thuyết minh đồ án đường phần thủy văn

Chiều dài dòng sông chính và độ dốc sườn dốc đối với mỗi phương án như sau:... JL: độ dốc của dòng sông chính m‰ L: chiều dài dòng sông chính mkm4.2.1.4 Xác định trị số module đỉn

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY VĂN CÔNG TRÌNH



4.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY LŨ

4.1.1 Lưu lượng đỉnh lũ tính toán (theo 22TCN 220 – 95)

Đối với lưu vực nhỏ có diện tích F < 100 km2 lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất p

% được tính theo công thức:

Qp = Ap..Hp%.F.1 (mm3/s)Trong đó:

 Hp = 190mm lượng mưa ngày ứng với tần suất p = 4%

 p% = 4% đối với cống đường ô tô cấp III, IV, V và VI

 φ hệ số dòng chảy lũ ứng với loại đất cấp II (m[1]bảng 2.1)

 Ap: Module đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế phụ thuộc vào địa mạothủy văn ΦL , thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs (mphút)và vùng mưa

 δ1= 1 hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ, rừng câytrong lưu vực Vùng đặt tuyến không có hồ ao hay đầm lầy.(m[1]bảng 2.7)

4.1.2 Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs (phút):

Thời gian tập trung nước trên sườn dốc phụ thuộc vào hệ số địa mạo Φs và vùngmưa Vùng Cầm Tâm tỉnh Đồng Nai thuộc vùng mưa XVIII

Hệ số địa mạo thủy văn của sườn dốc, Φs được tính như sau:

φ s= b s0 6

m s J s0.3(ϕ H p)0 4Trong đó: bs: chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực (mm)

bs= 1000 F 1.8( L+ ∑ l)

F(mkm2) : diện tích lưu vựcL(mkm) : chiều dài sông chính

l(mkm) :tổng chiều dài các dòng sông nhánh; chỉ tính cho những dòngsông nhánh có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân lưu vực B nhưsau:

-ms = 0.15 thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tính chất bềmặt của sườn dốc lưu vực không có gốc cây, không bị cày xới, nhà cửa thưa thớt,mặt đá xếp và cỏ trung bình, nhiều gốc bụi (m[1]bảng 2.5)-Js(m‰) là độ dốc trung bình của sườn dốc, tính theo trị số trung bình của 4 – 6 điểmxác định độ dốc theo hướng dốc lớn nhất.

h1, h2, …, hn: cao độ những điểm gãy khúc trên trắc dọc so với giao điểm của 2đường

l1, l2, …, ln: cự li giữa các điểm gãy

Độ dốc trung bình của sườn dốc của 4 – 6 cặp điểm tính theo công thức:

là đối với sườn dốc tại vị trí có độ dốc sườn lớn nhất

Chiều dài dòng sông chính và độ dốc sườn dốc đối với mỗi phương án như sau:

0.75B (km)

JL: độ dốc của dòng sông chính (m‰) L: chiều dài dòng sông chính (mkm)

4.2.1.4 Xác định trị số module đỉnh lũ Ap:

Ap% phụ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs và hệ

số địa mạo thủy văn lòng sông ΦL Giá trị AP% tra trong bàng 2.3 như sau:

Cống Lý trình Vùng mưa τ sd (phút) Φ L Ap%

4.2 XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CỐNG THOÁT NƯỚC NGANG

4.2.1 Chế độ làm việc của cống

Dòng chảy trong cống tùy thuộc vào chiều sâu ngập nước trước cống Đối với cốngtròn theo tiêu chuẩn 22TCVN 159 – 86, có thể dùng số cửa cống là 1, 2, 3 cho khẩu độ d

= 0.75 ÷ 2.0m chiều dài tối đa 15m đối với cống d = 0.75m và 30m đối với cống d =1.0m

Cống có thể làm việc theo các chế độ dòng chảy không áp, bán áp hay có áp

Nói chung, khẩu độ cống cần xác định theo chế độ không áp Trường hợp cá biệt,trên đường ô tô và đường thành phố cho phép thiết kế theo chế độ bán áp và có áp nhưngcần đảm bảo sự ổn định của cống và nước không thấm qua nền đường

Để những vật trôi có thể chảy qua cống không áp, mực nước chảy trong cống ở cửavào phải có một khoảng trống bằng

¼ đường kính cống và lớn hơn 0.25m.

