CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY văn và THỦY lực cầu CỐNG, ĐƯỜNG cấp 3 MIỀN núi tốc độ 60KM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Chương4: I GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ TÍNH TOÁN THUỶ VĂN VÀ THUỶ LỰC CẦU CỐNG Xác đònh lưu lượng tính toán Qp% : Theo qui trình tính toán dòng chảy lũ mưa rào lưu vực nhỏ (F ≤ 100 km2), ta có công thức : Qp% = Ap × α × Hp × F × δ Trong đó: - Qp% : Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p%, m3/s; - p% : Tần số lũ tính toán ,được qui đònh tùy thuộc vào cấp thiết kế đường, theo bảng 30 TCVN 4054-2005: đường cấp III p = 4%; - ϕ : Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 2-1 22TCN 220-95, tùy thuộc vào loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (Hp) diện tích lưu vực (F) - Ap: Mô đun dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế điều kiện chưa xét ảnh hưởng hồ ao, phụ thuộc vào hệ số đặc trưng đòa mạo lòng sông φls , thời gian tập trung nước sườn dốc τ sd vùng mưa (phụ lục 13 TK Đường ÔTô III) - Hp = 122 mm: lưu lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p = 4% Bình Đức Lâm Đồng, khu vực thuộc vùng mưa XVI (phụ lục 22TCN 22095) ; - δ : Hệ số triết giảm lưu lượng hồ ao, đầm lầy Với diện tích ao hồ, đầm lầy chiếm 4%, ta có δ = 0.9(bảng 2-7 22TCN 220-95) - F : diệân tích lưu vực Dựa vào bình đồ ta tìm diện tích lưu vực thực tế theo công thức: F = Fbd × M2 1010 Trong đó: Fbđ : Diện tích lưu vực bình đồ (cm2) M: Hệ số tỉ lệ bình đồ 1010 : Hệ số qui đổi từ cm2 sang km2 Xác đònh thời gian tập trung nước sườn dốc τ s Thời gian tập trung nước sườn dốc τ s , phụ thuộc vào hệ số đặc trưng đòa mạo sườn dốc φsd vùng mưa (Bảng 2-2 22TCN 220-95 ) Vùng mưa: XVI Hệ số φsd xác đònh theo công thức : SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG φsd = ( 1000 × bsd ) GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ 0,6 msd × I sd0,3 × (α × H p )0,4 Trong bsd :Chiều dài trung bình sườn dốc lưu vực, km xác đònh theo công thức: bsd = F 1.8 × ( L + ∑ l) L = chiều dài suối (km) đo từ nơi suối bắt đầu hình thành rõ ràng tới vò trí công trình ∑l = tổng chiều dài suối nhánh (km) có chiều dài lớn 0.75 chiều rộng trung bình sườn dốc lưu vực B, B xác đònh theo công thức sau: Đối với lưu vực có mái dốc: B= F 2× L Đối với lưu vực có mái dốc: B= F L thay hệ số 1.8 0.9 công thức xác đònh bsd msd = 0.2: hệ số đặc trưng nhám sườn dốc với mặt đất thu dọn sạch, gốc cây, không bò cày xới, vùng dân cư nhà cửa không 20%, mặt đá xếp cỏ trung bình Jsd: độ dốc trung bình sườn dốc lưu vực ( 0/00), xác đònh trò số trung bình – hướng nước chảy đại diện cho sườn dốc lưu vực Tính hệ số đòa mạo thủy văn lòng sông φ ls theo công thức : φls = mls × I 1/ ls 1000 × L × F 1/ × (α × H p )1/ L: chiều dài sông (km) mls =7: hệ số đặc trưng nhám lòng sông, với sông đồng ổn đònh, lòng sông sạch, suối nước thường xuyên, chảy điều kiện tương đối thuận lợi Jls : độ dốc lòng sông tính theo 0/00 I ls = h1 × l1 + (h1 + h2 ) × l2 + + (hn −1 + hn ) × ln L2 Trong : SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ h1,h2,…,hn : cao độ điểm gãy khúc trắc dọc so với giao điểm đường l1, l2,…,ln : cự ly điểm gãy khúc Kết tính toán thủy văn thể bảng sau: BẢNG XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶT TRƯNG THỦY VĂN Phương ù Lý Trình án Km 0+714.04 Km 