RiCVQ (7 - 60) trong dó: V : lu tốc bình quân của mặt cắt, m/s ; : diện tích mặt cắt nớc chảy, m 2 ; R : bán kính thủy lực của mặt cắt đó, m ; C : hệ số lu tốc của mặt cắt đó ; i : độ dốc mặt nớc của mặt cắt đó (nếu chảy đều thì lấy bằng độ dốc đáy). - Đối với một đoạn sông thì mặt nớc giữa hai mặt cắt có thể coi là một đờng thẳng và trị số bình quân: mmmm iRCV (7 - 61) Q m = V m . m (7 - 62) Xác định trị số C có thể dùng công thức Ma-ninh 6/1 1 R n C (7 - 63) trong đó: n - hệ số nhám sông; Dùng công thức này thì công thức (7 60) thành: 2/13/2 1 iR n Q (7 - 64) Xác định hệ số C còn có 1 số công thức kinh nghiệm nữa nh công thức Pavơlốpski. y R n C 1 y = 2,5n - 0,13 - 0,75R(n - 0,1) (7 - 65) Phạm vi ứng dụng của công thức là: 0,1m < R < 3,0m 0,011 < n < 0,040 Trong phạm vi này tính theo Pavơlốpski và Maninh không sai quá 8%. Ngoài ra để tính hệ số C còn có công thức Badanh (dùng nhiều cho thiết kế mơng máng). R C 1 87 (7 - 66) trong đó: : hệ số nhám lòng sông (khác với n); R: bán kính thuỷ lực, m. Tính theo đoạn chảy biến tốc: diện tích các mặt cắt ở đoạn sông biến đổi nhiều, độ nhám, cũng không giống nhau, đặc tính lu lợng K giữa hai mặt cũng không giống nhau. RCK và giả định K 1 , K 2 là đặc tính lu lợng của mặt cắt thợng hạ lu. Đặc tính lu lợng trung bình 21 .KKK m . Trị số i trong công thức Sêdi sẽ thay bằng độ dốc năng lợng i c nh hình 7 - 40 Vm H1 V1/2g 2 V1 hf V2/2g H2 i ic V2 2 H ình 7 - 40 l h g V H l h i i f c 2 2 (7 - 67) trong đó: h f : tổn thất cột nớc do ma sát. h i : cột nớc khôi phục khi động năng chuyển thành thế năng. Khi: V 1 > V 2 g V h i 22 1 2 ngợc lại : h i = 0 H: chênh lệch mặt nớc giữa 2 mặt cắt = H 1 - H 2 ; l h g V H KQ i m 2 2 (7 - 68) Công thức 7 - 68 dùng để tính đoạn chảy biến tốc Nếu mặt cắt thiết kế to dần về phía hạ lu mà cần tìm cột nớc tổn thất h c do chảy khuyếch tán thì: g V g V h c 22 2 2 2 1 (7 - 69) Do đó công thức 7 - 68 trở thành: l h g VV H KQ i m ) 2 )(1( 2 2 2 1 (7 - 70) = 0 - 1,0 thờng dùng 0,5 c. Tính và vẽ đờng cong mặt nớc - Mục đích vẽ đờng cong mặt nớc: Đờng cong mặt nớc là một trong những căn cứ để thiết kế cao độ phòng hộ đoạn chảy biến tốc, nhng chỉ cần vẽ trong trờng hợp 2 đoạn sông liên tiếp có mực nớc và lu tốc có chênh lệch ít. - Phơng pháp tính và vẽ: Phơng pháp tỷ năng mặt cắt: dùng phơng trình Becnuli có xét đến sự biến đổi của tỷ năng mặt cắt. Dùng phơng pháp này để tính đờng cong mặt nớc thì tốt nhất là lu tốc ở mặt cắt đầu và cuối không chênh nhau quá 25% - 30%. Công thức cơ bản là: li g V hli g V h f K Ko H H 22 22 (7 - 71) Tỉ năng mặt cắt biến đổi: lii g V h g V h foHK H H K K )() 2 () 2 ( 22 (7 - 72) Cự ly giữa 2 mặt cắt: fo ii l (7 - 73) Tổng chiều dài đờng cong mặt nớc: m n fo n ii l 1 (7 - 74) l - Phân ra càng nhiều đoạn tính càng chính xác. trong công thức: h H và V H: chiều sâu và lu tốc của mặt cắt đầu tiên, m; h K và V K: chiều sâu và lu tốc của mặt cắt cuối, m; i o = sin: độ dốc