CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THỦY LỰC - THỦY VĂN CẦU CỐNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THUỶ VĂN VÀ THUỶ LỰC CẦU CỐNG Trong xây dựng đường ô tô, việc thoát nước đóng vai trò quan trọng, bao gồm thoát nước mặt đường, đường, thoát nước ngầm Để việc thoát nước tốt, cần phải xây dựng hệ thống thoát nước bao gồm hàng loạt công trình biện pháp kó thuật đảm bảo cho nền, mặt đường không bò ẩm ướt Các công trình có tác dụng tập trung thoát nước đường, ngăn chặn không cho nguồn nước chảy thấm đến khu vực tác dụng đường, đảm bảo đất ổn đònh, kết cấu mặt đường đảm bảo ổn đònh cường độ Tuyến đường chạy chủ yếu qua vùng đòa hình vùng đồi, điều kiện đòa chất thuỷ văn ổn đònh, mực nước ngầm nằm sâu so với đường nên không ảnh hưởng tới kết cấu - mặt đường Trên tuyến này, hệ thống thoát nước chủ yếu bố trí để thoát nước mặt, bao gồm nước mưa, nước suối, mương, khe tập trung Lưu lượng nước tính dựa yếu tố : - Diện tích lưu vực - Đặc trưng dòng chảy - Đặc điểm lưu vực yếu tố khí hậu - thuỷ văn I Xác đònh đặc trưng thuỷ văn : Diện tích lưu vực F (Km2) : Dựa vào hình dạng đường đồng mức bình đồ, ta tìm đường phân thuỷ giới hạn lưu vực nước chảy vào tuyến đường Chia lưu vực thành hình đơn giản để tính diện tích lưu vực đồ đòa hình (F bđ), từ tìm diện tích lưu vực thực tế theo công thức sau : F = Fbd × M2 ( Km ) 10 10 Trong : + Fbđ : Diện tích lưu vực đồ ( cm2) + M = 10000 : Hệ số tỷ lệ đồ + 1010 : Hệ số đổi từ cm2 Km2 Chiều dài lòng sông L (Km) : Chiều dài lòng sông xác đònh sau : SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH M (Km) 105 Trong : + Lbđ : chiều dài lòng sông bình đồ + 105 : hệ số đổi từ cm Km L = L bd × Chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực : bsd = 1000F (m) 1.8 ( L+∑ l ) Trong : + F : diện tích lưu vực + L : chiều dài lòng suối + ∑l : tổng chiều dài lòng suối nhánh (chỉ tính suối nhánh thể bình đồ có chiều dài lớn 0.75 chiều rộng bình quân B lưu vực) Chiều rộng B tính sau : • Đối với lưu vực có sườn : B = F/2L (Km) Đối với lưu vực có sườn : B = F/L (Km) thay hệ số 1.8 0.9 • công thức xác đònh bsd Độ dốc trung bình dòng suối I1s (‰) : I1 = h1l1 + (h + h2)l2 + + (hn −1 + hn )ln L2 Trong : h1,h2,…,hn Độ cao điểm gãy khúc trắc dọc lòng sông l1,l2, ,ln Cự ly điểm gãy Độ dốc trung bình sườn dốc Isd (‰) :Được xác đònh trò số trung bình – hướng nước chảy đại diện cho sườn dốc lưu vực II Xác đònh lưu lượng tính toán : Theo quy trình tính toán dòng chảy lũ (tiêu chuẩn 22TCN 220-95) lưu vực nhỏ có diện tích < 100 Km2 Thì lưu lượng tính toán xác đònh theo công thức : Qp% = Ap × α × Hp × F × δ Trong : + Ap : Mun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế chọn phụ thuộc vào đòa mạo thuỷ văn φls , thời gian tập trung dòng chảy sườn dốc τsd ,vùng mưa (Tra phụ lục 13) + Hp% : Lưu lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p % Đồng Nai, khu vực thuộc vùng mưa XVIII (phụ lục 15 TKĐÔTÔ3) ; H1% = 145 mm H4% = 129 mm + δ : Hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ ao hồ, rừng lưu vực Với diện tích ao hồ, đầm lầy chiếm 6%, ta có δ = 0.65(bảng 9-5 TKĐÔTÔ3) SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH + F : Diện tích lưu vực + α : hệ số dòng chảy lũ lấy bảng (9.7) tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo khu vực có lượng mưa (ngày) thiết kế (Hp) diện tích lưu vực