Tiêu chuẩn ngành 22TCN 241:1998 về công trình chỉnh trị luồng chạy tàu sông do Bộ Giao thông vận tải ban hành
Có hiệu lực từ: 6-2-1998
CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ LUỒNG CHẠY TÀU SÔNG
(Ban hành theo Quyết định số 184/QĐ-KHKT ngày 6/2/1998 của Bộ GTVT)
1.0.1. Tiêu chuẩn này dùng để thiết kế các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông không chịu ảnh hưởng thủy triều phục vụ vận tải nội địa. Không áp dụng tiêu chuẩn này để thiết kế các công trình phục vụ phòng, chống lũ lụt, tưới tiêu và các mục đích khác.
1.0.2. Các bước thiết kế, thành phần, nội dung đồ án thiết kế công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông phục vụ vận tải thuỷ nội địa phải phù hợp với "Quy chế lập, thẩm định và xét duyệt thiết kế công trình xây dựng".
1.0.3. Thiết kế các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông phục vụ vận tải thủy nội địa phải đáp ứng các yêu cầu chung như sau:
- ứng dụng được các thành tựu khoa học mới, các tiến bộ kỹ thuật công nghệ mới và kế thừa được các kinh nghiệm đã đúc kết trong thực tế chỉnh trị ở Việt Nam cũng như trên thế giới.
- Tận dụng triệt để nguồn vật liệu địa phương sẵn có phù hợp với nguồn vốn, nhân lực và khả năng thi công của các nhà thầu trong nước. Việc áp dụng các công nghệ xây dựng mới, sử dụng các loại vật liệu mới cần phải được xem xét một cách cẩn thận trên cơ sở tiến hành thí nghiệm trong phòng và xây dựng thử nghiệm trên hiện trường.
- Các công trình chỉnh trị xây dựng trước mắt không được mâu thuẫn với quy hoạch chỉnh trị lâu dài, không gây ảnh hưởng xấu đến các công trình và lợi ích của các ngành kinh tế khác có liên quan đến khai thác tổng hợp đoạn sông/ nhánh sông mà đặc biệt là các công trình phòng chống lũ lụt, tưới tiêu phục vụ nông nghiệp, bảo vệ môi trường.
1.0.4. Chỉnh trị luồng chạy tàu phục vụ vận tải thuỷ nội địa cần phối hợp chặt chẽ với quy hoạch phát triển dân cư, đô thị, khu công nghiệp, quy hoạch tưới tiêu, phòng chống lũ lụt, quy hoạch sử dụng đất đai và quy hoạch phát triển hệ thống các cảng sông - biển cũng như quy hoạch phát triển du lịch và bảo tồn thiên nhiên.
1.0.5 Khi thiết kế các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông cần phải thu thập đầy đủ các tài liệu về địa hình, địa chất lòng sông, số liệu về khí tượng, thủy văn. Cần đặc biệt chú ý công tác khảo sát hiện trường, thu thập các thông tin về bồi xói, diễn biến lịch sử của đoạn sông cũng như các kinh nghiệm chỉnh trị đoạn sông đã tiến hành trước đó.
1.0.6. Các giải pháp kỹ thuật công trình chỉnh trị sông phục vụ vận tải thuỷ nội địa trong tiêu chuẩn này đề cập bao gồm các loại sau:
- Kè chắn (kè mỏ hàn)
- Kè hướng dòng
- Kè khoá (đập khoá)
- Kè dọc (đê dọc)
- Đê bao
- Kè gia cố bờ
- Kè chảy xuyên
- Luồng đào
1.0.7. Căn cứ vào mức độ tác động đến lòng dẫn, dòng chảy và tuổi thọ công trình, các công trình chỉnh trị có thể được phân chia thành công trình vĩnh cửu hay công trình tạm thời.
- Công trình vĩnh cửu là loại công trình được xây dựng với mục tiêu có tác dụng lâu dài để duy trì sự ổn định luồng tàu và hình thái đoạn sông.
- Công trình tạm thời là loại công trình được xây dựng với mục tiêu chỉ có tác dụng đối với lòng dẫn hoặc dòng chảy để phục vụ vận tải thủy trong một mùa hoặc để hỗ trợ các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông trong năm khai thác đầu tiên.
1.0.8. Đối với các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên đoạn sông có vị trí địa lý kinh tế quan trọng hoặc phức tạp về mặt kỹ thuật phải tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu làm cơ sở cho thiết kế kỹ thuật cũng như bản vẽ thi công.
1. Nguyên tắc chung
2.1.1. Để triển khai thiết kế chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông cần chuẩn bị đầy đủ các số liệu cơ bản để phù hợp với các nội dung và yêu cầu của đồ án ở từng giai đoạn thiết kế cụ thể và phù hợp với các quy định về quản lý xây dựng cơ bản của Nhà nước. Việc điều tra, thu thập số liệu nên được triển khai làm nhiều bước và các số liệu thu thập bước trước cần phải thoả mãn yêu cầu sử dụng được cho các bước sau đó. Các số liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế giai đoạn sau cần điều tra thu thập chi tiết hơn trên cơ sở của các tài liệu có sẵn được thu thập trong giai đoạn trước đó.
2.1.2. Các số liệu về điều kiện tự nhiên và tình hình đoạn sông nghiên cứu cần thiết cho thiết kế công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông bao gồm:
- Tài liệu về địa hình lòng sông, bãi sông, bờ sông;
- Tài liệu về thuỷ văn trên đoạn sông nghiên cứu;
- Tài liệu về khí tượng trong khu vực có đoạn sông nghiên cứu đi qua;
- Tài liệu về địa chất và địa chất thủy văn;
- Tài liệu về diễn biến lịch sử của đoạn sông;
- Các tài liệu khác có liên quan đến bảo vệ môi trường;
2.1.3. Các tài liệu có liên quan đến vận tải thuỷ nội địa trên đoạn sông cần thiết cho thiết kế bao gồm:
- Các thông số kích thước tàu thuyền, đội tàu, đoàn tàu thiết kế qua lại trên đoạn luồng hiện tại cũng như trong tương lai;
- Các thông số kỹ thuật của các bến cảng nằm trong đoạn luồng sông yêu cầu chỉnh trị;
- Các thông số kỹ thuật của các công trình lấy nước, tiêu nước và các công trình phòng chống lũ lụt, bảo vệ đê điều trong phạm vi đoạn luồng sông nghiên cứu;
- Các số liệu khác có liên quan đến dự án như các thông tin về hệ thống cấp nước, tiêu nước, phòng lũ, công trình qua sông...và các dự án khác có liên quan đến việc khai thác tổng hợp đoạn sông.