1+811.95 Km 3+438.8 Km 3+817.62 PAI PAII F L Σl bsd Jls Jsd (km2) 0.706 1.35 0.688 (km) 0.877 0.924 0.434 (km) (km) 0.447 0.812 0.881 (‰) 11.14 6.64 49.35 (‰) 135.82 92.94 81.51 8.97 104.38 53.5 53 34.8 3.44 3.234 58.18 145.41 6.98 66.18 96.53 100.27 95.67 102.28 91.61 132.47 118.26 9.2 114.26 74.7 71.57 86.44 130.37 Km 4+400 Km 5+541.87 Km 6+227.9 Km 7+435.03 Km 0+698.28 Km 1+381.88 Km 2+134.79 Km 3+441.19 2.79 0.201 0.28 0.395 0.872 22.799 0.364 0.301 2.72 Km 5+508.38 Km 6+500 Km 7+261.59 5.104 0.707 0.537 SVTH:MAI VĂN QUYỀN 1.803 0.359 0.354 0.326 0.77 7.99 0.254 0.239 1.519 3.312 0.368 0.296 0.96 9.205 0.623 0.73 0.559 0.311 0.439 0.673 0.629 0.737 0.796 0.700 0.705 0.701 1.067 1.008 Trang 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ BẢNG XÁC ĐỊNH THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC φ sd Phương án Lý trình bsd (km) Km 0+714.04 0.44 Km 1+811.95 0.812 Km 3+438.8 0.88 Km 3+817.62 0.559 Km 4+400 0.31 Km 5+541.87 0.43 Km 6+227.9 0.67 Km 7+435.03 0.629 0.73 Km 0+698.28 0.79 Km 1+381.88 PAI PAII Km 2+134.79 0.700 Km 3+441.19 0.995 Km 5+508.38 0.701 1.06 Km 6+500 Km 7+261.59 1.008 Jsd Hp1% msd (‰) (mm) 0.2 135.82 139 0.2 92.94 139 0.2 81.51 139 0.2 104.38 139 0.2 66.18 139 0.2 96.53 139 0.2 100.27 139 0.2 95.67 139 0.2 102.28 139 0.2 91.61 139 0.2 132.47 139 0.2 0.2 118.26 114.26 139 139 0.2 86.44 139 0.2 130.37 139 ϕ φ sd Vùng τ sd mưa (phút) 0.857 6.590 0.77 10.981 0.857 11.540 0.772 8.503 0.86 6.543 0.86 7.192 0.86 9.201 0.853 9.002 0.66 10.752 0.86 10.450 0.86 8.653 0.772 11.576 0.762 9.529 0.857 12.719 0.86 10.851 XVI 44.67 XVI 84.91 XVI 87.7 71.54 XVI XVI 44.06 XVI 52.88 XVI 78.4 78 XVI XVI 83.76 XVI 82.25 XVI 73.49 87.88 79.06 XVI XVI XVI 95.99 84.26 XVI BẢNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐỊA MẠO LÒNG SÔNG φ ls Phương Lý trình án PAI F (km ) Km 0+714.04 0.706 Km 1+811.95 1.35 Km 3+438.8 Km 3+817.62 SVTH:MAI VĂN QUYỀN 0.688 2.79 L Hp (km) 0.87 (mm) 0.924 0.43 1.80 mls 139 139 139 139 7 Jls (‰) 11.14 6.64 49.35 8.97 ϕ φ ls 0.857 0.77 18.524 0.857 0.772 5.618 29.802 20.204 Trang 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Km 4+400 0.201 Km 5+541.87 0.28 Km 6+227.9 0.395 Km 7+435.03 0.872 Km 0+698.28 22.799 PAII Km 1+381.88 0.364 Km 2+134.79 0.301 Km 3+441.19 2.72 Km 5+508.38 5.104 Km 6+500 Km 7+261.59 0.707 0.537 0.359 0.354 0.326 0.77 7.99 0.254 0.239 1.51 3.31 0.36 0.296 139 139 139 139 139 7 139 139 139 139 139 139 7 53.5 53 34.8 3.44 3.234 58.18 145.41 6.98 9.2 74.7 71.57 0.86 6.133 0.86 5.588 0.86 5.437 0.853 22.852 0.66 114.134 0.86 3.642 0.86 2.646 0.772 27.471 0.762 46.828 0.857 0.86 4.121 3.598 XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN DÒNG CHẢY Ap Phương Lý trình án PAI SVTH:MAI VĂN QUYỀN Vùng τ sd φ ls Ap mưa Km 0+714.04 XVI 44.67 18.524 0.153 Km 1+811.95 XVI 84.91 20.204 0.104 Km 3+438.8 XVI 87.7 5.618 0.129 Km 3+817.62 XVI 71.54 29.802 0.101 Km 4+400 XVI 44.06 6.133 0.192 Km 5+541.87 XVI XVI 5.588 5.437 0.181 Km 6+227.9 52.88 78.4 0.144 Trang 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Km 7+435.03 XVI 78 22.852 0.107 Km 0+698.28 XVI 83.76 114.134 0.037 Km 1+381.88 XVI 82.25 3.642 0.146 Km 2+134.79 XVI 73.49 2.646 0.162 Km 3+441.19 XVI 87.88 27.471 0.092 Km 5+508.38 XVI 79.06 46.828 0.074 Km 6+500 XVI 95.99 4.121 0.13 Km 7+261.59 XVI 84.26 3.598 0.143 F δ BẢNG XÁC