THIẾT kế môn học môn CHỈNH TRỊ SÔNG đề tài TÍNH TOÁN kè cọc hở

- Đối với công trình làm co hẹp lòng dẫn để tăng khả năng xói , ta chọn như sau: * Đối với công trình không gây ngập lụt hoặc vùng hoang dã khi chỉnh trị theo phương pháp tự phát huy ngư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CÔNG TRÌNH THUỶ

THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: CHỈNH TRỊ SÔNG

1.1 Số liệu ban đầu

1.1.1 Số liệu tàu tính toán

1.2.1 Photo, scan lại bình đồ.

1.2.2 Xác định lưu lượng tạo lòng, MN chỉnh trị.

1.2.3 Xác định kích thước tuyến chạy tàu.

1.2.4 Vạch tuyến chỉnh trị, bố trí công trình, vạch tuyến chạy tàu.

1.2.5 Xác định cao trình kè, góc tối ưu, chiều dài kè.

1.2.6 Xác định vận tốc V max tại các vị trí xung yếu của kè với 3 mực nước:

1.2.6.1 Mặt kè;

1.2.6.2 Đầu kè

1.2.7 Xác định hố xói đầu kè.

1.2.8 Tính toán bè chìm.

1.2.9 Kiểm tra ổn định vật liệu.

1.2.10 Kiểm tra ổn định trượt của kè.

1.2.11 Xác định khối lượng nạo vét, khối lượng vật liệu làm kè.

1.2.12 Tính toán thuỷ lực nạo vét:

1.2.12.1 Kiểm tra kích thước tuyến nạo vét;

1.2.12.2 Xác định độ hạ thấp mực nước;

1.2.12.3 Xác định chiều dài ảnh hưởng

1.2.13 Vẽ hai bản vẽ:

1.2.13.1 Tuyến chỉnh trị, bố trí công trình, tuyến chạy tàu, khu vực nạo vét

1.2.13.2 Kết cấu kè: mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, mặt bằng, kết cấu bè chìm, khối

lượng vật liệu

1.2.14 Thuyết minh khổ A 4 , bìa Nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ ly (hoặc vẽ bằng

autocad) bao gồm các phần sau:

- Bìa ngoài;

- Mục lục;

- Số liệu ban đầu;

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

- Nhiệm vụ đồ án;

- Nội dung tính toán (không được đưa các đoạn chương trình mathcad vào đây);

- Phụ lục tính toán (nếu dùng các chương trình mathcad);

- Tài liệu tham khảo

Sinh Viên :Đinh Chí Công

NỘI DUNG THUYẾT MINH

1.3 Photo, scan lại bình đồ.

1.4 Xác định lưu lượng tạo lòng và mực nước chỉnh trị.

- Để xác định lưu lượng tạo lòng ta thực hiện các bước như sau :

* Bước 1 :Xây dựng đường quan hệ Q~H , Q~P , H~I dựa vào số liệu thuỷ văn đã có

* Bước 2 :Chia đường Q~H thành 20-25 dải bằng nhau Tương ứng với mỗi giải ta xác định được các giá trị Qi và Hi , dựa vào các giá trị này ta xác địnhđược các giá trị Pi và Ii tương ứng từ các đồ thị Q~P và H~I

* Bước 3 : Xây dựng đồ thị quan hệ Q ~ d.Qm.I.P xác định lưu lượng ứng với

đỉnh Max Với m : hệ số phụ thuộc địa chất lòng sông , khi lòng dẫn là cát (sông đồng bằng ) thì m = 2

- Thông thường có hai đỉnh Max tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa lũ ( Max1) với mực nước có tần suất đảm 5-10 % ( mực nước trung bình mùa lũ hàng năm) và lưu lượng tạo lòng mùa kiệt (Max 2) với mực nước có tần suất đảm 25-50%(mực nước cao mùa kiệt) Cơ sở để chọn lưu lượng tạo lòng phụ thuộc vào các công trình cụthể sao cho tối ưu về mặt kinh tế kỹ thuật

- Đối với công trình làm co hẹp lòng dẫn để tăng khả năng xói , ta chọn như sau:

* Đối với công trình không gây ngập lụt hoặc vùng hoang dã khi chỉnh trị theo phương pháp tự phát huy người ta chọn lưu lượng tạo lòng ứng với Max(Max1, Max2) nhằm đạt nhanh đến cao độ thiết kế, thường là lưu lượng tạo lòng lũ

