ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Chương4:
I.

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

TÍNH TOÁN THUỶ VĂN VÀ THUỶ LỰC CẦU CỐNG

Xác đònh lưu lượng tính toán Qp% :
Theo qui trình tính toán dòng chảy lũ do mưa rào ở lưu vực nhỏ
(F ≤ 100 km2), ta có công thức :
Qp% = Ap × α × Hp × F × δ
Trong đó:
- Qp% : Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p%, m3/s;

- p% : Tần số lũ tính toán ,được qui đònh tùy thuộc vào cấp thiết kế của
đường, theo bảng 30 TCVN 4054-2005: đường cấp III p = 4%;
- ϕ : Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 2-1 22TCN 220-95, tùy thuộc vào
loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (Hp) và diện tích lưu vực (F)
- Ap: Mô đun dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện
chưa xét ảnh hưởng của hồ ao, phụ thuộc vào hệ số đặc trưng đòa mạo lòng sông
φls , thời gian tập trung nước trên sườn dốc τ sd và vùng mưa (phụ lục 13 TK Đường
ÔTô III)
- Hp = 122 mm: lưu lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p = 4% tại
Bình Đức Lâm Đồng, đây là khu vực thuộc vùng mưa XVI (phụ lục 1 22TCN 22095) ;
- δ : Hệ số triết giảm lưu lượng của hồ ao, đầm lầy. Với diện tích ao hồ,
đầm lầy chiếm 4%, ta có δ = 0.9(bảng 2-7 22TCN 220-95)
- F : diệân tích của lưu vực. Dựa vào bình đồ ta tìm được diện tích lưu vực
thực tế theo công thức:
F = Fbd ×

M2
1010

Trong đó:
Fbđ : Diện tích lưu vực trên bình đồ (cm2)
M: Hệ số tỉ lệ bình đồ
1010 : Hệ số qui đổi từ cm2 sang km2
1.

Xác đònh thời gian tập trung nước trên sườn dốc τ s

Thời gian tập trung nước trên sườn dốc τ s , phụ thuộc vào hệ số đặc trưng
đòa mạo sườn dốc φsd và vùng mưa (Bảng 2-2 22TCN 220-95 )
Vùng mưa: XVI
Hệ số φsd xác đònh theo công thức :

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 43


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

φsd =

( 1000 × bsd )

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ


0,6

msd × I sd0,3 × (α × H p )0,4

Trong đó
bsd :Chiều dài trung bình của sườn dốc lưu vực, km xác đònh theo công thức:
bsd =

F
1.8 × ( L + ∑ l)

L = chiều dài suối chính (km) đo từ nơi suối bắt đầu hình thành rõ
ràng tới vò trí công trình.
∑l = tổng chiều dài các suối nhánh (km) có chiều dài lớn hơn 0.75
chiều rộng trung bình của sườn dốc lưu vực B, B xác đònh theo 1 trong 2
công thức sau:
Đối với lưu vực có 2 mái dốc:
B=

F
2× L

Đối với lưu vực có 1 mái dốc:
B=

F
L

và thay hệ số 1.8 bằng 0.9 trong công thức xác đònh bsd.
msd = 0.2: hệ số đặc trưng nhám sườn dốc với mặt đất thu dọn sạch, không

có gốc cây, không bò cày xới, vùng dân cư nhà cửa không quá 20%, mặt đá xếp và
cỏ trung bình.
Jsd: độ dốc trung bình của sườn dốc lưu vực ( 0/00), được xác đònh bằng trò số
trung bình của 4 – 6 hướng nước chảy đại diện cho sườn dốc lưu vực.
2.

Tính hệ số đòa mạo thủy văn của lòng sông φ ls theo công thức :

φls =

mls × I

1/ 3
ls

1000 × L
× F 1/ 4 × (α × H p )1/ 4

L: chiều dài sông chính (km)
mls =7: hệ số đặc trưng nhám của lòng sông, với sông đồng bằng ổn đònh,
lòng sông khá sạch, suối không có nước thường xuyên, chảy trong điều kiện tương
đối thuận lợi.
Jls : độ dốc lòng sông chính tính theo 0/00
I ls =

h1 × l1 + (h1 + h2 ) × l2 + ... + (hn −1 + hn ) × ln
L2

Trong đó :
SVTH:MAI VĂN QUYỀN


Trang 44


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

h1,h2,…,hn : cao độ những điểm gãy khúc trên trắc dọc so với giao điểm của 2
đường.
l1, l2,…,ln : cự ly giữa các điểm gãy khúc .
Kết quả tính toán thủy văn được thể hiện trong các bảng sau:
BẢNG XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶT TRƯNG THỦY VĂN
Phương

