Báo cáo khoa học: TIÊU NĂNG TỰ NHIÊN Ở HẠ LƯU CỐNG VÀ CẦU NHỎ CỦA ĐƯỜNG

Tóm tắt: Báo cáo trình bày hiểu biết về thuỷ lực gây ra xói lở của dòng chảy; phương pháp và công thức dự đoán chiều sâu và phạm vi xói sau cống theo No14 ASCE (2006) của Hội người xây dựng dân dụng Mỹ đối với đất không dính và đất dính. Trên cơ sở đó nêu ra phương pháp và trình tự xác định bậc nước dạng bể tiêu năng tự nhiên, thân thiện với môi trường sao cho gia cố nhỏ nhất....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "TIÊU NĂNG TỰ NHIÊN Ở HẠ LƯU CỐNG VÀ CẦU NHỎ CỦA ĐƯỜNG TIÊU NĂNG TỰ NHIÊN Ở HẠ LƯU CỐNG VÀ CẦU NHỎ CỦA ĐƯỜNG TRẦN ĐÌNH NGHIÊN Bộ môn Thuỷ lực - Thuỷ văn Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Báo cáo trình bày hiểu biết về thuỷ lực gây ra xói lở của dòng chảy; phương pháp và công thức dự đoán chiều sâu và phạm vi xói sau cống theo No14 ASCE (2006) của Hội người xây dựng dân dụng Mỹ đối với đất không dính và đất dính. Trên cơ sở đó nêu ra phương pháp và trình tự xác định bậc nước dạng bể tiêu năng tự nhiên, thân thiện với môi trường sao cho gia cố nhỏ nhất. Summary: Hydraulic concepts of flow scour at culverts & small bridges, expressions for predicting scour at culvert outlets in a cohesionless & cohesive soil as well as step pool energy dissipation design in nature while maintaining natural condition as stable “undisturbed” streams with minimal channel armoring are presented. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Quy trình hiện hành thường giải quyết bài toán gia cố chống xói ở hạ lưu cống và cầu nhỏ bằng cách gia cố cứng hay kết hợp giữa gia cố cứng và mềm song chưa chú ý đến sinh thái và đời sống riêng của dòng chảy nhỏ. Do vậy, báo cáo này trình bày phương pháp gia cố hạ lưuCT 1 bằng bậc nước dạng bể tiêu năng tự nhiên tương ứng với kiểu dòng chảy ở lưu vực nhỏ. 2. BẬC NƯỚC CÓ BỂ TIÊU NĂNG TỰ NHIÊN Mỗi dòng chảy trong tự nhiên đều có đời sống riêng trong sự cân bằng sinh thái và môi trường thủy sinh, có hình dạng nhất định ở mặt bằng với mặt cắt dọc và ngang ổn định theo thời gian. Dọc theo chiều dài dòng chảy thường tạo ra các dạng bậc nước hay dốc nước có bể tiêu năng tự nhiên phù hợp với địa hình, địa chất… mà dòng chảy đi qua. Để áp dụng dạng tự nhiên này vào hạ lưu cầu và cống ta cần phải giải quyết những nội dung sau: (1) Hiểu biết về thủy lực; (2) Hệ thống bậc nước dạng bể tự nhiên; (3) Xói lở sau cống hay cầu nhỏ; (4) Hiểu biết về thiết kế kênh tự nhiên; (5) Thiết kế bậc nước dạng bể. 3. NỘI DUNG CHI TIẾT 3.1. Hiểu biết về thủy lực Hình dạng dòng chảy gồm chiều rộng, chiều sâu, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, chiều dài uốn lượn và các biến về thủy lực như: độ dốc dọc trung bình, ma sát trung bình, tốc độ trung bình đối với một lưu lượng xác định và lượng bùn cát nhất định cũng như các điều kiện biên cụ thể nơi dòng chảy đi qua, tất cả có liên quan mật thiết với nhau trong quá trình diễn biến dòng chảy. Tất cả các dòng chảy đều có xu hướng cân bằng, song do điều kiện biên thay đổi kết hợp với năng lượng vốn có của của dòng chảy, dòng chảy tập trung lại, làm tốc độ tăng lên, tạo ra động năng thừa gây xói lở làm thay đổi kích thước hình học và hình dạng của nó. Do vậy, có thể cho rằng, xói lở phụ thuộc vào năng lượng của dòng chảy và địa chất đáy dòng chảy (sơ đồ 1). (1) Sơ đồ dòng chảy gây xói lở: Tập trung dòng chảy Thừa động năng Xói lở (2) Chiều sâu xói: hx = f(năng lượng E, vật liệu đáy), trong đó: E = z + v2/2g (m) Năng lượng: (1) 2 v: tốc độ trung bình mặt cắt (m/s); g: gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s ); z: chiều cao sovới mặt so sánh (m). v = (1/n)R2/3S1/2 (3) Tốc độ: (2) n: hệ số nhám, R: bán kính thủy lực, S: độ dốc. Bảng 1. Tốc độ cho phép (4) Địa chất được đặc trưng bằng tốc độ cho không xói lớn nhất [vomax]phép không xói, có thể tham khảo bảng 1. Vật liệu [vomax] (m/s) (5) Tốc độ tại cửa ra của cống thường lớn hơn 3 Cát đều hạt và đất không dính 0.457m/s, do vậy thường gây xói lở hạ lưu cống. Cát có cấp phối đất 0.762 Cát lẫn đất 0.914 (6) Các cách giảm vận tốc dòng chảy từ phương Sét 1.219trình (2). Sỏi sạn 1.83 Tăng ma sát (tăng nhám n); Giảm bán kính thủylực; Giảm độ dốc đáy dòng chảy. TCT1 (7) Thông qua nước nhảy để tiêu hao năng lượng thừa từ dòng chảy xiết sang dòng chảyêm. EL = E1 – E2 (3) trong đó: EL, E1, E2 lần lượt là năng lượng mất đi do nước nhảy, năng lượng dòng xiết vànăng lượng của dòng êm sau nước nhảy. 3.2. Mất mát năng lượng tự nhiên Dòng chảy có độ dốc nhỏ (thường < 2%) thường tạo ra các dạng uốn lượn trên mặt bằng(meandering); là dòng chảy êm. Dòng chảy có độ dốc lớn (thường > 4%) thì tạo ra bậc nước dạng bể tiêu năng hay hố tiêunăng, nước nhảy như hình 1. Hình thành bể tự nhiên sau bậc nướcthường l ...