Sổ tay thủy văn cầu đường - Thiết kế các công trình trong khu vực cầu vượt sông part 8 docx

Ngoài ra để tính hệ số C còn có công thức Badanh dùng nhiều cho thiết kế mương máng...  Tính theo đoạn chảy biến tốc: diện tích các mặt cắt ở đoạn sông biến đổi nhiều, độ nhám, cũng khô

Ri C V

60) trong dó:

V : lưu tốc bình quân của mặt cắt, m/s ;

 : diện tích mặt cắt nước chảy, m2 ;

R : bán kính thủy lực của mặt cắt đó, m ;

C : hệ số lưu tốc của mặt cắt đó ;

i : độ dốc mặt nước của mặt cắt đó (nếu chảy đều thì lấy bằng độ dốc đáy)

- Đối với một đoạn sông thì mặt nước giữa hai mặt cắt có thể coi là một

đường thẳng và trị số bình quân:

m m m

m C R i

61)

Qm = Vm m (7 -

62) Xác định trị số C có thể dùng công thức Ma-ninh

6 / 1

1

R n

63) trong đó: n - hệ số nhám sông;

Dùng công thức này thì công thức (7 – 60) thành:

2 / 1 3 / 2

1

i R n

64) Xác định hệ số C còn có 1 số công thức kinh nghiệm nữa như công thức Pavơlốpski

y R n

C 1

y = 2,5n - 0,13 - 0,75R(n - 0,1) (7 - 65) Phạm vi ứng dụng của công thức là:

0,1m < R < 3,0m 0,011 < n < 0,040 Trong phạm vi này tính theo Pavơlốpski và Maninh không sai quá  8%

Ngoài ra để tính hệ số C còn có công thức Badanh (dùng nhiều cho thiết kế mương máng)

C





 1

87

66) trong đó:

: hệ số nhám lòng sông (khác với n);

R: bán kính thuỷ lực, m

 Tính theo đoạn chảy biến tốc: diện tích các mặt cắt ở đoạn sông biến đổi nhiều, độ nhám, cũng không giống nhau, đặc tính lưu lượng K giữa hai mặt cũng không giống nhau

R C

K  và giả định K1, K2 là đặc tính lưu lượng của mặt cắt thượng hạ lưu Đặc tính lưu lượng trung bình K m  K1.K2

Trị số i trong công thức Sêdi sẽ thay bằng độ dốc năng lượng ic như hình 7 -

40

Vm

H1

V1/2g

2

V1

hf

V2/2g

H2

i

ic

V2

2

H ìn h 7 - 4 0

l

h g

V H l

h i

i f

c











2

(7 -

67) trong đó:

hf : tổn thất cột nước do ma sát

hi : cột nước khôi phục khi động năng chuyển thành thế năng

Khi: V1 > V2

g

V

h i

2 2



 ngược lại : hi = 0

H: chênh lệch mặt nước giữa 2 mặt cắt = H1 - H2;

l

h g

V H K

Q

i m









2

68) Công thức 7 - 68 dùng để tính đoạn chảy biến tốc

Nếu mặt cắt thiết kế to dần về phía hạ lưu mà cần tìm cột nước tổn thất hc

do chảy khuyếch tán thì:

















g

V g

V

h c

2 2

2 2 2 1

69)

Do đó công thức 7 - 68 trở thành:

l

h g

V V H

K Q

i m













) 2 )(

1 (

2 2 2 1



(7 -

70)

 = 0 - 1,0 thường dùng 0,5

c Tính và vẽ đường cong mặt nước

- Mục đích vẽ đường cong mặt nước: Đường cong mặt nước là một trong những căn cứ để thiết kế cao độ phòng hộ đoạn chảy biến tốc, nhưng chỉ cần vẽ trong trường hợp 2 đoạn sông liên tiếp có mực nước và lưu tốc có chênh lệch ít

- Phương pháp tính và vẽ:

Phương pháp tỷ năng mặt cắt: dùng phương trình Becnuli có xét đến sự biến

đổi của tỷ năng mặt cắt Dùng phương pháp này để tính đường cong mặt nước thì tốt nhất là lưu tốc ở mặt cắt đầu và cuối không chênh nhau quá 25% - 30%

Công thức cơ bản là:

l i g

V h

l i g

V

h H  H  o  K  K  f

2 2

2 2





(7 - 71)

Tỉ năng mặt cắt biến đổi:

l i i g

V h

g

V

h K  K  H  H)K H(o  f)

2 (

) 2 (

2 2





(7 - 72)

Cự ly giữa 2 mặt cắt:

f

o i i

l









73)

Tổng chiều dài đường cong mặt nước:









m

n o f

n i i

l

1

74)

l - Phân ra càng nhiều đoạn tính càng chính xác

trong công thức:

hH và VH: chiều sâu và lưu tốc của mặt cắt đầu tiên, m;

hK vàVK: chiều sâu và lưu tốc của mặt cắt cuối, m;

io = sin: độ dốc thuỷ lực đáy đoạn sông tính toán;

l: toàn bộ chiều dài đường cong mặt nước, m;

g: gia tốc trọng lực, g = 9,81m3/s;

: hệ số phân bố lưu tốc không đều trong mặt cắt lòng sông, mặt cắt hình lăng thể  =1, nếu không phải là lăng thể hay trong các trường hợp lưu tốc phân bố không đều  =1,1;

if: độ dốc ma sát bình quân của đoạn sông tính toán:

2

K

f f

i i

i  

H H

H f

R C

V i

2

K K

K

V i

2

75)

Ví dụ: Căn cứ vào các số liệu cho dưới đây, vẽ đường cong mặt nước của kênh hình

thang:

Q = 64m3

/s i =0,1 m=1,5

Bđáy =10,6m n = 0,014 Chiều sâu ở mặt cắt đầu: h1 = 1,5m

Chiều sâu ở mặt cắt cuối: hn =0,8m

Cho h2 =1,5m, h3 =1,0m; tính cự ly các mặt cắt l rồi tính tổng chiều dài đường cong mặt nước l

Dựa vào các công thức áp dụng đối với sông hình thang xác định yếu tố thuỷ lực dòng chảy trong các mặt cắt tương ứng (hình 7 - 41)

Đối với mặt cắt có chiều sâu h1 = 1,5m

1 = bh1 + mh12

= 10,6 x 1,5 + 1,5 x 1,52

= 19,29m2

 1 = b + 2h1 (1+m2

)0,5

= 16m

m

16

29 , 19

1







6 , 73 2

, 1 014 , 0

1

1

n C

s m

Q

29 , 19

64

1



m g

V

6 , 0 81 , 9 2

32 , 3 1 , 1 2

2 2

1











Tỉ năng mặt cắt:

m g

V

h 1,5 0,6 2,1 2

2 1 1

Với mặt cắt có h2 = 1,2m:

2 = 14,88 m2

,  2 = 14,92m, R2 = 1,0m

C2 =71,4 , V2 =4,3m/s

m g

V

03 , 1 2

2 2



 , 2 = 2,23m

 = 2 - 1 = 2,33 – 2,10 = 0,13m

m

V cp ( 1 , 2 1 ) 1 , 1 2

1





 , R cp ( 3 , 32 4 , 3 ) 3 , 81m

2

1







5 , 72 ) 4 , 71 6 , 73 ( 2

1







cp C

0025 , 0 1 , 1 5 , 72

81 , 3

2

2









i

0025 , 0 1 , 0

13 , 0





Cũng tính tương tự như vậy tìm được cự ly giữa hai mặt cắt có chiều sâu h2, h3 và

h4 kết quả ghi ở bảng 7 - 21 và hình 7 - 42

l

l

io

Hình 7 - 41

  









