CHƯƠNG 5. THỦY VĂN CÔNG TRÌNH
5.3 XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ THOÁT NƯỚC NGANG
Dòng chảy trong cống tùy thuộc vào chiều sâu ngập nước trước cống. Đối với cống tròn theo tiêu chuẩn 22TCVN 159 – 86, có thể dùng số cửa cống là 1, 2, 3 cho khẩu độ d
= 0.75 2.0m chiều dài tối đa 15m đối với cống d = 0.75m và 30m đối với cống d = 1.0m Cống có thể làm việc theo các chế độ dòng chảy không áp, bán áp hay có áp.
Nói chung, khẩu độ cống cần xác định theo chế độ không áp. Trường hợp cá biệt, trên đường ô tô và đường thành phố cho phép thiết kế theo chế độ bán áp và có áp nhưng cần đảm bảo sự ổn định của cống và nước không thấm qua nền đường.
Trong thiết kế sơ bộ, ta sử dụng bảng tra để xác định khả năng thoát nước của cống tròn. Sử dụng loại cửa cống có:
Miệng loại thường (loại I): miệng tường th ng, miệng chữ bát, miệng theo dạng ta luy.
Miệng loại đặc biệt ( loại II): miệng cống làm theo dạng dòng chảy.
5.3.2 Thi t k khẩ cống
Lựa chọn cấu tạo cống tròn thoát nước ngang có các đặc trưng như sau:
Bảng 5.9 Chọn loại cống và khẩu độ cống Cống Lý trình Qp=4%(m3/s)
Số cửa
cống q cửa Φ
loại miệng
cống
v H
C1 Km0 + 365.34 24.254 CẦU
C2 Km1 + 15.25 1.304 1 1.304 1.25 I 2.152 0.95
C3 Km1 + 928.19 1.436 1 1.436 1.25 I 2.218 1.00
C4 Km2 + 745.46 4.249 2 2.125 1.5 I 2.380 1.17
C5 Km3 + 742.23 2.649 1 2.649 1.5 I 2.583 1.32
C6 Km4 + 360.08 12.895 2 6.448 2 I 3.197 1.95
C7 Km5 + 562.24 25.023 CẦU
Bảng 5.10 Hiệu chỉnh lại cao độ nước dâng trước cống
Cống Lý trình ΔH ΔL itự nhiên ic Φ ik Δ Hhc
C1 Km0 + 365.34 CẦU
C2 Km1 + 15.25 5 42.11 0.1188 0.1188 1.25 0.007 0 0.95 C3 Km1 + 928.19 5 45.24 0.1000 0.1000 1.25 0.007 0 1.00 C4 Km2 + 745.46 5 90.02 0.0555 0.0555 1.5 0.006 0 1.17 C5 Km3 + 742.23 5 137.11 0.0365 0.0365 1.5 0.006 0 1.32 C6 Km4 + 360.08 5 1164.74 0.0043 0.0043 2 0.006 0.02 1.97
C7 Km5 + 562.24 CẦU
5.3.3 C ƣ ng và chi u dài cống thi t k t i vị trí cống
Đối với cống, cao độ thiết kế nhỏ nhất được chọn giá trị lớn trong hai điều kiện sau:
- Điều kiện 1: Mép nền đường cao hơn mực nước ngập 0.5m.
Đối với đường 2 làn xe:
min p% md
tk1 ngap ld ld n lg c
H H 0.5 B i i (B B )
2
Trong đó:
Hp%ngap:Chiều sâu mực nước ngập (m) trước công trình ứng với cơn lũ có tần suất thiết kế là p = 4%.
in, ild: Độ dốc ngang của mặt đường và lề đất.Trong thiết kế sơ bộ không xét đến siêu cao: in = 2%; ild = 6%.
