o o X X YY 2 cos (7 -38) trong đó: oo KRX 2 ; oo RKY 2 2 tgK R o - Bán kính đoạn cong, có thể dùng lớn hơn bán kính của dòng sông thiên nhiên. Theo kinh nghiệm R o dùng bằng 5 - 8 lần chiều rộng ổn định, không nhỏ hơn 3 lần mà tối đa không vợt quá 20 lần. Toạ độ đờng cong xác định rồi có thể vẽ đờng hớng dòng. Cũng cần chú ý là khi bố trí công trình điều tiết thuận với xu thế dòng sông thiên nhiên mà không đụng chạm đến lòng sông, thì ảnh hởng tới sự biến hoá của dòng sông tơng đối ít, khi đó có thể không cần tính đờng hớng dòng. Theo kinh nghiệm đờng hớng dòng thiết kế theo đờng cong trơn thì không những giản đơn mà còn phù hợp với thực tế khách quan. Các bớc thiết kế đờng hớng dòng. - Xác định khởi điểm đoạn hớng dòng; - Đối chiếu với xu thế dòng sông kết hợp với hớng nớc ở mức nớc hớng dòng, định đờng biên hớng dòng bình diện; - Khi cần thiết phải tiến hành chỉnh lý dòng sông, chiều rộng sông hớng dòng phải thoả mãn điều kiện chiều rộng ổn định của sông; - Bố trí bình diện công trình điều tiết, xác định đoạn phòng hộ và gia cố. 7.3.4. Lựa chọn và bố trí kè a. Chọn mực nớc hớng dòng Mực nớc hớng dòng sẽ quyết định theo tình hình dòng nớc và hình dạng đoạn cầu đợc bảo vệ. Căn cứ vào đờng hớng dòng đã xác định theo mức nớc hớng dòng mà tiến hành bố trí bình diện công trình điều tiết, đồng thời chọn loại kè, tác dụng của các loại kè. Kè thấp: Bố trí kè thấp nói chung chỉ để phòng xói ta luy nền đờng và cơ sở các công trình phòng hộ hoặc chỉnh trị dòng sông ở mực nớc thấp. Kè thấp thắt dòng nớc ít nên hay dùng ở đoạn sông lòng hẹp. Kè thấp còn làm cho dòng nớc chảy hỗn loạn, đẩy dòng nớc khỏi chân ta luy, làm bồi tích chỗ lòng cầu nên thông thờng xây ở chỗ lòng thấp bằng với lòng sông và theo hình thức kè chữ T. Kè mực nớc trung: Có tác dụng chống dòng nớc từ mực nớc trung trở xuống xói vào bờ, so với kè thấp tác dụng hớng dòng lớn hơn. Dòng sông miền núi do mức nớc cao và lòng sông hẹp thờng dùng kè ở mức trung để tránh thắt hẹp lòng sông quá nhiều. Do lu lợng ở mức nớc trung thờng là lu lợng tạo A xo xo yo o y x B Hình 7 -25 lòng nên khi chỉnh trị dòng sông, kè mực nớc trung đợc coi là công cụ chủ yếu để ổn định dòng sông. Gây bồi tích nhanh thành bờ sông mới. Kè mực nớc trung có thể làm thuận hớng hoặc ngợc với dòng nớc. Kè mực nớc cao hay kè không ngập, tác dụng chủ yếu là hớng dòng nớc cách xa tuyến đờng đề phòng nớc lũ uy hiếp nền đờng. Khi tuyến đờng sát lòng sông, kè mực nớc cao còn có tác dụng nh kè mực nớc thấp. Do nó chiếm diện tích lòng sông tơng đối nhiều đặc biệt khi dùng ở sông miền núi lòng hẹp, cần kết hợp địa hình địa chất đã tác động hình thức kè, thông thờng không nên làm quá dài mà nên làm kè chữ T ngắn hoặc kè thuận. b. Lựa chọn công trình điều tiết đơn hoặc tổng hợp. Quyết định công trình điều tiết loại đơn hay tổng hợp chủ yếu là do tính chất dòng nớc nơi đó mà điều kiện địa hình địa chất. Thông thờng hệ thống điều tiết là một tập hợp nhiều loại chỉ khi nào đoạn cầu phòng hộ tơng đối ngắn, địa hình dòng sông biến đổi ít, tính chất dòng nớc không phức tạp mới dùng loại đơn. Ưu khuyết điểm của kè chữ T và kè thuận xem bảng sau: Bảng 7 - 15 Loại kè Ưu Khuyết Kè thuận 1-Dòng nớc trớc kè thẳng thuận, không phá hoại đặc trng dòng chảy thiên nhiên, có lợi đối với sông thông thuyền. 