- Các tài liệu về chướng ngại vật trên đoạn luồng sông, các công trình chỉnh trị, bảo vệ bờ sông đã xây dựng;
2.1.4. Việc tiến hành điều tra khảo sát, thu thập số liệu cơ bản phải tuân thủ các tiêu chuẩn, quy trình và quy phạm về quan trắc các yếu tố khí tượng, khảo sát thủy văn, địa hình và địa chất tương ứng ngoài những điều khoản quy định được giải thích trong tiêu chuẩn này.
2.1.5. Khi thiết kế các công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông thuộc các đoạn luồng cấp 5, cấp 6, các nội dung khảo sát, thu thập số liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế có thể được đơn giản hoá một cách thích hợp tuỳ thuộc vào tình hình cụ thể và có luận cứ xác đáng.
2. Số liệu về địa hình
2.2.1. Hệ toạ độ đo lập bình đồ địa hình lòng sông, bãi sông phục vụ thiết kế công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông cần phải dùng hệ toạ độ Quốc gia; hệ toạ độ địa phương cũng có thể được áp dụng nếu thiết lập được mối quan hệ với hệ toạ độ Quốc gia. Hệ cao độ của bình đồ địa hình phải dùng hệ cao độ Nhà nước hoặc các hệ cao độ Hải đồ/ Thủy lợi nhưng phải xác định được mối quan hệ với hệ cao độ của các trạm thủy/ hải văn lân cận trong khu vực nghiên cứu sẽ được sử dụng. Cần dùng một hệ toạ độ và độ cao thống nhất cho cùng một khu vực khảo sát trong các lần khảo sát khác nhau.
2.2.2. Vị trí của các trạm quan trắc mức nước trong thời gian khảo sát và đường mép nước tức thời dọc sông cần được thể hiện trên bình đồ khảo sát.
2.2.3. Phạm vi đo đạc lập bản đồ địa hình theo chiều dọc sông phải bao phủ được toàn bộ đoạn sông dự kiến chỉnh trị và kéo dài tối thiểu về phía thượng/ hạ lưu đến giữa các vực sâu ổn định ở thượng/ hạ lưu đoạn sông nghiên cứu. Hai bên bờ phải khảo sát đến khu vực có cao độ ngang mức nước lũ bình thường hoặc đến các đê phòng lũ hai bên bờ sông trong trường hợp có đê. Phạm vi khảo sát địa hình các thác ghềnh chảy xiết, thác ghềnh nguy hiểm đối với vận tải thuỷ nội địa cần phải mở rộng và bao phủ được các đoạn thác ghềnh, các đoạn thượng/ hạ lưu chịu ảnh hưởng trực tiếp của chúng khi tiến hành cải tạo.
2.2.4. Đối với các đoạn sông nghiên cứu chỉnh trị có quá trình bồi xói xảy ra mạnh mẽ cần phải tăng số lần khảo sát tối thiểu là ba lần vào các mùa nước kiệt, nước trung trước và sau mùa lũ.
3. Số liệu về khí tượng thủy văn
2.3.1. Ngoài việc thu thập số liệu thuỷ văn từ các trạm thuỷ văn có liên quan đến đoạn sông nghiên cứu cần phải xây dựng bổ sung thêm các trạm đo thường trực và trạm đo tạm thời để quan trắc các yếu tố thuỷ văn tại ngay vị trí dự kiến xây dựng công trình. Số lượng trạm quan trắc và nội dung quan trắc bổ sung được quyết định trên cơ sở mạng lưới trạm thuỷ văn hiện có, chiều dài đoạn sông và tính chất phức tạp của đoạn sông nghiên cứu. Thời kỳ quan trắc của trạm đo thường trực tối thiểu là một năm thủy văn. Việc xây dựng và quan trắc của các trạm đo tạm thời cần phải tiến hành đồng thời với các trạm thường trực.
2.3.2. Các loại tài liệu khí tượng, thuỷ văn cần thu thập cho thiết kế công trình chỉnh trị luồng chạy tàu trên sông cụ thể bao gồm:
1. Mức nước:
Các tài liệu về quá trình mức nước nhiều năm, tần suất luỹ tích mức nước nhiều năm tại các trạm Quốc gia cần được thu thập một cách đầy đủ. Với các đoạn sông nghiên cứu xa các trạm quan trắc mức nước của Nhà nước cần phải tiến hành xây dựng trạm quan trắc các yếu tố nói trên và tiến hành phân tích số liệu để xây dựng tương quan mức nước giữa hai trạm, quan hệ mức nước với lưu lượng, quan hệ mức nước với độ dốc đường mặt nước.
2. Lưu lượng:
Ngoài việc thu thập các số liệu lưu lượng từ các trạm thuỷ văn liên quan, cần phải tiến hành các khảo sát để xác định hệ số phân phối lưu lượng của dòng chảy đối với đoạn sông chia nhánh và sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang theo các mức nước đặc trưng đối với các thác ghềnh then chốt. Cần thu thập các tài liệu về phương thức điều tiết và vận hành của nhà máy thủy điện liên quan, các công trình lấy nước và tiêu nước dọc sông; biểu đồ lưu lượng của dòng chảy hay của công trình lấy nước và tiêu nước trong những năm khác nhau, biên độ dao động lưu lượng ngày và mực nước cũng như sự biến động của chúng dọc theo các đoạn sông.
