộng đáy
rãnh tối thiểu là 0.5m bờ rãnh taluy 1 :1.5 chiều sâu rãnh xác đònh theo tính
toán thủy lực và không sâu quá 1.5m.
SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 61


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH

c. Bố trí rãnh đỉnh, rãnh biên :
- Cần phải liên hệ chặt chẽ với bình đồ, trắc dọc, trắc ngang tuyến đường
với điều kiện đòa hình, đòa chất, khí hậu thủy văn dọc tuyến .

SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT

Trang 62