* Đối với sông có khả năng gây lụt người ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt , vì với lưu lượng tạo lòng lũ công trình sẽ cao gây cản trở thoát lũ, lợi ích của việc đảm bảo chạy tàu không thể so sánh được với thiệt hại do lũ gây ra

* Đối với công trình chỉnh trị theo phương pháp hỗn hợp vai trò của công trình chỉ giữ vững độ sâu đã đạt được , người ta chọn lưu lượng tạo lòng mùa kiệt với lý do công trình thấp hơn và giá thành rẻ hơn

* Đối với công trình có tác dụng gây xói và không thu hẹp lòng sông thì lưu lượng tạolòng sẽ ứng với M

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

- Lưu lượng tạo lòng là lưu lượng có khả năng tải bùn cát lớn nhất trong một thờigian dài

- Hiện nay phương pháp xác định lưu lượng tạo lòng thông dụng nhất là cácphương pháp của Macaveev vì nó phản ánh đúng bản chất vật lý của lưu lượng tạolòng, đối với sông ảnh hưởng triều cần sử lý số liệu

Khi có đầy đủ các số liệu thuỷ văn : H ~ Q, H ~ I, Q ~ p (hoặc Q ~ F, Q ~p/∆Q)phương pháp Macaveev được xác định đúng theo định nghĩa : lượng bùn cát (thể tích)

Vbc được tải trong thời gian dài là lớn nhất, thể tích này được xác định bằng tích củalưu lượng bùn cát và thời gian tác động

- Để xác định lưu lượng tạo lũ ta thực hiện các bước như sau :

+Bước 1:Xây dựng đường quan hệ Q~H,Q~P,H~I dựa vào số liệu thuỷ văn đã có+Bước 2:Chia đường Q~H thành 20÷25 dải bằng nhau Tương ứng với mỗi giải

ta xác định được các giá trị Qi và Hi ,dựa vào các giá trị này ta xác định được các giátrị Pi và Ii tương ứng từ các đồ thị Q~P và H~I

+Bước 3:Xây dựng đồ thị quan hệ Q ~ d.Qm.I.P xác định lưu lượng ứng với đỉnhMax Thông thường có hai đỉnh Max tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa lũ ( Max1) với mực nước có tần suất đảm 10 % ( mực nước trung bình mùa lũ hàng năm) vàlưu lượng tạo lòng mùa kiệt (Max 2) với mực nước có tần suất đảm 20%(mực nướccao mùa kiệt) Cơ sở để chọn lưu lượng tạo lòng phụ thuộc vào các công trình cụ thểsao cho tối ưu về mặt kinh tế kỹ thuật

- Đối với công trình làm co hẹp lòng dẫn để tăng khả năng xói , ta chọn như sau:+ Đối với công trình không gây ngập lụt hoặc vùng hoang dã khi chỉnh trị theophương pháp tự phát huy người ta chọn lưu lượng tạo lòng ứng với Max(Max1,Max2) nhằm đạt nhanh đến cao độ thiết kế, thường là lưu lượng tạo lòng lũ

+ Đối với sông có khả năng gây lụt người ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt,vì vớilưu lượng tạo lòng lũ công trình sẽ cao gây cản trở thoát lũ và lợi ích của việc đảmbảo chạy tàu không thể so sánh được với thiệt hại do lũ gây ra

Sinh Viên :Đinh Chí Công

+ Đối với công trình chỉnh trị theo phương pháp hỗn hợp thì vai trò của nó chỉgiữ vững độ sâu đã đạt được,người ta chọn lưu lượng tạo lòng mùa kiệt với lý do côngtrình thấp hơn và giá thành rẻ hơn.

- Đối với công trình có tác dụng gây xói và không thu hẹp lòng sông thì lưulượng tạo lòng sẽ ứng với Max(Max1, Max2) , thường là lưu lượng tạo lòng lũ , nhằmkhả năng gây xói lớn

8.649

9.323

Hi Q ( )

Q

2.2.2 Xác định lưu lượng tạo lòng và mực nước chỉnh trị

2.2.2.1 Lưu lượng tạo lòng

- Do sông có khả năng gây lụt về mùa lũ mặt khác do công trình chỉnh trị theophương thức hỗn hợp,vai trò của công trình chỉ giữ vững độ sâu đã đạt được sau khinạo vét lạch chạy tàu nên ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt với lý do công trình sẽ thấphơn và rẻ hơn Vậy lưu lượng tạo lòng cần xác định là lưu lượng tạo lòng mùa kiệt cógiá trị :