3. Lưu tốc và hướng dòng chảy:
Cần khảo sát lưu tốc và hướng dòng chảy cũng như chế độ dòng chảy gây trở ngại cho tàu bè giao thông trên đoạn sông có các gềnh cạn/ thác ghềnh.
4. Bùn cát:
Cần thu thập số liệu đo đạc của trạm thủy văn về vận chuyển bùn cát, phân bố theo kích thước của bùn cát lơ lửng và bùn cát đáy ngoài ra cần phải tiến hành lấy mẫu và phân tích thành phần hạt địa chất mặt lòng dẫn đoạn sông nghiên cứu.
5. Khí tượng:
Cần thu thập các tài liệu về gió, sương mù, mưa, nhiệt độ không khí, v. v.. có liên quan đến việc tổ chức khai thác chạy tàu.
4. Số liệu về địa chất
2.4.1. Cần tiến hành thu thập và khảo sát địa chất để xác định chiều dày, sự phân bố và cấp phối hạt của lớp đất mặt sông, tính chất của đất đá nằm bên dưới và cao trình đỉnh lớp của nó, sự hình thành bãi bồi và lớp phủ ta luy, v.v... cần tiến hành khoan địa chất hoặc kết hợp khảo sát âm địa chấn để xác định cấu tạo địa chất lòng sông tại những đoạn sông có tình hình địa chất phức tạp.
2.4.2. Cần thu thập thông tin và đánh giá về độ ổn định của mái bờ và cấu tạo địa chất trong khu vực có đá lở và đất trượt.
2.4.3. Đối với các đoạn sông miền núi, trung du cần khảo sát xác định quan hệ giữa độ dốc dọc đáy của suối nhỏ với nguồn bùn và đá, dòng chảy do mưa rào và sự biến dạng của bãi nông cửa suối.
5. Các loại tài liệu khác
2.5.1. Về quá trình diễn biến của lòng sông cần thu thập các tài liệu sau:
1. Các bản đồ khảo sát trong những năm qua trên các đoạn sông điển hình và phân tích diễn biến đoạn sông.
2. Các chướng ngại vật đối với giao thông tàu bè và các tai nạn giao thông đường thuỷ đã xảy ra trong những năm qua tại những ghềnh cạn/ thác ghềnh và phân tích, xác định nguyên nhân gây ra các tai nạn đó.
2.5.2. Về phương tiện vận tải thuỷ cần thu thập các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho từng chủng loại tàu, đội tàu.
2.5.3. Cần tiến hành khảo sát thu thập các thông tin về môi trường sinh thái có liên quan tới công trình chỉnh trị luồng trong các trường hợp cần thiết.
2.5.4. Đối với sông có gỗ/ bè thả trôi, cần thu thập tài liệu về vận chuyển gỗ thả trôi trong những năm qua và sự phân bố số lượng bè gỗ thả trôi theo các tháng trong năm, các vị trí bến thu nhận gỗ thả trôi cũng như các kích thước của bè thả trôi.
6. Giai đoạn lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi và khả thi
2.6.1. Đối với những đoạn sông mà ở đó các ghềnh cạn ít thay đổi, việc khảo sát thủy văn, địa hình dưới nước nên tiến hành các đợt trước và sau lũ cũng như trong mùa kiệt.
Đối với các đoạn sông mà ở đó ghềnh cạn có biến đổi lớn trong vòng một năm, nên có các khảo sát bổ sung thêm trong vùng ghềnh cạn như yêu cầu trong mục 2.2.4. Các số liệu thủy văn và địa hình cần được quan trắc và khảo sát đồng thời.
2.6.2. Cần khảo sát độ dốc đường mặt nước, lưu tốc, hướng dòng chảy và chế độ dòng chảy gây trở ngại cho giao thông tàu bè của đoạn sông có các ghềnh cạn/ thác ghềnh. Đối với các ghềnh cạn/ thác ghềnh chủ yếu, đoạn sông sẽ chỉnh trị cần được khảo sát đo vẽ bản đồ với tỉ lệ lớn.
2.6.3. Đối với đoạn sông dự kiến tiến hành nạo vét/ nổ mìn hoặc xây dựng các công trình dạng cọc cần khảo sát địa chất để xác định cấu tạo địa chất đáy luồng, khả năng có thể khoan nổ mìn được của lớp đất đá sẽ bị đào đi và khả năng đóng cọc tại các vị trí dự kiến xây dựng công trình.
2.6.4. Cần thu thập các tài liệu về điều kiện thi công tại các khu vực có hạng mục công trình chính bao gồm cả thông tin liên lạc, cấp nước, cấp điện, nhiên liệu và tác động của các điều kiện tự nhiên cũng như các phương pháp thi công có thể sử dụng.
2.6.5. Cần thu thập các tài liệu về chỉ tiêu và đơn giá liên quan tới việc lập dự toán cho dự án và các nguồn, trữ lượng cũng như chất lượng của vật liệu địa phương dự kiến sử dụng trong xây dựng các công trình chỉnh trị.
7. Giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công
2.7.1. Nên tiến hành thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế bản vẽ thi công trên cơ sở các bản đồ khảo sát trong vòng 1 năm gần đây. Đối với các ghềnh cạn biến đổi mạnh mẽ phải sử dụng bản đồ khảo sát ngày tháng gần nhất của năm hiện hành. Tuỳ thuộc vào tính chất và quy mô của các hạng mục công trình cụ thể dự kiến xây dựng để quyết định tỷ lệ đo vẽ bản đồ khảo sát cho từng khu vực thi công:
Thiết kế nổ mìn: 1:100 - 1:500;
Thiết kế đê kè và nạo vét luồng: 1:500 - 1:1000
2.7.2. Cần tiến hành khảo sát bổ sung một cách chi tiết các số liệu về địa chất, về dòng chảy tại ngay vị trí dự kiến xây dựng công trình nếu trong các bước nghiên cứu trước đó việc khảo sát, thu thập số liệu này chưa thoả mãn được yêu cầu tính toán của bước thiết kế.