ù Lý Trình

án
Km 0+714.04
Km 1+811.95
Km 3+438.8
Km 3+817.62
PAI

PAII

F

L


Σl

bsd

Jls

Jsd

(km2)
0.706
1.35
0.688

(km)
0.877
0.924
0.434

(km)

(km)
0.447
0.812
0.881

(‰)
11.14
6.64
49.35


(‰)
135.82
92.94
81.51

8.97

104.38

53.5
53
34.8
3.44
3.234
58.18
145.41
6.98

66.18
96.53
100.27
95.67
102.28
91.61
132.47
118.26

9.2

114.26


74.7
71.57

86.44
130.37

Km 4+400
Km 5+541.87
Km 6+227.9
Km 7+435.03
Km 0+698.28
Km 1+381.88
Km 2+134.79
Km 3+441.19

2.79
0.201
0.28
0.395
0.872
22.799
0.364
0.301
2.72

Km 5+508.38
Km 6+500
Km 7+261.59


5.104
0.707
0.537

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

1.803
0.359
0.354
0.326
0.77
7.99
0.254
0.239
1.519
3.312
0.368
0.296

0.96
8

9.205

0.623
0.73
4

0.559
0.311

0.439
0.673
0.629
0.737
0.796
0.700
0.705
0.701
1.067
1.008

Trang 45


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

BẢNG XÁC ĐỊNH THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC φ sd
Phương
án

Lý trình

bsd

(km)
Km 0+714.04 0.44
7
Km 1+811.95

0.812
Km 3+438.8
0.88
1
Km 3+817.62 0.559
Km 4+400
0.31
1
Km 5+541.87 0.43
9
Km 6+227.9
0.67
3
Km 7+435.03 0.629
0.73
Km 0+698.28
7
0.79
Km 1+381.88
6

PAI

PAII

Km 2+134.79 0.700
Km 3+441.19 0.995
Km 5+508.38 0.701
1.06
Km 6+500

7
Km 7+261.59 1.008

Jsd

Hp1%

msd

(‰)

(mm)

0.2

135.82

139

0.2

92.94

139

0.2

81.51

139


0.2

104.38

139

0.2

66.18

139

0.2

96.53

139

0.2

100.27

139

0.2

95.67

139


0.2

102.28

139

0.2

91.61

139

0.2

132.47

139

0.2
0.2

118.26
114.26

139
139

0.2


86.44

139

0.2

130.37

139

ϕ

φ sd

Vùng

τ sd

mưa

(phút)

0.857 6.590
0.77
8
10.981
0.857 11.540
0.772 8.503
0.86
8

6.543
0.86
6
7.192
0.86
3
9.201
0.853 9.002
0.66 10.752
0.86
4
10.450
0.86
6
8.653
0.772 11.576
0.762 9.529
0.857 12.719
0.86 10.851

XVI

44.67

XVI

84.91

XVI


87.7
71.54

XVI
XVI

44.06

XVI

52.88

XVI

78.4
78

XVI
XVI

83.76

XVI

82.25

XVI

73.49
87.88

79.06

XVI
XVI
XVI

95.99
84.26

XVI

BẢNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐỊA MẠO LÒNG SÔNG φ ls
Phương

Lý trình

án
PAI

F
(km )
2

Km 0+714.04
0.706
Km 1+811.95
1.35
Km 3+438.8
Km 3+817.62


SVTH:MAI VĂN QUYỀN

0.688
2.79

L

Hp

(km)
0.87
7

(mm)