- Mực nước chỉnh trị là mực nước ứng với lưu lượng tạo lòng mùa kiệt Trađường quan hệ Q~H ta tìm được mực nước chỉnh trị H:

Q =920 ( m3/h ) => H = 5.136m

Như vậy mực nước chỉnh trị là MNCT = 5.136m

Sinh Viên :Đinh Chí Công

+ Chiều rộng luồng tàu thiết kế

+ Độ sâu chạy tàu thiết kế

+ Bán kính cong luồng tàu thiết kế

3.1 Chiều rộng luồng tàu :

α

Chiều rộng luồng hai chiều được xác định theo công thức sau :

BCT =2Bd + a + 2b Trong đó :

+ b - khoảng cách an toàn giữa tàu với bờ , thường lấy b = 0,5.Bt

( Bt - chiều rộng của tàu tính toán Bt = 10 m )

Bd = Lt sinϕ + Bt cosϕ+ ϕ - góc dạt của tàu do gió(góc xoay của tàu so với trục luồng) ,

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

trong trường hợp không có số liệu của gió ta có thể lấy ϕ = 30÷50 Chọn ϕ =

5 0

+ Lt - Chiều dài tàu tính toán : Lt = 70 (m)

+ Bt - Chiều rộng tàu tính toán : Bt = 10 (m)

⇒ Bd = 70 sin50 + 10 cos50 = 16.1 (m)

⇒ BCT = 2.16,1 + 10 + 2.5 = 52,2 (m) Chọn BCT = 52 (m)

Như vậy chiều rộng luồng tàu: B CT = 52 (m)

3.2 Độ sâu chạy tàu thiết kế :

Độ sâu chạy tàu được xác định theo công thức sau :

TCT = Tt + ∆T

Trong đó :

+ Tt - Mớn nước đầy tải của tàu thiết kế Tt = 1,4 (m)

+ ∆T - Chiều sâu dự phòng, phụ thuộc vào mớn nước đầy tải của tàu và địa chấtđáy tuyến luồng

Độ sâu yêu cầu chạy

=> ta có : ∆T = 0,3 (m)

⇒ TCT = 1,4 + 0,3 = 1,7 (m)

Như vậy, độ sâu chạy tàu thiết kế T CT = 1,7 (m)

3.3 Bán kính cong luồng tàu :

Thông thường, bán kính cong luồng tàu ( R ) thường được lấy như sau :

R = ( 5 ÷ 6 ) Lt Chọn R = 5 Lt

Trong đó :

+ Lt - chiều dài tàu tính toán Lt = 103 (m)

⇒ R = 5 103 = 515 (m)

Như vậy, bán kính cong luồng tàu R = 515 (m)

Tại khúc cong bề rộng luồng tàu được mở rộng thêm:

BR2

B - bề rộng luồng tàu tại đoạn thẳng ( = 68m)

R - bán kính cong tim luồng (= 515m)

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lt - chiều dài đoàn tàu tính toán (= 103m)

9,66

t L

Tuyến chỉnh trị là lòng dẫn mới về mùa kiệt, được giới hạn bởi công trình và

bờ Vì bề rộng tuyến chỉnh trị phải đảm bảo chạy tàu nên bề rộng của tuyến dược xácđịnh ứng với mực nước thiết kế Điều kiện đảm bảo của tuyến chạy tàu là: Bct ≤ Bt ;

Tct ≤ Tt ; Rct ≤ Rt

Bề rộng tuyến chỉnh trị được xác định dựa vào những yêu cầu sau :

+ Đảm bảo chạy tàu

+ Đảm bảo tăng vận tốc trên ghềnh cạn và xói đến cao độ thiết kế sau khi xâydựng các công trình chỉnh trị

+ Đảm bảo lòng dẫn mới dược ổn định trong thời gian dài

Phương pháp này cho phép xác định bề rộng tuyến chỉnh trị đối với độ sâu chạytàu cho trước

Bản chất của phương pháp lấy như sau: Lấy các mặt cắt tại các vị trí đặc trưngcủa sông: ghềnh cạn, vũng sâu, ghềnh cạn tốt Tại các mặt cắt này xác định B, Tmax

Nếu điểm cắt nằm vào giữa đồ thị hoặc về phía bên phải thì coi như chấp nhậnđược Nếu nằm về phía trái thì khi đó độ sâu của tuyến chỉnh trị tiến gần đến độ sâucủa vũng sâu - độ sâu phi thực tế, khó có thể duy trì

