ĐỒ án CHỈNH TRỊ SÔNG

Thiết kế môn học: Chỉnh trị sôngA.Mục đích: - Xác định kích thước tuyến chỉnh trị; - Bố trí công trình chỉnh trị; - Xác định kích thước kè cọc kín cao trình kè theo phương pháp đồ giải;

Thiết kế môn học: Chỉnh trị sông

A.Mục đích:

- Xác định kích thước tuyến chỉnh trị;

- Bố trí công trình chỉnh trị;

- Xác định kích thước kè cọc kín (cao trình kè theo phương pháp đồ giải);

- Tính toán thủy lực nạo vét, khối lượng nạo vét

B.Số liệu địa chất thuỷ văn đoạn cạn

1/Tên đoạn cạn:

TÍNH TOÁN THỦY VĂN

1.1 Khái niệm chung và phương pháp xác định

1.1.1.Khái niệm về lưu lượng tạo lòng

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

Khả năng tải bùn cát lớn nhất đồng nghĩa với khả năng tạo xói lớn nhất với lòng sông, còn thời gian dài có nghĩa là hàng chục năm ( tối thiểu 25 năm ) Nếu trong một năm ta xác định được lưu lượng có khả năng tải cát lớn nhất thì đó chưa phải là lưu lượng tạo lòng

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

1.1.2 Phương pháp xác định

Để xác định được lưu lượng tạo lòng trong trường hợp có đầy đủ số liệu thuỷ văn

là các đồ thị quan hệ: H~Q, H~I và Q~F

Các bước tiến hành như sau:

- Xây dựng các đường quan hệ H~Q, H~I và Q~F dựa vào số liệu thủy văn đã có Cần chú ý đường của Q~F có dạng hình chuông, đường H~I không có dạng đường đặc trưng, vì hình dạng của nó phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt tại nơi đo, đường H~Q có dạng Parabol thể hiện mực nước tăng chậm hơn so với lưu lượng ( mực nước càng tăng thì bề rộng sông sẽ tăng )

Hình 1-1: Số liệu thuỷ văn

- Chia đường H~Q thành 20 - 25 dải bằng nhau, tương ứng với mỗi dải ta xác định được một giá trị tương ứng Hi và Qi , dựa vào hai giá trị này xác định được Ii và Fi

tương ứng Tính giá trị i i

m

i I F Q

- Xây dựng đồ thị Q~QmIF xác định lưu lượng ứng với đỉnh max Thông thường

có hai đỉnh max tương ứng với lưu lượng tạo lòng lũ ( max1 ), với mực nước có suất bảo đảm 5-10% ( mực nước trung bình lũ hàng năm ) và lưu lượng tạo lòng kiệt ( max2 ), với mực nước có suất bảo đảm 25-50% ( mực nước cao mùa kiệt ) Tuy nhiên, điều khẳng định ngược lại là không đúng, hay trong mỗi mùa không nhất thiết phải có một lưu lượng tạo lòng, vì đồ thị có thể có ít hoặc nhiều hơn 2 đỉnh Max

Thông thường giá trị max1 > max2, hay nói cách khác khả năng tác động vào lòng dẫn của lưu lượng tạo lòng lũ thường lớn hơn lưu lượng tạo lòng kiệt Do có hai lưu lượng tạo lòng nên người thiết kế phải chọn một trong hai Cơ sở để chọn lưu lượng tạo lòng phụ thuộc vào các công trình cụ thể sao cho tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật

Hình 1-2: Đường quan hệ Q~Q m IF

- Đối với các sông không gây ngập lụt hoặc vùng hoang dã, khi chỉnh trị theo phương thức tự phát huy, người ta chọn lưu lượng tạo lòng ứng với max ( max1, max2 ) nhằm đạt nhanh đến độ sâu 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 ứng với lưu lượng tạo lòng lũ công trình sẽ cao gây cản trở thoát lũ, lợi ích của việc bảo đảm chạy tàu không thể so sánh so với thiệt hại do lụt gây ra