thuỷ lực đáy đoạn sông tính toán; l: toàn bộ chiều dài đờng cong mặt nớc, m; g: gia tốc trọng lực, g = 9,81m 3 /s; : hệ số phân bố lu tốc không đều trong mặt cắt lòng sông, mặt cắt hình lăng thể =1, nếu không phải là lăng thể hay trong các trờng hợp lu tốc phân bố không đều =1,1; i f : độ dốc ma sát bình quân của đoạn sông tính toán: 2 KH ff f ii i HH H f RC V i H 2 2 , KK K f RC V i K 2 2 (7 - 75) Ví dụ: Căn cứ vào các số liệu cho dới đây, vẽ đờng cong mặt nớc của kênh hình thang: Q = 64m 3 /s i =0,1 m=1,5 B đáy =10,6m n = 0,014 Chiều sâu ở mặt cắt đầu: h 1 = 1,5m Chiều sâu ở mặt cắt cuối: h n =0,8m Cho h 2 =1,5m, h 3 =1,0m; tính cự ly các mặt cắt l rồi tính tổng chiều dài đờng cong mặt nớc l. Dựa vào các công thức áp dụng đối với sông hình thang xác định yếu tố thuỷ lực dòng chảy trong các mặt cắt tơng ứng (hình 7 - 41) Đối với mặt cắt có chiều sâu h 1 = 1,5m 1 = bh 1 + mh 1 2 = 10,6 x 1,5 + 1,5 x 1,5 2 = 19,29m 2 1 = b + 2h 1 (1+m 2 ) 0,5 = 16m mR 20,1 16 29,19 1 1 6,732,1 014,0 11 6/1 11 y R n C sm Q V /32,3 29,19 64 1 1 m g V 6,0 81,92 32,31,1 2 2 2 1 Tỉ năng mặt cắt: m g V h 1,26,05,1 2 2 1 11 Với mặt cắt có h 2 = 1,2m: 2 = 14,88 m 2 , 2 = 14,92m, R 2 = 1,0m C 2 =71,4 , V 2 =4,3m/s m g V 03,1 2 2 2 , 2 = 2,23m = 2 - 1 = 2,33 2,10 = 0,13m mV cp 1,1)12,1( 2 1 , mR cp 81,3)3,432,3( 2 1 5,72)4,716,73( 2 1 cp C 0025,0 1,15,72 81,3 2 2 i Đợc ml 33,1 0025,01,0 13,0 1 Cũng tính tơng tự nh vậy tìm đợc cự ly giữa hai mặt cắt có chiều sâu h 2 , h 3 và h 4 kết quả ghi ở bảng 7 - 21 và hình 7 - 42. l l h H h K io Hình 7 - 41 H ì n h 7 - 4 2 Bảng 7 - 21 Bảng tính toán chiều dài đờng cong mặt nớc Phù hiệu và công thức Đơn vị Mặt cắt 1-1 Mặt cắt 2-2 Mặt cắt 3-3 Mặt cắt 4-4 Chiều sâu h m 1,50 1,20 1,00 0,80 Đáy sông B m 10,6 10,6 10,6 10,6 Chu vi ớt m 16,0 14,92 14,20 13,48 Diện tích m 2 19,27 14,88 12,10 9,74 Bán kính thuỷ lực R m 1,20 1,00 0,85 0,70 Hệ số lu tốc C 73,60 71,40 69,50 67,30 Lu tốc V m/s 3,32 4,30 5,29 6,78 Động năng V 2 /2g 0,60 1,03 1,56 2,58 Tỉ năng gVh 2/ 2 m 2,10 2,23 2,56 2,38 Biến đổi tỉ năng m 0,13 0,33 0,82 Độ dốc đáy I 0,10 0,10 0,10 V cp m/s 3,81 4,80 6,3 R cp m 1,10 0,92 0,70 C cp 72,5 70,5 68 Độ dốc ma sát bình quân i f 0,0025 0,005 0,10 l m 1,33 3,46 9,3 L m 14,2 Đ7.5. Công trình bảo vệ bờ sông chống lũ 7.5.1. Giới thiệu chung Muốn để cho công trình nền đờng đầu cầu hay mái dốc bờ sông v.v không bị dòng chảy lũ hoặc các hiện tợng thiên nhiên khác phá hỏng, cần phải làm công trình bảo vệ bờ sông. Cấu tạo kè lát mái bảo vệ bờ sông gồm ba bộ phận chính: Chân kè, thân kè và đỉnh kè - Chân kè là phần đáy ở chân mái dốc, có tác dụng chống xói chân mái dốc và làm nền tựa cho chân kè, theo qui định cao độ đỉnh chân kè lấy cao hơn mực nớc kiệt với tần suất 95% bằng 0,5 m - Đỉnh kè là phần nằm ngang phía trên cùng của kè có tác dụng bảo vệ thân kè đối với tác động của dòng chảy mặt và các tác động khác, bề rộng đỉnh kè đợc lấy bằng 0,5 đến 2 m, cao