2.7.3. Cần phải tiến hành khảo sát đo đạc bổ sung một số yếu tố về dòng chảy, bùn cát để làm cơ sở cho điều chỉnh mô hình nếu trong bước này có triển khai công tác nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật chỉnh trị trên mô hình toán hoặc mô hình vật lý.
2.7.4. Cần thu thập các tài liệu về khả năng làm việc của máy móc/ thiết bị thi công cũng như các yêu cầu của giao thông tàu bè, khả năng tắc nghẽn giao thông trong thời gian thi công.
2.7.5. Cần thu thập các tài liệu về vị trí, kết cấu và tính chất của các loại công trình, nhà cửa trong phạm vi có thể bị ảnh hưởng khi tiến hành thi công xây dựng các công trình chỉnh trị hoặc các hoạt động nạo vét, nổ mìn.
1. Nguyên tắc chung
3.1.1. Với các dự án chỉnh trị luồng chạy tàu trên một đoạn sông dài hoặc một đoạn sông quan trọng cần phải triển khai theo các bước quy hoạch, nghiên cứu khả thi và thiết kế kỹ thuật thi công. Nội dung quy hoạch chỉnh trị cần bao gồm các nội dung chủ yếu như dự báo nhu cầu vận tải (lượng hàng và đội tàu theo các giai đoạn quy hoạch), nguyên tắc chỉnh trị, các tiêu chuẩn thiết kế, quy hoạch tuyến chỉnh trị, quy mô công trình, các bước thực hiện, vốn đầu tư, đánh giá và phân tích sơ bộ về hiệu quả kinh tế và tác động môi trường của dự án.
3.1.2. Năm đích của dự án thường chọn 10-20 năm kể từ năm dự án dự tính hoàn thành đưa vào khai thác để dự báo nhu cầu vận tải trên tuyến. Năm đích của dự án có thể sớm hay muộn tuỳ theo tính chất, quy mô và đặc điểm của dự án.
3.1.3. Chuẩn tắc luồng chạy tàu thiết kế cho năm đích của dự án cũng cần phải được xác định trên cơ sở phân tích so sánh kinh tế - kỹ thuật của nhiều phương án đội tàu đang hoạt động, tình hình luồng lạch và đặc tính riêng của sông thiên nhiên cũng như các yêu cầu phát triển giao thông vận tải thủy nội địa.
3.1.4. Nội dung chính của phân tích so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn chuẩn tắc luồng chạy tàu phải bao gồm các kích thước luồng chạy tàu, cỡ và trọng tải tàu, các biện pháp kỹ thuật chỉnh trị, khối lượng xây lắp, vốn đầu tư và chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm, khả năng thông qua của luồng tàu, vốn đầu tư đóng mới tàu và các chi phí khai thác tàu bè, phân tích lợi ích kinh tế v.v...
3.1.5. Nghiên cứu chỉnh trị sông phục vụ vận tải thủy nội địa cần phải được bắt đầu từ việc phân tích số liệu lịch sử, xác định quy luật diễn biến của đoạn sông, đánh giá hiện trạng đoạn sông và dự đoán xu thế diễn biến lòng dẫn, dòng chảy đoạn sông trong thời kỳ tới. Khi phân tích quá trình diễn biến của lòng sông cần nhấn mạnh về các điều kiện gây ra sự thay đổi đoạn sông như đường bờ, các bãi cạn, vực sâu, dòng chảy, bùn cát v.v... cho các sông đồng bằng; và về biến đổi của đặc tính dòng chảy, chuyển động của bùn cát đáy, bồi tích ở cửa suối v.v... cho các sông miền núi.
3.1.6. Đối với các đoạn sông có thác ghềnh/ ghềnh cạn phức tạp và có những khó khăn lớn cho việc tiến hành chỉnh trị nên tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý trước hoặc thậm chí triển khai thử nghiệm nếu cần thiết. Toàn bộ các công tác chỉnh trị đoạn sông chỉ nên tiến hành sau khi đã thu được các kết quả thí nghiệm/ thử nghiệm xác thực và rõ ràng.
3.1.7. Chương trình, nội dung công tác khảo sát thu thập số liệu và nghiên cứu chỉnh trị các thác ghềnh/ ghềnh cạn chủ yếu trước và sau khi thực hiện các công tác chỉnh trị cần phải vạch ra một cách cụ thể trong bước quy hoạch chỉnh trị.
2. Các tiêu chuẩn chỉnh trị
3.2.1. Mực nước chạy tàu thiết kế thấp nhất cần đáp ứng các yêu cầu sau:
1. Mực nước chạy tàu thiết kế thấp nhất có thể được tính toán trên cơ sở đường tần suất luỹ tích mức nước nhiều năm. Khi tính toán mực nước của các ghềnh cạn/ thác ghềnh ứng với mực nước chạy tàu thấp nhất tại trạm thuỷ văn, có thể sử dụng phương pháp tương quan mực nước. Nếu thiếu các số liệu lập tương quan có thể tính toán và xác định theo phương pháp vẽ đường mặt nước tức thời trong mùa kiệt hoặc bằng phương pháp nội suy độ dốc.
2. Đối với đoạn sông không bị khống chế bởi một công trình đầu mối, mực nước chạy tàu thiết kế thấp nhất của đoạn luồng thượng lưu và hạ lưu các công trình đầu mối cần được xác định theo phân cấp các tuyến đường thuỷ nội địa.
3. Mực nước chạy tàu thiết kế thấp nhất của đoạn sông gần cửa sông chịu ảnh hưởng triều có thể được xác định theo "Quy trình thiết kế kênh biển" ban hành theo quyết định 115/QĐ-KT4 ngày 12/01/1976 của Bộ GTVT.
3.2.2. Kích thước tiêu chuẩn của luồng chạy tàu phải tính theo các điều quy định tương ứng sau đây:
1. Độ sâu yêu cầu chạy tàu tiêu chuẩn
H = t + ∆H (3.2.2-1)
Trong đó:
H : Độ sâu yêu cầu chạy tàu tiêu chuẩn của luồng (m);
t: Mớn nước tiêu chuẩn của tàu (m);
∆H : Dự phòng chiều sâu nước chạy tàu yêu cầu (m).
