Sổ tay thủy văn cầu đường - Thiết kế các công trình trong khu vực cầu vượt sông part 2 ppsx

Công trình điều tiết dựa vào tác dụng của dòng nước có thể phân làm hai loại: - Công trình kiểu không ngập: bố trí để điều tiết lũ thoát qua như kè hướng dòng thẳng và cong như kè chữ T,

Chiều cao sóng hs và tích 2 3

s s

h

cho ở bảng (7 - 3), (7 - 4)

- Tốc độ gió tính toán phải qui đổi tốc độ gió tại về tốc độ gió ở độ cao

cách mặt nước 10m, tính theo công thức:

trong đó:

WT: tốc độ gió tính toán theo tài liệu của trạm khí tượng ở độ cao H;

Kb: hệ số chuyển đổi từ tốc độ gió đo được ở trạm có độ cao Hm tới tốc độ

gió ở độ cao cách mặt nước 10m

Kb 1,30 1,15 1,05 1,00 0,99 0,97 0,96 0,95 0,93

- Khi không có số liệu quan trắc hay khi liệt quan trắc nhỏ hơn 10 năm,

tốc độ gió tính toán nên lấy bằng:

+ WT = 20 m/s nhưng không nhỏ hơn giá trị thực tế quan sát điều tra, đối

với sông và hồ chứa tính với mực nước tính toán hoặc mực nước dâng có tần suất P

= 0,33%

+ WT = 30 m/s nhưng không nhỏ hơn giá trị thực tế quan sát điều tra, đối

với sông và hồ chứa, với những mực nước khác thấp hơn mực nước dềnh và vùng

cửa sông khi tính ở mực nước dồn ép do gió

- Nếu hồ hẹp (hình 7-3 ) khi tỷ số chiều rộng ngập tràn trung bình B trên

đà gió D không lớn hơn 0,7 thì đà gió tính toán có thể xác định theo công thức sau:

ở đây KD hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỉ số B/D

- Trong các đoạn sông dòng chảy hẹp có đường bao bờ phức tạp hoặc

được giới hạn bởi một phần đảo chiều dài đà gió được xác đinh theo trình tự sau:

+ Từ những điểm nghiên cứu vạch những tia sóng chủ yếu Theo những tia

này, sóng phát triển chiều cao lớn nhất ở hướng ngược với gió và theo 2 tia ở 2 bên

tạo thành góc 225 đối với tia chủ cho tới chỗ tia này cắt đường bờ sông

+ Đo chiều dài của những tia này D(km) theo 5 hướng theo hình 7- 4

+ Đà gió tính toán được xác định theo công thức:

Dtt = 0,27 [D0 + 0,85(D+1 + D-1) + 0,5(D+2 + D-2) (7 - 16)

- Nếu trên bãi có cây hoặc bãi sú cản trở sóng thì chiều cao sóng lên mái

dốc có thể giảm do xét hệ số hiệu chỉnh sau

2

.

b

B a

2 16 0

b

B

trong đó:

Bqdr: chiều rộng qui đổi của dải rừng cây, m;

Bqdb : chiều rộng qui đổi của bụi cây, m;

Br: chiều rộng thực tế của dải rừng cây, m;

Bb: chiều rộng thực tế của bụi cây, m

a: hệ số, lấy bằng: 1; 1,4 và 1,8 ứng với đường kính trung bình của cây là

0,15; 0,2 và 0,25m;

b: khoảng cách thực tế giữa các cây hoặc bụi cây, m

Chiều cao sóng có xét tới rừng cây xác định theo công thức:

Trong đó hệ số Kr xác định theo hình 7- 5

- Trường hợp sóng xiên: m > 1 và  ≥ 30 thì trị số sóng leo phải hiệu

chỉnh hệ số:

3

sin 2







trong đó:

