Chiều cao sóng h s và tích 3 2 s s h h cho ở bảng (7 - 3), (7 - 4). - Tốc độ gió tính toán phải qui đổi tốc độ gió tại về tốc độ gió ở độ cao cách mặt nớc 10m, tính theo công thức: W 10 = W T .K b (7 - 14) trong đó: W T : tốc độ gió tính toán theo tài liệu của trạm khí tợng ở độ cao H; K b : hệ số chuyển đổi từ tốc độ gió đo đợc ở trạm có độ cao H m tới tốc độ gió ở độ cao cách mặt nớc 10m. H, m 2 4 6 10 12 14 17 20 30 K b 1,30 1,15 1,05 1,00 0,99 0,97 0,96 0,95 0,93 - Khi không có số liệu quan trắc hay khi liệt quan trắc nhỏ hơn 10 năm, tốc độ gió tính toán nên lấy bằng: + W T = 20 m/s nhng không nhỏ hơn giá trị thực tế quan sát điều tra, đối với sông và hồ chứa tính với mực nớc tính toán hoặc mực nớc dâng có tần suất P = 0,33%. + W T = 30 m/s nhng không nhỏ hơn giá trị thực tế quan sát điều tra, đối với sông và hồ chứa, với những mực nớc khác thấp hơn mực nớc dềnh và vùng cửa sông khi tính ở mực nớc dồn ép do gió. - Nếu hồ hẹp (hình 7-3 ) khi tỷ số chiều rộng ngập tràn trung bình B trên đà gió D không lớn hơn 0,7 thì đà gió tính toán có thể xác định theo công thức sau: D tt = K D . D (7 - 15) ở đây K D hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỉ số B/D. B/D 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 K D 0,30 0,50 0,63 0,71 0,80 0,85 1,00 - Trong các đoạn sông dòng chảy hẹp có đờng bao bờ phức tạp hoặc đợc giới hạn bởi một phần đảo chiều dài đà gió đợc xác đinh theo trình tự sau: + Từ những điểm nghiên cứu vạch những tia sóng chủ yếu. Theo những tia này, sóng phát triển chiều cao lớn nhất ở hớng ngợc với gió và theo 2 tia ở 2 bên tạo thành góc 225 đối với tia chủ cho tới chỗ tia này cắt đờng bờ sông. + Đo chiều dài của những tia này D(km) theo 5 hớng theo hình 7- 4. + Đà gió tính toán đợc xác định theo công thức: D tt = 0,27. [D 0 + 0,85(D +1 + D -1 ) + 0,5(D +2 + D -2 ) (7 - 16) - Nếu trên bãi có cây hoặc bãi sú cản trở sóng thì chiều cao sóng lên mái dốc có thể giảm do xét hệ số hiệu chỉnh sau. 2 . b Ba B r qdr (7 - 17) 2 16.0 b B B b qdb (7 - 18) trong đó: B qdr : chiều rộng qui đổi của dải rừng cây, m; B qdb : chiều rộng qui đổi của bụi cây, m; B r : chiều rộng thực tế của dải rừng cây, m; B b : chiều rộng thực tế của bụi cây, m. a: hệ số, lấy bằng: 1; 1,4 và 1,8 ứng với đờng kính trung bình của cây là 0,15; 0,2 và 0,25m; b: khoảng cách thực tế giữa các cây hoặc bụi cây, m. Chiều cao sóng có xét tới rừng cây xác định theo công thức: h sr = h s . K r (7 - 19) Trong đó hệ số K r xác định theo hình 7- 5. - Trờng hợp sóng xiên: m > 1 và 30 thì trị số sóng leo phải hiệu chỉnh hệ số: 3 sin21 K (7 - 20) trong đó: : góc giữa tia sóng và đờng mép nớc lên mái dốc công trình. 