Bảng 3.2.2
Dự phòng chiều sâu nước (m) chạy tàu yêu cầu đối với lòng sông có cấu tạo địa chất bề mặt là cát/ bùn
Độ sâu yêu cầu chạy tàu (m) | <1,5 | 1,5-3,0 | >3,0 |
Dự phòng chiều sâu (m) | 0,2-0,3 | 0,3-0,4 | 0,4-0,5 |
Chú ý: Đối với lòng sông có cấu tạo địa chất bề mặt là đá/ sỏi cuội cần cộng thêm 0,1-0,2 m vào các giá trị cho trong bảng.
2. Chiều rộng luồng lạch chạy tàu tiêu chuẩn
Chiều rộng luồng lạch chạy tàu tiêu chuẩn được xác định tuỳ thuộc vào quy mô luồng giao thông hai làn hay luồng giao thông một làn và các điều kiện khác của luồng.
(1) Đoạn luồng thẳng
- Chiều rộng của luồng lạch giao thông hai làn xác định theo công thức sau đây:
B = b1 + L1sin + b2 + L2sin + 2D + ∆b (3.2.2-2)
Trong đó:
B | - | Chiều rộng của một luồng giao thông hai làn (m); |
b1, b2 | - | Các chiều rộng của đội tàu theo hướng ngược/xuôi; |
L1, L2 | - | Các chiều dài của đội tàu đẩy theo hướng ngược/ xuôi, hay chiều dài của |
|
| sà lan dài nhất trong trường hợp đội tàu kéo (m); |
- | Góc trôi giạt của đội sà lan hay tàu đang chạy có thể lấy bằng 3-5o; | |
D | - | Dự phòng khoảng cách giữa thành tàu và biên luồng (m); |
∆b | - | Dự phòng khoảng cách giữa các mạn tàu của hai đoàn sà lan (m); |
- Chiều rộng của luồng lạch giao thông một làn tính toán dựa trên cơ sở của đội tàu đang xuôi dòng:
B = b2 + L2 sin + 2D (3.2.2-3)
(2) Đoạn luồng cong
Cần xác định chiều rộng luồng chạy tàu của đoạn cong trên cơ sở các yếu tố như bán kính cong, lưu tốc và chiều dòng chảy, chế độ dòng chảy cũng như chiều dài đội sà lan và tính cơ động của nó, v.v... Chiều rộng luồn của đoạn cong không cần thiết phải mở rộng khi R > 6L nhưng cần phải mở rộng thích đáng khi R < 3L. Đối với trường hợp 3L < R < 6L việc có cần mở rộng luồng hay không có thể quyết định tuỳ theo tình hình của lưu tốc, lưu lượng nước, v.v... của đoạn sông cụ thể.
Nên xác định độ gia tăng chiều rộng luồng tại đoạn sông cong thông qua các thí nghiệm chạy thử tàu mẫu; trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm có thể lựa chọn sơ bộ thông qua tính toán kiểm tra bằng công thức sau đây:
∆B = L2/(2R + B) (3.2.2-4)
Trong đó:
∆B - Độ gia tăng chiều rộng luồng của đoạn cong (m);
R- Bán kính cong tim luồng (m);
B- Chiều rộng luồng tương ứng tại đoạn thẳng (m);
L - Chiều dài cực đại của đội sà lan đẩy hoặc chiều dài lớn nhất của sà lan trong đội tàu kéo (m).
3. Bán kính cong tối thiểu của luồng:
Bán kính cong tối thiểu (Rmin) của luồng chạy tàu có thể lấy bằng 3 lần chiều dài của đội sà lan đẩy hoặc 4 lần chiều dài sà lan dài nhất của đội tàu kéo. Nếu áp dụng biện pháp mở rộng hoặc nếu chế độ dòng chảy êm thuận và điều kiện quan sát lẫn nhau khi lái tàu khá tốt thì có thể giảm bán kính cong một cách thoả đáng nhưng trong mọi trường hợp Rmin cũng không được nhỏ hơn 2 lần chiều dài đội sà lan đẩy hoặc 3 lần chiều dài sà lan dài nhất của đội tàu kéo.
3.2.3. Điều kiện dòng chảy trên luồng chạy tàu cần thoả mãn các yêu cầu sau đây:
1. Đối với sông đồng bằng, lưu tốc dọc mặt nước cực đại tại và dưới mực nước chỉnh trị cần có giá trị nhỏ hơn 2,0m/s.
2. Đối với các sông miền núi, lưu tốc dọc mặt nước cực đại và độ dốc cục bộ trên các ghềnh cạn/ thác ghềnh sau khi chỉnh trị cần đáp ứng các yêu cầu sao cho đội tàu tiêu chuẩn ngược dòng chạy được bằng công suất của chính nó. Việc chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết áp dụng quy định trong mục 5.1.4.
3. Lưu tốc ngang và lưu tốc dòng nước vật lần lượt tương ứng không nên vượt quá 0,3m/s và 0,4m/s tại cửa vào của các luồng nạo vét, luồng khu vực thượng/ hạ lưu âu tàu, cửa vào của các công trình lấy nước và cửa xả của các công trình tiêu nước.
3. Các nguyên tắc chỉnh trị
3.3.1. Để tiến hành triển khai công tác chỉnh trị luồng lạch chạy tàu trước hết cần nghiên cứu quy hoạch chỉnh trị cho toàn bộ đoạn sông với sự xem xét kỹ càng tất cả các yếu
tố có liên quan dựa trên quy luật diễn biến của lòng sông. Các công trình chỉnh trị cục bộ từng phần ghềnh cạn/ thác ghềnh phải phù hợp với quy hoạch chỉnh trị của toàn đoạn sông nghiên cứu.
3.3.2. Khi chỉnh trị luồng lạch, các nguyên tắc chỉnh trị và biện pháp kỹ thuật cần áp dụng một cách linh hoạt và phù hợp với đối tượng là sông miền núi hay sông đồng bằng vì chúng có các đặc điểm khác xa nhau.