- Đối với công trình chỉnh trị theo phương thức hỗn hợp, vai trò của công trình chỉ giữ vững độ sâu đã đạt được, người ta chọn lưu lượng tạo lòng kiệt (max 2) với lý

do công trình thấp hơn và giá thành rẻ hơn

c.Đường quan hệ Q – P

Hình 1-5: Biểu đồ quan hệ Q~P

1.2.2 Xây dựng đường quan hệ Q – Q 2 IP

Chia đường H – Q thành 22 dải bằng nhau,tương ứng với mỗi dải tìm được Hi ,

Qi.Từ đó tìm được Ii , Pi bằng cách gióng lên đường quan hệ Sau đó tính Qim.Ii.Pi

Kết quả được bảng sau:

Sau khi chia đường quan hệ H~Q thành 20 dải bằng nhau, gióng lên các biểu đồ

ta xác định được các giá trị Qi, Ii, Pi tương ứng

Từ đó xây dựng được biểu đồ quan hệ Q~QmIP như hình 1-6, với m = 2

Dựa vào biểu đồ 1-6, ta xác định được QTL ứng với giá trị lưu lượng tạo lòng kiệt

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TUYẾN

2.1 Khái quát về tuyến chạy tàu

Luồng tàu được đặc trưng bởi các yếu tố để có thể đảm bảo tàu chạy an toàn Các đặc trưng chính của luồng tàu đó là các kích thước chủ yếu như: bề rộng, chiều sâu và bán kính cong Chiều rộng và chiều sâu được xác định sao cho có thể dựng được Gabarit đường thủy.

Chiều rộng và chiều sâu luồng tàu được xây dựng để đảm bảo cho chạy tàu an toàn, tuy nhiên phải tối ưu về mặt kinh tế Luồng tàu có thể là 1 chiều hoặc 2 chiều Các kích thước chủ yếu thuộc luồng tàu được xác định theo các công thức

2.2 Kích thước tuyến chạy tàu

2.2.1 Chiều rộng luồng tàu

Tính toán cho luồng tàu 1 chiều:

B = Bd + 2.b ( 2-1 )

Trong đó:

Bd - bề rộng dải hoạt động của tàu tính toán, có tính đến tàu chệch hướng chuyển động do tác dụng ngang của gió, được xác định khi tàu chạy không tải

a - khoảng cách giữa các dải hoạt động ( lấy bằng Bt )

b - khoảng cách giữa tàu với bờ, cho phép lấy bằng 0.5Bt

Kích thước tàu thiết kế được xác định theo thông số đã cho ( chọn các giá trị lớn nhất của phương tiện lưu thông qua đoạn cạn ):

2.2.2 Độ sâu luồng tàu

Độ sâu thiết kế của luồng tàu được tính theo công thức sau:

HT = Tt + ∆T ( 2-3 )

Trong đó:

HT - chiều sâu thiết kế của luồng tàu

Tt - mớn nước đầy tải của tàu thiết kế ( 1,4 m )

Thay vào công thức ( 2 -3 ), ta được :

HT = 1,4 + 0,3 = 1,7 (m)

2.2.3 Bán kính cong luồng tàu

Một trong các kích thước đóng vai trò quan trọng cho GTVT đó là bán kính cong luồng tàu Thông thường bán kính cong luồng tàu lấy bằng ( 5÷6 )Lt Khi vào cảng, vào âu hoặc đi vào các đoạn khó, bán kính cong có thể lấy bằng 3Lt, giữa hai khúc cong ngược chiều cần có đoạn thẳng nối tiếp dài ít nhất là 3Lt

Vậy, giá trị bán kính cong xác định ở đây là:

R = 3Lt = 3×102,6= 307,8 (m)

Ngoài ra, trong trường hợp luồng tàu có khúc cong thì tại khúc cong bề rộng luồng tàu được mở rộng thêm Độ mở rộng thêm được tính theo công thức sau:

B R

B - bề rộng luồng tàu tại đoạn thẳng ( 32,14m )

Lt - chiều dài đoàn tàu tính toán ( 102,6 m )

R - bán kính cong tim luồng ( 307,8m )

Thay vào công thức ( 3-4 ), ta được:

2.3 Xác định kích thước cơ bản của tuyến chỉnh trị :

2.3.1 Xác định theo phương pháp hình thái học :

Lấy các mặt cắt tại các vị trí đặc trưng của sông bao gồm : ghềnh cạn, vũng sâu, ghềnh cạn tốt Tại các mặt cắt này xác định B, Tmax Vẽ đường cong cận dưới của các điểm xác định bởi 2 toạ độ B, Tmax

Xác định độ sâu tuyến chỉnh trị:

1, 7 0,3 2, 0

T CTau

Trong đó: Tct - Độ sâu chạy tàu(HT=1,7m)

∆T- Độ sâu dự phòng có tính đến sai số của bình đồ ( T∆ =0,3m)Dựa vào bình đồ đoạn sông Lô ta cắt thành10 mặt cắt sông, Vẽ các mặt cắt ngang

đó và tìm B,Tmax trên mỗi mặt cắt

Mặt cắt 1-1

Mặt cắt 2-2

Mặt cắt 3-3

Hình 2.17Đường quan hệ B- Tmax

Khi có TT=2m tra trên đồ thị ta có:BT = 78m

2.3.2 Xác định theo phương phápThủy lực Hình thái học :

Điều kiện áp dụng là: 50 % ≤10− 3

T

d

Để xác định bề rộng tuyến chỉnh trị theo phương pháp Thủy lực Hình thái học

ta tiến hành theo các bước sau :

a/ Xây dựng đường hình thái học :

B

B

=

ξ

Thiết lập mối quan hệηTK = f( ξTK)do sau khi chỉnh trị mặt cắt lòng sông tương tự

như mặt cắt ghềnh cạn tốt nên có thể thay ηTK = f( ξTK)bằngη= f(ξ)được gọi làđường

hình thái học và hoàn toàn xácđịnh được ( thông thường có dạng đường thẳng )

Từ công thức tính bề rộng tuyến:

2 / 3

T

T B B

Thực hiện biến đổi ta có phương trình sau:

2 / 3

T

T

ηξξ

Phương trình trên được gọi là phương trình thuỷ lực, việc xác định bề rộng tuyến thay bằng giải hệ phương trình:

2 / 3

TK TK

CT TK TK

f T T

ξη

ηξξ

Hệ phương trình trên có thể giảiđược bằng phương phápđồ thị, vẽ hai đường của hai phương trình, giao của hai đường là nghiệm của hệ sau khi xác địnhđượcξTK, bề rộng tuyến sẽ bằng:

BT = ξTK.BCT

ghềnh cạn tốt

ghềnh cạn tốt

ghềnh cạn tốt

ghềnh cạn tốt

b/ Tại mỗi mặt cắt của ghềnh cạn vẽ một đường thủy lực có phương trình :

2 3

T

T

ηξξ

Lập bảng xác định ξtk:Cho một số giá trị của ηTK từ đó tìm được các giá trị tương ứng của ξTK, từ các giá trịξTK vừa tìm được xây dựng đường thủy lực giao điểm của đường thủy lực và hình thái học sẽ cho ta giá trị ξTK thực ứng với mỗi mặt cắt ta sẽ tìm

được một giá trị BT= ξTK.Bct , lấy giá trị trung bình của các mặt cắt ta được bề rộng

tuyến chỉnh trị

Ghềnh cạn 3-3

So sánh với bề rộng tuyến chỉnh trị bằng phương pháp hình thái học ta thấy sai số nhỏhơn 20% Vậy bề rộng tuyến chỉnh trị được lấy theo trung bình cộng của phương pháp hình thái học và phương pháp thủy lực hình thái học :