1 - Tuyến đừơng 2 - Hứơng đà gió tính toán Hình 7.3 Bình diện hồ chứa hẹp 1 - Tuyến đừơng 2 - Hứơng đà gió tính toán Hình 7 - 5 : Biểu đồ xác định hệ số triết giảm độ cao sóng khi có rừng hoặc buị cây Đ 7.2. Công trình điều tiết bảo vệ cầu 7.2.1. Khái niệm ban đầu Công trình điều tiết là một bộ phận rất quan trọng trong thiết kế cầu. Tác dụng của nó là làm cho nớc chảy vào cầu đợc thông thoát, phân bố lu tốc trong phạm vi cầu đợc đều đặn, từ đó bảo đảm xói đều dới cầu, tránh hình thành bãi bồi và nớc chảy xoáy trong phạm vi cầu (kể cả nền đờng bãi sông). Đồng thời công trình điều tiết hợp lý sẽ bảo đảm mặt cắt dới cầu ổn định, không uy hiếp mố trụ và công trình đầu cầu. ở dòng sông chuyển dịch cần phải xây dựng công trình nắn dòng thích hợp tránh để khu vực dân c hoặc trồng trọt cạnh đó bị ảnh hởng do sự di động của dòng sông. Công trình điều tiết dựa vào tác dụng của dòng nớc có thể phân làm hai loại: - Công trình kiểu không ngập: bố trí để điều tiết lũ thoát qua nh kè hớng dòng thẳng và cong nh kè chữ T, kè thắt dòng. - Công trình điều tiết kiểu ngập: dùng để điều tiết dòng nớc có mực nớc trung bình, nh kè chữ T ngập nớc và các loại công trình thấm nớc khác nhau. 7.2.2. Chọn hình dạng chung công trình điều tiết và công dụng của nó Thiết kế công trình điều tiết cần phải dựa vào loại dòng sông, địa mạo, đặc trng thuỷ văn và cả tình hình tuyến đờng ở khu vực vị trí cầu. Sau đây sẽ giới thiệu loại công trình điều tiết thờng dùng nhất trong thiết kế cầu và tác dụng của nó a. Kè hớng dòng kiểu cong và thẳng ở sông đồng bằng vì dòng sông bị khẩu độ cầu bóp hẹp, dòng nớc bãi sông bị nền đờng đầu cầu cắt ngang men theo nền đờng chảy vào cầu, do đó hình thành hiện tợng dòng chảy không đều trong toàn bộ phạm vi khẩu độ cầu. Một trong những công dụng chính của kè hớng dòng là điều chỉnh đợc hiện tợng lệch dòng dới cầu, nếu bãi sông hai bên lớn nhỏ không đều, phía bãi sông lớn thờng bố trí kè hình cong, còn kè hớng dòng thẳng thờng bố trí ở phía bờ lõm. Kè hớng dòng hình cong có tác dụng hớng dòng nớc chảy nhẹ nhàng và đều qua cầu. Còn kè hớng dòng hình thẳng đẩy dòng nớc chảy sang bờ đối diện. Về mặt hiệu quả sử dụng thì kè hớng dòng hình cong có bán kính khác nhau là hình thức tơng đối hoàn thiện Khi lu lợng một bên bãi nhỏ hơn 15% tổng lu lợng hoặc lu lợng hai bên bãi nhỏ hơn 20% tổng lu lợng, nói chung không bố trí kè hớng dòng mà dùng kè quả lê. Khi lu lợng bãi sông nhỏ hơn 5% thì chỉ cần gia cố 1/4 nón đầu cầu. Khi chiều sâu ở bãi sông không đủ 1m, hoặc lu tốc bình quân trớc xói dới cầu nhỏ hơn 1m/s, nói chung không cần xây dựng công trình điều tiết. Nếu do tình hình đặc biệt của địa mạo vị trí cầu mà phải xây dựng công trình điều tiết thì không bắt buộc theo quy định trên. Hình 7 - 6 giới thiệu cách bố trí công trình kè điều chỉnh dòng nớc dới cầu của một số trờng hợp khác nhau: ở các trờng hợp trên thờng bố trí kè hớng dòng hình cong. Tính hình dáng và kích thớc của kè theo phơng pháp sau đây: Nếu cờng độ thoát nớc ở hai bên khẩu độ cầu chênh nhau khá lớn, để bớt gánh nặng ở bên dòng nớc chảy mạnh, hoặc ở trờng hợp dốc 1/4 nón mố cầu ở một phía dòng sông bị xói thì thờng làm kè hớng dòng thẳng hoặc kè hớng