ĐỊNH Qp Phương Lý trình Ap ϕ án PAI PAII Km 0+714.04 Km 1+811.95 Km 3+438.8 Km 3+817.62 Km 4+400 Km 5+541.87 Km 6+227.9 Km 7+435.03 Km 0+698.28 Km 1+381.88 Km 2+134.79 Km 3+441.19 Km 5+508.38 Km 6+500 SVTH:MAI VĂN QUYỀN 0.153 0.104 0.129 0.101 0.192 0.181 0.144 0.107 0.037 0.146 0.162 0.092 0.074 0.13 0.857 0.778 0.857 0.772 0.868 0.866 0.863 0.853 0.66 0.864 0.866 0.772 0.762 0.857 Hp (mm) (km2) 122 0.706 122 1.35 122 0.688 122 2.79 122 0.201 122 0.28 122 0.395 122 0.872 122 22.799 122 0.364 122 0.301 122 2.72 122 5.104 122 0.707 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 Qp (m3/s) 10.16 11.99 8.35 23.886 3.68 4.82 5.39 8.74 61.131 5.04 4.64 21.212 31.601 8.65 Trang 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Km 7+261.59 0.143 GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ 0.86 122 0.537 0.90 7.25 Từ lưu lượng tính được, ta xác đònh công trình vượt dòng nước theo bảng sau: Phương Lý trình án PAI PAII SVTH:MAI VĂN QUYỀN F Qp Công (km2) (m3/s) trình Km 0+714.04 0.706 10.16 Cống Km 1+811.95 1.35 11.99 Cống Km 3+438.8 0.688 8.35 Cống Km 3+817.62 2.79 23.886 Cầu Km 4+400 0.201 3.68 Cống Km 5+541.87 0.28 4.82 Cống Km 6+227.9 0.395 5.39 Cống Km 7+435.03 0.872 8.74 Cống Km 0+698.28 Km 1+381.88 22.799 0.364 61.131 5.04 Cầu Cống Trang 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG II GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Km 2+134.79 0.301 4.64 Cống Km 3+441.19 2.72 21.212 Cầu Km 5+508.38 5.104 31.601 Cầu Km 6+500 0.707 8.65 Cống Km 7+261.59 0.537 7.25 Cống Tính toán cống: Sau chọn cấu tạo cống, vào lưu lượng tính toán chọn số phương án độ ( dựa theo công thức tra bảng) xác đònh chiều sâu nước dâng H vận tốc nước chảy V Trong phần thiết kế sở, độ cống, H V xác đònh theo bảng cống Dựa vào H mà đònh độ cao đường ( kiểm tra lại độ cao đường thiết kế) Khi đònh độ cao tối thiểu đường phải tuân theo yêu cầu quy đònh như: chiều dày lớp đất đặt đỉnh cống ≥ 0.5m; cao độ mép đường phải cao mực nước dâng ≥ 0.5m Sau bảng thống kê cống phương án: Bảng thống kê cống phương án STT PAI PAII Lý trình Qp Khẩu độ Số Hdâng V (m3/s) (m) lượng (m) (m/s) Km 0+714.04 10.16 2 1.69 2.88 Km 1+811.95 11.99 2 1.86 3.08 Km 3+438.8 8.35 1.75 1.6 2.86 - - - - Km 3+817.62 23.886 Km 4+400 3.68 1.75 1.48 2.71 Km 5+541.87 4.82 1.75 1.74 3.08 Km 6+227.9 5.39 1.75 1.25 2.43 Km 7+435.03 8.74 1.75 1.65 2.93 Km 0+698.28 61.131 - - - - Km 1+381.88 1.68 2.87 SVTH:MAI VĂN QUYỀN 5.04 Trang 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Km 2+134.79 GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ 4.64 1.75 1.71 3.01 Km 3+441.19 21.212 - - - - Km 5+508.38 31.601 - - - - Km 6+500 8.65 1.75 1.64 2.91 Km 7+261.59 7.25 1.75 1.46 2.69 Số lượng cống tuyến PA tuyến Khẩu độ (m) 0.75 1.75 2.0 PA1 PA2 5 Bảng khống chế cao độ đường vò trí đặt cống : STT PAI Lý trình Qp Khẩu độ Số Hdâng Hnền (m3/s) (m) lượng (m) (m) Km 0+714.04 10.16 2 1.69 2.94 Km 1+811.95 11.99 2 1.86 2.94 Km 3+438.8 8.35 1.75 1.6 2.665 - - - - Km 3+817.62 23.886 Km 4+400 3.68 1.75 1.48 2.665 Km 5+541.87 4.82 1.75 1.74 2.665 Km 6+227.9 5.39 1.75 1.75 2.665 Km 7+435.03 8.74 1.75 1.65 2.665 - - - - 1.68 2.9.4 PAII Km 0+698.28 61.131 Km 1+381.88 5.04 SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Km 2+134.79 GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ 4.64 1.75 1.71 2.665 Km 