Trong thiết kế sơ bộ, ta sử dụng bảng tra để xác định khả năng thoát nước của cốngtròn Sử dụng loại cửa cống có:

Miệng loại thường (mloại I): miệng tường thẳng, miệng chữ bát, miệng theo dạng taluy,

Miệng loại đặc biệt (m loại II): miệng cống làm theo dạng dòng chảy.

4.2.3 Khẩu độ cống

Chiều dài cống tính như sau: Lcong  B 2m H    

Trong đó: B = 9m chiều rộng nền đường

m = 1.5 hệ mái dốc của ta luy đắp

H = Hthiết kế – Htự nhiên – 0.11m chiều cao đất đắp tại mép mặt đường

Φ, δ(mm) đường kính trong và chiều dày của thân cốngLựa chọn cấu tạo cống tròn thoát nước ngang có các đặc trưng như sau:

Cống Lý trình Q p

(m 3 /s)

Số cửa cống

Ф (m) Loại

4.2.5 Chiều cao đất đắp trên cống

Đối với cống, cao độ thiết kế nhỏ nhất là giá trị lớn hơn trong 2 trị số sau:

 Điều kiện 1: mép nền đường cao hơn mực nước ngập 0.5m, đối với đường có hailàn xe:

ngâp p%

H chiều sâu mực nước ngập trước cống ứng với tần suất lũ thiết kế

p = 4%

in (mhoặc isc) độ dốc ngang (mhoặc siêu cao) của mặt đường

Bmd chiều rộng của toàn bộ mặt đường 2 làn xe

Blgc chiều rộng 1 bên lề gia cố

∑had chiều dày các lớp kết cấu áo đường0.5m chiều cao tối thiểu của đất đắp trên đỉnh cốngKiểm tra ngập một số điểm gần cống mà có cao độ thiết kế thấp hơn tại đỉnh cống

4.3.5 Chiều sâu chân tường chống xói hạ lưu cống

Đối với cống, thông thường chiều dài đoạn gia cố ở thượng lưu lấy bằng 0.4lgc, với

lgc là chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu cống

Gia cố hạ lưu cống là một công việc rất quan trọng, vì dòng nước ở hạ lưu rẽ sang 2bên sinh ra dòng chảy xiết và tạo ra bước nhảy thủy lực chéo góc với tim công trình

Trong trường hợp chảy tự do, dòng nước khi thoát ra khỏi cống chảy với tốc độ caoở vùng sau công trình Tốc độ tăng gấp khoảng 1.5 lần Do đó, phải thiết kế hạ lưu côngtrình theo tốc độ nước chảy V = 1.5Vo và cuối phần gia cố phải có đường nghiêng chốngxói sâu

 Chiều dài phần gia cố lgc lấy bằng ba lần khẩu độ cống lgc = 3

 Chiều sâu chân tường chống xói ht(mm) xác định theo công thức sau:

(mm) là khẩu độ cống

Chiều sâu chân tường tối thiểu của mỗi phương án như sau:

Cống Lý trình H p% (m) Ф (m) l gc (m) h t - min (m) 0.4l gc (m)

4.3 XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CẦU NHỎ

A CẦU 1 :

1 Lưu lượng tính toán

Xây dựng cầu tại lý trình Km1 + 239.03

Lưu lượng tính toán Qp% = 27.17m3/s

Trong tính toán sơ bộ, mặt cắt lòng sông lấy gần đúng trên mặt cắt dọc tuyến nhưsau:

Hình 5.2 Mặt cắt ngang sông tại vị trí xây dựng cầu

Hệ số mái dốc của lòng sông m1, m2 xác định trên mặt cắt ngang sông tại vị trí cầu:

2 Xác định chiều sâu dòng chảy tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu hδ

Trong phạm vi h < 36.5-34.3 = 2.2m ta có biểu thức xác địnhc các đại lượng như sau:

Chu vi ướt của mặt cắt ngang dòng chảy:

Với: n là hệ số nhám của lòng dẫn

Số mũ y tính theo công thức của Viện sĩ N.N Pavlopxki:

Vận tốc dòng chảy tương ứng sẽ là V C R i  0

, với i0 là độ dốc lòng dẫn dướicầu

Lưu lượng dòng chảy:

Sai số Q0.94%5% nên kết quả chấp nhận được

Chiều sâu dòng chảy tự nhiên: h δ = 0.98 m

3 Xác định chiều sâu dòng chảy khi đã xây dựng cầu

4.4.3.1 Chiều sâu phân giới của dòng chảy hk

- Sau khi xây dựng cầu, mặt cắt ngang lòng sông có dạng hình thang

m = 1.5 là mái dốc của mặt cắt ngang hình thang

b (mm) là bề rộng đáy của mặt cắt hình thang

Bk (mm) chiều rộng mặt thoáng của dòng chảy

vk = vcp = 3.1 m/s vận tốc cho phép không gây ra xói lở lòng sông

ε = 0.9 hệ số co hẹp dòng chảy khi có

¼

nón đất ở mố cầu

- Giá trị độ dốc phân giới được xác định theo các biểu thức sau:

Q.v

Chiều sâu dòng chảy phân giới: hk = 1.41m

3.2 Độ dốc phân giới của dòng chảy ik

Độ dốc phân giới xác định như sau:

2 p%

Qi

Độ dốc tự nhiên của lòng sông is = io = 0.012

Như vậy is = 0.012 <= ik =0.013 và hδ = 0.98m ≤ 1.3hk = 1.83m nên dòng chảy

dưới cầu là chảy tự do và chiều sâu mực nước dưới cầu là hk = 1.41m

4 Xác định khẩu độ cầu và mực nước dâng trước cầu

N = 0 số trụ cầu khi cầu chỉ có 1 nhịp

b (mm) bề rộng trụ cầu

ψ = 0.9 khi có ¼ nón đất ở mố cầu

g = 9.81m/s2 gia tốc trọng trườngChiều sâu dòng chảy trước cầu tính lặp cho tới khi sai số giữa 2 lần lặp liên tiếp

không vượt quá 5% như sau: giả thiết H = H0 tính được diện tích mặt cắt ướt ω0 và

vận tốc dòng chảy

p%

o o

Tính toán được vận tốc dòng chảy dưới cầu V0 = 0.34m/s

Mức nước dâng trước cầu Hd = 2.07m tương ứng với ∆H =0.483%

5 Xác định khẩu độ cầu thi công

 Chọn chiều dài dầm cầu: L = 14.0m

6 Xác định chiều cao nền đường đầu cầu tối thiểu so với đáy sông:

Hmndmin=max ( H +0,5 m; H +had)

Chiều dày các lớp kết cấu áo đường had = 0.72m

Chiều cao nước dâng trước cầu: Hd = 2.07m

8 Gia cố thượng và hạ lưu cầu

Gia cố ở thượng lưu cầu, thông thường chiều dài đoạn gia cố ở thượng lưu lấy bằng0.4lgc, với lgc = 15m là chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu cầu.