F Xác đònh thời gian tập trung nước sườn dốc τs : Thời gian tập trung nước sườn dốc τs xác đònh theo phụ lục 14 phụ thuộc vào hệ số đòa mạo thuỷ văn φsd vùng mưa φsd xác đònh theo công thức : φsd = ( 1000 × b ) 0,6 sd 0,3 m sd × I sd × (α × H1% )0,4 Trong bsd : Chiều dài trung bình sườn dốc lưu vực( km ) msd = 0.25: Theo bảng – :mặt đất thu dọn sạch, gốc cây, không bò cày xới, vùng dân cư nhà cửa không 20%, mặt đá xếp cỏ thưa Isd: Độ dốc trung bình sườn dốc lưu vực (0/00) Vùng tuyến thiết kế có đất cấp III Xác đònh hệ số đòa mạo thuỷ văn фls lòng suối : 1000 × L φls = m ls × I1/3 × F1/ × (α × H1% )1/ ls Trong : mls : Hệ số đặc trưng nhám lòng suối, phụ thuộc vào tình hình sông suối lưu vực Lấy theo bảng 9-10: m = : suối nước thường xuyên, mưa lũ dòng nước theo nhiều sỏi cuội, bùn cát, lòng suối mọc cỏ Ils : Dộ dốc lòng suối (%0) L : Chiều dài lòng suối (Km) Xác đònh trò số Ap% : Mô đun dòng chảy lũ Ap% xác đònh cách tra phụ lục 13, tuỳ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy sườn dốc τs hệ số đòa mạo thuỷ văn фls Suy Qp% = Ap × α × Hp × F × δ Kết tính toán thủy văn thể bảng sau: Bảng xác đònh đặc trưng thủy văn Phương F L Σl bsd Ils Isd B (km2) (km) (km) (m) (‰) (‰) (Km) Km:0+400.07 1.281 1.291 551.25 Km: 1+282.52 0.238 0.375 352.59 Lý trình án PAI SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT 7.75 25.7 86.76 - 72.46 Trang 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 2+193.66 0.257 0.512 278.86 Km: 2+749.38 0.3 0.671 248.39 Km: 3+127.35 0.72 0.735 544.22 Km: 3+912.56 Km: 4+696.63 3.249 1.657 1.885 1.335 0.832 664.34 689.55 Km: 5+210.43 0.316 0.381 460.78 Km: 5+666.60 0.142 0.567 139.13 Km: 6+210.61 0.487 0.461 586.89 Km: 6+711.61 Km: 0+236.62 28.538 8.116 9.912 3.237 19.51 3.877 538.86 633.81 Km: 0+999.74 0.879 0.488 1000.68 Km: 1+646.20 0.216 0.687 174.67 Km: 2+152.10 2.594 2.124 0.791 494.38 Km: 2+481.74 0.439 0.943 258.63 Km: 3+11.62 0.269 0.191 782.43 Km: 4+665.19 0.903 0.904 554.94 Km: 5+448.37 0.424 0.411 573.13 Km: 6+338.98 0.455 0.595 424.84 28.3 51.8 12.3 4.29 9.11 21.3 63.1 25.2 0.92 1.11 50.5 45.3 3.21 40.6 20.5 15.5 38.0 13.3 77.72 - 53.8 - 84.26 - 28.92 65.57 0.862 - 43.04 - 69.72 - 59.61 - 27.45 35.49 1.439 1.253 62.42 - 40.81 - 46.95 0.611 46.04 - 74.03 - 55.47 - 57.23 - 72.08 - Bảng xác đònh thời gian tập trung nước φ sd Phươn g bsd Lý trình án PAI msd (m) Km:0+400.07 551.25 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT 0.2 Isd H1% (‰) (mm) 86.76 145 α 0.62 φ sd 7.61 Vùng τ sd mưa (phút) XVIII 52.2 Trang 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 1+282.52 352.59 0.2 72.46 145 0.76 5.69 XVIII 27.83 Km: 2+193.66 278.86 0.2 77.72 145 0.76 4.84 XVIII 22.52 Km: 2+749.38 248.39 0.2 53.8 145 0.75 5.05 XVIII 23.35 Km: 3+127.35 544.22 0.2 84.26 145 0.73 7.15 XVIII 43 Km: 3+912.56 664.34 0.2 28.92 145 0.62 11.87 XVIII 82.81 Km: 4+696.63 689.55 0.2 65.57 145 0.62 9.47 XVIII 74.7 Km: 5+210.43 460.78 0.2 43.04 145 0.75 7.83 XVIII 56.6 Km: 5+666.60 139.13 0.2 69.72 145 0.76 3.28 XVIII 14.24 Km: 6+210.61 586.89 0.2 59.61 145 0.74 8.25 XVIII 62.5 Km: 6+711.61 538.86 0.2 27.45 145 0.55 11.12 XVIII 81.68 Km: 0+236.62 633.81 0.2 35.49 145 0.60 10.97 XVII I 81.46 Km: 0+999.74 1000.6 0.2 62.42 145 0.72 11.34 XVII I 82.01 Km: 1+646.20 174.67 0.2 40.81 145 0.76 4.43 XVII I 21.29 Km: 2+152.10 494.38 0.2 46.95 145 0.62 8.59 