xac dinh khau do cau nho va cong

CHƯƠNG V XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CẦU NHỎ VÀ CỐNG 5.1 KHÁI NIỆM CƠNG TRÌNH VƯỢT QUA SƠNG SUỐI NHỎ 5.1.1 Khái niệm cơng trình vượt qua sơng suối nhỏ - Khái niệm chung: Cầu nhỏ, cống cơng trình nhân tạo thoát nước qua đường + Cầu nhỏ thường có chiều dài khơng q 25m vượt dịng nước nhỏ chảy thường xuyên theo mùa + Cống công trình nước mặt qua đường( bao gồm nước chảy từ lưu vực từ rãnh dọc đường mặt đường) Cống thường có chiều dài theo chiều ngang đường, thường thiết kế loại vật liệu.Cống gồm phần: cửa vào, thân cống, cửa 5.1.2 u cầu số liệu tính tốn - Đặc điểm địa hình: dùng để xác định vị trí đặt cống cầu điều kiện kiểm soát thiết kế thủy lực bao gồm: cao độ, phạm vi,vị trí cơng trình lân cận - Diện tích lưu vực tập trung nước: yếu tố quan trọng tính lưu lượng theo mưa rào đánh giá khả tiềm ẩn lũ Bản đồ sử dụng phải có tỷ lệ đủ xác để xác định diện tích lưu vực đặc điểm lưu vực Nếu đồ khơng đủ thơng tin đủ tin cậy phải tổ chức đo đạc, lập bình đồ Trong bình đồ phải thể rõ diện tích khơng có tác dụng cung cấp nước, hồ ao, đầm lầy, mức độ sử dụng đất, mật độ loại thực vật…, đê, đập, hồ chứa làm thay đổi tính chất dòng chảy - Đặc trưng đặc điểm kênh: Dịng chảy phải mơ tả đầy đủ tính chất, đặc điểm, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, địa hình đáy dịng chảy, tuyến dịng chảy mặt bằng, khu vực lịng sơng, bãi sơng, độ dốc đáy, độ dốc mặt nước Tình hình địa chất bờ, đáy dòng chảy, lớp đá gốc, thảm thực vật, vật trơi yếu tố ảnh hưởng khác đến kích thước cơng trình - Đời sống thủy sinh: Thơng tin đời sống động thực vật có dịng chảy, giá trị dòng chảy đời sống cá yêu cầu khác môi trường - Mực nước lũ: Mực nước lũ cao để kiểm tra việc tính lũ, giúp cho kiểm sốt tính thủy lực, sở để xác định cao độ độ dốc đường Mực nước phải nơi định đặt cơng trình, song số trường hợp sử dụng mực nước từ thượng lưu hay hạ lưu truyền vị trí định đặt cơng trình - Các cơng trình có thượng, hạ lưu vị trí đặt cơng trình: Các số liệu cơng trình có bao gồm: + Ngày tháng xây dựng cơng trình, loại, kích thước cơng trình + Những lũ lớn qua, vết lũ để lại cơng trình + Tình trang cơng trình thời gian lũ lớn + Phạm vi, độ lớn, vị trí xói lở gần cơng trình hay cơng trình + Địa chất đáy, bờ dịng chảy + Mức độ hư hỏng cơng trình + Sự thay đổi dòng chảy + Phạm vi mức độ ngạp lụt gần cơng trình + Sự bồi tích hay tích đọng vật trơi + Các cơng trình, kết cấu phụ bảo vệ cơng trình, điều tiết dịng chảy - Kiểm tra thực địa: thu thập số liệu đo thực địa để đánh giá thực trạng trường tránh khó khăn xây dựng không thống đồ án thiết kế thực tế 5.1.3 Sơ đồ tính tốn, trình tự tính tốn - Tính tốn thủy lực cầu nhỏ cống sử dụng sơ đồ dòng chảy qua đập tràn đỉnh rộng - Trình tự tính: + Cầu nhỏ: * Tính phần cửa vào xác định thông số:  Chiều cao nước dâng trước cầu H, từ xác định cao độ đường  Chiều sâu dòng chảy cửa vào hv, để xác định cao độ tối thiểu đáy kết cấu nhịp  Chiều sâu tốc độ mặt căt tính tốn cầu  Khẩu độ thoát nước cầu 37  Chiều sâu dịng chảy cửa cầu hr, từ xác định tốc độ dòng chảy khỏi cầu, tính tốn gia cố * Tính phần cửa ra:  Tính xói cục bộ, gia cố bảo vệ cầu, đường hạ lưu cầu, kích thước vật liệu gia cố  Chọn biện pháp tiêu năng( cần) + Cống: * Tính phần cửa vào:  Xác định điều kiện làm việc cống ( ngâp hay không ngập)  Kích thước cống  Chiều