0.924
0.43
4
1.80

mls

139

7

139

7


139
139

7
7

Jls
(‰)
11.14
6.64
49.35
8.97

ϕ

φ ls

0.857
0.77
8

18.524

0.857
0.772

5.618
29.802

20.204


Trang 46


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

3
Km 4+400
0.201
Km 5+541.87
0.28
Km 6+227.9
0.395
Km 7+435.03 0.872
Km 0+698.28 22.799

PAII

Km 1+381.88

0.364

Km 2+134.79

0.301

Km 3+441.19


2.72

Km 5+508.38

5.104

Km 6+500
Km 7+261.59

0.707
0.537

0.359
0.354
0.326
0.77
7.99
0.254
0.239
1.51
9
3.31
2
0.36
8
0.296

139

7


139

7

139
139
139

7
7
7

139

7

139

7

139

7

139

7

139

139

7
7

53.5
53
34.8
3.44
3.234
58.18
145.41
6.98
9.2
74.7
71.57

0.86
8
6.133
0.86
6
5.588
0.86
3
5.437
0.853 22.852
0.66 114.134
0.86
4

3.642
0.86
6
2.646
0.772

27.471

0.762

46.828

0.857
0.86

4.121
3.598

XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN DÒNG CHẢY Ap
Phương

Lý trình

án
PAI

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Vùng


τ sd

φ ls

Ap

mưa
Km 0+714.04

XVI

44.67

18.524

0.153

Km 1+811.95

XVI

84.91

20.204

0.104

Km 3+438.8

XVI


87.7

5.618

0.129

Km 3+817.62

XVI

71.54

29.802

0.101

Km 4+400

XVI

44.06

6.133

0.192

Km 5+541.87

XVI

XVI

5.588
5.437

0.181

Km 6+227.9

52.88
78.4

0.144
Trang 47


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

PAII

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Km 7+435.03

XVI

78

22.852


0.107

Km 0+698.28

XVI

83.76

114.134

0.037

Km 1+381.88

XVI

82.25

3.642

0.146

Km 2+134.79

XVI

73.49

2.646


0.162

Km 3+441.19

XVI

87.88

27.471

0.092

Km 5+508.38

XVI

79.06

46.828

0.074

Km 6+500

XVI

95.99

4.121


0.13

Km 7+261.59

XVI

84.26

3.598

0.143

F

δ

BẢNG XÁC ĐỊNH Qp
Phương

Lý trình

Ap

ϕ

án

PAI

PAII


Km 0+714.04
Km 1+811.95
Km 3+438.8
Km 3+817.62
Km 4+400
Km 5+541.87
Km 6+227.9
Km 7+435.03
Km 0+698.28
Km 1+381.88
Km 2+134.79
Km 3+441.19
Km 5+508.38
Km 6+500

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

0.153
0.104
0.129
0.101
0.192
0.181
0.144
0.107
0.037
0.146
0.162
0.092

0.074
0.13

0.857
0.778
0.857
0.772
0.868
0.866
0.863
0.853
0.66
0.864
0.866
0.772
0.762
0.857

Hp

(mm)
(km2)
122
0.706
122
1.35
122
0.688
122
2.79

122
0.201
122
0.28
122
0.395
122
0.872
122
22.799
122
0.364
122
0.301
122
2.72
122
5.104
122
0.707

0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90

0.90
0.90
0.90
0.90
0.90

Qp
(m3/s)
10.16
11.99
8.35
23.886
3.68
4.82
5.39
8.74
61.131
5.04
4.64
21.212
31.601
8.65
Trang 48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Km 7+261.59

0.143


GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

0.86

122

0.537

0.90

7.25

Từ lưu lượng tính được, ta xác đònh các công trình vượt dòng nước theo bảng sau:
Phương

Lý trình

án

PAI

PAII

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

F

Qp


Công

(km2)

(m3/s)

trình

Km 0+714.04

0.706

10.16

Cống

Km 1+811.95

1.35

11.99

Cống

Km 3+438.8

0.688

8.35


Cống

Km 3+817.62

2.79

23.886

Cầu

Km 4+400

0.201

3.68

Cống

Km 5+541.87

0.28

4.82

Cống

Km 6+227.9

0.395


5.39

Cống

Km 7+435.03

0.872

8.74

Cống

Km 0+698.28
Km 1+381.88

22.799
0.364

61.131
5.04

Cầu
Cống
Trang 49


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

II.


GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Km 2+134.79

0.301

4.64

Cống

Km 3+441.19

2.72

21.212

Cầu

Km 5+508.38

5.104

31.601

Cầu

Km 6+500

0.707


8.65

Cống

Km 7+261.59

0.537

7.25

Cống

Tính toán cống:

Sau khi chọn cấu tạo cống, căn cứ vào lưu lượng tính toán chọn một số
phương án khẩu độ ( dựa theo công thức hoặc tra bảng) và xác đònh chiều sâu nước
dâng H và vận tốc nước chảy V. Trong phần thiết kế ơ sở, khẩu độ cống, H và V
được xác đònh theo bảng cống. Dựa vào H mà đònh độ cao nền đường ( hoặc kiểm
tra lại độ cao nền đường đã thiết kế). Khi đònh độ cao tối thiểu của nền đường phải
tuân theo những yêu cầu quy đònh như: chiều dày lớp đất đặt trên đỉnh cống ≥
0.5m; cao độ mép nền đường phải cao hơn mực nước dâng ≥ 0.5m. Sau đây là bảng
thống kê cống của 2 phương án:

Bảng thống kê cống của 2 phương án
STT

PAI

PAII


Lý trình

Qp

Khẩu độ

Số

Hdâng

V

(m3/s)

(m)

lượng

(m)

(m/s)