2 - Yêu cầu về điều kiện địa chất so với kè chữ T thấp hơn, mà khi hoàn thành lập tức phát huy tác dụng. 3 - Nếu điều kiện địa chất giống nh kè chữ T, thì phòng hộ mặt ta luy và thiết bị phòng xói chân tơng đối ít, đặc biệt khi bố trí kè thuận dọc hồ sông phía lồi. 1-Giá thành cao hơn so với kè chữ T 2-Nếu nh đờng hớng dòng không thích hợp mà cần sửa chữa sẽ gặp khó khăn hơn so với kè chữ T Kè chữ T 1 - Có thể cải tiến hớng dòng nớc và sau một thời gian nớc chảy sẽ tạo thành lòng sông mới 2 - Sửa đổi thiết kế dễ dàng 3 - Nói chung giá thành so với kè thuận thấp hơn 1-Trớc khi hình thành bờ sông mới nớc chảy hỗn loạn thông thuyền khó khăn 2-Do tác dụng nớc dâng thờng gây xói lở dòng sông. 3-Yêu cầu về điều kiện địa chất tơng đối cao c. Bố trí kè chữ T Kè chữ T ngắn - Thiết kế cự ly giữa các kè: Thông thờng cự ly giữa kè là căn cứ vào đờng hớng dòng đã xác định, dùng phơng pháp đồ giải để tìm, nói chung phải bố trí trên bờ lõm dầy hơn bên bờ lồi. Khi tính khối lợng công trình thì đoạn cong lõm của dòng sông miền núi phải dùng 1-2,5 chiều dài kè, ở đoạn thẳng thì 3-4 lần, ở bờ lồi thì 4 - 8 lần. Nếu xác định bằng tính toán thì có thể dùng bằng công thức sau: (xem hình 7 - 26) glll PP cotsincos (7 - 39a) trong đó: l P : chiều dài hữu hiệu của kè, m; : góc kẹp giữa kè chữ T với bờ sông; : góc khuyếch tán khi dòng nớc qua đầu kè, khoảng 5 - 15 o . Trị số l P thờng dùng 2/3 l c , mục đích là để giảm xói cho thuận kè phía dới, bớt đợc tiêu chuẩn phòng hộ và gia cố. Khi l p =2/3 lc thì công thức tính toán là: )cotsin(cos 3 2 g l l c (7 - 39b) Khi xấp xỉ 90 o , lấy bình quân là 9,5 o , thì có thể tính gần đúng. l = 4 lc (7 - 39c) Cũng có thể dùng phơng pháp sau để tính cự ly giữa các kè chữ T: 1 = (12-15)H max cos (7-40) trong đó: H max : chiều sâu lớn nhất chỗ đầu kè ở mực nớc chính từ góc giao giữa dòng nớc với đờng bờ sông thiết kế, m. l l2 l1 lp lc ĐƯờng hƯớng dòng l3 Hình 7 -26 Công thức trên là công thức kinh nghiệm, u điểm nó là xét đợc sự biến đổi của tình hình dòng nớc theo chiều xây chỗ đầu kè, nhng nhợc điểm là quan hệ với chiều dài kè cha rõ ràng. Khi áp dụng, đối với kè dài dùng hệ số phía trớc là 15, khi kè ngắn thì dùng 12. Những điều cần chú ý khi bố trí kè chữ T ngắn: - Khi bố trí cự ly không những chỉ căn cứ vào con số tính toán, cần căn cứ vào đờng hớng dòng kết hợp với hớng nớc chảy và xét tới ảnh hởng có thể phát sinh đối với dòng sông sau khi xây kè, dùng phơng pháp đồ giải để tính cự ly giữa các kè nh hình 7- 26. - Khi bố trí kè thì làm dần từ thợng lu về hạ lu đầu tiên xác định vị trí và chiều dài kè thứ nhất rồi kè thứ 