sâu dịng chảy trước cống * Tính phần cửa ra:  Tốc độ dịng chảy cửa ra, tốc độ khơng xói  Phạm vi gia cố, chiều sâu gia cố chống xói cơng trình tiêu lượng 5.2 TÍNH THỦY LỰC CẦU NHỎ 5.2.1 Sơ đồ tính cho dịng chảy tự do: Thiết kế độ cầu nhỏ sử dụng lý thuyết dịng chảy qua đập tràn đỉnh rộng ( tính chiều rộng nước cầu) Chế độ dịng chảy cầu phụ thuộc vào cột nước thượng lưu hạ lưu cầu (chảy tự hay chảy ngập) Điều kiện chảy ngập: hh N.H Trong đó: N- tiêu chuẩn ngập, phản ánh mức độ ảnh hưởng hạ lưu tới khả thông qua cầu (lấy theo bảng tra, phụ thuộc hệ số lưu lượng m) hh- chiều sâu dòng chảy hạ lưu cầu( thường lấy độ sâu dịng chảy lúc tự nhiên khơng có nước dâng hạ lưu) L H hk ii1 h1 hoc hr hh Hình 5.1 Sơ đồ tính thủy lực dòng chảy cầu ( chế độ chảy tự do) L H hng i1,2 hr< D ho> D Chẩy đầy cống Chẩy đầy cống Cống dài Bất kỳ Hạ lưu Dòng chảy cống >1,2 hr< D ho< D Chảy Cống không đầy ngắn Bất kỳ Thượng lưu Dịng chảy qua lỗ a Kiểm sốt thượng lưu: Cống làm việc với chế độ kiểm soát thượng lưu lưu lượng chảy cột nước trước cống, kích thước cửa vào, hình dạng cống, diện tích mặt cắt ngang vị trí cửa vào kết cấu đầu cống định Lưu lượng làm việc cống không phụ thuộc vào độ nhám cống, chiều dài cống điều kiện cửa Kết cấu kích thước cửa vào có tác dụng định đến hình thức chế độ chảy cống Độ dốc dọc có ảnh hưởng nhỏ nên thường bỏ qua H D ho 1,4hk Hình 5.3 Kiểm soát thượng lưu, loại 3, cửa vào tự 43 H D Hình 5.4 Kiểm sốt thượng lưu, loại 7, cửa vào tự b Kiểm soát hạ lưu: Cống làm việc với chế độ kiểm soát hạ lưu lưu lượng, hình thức chế độ chảy cống không phụ thuộc vào yếu tố kiểm sốt thượng lưu mà cịn cao độ mực nước cống, độ dốc, chiều dài cống độ nhám cống định h H D hk Hình 5.5 Kiểm sốt hạ lưu, loại 1, cửa vào tự h ho H D Hình 5.6 Kiểm soát hạ lưu, loại 6, cửa vào ngập 5.3.2 Mặt cắt tính tốn cách lập phương trình, trình tự tính a Mặt cắt tính tốn, cách lập phương trình tính: * Trường hợp: cửa vào chảy tự (h 1,2D): + Trường hợp 5: hr > D Áp dụng phương trình lượng mặt cắt trước cống mặt cắt hạ lưu cống ta có: h  hcv  h f  hcr (5.13 ) Trong đó: h: độ chênh cột nước tĩnh thượng hạ lưu cống hcv, hf, hcr: tổn thất cột nước cửa vào cống, ma sát cống cửa cống v2 hcr: tổn thất cột nước cửa cống: hcr  (5.14) 2g Thay (5.7), (5.8) (5.14) vào (5.13) ta có: v2 v2 n2v2 L v2 v2 h  h f  k cv   /  k cv  (5.15 ) 2g 2g 2g 2g R Vậy lưu lượng qua cống: g h (5.16) Q  19,62n L  k cv  R4/3 + Trường hợp 6: hr > D h0> D Áp dụng phương trình lượng mặt cắt trước cống mặt cắt hạ lưu cửa cống ta có: h  hcv  h f  hcr (5.17 ) Trường hợp số cửa cửa vào cống bị ngập, độ dốc cống đáng kể phương trình lượng hai mặt cắt trước sau cống so vơi mặt so sánh qua điểm thấp cửa cống ( bỏ qua cột nước tốc độ tai cửa vào cửa ra) là: h1   i.L  h2   hL (5.18) Hay hL  h1  h2  i.L (5.18a ) Trong đó: hL: tổng tổn thất cột nước cửa vào hcv, ma sát cống hf cửa cống hcr v2  n 2v2  v2 Mặt khác: hL  k cv   /  L  k cr (5.19) 2g  R  2g 45 Cho (5.18a) =(5.19) ta có: h  h1  h2  k cv  k cr   v2  n2v2   /  i  L 2g  R  (5.20) + Trường hợp 7: hr > D h0< D: Toàn mặt nước cống tiếp xúc với khơng khí, dịng chảy qua cống tương tự dòng chảy qua lỗ Lưu lượng qua cống : Q  C d  2gh (5.21) Trong đó: Cd: hệ số lưu lượng h: chiều sâu từ mặt nước trước cống tới tâm mặt cắt đầu cống : diện tích mặt cắt ngang đầu cống b,Trình tự tính tốn thủy lực cống: (1) Tính