1. Khi chỉnh trị sông miền núi nhằm cải thiện hình thể và điều kiện dòng chảy luồng lạch không thoả mãn yêu cầu giao thông tàu bè, các biện pháp chủ yếu nên áp dụng là nổ mìn phá đá ngầm đối với lòng sông đá và áp dụng giải pháp nạo vét kết hợp với xây dựng
đê kè đối với đoạn sông có địa chất lòng sông sỏi - cát.
2. Khi chỉnh trị sông đồng bằng, biện pháp chủ yếu nên áp dụng là xây dựng đê kè để điều chỉnh, khống chế hình thế sông ở mực nước chỉnh trị, ổn định hoá luồng chạy tàu và làm cho dòng chảy êm thuận, gây xói mòn và khơi sâu luồng. Khi cần thiết, biện pháp chủ yếu cũng có thể hoặc là chỉ nạo vét hoặc là nạo vét đi đôi với xây dựng công trình chỉnh trị.
3.3.3. Khi đã xác định rõ bản chất gây trở ngại đối với giao thông vận tải thuỷ nội địa của các ghềnh cạn, các thác ghềnh chảy xiết và những thác ghềnh nguy hiểm cần nghiên cứu áp dụng các biện pháp chỉnh trị có hệ thống với một mục đích rõ ràng trước mắt cũng như lâu dài. Đối với các thác ghềnh và ghềnh cạn có đồng thời 2 hoặc 3 loại đặc tính gây trở ngại đối với giao thông vận tải thuỷ cần tiến hành cải tạo toàn diện với sự chú ý đặc biệt đến yếu tố chủ đạo là lòng dẫn hay dòng chảy.
3.3.4. Công tác chỉnh trị một đoạn sông dài có thể được thực hiện ngay một lần hay theo từng giai đoạn và từng phần tuỳ thuộc vào tầm quan trọng và sự cấp bách đối với việc phát triển kinh tế. Đối với đoạn sông gây trở ngại nghiêm trọng đối với giao thông vận tải thuỷ thì việc xây dựng các công trình chỉnh trị tại các đoạn sông này cần được ưu tiên triển khai ngay khi điều kiện cho phép.
3.3.5. Đối với các ghềnh cạn có quá trình bồi - xói thay đổi trong năm nên triển khai công tác chỉnh trị vào thời điểm thích hợp và vào lúc đoạn sông đang diễn biến theo hướng có lợi trong quá trình phát triển của chính đối tượng và mục tiêu chỉnh trị.
3.3.6. Trong trường hợp tiến hành chỉnh trị luồng trên đoạn sông đã có hoặc sẽ có đầu mối công trình thuỷ lợi, thủy năng cần phân tích và nghiên cứu cẩn thận sự biến đổi có thể xảy ra của các điều kiện dòng chảy, bùn cát và sự bồi tích, xói lở cũng như biến dạng lòng sông sẽ gây ra bởi đầu mối công trình thủy lợi, thủy năng và các yếu tố ảnh hưởng khi vận hành công trình thuỷ lợi đầu mối trên luồng chạy tàu. Cần dự tính các xu hướng phát triển luồng thích hợp cùng các biện pháp chỉnh trị tương ứng sẽ được sử dụng.
4. Mực nước và tuyến chỉnh trị
3.4.1. Xác định mực nước chỉnh trị một đoạn sông phục vụ giao thông và vận tải thuỷ nội địa có thể áp dụng các phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể về các loại số liệu sẵn có:
- Chọn mực nước ngang với cao trình bãi bên của đoạn sông thông thường làm mức nước chỉnh trị trong trường hợp thiếu các số liệu thủy văn cần thiết.
- Chọn mức nước chỉnh trị tương ứng với lưu lượng tạo lòng của đoạn sông.
- Chọn mức nước chỉnh trị trên cơ sở quan hệ giữa mực nước và độ sâu chạy tàu từ kết quả các phân tích toàn diện kết hợp với những kinh nghiệm thu được đối với việc chỉnh trị đoạn sông này trong các thời kỳ trước đó.
- Chọn mức nước chỉnh trị theo đường tần suất luỹ tích mức nước của năm điển hình (Theo kinh nghiệm mức nước có tần suất 5-10% tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa lũ và mức nước có tần suất 25-50% tương ứng với mức nước tạo lòng mùa kiệt).
3.4.2. Các mực nước chỉnh trị có thể khác nhau trên các đoạn thượng, trung và hạ lưu của một con sông và thậm chí trên các phần khác nhau của một nhóm ghềnh cạn dài tuỳ theo các điều kiện riêng và chức năng của công trình chỉnh trị để sao cho hết sức phù hợp với các yêu cầu thực tế và có thể tham khảo một số kinh nghiệm cho một số trường hợp cụ thể sau:
- Mức nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa lũ nên áp dụng cho các trường hợp khi xây dựng các công trình thu hẹp dòng chảy ở một phía bờ hoặc cả hai phía bờ sông; khi xây dựng các công trình chắn lạch chạy tàu cũ trên các đoạn sông thẳng hoặc hơi cong.
- Mức nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa kiệt nên áp dụng cho các trường hợp khi xây dựng kè chắn, kè hướng dòng để chuyển chủ lưu về phía bờ cao với mục đích ngăn vũng bên của lạch sâu dưới và phần lõm lạch sâu trên cũng như dùng để cố định bãi bên; khi xây dựng kè chắn để thủ tiêu các ảnh hưởng của các bãi ngầm trên các đoạn sông cong (Cong hạn chế cũng như cong tự do).
- Mức nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa lũ nên áp dụng trước khi xây dựng các công trình chỉnh trị để cải tạo triệt để điều kiện chạy tàu trên các đoạn sông rẽ dòng, chuyển tuyến luồng tàu từ nhánh này sang nhánh bên kia trên các đoạn sông có các bãi giữa nằm hỗn loạn. Khi ngăn nhánh sông không chạy tàu bằng kè khoá ngập hoặc bằng các công trình gây bồi với mục đích tăng cường lưu lượng cho nhánh chạy tàu thì nên áp dụng mức nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng mùa kiệt.