XVII I 65.9 Km: 2+481.74 258.63 0.2 46.04 145 0.75 5.44 XVII I 26.08 Km: 3+11.62 782.43 0.2 74.03 145 0.76 9.12 XVII I 71.2 Km: 4+665.19 554.94 0.2 55.47 145 0.72 8.25 XVII I 62.5 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG 573.13 Km: 5+448.37 GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH 0.2 145 57.23 0.75 8.21 XVII I 62.1 Bảng xác đònh đặc trưng đòa mạo lòng sông φ ls α φ ls 7.753 0.629 22.04 25.75 0.762 6.23 145 28.33 0.761 8.09 0.671 145 51.83 0.759 8.34 0.72 0.735 145 12.39 0.736 11.92 Km: 3+912.56 3.249 1.885 145 4.29 0.624 31.12 Km: 4+696.63 1.657 1.335 145 9.11 0.628 20.26 Km: 5+210.43 0.316 0.381 145 21.33 0.758 6.29 Km: 5+666.60 0.142 0.567 145 63.13 0.768 7.93 Km: 6+210.61 0.487 0.461 145 25.22 0.749 6.48 Km: 6+711.61 28.538 9.912 145 0.92 0.558 163.36 Km: 0+236.62 8.116 3.237 145 1.11 0.608 67.16 Km: 0+999.74 0.879 0.488 145 50.51 0.727 4.73 Km: 1+646.20 0.216 0.687 145 45.32 0.764 9.68 Km: 2+152.10 2.594 2.124 145 3.21 0.626 40.84 Km: 2+481.74 0.439 0.943 145 40.69 0.751 11.58 Km: 3+11.62 0.269 0.191 145 20.55 0.761 3.32 Km: 4+665.19 0.903 0.904 145 15.53 0.725 12.89 Km: 5+448.37 0.424 0.411 145 38.01 0.752 5.21 Km: 6+338.98 0.455 0.595 145 13.38 0.75 10.49 Phương Lý trình F L H1% (km2) (km) (mm) Km:0+400.07 1.281 1.291 145 Km: 1+282.52 0.238 0.375 145 Km: 2+193.66 0.257 0.512 Km: 2+749.38 0.3 Km: 3+127.35 án PAI PAII mls Ils (‰) Bảng xác đònh mô đun dòng chảy Ap Phương án PAI Lý trình Km:0+400.07 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Vùng mưa XVIII τ sd φ ls 52.2 22.04 Ap 0.0122 Trang 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 1+282.52 XVIII 27.83 6.23 0.2045 Km: 2+193.66 XVIII 22.52 8.09 0.2172 Km: 2+749.38 XVIII 23.35 8.34 0.2132 Km: 3+127.35 XVIII 43 11.92 0.1352 Km: 3+912.56 XVIII 82.81 31.12 0.0621 Km: 4+696.63 XVIII 74.7 20.26 0.049 Km: 5+210.43 XVIII 56.6 6.29 0.1456 Km: 5+666.60 XVIII 14.24 7.93 0.2991 Km: 6+210.61 XVIII 62.5 6.48 0.1367 Km: 6+711.61 XVIII 81.68 163.36 0.0256 Km: 0+236.62 XVIII 81.46 67.16 0.0521 Km: 0+999.74 XVIII 82.01 4.73 0.1217 Km: 1+646.20 XVIII 21.29 9.68 0.2168 Km: 2+152.10 XVIII 65.9 40.84 0.0812 Km: 2+481.74 XVIII 26.08 11.58 0.1681 Km: 3+11.62 XVIII 71.2 3.32 0.1417 Km: 4+665.19 XVIII 62.5 12.89 0.1036 Km: 5+448.37 XVIII 62.1 5.21 0.1364 Km: 6+338.98 XVIII 34.1 10.49 0.1678 Bảng xác đònh Qp Phương án PAI Lý trình Ap α H4% F (mm) (km2) δ Qp (m3/s) Km:0+400.07 0.0122 0.62 129 1.281 0.65 0.824 Km: 1+282.52 0.2045 0.76 129 0.238 0.65 3.109 Km: 2+193.66 0.2172 0.76 129 0.257 0.65 3.562 Km: 2+749.38 0.2132 0.75 129 0.65 4.071 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT 0.3 Trang 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 3+127.35 0.1352 0.73 129 0.72 0.65 6.007 Km: 3+912.56 0.0621 0.62 129 3.249 0.65 10.557 Km: 4+696.63 0.049 0.62 129 1.657 0.65 4.275 Km: 5+210.43 0.1456 0.75 129 0.316 0.65 2.924 Km: 5+666.60 0.2991 0.76 129 0.142 0.65 2.735 Km: 6+210.61 0.1367 0.74 129 0.487 0.65 4.181 Km: 6+711.61 0.0256 0.55 129 28.538 0.65 34.182 Km: 0+236.62 0.0521 0.60 129 8.116 0.65 21.56 Km: 0+999.74 0.1217 0.72 129 0.879 0.65 6.521 Km: 1+646.20 0.2168 0.76 129 0.216 0.65 2.999 Km: 2+152.10 0.0812 0.62 129 2.594 0.65 11.056 Km: 2+481.74 0.1681 0.75 129 0.439 0.65 4.647 Km: 3+11.62 0.1417 0.76 129 0.269 0.65 2.432 Km: 4+665.19 0.1036 0.72 129 0.903 0.65 5.687 Km: 