dòng thẳng có hai đầu cong vào. Nh hình (7 - 7) kè hớng dòng bố trí ở phía có lu lợng bãi sông nhỏ, trừ bộ phận đầu ra thì còn lại đều là đờng thẳng. Kè hớng dòng đoạn thẳng có hai đầu cong nh ở hình (7 - 8) đều bố trí ở phía bãi sông có lu lợng lớn. Kè hớng dòng thẳng phía thợng lu hoặc đoạn giữa thẳng của kè phải có chiều dài bằng 1/2 khẩu độ cầu, còn chiều dài kè phía hạ lu bằng 1/4 khẩu độ cầu. Ngoài ra tuỳ theo điều kiện cụ thể về địa hình, địa chất, thuỷ văn mà tăng, giảm chiều dài kè cho phù hợp. b. Kè quả lê, kè chữ T và kè chắn nớc: Bố trí kè quả lê, kè chữ T và kè chắn nớc là để điều tiết dòng nớc bãi sông, tránh cho nền đờng đầu cầu khỏi bị xói. Khi cầu thẳng góc với lòng sông, mà nền đờng bãi sông là đờng cong lõm, để tránh mái dốc nền đờng khỏi bị xói và để cải thiện điều kiện chảy trên bãi sông, sao cho dòng nớc chảy nhẹ nhàng vào khẩu độ cầu, thì nền đờng đầu cầu đoạn này tốt nhất làm kè quả lê, đặc không ngập và kè chữ T với số lợng thích hợp (xem hình 7 - 9, hình 7-10). Phần kè quả lê phía bãi sông phải nối tiếp với nền đờng đầu cầu. Thờng dùng hai cung tròn ngợc chiều, giữa là đoạn thẳng. Hình dạng của nó có thể tính theo phơng pháp của Anđrâyep. Khi cầu vợt qua khúc sông cong ở thợng hạ lu nền đờng có thể phát sinh ra dòng nớc chảy dọc với tốc độ lớn. Muốn bảo vệ nền đờng tránh bị dòng nớc xói, hai bên nền đờng có thể bố trí kè chữ T để tăng cờng phòng hộ nền đờng nơi đó (xem hình 7 - 11). Khi cầu thẳng góc với dòng sông, phần đầu kè chữ T phải đặt trên đờng thẳng kéo từ đầu kè hớng dòng tới điểm nối tiếp giữa nền với đờng tràn ngập vì nền đờng đoạn này nằm trong phạm vi khi lũ hay bị xói nguy hiểm (xem hình 7- 12). Khi nền đờng bãi sông là hình cong lồi ngợc chiều dòng nớc, tạo thành túi nớc thì phải xây kè chắn nớc ở đầu cầu để mực nớc hai phía nền đờng đầu cầu trong phạm vi túi nớc không chênh lệch nhiều làm h hại nền đờng. c . Đê dài và nhóm kè chữ T Khi cầu vợt qua dòng sông chuyển dịch có độ dốc tơng đối lớn, muốn cho dòng nớc cuốn theo phù sa thoát nhẹ nhàng qua khẩu độ cầu hoặc bảo vệ khu vực dân c và trồng trọt có thể xây đê dài bóp hẹp dần dần miền chuyển dịch rồi nối với khẩu độ cầu. Muốn điều chỉnh dòng nớc có hiệu quả ở kè hớng dòng xây thêm một số kè chữ T để chịu lực xung kích của dòng nớc. Khi phạm vi chuyển dịch dòng sông rất lớn, làm kè dài cần kinh phí công trình và kinh phí dỡng hộ đắt, có thể xét việc xây kết cấu phòng hộ kiểu lô cốt cạnh đầu cầu và nền đờng đầu cầu hoặc kè ngắn hình cong, nhng nền đờng đầu cầu chỗ 1/4 nón và cả phần đầu kè nằm trong phạm vi miền chuyển dịch cần phải phòng hộ chắc chắn, bảo đảm chịu đợc tác động của dòng nớc. Nhóm kè chữ T, ngoài việc dùng đê điều tiết dòng nớc phối hợp với kè hớng dòng phòng hộ nền đờng đầu cầu còn là công trình điều tiết quan trọng để phòng hộ bờ sông và điều chỉnh dòng nớc lòng sông. Khi dòng chảy lệch về phía bờ sông mà đất bờ sông rất khó xói thì dùng nhóm