2, thứ 3 v.v - Vì khó xác định đợc góc khuyếch tán dòng nớc của kè thứ nhất, nên cự ly giữa kè thứ nhất và kè thứ hai nên bố trí ngắn một chút, để cho dòng nớc trở lại trạng thái bình thờng đợc nhanh. Cự ly giữa hai kè cuối cùng cũng nên ngắn một chút. - Khi thiết kế chiều dài kè phải xét để mặt cắt dòng nớc không bị thắt hẹp quá nhiều, chiều dài lớn nhất cũng không đợc quá 1/4 chiều rộng ổn định của dòng sông. - Đối với kè chữ T ngập nớc, hợp lý nhất là kiểu ngợc dòng để dòng nớc khi vợt qua đỉnh kè không gây xói lở mãnh liệt cho ta luy phía hạ lu và bờ sông (hình 7 - 27). 100-105 a) Hình 7 - 27 b) 100 -102 c) 90 - 100 HƯớng nƯớc ĐƯờng tim hƯớng dòng Hình 7 -28 Ghi chú: Các góc trong hình vẽ không phải là những trị số kinh nghiệm đã khẳng định, cần linh hoạt áp dụng. - ở những vùng đồng bằng hoặc sông bãi rộng vùng đồi dòng nớc dễ di chuyển, lu tốc và xung lực không lớn thì kè chữ T không ngập nớc cũng cần bố trí kiểu ngợc hớng nớc chảy làm cho bồi tích nhanh chóng hình thành bờ mới, nhng đối với đoạn sông hẹp vùng núi có lu tốc và xung lực lớn thì kè chữ T không ngập cần bố trí kiểu thuận hớng dòng nớc. - Khi bố trí kè không ngập, thì ở đầu kè và gốc kè thờng phát sinh xói lở (nếu là cả hệ thống kè thì kè thứ nhất bị xói mạnh nhất), do đó việc phòng hộ ta luy kè cần phải đặc biệt chú ý. - Lực xung kích của dòng nớc đối với kè và độ dốc ta luy mặt chịu áp lực lớn hay nhỏ, góc hẹp giữa dòng nớc với đờng tim kè to hay nhỏ đều có quan hệ với nhau, nếu hớng nớc chảy thẳng góc với mái ta luy kè thì lực xung kích sẽ lớn nhất. - Nếu dùng kè chữ T để gia cố 2 bờ ở đoạn thẳng hoặc hơi cong thì phải bố trí kiểu đối xứng nh hình (7 - 28). - Góc kè phải cắm chặt vào bờ sông khoảng 3 - 5m, chỗ đầu kè phải căn cứ vào chiều sâu xói mà thiết kế biện pháp phòng hộ. Kè chữ T dài Kè chữ T dài có thể làm cho dòng chảy cũ biến đổi rõ rệt, và làm cho trục động lực dòng nớc hớng sang bờ đối diện. Do vì kè chữ T dài có thể uốn cong dòng nớc nên làm giảm bớt độ dốc của lòng sông (hình 7 - 29). Thiết kế cự ly giữa các kè: Thiết kế cự ly giữa hai đầu kè chữ T dài vẫn phải dùng công thức sau: L = 1 p .cos + 1 p .sin.cotg (7-41) KBll ycP . trong đó: B y : chiều rộng ổn định của sông, m: 2 245 .4 I AnV B P y K: hệ số mỗi con sông có một trị số riêng căn cứ vào đặc điểm sông ngòi, có thể lấy K = 0,5 - 1,0. Hình 7 -29 Vùng không có nứơc Giới hạn nứơc dềnh lP .sincotg L lP cos lP lPsin Dòng nứơc có độ dốc thay đổi T Những điểm cần chú ý khi bố trí kè chữ T dài. - Do vì kè chữ T dài gây ra hiện tợng nớc dềnh, nếu cự ly kè quá lớn thì tác dụng nớc dềnh không tới kè phía trên, cự ly không thể hoàn toàn làm cho dòng nớc bị dâng lên, cho nên ở bờ sông vẫn có khả năng xói do hồi lu. - Vì kè chữ T dài có thể hớng dòng vào bờ đối diện cho nên khi bố trí phải chú ý không để dòng sông phía thợng hạ lu trở nên sâu. d. Bố trí kè thuận Điều kiện xây dựng kè thuận: - Mặt cắt lòng sông nhỏ hẹp, không đợc phép lấn ra