III. XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ VÀ CAO ĐỘ KHỐNG CHẾ CỦA CẦU 1.Tính toán cầu tại vị trí cọc H8-1 (Km0+916.59 Phương án 1)
1.4. Tính toán chiều cao cầu tối thiểu
H = ho + (α*vk2)/(2*g*φ2)
Đối với mố cầu có ¼ nón thì φ =0.9
H = 2.35 + (1*3.52)/(2*9.81*0.92) = 3.121 m
Tính chiều cao nền đường vào chiều cao cầu tối thiểu: Hnền ,min = H +0.5 = 3.121 + 0.5 = 3.621 m
Hcầu, min = 0.88*H + T + K = 0.88*3.121+ 0.5 +2 = 5.686 m Trong đó :
- T: Tĩnh không dưới cầu, T = 0.5 m
- K: Chiều cao dầm, K = 2 m ( theo phụ lục 10 – sổ tay thiết kế đường T.2)
2. Tính toán cầu tại vị trí cọc H7-1 (Km1+886.7 Phương án 1) 2.1. Xác định chiều sâu và vận tốc dòng chảy tự nhiên
Xác định vận tốc và chiều sâu mực nước tự nhiên ở vị trí công trình tương ứng với lưu lượng thiết kế:
Sử dụng phương pháp thử dần, giả thiết chiều sâu nước chảy trong suối ho, từ đó xác định được lưu lượng tương ứng. Nếu lưu lượng này sai khác với lưu lượng tính toán không quá 5% thì chiều sâu giả thiết đó được coi là chiều sâu nước chảy tính toán.
Giả thiết chiều sâu dòng chảy tự nhiên ho = 1.88 m
- Diện tích mặt cắt ướt: wo = m * ho2 = 5*1.882 = 17.672 m2 - Chu vi ướt: χo = 2.ho . 1+m2 = 2 *1.88 * 1 5+ 2 = 19.172 (m). - Bán kính thuỷ lực của mặt cắt: Ro = wo o χ = 0.922 (m). - Vận tốc dòng chảy tự nhiên: Vo = 1 nR RI y (m/s). Ta có y = 1.5*n1/2 Với n = 0.1 ; Nên y = 0.474 =>Vo = (1/0.1) * (0.922)0.474 *(0.922*0.02)1/2 = 1.306 (m/s). Lưu lượng dòng chảy tương ứng với độ sâu giả định.
Qo = Vo . wo = 1.306 * 17.672 = 23.084 (m3/s).
Sai số lưu lượng : D = (23.55 - 23.084)/23.55 = 1.992% ⇒ Thoả mãn. Như vậy chiều sâu dòng chảy thực tế là h = 1.88 m.
Vận tốc dòng chảy V = 1.313 m/s.
2.2.Xác định chế độ chảy dưới cầu
Ở phương án này ta tạo mặt cắt ngang lòng thoắt nước dưới cầu có dạng mặt cắt hình thang, mái taluy là 1:1.5. Lòng suối dưới cầu được dự kiến gia cố lát đá cỡ 15cm có tốc độ xói cho phép là Vox= 3 m/s.( Phụ lục 6 sách Thiết kế đường T.3 ).
Để xác định chế độ chảy dưới cầu ta sẽ đi tính trị số hk và so sánh 1.3*hk với trị số ho. Trị số hk được xác định theo công thức cơ bản của trường hợp chảy phân giới (Công thức 10-21 trang 210 sách Thiết kế đường T.3).
hk = (Bk - √(Bk^2-4mωk))/2m Với: - Bk = gQc/εαVk3 = 9.509 m - ωk = Qc/εVk = 8.724 m2 - ε = 0.9 ( do chọn mố cầu có mô đất nón ) - α = 1 ( do chọn mố cầu có mô đất nón ) - Qc = Q = 23.55 m3 - Vk = Vox = 3 m/s - g = 9.81 m/s2 - m = 1.5 Thay số vào ta có: hk = 1.113 m So sánh ho với 1.3*hk = 1.3*1.113 = 1.446 < 1.88 m
Kết luận: Dòng chảy dưới cầu là chế độ chảy ngập và chiều sâu nước chảy dưới cầu là h = 1.88 m.
2.3.Tính khẩu độ cầu :
Khẩu độ cầu được tính theo công thức ( tính theo mực nước tính toán ): B = btb + m*ho
Trong đó btb được xác định theo công thức: btb = Q/( ε*ho*vk) = 4.640 m
B = 4.64 + 1.5*1.88 = 7.46m Vậy khẩu độ cầu là 8 m.
