Sổ tay thủy văn cầu đường - Thiết kế các công trình trong khu vực cầu vượt sông part 5 pot

Cũng cần chú ý là khi bố trí công trình điều tiết thuận với xu thế dòng sông thiên nhiên mà không đụng chạm đến lòng sông, thì ảnh hưởng tới sự biến hoá của dòng sông tương đối ít, khi đ

o o

X

X Y

Y

2 cos 

trong đó:

o

X

2



 ; Y o K2R o

2

 tg

K 

Ro- Bán kính đoạn cong, có thể dùng lớn

hơn bán kính của dòng sông thiên nhiên Theo kinh nghiệm Ro dùng bằng 5 - 8 lần chiều rộng ổn định, không nhỏ hơn 3 lần mà tối đa không vượt quá 20 lần

Toạ độ đường cong xác định rồi có thể vẽ đường hướng dòng

Cũng cần chú ý là khi bố trí công trình điều tiết thuận với xu thế dòng sông thiên nhiên mà không đụng chạm đến lòng sông, thì ảnh hưởng tới sự biến hoá của dòng sông tương đối ít, khi đó có thể không cần tính đường hướng dòng Theo kinh nghiệm đường hướng dòng thiết kế theo đường cong trơn thì không những giản

đơn mà còn phù hợp với thực tế khách quan

 Các bước thiết kế đường hướng dòng

- Xác định khởi điểm đoạn hướng dòng;

- Đối chiếu với xu thế dòng sông kết hợp với hướng nước ở mức nước hướng dòng, định đường biên hướng dòng bình diện;

- Khi cần thiết phải tiến hành chỉnh lý dòng sông, chiều rộng sông hướng dòng phải thoả mãn điều kiện chiều rộng ổn định của sông;

- Bố trí bình diện công trình điều tiết, xác định đoạn phòng hộ và gia cố

7.3.4 Lựa chọn và bố trí kè

a Chọn mực nước hướng dòng

Mực nước hướng dòng sẽ quyết định theo tình hình dòng nước và hình dạng

đoạn cầu được bảo vệ Căn cứ vào đường hướng dòng đã xác định theo mức nước hướng dòng mà tiến hành bố trí bình diện công trình điều tiết, đồng thời chọn loại

kè, tác dụng của các loại kè

Kè thấp: Bố trí kè thấp nói chung chỉ để phòng xói ta luy nền đường và cơ

sở các công trình phòng hộ hoặc chỉnh trị dòng sông ở mực nước thấp Kè thấp thắt dòng nước ít nên hay dùng ở đoạn sông lòng hẹp Kè thấp còn làm cho dòng nước chảy hỗn loạn, đẩy dòng nước khỏi chân ta luy, làm bồi tích chỗ lòng cầu nên thông thường xây ở chỗ lòng thấp bằng với lòng sông và theo hình thức kè chữ T

Kè mực nước trung: Có tác dụng chống dòng nước từ mực nước trung trở xuống xói vào bờ, so với kè thấp tác dụng hướng dòng lớn hơn Dòng sông miền núi do mức nước cao và lòng sông hẹp thường dùng kè ở mức trung để tránh thắt hẹp lòng sông quá nhiều Do lưu lượng ở mức nước trung thường là lưu lượng tạo

A xo yo xo

y

x B

Hình 7 -25

lòng nên khi chỉnh trị dòng sông, kè mực nước trung được coi là công cụ chủ yếu

để ổn định dòng sông Gây bồi tích nhanh thành bờ sông mới Kè mực nước trung

có thể làm thuận hướng hoặc ngược với dòng nước

Kè mực nước cao hay kè không ngập, tác dụng chủ yếu là hướng dòng nước

cách xa tuyến đường đề phòng nước lũ uy hiếp nền đường Khi tuyến đường sát

lòng sông, kè mực nước cao còn có tác dụng như kè mực nước thấp Do nó chiếm

diện tích lòng sông tương đối nhiều đặc biệt khi dùng ở sông miền núi lòng hẹp,

cần kết hợp địa hình địa chất đã tác động hình thức kè, thông thường không nên

làm quá dài mà nên làm kè chữ T ngắn hoặc kè thuận

b Lựa chọn công trình điều tiết đơn hoặc tổng hợp

Quyết định công trình điều tiết loại đơn hay tổng hợp chủ yếu là do tính

chất dòng nước nơi đó mà điều kiện địa hình địa chất Thông thường hệ thống điều

tiết là một tập hợp nhiều loại chỉ khi nào đoạn cầu phòng hộ tương đối ngắn, địa

hình dòng sông biến đổi ít, tính chất dòng nước không phức tạp mới dùng loại đơn

Ưu khuyết điểm của kè chữ T và kè thuận xem bảng sau:

Bảng 7 - 15

Kè thuận

1-Dòng nước trước kè thẳng thuận, không phá

hoại đặc trưng dòng chảy thiên nhiên, có lợi đối với sông thông thuyền

2 - Yêu cầu về điều kiện địa chất so với kè chữ

T thấp hơn, mà khi hoàn thành lập tức phát huy tác dụng

3 - Nếu điều kiện địa chất giống như kè chữ T, thì phòng hộ mặt ta luy và thiết bị phòng xói chân tương đối ít, đặc biệt khi bố trí kè thuận dọc hồ sông phía lồi

1-Giá thành cao hơn so với kè chữ T

2-Nếu như đường hướng dòng không thích hợp mà cần sửa chữa sẽ gặp khó khăn hơn so với kè chữ T

Kè chữ T

1 - Có thể cải tiến hướng dòng nước và sau một thời gian nước chảy sẽ tạo thành lòng sông mới

2 - Sửa đổi thiết kế dễ dàng

3 - Nói chung giá thành so với kè thuận thấp hơn

1-Trước khi hình thành bờ sông mới nước chảy hỗn loạn thông thuyền khó khăn

2-Do tác dụng nước dâng thường gây xói lở dòng sông 3-Yêu cầu về điều kiện địa chất tương đối cao

c Bố trí kè chữ T

 Kè chữ T ngắn

- Thiết kế cự ly giữa các kè: Thông thường cự ly giữa kè là căn cứ vào

đường hướng dòng đã xác định, dùng phương pháp đồ giải để tìm, nói chung phải

bố trí trên bờ lõm dầy hơn bên bờ lồi Khi tính khối lượng công trình thì đoạn cong

lõm của dòng sông miền núi phải dùng 1-2,5 chiều dài kè, ở đoạn thẳng thì 3-4

lần, ở bờ lồi thì 4 - 8 lần Nếu xác định bằng tính toán thì có thể dùng bằng công

thức sau: (xem hình 7 - 26)



l

l  P cos  P sin cot (7 -

39a) trong đó:

lP: chiều dài hữu hiệu của kè, m;

: góc kẹp giữa kè chữ T với bờ sông;

: góc khuyếch tán khi dòng nước qua đầu kè, khoảng 5 - 15o

Trị số lP thường dùng 2/3 lc, mục đích là để giảm xói cho thuận kè phía dưới, bớt được tiêu chuẩn phòng hộ và gia cố Khi lp =2/3 lc thì công thức tính toán là:

) cot sin (cos

3

2





l

39b) Khi  xấp xỉ 90o,  lấy bình quân là 9,5o, thì có thể tính gần đúng

-39c) Cũng có thể dùng phương pháp sau để tính cự ly giữa các kè chữ T:

1 = (12-15)Hmax cos

(7-40) trong đó:

Hmax: chiều sâu lớn nhất chỗ đầu kè ở mực nước chính từ  góc giao giữa dòng nước với đường bờ sông thiết kế, m



l



 

l2

l1

l p

l c



 

Đ Ư ờng h Ư ớng dòng

 

l3

Hình 7 -26

Công thức trên là công thức kinh nghiệm, ưu điểm nó là xét được sự biến

đổi của tình hình dòng nước theo chiều xây chỗ đầu kè, nhưng nhược điểm là quan

hệ với chiều dài kè chưa rõ ràng Khi áp dụng, đối với kè dài dùng hệ số phía trước

là 15, khi kè ngắn thì dùng 12

Những điều cần chú ý khi bố trí kè chữ T ngắn:

- Khi bố trí cự ly không những chỉ căn cứ vào con số tính toán, cần căn cứ vào đường hướng dòng kết hợp với hướng nước chảy và xét tới ảnh hưởng có thể phát sinh đối với dòng sông sau khi xây kè, dùng phương pháp đồ giải để tính cự ly giữa các kè như hình 7- 26

- Khi bố trí kè thì làm dần từ thượng lưu về hạ lưu đầu tiên xác định vị trí

và chiều dài kè thứ nhất rồi kè thứ 2, thứ 3 v.v

- Vì khó xác định được góc khuyếch tán dòng nước của kè thứ nhất, nên

cự ly giữa kè thứ nhất và kè thứ hai nên bố trí ngắn một chút, để cho dòng nước trở lại trạng thái bình thường được nhanh Cự ly giữa hai kè cuối cùng cũng nên ngắn một chút

- Khi thiết kế chiều dài kè phải xét để mặt cắt dòng nước không bị thắt hẹp quá nhiều, chiều dài lớn nhất cũng không được quá 1/4 chiều rộng ổn định của dòng sông

- Đối với kè chữ T ngập nước, hợp lý nhất là kiểu ngược dòng để dòng nước khi vượt qua đỉnh kè không gây xói lở mãnh liệt cho ta luy phía hạ lưu và bờ sông (hình 7 - 27)

100

-105

a)

Hình 7 - 27

b)

100 -10 2

c)

90 - 100

H Ư ớng n Ư ớc

ĐƯờng tim hƯớng dòng

Hình 7 -28

Ghi chú: Các góc trong hình vẽ không phải là những trị số kinh nghiệm đã khẳng định, cần linh hoạt áp dụng

- ở những vùng đồng bằng hoặc sông bãi rộng vùng đồi dòng nước dễ di chuyển, lưu tốc và xung lực không lớn thì kè chữ T không ngập nước cũng cần bố trí kiểu ngược hướng nước chảy làm cho bồi tích nhanh chóng hình thành bờ mới, nhưng đối với đoạn sông hẹp vùng núi có lưu tốc và xung lực lớn thì kè chữ T không ngập cần bố trí kiểu thuận hướng dòng nước

- Khi bố trí kè không ngập, thì ở đầu kè và gốc kè thường phát sinh xói lở (nếu là cả hệ thống kè thì kè thứ nhất bị xói mạnh nhất), do đó việc phòng hộ ta luy kè cần phải đặc biệt chú ý

- Lực xung kích của dòng nước đối với kè và độ dốc ta luy mặt chịu áp lực lớn hay nhỏ, góc hẹp giữa dòng nước với đường tim kè to hay nhỏ đều có quan hệ với nhau, nếu hướng nước chảy thẳng góc với mái ta luy kè thì lực xung kích sẽ lớn nhất

- Nếu dùng kè chữ T để gia cố 2 bờ ở đoạn thẳng hoặc hơi cong thì phải

bố trí kiểu đối xứng như hình (7 - 28)

- Góc kè phải cắm chặt vào bờ sông khoảng 3 - 5m, chỗ đầu kè phải căn

cứ vào chiều sâu xói mà thiết kế biện pháp phòng hộ

 Kè chữ T dài

Kè chữ T dài có thể làm cho dòng chảy cũ biến đổi rõ rệt, và làm cho trục

động lực dòng nước hướng sang bờ đối diện

Do vì kè chữ T dài có thể uốn cong dòng nước nên làm giảm bớt độ dốc của lòng sông (hình 7 - 29)

Thiết kế cự ly giữa các kè: Thiết kế cự ly giữa hai đầu kè chữ T dài vẫn phải dùng công thức sau:

L = 1p.cos + 1p sin.cotg (7-41)

K B l

l P  c  y.

trong đó:

By: chiều rộng ổn định của sông, m:

2

2 4 5

4 I

A n V

B y  P K: hệ số mỗi con sông có một trị số riêng căn cứ vào đặc điểm sông ngòi, có thể lấy K = 0,5 - 1,0

Hình 7 -29

Vùng không có nứơc

Giới hạn nứơc dềnh

lP sincotg

L



lP cos

lP

lPsin



Dòng nứơc có độ dốc thay đổi



T

Những điểm cần chú ý khi bố trí kè chữ T dài

- Do vì kè chữ T dài gây ra hiện tượng nước dềnh, nếu cự ly kè quá lớn thì tác dụng nước dềnh không tới kè phía trên, cự ly không thể hoàn toàn làm cho dòng nước bị dâng lên, cho nên ở bờ sông vẫn có khả năng xói do hồi lưu