(m[2]trang 156)

Theo kinh nghiệm thực tế, chỉ nên dùng biện pháp gia cố lòng sông ở duới cầu khikhẩu độ cầu không lớn hơn 10m Với chiều dài cầu và khẩu độ tính toán như trên, ta sửdụng giải pháp chấp nhận lòng sông bị xói lở đi một chiều sâu nhất định và thay vào đó làtăng chiều cao của mố cầu

B CẦU 2 :

1 Lưu lượng tính toán

Xây dựng cầu tại lý trình Km2 + 475.61

Lưu lượng tính toán Qp% = 30.9m3/s

Trong tính toán sơ bộ, mặt cắt lòng sông lấy gần đúng trên mặt cắt dọc tuyến nhưsau:

Hình 5.2 Mặt cắt ngang sông tại vị trí xây dựng cầu

Hệ số mái dốc của lòng sông m1, m2 xác định trên mặt cắt ngang sông tại vị trí cầu:

2 Xác định chiều sâu dòng chảy tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu hδ

Trong phạm vi h < 33.7-29.8 = 3.9m ta có biểu thức xác địnhc các đại lượng như sau:

Chu vi ướt của mặt cắt ngang dòng chảy:

Với: n là hệ số nhám của lòng dẫn

Số mũ y tính theo công thức của Viện sĩ N.N Pavlopxki:

Vận tốc dòng chảy tương ứng sẽ là V C R i  0

, với i0 là độ dốc lòng dẫn dướicầu

Lưu lượng dòng chảy:

0.47460

0.31833 1

Sai số Q0.77% 5% nên kết quả chấp nhận được

Chiều sâu dòng chảy tự nhiên: h δ = 0.95 m

3 Xác định chiều sâu dòng chảy khi đã xây dựng cầu

4.4.3.1 Chiều sâu phân giới của dòng chảy hk

- Sau khi xây dựng cầu, mặt cắt ngang lòng sông có dạng hình thang

m = 1.5 là mái dốc của mặt cắt ngang hình thang.

b (mm) là bề rộng đáy của mặt cắt hình thang

Bk (mm) chiều rộng mặt thoáng của dòng chảy

vk = vcp = 3.1 m/s vận tốc cho phép không gây ra xói lở lòng sông

ε = 0.9 hệ số co hẹp dòng chảy khi có

¼ nón đất ở mố cầu

- Giá trị độ dốc phân giới được xác định theo các biểu thức sau:

Q.v

Chiều sâu dòng chảy phân giới: hk = 1.34 m

3.2 Độ dốc phân giới của dòng chảy ik

Độ dốc phân giới xác định như sau:

2 p%

Qi

Độ dốc tự nhiên của lòng sông is = io = 0.01

Như vậy is = 0.01<= ik =0.012 và hδ = 0.95 m ≤ 1.3hk = 1.74m nên dòng chảy

dưới cầu là chảy tự do và chiều sâu mực nước dưới cầu là hk = 1.34m

4 Xác định khẩu độ cầu và mực nước dâng trước cầu

N = 0 số trụ cầu khi cầu chỉ có 1 nhịp

b (mm) bề rộng trụ cầu

ψ = 0.9 khi có ¼ nón đất ở mố cầu

g = 9.81m/s2 gia tốc trọng trườngChiều sâu dòng chảy trước cầu tính lặp cho tới khi sai số giữa 2 lần lặp liên tiếp

không vượt quá 5% như sau: giả thiết H = H0 tính được diện tích mặt cắt ướt ω0 và

vận tốc dòng chảy

p%

o o

Tính toán được vận tốc dòng chảy dưới cầu V0 = 0.3 m/s

Mức nước dâng trước cầu Hd = 2 m tương ứng với ∆H = 0.5%

5 Xác định khẩu độ cầu thi công

 Chọn chiều dài dầm cầu: L = 16.0m

6 Xác định chiều cao nền đường đầu cầu tối thiểu so với đáy sông:

Hmndmin=max ( H +0,5 m; H +had)

Chiều dày các lớp kết cấu áo đường had = 0.72 m

Chiều cao nước dâng trước cầu: Hd = 2 m