thủy lực phần cửa vào: + Xác định điều kiện làm việc cống + Kích thước cống + Chiều sâu dịng chảy trước cống (2) Tính thủy lực phần cửa ra: + Tốc độ dòng chảy cửa ra, tốc độ khơng xói + Phạm vi gia cố, chiều sâu gia cố chống xói cơng trình tiêu Trình tự thiết kế thuỷ lực cống Từ lưu lượng biết, tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất cụ thể, sơ lựa chọn loại cống, kính thước cống, cấu tạo cửa vào, cửa cống a) Chế độ kiểm sốt thượng lưu - Từ kích thước cống, lưu lượng qua cống xác định tỷ số HW/D (Hình 5.7) - Nhân chiều cao cống D với tỷ số HW/D nước dâng trước cống HW - Tính cao độ mực nước thượng lưu: ELhd = ELsf + HW ELhd – mực nước thiết kế thượng lưu ELsf – cao độ đáy lòng dẫn cửa vào b) Chế độ kiểm sốt hạ lưu - Tính độ sâu hạ lưu TW đáy cống theo lưu lượng thiết kế - Tính độ sâu phân giới theo lưu lượng kích thước, hình dạng cống hay sử dụng đồ thị Hình 5.8 - Tính độ sâu cửa cống d0 trị số lớn hai trị số TW (D+dC)/2 - Tính tổn thất qua cống H theo biểu đồ hay theo công thức giá trị vượt biểu đồ (1) Nếu hệ số nhám cống khác hệ số nhám khác hệ số nhám biểu đồ điều chỉnh n  chiều dài cống theo công thức: L1  L  n L – chiều dài thực tế cống L1 – chiều dài cống điều chỉnh n – hệ số nhám biểu đồ n1 – hệ số nhám thực tế Sau sử dụng L1 chiều dài thực tế cống sử dụng biểu đồ thiết kế (2) Sử dụng đường thẳng nối kích thước cống (điểm 1) với chiều dài cống theo hệ số ke (điểm 2) điểm đổi hướng (điểm 3) Lại dùng đường thẳng nối từ lưu lượng (điểm 4) với điểm đổi hướng (điểm 3) tổn thất H (xem Hình 5.8) - Tính cao độ mực nước cửa ra: ELho = ELo + H + ELo – cao độ đáy cửa - Tính cột nước dâng thượng lưu: HW = H + d o – L.S 46 Và tính cao độ mực nước thượng lưu: ELhd = ELsf + HW - Nếu cao độ mực nước cửa lớn cao độ mực nước thượng lưu (ELho > ELhd) tiến hành thiết kế lại (chọn lại cống khác kết cấu cống khác) c) Đánh giá kết * So sánh cao độ mực nước thượng lưu hai chế độ kiểm sốt, chế độ có cao độ lớn chế độ kiểm soát cống * Tính lưu tốc cửa ra: Từ chế độ kiểm sốt cống, tính độ sâu dịng chảy cửa (d o) Từ độ sâu cửa (d o) hình dạng kích thước cống tính lưu tốc cửa Đối với chế độ kiểm soát thượng lưu: độ sâu cửa xấp xỉ độ sâu chảy cống xem hình 5-9-A : d=d n D : = D + Khi D > TW > d C : d o = TW + Khi TW ≤ dC : d o = d C Khi có lưu tốc cửa ra: VO = Q/Ap Ap – diện tích dịng chảy cửa tính theo kích thước hình học cống độ sâu dòng chảy cửa d d – độ sâu cửa Ap – diện tích cửa (theo d kích thước cống) Vo – lưu tốc cửa dc – độ sâu phân giới dn – độ sâu dòng chảy TW – độ sâu dòng chảy hạ lưu D – chiều cao cống 47 (m3/s) Kiểu đầu thu (1) Tường đầu có mép vuông (2) Tường đầu có ống nối cuối (3) Phần nhô có ống nối cuối Hỡnh 5-7 : Ví dụ đồ thị thiết kế cống với chế độ kiểm soát thượng lưu 48 Phần cuối ống nối (nhô tường đầu Cửa vào dạng (33,7o 45o) Cạnh-vuốt mái dốc-vuốt Phần cuối vuông (nhô có tường đầu cống) Đoạn cuối đúc sẵn Hỡnh 5-8: Vớ d đồ thị thiết kế cống với chế độ kiểm sốt hạ lưu 49 Hình 5-9-A: Độ sâu cửa chế độ kiểm sốt thượng lưu Hình 5-9-B: Độ sâu cửa chế độ kiểm soát hạ lưu 50 ... cố chống xói cơng trình tiêu lượng 5.2 TÍNH THỦY LỰC CẦU NHỎ 5.2.1 Sơ đồ tính cho dịng chảy tự do: Thiết kế độ cầu nhỏ sử dụng lý thuyết dòng chảy qua đập tràn đỉnh rộng ( tính chiều rộng nước... ii1 h1 hoc hr hh Hình 5.1 Sơ đồ tính thủy lực dịng chảy cầu ( chế độ chảy tự do) L H hng i