- Ngoài các yêu cầu trên, trong mọi trường hợp mức nước chỉnh trị được lựa chọn cũng không thấp hơn mức nước mà ở đó ghềnh cạn dự tính cải tạo bắt đầu hạn chế đến chiều sâu nước chạy tàu. Đối với sơ đồ cải tạo đoạn sông dạng hỗn hợp, lưu lượng tạo lòng và mức nước chỉnh trị nên lựa chọn tuỳ thuộc vào dấu hiệu nào trội hơn.
3.4.3. Cần xác định chiều rộng chỉnh trị thông qua việc phân tích toàn diện các điều kiện cụ thể của đoạn sông trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các kinh nghiệm thực tế về chỉnh trị. Các công thức kinh nghiệm đã được kiểm nghiệm tương đối có hiệu quả qua thực tế trên đoạn sông nghiên cứu có thể dùng làm cơ sở chính để tính toán chiều rộng chỉnh trị.
Đối với các sông, đoạn sông mà kinh nghiệm chỉnh trị thu được còn quá ít, có thể xác định chiều rộng chỉnh trị theo các phương pháp giới thiệu dưới đây và kết hợp với việc phân tích, tính toán kiểm tra.
1. Các phương pháp kinh nghiệm
(1) Phương pháp mô phỏng đoạn sông tốt
Có thể chọn chiều rộng chỉnh trị bằng cách mô phỏng theo chiều rộng của ngay đoạn sông tốt trên sông sẽ được chỉnh trị hoặc trên một đoạn sông gần kề có các điều kiện về địa hình, địa mạo, địa chất và chế độ thủy văn tương tự.
(2) Phương pháp phân tích tương quan chiều rộng - chiều sâu thực đo
Theo các số liệu thực đo trên đoạn sông sẽ được chỉnh trị, có thể vẽ được đường cong quan hệ chiều rộng sông với chiều sâu nước bao gồm cả các ghềnh cạn và các vực sâu. Mực nước lẫn chiều rộng thoả mãn các yêu cầu chỉnh trị đặt ra lúc đó có thể được chọn lựa từ đường cong quan hệ nêu trên.
2. Các phương pháp tính toán lý thuyết
(1) Đối với các sông có lượng bùn cát nhỏ và luồng tương đối ổn định có thẻ tính chiều rộng chỉnh trị theo công thức thủy lực như sau:
B2 = Q.n/H25/3 J1/2 (3.4.3-1)
Trong đó:
B2 | - | Chiều rộng tuyến chỉnh trị (m); |
Q | - | Lưu lượng chỉnh trị (m3/s); |
H2 | - | Chiều sâu nước trung bình thiết kế của mặt cắt ngang yêu cầu tại mức nước chỉnh trị (m); |
J | - | Độ dốc mặt nước tương ứng với lưu lượng chỉnh trị; |
n | - | Độ nhám lòng sông. |
(2) Cũng có thể tính chiều rộng chỉnh trị bằng công thức cơ bản sau đây theo các điều kiện ổn định của lòng dẫn và chế độ dòng chảy nước - bùn cát:
B2 = A Q0,5 / I0,2 (3.4.2.-2)
Trong đó:
B2 - Chiều rộng tuyến chỉnh trị (m); Q - Lưu lượng tạo lòng (m3/s);
I - Độ dốc dọc đường mực nước tương ứng với lưu lượng tạo lòng Q;
A - Hệ số đặc trưng đối với mặt cắt ngang lòng sông có thể lấy như sau:
A = 0.90 đối với sông miền núi
A = 1.10 đối với sông trung du
A = 1.30 - 1.70 đối với sông đồng bằng
3.4.4. Việc xác định cả mực nước chỉnh trị lẫn chiều rộng chỉnh trị tuy vậy cũng phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
1. Việc xác định cả chiều rộng chỉnh trị lẫn mực nước chỉnh trị cần phải bổ sung và phối hợp nhau chặt chẽ thành một thể thống nhất.
2. Việc xác định cả chiều rộng chỉnh trị lẫn các mực nước chỉnh trị của một đoạn sông dài hay một nhóm lớn các ghềnh cạn/ thác ghềnh cần điều chỉnh cho thoả đáng tuỳ theo các đặc trưng địa hình, cấu tạo địa chất lòng sông, chuyển động của bùn cát, biến thiên lưu tốc dọc theo tuyến và nước vật v.v... của mỗi một ghềnh cạn/ thác ghềnh.
3. Đối với đoạn sông hạ lưu của ngã ba sông hợp lưu, lưu lượng đến từ các sông nhánh nói trên cần phải được tính đến khi xác định chiều rộng chỉnh trị và mức nước chỉnh trị của nó.
4. Chiều rộng chỉnh trị đối với một đoạn nhánh sông chạy tàu trên sông nhánh cần được xác định theo tỷ lệ lưu lượng phân dòng mới của nó do kết quả chỉnh trị.
5. Nếu lưu tốc trên một nhóm ghềnh cạn giảm đi tuần tự dọc theo luồng, chiều rộng chỉnh trị của đoạn cửa ra có thể thu hẹp lại một cách thích đáng dựa trên cơ sở kiểm tra.
6. Đối với những ghềnh cạn/ nhóm các ghềnh cạn đặc biệt phức tạp cần phải thí nghiệm trên mô hình vật lý để xác định cả mực nước chỉnh trị lẫn chiều rộng chỉnh trị.
3.4.5. Việc định các tuyến chỉnh trị cần thoả mãn các yêu cầu sau đây:
1. Các tuyến chỉnh trị cần bám sát bờ sông ổn định có ưu thế khống chế ổn định của đoạn sông. Điểm khởi đầu và kết thúc của các tuyến chỉnh trị cần nối liền với bờ của đoạn luồng sâu ổn định. Các điểm khống chế cho tuyến chỉnh trị cần được chọn trên những mặt cắt ngang có bờ khá cứng, bờ sông cao dốc đứng, kè chắn hay các công trình kiên cố đã xây dựng hai bên bờ sông v.v... và tùy theo các đặc điểm của địa hình địa mạo.