=

Trong đó :

+ QTL- lưu lượng tạo lòng kiệt

+ I - độ dốc mặt nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng kiệt, xác định thông qua

Ta có, R = (4÷5)BT= (307,04÷383.8) (m)

⇒ 1211∉(307,04÷383.8) m)

Như vậy , ta chọn bán kính cong của tuyến chỉnh trị là :

R = 5.BT = 5x76,76 = 383,8(m) > bán kính cong tuyến chạy tàu R = 307,8 ( m )

Như vậy , ta chọn bán kính cong của tuyến chỉnh trị là R = 383,8(m)

VẠCH TUYẾN VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH

3.1 Vạch tuyến chỉnh trị :

3.1.1 Yêu cầu khi vạch tuyến chỉnh trị

Sau khi đã xác định được các kích thước cơ bản của tuyến chỉnh trị, ta cần vẽ tuyến chỉnh trị lên bình đồ (vạch tuyến) Việc vạch tuyến chỉnh trị lên bình đồ phải tuân theo một 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 thì cần phải gia cố

- Nếu 2 bên bờ đều là bãi bồi và tuyến chỉnh trị không thể dựa được vào bờ nào thì có thể vạch tuyến theo dạng hình sin bao gồm các đoạn cong nối tiếp nhau và giữa hai đoạn cong cho phép đoạn nối thẳng Tuy nhiên chiều dài không được quá lớn và bán kính của đoạn cong phải tăng dần khi tiến tới đoạn nối

- Các đoạn cong trong tuyến có thể có độ dài và bán kính khác nhau, nhưng các đoạn cong kế tiếp nhau thì nên có chiều dài và bán kính cùng bậc

- Việc chuyển từ đoạn cong này sang đoạn cong khác có thể dựa vào một bờ ổn định

- Khi bắt đầu vào đoạn cong trục động lực ép vào bờ lồi, chính vì vậy điểm tách của tuyến với bờ chủ đạo có thể dịch về phía hạ lưu so với điểm bắt đầu đổi chiều cong

- Không nên đặt tuyến vào nơi có sự dịch chuyển bùn cát nhiều (điều này thường xảy ra với các đoạn sông phân nhánh), cần phải đặt tuyến vào nhánh có lưu lượng bùn cát ít

3.1.2 Cách vạch tuyến chỉnh trị

Khi thiết kế sơ bộ có thể vạch tuyến chỉnh trị trên bình đồ theo cách sau:

- Đánh dấu trên bình đồ các điểm cơ bản của tuyến như sau :

+ Đoạn bờ chủ của các vực sâu trên và dưới

+ Điểm đầu, điểm cuối của đoạn quá độ

+ Điểm đầu, điểm cuối của đoạn cong

+ Các điểm tựa của tuyến chỉnh trị bao gồm các công trình có sẵn trên sông

- Dựa vào các điểm cơ bản trên vẽ phác các đường biên phía bờ lõm của tuyến chỉnh trị sau đó dùng thước cong vẽ các đường cong trơn Riêng đỉnh các đoạn cong

vẽ bằng compa với bán kính bằng bán kính của tuyến chỉnh trị

- Đối với bờ lồi của đoạn sông cong vẽ đường biên của tuyến chỉnh trị bằng cách tịnh tiến đường biên phía bờ lõm một đoạn bằng chiều rộng của tuyến chỉnh trị.