3+441.19 21.212 - - - - Km 5+508.38 31.601 - - - - Km 6+500 8.65 1.75 1.64 2.665 Km 7+261.59 7.25 1.75 1.46 2.665 III.Tính toán độ cầu nhỏ : Đối với phương án I Km3+817.62 phương án II Km0+698.01 ,Km 3+441.19 Km5+508.39 có lưu lượng lớn nên để đảm bảo thoát nước ta kiến nghò sử dụng cầu nhỏ vò trí Lưu lượng thiết kế Phương án Lý trình Lưu lượng thiết kế Q(m3/s) PA I Km3+817.62 23.886 Km 0+698.28 61.131 Km 3+441.19 21.212 Km 5+508.38 31.601 PAII Lòng suối cầu gia cố xử lý sau : lòng suối san phẳng tạo mặt cắt ngang thoát nước có dạng hình thang, mái ta luy 1:1.5 Trong thi công dòng chảy dẫn tạm khu vực cầu nhờ kênh đào công vụ Lòng suối cầu dự kiến gia cố đá lát cỡ 20cm có tốc độ xói cho phép V ox = 3.5m/s Bề rộng lòng suối sau xử lý 10m ( Không có số liệu đòa mạo thủy văn lòng suối để minh họa cho tính toán ta giả thiết lòng suối chưa gia cố có tiết diện hình thang gần giống gia cố tức có bề rộng đáy 10m, ta luy :1.5 độ dốc vò trí cầu 0.014 độ nhám lòng suối n = 0.05 ứng với đáy suối có lớp phủ thực vật có dòng chảy theo chu kì) Hình 5.1 Mặt cắt lòng sông - Chu vi ướt: SVTH:MAI VĂN QUYỀN χ = b+h ( + m12 + + m 22 ) Trang 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG - Diện tích ướt: GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ ω = b.h + ( m1 + m ) h2 Với m1 m2 hệ số mái dốc bờ trái bờ phải bờ, b bề rộng đáy suối h chiều sâu mực nước Xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên hδ : • Phương pháp xác đònh hδ: Ta giả thiết chiều sâu dòng chảy h => tính lưu lượng Q ng với: h1 (m) => Q1 (m3/s) h2 (m) => Q2(m3/s) h3 (m) => Q3 (m3/s) Xác đònh lưu lượng Q tương ứng với h theo phương pháp thử dần (trang 68 sách thiết kế cầu cống nhỏ) sau: Q = ω.V = ω.C R i o Với: C – Hệ số Sêdi C= y ω R ;R = n χ Trong đó: Chọn b = 10m, hệ số mái dốc m1 = m2 = 1.5 Tính y gần theo công thức: Khi 0.1m < R < 1m => y = 1.5 n Khi 1m < R < 3m => y = 1.3 n Và R lớn y = theo Maninh n = 0.05: hệ số nhám dòng sông cầu io: độ dốc tự nhiên dòng sông ω: Diện tích ướt mặt cắt So sánh Q với Qtk sai số ≤ 5% dùng hδ giả đònh, sai số >5% giả đònh lại hδ tính lại từ đầu Bảng xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Km 3+817.62 Km3+441.19 Km 5+508.38 PAII Km 0+698.28 PAI PA Lý trình GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ y C (m) v (m/s) io %o Qc (m3/s) Q_tte (m3/s) Sai số % 0.85 0.95 0.34 0.34 18.90 19.68 1.65 1.82 8.97 8.97 18.93 24.54 23.89 23.89 20.7 -2.7 14.33 0.99 0.34 19.92 1.88 8.97 26.56 23.89 -11.2 15.54 16.94 14.69 15.05 1.06 1.13 0.29 0.29 20.33 20.70 1.98 2.08 30.76 35.24 23.89 23.89 -28.8 -47.5 2.3 30.94 18.29 1.69 0.29 23.30 1.72 53.31 61.13 12.8 2.4 32.64 18.65 1.75 0.29 23.54 1.77 57.79 61.13 5.5 2.5 34.38 19.01 1.81 0.29 23.76 1.82 62.45 61.13 -2.2 2.6 36.14 19.37 1.87 0.29 23.98 1.86 67.31 61.13 -10.1 2.7 37.94 19.73 1.92 0.29 24.19 1.91 72.35 61.13 -18.3 1.1 1.15 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4 12.82 13.48 14.16 15.54 16.94 12.82 14.16 15.54 16.94 13.97 14.15 14.33 14.69 15.05 13.97 14.33 14.69 15.05 0.92 0.95 0.99 1.06 1.13 0.92 0.99 1.06 1.13 0.34 0.34 0.34 0.29 0.29 0.34 0.34 0.29 0.29 19.43 19.68 19.92 20.33 20.70 19.43 19.92 20.33 20.70 1.56 1.61 1.65 1.75 1.84 1.79 1.90 2.01 2.11 8.97 8.97 3.23 3.23 3.23 3.23 3.23 6.98 6.98 6.98 6.98 6.98 9.2 9.2 9.2 9.2 19.93 21.65 23.43 27.14 31.09 22.88 26.90 