Bmd: Bề rộng toàn bộ mặt đường hai làn xe. (Bmd = 6m)
Blgc: Bề rộng của một bên lề gia cố. (Blgc = 1m)
min p% p%
tk1 ngap ngap
H H 0.5 0.5 0.06 0.02 (6 1) H 0.61
2 (m)
Cao độ tuyệt đối tính toán theo điều kiện này được sử dụng để kiểm tra ngập tại điểm
thấp nhất ở đoạn đường gần cống. (6.2.8 [1])
- Điều kiện 2: Cao độ đường đỏ tại vị trí công trình phải đảm bảo điều kiện xe vận chuyển vật liệu và thiết bị thi công đi trên cống không làm vỡ cống, muốn vậy phải đảm bảo 0.5m đất đắp trên đỉnh cống.
min
tk 2 ad
H 0.5 h Trong đó:
Φ: Đường kính trong của cống.
δ: Chiều dày thành cống.
∑had: Tổng chiều dày kết cấu áo đường. ∑had = 73.5cm = 0.735m
min
Htk 2 0.5 0.735 1.235 (m) Chiều dài cống tính như sau:
cong tk
L B 2m H Trong đó:
B = 9m : chiều rộng nền đường
m = 1.5 : hệ mái dốc của ta luy đắp
Htk : Chiều cao đất đắp
Φ, δ(m) : đường kính trong và chiều dày của thân cống
Bảng 5.11 Cao độ thiết kế nhỏ nhất và chiều dài cống tương ứng
Cốn
g Lý trình Hd
(m) Bmd
(m)
Blgc
(m) in
Had
(m)
Htk1
(m)
Htk2
(m)
Htk
(m) Lcống
C1 Km0 + 365.34 CẦU
C2 Km1 + 15.25 0.95 6 1 2% 0.735 1.56 2.61 2.61 12.71 C3 Km1 + 928.19 1.00 6 1 2% 0.735 1.61 2.61 2.61 12.71 C4 Km2 + 745.46 1.17 6 1 2% 0.735 1.78 2.89 2.89 12.71 C5 Km3 + 742.23 1.32 6 1 2% 0.735 1.93 2.89 2.89 12.71 C6 Km4 + 360.08 1.97 6 1 2% 0.735 2.58 3.44 3.44 12.72
C7 Km5 + 562.24 CẦU
5.3.4 Gia cố ƣợ ƣ v ƣ ống
Gia cố thượng lưu có tính chất cấu tạo. Thường chiều dài đoạn gia cố lấy bằng 0.4lgc, với lgc là chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu cống.
Gia cố ở hạ lưu là một công việc rất quan trọng, vì dòng nước khi ra khỏi công trình r ra hai bên sinh ra dòng chảy xiết và sau đó sinh ra bước nhảy thủy lực chéo góc với tim công trình.
Trong trường hợp chảy tự do dòng nước khi thoát ra khỏi cống chảy với tốc độ cao ở vùng sau công trình. Tốc độ ấy tăng gấp khoảng 1.5 lần tốc độ dòng chảy ở trong cống (v0). Do đó phải thiết kế hạ lưu công trình theo tốc độ nước chảy v = 1.5v0 và cuối phần gia cố phải có đường nghiêng chống xói sâu.
Chiều dài phần gia cố lgc sau cống nên lấy bằng 3 lần khẩu độ cống.
Chiều sâu chân tường chống xói xác định theo công thức:
t x
gc
h h 0.5 2H d 0.5
d 2.5l
(CT6.24 [1])
Trong đó:
- hx: Chiều sâu xói tính toán.
- H: Chiều sâu nước dâng trước công trình. H = Hp=4%.
- d: Khẩu độ của công trình. Đối với cống, d = Φ.
Bảng 5.12 Bảng gia cố hạ lưu cống
Cống Lý trình Hp=4%(m) Φ lgc(m) ht-min(m) 0.4lgc
C1 Km0 + 365.34 CẦU
C2 Km1 + 15.25 0.95 1.25 3.75 1.15 1.5
C3 Km1 + 928.19 1.00 1.25 3.75 1.19 1.5
C4 Km2 + 745.46 1.17 1.5 4.5 1.30 1.8
C5 Km3 + 742.23 1.32 1.5 4.5 1.41 1.8
C6 Km4 + 360.08 1.97 2 6 1.85 2.4
C7 Km5 + 562.24 CẦU