- Dựa vào kết quả phân tích tuyến chỉnh trị và dựa vào đặc điểm tình hình của tuyến sông, dựa vào bình đồ và kết quả tính toán kích thước tuyến chỉnh trị ta đề ra phương án tuyến như sau: Tại thượng lưu tuyến biên tuyến xuất phát từ bờ trái, sau đó lượn theo bờ trái đến hết đoạn cạn Theo phương án này, ta có thể tận dụng được các

hố sâu bên bờ phải để lựa chọn, thiết kế tuyến chạy tàu một cách hợp lý, giảm khối lượng nạo vét.( thể hiện trên bình đồ )

3.2 Bố trí công trình chỉnh trị :

Do kè mỏ hàn có tác dụng thu hẹp mặt cắt lòng sông và làm tăng lưu tốc của dòng chảy do đó có thể xói hoắc giữ vững lòng sông ở độ sâu thiết kế Kè mỏ hàn được xây dựng từ bờ cho đến mép của tuyến chỉnh trị

H17

T17 T16 T15 T14 T13 T12 T11 T10 T9 T7

T6 T5

T4 T3 T2

T1

H16 H15 H14 H13 H12

1.17

H11 H10 H9

H7 H5

H4 H3 H2

2.3 1.1 0.3 -0.7 -0.8 -0.7 -1.8 -1.12.34.09

0.7 0.0 -0.2 -0.6 -0.8 -0.7 -0.40.02.3 4.91

0.6 0.4 -0.2 0.0 -0.6 -0.7 -0.8 -0.6 -0.41.34.37

0.7 0.3

0.1 0.2 -0.1 -0.2 -0.3 -0.20.01.0 4.65

0.5 0.5 0.0 -0.1 0.0 -0.1 -0.8 -0.20.05.13

0.6 0.6 0.7 0.4 0.2 -0.6 -1.9 -1.0 0.0

-0.7 0.3 0.6 0.3 0.1 -0.2 -1.1 -1.0 2.34.05

-1.6 -0.5

0.6 -0.1 0.4 0.5 0.0 -0.2 -0.20.11.6 4.23

-1.7 -0.10.40.0 -0.1 -0.20.00.7 1.3 2.0 4.08

-2.4 -1.6 -1.1 0.0 0.2 0.7 1.0 1.8 4.23

-2.7 -1.7 -0.70.10.3 0.6 0.8 1.4 2.3 4.18

-2.6 -2.5 -1.70.10.5 0.9 1.4 1.9 2.3 4.31

-1.7 -0.5 -0.30.40.9 1.2 1.6 1.0 2.4 4.73

-2.0 -0.4 0.6 0.9 1.5 2.0 2.2 2.3 4.43

-1.5 0.1 0.8 1.0 1.5 1.8 2.1 2.5 4.51

4.09

4.22 1.0 1.6 2.3

0.7 1.3 2.3 4.85

-1.3-2.0 -2.5 0.1 4.9

0.4 -0.8 -1.0 0.0 5.45

0.3 -0.1-0.5 -1.8 0.3 5.36

-1.5 -0.6 2.3 4.74

5.52 2.3

-2.1 -1.8 2.3 4.72

-1.0 -2.3 -1.2 2.3 5.04

-2.7 -0.5 2.3

-2.9 -1.9 5.22

-1.8 2.3 5.18

-1.8 -0.7 5.02

-2.4 -0.6 2.3

-2.0 2.3 5.28

vxói = 1,3.vkhông xói (4-2)

Theo Gôntrarốp vận tốc không xói xác định như sau:

vkhông xói = 3 [ ]0 , 3

% 50

2 , 0

% 90

% 50 max  +0,0014

+ d50%- đường kính hạt (m) với suất bảo đảm 50% trên đường cấp phối hạt

+ d90%- đường kính hạt (m) với suất bảo đảm 90% trên đường cấp phối hạt

+ Tmax - độ sâu lớn nhất của mặt cắt có kè

Từ số liệu về mối quan hệ giữa các đại lượng d ∼ P% ta xây dựng đường cấp phối hạt Xác định các giá trị d50% và d90% ta được :

2 , 0

% 90

% 50 max +0,0014

ω - Diện tích còn lại của lòng sông tính từ vị trí có kè.