Km 0+714.04

10.16

2

2


1.69

2.88

Km 1+811.95

11.99

2

2

1.86

3.08

Km 3+438.8

8.35

1.75

2

1.6

2.86

-


-

-

-

Km 3+817.62 23.886
Km 4+400

3.68

1.75

1

1.48

2.71

Km 5+541.87

4.82

1.75

1

1.74

3.08


Km 6+227.9

5.39

1.75

2

1.25

2.43

Km 7+435.03

8.74

1.75

2

1.65

2.93

Km 0+698.28 61.131

-

-


-

-

Km 1+381.88

2

1

1.68

2.87

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

5.04

Trang 50


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Km 2+134.79

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

4.64


1.75

1

1.71

3.01

Km 3+441.19 21.212

-

-

-

-

Km 5+508.38 31.601

-

-

-

-

Km 6+500


8.65

1.75

2

1.64

2.91

Km 7+261.59

7.25

1.75

2

1.46

2.69

Số lượng cống trên tuyến các PA tuyến.
Khẩu độ (m)

0.75

1.75

2.0


PA1

6

8

4

PA2

5

5

1

Bảng khống chế cao độ nền đường tại vò trí đặt cống :
STT

PAI

Lý trình

Qp

Khẩu độ

Số


Hdâng

Hnền

(m3/s)

(m)

lượng

(m)

(m)

Km 0+714.04

10.16

2

2

1.69

2.94

Km 1+811.95

11.99


2

2

1.86

2.94

Km 3+438.8

8.35

1.75

2

1.6

2.665

-

-

-

-

Km 3+817.62 23.886
Km 4+400


3.68

1.75

1

1.48

2.665

Km 5+541.87

4.82

1.75

1

1.74

2.665

Km 6+227.9

5.39

1.75

2


1.75

2.665

Km 7+435.03

8.74

1.75

2

1.65

2.665

-

-

-

-

2

1

1.68


2.9.4

PAII Km 0+698.28 61.131
Km 1+381.88 5.04
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 51


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Km 2+134.79

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

4.64

1.75

1

1.71

2.665

Km 3+441.19 21.212

-


-

-

-

Km 5+508.38 31.601

-

-

-

-

Km 6+500

8.65

1.75

2

1.64

2.665

Km 7+261.59


7.25

1.75

2

1.46

2.665

III.Tính toán khẩu độ cầu nhỏ :
Đối với phương án I tại Km3+817.62 và phương án II tại Km0+698.01 ,Km
3+441.19 và Km5+508.39 có lưu lượng lớn nên để đảm bảo thoát nước ta kiến
nghò sử dụng cầu nhỏ tại các vò trí đó.

Lưu lượng thiết kế
Phương án

Lý trình

Lưu lượng thiết kế Q(m3/s)

PA I

Km3+817.62

23.886

Km 0+698.28


61.131

Km 3+441.19

21.212

Km 5+508.38

31.601

PAII

Lòng suối dưới cầu được gia cố xử lý như sau : lòng suối được san phẳng tạo
mặt cắt ngang thoát nước có dạng hình thang, mái ta luy là 1:1.5. Trong khi thi
công dòng chảy được dẫn tạm ra ngoài khu vực cầu nhờ kênh đào công vụ. Lòng
suối dưới cầu dự kiến gia cố đá lát cỡ 20cm có tốc độ xói cho phép là V ox = 3.5m/s.
Bề rộng lòng suối sau xử lý là 10m . ( Không có số liệu đòa mạo thủy văn lòng
suối để minh họa cho tính toán ta giả thiết lòng suối khi chưa gia cố cũng có tiết
diện hình thang gần giống như khi đã gia cố tức là có bề rộng đáy là 10m, ta luy
1 :1.5 độ dốc tại vò trí cầu là 0.014 và độ nhám lòng suối là n = 0.05 ứng với đáy
suối có lớp phủ thực vật và có dòng chảy theo chu kì).

Hình 5.1 Mặt cắt lòng sông
- Chu vi ướt:

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

χ = b+h

(


1 + m12 + 1 + m 22

)
Trang 52


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

- Diện tích ướt:

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

ω = b.h +

( m1 + m 2 ) .h2
2

Với m1 và m2 là hệ số mái dốc của bờ trái và bờ phải bờ, b là bề rộng đáy
suối và h là chiều sâu mực nước.
Xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên hδ :

•

Phương pháp xác đònh hδ:
Ta giả thiết chiều sâu dòng chảy h => tính được lưu lượng Q
ng với:

h1 (m) => Q1 (m3/s)
h2 (m) => Q2(m3/s)

h3 (m) => Q3 (m3/s)

Xác đònh lưu lượng Q tương ứng với h theo phương pháp thử dần (trang 68
sách thiết kế cầu cống nhỏ) như sau:

Q = ω.V = ω.C. R i o
Với: C – Hệ số Sêdi

C=

1 y
ω
R ;R =
n
χ

Trong đó:
Chọn b = 10m, hệ số mái dốc m1 = m2 = 1.5
Tính y gần đúng theo công thức:
Khi 0.1m < R < 1m => y = 1.5 n
Khi 1m < R < 3m => y = 1.3 n
Và khi R lớn thì y =

1
theo Maninh
6

n = 0.05: hệ số nhám của dòng sông dưới cầu.
io: độ dốc tự nhiên của dòng sông.
ω: Diện tích ướt của mặt cắt.