31.15 35.69 21.21 21.21 21.21 21.21 21.21 31.60 31.60 31.60 31.60 6.0 -2.0 -10.5 -27.9 -46.5 27.6 14.9 1.4 -12.9 1.5 18.38 15.41 1.19 0.29 21.05 2.21 9.2 40.52 31.60 -28.2 hδ (m) ω (m2) 1.15 χ (m) R (m) 11.50 13.48 13.61 14.15 1.2 14.16 1.3 1.4 Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho hai phương án là: Phương án PA I PAII • hδ (m) Qδ (m3/s) Km3+817.62 1.15 23.886 Km 0+698.28 2.5 61.131 Km 3+441.19 1.15 21.212 Km 5+508.38 1.3 31.601 Lý trình Ta chọn phương án gia cố lòng lạch cầu Gia cố lòng lạch cầu lớp đá xếp khan Dùng loại mố cầu có phần tư nón mố với độ dốc ta luy 1:m = 1:1.0 SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Chiều sâu phân giới hk • Chiều sâu phân giới hk chiều sâu dòng chảy ứng với chế độ nước chảy phân giới (chiều sâu tương ứng với tiết diện dòng chảy có tỷ mặt cắt nhỏ nhất) Với mặt cắt dòng chảy hình thang, chiều sâu phân giới xác đònh theo công thức (10-23) sách thiết kế đường tập 3: hk = Bk − B2k − 4mωk 2m Bk = Trong : g × Q P% ε×α× v k ; ωk = Q P% ε × vk vk = vox : Lưu tốc cho phép không gây xói lở đòa chất đáy suối => vk = 3.5 m/s (gia cố đá lát) ε = 0.9: Hệ số có ¼ nón đất mố cầu ωk: Tiết diện ướt dòng chảy phân giới Bk: Chiều rộng mặt thoáng tiết diện ướt α: Hệ số điều chỉnh động Kôriolit, lấy 1.0 m: Độ dốc taluy nón mố g: gia tốc trọng trường (m/s2) Qtk = Qp% : lưu lượng ứng với tần suất thiết kế (m3/s) Bảng xác đònh chiều sâu phân giới hk Qtk(m3/s) hδ Vk (m/s) g α m PAI Km3+817.62 23.886 1.15 3.5 9.81 1.0 6.072 7.5829 1.76 Km 0+698.28 61.131 2.5 3.5 9.81 1.0 15.54 19.407 1.37 PAII Km 3+441.19 21.212 1.15 3.5 9.81 1.0 5.393 6.734 1.96 Km 5+508.38 31.601 1.3 3.5 9.81 1.0 8.034 10.032 1.55 PA Lý trình Bk ωk hk (m) Xác đònh chế độ chảy cầu Chế độ chảy cầu xác đònh sở so sánh hai giá trò chiều sâu dòng chảy tự nhiên chiều sâu dòng chảy phân giới SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ hδ < 1.3hk: Chảy tự hδ > 1.3hk: Chảy ngập Bảng xác đònh chế độ chảy cầu PA Lý trình hδ hk 1.3hk Chế độ chảy PAI Km3+817.62 1.15 1.76 2.288 Chảy tự Km 0+698.28 2.5 1.37 1.781 Chảy ngập Km 3+441.19 1.15 1.96 2.548 Chảy tự Km 5+508.38 1.3 1.55 2.015 Chảy tự PAII • Tính độ cầu Chế độ chảy ngập Khẩu độ cầu : L c = btb + mh δ + Nd = Trong đó: Q tk + mh δ + Nd ε × h δ × vc N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ nhòp nên => N=0) d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ có mố nên => d=0) btb = Q tk ε × h δ × vc Qtk: Lưu lượng thiết kế (m3/s) ε: m: Hệ số thu hẹp mố trụ, lấy 0.9 có ¼ nón mố Độ dốc mái ta luy nón mố, m = 1.0 Vcp: Lưu tốc cho phép cầu, ta có Vcp = 3.5 m/s α: Vậy : Lc = Hệ số điều chỉnh động năng, lấy 1.0 Q tk + mh δ ε × hδ × vc Bảng xác đònh độ cầu PA Lý trình PA II Km 0+698.28 Qtk(m3/s) Vcp(m/s) α 61.131 3.5 ε m Hδ (m) 1.00 0.90 1.0 2.5 Lc (m) 10.26 Chế độ chảy tự : SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Khẩu độ cầu: L c = Bk + Nd = Trong đó: g × Q tk + Nd ε × α × v3k N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ nhòp nên => N=0) d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ có mố nên => d=0) Bk = g × Qtk ε × α × vk3 Qtk: Lưu lượng thiết kế (m3/s) ε: m: Hệ số thu hẹp mố trụ, lấy 0.9 có ¼ nón mố Độ dốc mái ta luy nón mố, m = 1.5 Vcp: Lưu tốc cho phép cầu, ta có Vcp = 3.5 m/s α: Hệ số điều chỉnh động năng, lấy 1.0 Vậy : L c = Bk = g × Q tk ε × α × v3k