Khi tính thiết kế tuyến chỉnh trị trên đoạn sông tương đối dài, có nhiều ghềnhcạn và vũng sâu, ghềnh cạn tốt thì phương pháp hình thái học sẽ cho kết quả tốt hơn

4.1.2 Tính toán:

- Xác định độ sâu của tuyến chỉnh trị:

Độ sâu tuyến chỉnh trị được xác định theo công thức sau :

TT =TCT + ∆T

Trong đó :

+ ∆T - Độ sâu dự phòng có tính đến sai số của bình đồ lấy ∆T = 0,4 (m)

+ TCT - Độ sâu chạy tàu , TCT = 1,7 (m) :

Sinh Viên :Đinh Chí Công

TT = 1,7 + 0,4 = 2.1 (m).

TT = 2.1 (m)

Ta xác định kích thước tuyến chỉnh trị theo hai phương pháp: Phương pháp hình

thái học và phương pháp thuỷ lực - hình thái học Sau khi xác được bề rộng theo hai

phương pháp trên thì cần so sánh các kết quả Nếu sai số < 20-25% thì lấy giá trị trung

bình của hai phương pháp làm bề rộng tuyến chỉnh trị, nếu > 20% thì kết quả cuối

cùng lấy kết quả của phương pháp hình thái học

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 0

1.37 2.74 4.11 5.48 6.85 8.22 9.59 10.96 12.33 13.7

155.624 207.624

x

205.340 2 1.37 232.8183

0.68 271.7055 0.18 293.9663 10.1 310.9067 10.92 380.9381 10.93

408.470 5 10.98

456.054 9

0 33 66 99 132 165 198 231 264 297 330 0

1.1 2.2 3.3 4.4 5.5 6.6 7.7 8.8 9.9 11

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 0

1.3 2.6 3.9 5.2 6.5 7.8 9.1 10.4 11.7 13

1.2 2.4 3.6 4.8 6 7.2 8.4 9.6 10.8 12

62.337 114.337

x

0 22 44 66 88 110 132 154 176 198 220 2.5

−

0.85

− 0.8 2.45 4.1 5.75 7.4 9.05 10.7 12.35 14

Hình 4.1.2.1.8 Mặt cắt

8-8

Sinh Viên :Đinh Chí Công

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 0

0 68.4 136.8 205.2 273.6 342 410.4 478.8 547.2 615.6 684 0

1.4 2.8 4.2 5.6 7 8.4 9.8 11.2 12.6 14

Từ các kết quả trên vẽ đồ thị đường quan hệ B ∼ Tmax

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Chương 5

Từ

Hình 4.1.2.1.11 Quan hệ B ∼

Tmax

Tra đồ thị đường quan hệ B ∼ Tmax ta tìm được giá trị chiều rộng tuyến chỉnhtrị tương ứng với TT = 2.1 (m) là BT = 135 (m) ~ 135 (m)

Như vậy, chiều rộng tuyến chỉnh trị là: BT = 135 (m).

4.2 Phương pháp thủy lực - hình thái học:

-Phương pháp thuỷ lực – hình thái học có tính đến sự ảnh hưởng của dòng chảyvới lòng dẫn, nó được phân thành hai trường hợp: đầy đủ số liệu, không đầy đủ số liệu

-Điều kiện áp dụngcủa phương pháp này là

0.00017 101

-Với đoạn sông thuộc xã Quỳnh Lâm, ta có đầy đủ số liệu nên ở đây ta áp dụngphương pháp thuỷ lực hình thái học cho trường hợp đầy đủ số liệu, trình tự tiến hànhnhư sau :

Bước 1: Xây dựng đường hình thái học (đường thẳng )

; CTTN

TB T

T

=η

cho mỗi ghềnh cạn tốt

Vẽ đồ thị quan hệ η = f(ξ)

Trong đó:

- B: Chiều rộng của mỗi mặt cắt tại mặt nước (m);

- BCT :Bề rộng tuyến chạy tầu (m);

- TTB: Chiều sâu trung bình của mỗi mặt cắt (m);

- TCTTN : Chiều sâu chạy tầu tự nhiên của mỗi mặt cắt (m)

Bước 2: Tại mỗi mặt cắt của ghềnh cạn tốt vẽ 1 đường thuỷ lực có phương trình :

ξTK = ξ

3 2

*

TK CT

T T

4.2.1 Xây dựng đường hình thái học :

Từ các mặt cắt đã vẽ ta xác định được các giá trị TCTTN tương ứng với mỗi mặtcắt So sánh TCTTN với TCT:

ξ 1tk ( η tk )

f x ( )

0.739

η η , tk , x

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Ghenh can 3

2.045 ξ

Ghenh can 4

2.058 ξ

Từ đồ thị ta có:TK = 2,058→ BT= TK.BCT = 2,058.52 = 107.016 m

Sinh Viên :Đinh Chí Công

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Từ đồ thị ta có:TK = 1,804→ BT= TK.BCT = 1,804.52 = 93.808 m

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Từ đồ thị ta có:TK = 2,29→ BT= TK.BCT = 2,29.52 =119.08 m

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Ghenh can 9

2.079 ξ

Từ đồ thị ta có: TK = 2,079→ BT= TK.BCT = 2,079.52 = 108.108 m

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Ghenh can 10

2.177 ξ

Từ đồ thị ta có:TK = 2,177→ BT= TK.BCT = 2,177.52 = 113.204 m

Sinh Viên :Đinh Chí Công

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

Ghenh can 11

2.22 ξ

Ta có bề rộng theo phương pháp thuỷ lực - hình thái học là: BT= 135 m

Sai số giữa hai phương pháp là:

Như vậy, Sai số ∆> 20%,

Vậy kết quả cuối cùng là kết quả hình thái học: BT= 135 m

Như vậy, bề rộng tuyến chỉnh trị xác định được là B T =135m

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

*xác định bán kính cong của tuyến chỉnh trị:

- Bán kính cong tuyến chỉnh trị cần đảm bảo hai yêu cầu sau :

+ Đảm bảo điều kiện chạy tàu (yêu cầu này thường được đảm bảo dễ dàng vì bánkính cong tuyến chỉnh trị bao giờ cũng ≥

bán kính cong của tuyến chạy tàu)

+ Đảm bảo ổn định của tuyến trên đoạn sông cần chỉnh trị và không được phéptạo thành dòng chảy tách khỏi bờ ( Đây chính là yêu cầu dùng để xác định bán kínhcong của tuyến)

RT -Bán kính cong của tuyến chỉnh trị (m);

QTL -Lưu lượng tạo lòng (m3/s) (= 920m3/s)

I - Độ dốc mặt nước ứng với QTL Với QTL= 920 m3/s (ta tra đồ thị H~I được I =2,9.10-5)

Bán kính cong của tuyến được tính theo phương pháp thuỷ lực và kiểm tra lạitheo phương pháp thực nghiệm Nếu thỏa mãn thì chấp nhận,nếu ngoài khoảng (4÷5)

BT thì lấy bằng (4÷5) BT Sau đó kiểm tra với bán kính cong tuyến chạy tàu

cho nên lấy RT =1464(m).

Sinh Viên :Đinh Chí Công

Lớp CTT53ĐH

Chương 5

VẠCH TUYẾN CHỈNH TRỊ, VẠCH TUYẾN CHẠY TÀU, BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH CHỈNH

TRỊ

5.1 Cơ sở lí thuyết:

- Sau khi xác định được kích thước cơ bản của tuyến chỉnh trị ta cần vẽ tuyếnchỉnh trị lên bình đồ (vạch tuyến) Việc vạch tuyến chỉnh trị lên bình đồ phải tuân theomột số nguyên tắc cơ bản sau:

+Mép của tuyến chỉnh trị nên dựa vào một bờ nào đó của sông Thông thường đó

là các bờ cao (không bị ngập) và có địa chất tốt, ít bị xói Trong trường hợp bị xói thìcần phải gia cố

+Nếu hai bên bờ đều là bãi bồi và tuyến chỉnh trị không thể dựa vào bờ nào thì

có thể vạch tuyến theo dạng hình sin bao gồm các đoạn cong nối tiếp nhau và giữa haiđoạn cong cho phép nối đoạn thẳng Tuy nhiên chiều dài không được quá lớn và bánkính của đoạn cong phải tăng dần khi tiến tới đoạn nối Có thể dùng công thức sau để

vẽ tuyến chỉnh trị tại đoạn cong:

Trong đó:

min 0

ϕ - góc mở của đoạn cong

Rmin - bán kính tại đỉnh đoạn congKhi đó bán kính đoạn cong thay đổi theo qui luật sau:

=

0

2 / 3 2

0 2

0

2 cos

2 sin 1

x x x

x K

K

y

R

ππ

Sinh Viên :Đinh Chí Công