độ đỉnh kè( H ĐK ) xác định theo công thức : H ĐK = H TT + h D + h SL + a (7 76) trong đó H TT : cao độ mực nớc tính toán, m; h D : độ dềnh do cầu làm thắt hẹp dòng chảy, m; h SL : chiều cao sóng leo lên mái dốc, m; a: độ an toàn kỹ thuật đối với nền đờng dẫn bằng 0,5m; còn đê hớng dòng bằng 0,25 m; - Thân kè là phần kể từ đỉnh chân kè tới đỉnh kè nó chịu tác động của dòng chảy, sóng, áp lực nớc và áp lực dòng thấm. Vận tốc, chiều sâu dòng nớc, địa chất bờ sông, chiều cao sóng, thời gian ngập nớc, điều kiện vật liệu địa phơng là điều kiện cơ bản và cơ sở để chọn hình thức gia cố. Khi thiết kế công trình bảo vệ bờ sông, thờng dùng các loại phòng hộ gia cố nh lát cỏ, xếp bó cây, rọ đá, đá xếp khan hoặc xây vữa, kết cấu bê tông đổ tại chỗ, bán bê tông cốt thép lắp ghép, hay trồng rừng giảm sóng v.v Trớc khi đi vào lựa chọn các dạng kết cấu gia cố bảo vệ có thể tham khảo bảng (7- 22). Bảng 7-22 a) Vận tốc cho phép không xói của các loại gia cố T/T Loại gia cố Chiều sâu dòng nớc, m 0,4 1,0 2,0 3,0 Tốc độ nớc chảy trung bình, m/s 1 2 3 4 5 6 1 Lát cỏ nằm ( trên nền chắc) 0,9 1,2 1,3 1,4 Lát cỏ chồng thành tờng 1,5 1,8 2,0 2,2 2 Đổ đá ba và đá hộc với kích thớc đá từ 7.5 cm và lớn hơn Theo bảng 7-22b nhân thêm với hệ số 0,9 3 Đổ đá 2 lớp trong lới đan với kích thớc khác nhau Theo bảng 7-22b nhân với hệ số 1,1 4 Lát đá 1 lớp trên lớp guột hay rơm rạ lớp này 5 cm a- loại đờng kính 15 cm 2,0 2,5 3,0 3,5 b - loại đờng kính 20 cm 2,5 3,0 3,5 4,0 c - loại đờng kính 25 cm 3,0 3,5 4,0 4,5 5 Lát đá trên lớp đá dăm hay sỏi lớp đá dăm này 10 cm a- bằng đá cỡ 15 cm 2,5 3,0 3,5 4,5 b bằng đá cỡ 20 cm 3,0 3,5 4,0 4,5 c bằng đá cỡ 25 cm 3,5 4,0 4,5 5,0 6 Lát đá cẩn thận các kẽ có chèn chặt đá con, trên lớp đá dăm hay sỏi, lớp đá dăm này 10 cm a- bằng đá cỡ 20 cm 3,5 4,5 5,0 5,5 b bằng đá cỡ 25 cm 4,0 4,5 5,5 5,5 c bằng đá cỡ 30 cm 4,5 5,0 6,0 6,0 7 Lát đá 2 lớp trên lớp đá dăm (hay sỏi) lớp dới đá cỡ 15 cm, lớp trên 20 cm ( lớp đá dăm lót không bé hơn 10 cm) 3,5 4,5 5,0 5,5 8 Gia cố bằng bó thân cây hay cành cây trên nền đá đầm chặt (để gia cố tạm thời) a - lớp gia cố 20 - 25 cm b - với các chiều dày khác - 2,0 2,5 Nh mục 8a nhân với hệ số điều chỉnh gc h2,0 ; h gc - chiều dày lớp gia cố 9 Gia cố mềm bằng thân cây: a - khi chiều dày là 50 cm b - với các chiều dày khác 2,5 3,0 3,5 - Nh mục 9a nhân thêm với hệ số điều chỉnh gc h2,0 . công thức Ma-ninh 6/1 1 R n C (7 - 63) trong đó: n - hệ số nhám sông; Dùng công thức này thì công thức (7 60) thành: 2/13/2 1 iR n Q (7 - 64) Xác định hệ số C còn có 1 số công thức kinh. = H 1 - H 2 ; l h g V H KQ i m 2 2 (7 - 68) Công thức 7 - 68 dùng để tính đoạn chảy biến tốc Nếu mặt cắt thiết kế to dần về phía hạ lu mà cần tìm cột nớc tổn thất h c do chảy khuyếch. cắt 1-1 Mặt cắt 2-2 Mặt cắt 3-3 Mặt cắt 4-4 Chiều sâu h m 1,50 1,20 1,00 0 ,80 Đáy sông B m 10,6 10,6 10,6 10,6 Chu vi ớt m 16,0 14,92 14,20 13, 48 Diện tích m 2 19,27 14 ,88 12,10