5+448.37 0.1364 0.75 129 0.424 0.65 3.647 Km: 6+338.98 0.1678 0.75 129 0.455 0.65 4.801 III Tính toán cống: SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Cống cống cấu tạo cống đòa hình Cống cấu tạo dùng để thoát nước cho đoạn rãnh biên dài, tránh ứ đọng nước làm phá hoại đường Theo TCVN 4054-2005 vùng đồng đồi 500 m rãnh biên cần đặt cống cấu tạo Cống đòa hình cống bố trí vò trí có suối Cống đòa hình cống bắt buộc phải đặt vò trí thường xuyên có nước chảy cắt ngang qua đường mà lưu lượng thường nhỏ ≤ 25m3/s Căn 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 đỉnh cống ≥ 0.5m cống làm việc không áp, trường hợp cống có D>2m hay cống làm việc theo chế độ bán áp, có áp khoảng cách tối thiểu m, đặc biệt lưu ý cao độ mép đường điểm đặt cống Bảng thống kê cống phương án: Phương án PAI Lý trình Km:0+400.07 Km: 1+282.52 Km: 2+193.66 Km: 2+749.38 Km: 3+127.35 Km: 3+912.56 Km: 4+696.63 Km: 5+210.43 Km: 5+666.60 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Qp Khẩu độ Q1cống Hdâng V (m3/s) (m) (m3/s) (m) (m/s) 0.824 1x1.0 1.0 Cống tròn 0.9 2.14 3.109 1x1.5 3.3 Cống tròn 1.5 2.84 3.562 1x1.75 3.8 Cống tròn 1.53 2.77 4.071 1x1.75 4.5 Cống tròn 1.68 2.97 6.007 1x2.0 6.1 Cống tròn 1.88 3.11 10.557 2x2.0 5.5 Cống tròn 1.77 2.97 4.275 1x1.75 4.5 Cống tròn 1.68 2.97 2.924 1x1.50 3.0 Cống tròn 1.42 2.73 2.735 1x1.50 3.0 Cống tròn 1.42 2.73 Ghi Trang 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG PAII Km: 6+210.61 Km: 0+236.62 Km: 0+999.74 Km: 1+646.20 Km: 2+152.10 Km: 2+481.74 Km: 3+11.62 Km: 4+665.19 Km: 5+448.37 Km: 6+338.98 GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH 4.181 1x1.75 4.5 Cống tròn 1.68 2.97 21.56 3x3.0 7.5 Cống hộp 3.03 4.18 6.521 1x2.0 6.7 Cống tròn 2.00 3.27 2.999 1x1.50 3.0 Cống tròn 1.42 2.73 11.056 2x2.0 6.0 Cống tròn 1.86 3.08 4.647 1x2.0 4.8 Cống tròn 1.64 2.84 2.432 1x1.50 2.5 Cống tròn 1.28 2.52 5.687 1x2.0 6.0 Cống tròn 1.86 3.08 3.647 1x1.75 3.8 Cống tròn 1.53 2.77 4.801 1x2.0 5.0 Cống tròn 1.67 2.86 IV Thống kê cống : Bảng thống kê cống STT Lý trình Khẩu độ (m) Số lượng PAI Km:0+400.07 1.0 Km: 1+282.52 1.5 Km: 2+193.66 1.75 Km: 2+749.38 1.75 Km: 3+127.35 2.0 Km: 3+912.56 2.0 Km: 4+696.63 1.75 Km: 5+210.43 1.50 Km: 5+666.60 1.50 Km: 6+210.61 1.75 Km: 0+236.62 3.0 2.0 PAII Km: 0+999.74 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 1+646.20 1.50 Km: 2+152.10 2.0 Km: 2+481.74 2.0 Km: 3+11.62 1.50 Km: 4+665.19 2.0 Km: 5+448.37 1.75 Km: 6+338.98 2.0 Số lượng cống tuyến: Khẩu độ (m) 1.5 1.75 PA1 PA2 V Yêu cầu đường:  Độ cao đường : (tối thiểu) Điều kiện 1: Tại vò trí đặt cống cao độ phải lớn mực nước dềnh trước công trình có xét đến chiều cao sóng vỗ khoảng 0.5 m: p% H dk1 = H d + 0.5 H dp% : chiều cao mực nước dâng trước công trình có xét đến chiều cao sóng vỗ ứng với tầng suất thiết kế p% Điều kiện 2: Cao độ đường đỏ vò trí đặt cống phải đảm bảo thiết bò di chuyển cống không làm vỡ cống H KCAD ) H dk2 =∅ + 2∆ + max(0.5m; ∑ δ : Chiều dày cống Trường hợp cao độ đường đỏ vò trí cống bò khống chế hay không đủ chiều dài lớp đất đắp tối thiểu lớp đất đỉnh cống ta xử lý cách thay đổi đường kính cống cách tăng số cống có đường kính nhỏ (dùng cống đôi hay cống 3) hay dùng cống hộp có khả chòu lực tốt Với bề dày kết cấu áo đường 0.58m, cách bố trí cống thỏa yêu cầu cao độ thiết kế đường đỏ cao độ mép vai đường phương án