Bảng xác đònh độ cầu PA Lý trình Qtk(m3/s) Vcp(m/s) α ε m g(KN/m2 Lc (m) PAI Km3+817.62 23.886 3.5 1.00 0.90 1.0 9.81 6.1 Km3+441.19 21.212 3.5 1.00 0.90 1.0 9.81 5.4 Km 5+508.38 31.601 3.5 1.00 0.90 1.0 9.81 8.03 PA II • Xác đònh chiều sâu nước dâng trước cầu Chế độ chảy ngập Chế độ nước chảy cầu chế độ chảy ngập, chiều sâu nước dâng trước cầu xác đònh theo công thức (10-29) cách thiết kế đường tập 3: SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG H = hδ + Trong đó: GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ α × v20 α × v2k − × g × ψ2 × g × ψ2 hδ :Chiều sâu dòng chảy tự nhiên ψ : Hệ số vận tốc Khi có ¼ nón đất mố cầu ψ = 0.9 Vk: Tốc độ nước chảy cầu lấy tốc độ cho phép vật liệu gia cố Vk=3.5m/s V0 : Tốc độ nước chảy thượng lưu ứng với chiều sâu H α : hệ số Kôriolit, α = Đây toán giải lặp, trình tự giải sau: - Giả đònh VH ban đầu - Tính H theo công thức - Tính diện tích ướt ω = LcH-mH2 - Tính lại V’H = Qtk/ω - So sánh VH V’H Bảng xác đònh mực nước dâng trước cầu chế độ chảy ngập α Vk(m/s) g PA II hδ (m) 2.5 Km 2.5 0+698.28 2.5 PA Lý trình 1 3.5 3.5 3.5 ϕ V(m/s) H(m) Lc(m) ω(m2) Qtk(m3/s) V'(m/s) 9.81 0.9 3.000 2.70 11.51 20.16 61.131 3.033 9.81 0.9 3.100 2.67 11.51 20.03 61.131 3.053 9.81 0.9 3.200 2.63 11.51 19.88 61.131 3.074 Chế độ chảy tự Chế độ nước chảy cầu chế độ chảy tự do, chiều sâu nước dâng trước cầu xác đònh theo công thức (10-26) cách thiết kế đường tập 3: α × v20 α × v2k H = hk + − × g × ψ2 × g × ψ2 Trong đó: hδ :Chiều sâu dòng chảy tự nhiên ψ : Hệ số vận tốc Khi có ¼ nón đất mố cầu ψ = 0.9 Vk: Tốc độ nước chảy cầu lấy tốc độ cho phép vật liệu gia cố Vk=3.5m/s V0 : Tốc độ nước chảy thượng lưu ứng với chiều sâu H α : hệ số Kôriolit, α = SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Đây toán giải lặp, trình tự giải sau: - Giả đònh VH ban đầu - Tính H theo công thức - Tính diện tích ướt ω = LcH-mH2 - Tính lại V’H = Qtk/ω - So sánh VH V’H Bảng xác đònh mực nước dâng trước cầu chế độ chảy ngập hk (m) 1.76 Km 1.76 3+817.62 1.76 1.96 Km 1.96 3+441.19 1.96 1.55 Km 1.55 5+508.38 1.55 PA II PA I PA Lý trình ϕ V(m/s) H(m) Lc(m) ω(m2) Qtk(m3/s) V'(m/s) α Vk(m/s) g 1 1 1 1 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 4.000 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 3.700 3.800 3.900 1.52 1.37 1.31 1.46 1.40 1.34 1.46 1.41 1.36 6.10 6.10 6.10 5.40 5.40 5.40 8.03 8.03 8.03 5.81 5.54 5.42 4.68 4.62 4.54 8.52 8.35 8.16 23.886 23.886 23.886 21.212 21.212 21.212 31.601 31.601 31.601 4.110 4.315 4.406 4.530 4.593 4.669 3.707 3.785 3.872 Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu ứng với phương án PA Lý trình H (m) PA I Km3+817.62 1.31 Km 0+698.28 2.7 Km 3+441.19 1.4 Km 5+508.38 1.46 PAII • Tính chiều dài cầu, cao độ mặt cầu cao độ tối thiểu đường vào đầu cầu  Tính cao độ tối thiểu mặt cầu so đáy sông: Hcầu =0.88 × H + ∆ + C SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Trong đó: C: chiều cao cấu tạo hệ mặt cầu, chọn C = 1.2m 0.88 × H: chiều cao nước chảy cầu ∆: tónh không cầu, phụ thuộc vào đặc điểm yêu cầu thông thuyền sông Ta có bảng tính kết sau: Lý trình C ∆ H PAI Km3+817.62 1.2 1.31 1.153 3.4 Km 0+698.28 1.2 2.7 2.376 4.6 Km 3+441.19 1.2 1.4 1.232 3.4 Km 5+508.38 1.2 1.46 1.285 3.5 PAII  0.88 × H Hcầu (m) PA Chiều dài cầu: Chiều rộng đáy tiết diện hình thang b Khi đáy lớn L c ; chiều cao hk ; taluy nón mố 1:m = 1:1.0 Suy b = Lc - 2.m.hk Chiều dài toàn cầu: L = b + 2.m.Hc Ta có kết tính theo bảng sau: PA Lý trình Lc hk m b Hc L (m) PA I Km3+817.62 6.1 1.76 1.0 2.58 3.4 10 10.26 1.37 1.0 7.52 4.6 17 Km 0+698.28 PAII  Km 3+441.19 5.4 1.96 1.0 1.48 3.4 Km 5+508.38 8.03 1.55 1.0 4.93 3.5 12 Cao độ tối thiểu đường vào đầu cầu so đáy sông Cao độ tối thiểu đường đầu cầu xác đònh theo công thức sau: Hn = maxH + 0.5m ; H + Σhmd SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Trong đó: H: Chiều cao nước dâng trước cầu Σhmd : chiều dày kết cấu mặt đường, Σhmd = 0.74m Ta có kết tính theo bảng sau: Cao độ tối thiểu đường đầu cầu Lý trình H Km3+817.62 1.31 1.81 2.05 2.05 Km 0+698.28 2.7 3.2 3.44 3.44 Km 3+441.19 1.4 1.9 2.14 2.14 Km 5+508.38 1.46 1.96 2.2 2.2 PA PA I PAII H + 0.5 H + Σhmd Hnền (m) IV RÃNH BIÊN VÀ RÃNH ĐỈNH : Rãnh biên : Rãnh biên làm để thoát nước mưa từ mặt đường, lề đường, diện tích bên dành cho đường Rãnh biên có tác dụng làm cho đường khô đảm bảo cường độ mặt đường ổn đònh mưa Kích thước rãnh biên điều kiện bình thường thiết kế theo cấu tạo mà không yêu cầu tính toán thủy lực Chỉ trường hợp rãnh biên để thoát nước từ mặt đường diện tích đất dành cho đường mà để thoát nước từ diện tích lưu vực hai bên đường rãnh phải tính toán thủy lực Sử dụng rãnh tiết diện hình thang có chiều rộng đáy lòng 0.4m, chiều sâu tối thiểu tới mặt đất tự nhiên 0.3m Ta luy rãnh đường đào có độ dốc theo cấu tạo đòa chất ; đắp :1.5 đến :3 Rãnh không nên sâu 0.8m, sâu phải làm rãnh đỉnh để không cho nước từ sườn lưu vực chảy rãnh dọc Độ dốc lòng rãnh không nên nhỏ 0.5% Rãnh đỉnh : Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ đường lớn chiều cao taluy đào từ 12m trở lên phải bố trí rãnh đỉnh để đón nước chảy phía đường dẫn nước công trình thoát nước, sông suối hay chỗ trũng cạnh đường, không cho phép nươc đổ trực tiếp xuống rãnh biên Chiều rộng đáy rãnh tối thiểu 0.5m bờ rãnh taluy :1.5 chiều sâu rãnh xác đònh theo tính toán thủy lực không sâu 1.5m Bố trí rãnh đỉnh, rãnh biên : SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Cần phải liên hệ chặt chẽ với bình đồ, trắc dọc, trắc ngang tuyến đường với điều kiện đòa hình, đòa chất, khí hậu thủy văn dọc tuyến SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 62 [...]... 1 .4 12.82 13 .48 14. 16 15. 54 16. 94 12.82 14. 16 15. 54 16. 94 13. 97 14. 15 14. 33 14. 69 15.05 13. 97 14. 33 14. 69 15.05 0.92 0.95 0.99 1.06 1. 13 0.92 0.99 1.06 1. 13 0. 34 0. 34 0. 34 0.29 0.29 0. 34 0. 34 0.29 0.29 19 . 43 19.68 19.92 20 .33 20.70 19 . 43 19.92 20 .33 20.70 1.56 1.61 1.65 1.75 1. 84 1.79 1.90 2.01 2.11 8.97 8.97 3. 23 4 3. 23 4 3. 23 4 3. 23 4 3. 23 4 6.98 6.98 6.98 6.98 6.98 9.2 9.2 9.2 9.2 19. 93 21.65 23 . 43 ... 4. 700 3. 700 3. 800 3. 900 1.52 1 .37 1 .31 1 .46 1 .40 1. 34 1 .46 1 .41 1 .36 6.10 6.10 6.10 5 .40 5 .40 5 .40 8. 03 8. 03 8. 03 5.81 5. 54 5 .42 4. 68 4. 62 4. 54 8.52 8 .35 8.16 23. 886 23. 886 23. 886 21.212 21.212 21.212 31 .601 31 .601 31 .601 4. 110 4. 31 5 4. 406 4. 530 4. 5 93 4. 669 3. 707 3. 785 3. 872 Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu ứng với phương án PA Lý trình H (m) PA I Km3+817.62 1 .31 Km 0+698.28 2.7 Km 3 +44 1.19 1 .4 Km... 15. 54 16. 94 14. 69 15.05 1.06 1. 13 0.29 0.29 20 .33 20.70 1.98 2.08 30 .76 35 . 24 23. 89 23. 89 -28.8 -47 .5 2 .3 30. 