So sánh Q với Qtk nếu sai số ≤ 5% thì dùng hδ giả đònh, nếu sai số >5% thì
giả đònh lại hδ và tính lại từ đầu.

Bảng xác đònh chiều sâu dòng chảy tự nhiên

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 53


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

Km 3+817.62
Km3+441.19
Km 5+508.38

PAII

Km 0+698.28

PAI

PA

Lý
trình

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

y


C
(m)

v
(m/s)

io
%o

Qc
(m3/s)

Q_tte
(m3/s)

Sai
số
%

0.85
0.95

0.34
0.34

18.90
19.68

1.65

1.82

8.97
8.97

18.93
24.54

23.89
23.89

20.7
-2.7

14.33

0.99

0.34

19.92

1.88

8.97

26.56

23.89


-11.2

15.54
16.94

14.69
15.05

1.06
1.13

0.29
0.29

20.33
20.70

1.98
2.08

30.76
35.24

23.89
23.89

-28.8
-47.5

2.3


30.94

18.29

1.69

0.29

23.30

1.72

53.31

61.13

12.8

2.4

32.64

18.65

1.75

0.29

23.54


1.77

57.79

61.13

5.5

2.5

34.38

19.01

1.81

0.29

23.76

1.82

62.45

61.13

-2.2

2.6


36.14

19.37

1.87

0.29

23.98

1.86

67.31

61.13

-10.1

2.7

37.94

19.73

1.92

0.29

24.19


1.91

72.35

61.13

-18.3

1.1
1.15
1.2
1.3
1.4
1.1
1.2
1.3
1.4

12.82
13.48
14.16
15.54
16.94
12.82
14.16
15.54
16.94

13.97

14.15
14.33
14.69
15.05
13.97
14.33
14.69
15.05

0.92
0.95
0.99
1.06
1.13
0.92
0.99
1.06
1.13

0.34
0.34
0.34
0.29
0.29
0.34
0.34
0.29
0.29

19.43

19.68
19.92
20.33
20.70
19.43
19.92
20.33
20.70

1.56
1.61
1.65
1.75
1.84
1.79
1.90
2.01
2.11

8.97
8.97
3.23
4
3.23
4
3.23
4
3.23
4
3.23

4
6.98
6.98
6.98
6.98
6.98
9.2
9.2
9.2
9.2

19.93
21.65
23.43
27.14
31.09
22.88
26.90
31.15
35.69

21.21
21.21
21.21
21.21
21.21
31.60
31.60
31.60
31.60


6.0
-2.0
-10.5
-27.9
-46.5
27.6
14.9
1.4
-12.9

1.5

18.38

15.41

1.19

0.29

21.05

2.21

9.2

40.52

31.60


-28.2

hδ
(m)

ω
(m2)

1
1.15

χ
(m)

R
(m)

11.50
13.48

13.61
14.15

1.2

14.16

1.3
1.4


Vậy độ sâu dòng chảy tự nhiên cho hai phương án là:
Phương án
PA I

PAII

•

hδ (m)

Qδ (m3/s)

Km3+817.62

1.15

23.886

Km 0+698.28

2.5

61.131

Km 3+441.19

1.15

21.212


Km 5+508.38

1.3

31.601

Lý trình

Ta chọn phương án gia cố lòng lạch dưới cầu.

Gia cố lòng lạch dưới cầu bằng một lớp đá xếp khan. Dùng loại mố cầu có
một phần tư nón mố với độ dốc ta luy 1:m = 1:1.0
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 54


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Chiều sâu phân giới hk.

•

Chiều sâu phân giới hk là chiều sâu dòng chảy ứng với chế độ nước chảy
phân giới (chiều sâu tương ứng với tiết diện dòng chảy có tỷ năng mặt cắt nhỏ
nhất).
Với mặt cắt dòng chảy hình thang, chiều sâu phân giới được xác đònh theo

công thức (10-23) sách thiết kế đường tập 3:

hk =

Bk − B2k − 4mωk
2m
Bk =

Trong đó :

g × Q P%
ε×α× v

3
k

; ωk =

Q P%

ε × vk

vk = vox : Lưu tốc cho phép không gây xói lở đòa chất ở đáy
suối. => vk = 3.5 m/s (gia cố đá lát)
ε = 0.9: Hệ số khi có ¼ nón đất ở mố cầu.