tuyến, đồng thời thỏa mãn cao độ đặt cống với điều kiện làm việc không áp  Chiều dài cống : Phụ thuộc chiều cao đất đắp mặt cắt ngang cụ thể Tính toán xói gia cố sau cống: SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH - Trong trường hợp bố trí công trình thoát nước, dòng chảy bò thu hẹp, dòng nước khỏi cống chảy với vận tốc cao sau công trình Do gây nên xói lở nên ta phải gia cố, yêu cầu đặt phải xác đònh chiều dài đoạn gia cố chiều sâu xói lở : lgc & hxói => Phải thiết kế hạ lưu công trình cống theo tốc độ nước chảy :V = 1.5 × Vo - Chiều dài gia cố Lgc sau cống nên lấy lần độ cống: Lgc = × d - Chiều sâu tường chống xói xác đònh theo công thức ht ≥ hxói + 0.5 hxói : Chiều sâu xói tính toán tính theo công thức b h xoi = 2H b+2.5Lgc Trong : b : Khẩu độ công trình H : Chiều cao mực nước dâng VI Tính toán độ cầu vò trí Km 6+711.61: Đối với phương án I Km:6+711.61 có lưu lượng lớn nên để đảm bảo thoát nước ta kiến nghò sử dụng cầu nhỏ vò trí  Xác đònh lưu lượng thiết kế Phương án Lý trình Lưu lượng thiết kế Q(m3/s) Km: 6+711.61 34.182  Mặt cắt sông vò trí đặt cầu Trong thực tế xác đònh mặt cắt sông phải khảo sát đo đạc thực tế mặt cắt sông vò trí xây dựng cầu Trong phạm vi đồ án số liệu khảo sát thực tế ta giả thiết mặt cắt sông có dạng hình thang Hình: Mặt cắt lòng sông - Chu vi ướt: SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT χ = b + h× ( + m12 + + m 22 ) Trang 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG - Diện tích ướt: GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH 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 sau: Q = ω.V = ω× C × R × i Với: C – Hệ số Sêdi C= ω y R với R = χ n Trong đó: Chọn B = 10 m, hệ số mái dốc m1 = m2 = 1.75 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 P A Lý trình h (m) SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT B (m) ω χ R n C i0 Qδ (m3/s Trang 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH ) Km: 6+711.61 10.0 27 18.06 1.49 0.0 22.4 0.000 22.26 2.5 10.0 35.9 20.08 1.79 0.0 23.6 0.000 34.15 2.55 10.0 36.8 20.28 1.82 0.0 23.3 0.000 34.89 2.6 10.0 37.8 20.48 1.85 0.0 23.8 0.000 36.86 Bảng so sánh giá trò sai số PA Lý trình hδ 2.6 Km: 6+711.61 Qδ 34.8 QP% 34.18 δQ 2% Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho phương án là: Phương án Lý trình hδ (m) Qδ (m3/s) Km: 6+711.61 2.55 34.89  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 = Trong : Bk = Bk − B2k − 4mωk 2m g × Q P% ε × α × v3k ; ωk = Q P% ε × vk vk = vox : Lưu tốc cho phép không gây xói lở đòa chất đáy suối.Với vox= vk = 3.5 m/s (gia cố đá lát) ε = 0.9: Hệ số có ¼ nón đất mố cầu SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH 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) PA Lý trình Km: 6+711.61 hδ 34.182 2.55 Vk (m/s ) g α m 3.5 9.81 1.5 8.69 Bk hk (m) ωk 10.8 1.82  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 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 Km: 6+711.61 2.55 1.82 2.366 Chảy ngập  Tính độ cầu Từ bảng tổng hợp ta nhận thấy cầu chảy chế độ chảy ngập Khẩu độ cầu xác đònh theo công thức: L c = btb + Nd = Trong đó: Q tk + m.h δ + Nd ε × hδ × vc N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ nhòp nên => N=0) d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ có mố nên => d=0) SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG btb = GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Q tk + m.h δ ε × hδ × 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 = 1.5 Vcp: Lưu tốc cho phép cầu, ta có Vcp = 3.5 m/s α: Hệ số điều chỉnh động năng, lấy 1.0 Bảng xác đònh độ cầu g Qp% ε α PA Lý trình (m/s2 (m3/s) ) 34.18 Km: 6+711.61 9.81 0.9 1.0 Ta chọn độ cầu Lc = 10m vk (m/s ) Lc (m) 3.5 8.08  Xác đònh chiều sâu nước dâng trước cầu Chế độ nước chảy cầu chế độ chảy không tự do, chiều sâu nước dâng trước cầu xác đònh theo công thức (10-26) sách thiết kế đường tập 3: H = hδ + α × v 2k × gψ× α × v 02 − g× ψ× Trong đó: hk : chiều sâu phân giới ψ = 0.9 : hệ số vận tốc (khi có ¼ nón đất mố cầu) 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 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG - Tính lại V’H = Qtk/ω - So sánh VH V’H P A Lý trình Km: 6+711.61 GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Bảng xác đònh mực nước dâng hk Vk V H Lc (m) (m/s) (m/s) (m) m) 2.5 3.5 1.5 3.17 10 2.5 3.5 3.07 10 2.5 3.5 2.06 3.05 10 2.5 3.5 2.1 3.04 10 ω ( m2) 16.6 16.5 16.5 16.5 Qtk V' m /s) (m/s) 34.182 2.06 34.182 2.06 34.182 2.06 34.182 2.07 Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu: PA Lý trình H (m) Km: 6+711.61 3.05  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 = 0.88H + ∆ + C Trong đó: C: chiều cao cấu tạo hệ mặt cầu, chọn C = 1.2 m H: chiều cao dâng nước trước cầu ∆: tónh không cầu, phụ thuộc vào đặc điểm yêu cầu thông thuyền sông Ta có bảng tính kết sau: PA Lý trình C ∆ H Hcầu (m) Km: 6+711.61 1.2 0.5 3.05 4.38  Cao độ tối thiểu đường vào đầu cầu so với đáy sông: Cao độ tối thiểu đường đầu cầu xác đònh theo công thức sau: SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Hn = maxH + 0.5m ; H + Σhmd Trong đó: H: Chiều cao nước dâng trước cầu Σhmd : chiều dày kết cấu mặt đường, Σhmd = 0.65m Ta có kết tính theo bảng sau: Cao độ tối thiểu đường đầu cầu VII PA Lý trình H Km: 6+711.61 3.05 H + 0.5 H + Σ hmd 3.55 3.7 Hnền (m) 3.7 Rãnh thoát nước a 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 0.8 m, 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% • Tính toán rãnh biên cho đoạn rãnh dài từ Km: 4+17.02 đến Km:4+476.73 phương án (có chiều dài rãnh lớn nhất) Xác đònh lưu lượng tính toán: Q2 Q1 1:1 5m B SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Đối với đường ô tô thông thường lưu lượng tính toán rãnh thường xác đònh theo công thức sau : Q P = 16.67a P Fδϕα(m / s) +) Tính toán Q1 Q1 = 16.67a 1F1δϕα(m / s) Trong : F – diện tích lưu vực vò trí F = 0.002 km 2, chiều dài lòng L = 0,005 km α – hệ số dòng chảy tra bảng 9.6 – Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế đường ô tô tập α = 0.9 δ - hệ số chiết giảm bờ ao, đầm lầy lấy ϕ - hệ số xác đònh theo bảng 9.11 - Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế đường ô tô tập ϕ = 0.91 a p - cường độ mưa tính toán tính mm/phút, xác đònh ứng với thời gian tập trung nước từ lưu vực rãnh tc xác đònh sau : 18.6bsd 0.4 tc = (công thức 9-23) f (lsd 0.4 )(100m sd )0.4 Trong : bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh sau : bsd = F 1.8 ( ∑ l + L ) = 0,002 = 0, 222km = 222m 1,8(0 + 0,005) isd – độ dốc sườn dốc isd = 0.045 tra bảng ta có : 18.6 [ f (isd )] 0.4 = 15, 22 msd – hệ số nhám sườn dốc lấy msd = 0.25 0,4 18.6bsd 0.4  222  = 15, 22  Vậy ta có : t c = ÷ = 36, 46 phút 0.4 0.4 f (lsd )(100msd )  100 × 0, 25  Khi : a p = ψH p tc = 0, 469.145 = 1,865 36, 46 Vậy giá trò lưu lượng tính toán có : Q1 = 16.67a1F1δϕα = 16,67 × 1,865 × 0,002 × × 0,91 × 0,9 = 0,051m / s SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH +) Tính toán Q2 Q = 16.67a 2F2δϕα(m / s) Trong : F – diện tích lưu vực vò trí F = 0.003 km 2, chiều dài lòng L = 0,006 km α – hệ số dòng chảy tra bảng 9.6 – Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế đường ô tô tập α = δ - hệ số chiết giảm bờ ao, đầm lầy lấy ϕ - hệ số xác đònh theo bảng 9.11 - Nguyễn Xuân Trục – Thiết kế đường ô tô tập ϕ = 0.88 a p - cường độ mưa tính toán tính mm/phút, xác đònh ứng với thời gian tập trung nước từ lưu vực rãnh tc xác đònh sau : tc = 18.6bsd 0.4 (công thức 9-23) f (lsd 0.4 )(100m sd )0.4 Trong : bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh sau : bsd = F 1.8 ( ∑ l + L ) = 0,003 = 0, 278km = 278m 1,8(0 + 0,006) isd – độ dốc sườn dốc isd = 0.02 tra bảng ta có : 18.6 [ f (isd )] 0.4 = 15, msd – hệ số nhám sườn dốc lấy msd = 0.5 0,4 18.6bsd 0.4  278  t = = 15, Vậy ta có : c  100 × 0,5 ÷ = 30,59 phút f (lsd 0.4 )(100msd )0.4   Khi : a p = ψH p tc = 0, 432.145 = 2,048 30,59 Vậy giá trò lưu lượng tính toán có : Q = 16.67a F2δϕα = 16,67 × 2,048 × 0,003 ×1 × 0,88 ×1 = 0,09m / s Vậy: Q p = Q1 + Q = 0.0051 + 0.09 = 0.0951m / s SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Xác đinh tiết diện rãnh đặc trưng thủy lực : Ta chọn H = 0,6m, chiều sâu nước chảy rãnh h0 =0.35m Chiều rộng đáy rãnh b = 0.4m Hệ số mái dốc rãnh m = 1.5m Trong đoạn độ dốc dọc đường 1.85% ta bố trí độ dốc rãnh với độ dốc đường ir = 18.50/00 Chọn biện pháp gia cố lòng rãnh lát đá nên n = 0.02, hệ số Sêzi y=0.167 Tiết diện dòng chảy xác đònh sau : ω = (b + mh o )h o = (0.4 + 1,5 × 0.35).0,35 = 0.324m Chu vi ướt rãnh: χ = b + m 'h o Trong : m ' = + m12 + + m 2 = + 1,52 = 3.61 χ = b + m 'h o = 0, + 3,61 × 0,35 = 1.66m Từ ta có bán kính thủy lực : R= ω 0,324 = = 0.195m χ 1,66 Vận tốc dòng chảy rãnh xác đònh sau : V= y R R.i r = 0,1950,167 0,195.0.01 = 1,68m / s n 0.02 Khả thoát nước rãnh : Q = ωV = 0,324.1,68 = 0,544m3 / s So sánh giá trò lưu lượng tính toán Qp khả thoát nước rãnh Q ta thấy Q > Qp Vậy rãnh thiết kế đủ khả thoát nước cho hai phương án b 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 SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH c Bố trí rãnh đỉnh, rãnh biên : - 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:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 62 [...]... sau : 18.6bsd 0 .4 tc = (công thức 9-23) f (lsd 0 .4 )(100m sd )0 .4 Trong đó : bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh như sau : bsd = F 1.8 ( ∑ l + L ) = 0,002 = 0, 222km = 222m 1,8(0 + 0,005) isd – độ dốc sườn dốc isd = 0. 045 tra bảng ta có : 18.6 [ f (isd )] 0 .4 = 15, 22 msd – hệ số nhám của sườn dốc lấy msd = 0.25 0 ,4 18.6bsd 0 .4  222  = 15, 22  Vậy ta có : t c = ÷ = 36, 46 phút 0 .4 0 .4 f (lsd )(100msd... 18.6bsd 0 .4 (công thức 9-23) f (lsd 0 .4 )(100m sd )0 .4 Trong đó : bsd – chiều dài sườn dốc xác đònh như sau : bsd = F 1.8 ( ∑ l + L ) = 0,003 = 0, 278km = 278m 1,8(0 + 0,006) isd – độ dốc sườn dốc isd = 0.02 tra bảng ta có : 18.6 [ f (isd )] 0 .4 = 15, 4 msd – hệ số nhám của sườn dốc lấy msd = 0.5 0 ,4 18.6bsd 0 .4  278  t = = 15, 4 Vậy ta có : c  100 × 0,5 ÷ = 30,59 phút f (lsd 0 .4 )(100msd )0 .4   Khi... 18.06 1 .49 0.0 5 22 .4 7 0.000 9 22.26 2.5 10.0 0 35.9 4 20.08 1.79 0.0 5 23.6 8 0.000 9 34. 