QTDTN- Lưu lượng đi qua phần mặt cắt tự do trước khi có kè và được xác định bằng cách vẽ đường tích lũy lưu lượng của mặt cắt có kè

Từ đường tích lũy lưu lượng ta có: QTDTN=251,334m3/s

MNTT L

Giả định: Z1 = 2m

Z2 = 2.5m

Z3 = 3m

Xác định các tỷ số:

+ Đường quan hệ KL=f3(m), đường này được xây dựng bằng cách từ 3 giá trị ZK

ta xác định được 3 cặp giá trị m và KL, cả 3 đường này cùng được xây dựng trên 1 đồ thị sau:

Đồ thị xác định cao trình đỉnh kè

Từ đồ thị trên ta xác định được cao trình đỉnh kè Zk = 2.6m

4.4 Xỏc định gúc tối ưu, chiều dài kố

Tra đồ thị hình IV_8 ta suy ra góc tối u của kè:α =800

Xác định lại chiều dài kè theo công thức:

Vị trớ của cao trỡnh kố là giao của mặt kố thực tế và mặt kố lý thuyết Trờn cơ sở

đú ta chọn độ dốc i=1:200

Kiểm tra lại:

Khoảng cỏch từ giao điểm trờn đến đầu kố là : X=L’k/2 = 15,17 (m)

Khoảng cỏch từ cao trỡnh kố lý thuyết đến cao trỡnh kố thực tế là : h=X*i =0,075Cao trỡnh kố thực tế : Zktt=Zk-h= 2,6-0,075=2,525 (m)

Chiều cao đầu kố : Tk=Zktt=2,525(m)

→Như vậy Zktt>MNTTK =1nờn ta chọn mỏi dốc dọc thõn kố là i=1/200

Vậy chọn khoảng cỏch giữa cỏc kố là 60,68 m

4.7 vận tốc tại cỏc vị trớ xung yếu của kố

Các vị trí xung yếu của kè là vị trí đầu kè và trên mặt kè Vận tốc dầu kè đợc xác

định với ba mực nớc:

- Mực nớc trên cao trình đỉnh kè 0,2m : 2.8m

- Mực nớc cao thiết kế ứng với tần suất 5% : 4m

- Mực nớc là trung bình của hai mực nớc trên :3.4m

4.7.1 Vận tốc lớn nhất tại đầu kố

Vận tốc đầu kố cú thể xỏc định bằng cỏch lập bỡnh đồ dũng chảy, lấy vận tốc của

bú dũng đi sỏt đầu kố, hoặc xỏc định theo cụng thức thực nghiệm sau:

.446,0.046,19,05

,1

2,01

T

T T

T B

L V

k tb

2

2,01

B

l k

(2) Trong đú:

Vtb : Vận tốc trung bỡnh tại mặt cắt cú kố Vtb =

ω

Q

( / )

TL tb

TK - chiều cao đầu kè ( 2.525)

T - chiều sâu trung bình của mặt cắt có kè ( 5,404 m )

4.8 Xác định kích thước cọc, nội lực trong cọc, bố trí cốt thép.

4.8.1 Xác định kích thước cọc, nội lực trong cọc

Chọn giải pháp là kè cọc kín, ta sẽ tính toán với cọc ngoài cùng Kè được làm bằng cọc bê tông cốt thép đóng thành hàng Để phòng gây xói chân công trình, dùng

bè đệm để chống xói, trên đệm có đá để dìm bè, cọc đóng xuyên qua bè Để tăng cường khả năng chịu lực của cọc, ta liên kết các đầu cọc lại với nhau bằng giằng dọc.Chọn cọc có kích thước 20 x 20 cm

Chiều sâu tính toán của cọc là t

Ta có cao độ đáy sông tại vị trí đầu kè CTĐK =-1.3m (Xem phụ lục )

⇒ chiều cao tự do của cọc ở đầu kè :h =Tke = Zđk -1,3 = 2.6 –(-1.3) = 3.9 m

Chiều dài cọc Lc = 3,9 + t = 3,9+ to + ∆t (m)

Tính toán chiều sâu chôn cọc t, nội lực trong cọc

Các lực tác dụng lên cọc gồm :