94 18.29 1.69 0.29 23. 30 1.72 53. 31 61. 13 12.8 2 .4 32 . 64 18.65 1.75 0.29 23. 54 1.77 57.79 61. 13 5.5 2.5 34 . 38 19.01 1.81 0.29 23. 76 1.82 62 .45 61. 13 -2.2 2.6 36 . 14 19 .37 1.87 0.29 23. 98 1.86 67 .31 61. 13 -10.1 2.7 37 . 94 19. 73 1.92 0.29 24. 19 1.91 72 .35 61. 13 -18 .3 1.1 1.15 1.2 1 .3 1 .4 1.1 1.2 1 .3. .. lại hδ và tính lại từ đầu Bảng xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Km 3+ 817.62 Km3 +44 1.19 Km 5+508 .38 PAII Km 0+698.28 PAI PA Lý trình GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ y C (m) v (m/s) io %o Qc (m3/s) Q_tte (m3/s) Sai số % 0.85 0.95 0. 34 0. 34 18.90 19.68 1.65 1.82 8.97 8.97 18. 93 24. 54 23. 89 23. 89 20.7 -2.7 14. 33 0.99 0. 34 19.92 1.88 8.97 26.56 23. 89... trước cầu Σhmd : chiều dày kết cấu mặt đường, Σhmd = 0.74m Ta có kết quả tính theo bảng sau: Cao độ tối thiểu nền đường đầu cầu Lý trình H Km3+817.62 1 .31 1.81 2.05 2.05 Km 0+698.28 2.7 3. 2 3 .44 3 .44 Km 3 +44 1.19 1 .4 1.9 2. 14 2. 14 Km 5+508 .38 1 .46 1.96 2.2 2.2 PA PA I PAII H + 0.5 H + Σhmd Hnền (m) IV RÃNH BIÊN VÀ RÃNH ĐỈNH : Rãnh biên : Rãnh biên làm để thoát nước khi mưa từ mặt đường, lề đường, và diện... m b Hc L (m) PA I Km3+817.62 6.1 1.76 1.0 2.58 3 .4 10 10.26 1 .37 1.0 7.52 4. 6 17 Km 0+698.28 PAII  Km 3 +44 1.19 5 .4 1.96 1.0 1 .48 3 .4 9 Km 5+508 .38 8. 03 1.55 1.0 4. 93 3.5 12 Cao độ tối thiểu nền đường vào đầu cầu so đáy sông Cao độ tối thiểu của nền đường đầu cầu được xác đònh theo công thức sau: Hn = maxH + 0.5m ; H + Σhmd SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN... 21.65 23 . 43 27. 14 31 .09 22.88 26.90 31 .15 35 .69 21.21 21.21 21.21 21.21 21.21 31 .60 31 .60 31 .60 31 .60 6.0 -2.0 -10.5 -27.9 -46 .5 27.6 14. 9 1 .4 -12.9 1.5 18 .38 15 .41 1.19 0.29 21.05 2.21 9.2 40 .52 31 .60 -28.2 hδ (m) ω (m2) 1 1.15 χ (m) R (m) 11.50 13 .48 13. 61 14. 15 1.2 14. 16 1 .3 1 .4 Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho hai phương án là: Phương án PA I PAII • hδ (m) Qδ (m3/s) Km3+817.62 1.15 23. 886 Km 0+698.28... VH và V’H Bảng xác đònh mực nước dâng trước cầu ở chế độ chảy ngập hk (m) 1.76 Km 1.76 3+ 817.62 1.76 1.96 Km 1.96 3 +44 1.19 1.96 1.55 Km 1.55 5+508 .38 1.55 PA II PA I PA Lý trình ϕ V(m/s) H(m) Lc(m) ω(m2) Qtk(m3/s) V'(m/s) α Vk(m/s) g 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 3. 5 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 9.81 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 4. 000 4. 30 0 4. 400 4. 500 4. 600 4. 700... taluy nón mố g: gia tốc trọng trường (m/s2) Qtk = Qp% : lưu lượng ứng với tần suất thiết kế (m3/s) Bảng xác đònh chiều sâu phân giới hk Qtk(m3/s) hδ Vk (m/s) g α m PAI Km3+817.62 23. 886 1.15 3. 5 9.81 1 1.0 6.072 7.5829 1.76 Km 0+698.28 61. 131 2.5 3. 5 9.81 1 1.0 15. 54 19 .40 7 1 .37 PAII Km 3 +44 1.19 21.212 1.15 3. 5 9.81 1 1.0 5 .39 3 6.7 34 1.96 Km 5+508 .38 31 .601 1 .3 3.5 9.81 1 1.0 8.0 34 10. 032 1.55 PA Lý trình... 5+508 .38 1 .46 PAII • Tính chiều dài cầu, cao độ mặt cầu và cao độ tối thiểu đường vào đầu cầu  Tính cao độ tối thiểu của mặt cầu so đáy sông: Hcầu =0.88 × H + ∆ + C SVTH:MAI VĂN QUYỀN Trang 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th PHAN TÔ ANH VŨ Trong đó: C: chiều cao cấu tạo của hệ mặt cầu, chọn C = 1.2m 0.88 × H: chiều cao nước chảy dưới cầu ∆: tónh không dưới cầu, phụ thuộc vào đặc điểm và yêu cầu