H ì n h 7 - 4 2

Bảng 7 - 21

Bảng tính toán chiều dài đường cong mặt nước

3-3

Mặt cắt 4-4

Động năng V2

Tỉ năng h V2 /2g m 2,10 2,23 2,56 2,38

Đ7.5 Công trình bảo vệ bờ sông chống lũ

7.5.1 Giới thiệu chung

Muốn để cho công trình nền đường đầu cầu hay mái dốc bờ sông v.v

không bị dòng chảy lũ hoặc các hiện tượng thiên nhiên khác phá hỏng, cần phải

làm công trình bảo vệ bờ sông

Cấu tạo kè lát mái bảo vệ bờ sông gồm ba bộ phận chính: Chân kè, thân kè

và đỉnh kè

- Chân kè là phần đáy ở chân mái dốc, có tác dụng chống xói chân mái

dốc và làm nền tựa cho chân kè, theo qui định cao độ đỉnh chân kè lấy cao hơn

mực nước kiệt với tần suất 95% bằng 0,5 m

- Đỉnh kè là phần nằm ngang phía trên cùng của kè có tác dụng bảo vệ

thân kè đối với tác động của dòng chảy mặt và các tác động khác, bề rộng đỉnh kè

được lấy bằng 0,5 đến 2 m, cao độ đỉnh kè( H ĐK ) xác định theo công thức :

HĐK = H TT + h D + h SL + a (7 –76) trong đó

H TT: cao độ mực nước tính toán, m;

h D: độ dềnh do cầu làm thắt hẹp dòng chảy, m;

h SL: chiều cao sóng leo lên mái dốc, m;

a: độ an toàn kỹ thuật đối với nền đường dẫn bằng 0,5m; còn đê hướng dòng

bằng 0,25 m;

- Thân kè là phần kể từ đỉnh chân kè tới đỉnh kè nó chịu tác động của

dòng chảy, sóng, áp lực nước và áp lực dòng thấm

Vận tốc, chiều sâu dòng nước, địa chất bờ sông, chiều cao sóng, thời gian

ngập nước, điều kiện vật liệu địa phương là điều kiện cơ bản và cơ sở để chọn hình

thức gia cố

Khi thiết kế công trình bảo vệ bờ sông, thường dùng các loại phòng hộ gia

cố như lát cỏ, xếp bó cây, rọ đá, đá xếp khan hoặc xây vữa, kết cấu bê tông đổ tại

chỗ, bán bê tông cốt thép lắp ghép, hay trồng rừng giảm sóng v.v Trước khi đi

vào lựa chọn các dạng kết cấu gia cố bảo vệ có thể tham khảo bảng (7-22)

Bảng 7-22

a) Vận tốc cho phép không xói của các loại gia cố

Chiều sâu dòng nước, m

Tốc độ nước chảy trung bình, m/s

1

2 Đổ đá ba và đá hộc với kích

thước đá từ 7.5 cm và lớn hơn Theo bảng 7-22b nhân thêm với hệ số 0,9

3 Đổ đá 2 lớp trong lưới đan với

kích thước khác nhau Theo bảng 7-22b nhân với hệ số 1,1

4 Lát đá 1 lớp trên lớp guột hay

rơm rạ lớp này  5 cm

5 Lát đá trên lớp đá dăm hay sỏi

lớp đá dăm này  10 cm

6 Lát đá cẩn thận các kẽ có chèn

chặt đá con, trên lớp đá dăm hay

sỏi, lớp đá dăm này  10 cm

7 Lát đá 2 lớp trên lớp đá dăm

(hay sỏi) lớp dưới đá cỡ 15 cm,

lớp trên 20 cm ( lớp đá dăm lót

không bé hơn 10 cm)

8 Gia cố bằng bó thân cây hay

cành cây trên nền đá đầm chặt

(để gia cố tạm thời)

a - lớp gia cố 20 - 25 cm

b - với các chiều dày khác

Như mục 8a nhân với hệ số điều chỉnh 0,2 h gc ;

hgc - chiều dày lớp gia cố

9 Gia cố mềm bằng thân cây:

a - khi chiều dày là 50 cm

b - với các chiều dày khác

Như mục 9a nhân thêm với hệ số điều chỉnh 0,2 h gc