15 2.55 10.0 0 36.8 8 20.28 1.82 0.0 5 23.3 8 0.000 9 34. 89 2.6 10.0 0 37.8 3 20 .48 1.85 0.0 5 23.8 9 0.000 9 36.86 Bảng so sánh giá trò sai số PA 1 Lý trình hδ 2.6 Km: 6+711.61 Qδ 34. 8 QP% 34. 18 9 2 δQ 2% Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho phương án là: Phương án Lý trình hδ (m) Qδ (m3/s) 1 Km: 6+711.61 2.55 34. 89...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S VÕ NHƯ BÌNH Km: 1+ 646 .20 1.50 1 Km: 2+152.10 2.0 2 Km: 2 +48 1. 74 2.0 1 Km: 3+11.62 1.50 1 Km: 4+ 665.19 2.0 1 Km: 5 +44 8.37 1.75 1 Km: 6+338.98 2.0 1 Số lượng cống trên tuyến: Khẩu độ (m) 1 1.5 1.75 2 3 PA1 1 3 4 3 0 PA2 0 2 1 6 3 V Yêu cầu đối với nền đường:  Độ cao nền đường : (tối thiểu) Điều kiện 1: Tại vò trí... NHƯ BÌNH Bảng xác đònh mực nước dâng hk Vk V H Lc (m) (m/s) (m/s) (m) m) 2.5 3.5 1.5 3.17 10 5 2.5 3.5 2 3.07 10 5 2.5 3.5 2.06 3.05 10 5 2.5 3.5 2.1 3. 04 10 5 ω ( m2) 16.6 3 16.5 6 16.5 5 16.5 4 Qtk V' 3 m /s) (m/s) 34. 182 2.06 34. 182 2.06 34. 182 2.06 34. 182 2.07 Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu: PA Lý trình H (m) 1 Km: 6+711.61 3.05  Tính chiều dài cầu, cao độ mặt cầu và cao độ tối thiểu đường vào... Trong đó : m ' = 1 + m12 + 1 + m 2 2 = 2 1 + 1,52 = 3.61 χ = b + m 'h o = 0, 4 + 3,61 × 0,35 = 1.66m Từ đó ta có bán kính thủy lực : R= ω 0,3 24 = = 0.195m χ 1,66 Vận tốc dòng chảy trong rãnh xác đònh như sau : V= 1 y 1 R R.i r = 0,1950,167 0,195.0.01 = 1,68m / s n 0.02 Khả năng thoát nước của rãnh : Q = ωV = 0,3 24. 1,68 = 0, 544 m3 / s So sánh giá trò lưu lượng tính toán Qp và khả năng thoát nước của rãnh... dốc lấy msd = 0.5 0 ,4 18.6bsd 0 .4  278  t = = 15, 4 Vậy ta có : c  100 × 0,5 ÷ = 30,59 phút f (lsd 0 .4 )(100msd )0 .4   Khi đó : a p = ψH p tc = 0, 43 2. 145 = 2, 048 30,59 Vậy giá trò lưu lượng tính toán có được là : Q 2 = 16.67a 2 F2δϕα = 16,67 × 2, 048 × 0,003 ×1 × 0,88 ×1 = 0,09m 3 / s Vậy: Q p = Q1 + Q 2 = 0.0051 + 0.09 = 0.0951m 3 / s SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG... rộng đáy lòng 0.4m, chiều sâu tối thiểu tới mặt đất tự nhiên là 0.3m Ta luy rãnh nền đường đào có độ dốc theo cấu tạo đòa chất ; đối với nền đắp là 1 :1.5 đến 1 :3 Rãnh không nên sâu quá 0.8 m, nếu sâu hơn phải làm rãnh đỉnh để không cho nước từ sườn lưu vực chảy về rãnh dọc Độ dốc lòng rãnh không nên nhỏ hơn 0.5% • Tính toán rãnh biên cho đoạn rãnh dài nhất từ Km: 4+ 17.02 đến Km :4+ 476.73 ở phương... trong rãnh h0 =0.35m Chiều rộng đáy rãnh b = 0.4m Hệ số mái dốc rãnh m = 1.5m Trong đoạn này độ dốc dọc đường là 1.85% vậy ta bố trí độ dốc rãnh bằng với độ dốc đường vậy ir = 18.50/00 Chọn biện pháp gia cố lòng rãnh là lát đá nên n = 0.02, hệ số Sêzi y=0.167 Tiết diện dòng chảy được xác đònh như sau : ω = (b + mh o )h o = (0 .4 + 1,5 × 0.35).0,35 = 0.324m 2 Chu vi ướt rãnh: χ = b + m 'h o Trong đó :... 15, 22 msd – hệ số nhám của sườn dốc lấy msd = 0.25 0 ,4 18.6bsd 0 .4  222  = 15, 22  Vậy ta có : t c = ÷ = 36, 46 phút 0 .4 0 .4 f (lsd )(100msd )  100 × 0, 25  Khi đó : a p = ψH p tc = 0, 46 9. 145 = 1,865 36, 46 Vậy giá trò lưu lượng tính toán có được là : Q1 = 16.67a1F1δϕα = 16,67 × 1,865 × 0,002 × 1 × 0,91 × 0,9 = 0,051m 3 / s SVTH:NGUYỄN MINH NHẬT Trang 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD:Th.S