: góc giữa tia sóng và đường mép nước lên mái dốc công trình

1 - Tuyến đừơng

2 - Hứơng đà gió tính toán

Hình 7.3 Bình diện hồ chứa hẹp

1 - Tuyến đừơng

2 - Hứơng đà gió tính toán

Hình 7 - 5 : Biểu đồ xác định hệ số triết giảm độ cao sóng khi có rừng hoặc buị

cây

Đ 7.2 Công trình điều tiết bảo vệ cầu

7.2.1 Khái niệm ban đầu

Công trình điều tiết là một bộ phận rất quan trọng trong thiết kế cầu Tác dụng của nó là làm cho nước chảy vào cầu được thông thoát, phân bố lưu tốc trong phạm vi cầu được đều đặn, từ đó bảo đảm xói đều dưới cầu, tránh hình thành bãi bồi và nước chảy xoáy trong phạm vi cầu (kể cả nền đường bãi sông) Đồng thời công trình điều tiết hợp lý sẽ bảo đảm mặt cắt dưới cầu ổn định, không uy hiếp mố trụ và công trình đầu cầu ở dòng sông chuyển dịch cần phải xây dựng công trình nắn dòng thích hợp tránh để khu vực dân cư hoặc trồng trọt cạnh đó bị ảnh hưởng

do sự di động của dòng sông Công trình điều tiết dựa vào tác dụng của dòng nước

có thể phân làm hai loại:

- Công trình kiểu không ngập: bố trí để điều tiết lũ thoát qua như kè hướng dòng thẳng và cong như kè chữ T, kè thắt dòng

- Công trình điều tiết kiểu ngập: dùng để điều tiết dòng nước có mực nước trung bình, như kè chữ T ngập nước và các loại công trình thấm nước khác nhau

7.2.2 Chọn hình dạng chung công trình điều tiết và công dụng của nó

Thiết kế công trình điều tiết cần phải dựa vào loại dòng sông, địa mạo, đặc trưng thuỷ văn và cả tình hình tuyến đường ở khu vực vị trí cầu

Sau đây sẽ giới thiệu loại công trình điều tiết thường dùng nhất trong thiết

kế cầu và tác dụng của nó

a Kè hướng dòng kiểu cong và thẳng

ở sông đồng bằng vì dòng sông bị khẩu độ cầu bóp hẹp, dòng nước bãi sông bị nền đường đầu cầu cắt ngang men theo nền đường chảy vào cầu, do đó hình thành hiện tượng dòng chảy không đều trong toàn bộ phạm vi khẩu độ cầu Một trong những công dụng chính của kè hướng dòng là điều chỉnh được hiện tượng lệch dòng dưới cầu, nếu bãi sông hai bên lớn nhỏ không đều, phía bãi sông lớn thường bố trí kè hình cong, còn kè hướng dòng thẳng thường bố trí ở phía bờ lõm

Kè hướng dòng hình cong có tác dụng hướng dòng nước chảy nhẹ nhàng và

đều qua cầu Còn kè hướng dòng hình thẳng đẩy dòng nước chảy sang bờ đối diện

Về mặt hiệu quả sử dụng thì kè hướng dòng hình cong có bán kính khác nhau là hình thức tương đối hoàn thiện

Khi lưu lượng một bên bãi nhỏ hơn 15% tổng lưu lượng hoặc lưu lượng hai bên bãi nhỏ hơn 20% tổng lưu lượng, nói chung không bố trí kè hướng dòng mà dùng kè quả lê Khi lưu lượng bãi sông nhỏ hơn 5% thì chỉ cần gia cố 1/4 nón đầu cầu Khi chiều sâu ở bãi sông không đủ 1m, hoặc lưu tốc bình quân trước xói dưới cầu nhỏ hơn 1m/s, nói chung không cần xây dựng công trình điều tiết

Nếu do tình hình đặc biệt của địa mạo vị trí cầu mà phải xây dựng công trình điều tiết thì không bắt buộc theo quy định trên

Hình 7 - 6 giới thiệu cách bố trí công trình kè điều chỉnh dòng nước dưới cầu của một số trường hợp khác nhau:

ở các trường hợp trên thường bố trí kè hướng dòng hình cong Tính hình dáng và kích thước của kè theo phương pháp sau đây:

Nếu cường độ thoát nước ở hai bên khẩu độ cầu chênh nhau khá lớn, để bớt gánh nặng ở bên dòng nước chảy mạnh, hoặc ở trường hợp dốc 1/4 nón mố cầu ở một phía dòng sông bị xói thì thường làm kè hướng dòng thẳng hoặc kè hướng dòng thẳng có hai đầu cong vào Như hình (7 - 7) kè hướng dòng bố trí ở phía có lưu lượng bãi sông nhỏ, trừ bộ phận đầu ra thì còn lại đều là đường thẳng Kè hướng dòng đoạn thẳng có hai đầu cong như ở hình (7 - 8) đều bố trí ở phía bãi sông có lưu lượng lớn Kè hướng dòng thẳng phía thượng lưu hoặc đoạn giữa thẳng của kè phải có chiều dài bằng 1/2 khẩu độ cầu, còn chiều dài kè phía hạ lưu bằng 1/4 khẩu độ cầu Ngoài ra tuỳ theo điều kiện cụ thể về địa hình, địa chất, thuỷ văn

mà tăng, giảm chiều dài kè cho phù hợp

b Kè quả lê, kè chữ T và kè chắn nước:

Bố trí kè quả lê, kè chữ T và kè chắn nước là để điều tiết dòng nước bãi sông, tránh cho nền đường đầu cầu khỏi bị xói

Khi cầu thẳng góc với lòng sông, mà nền đường bãi sông là đường cong lõm, để tránh mái dốc nền đường khỏi bị xói và để cải thiện điều kiện chảy trên bãi sông, sao cho dòng nước chảy nhẹ nhàng vào khẩu độ cầu, thì nền đường đầu cầu

đoạn này tốt nhất làm kè quả lê, đặc không ngập và kè chữ T với số lượng thích hợp (xem hình 7 - 9, hình 7-10)

Phần kè quả lê phía bãi sông phải nối tiếp với nền đường đầu cầu Thường

dùng hai cung tròn ngược chiều, giữa là đoạn thẳng Hình dạng của nó có thể tính

theo phương pháp của Anđrâyep Khi cầu vượt qua khúc sông cong ở thượng hạ

lưu nền đường có thể phát sinh ra dòng nước chảy dọc với tốc độ lớn Muốn bảo vệ

nền đường tránh bị dòng nước xói, hai bên nền đường có thể bố trí kè chữ T để

tăng cường phòng hộ nền đường nơi đó (xem hình 7 - 11)

Khi cầu thẳng góc với dòng sông, phần đầu kè chữ T phải đặt trên đường

thẳng kéo từ đầu kè hướng dòng tới điểm nối tiếp giữa nền với đường tràn ngập vì

nền đường đoạn này nằm trong phạm vi khi lũ hay bị xói nguy hiểm (xem hình

7-12)

Khi nền đường bãi sông là hình cong lồi ngược chiều dòng nước, tạo thành

túi nước thì phải xây kè chắn nước ở đầu cầu để mực nước hai phía nền đường đầu

cầu trong phạm vi túi nước không chênh lệch nhiều làm hư hại nền đường

c Đê dài và nhóm kè chữ T

Khi cầu vượt qua dòng sông chuyển dịch có độ dốc tương đối lớn, muốn

cho dòng nước cuốn theo phù sa thoát nhẹ nhàng qua khẩu độ cầu hoặc bảo vệ khu

vực dân cư và trồng trọt có thể xây đê dài bóp hẹp dần dần miền chuyển dịch rồi

nối với khẩu độ cầu Muốn điều chỉnh dòng nước có hiệu quả ở kè hướng dòng xây

thêm một số kè chữ T để chịu lực xung kích của dòng nước

Khi phạm vi chuyển dịch dòng sông rất lớn, làm kè dài cần kinh phí công

trình và kinh phí dưỡng hộ đắt, có thể xét việc xây kết cấu phòng hộ kiểu lô cốt

cạnh đầu cầu và nền đường đầu cầu hoặc kè ngắn hình cong, nhưng nền đường đầu cầu chỗ 1/4 nón và cả phần đầu kè nằm trong phạm vi miền chuyển dịch cần phải phòng hộ chắc chắn, bảo đảm chịu được tác động của dòng nước

