a. Tốc độ dòng chảy của nước
Công trình vượt dòng nước có thể thu hẹp tiết diện ướt, làm giảm lưu lượng nước chảy ở thượng lưu, làm tăng tốc độ ngay chỗ vượt sông và gây nên nguy cơ xói mòn, bồi lắng ở hạ lưu. Do vậy khi thiết kế phải tuân theo các chuẩn mực sau:
- Vận tốc nước ở chỗ vượt sông phải đủ thấp để lòng sông không bị bào mòn, rửa trôi và gây ra bồi lấp ở hạ lưu;
- Đồng thời vận tốc nước ở chỗ vượt sông không bị giảm quá mức để không gây ra trầm tích ở chỗ qua sông;
Tốc độ gây xói mòn phụ thuộc khả năng di đẩy các vật liệu, bảng 3.3. dưới đây cho thấy tốc độ di đẩy các hạt trầm tích rời khác nhau.
Cụ thể hơn, một công trình vượt dòng nước có thể tạo ra một rào ngăn không cho cá trên dòng sông vượt qua. Để không gây trở ngại cho cá qua lại, tốc dộ dòng chảy trong cống phải thoả mãn các điều kiện sau:
+ 1,2 m/s với cống có l < 25m + 0,9 m/s với cống có l > 25 m
+ Nếu cống có l > 60m cần phải tạo những chỗ nghỉ, đặc biệt là khi tốc độ dòng chảy gần với khả năng bơi lội của các loài cá đang xét.
Bảng 4.3. Tốc độ di đẩy các hạt trầm tích rời khác nhau
Hạt trầm tích Đường kính (mm) Tốc độ trung bình (m/s) Sét 0,005 0,15 Cát nhỏ 0,25 0,3 Cát vừa 1 0,55 Cát thô 2,5 0,65 Sỏi nhỏ 5 0,8 Sỏi vừa 10 1 Sỏi thô 15 1,2 Đá nhỏ 25 1,4
--- Đá vừa 40 1,8 Đá tảng 75 2,4 Đá tảng 100 2,7 Nguồn: Binesse, 1983 b. Độ dốc của kết cấu
Độ dốc lớn làm tăng tốc độ dòng chảy, cống càng dài, độ dốc càng nhỏ. Do vậy, phải dùng một độ dốc cho suốt chiều dài công trình. Các chuẩn mực chung để làm cống được chấp nhận như sau (không phụ thuộc vào đường kính):
- Độ dốc lớn nhất là 0,5% sử dụng cho độ dốc dài trên 25m; - Độ dốc lớn nhất là 0,5% sử dụng cho độ dốc dài dưới 25m;
- Nếu độ dốc nhỏ hơn 0,5%, rất dễ gây ra các hiện tượng lắng đọng và bồi lắng, gây cản trở quá trình lưu thông của dòng nước.
c. Chiều sâu của nước
Đối với dòng chảy thường xuyên, chiều sâu dòng nước chỗ vượt luôn lớn hơn 20cm hoặc ít nhất là bằng độ sâu của nước ngoài công trình. Đối với dòng chảy không thường xuyên, chiều sâu dòng nước không được thấp hơn tiêu chuẩn này trên ba ngày liên tiếp. Do đó, cần điều tra mực nước thường xuyên, tránh hiện tượng trơ sỏi đá dưới lòng sông
d. Độ vùi sâu của kết cấu
Nên vùi đáy cống dưới cao độ lòng sông để cho vật liệu dễ trôi vào trong cống để làm tăng độ nhám của lòng sông và giảm tốc độ dòng chảy.
Với cống tròn phải vùi 10% chiều cao của cống dưới cao độ dòng sông. Đối với cống vuông và cống chữ nhật bằng bê tông cốt thép thì phải vùi sâu dưới lòng sông tới mức 20 ÷ 30cm. Phải đảm bảo rằng, đáy cống có cao độ nằm dưới độ xói lớn nhất là 0,5m. Trong trường hợp không đảm bảo độ vùi kết cấu thì phải có biện pháp chống lún, sụt công trình.
e. Khả năng thoát nước
Khi thiết kế cần xác định chiều dài cầu để đảm bảo thoát nước với tần suất (P) lớn nhất sao cho nước ở thượng lưu không bị dâng lên quá mức cho phép.
- Với P = 1%, nghĩa là 100 năm xuất hiện 1 cơn lũ lớn; - Với P = 2%, nghĩa là 50 năm xuất hiện 1 cơn lũ lớn;
---
Khẩu độ thoát nước của cống (L) phụ thuộc vào lưu lượng thiết kế (Q) ứng với tần suất P. Ở Việt Nam, đối với thiết kế cầu lớn yêu cầu P = 1%, đối với cầu trung yêu cầu P =2%, đối với cầu nhỏ và cống thì yêu cầu P = 4%.