- Vì kè chữ T dài có thể hướng dòng vào bờ đối diện cho nên khi bố trí phải chú ý không để dòng sông phía thượng hạ lưu trở nên sâu

d Bố trí kè thuận

Điều kiện xây dựng kè thuận:

- Mặt cắt lòng sông nhỏ hẹp, không được phép lấn ra quá nhiều

- Khi xây kè rồi khối lượng công trình gia cố phòng hộ bờ sông và mặt dốc vẫn quá lớn

- Điều kiện địa chất không thích hợp cho xây dựng kè chữ T

- Sau khi xây dựng kè trở ngại cho thông thuyền

Nguyên tắc chung khi bố trí kè thuận

- Bố trí kè thuận hướng dòng theo hướng đường hướng dòng có thể ở bờ lồi, cũng có thể ở bờ lõm như hình 7 - 30

- Kè thuận phân dòng bố trí nơi hai sông gặp nhau như hình 7 - 30d, chiều dài cần phải đủ để hướng được dòng nước

- Đầu kè nên chọn ở đoạn quá độ dòng nước thẳng thuận để tránh xói, góc

kè phải cắm chắc vào bờ sông khoảng 3 - 5m

- Điểm cuối của kè thuận phải nối tiếp thành một khối với bờ sông, nhưng thông thường đều thiết kế thành cửa mở để có lợi cho việc bồi lắng

- Đối với kè dài mà điều kiện địa chất tốt có thể làm cửa mở ở giữa chừng, tạo điều kiện bồi lắng phía sau kè

Đập thuận phân dòng Phần đào đi

Hình 7 - 30

Đập ngăn

c)

L

Đừơng trục sau

hứơng dòng

a)

d)

Đừơng trục sông cũ

b)

Trục sông mới

 Sử dụng liên hợp kè thuận và kè ngắn

Khi kè thuận thiết kế thành kiểu tràn, cần nghĩ tới việc bố trí kè ngắn ở phía sau để tạo điều kiện bồi lắng và tránh ảnh hưởng xói bờ ta luy hoặc bờ sông như hình 7- 31a

Kè ngắn có thể thiết kế thành hai loại tràn nước hoặc không tràn nước, loại sau là để dùng khi phòng hộ đoạn tương đối dài và cột nước tràn trên đỉnh đập tương đối lớn như hình 7- 31b

Cự ly giữa các đập ngăn sẽ quyết định theo tình hình thực tế trên nguyên tắc không làm cho nước chảy mạnh, khi kè dài quá 200m thì bố trí cự ly giữa đầu kè 0,25l; cự ly giữa là 0,75l (l là chiều dài kè thuận)

e Thiết kế trắc dọc kè

Kè chữ T ngập nước đặc biệt là kè dài thì đỉnh kè phải có một độ dốc dọc khoảng 5 - 10%; để giảm bớt trạng thái hỗn loạn của dòng chảy, tránh thắt hẹp lòng sông nhiều có thể căn cứ vào tình hình cụ thể mà thiết kế trắc dọc kè thành một số độ dốc như hình 7 -32

H ca o

H cao

H ca o

b)

K è tràn

n ứơ c

a )

K è kh ôn g tràn nứ ơc

7.3.5 Thiết kế mặt cắt kè

Tuỳ theo vật liệu mà quyết định hình thức kết cấu và kích thước mặt cắt ngang của kè Nếu đắp bằng đất, chủ yếu là đất thấm nước hoặc cây cối thì mặt cắt tương đối lớn, ta luy tương đối thoải Nếu đắp bằng đá xây khan, xây vữa hay bê tông thì mặt cắt sẽ nhỏ, ta luy sẽ dốc

a Một số mặt cắt kè tham khảo

Đ á x â y k h a n

h o ặ c v ữ a

B



Đ á đ ổ



B

Đ á

x ế p

k h a n

B



Đ á

x ế p

k h a n

Đ á đ ổ



c )

a )

b )