Nhóm kè chữ T, ngoài việc dùng đê điều tiết dòng nước phối hợp với kè hướng dòng phòng hộ nền đường đầu cầu còn là công trình điều tiết quan trọng để phòng hộ bờ sông và điều chỉnh dòng nước lòng sông Khi dòng chảy lệch về phía

bờ sông mà đất bờ sông rất khó xói thì dùng nhóm kè chữ T ngắn

Nếu dòng nước thúc vào bờ sông đối diện như ở bờ lõm sông cong, ở bờ đối diện đất tương đối cứng, có thể chọn phương án kè chữ T dài, có khi kè chữ T được dùng phối hợp với kè thường (xem hình 7- 13 ) Bố trí kè chữ T phải dựa vào tuyến nắn dòng sao cho phối hợp đều với bờ sông đã phòng hộ, phần đầu kè phải nằm trên đường cong trơn (tức tuyến uốn nắn dòng), độ cong của nó phải nhỏ hơn độ cong đường bờ sông Kè chữ T không ngập thường làm thuận dòng, kè T ngập có thể làm ngược dòng nước

7.2.3 Tính kích thước bình diện công trình điều tiết

a Tính kè hướng dòng

Tính kích thước bình diện kè hướng dòng thường có 3 phương pháp sau

đây:

Phương pháp Bônđacôp:

Trước tiên theo bảng 7- 5 quyết định hình thức kè hướng dòng trên bình

diện

Bảng 7- 5

Đặc tính dòng sông Kiểu kè hướng dòng

Bờ phải Bờ trái Chiều rộng Khi lưu lượng Dòng chảy thẳng Cong Thẳng

hai bên

không bằng

nhau

bãi phải tương

đối lớn

Bờ phải lồi, bờ trái lõm Cong Thẳng

Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng Thẳng Khi lưu lượng

bãi trái tương đối lớn

Bờ phải lồi, bờ trái lõm Thẳng Thẳng cắm

trong lòng

Bờ trái lồi, bờ phảI lõm Thẳng Cong Chiều rộng

hai bên bãi

bằng nhau

trong lòng

Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng cong Bãi một bên

Bờ phải lồi, bờ trái lõm Cong

Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng

Chú thích:

Chiều dài kè thẳng hay phần đoạn thẳng cắm vào kè cong phía thượng lưu

bằng1/2 toàn chiều dài khẩu độ cầu, phía hạ lưu bằng 1/4 toàn chiều khẩu độ cầu,

ngoài ra còn căn cứ vào thực địa để điều chỉnh

 Nếu một bên là bãi, bán kính chủ yếu của kè hướng dòng cong là:

R = Lo

(7-21) trong đó:

Lo: khẩu độ giả định, tính được từ giả định dưới cầu không đào và hệ số xói

là 1,1 (lúc ứng dụng có thể dùng khẩu độ thực tế tính toán được Lo, không cần phải

tính theo hệ số xói 1,4 nữa), m;

: hệ số, số % lưu lượng chảy qua bộ phận cầu ở trạng thái thiên nhiên, so

với tổng lưu lượng (xem bảng 7- 6)

 Khi bãi hai bờ không đối xứng

Kích thước bình diện của kè hướng dòng dựa vào tỷ số lưu lượng giữa hai

bãi Bán kính kè hướng dòng cong phía thượng lưu tính theo công thức sau:

R = Lo (7-22)

Còn kè hướng dòng thẳng, hình chiếu của nó trên trục dòng nước chảy là:

A = Lo (7-23) trong đó:

, : hệ số tra bảng 7- 4;