Thiết kế đường miền núi - chương 4 pps

AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY VĂN VÀ THỦY LỰC CẦU CỐNG Trên đường ngoài các công trình phụ khác, công trình thoát nước cũng đóng vai trò rất quan trọng, thoát nước tốt bảo đảm cường độ xe chạy cho mặt đường và nền đường, tránh gây sụt lở, xói nền đường do nước gây ra. Vị trí của công trình thoát nước là chổ tuyến đường cắt qua đường tụ thủy. Tất cả những chổ lõm trên đường đen đều cần dặt các công trình thoát nước như cầu, cống, rãnh tháo. 4.1Xác định các đặc trưng thủy văn. 4.1.1 Diện tích lưu vực F (km 2 ) Dựa vào hình dạng đường đồng mức trên bình đồ, ta tìm được đường phân thủy giới hạn của lưu vực nước chảy vào tuyến đường. Chia lưu vực thành những hình đơn giản để tính diện tích lưu vực trên bản đồ địa hình (F bđ ), tư đó tìm tìm được diện tích lưu vực thực tế theo công thức sau : )( 10 2 10 2 km M xFF bd = Trong đó : + F bđ : Diện tích của lưu vực trên bản đồ ( cm 2 ) + M = 5.000 : hệ số tỷ lệ bản đồ + 10 10 : hệ số đổi từ cm 2 ra km 2 4.1.2 Chiều dài lòng chính L (km) Chiều dài lòng sông chính được xác định nhụ sau : )( 10 5 Km M xlL bd = Trong đó : + L bđ : chiều dài của lòng sông chính trên bình đồ + 10 5 : hệ số đổi từ cm ra km 4.1.3 Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực được tính theo công thức : ( ) )( 8,1 1000 m lL F b s ∑ + = Trong đó : + F : diện tích lưu vực + L : chiều dài lòng chính + ∑l : tổng chiều dài của các lòng sông nhánh (chỉ tính những lòng sông nhánh có chiều dài lớn hơn 0,75 chiều rộng bình quân B của lưu vực). Chiều rộng B được tính như sau : • Đối với lưu vực có 2 sườn : B = F/2L (km) • Đối với lưu vực có 1 sườn : B = F/L (km) 4.1.4 Độ dốc trung bình của dòng sông chính J l (‰) 2 12)2111 1 )( ( L lhhlhhlh J nnn +++++ = − Trong đó : SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 15 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả - h 1 ,h 2 ,…,h n : độ cao của các điểm gãy trên trắc dọc so với giao điểm của 2 đường. - l 1 ,l 2 , ,l n : cự ly giữa các điểm gãy . Trên bình đồ ta xác định được độ dốc trung bình của dòng chính như sau: Vùng I: 74 72 72 70 70 68 68 66 66 64 64 62 62 60 60 57,87 Cộng: 266,86 72,13 2.229,83 J l (‰)= 31,312 Vùng II: 86 84 84 82 82 80 80 78 78 76 76 SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 16 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả 74 74 72 72 70 70 68 68 66 66 64 64 62 62 60 60 58,84 Cộng: 635,41 209,16 8.496,03 J l (‰)= 21,043 Vùng III: 54 52 52 50 Cộng: 1993,63 5.314,68 J l (‰)= 1,337 Vùng IV: 80 80 80 SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 17 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả 78 78 76 76 74 74 72 72 70 70 68 68 66 66 64 64 62 Cộng: 18 319,89 90 2.654,32 J l (‰)= 25,939 Vùng V: 66 64 64 62 62 60 60 58 58 56 56 54 Cộng: 2653,9 42 20.626,90 J l (‰)= 2,929 4.1.5 Độ dốc trung bình của sườn dốc Js (‰) SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 18 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả Độ dốc trung bình của sườn dốc được tính theo trị số trung bình của 4 ÷ 6 điểm xác định theo hướng dốc lớn nhất. Trên bình đồ ta xác định được độ dốc trung bình của sườn dốc như sau: Vùng I: 68 66 66 64 64 62 Cộng: 71,05 12 258,08 J s (‰)= 51,124 Vùng II: 72 70 70 68 68 66 66 64 64 62 10 171,12 30 982,34 J s (‰)= 33,548 Vùng III: 84 82 82 80 80 78 SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 19 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả 78 2 23,63 8 189,04 76 76 74 74 72 145,44 42 1023,4 J s (‰)= 48,381 Vùng IV: 72 70 70 68 68 66 92,29 356,52 J s (‰)= 41,858 Vùng V: 80 78 78 76 76 74 74 72 72 70 Cộng: 87,99 550,96 J s (‰)= 71,163 BẢNG TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN Bảng 4-1 SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 20 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả Lý trình F (Km 2 ) L (Km) Sl (Km) b s (m) J l (‰) J s (‰) Km0+132,5 0,059 0,267 122,828 31,312 51,124 Km0+400 0,242 0,635 211,587 21,043 33,548 Km1+400 2,328 1,535 1,577 415,574 1,337 48,381 Km2+159 0,086 0,320 149,357 25,939 41,858 Km3+033 1,467 1,470 0,728 370,734 2,929 71,163 4.2Xác định lưu lượng tính toán Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ (tiêu chuẩn 22TCN 220-95) đối với lưu vực nhỏ có diện tích < 100 Km 2 . Thì lưu lượng tính toán được xác định theo công thức : Q p = A p .j .H p .d .F Trong đó : A p : Mođun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế chọn phụ thuộc vào địa mạo thủy vănF 1 ,thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc t s ,vùng mưa (Tra bảng 2.3). j : hệ số dòng chảy lũ lấy trong bảng tài liệu hướng dẫn tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo khu vực có lượng mưa (ngày) thiết kế (H p ) và diện tích lưu vực F. H p : Lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế. P = 4% đối với cống; P = 1% đối với cầu lớn (theo bảng 30, TCVN 4054-05). d: Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ, rừng cây trong lưu vực theo bảng (2.7). Giả sử không có ao hồ ở hạ lưu (diện tích ao hồ = 0), vậy d = 1. F : Diện tích lưu vực. 4.2.1 Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc t sd Thời gian tập trung nước trên sườn dốc t sd được xác định theo bảng 2.2 phụ thuộc vào hệ số địa mạo thủy văn F sd và vùng mưa. Hệ số địa mạo thủy văn của sườn dốc F sd được xác định như sau : 4.03.0 6.0 ).( pssd sd sd HJm b ϕ =Φ Trong đó : b sd : Chiều dài bình quân sườn dốc của lưu vực. m sd : Thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tình trạng bề mặt của sườn dốc tra theo bảng 2.5. Sườn dốc có nhà dân không quá 20%, cỏ trung bình, chọn m sd =0,25. J s : Độ dốc trung bình của sườn dốc. j : hệ số dòng chảy lũ lấy trong bảng 2.1, tài liệu hướng dẫn tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo khu vực có lượng mưa (ngày) thiết kế (H p ) và diện tích lưu vực F. Vùng tuyến thiết kế có đất cấp II. H p : Lượng mưa ngày thiết kế (với cầu nhỏ và cống p=4%) (theo bảng 30, TCVN 4054-05); (tra Phụ lục I). Vùng tuyến thiết kế là Túc Trung thuộc tỉnh Đồng Nai nên H p =H 4% = 167mm; Bảng 4-2 SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 21 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả Km0+132,5 122,828 0,25 51,124 0,95 167,00 2,903 XVIII 11,55 Km0+400 211,587 0,25 33,548 0,90 167,00 4,665 XVIII 22,00 Km1+400 415,574 0,25 48,381 0,90 167,00 6,267 XVIII 32,67 Km2+159 149,357 0,25 41,858 0,95 167,00 3,466 XVIII 15,73 Km3+033 370,734 0,25 71,163 0,90 167,00 5,212 XVIII 24,48 4.2.2 Xác định hệ số địa mạo thủy văn F l của lòng sông 4/14/13/1 ).