quá nhiều. - Khi xây kè rồi khối lợng công trình gia cố phòng hộ bờ sông và mặt dốc vẫn quá lớn. - Điều kiện địa chất không thích hợp cho xây dựng kè chữ T. - Sau khi xây dựng kè trở ngại cho thông thuyền. Nguyên tắc chung khi bố trí kè thuận. - Bố trí kè thuận hớng dòng theo hớng đờng hớng dòng có thể ở bờ lồi, cũng có thể ở bờ lõm nh hình 7 - 30. - Kè thuận phân dòng bố trí nơi hai sông gặp nhau nh hình 7 - 30d, chiều dài cần phải đủ để hớng đợc dòng nớc. - Đầu kè nên chọn ở đoạn quá độ dòng nớc thẳng thuận để tránh xói, góc kè phải cắm chắc vào bờ sông khoảng 3 - 5m. - Điểm cuối của kè thuận phải nối tiếp thành một khối với bờ sông, nhng thông thờng đều thiết kế thành cửa mở để có lợi cho việc bồi lắng. - Đối với kè dài mà điều kiện địa chất tốt có thể làm cửa mở ở giữa chừng, tạo điều kiện bồi lắng phía sau kè. Đập thuận phân dòng Phần đào đi Hình 7 - 30 Đập ngăn c) L Đừơng trục sau hứơng dòng a) d) Đừơng trục sông cũ b) Trục sông mới Sử dụng liên hợp kè thuận và kè ngắn Khi kè thuận thiết kế thành kiểu tràn, cần nghĩ tới việc bố trí kè ngắn ở phía sau để tạo điều kiện bồi lắng và tránh ảnh hởng xói bờ ta luy hoặc bờ sông nh hình 7- 31a Kè ngắn có thể thiết kế thành hai loại tràn nớc hoặc không tràn nớc, loại sau là để dùng khi phòng hộ đoạn tơng đối dài và cột nớc tràn trên đỉnh đập tơng đối lớn nh hình 7- 31b. Cự ly giữa các đập ngăn sẽ quyết định theo tình hình thực tế trên nguyên tắc không làm cho nớc chảy mạnh, khi kè dài quá 200m thì bố trí cự ly giữa đầu kè 0,25l; cự ly giữa là 0,75l (l là chiều dài kè thuận) e. Thiết kế trắc dọc kè Kè chữ T ngập nớc đặc biệt là kè dài thì đỉnh kè phải có một độ dốc dọc khoảng 5 - 10%; để giảm bớt trạng thái hỗn loạn của dòng chảy, tránh thắt hẹp lòng sông nhiều có thể căn cứ vào tình hình cụ thể mà thiết kế trắc dọc kè thành một số độ dốc nh hình 7 -32. H ca o H cao H ca o b) K è tràn nứơc a) K è không tràn nứơc H ình 7 - 31 H ình 7 -32 7.3.5. Thiết kế mặt cắt kè Tuỳ theo vật liệu mà quyết định hình thức kết cấu và kích thớc mặt cắt ngang của kè. Nếu đắp bằng đất, chủ yếu là đất thấm nớc hoặc cây cối thì mặt cắt tơng đối lớn, ta luy tơng đối thoải. Nếu đắp bằng đá xây khan, xây vữa hay bê tông thì mặt cắt sẽ nhỏ, ta luy sẽ dốc. a. Một số mặt cắt kè tham khảo Đ á x â y k h a n h o ặ c v ữ a B Đ á đ ổ B Đ á x ế p k h a n B Đ á x ế p k h an Đ á đ ổ c ) a ) b ) . liệt cho ta luy phía hạ lu và bờ sông (hình 7 - 27). 10 0-1 05 a) Hình 7 - 27 b) 100 -1 02 c) 90 - 100 HƯớng nƯớc ĐƯờng tim hƯớng dòng Hình 7 -2 8 Ghi chú: Các góc trong hình vẽ không phải là những. của lòng sông (hình 7 - 29). Thiết kế cự ly giữa các kè: Thiết kế cự ly giữa hai đầu kè chữ T dài vẫn phải dùng công thức sau: L = 1 p .cos + 1 p .sin.cotg ( 7-4 1) KBll ycP . trong đó:. các kè chữ T: 1 = (1 2-1 5) H max cos ( 7-4 0) trong đó: H max : chiều sâu lớn nhất chỗ đầu kè ở mực nớc chính từ góc giao giữa dòng nớc với đờng bờ sông thiết kế, m. l l2 l1 lp lc ĐƯờng