ωk:

Tiết diện ướt của dòng khi chảy phân giới.


Bk:

Chiều rộng mặt thoáng của tiết diện ướt.

α:

Hệ số điều chỉnh động năng Kôriolit, lấy bằng 1.0

m:

Độ dốc taluy nón mố.

g: gia tốc trọng trường (m/s2)
Qtk = Qp% : lưu lượng ứng với tần suất thiết kế (m3/s).

Bảng xác đònh chiều sâu phân giới hk
Qtk(m3/s)

hδ

Vk
(m/s)

g

α

m

PAI Km3+817.62 23.886


1.15

3.5

9.81

1

1.0 6.072 7.5829 1.76

Km 0+698.28 61.131

2.5

3.5

9.81

1

1.0 15.54 19.407 1.37

PAII Km 3+441.19 21.212

1.15

3.5

9.81


1

1.0 5.393 6.734 1.96

Km 5+508.38 31.601

1.3

3.5

9.81

1

1.0 8.034 10.032 1.55

PA

Lý trình

Bk

ωk

hk
(m)

Xác đònh chế độ chảy dưới cầu.
Chế độ chảy dưới cầu được xác đònh trên cơ sở so sánh hai giá trò là chiều

sâu dòng chảy tự nhiên và chiều sâu dòng chảy phân giới.
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 55


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

hδ < 1.3hk:

Chảy tự do.

hδ > 1.3hk:

Chảy ngập.

Bảng xác đònh chế độ chảy dưới cầu
PA

Lý trình

hδ

hk

1.3hk

Chế độ chảy


PAI

Km3+817.62

1.15

1.76

2.288

Chảy tự do

Km 0+698.28

2.5

1.37

1.781

Chảy ngập

Km 3+441.19

1.15

1.96

2.548


Chảy tự do

Km 5+508.38

1.3

1.55

2.015

Chảy tự do

PAII

• Tính khẩu độ cầu.
Chế độ chảy ngập.
Khẩu độ cầu :
L c = btb + mh δ + Nd =

Trong đó:

Q tk
+ mh δ + Nd
ε × h δ × vc

N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ 1 nhòp nên => N=0)
d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ chỉ có mố nên => d=0)

btb =


Q tk
ε × h δ × vc

Qtk:

Lưu lượng thiết kế (m3/s).

ε:
m:

Hệ số thu hẹp do mố trụ, lấy bằng 0.9 vì có ¼ nón mố.
Độ dốc mái ta luy nón mố, m = 1.0

Vcp:

Lưu tốc cho phép dưới cầu, như trên ta có Vcp = 3.5 m/s.

α:
Vậy :

Lc =

Hệ số điều chỉnh động năng, lấy bằng 1.0
Q tk
+ mh δ
ε × hδ × vc

Bảng xác đònh khẩu độ cầu
PA


Lý trình

PA II Km 0+698.28

Qtk(m3/s) Vcp(m/s) α
61.131

3.5

ε

m Hδ (m)

1.00 0.90 1.0 2.5

Lc (m)
10.26

Chế độ chảy tự do :

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 56


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ


Khẩu độ cầu:
L c = Bk + Nd =

Trong đó:

g × Q tk
+ Nd
ε × α × v3k

N : Số trụ cầu (Vì cầu nhỏ 1 nhòp nên => N=0)
d : Bề rộng trụ (Vì cầu nhỏ chỉ có mố nên => d=0)
Bk =

g × Qtk
ε × α × vk3

Qtk:

Lưu lượng thiết kế (m3/s).

ε:
m:

Hệ số thu hẹp do mố trụ, lấy bằng 0.9 vì có ¼ nón mố.
Độ dốc mái ta luy nón mố, m = 1.5.

Vcp:

Lưu tốc cho phép dưới cầu, như trên ta có Vcp = 3.5 m/s.