2.4.Tính toán chiều cao cầu tối thiểu
Chiều sâu nước dâng trước cầu H được tính theo công thức: H = ho + (α*vk2)/(2*g*φ2)
Đối với mố cầu có ¼ nón thì φ = 0.9
H = 1.88 + (1*32)/(2*9.81*0.92) = 2.446 m
Tính chiều cao nền đường vào chiều cao cầu tối thiểu : Hnền ,min = H +0.5 = 2.446 + 0.5 = 2.946 m
Hcầu, min = 0.88*H + T + K = 0.88*2.446+ 0.5 +2 = 5.093 m Trong đó:
- T: Tĩnh không dưới cầu, T = 0.5 m
- K: Chiều cao dầm, K = 2 m ( theo phụ lục 10 – sổ tay thiết kế đường T.2)
3. Tính toán cầu tại vị trí cọc H3-1 (Km3+465.57 Phương án 2) 3.1. Xác định chiều sâu và vận tốc dòng chảy tự nhiên
Xác định vận tốc và chiều sâu mực nước tự nhiên ở vị trí công trình tương ứng với lưu lượng thiết kế:
Sử dụng phương pháp thử dần, giả thiết chiều sâu nước chảy trong suối ho, từ đó xác định được lưu lượng tương ứng. Nếu lưu lượng này sai khác với lưu lượng tính toán không quá 5% thì chiều sâu giả thiết đó được coi là chiều sâu nước chảy tính toán.
Giả thiết chiều sâu dòng chảy tự nhiên ho = 1.81 m
Diện tích mặt cắt ướt: wo = m * ho2 = 5*1.812 = 16.3805 m2 Chu vi ướt: χo = 2. ho . 1+m2 = 2 *1.81* 1 5+ 2 = 18.458 (m). Bán kính thuỷ lực của mặt cắt: Ro = wo o χ = 0.887 (m). Vận tốc dòng chảy tự nhiên: Vo = 1 nR RI y (m/s). Ta có y = 1.5*n1/2 Với n = 0.1 ; Nên y = 0.474 =>Vo = (1/0.1) * (0.887)0.474 *(0.887*0.02)1/2 = 1.259 (m/s). Lưu lượng dòng chảy tương ứng với độ sâu giả định. Qo = Vo . wo = 1.259* 16.3805 = 20.621 (m3/s).
Sai số lưu lượng : D = (21-20.621)/21 = 1.828% ⇒ Thoả mãn. Như vậy chiều sâu dòng chảy thực tế là h = 1.81 m.
Vận tốc dòng chảy V =1.268m/s.
3.2. Xác định chế độ chảy dưới cầu
Ở phương án này ta tạo mặt cắt ngang lòng thoắt nước dưới cầu có dạng mặt cắt hình thang, mái taluy là 1:1.5. Lòng suối dưới cầu được dự kiến gia cố lát đá cỡ 15 cm có tốc độ xói cho phép là Vox=3 m/s.( Phụ lục 6 sách Thiết kế đường T .3 ).
Để xác định chế độ chảy dưới cầu ta sẽ đi tính trị số hk và so sánh 1.3*hk với trị số ho. Trị số hk được xác định theo công thức cơ bản của trường hợp chảy phân giới (Công
hk = (Bk - √(Bk^2-4mωk))/2m Với:
- Bk = gQc/εαVk3 = 8.48 m
- ωk = Qc/εVk = 7.78 m2
- ε = 0.9 (do chọn mố cầu có mô đất nón)
- α = 1 (do chọn mố cầu có mô đất nón)
- Qc = Q = 21 m3 - Vk = Vox = 3 m/s - g = 9.81 m/s2 - m = 1.5 Thay số vào ta có: hk = 1.152 m So sánh ho với 1.3*hk = 1.3*1.152 = 1.498 < 1.81 m
Kết luận: Dòng chảy dưới cầu là chế độ chảy ngập và chiều sâu nước chảy dưới cầu là ho =1.81 m.
3.3. Tính khẩu độ cầu
Khẩu độ cầu được tính theo công thức (tính theo mực nước tính toán): B = btb + m*ho
Trong đó btb được xác định theo công thức : btb = Q/( ε*ho*vk) = 4.298 m
B = 4.298 + 1.5*1.81 = 7.013 m Vậy khẩu độ cầu là: 8 m.
3.4. Tính toán chiều cao cầu tối thiểu
Chiều sâu nước dâng trước cầu H được tính theo công thức: H = ho + (α*vk2)/(2*g*φ2)
H = 1.81+ (1*32)/(2*9.81*0.92) = 2.376 m
Tính chiều cao nền đường vào chiều cao cầu tối thiểu: Hnền ,min = H + 0.5 = 2.376 + 0.5 = 2.876 m
Hcầu, min = 0.88*H + T + K = 0.88*2.376 + 0.5 + 2 = 5.031 m Trong đó:
- T: Tĩnh không dưới cầu, T = 0.5 m
- K: Chiều cao dầm, K = 2 m ( theo phụ lục 10 – sổ tay thiết kế đường T.2) BẢNG TỔNG HỢP CAO ĐỘ KHỐNG CHẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU PA Lý trình L(m) H Hn Hc CĐ ĐĐ CĐ KCN CĐ KCC
1 Km0+916.59 10 3.121 3.621 5.686 300 303.621 305.686 1 Km1+886.7 8 2.446 2.946 5.093 306.67 309.616 311.763 2 Km3+465.57 8 2.376 2.876 5.031 340 342.876 345,031