kè chữ T ngắn. Nếu dòng nớc thúc vào bờ sông đối diện nh ở bờ lõm sông cong, ở bờ đối diện đất tơng đối cứng, có thể chọn phơng án kè chữ T dài, có khi kè chữ T đợc dùng phối hợp với kè thờng (xem hình 7- 13 ). Bố trí kè chữ T phải dựa vào tuyến nắn dòng sao cho phối hợp đều với bờ sông đã phòng hộ, phần đầu kè phải nằm trên đờng cong trơn (tức tuyến uốn nắn dòng), độ cong của nó phải nhỏ hơn độ cong đờng bờ sông. Kè chữ T không ngập thờng làm thuận dòng, kè T ngập có thể làm ngợc dòng nớc. 7.2.3. Tính kích thớc bình diện công trình điều tiết a. Tính kè hớng dòng Tính kích thớc bình diện kè hớng dòng thờng có 3 phơng pháp sau đây: Phơng pháp Bônđacôp: Trớc tiên theo bảng 7- 5 quyết định hình thức kè hớng dòng trên bình diện. Bảng 7- 5 Đặc tính dòng sông Kiểu kè hớng dòng Bờ phải Bờ trái Chiều rộng Khi lu lợng Dòng chảy thẳng Cong Thẳng hai bên không bằng nhau bãi phải tơng đối lớn Bờ phải lồi, bờ trái lõm Cong Thẳng Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng Thẳng Khi lu lợng bãi trái tơng đối lớn Dòng chảy thẳng Thẳng Cong Bờ phải lồi, bờ trái lõm Thẳng Thẳng cắm trong lòng Bờ trái lồi, bờ phảI lõm Thẳng Cong Chiều rộng hai bên bãi bằng nhau Dòng chảy thẳng Cong Cong Bờ phải lồi, bờ trái lõm Cong Thẳng cắm trong lòng Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng cong Bãi một bên Dòng chảy thẳng Cong Bờ phải lồi, bờ trái lõm Cong Bờ trái lồi, bờ phải lõm Thẳng cắm trong lòng Chú thích: Chiều dài kè thẳng hay phần đoạn thẳng cắm vào kè cong phía thợng lu bằng1/2 toàn chiều dài khẩu độ cầu, phía hạ lu bằng 1/4 toàn chiều khẩu độ cầu, ngoài ra còn căn cứ vào thực địa để điều chỉnh. Nếu một bên là bãi, bán kính chủ yếu của kè hớng dòng cong là: R = L o (7-21) trong đó: L o : khẩu độ giả định, tính đợc từ giả định dới cầu không đào và hệ số xói là 1,1 (lúc ứng dụng có thể dùng khẩu độ thực tế tính toán đợc L o , không cần phải tính theo hệ số xói 1,4 nữa), m; : hệ số, số % lu lợng chảy qua bộ phận cầu ở trạng thái thiên nhiên, so với tổng lu lợng (xem bảng 7- 6). Khi bãi hai bờ không đối xứng Kích thớc bình diện của kè hớng dòng dựa vào tỷ số lu lợng giữa hai bãi. Bán kính kè hớng dòng cong phía thợng lu tính theo công thức sau: R = L o (7-22) Còn kè hớng dòng thẳng, hình chiếu của nó trên trục dòng nớc chảy là: A = L o (7-23) trong đó: , : hệ số tra bảng 7- 4; . cây Đ 7 .2. Công trình điều tiết bảo vệ cầu 7 .2. 1. Khái niệm ban đầu Công trình điều tiết là một bộ phận rất quan trọng trong thiết kế cầu. Tác dụng của nó là làm cho nớc chảy vào cầu đợc thông. và công dụng của nó Thiết kế công trình điều tiết cần phải dựa vào loại dòng sông, địa mạo, đặc trng thuỷ văn và cả tình hình tuyến đờng ở khu vực vị trí cầu. Sau đây sẽ giới thiệu loại công. dòng. - Công trình điều tiết kiểu ngập: dùng để điều tiết dòng nớc có mực nớc trung bình, nh kè chữ T ngập nớc và các loại công trình thấm nớc khác nhau. 7 .2. 2. Chọn hình dạng chung công trình