α:

Hệ số điều chỉnh động năng, lấy bằng 1.0

Vậy :

L c = Bk =

g × Q tk
ε × α × v3k

Bảng xác đònh khẩu độ cầu
PA

Lý trình

Qtk(m3/s) Vcp(m/s)

α

ε

m g(KN/m2 Lc (m)

PAI Km3+817.62

23.886

3.5


1.00 0.90

1.0

9.81

6.1

Km3+441.19

21.212

3.5

1.00 0.90

1.0

9.81

5.4

Km 5+508.38 31.601

3.5

1.00 0.90

1.0


9.81

8.03

PA II

• Xác đònh chiều sâu nước dâng trước cầu.
Chế độ chảy ngập.
Chế độ nước chảy dưới cầu là chế độ chảy ngập, do vậy chiều sâu nước
dâng trước cầu được xác đònh theo công thức (10-29) cách thiết kế đường tập 3:

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 57


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

H = hδ +
Trong đó:

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

α × v20
α × v2k
−
2 × g × ψ2 2 × g × ψ2

hδ :Chiều sâu dòng chảy tự nhiên


ψ : Hệ số vận tốc. Khi có ¼ nón đất ở mố cầu ψ = 0.9
Vk: Tốc độ nước chảy dưới cầu lấy bằng tốc độ cho phép của
vật liệu gia cố Vk=3.5m/s.
V0 : Tốc độ nước chảy ở thượng lưu ứng với chiều sâu H.
α : hệ số Kôriolit, α = 1

Đây là bài toán giải lặp, trình tự giải như sau:
-

Giả đònh một VH ban đầu.

-

Tính H theo công thức như trên.

-

Tính diện tích ướt ω = LcH-mH2

-

Tính lại V’H = Qtk/ω.

-

So sánh VH và V’H.

Bảng xác đònh mực nước dâng trước cầu ở chế độ chảy ngập
α Vk(m/s) g


PA II

hδ
(m)
2.5
Km
2.5
0+698.28
2.5

PA Lý trình

1
1
1

3.5
3.5
3.5

ϕ V(m/s) H(m) Lc(m) ω(m2) Qtk(m3/s) V'(m/s)

9.81 0.9 3.000 2.70 11.51 20.16 61.131 3.033
9.81 0.9 3.100 2.67 11.51 20.03 61.131 3.053
9.81 0.9 3.200 2.63 11.51 19.88 61.131 3.074

Chế độ chảy tự do.
Chế độ nước chảy dưới cầu là chế độ chảy tự do, do vậy chiều sâu nước
dâng trước cầu được xác đònh theo công thức (10-26) cách thiết kế đường tập 3:
α × v20

α × v2k
H = hk +
−
2 × g × ψ2 2 × g × ψ2
Trong đó:

hδ :Chiều sâu dòng chảy tự nhiên

ψ : Hệ số vận tốc. Khi có ¼ nón đất ở mố cầu ψ = 0.9
Vk: Tốc độ nước chảy dưới cầu lấy bằng tốc độ cho phép của
vật liệu gia cố Vk=3.5m/s.
V0 : Tốc độ nước chảy ở thượng lưu ứng với chiều sâu H.
α : hệ số Kôriolit, α = 1
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 58


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Đây là bài toán giải lặp, trình tự giải như sau:
-

Giả đònh một VH ban đầu.

-

Tính H theo công thức như trên.


-

Tính diện tích ướt ω = LcH-mH2

-

Tính lại V’H = Qtk/ω.

-

So sánh VH và V’H.

Bảng xác đònh mực nước dâng trước cầu ở chế độ chảy ngập
hk
(m)
1.76
Km
1.76
3+817.62
1.76
1.96
Km
1.96
3+441.19
1.96
1.55
Km
1.55
5+508.38

1.55

PA II

PA I

PA Lý trình

ϕ V(m/s) H(m) Lc(m) ω(m2) Qtk(m3/s) V'(m/s)

α Vk(m/s) g
1
1
1
1
1
1
1
1
1

3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5


9.81
9.81
9.81
9.81
9.81
9.81
9.81
9.81
9.81

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

4.000
4.300
4.400
4.500
4.600
4.700
3.700
3.800
3.900


1.52
1.37
1.31
1.46
1.40
1.34
1.46
1.41
1.36

6.10
6.10
6.10
5.40
5.40
5.40
8.03
8.03
8.03

5.81
5.54
5.42
4.68
4.62
4.54
8.52
8.35
8.16


23.886
23.886
23.886
21.212
21.212
21.212
31.601
31.601
31.601

4.110
4.315
4.406
4.530
4.593
4.669
3.707
3.785
3.872

Vậy chiều sâu nước dâng trước cầu ứng với phương án.
PA

Lý trình

H (m)

PA I


Km3+817.62

1.31

Km 0+698.28

2.7

Km 3+441.19

1.4

Km 5+508.38

1.46

PAII

•
Tính chiều dài cầu, cao độ mặt cầu và cao độ tối thiểu đường
vào đầu cầu.