( 1000 pll l HFJm L ϕ =Φ Trong đó : m l : Thông số tập trung nước trong sông, phụ thuộc vào tình hình sông suối của lưu vực ( Lấy theo bảng 2.6). Chọn m l = 7. J l : Dộ dốc lòng sông chính (‰) L : Chiều dài của lòng sông chính (Km) Bảng 4-3 Lý trình F (Km 2 ) L (Km) m 1 J 1 (‰) j H p (mm) F 1 Km0+132,5 0,059 0,267 7,00 31,312 0,95 167,00 6,91 Km0+400 0,242 0,635 7,00 21,043 0,90 167,00 13,39 Km1+400 2,328 1,535 7,00 1,337 0,90 167,00 46,03 Km2+159 0,086 0,320 7,00 25,939 0,95 167,00 8,03 Km3+033 1,467 1,470 7,00 2,929 0,90 167,00 38,10 4.2.3 Xác định trị số A p A p% xác định bằng cách tra bảng 2.3, tuỳ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc t s và hệ số địa mạo thủy văn F 1 . Từ bảng tra, A p% xác định bằng cách nội suy kết quả của t s và F 1 . Bảng 4-4 Lý trình Vùng mưa t sd F 1 A p Km0+132,5 XVIII 11,55 6,91 0,2987 Km0+400 XVIII 22,00 13,39 0,1963 Km1+400 XVIII 32,67 46,03 0,0932 Km2+159 XVIII 15,73 8,03 0,2607 Km3+033 XVIII 24,48 38,10 0,1143 Thay các giá trị đã tìm được vào công thức tính Q p , ta được kết quả như bảng sau: Bảng 4-5 Lý trình F (Km 2 ) A p j H p d Q p SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 22 AMH THI T K NG MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả (mm) (m 3 /s) Km0+132,5 0,059 0,2987 0,95 167,00 1 2,80 Km0+400 0,242 0,1963 0,90 167,00 1 7,14 Km1+400 2,328 0,0932 0,90 167,00 1 32,61 Km2+159 0,086 0,2607 0,95 167,00 1 3,56 Km3+033 1,467 0,1143 0,90 167,00 1 25,20 4.3Xác định chiều cao thiết kế h tk của cống i c o án g i m ñ B/2=3m H TK B A H COÁNG H=0.5m H añ=0.71m Đáy cống được đặt theo độ dốc của dòng chảy (theo J l ).         ++++ ++++ = Dad congad TK HBAH HBAH H 5,0 5,0 max min Trong đó: H AD = 0,65m : chiều dày lớp áo đường. H= 0,50m : cao cao tối thiểu của đáy áo đường trên lưng cống. A = i mđ xB/2 = 2%x3,0 =0,06m. B = i cống xB/2 = i cống x3,0m = J l x 3,0m. H cống = D + 0,1*D ( D : đường kính cống tròn; chiều cao cống chữ nhật). H D - chiều cao nước dâng ứng với cống thiết kế. 4.4Xác định khẩu độ cống - Đối với cống tròn, lựa chọn khẩu độ phù hợp với Q(m 3 /s) như bảng tra. - Riêng đối với cống chữ nhật (cống hộp), do bảng tra tính toán với lưu lượng q(m 3 /s) qua 1m dài (ngang) của cống. Nên ta phải tính chú ý để lựa chọn tiết diện ngang cống cho phù hợp với Q(m 3 /s). SVTH : OÀN MINH QUANG MSSV : 21098102Đ Trang 23 ĐAMH THIẾT KẾ ĐƯỜNG MIỀN NÚI GVHD : ThS. CAO NGỌC HẢI BẢNG CHỌN LOẠI CỐNG THỐT NƯỚC Bảng 4-6 Lý trình F (Km 2 ) Hp Qp (m 3 /s) Loại cống Miệng loại Số lượng Khẩu độ (m) q (m 3 /s) Q (m 3 /s) V (m/s) H d (m) H tk (m) Km0+132,5 0,06 167 2,80 CỐNG TRỊN I 2 1,25 1,40 2,80 2,20 0,99 2,68 Km0+400 0,24 167 7,14 CỐNG TRỊN I 3 1,50 2,50 7,50 2,52 1,28 2,92 Km1+400 2,33 167 32,61 CỐNG CHỮ NHẬT I 2 2,50 x 3 5,50 33,00 3,78 2,46 3,96 Km2+159 0,09 167 3,56 CỐNG TRỊN I 2 1,25 1,80 3,60 2,42 1,14 2,67 Km3+033 1,47 167 25,20 CỐNG CHỮ NHẬT I 2 2,50 x 3 4,50 27,00 3,53 2,16 3,97 SVTH : ĐOÀN MINH QUANG MSSV : 21098102 Trang 24 . 51,1 24 Km0 +40 0 0, 242 0,635 211,587 21, 043 33, 548 Km1 +40 0 2,328 1,535 1,577 41 5,5 74 1,337 48 ,381 Km2+159 0,086 0,320 149 ,357 25,939 41 ,858 Km3+033 1 ,46 7 1 ,47 0 0,728 370,7 34 2,929 71,163 4. 2Xác. ĐƯỜ Ề Ọ Ả 78 2 23,63 8 189, 04 76 76 74 74 72 145 ,44 42 1023 ,4 J s (‰)= 48 ,381 Vùng IV: 72 70 70 68 68 66 92,29 356,52 J s (‰)= 41 ,858 Vùng V: 80 78 78 76 76 74 74 72 72 70 Cộng: 87,99 550,96 J s . MI N NÚI GVHD : ThS. CAO NG C H IĐ Ế Ế ĐƯỜ Ề Ọ Ả 74 74 72 72 70 70 68 68 66 66 64 64 62 62 60 60 58, 84 Cộng: 635 ,41 209,16 8 .49 6,03 J l (‰)= 21, 043 Vùng III: 54 52 52 50 Cộng: 1993,63 5.3 14, 68 J l