Nếu sông có thuyền bè đi lại thì phải tính đến mực nước cao nhất để nóc thuyền không chạm vào đáy của kết cấu cầu. Tĩnh không tối thiểu là 0,5m. Nếu gọi cao độ đáy của kết cấu phần trên (dầm cầu/cống) là H, chúng ta có:
- Đối với sông thông thuyền: Hđáy dầm > Hthuyền + 0,5m
- Đối với sông không thông thuyền: Hđáy dầm > Hmực nước max+ 0,5m, điều này đảm bảo cho các vật nổi trên dòng nước (cây, rác, vật nổi...) trôi được.
Đối với cống phải thiết kế theo mức nước và tốc độ thông thuyền để không làm trở ngại cho cá di chuyển. Nên thiết kế một cống có nhịp lớn hơn là hai hay nhiều cống nhỏ để tránh nguy cơ giữ lại các vật trôi và giảm tốc độ của dòng chảy.
f. Độ đục của kết cấu
Độ đục có liên quan tới hàm lượng các vật chất lơ lửng trong nước. Nó có thể tác động như vật gây bẩn và có ảnh hưởng đến thuỷ sinh vật cũng như gây hại tới hệ sinh thái nước. Các hạt lơ lửng khi lắng xuống sẽ giảm lượng thức ăn của thuỷ sinh vật và lấp đi các bãi đẻ của cá. Do đókhi thi công phải sử dụng các biện pháp, công nghệ thi công hiện đại, để hạn chế làm bẩn đục các dòng nước.
g. Bồi lắng trầm tích
Là sự lắng các hạt mịn (cát và bùn) trong lòng của nước. Sự bồi lắng này làm giảm sự lưu thông nước qua khe hở giữa các hòn cuội. Điều này làm tích tụ vật liệu tại một số chỗ gây trở ngại cho dòng chảy hoặc tích nước tại các điểm không mong muốn. Do đó phải tránh làm thay đổi dòng chảy để không sinh ra các vùng có tốc độ yếu có thể sinh ra lắng đọng.
h. Thu hẹp dòng nước
Để tránh xói lở bờ sông và lòng sông, kết cấu mới không được làm giảm chiều rộng hoặc làm giảm tiết diện chảy. Sự thu hẹp dòng chảy sẽ làm tăng tốc độ dòng nước và làm xói mòn các vật liệu mà trướcđó đang ở trạng thái ổn định.
k. Bảo vệ bờ sông
Khi làm cầu cống, điều quan trọng là phải bảo vệ các bờ sông. Để phòng chống xói mòn và giảm lượng trầm tích đưa vào dòng nước, cần bảo vệ được thảm thực vật và gốc cây rễ trên cự ly 20 m dọc hai bên bờ dòng nước. Cần hạn chế việc nhổ cây trong dải đất dành cho đường, bởi các cây con sẽ hạn chế việc đi lại của phương tiện
---
và thải các vật liệu đào được ra bờ sông. Do đó, khi phải chọn vị trí của công trình thì cần xét đến khía cạnh này để giảm thiểu xâm hại tới hai bên bờ sông.
l. Đường ngầm (đường tràn)
Nguyên tắc chung là cấm các loại phương tiện chạy trong đường ngầm, đường tràn (lòng sông, suối) trừ khi phục vụ cho xây dựng. Tuy nhiên, nếu cần phải sử dụng hoặc địa hình không cần thiết phải xây cầu mà chỉ cần xây tràn thì nên sử dụng đường tràn để tiết kiệm kinh phí đầu tư. Nhưng việc xây dựng và khai thác phải đảm bảo các qui tắc sau:
- Đường ngầm chỉ sử dụng trong mùa khô và không thường xuyên; - Không có việc đánh bắt cá nhiều ở phía hạ lưu;
- Đáy dòng lộ đá gốc hoặc có cuội thô;
- Đường dẫn vào chỗ lội qua dòng nước có độ dốc rất nhỏ;
- Độ cao mặt nước lúc phương tiện đi qua phải tương đối thấp để đảm bảo an toàn cho người và phương tiện giao thông. Nếu mực nước ngập thấp hơn 0,5 m thì cho thông xe bình thường. Nếu mực nước ngập cao hơn 0,5m, phải cấm thông xe;
- Đường ngầm không được đặt ở chỗ uốn khúc của dòng sông;
Vào mùa mưa, mực nước dâng cao và tràn qua đường. Khi đó, các phương tiện giao thông không được đi qua đường ngầm mà phải chờ nước rút hết từ 8 ÷ 12giờ mới cho thông xe. Tần suất thiết kế đường tràn từ 8 ÷ 10%.
Các đường ngầm nên có hệ thống cọc báo đề phòng trường hợp nước cao tràn đường thì có thể nhận biết vị trí của ngầm.
m. Độ sáng
Là chỉ tiêu chủ yếu của công trình liên quan đến việc đi lại của cá và các thuỷ sinh vật khác trong dòng nước. Do đó, không nên làm công trình (cống) quá dài và có đường kính lớn và nên chú ý đến vị trí đặt cống.