Tính cao độ tối thiểu của mặt cầu so đáy sông:
Hcầu =0.88 × H + ∆ + C

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 59



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Trong đó:
C: chiều cao cấu tạo của hệ mặt cầu, chọn C = 1.2m.
0.88 × H: chiều cao nước chảy dưới cầu.
∆: tónh không dưới cầu, phụ thuộc vào đặc điểm và yêu cầu
thông thuyền của từng sông.
Ta có bảng tính kết quả như sau:
Lý trình

C

∆

H

PAI

Km3+817.62

1.2

1

1.31

1.153


3.4

Km 0+698.28

1.2

1

2.7

2.376

4.6

Km 3+441.19

1.2

1

1.4

1.232

3.4

Km 5+508.38

1.2


1

1.46

1.285

3.5

PAII



0.88 × H Hcầu (m)

PA

Chiều dài cầu:

Chiều rộng đáy tiết diện hình thang là b. Khi đáy lớn là L c ; chiều cao là hk ;
taluy nón mố 1:m = 1:1.0. Suy ra
b = Lc - 2.m.hk
Chiều dài toàn bộ cầu:
L = b + 2.m.Hc

Ta có kết quả tính theo bảng sau:
PA

Lý trình


Lc

hk

m

b

Hc

L (m)

PA I

Km3+817.62

6.1

1.76

1.0

2.58

3.4

10

10.26 1.37


1.0

7.52

4.6

17

Km 0+698.28

PAII



Km 3+441.19

5.4

1.96

1.0

1.48

3.4

9

Km 5+508.38


8.03

1.55

1.0

4.93

3.5

12

Cao độ tối thiểu nền đường vào đầu cầu so đáy sông.

Cao độ tối thiểu của nền đường đầu cầu được xác đònh theo công thức sau:
Hn = maxH + 0.5m ; H + Σhmd
SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 60


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Trong đó:
H: Chiều cao nước dâng trước cầu
Σhmd : chiều dày kết cấu mặt đường, Σhmd = 0.74m
Ta có kết quả tính theo bảng sau:


Cao độ tối thiểu nền đường đầu cầu
Lý trình

H

Km3+817.62

1.31

1.81

2.05

2.05

Km 0+698.28

2.7

3.2

3.44

3.44

Km 3+441.19

1.4

1.9


2.14

2.14

Km 5+508.38

1.46

1.96

2.2

2.2

PA
PA I

PAII

H + 0.5 H + Σhmd

Hnền (m)

IV .RÃNH BIÊN VÀ RÃNH ĐỈNH :
Rãnh biên :
Rãnh biên làm để thoát nước khi mưa từ mặt đường, lề đường, và diện tích
bên dành cho đường. Rãnh biên có tác dụng làm cho nền đường khô ráo do đó
đảm bảo cường độ nền và mặt đường ổn đònh khi mưa.
Kích thước của rãnh biên trong điều kiện bình thường được thiết kế theo cấu

tạo mà không yêu cầu tính toán thủy lực. Chỉ trường hợp nếu rãnh biên không
những chỉ để thoát nước từ mặt đường và diện tích đất dành cho đường mà còn để
thoát nước từ các diện tích lưu vực hai bên đường thì rãnh phải được tính toán thủy
lực. Sử dụng rãnh tiết diện hình thang có chiều rộng đáy lòng 0.4m, chiều sâu tối
thiểu tới mặt đất tự nhiên là 0.3m. Ta luy rãnh nền đường đào có độ dốc theo cấu
tạo đòa chất ; đối với nền đắp là 1 :1.5 đến 1 :3. Rãnh không nên sâu quá 0.8m,
nếu sâu hơn phải làm rãnh đỉnh để không cho nước từ sườn lưu vực chảy về rãnh
dọc. Độ dốc lòng rãnh không nên nhỏ hơn 0.5%.
Rãnh đỉnh :
Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ về đường lớn hoặc khi chiều cao taluy đào
từ 12m trở lên thì phải bố trí rãnh đỉnh để đón nước chảy về phía đường và dẫn
nước về công trình thoát nước, về sông suối hay chỗ trũng cạnh đường, không cho
phép nươc đổ trực tiếp xuống rãnh biên. Chiều rộng đáy rãnh tối thiểu là 0.5m bờ
rãnh taluy 1 :1.5 chiều sâu rãnh xác đònh theo tính toán thủy lực và không sâu quá
1.5m.
Bố trí rãnh đỉnh, rãnh biên :

SVTH:MAI VĂN QUYỀN

Trang 61


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG

GVHD:Th. PHAN TÔ ANH VŨ

Cần phải liên hệ chặt chẽ với bình đồ, trắc dọc, trắc ngang tuyến đường với
điều kiện đòa hình, đòa chất, khí hậu thủy văn dọc tuyến .

SVTH:MAI VĂN QUYỀN


Trang 62