2. Trục của tuyến chỉnh trị cần được vạch thành đường cong thoải, trơn tru và liên tục với đoạn thẳng chuyển tiếp giữa hai đường cong ngược nhau. Chiều dài của đoạn thẳng chuyển tiếp không nên dài quá 3 lần chiều rộng chỉnh trị.
3. Bán kính cong tuyến chỉnh trị có thể lựa chọn R = (4-5) B2 hoặc có thể xác định theo biểu thức sau:
R = 0.0014 Q0,5 / I (3.4.5)
4. Tuyến chỉnh trị nên bao phủ được phần luồng lạch có đặc trưng bồi lắng bùn cát nhỏ hơn, đường trũng sông khá ổn định và xói mòn nhanh trong thời kỳ cuối lũ. Cũng cần nỗ lực hết sức để làm cho luồng của các tuyến chỉnh trị gần trùng với chiều dòng chảy tại mực nước cạn và vừa.
5. Việc định tuyến chỉnh trị cần phối hợp chặt chẽ với quy hoạch phát triển các thành phố ven bờ, quy hoạch phát triển dân cư v.v... và các bến cảng. Tuyến chỉnh trị lựa chọn cũng cần thoả mãn các yêu cầu khai thác của các công trình lấy nước và tiêu nước đã xây dựng.
1. Nguyên tắc chung
4.1.1. Để chỉnh trị các ghềnh cạn trên sông thiên nhiên phục vụ yêu cầu của vận tải thuỷ nội địa có thể áp dụng nhiều biện pháp khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể về địa hình, cấu tạo địa chất của ghềnh cạn (ghềnh cát/ sỏi cạn, ghềnh bùn cạn và ghềnh đá cạn).
4.1.2. Khi chỉnh trị ghềnh cát/ sỏi và ghềnh bùn cạn cần chú trọng nghiên cứu sự biến thiên của dòng chảy và các điều kiện bùn cát cũng như quy luật diễn biến của lòng sông.
Đối với ghềnh đá cạn công tác chỉnh trị cần chú trọng nghiên cứu sự biến thiên của các yếu tố thủy lực như vận tốc dòng chảy, độ dốc mặt nước v.v...
4.1.3. Đối với ghềnh cát/ sỏi cạn nên áp dụng giải pháp xây dựng kè, đập kết hợp với nạo vét. Đối với ghềnh bùn cạn, nạo vét là biện pháp chủ yếu và có thể kết hợp với việc xây dựng công trình chỉnh trị phụ trợ nếu xét thấy cần thiết. Đối với ghềnh đá cạn nên áp dụng giải pháp nổ mìn đào kênh; trong trường hợp cần thiết có thể kết hợp với việc xây dựng đê kè điều chỉnh, khống chế mực nước.
4.1.4. Việc xác định mực nước chỉnh trị và chiều rộng chỉnh trị các ghềnh cạn cần được tiến hành theo các quy định thích hợp trong mục III-4.
2. Ghềnh cát/sỏi cạn
4.2.1. Để chỉnh trị ghềnh cát/ sỏi cạn cần nghiên cứu xác định nguồn gốc hình thành ghềnh cạn, điều kiện của dòng chảy và bùn cát đến từ đoạn sông thượng lưu; cần phân tích những điều kiện đặc trưng của các biến đổi qua nhiều năm và xu thế phát triển của bờ sông, luồng chạy tàu, các bãi bên và bãi giữa, những mực nước xuất hiện quá trình xói và bồi, những thay đổi của sông đoạn thượng/ hạ lưu cũng như các tác động của các công trình khác và các hoạt động như khai thác đá, cát v.v... trên bãi sông. Ngoài các vấn đề nêu trên cần phân tích thêm các số liệu sau đây:
1. So sánh sự bồi lắng và xói lở trên đoạn cạn;
2. Quan hệ giữa mực nước, lưu lượng và chiều sâu nhỏ nhất của luồng;
3. Những thay đổi của đường trũng sông trên mặt bằng, phương đứng, phương ngang;
4. Biến đổi của tỉ số phân lưu và bùn cát;
5. Phân bố cỡ hạt của vật chất đáy sông;
6. Những biến đổi của lưu tốc, độ dốc đường mặt nước dọc sông trên ghềnh cạn.
4.2.2. Có thể phân loại ghềnh cát/ sỏi cạn thành ghềnh cạn tại khu vực gần công trình vượt, ghềnh cạn trên đoạn sông chia nhánh, ghềnh cạn trên đoạn sông cong, ghềnh cạn tại cửa hợp lưu, và ghềnh cạn rải rác. Khi tiến hành chỉnh trị các ghềnh cạn cần xử lý chúng bằng những giải pháp khác nhau tuỳ theo đặc điểm cụ thể của sông miền núi hay sông đồng bằng.
4.2.3. Chỉnh trị ghềnh cạn tại khu vực gần công trình vượt sông.
Khi chỉnh trị các ghềnh cạn tại khu vực gần công trình vượt nên áp dụng biện pháp thu hẹp lòng sông như gia cố và tôn cao các bãi bên để tập trung dòng chảy làm xói luồng chạy tàu. Chỉnh trị ghềnh cạn tại khu vực gần công trình vượt, tuỳ thuộc vào dạng ghềnh cạn để áp dụng các biện pháp kỹ thuật như sau:
1. Các ghềnh cạn tại chỗ vượt thông thường có thể được chỉnh trị bằng các kè chắn bố trí một bên hay cả hai bên bờ tuỳ thuộc theo chiều dài của các ghềnh cạn cũng như chiều cao và tính nguyên vẹn của các bãi bên. Trong trường hợp đặc biệt cũng có thể áp dụng giải pháp xây dựng kè hướng dòng. Kè chắn đầu tiên và cuối của hệ thống kè chắn nên bố trí tương ứng lần lượt gần phần đuôi của lạch sâu thượng lưu và phần đầu của lạch sâu hạ lưu.
2. Đối với ghềnh cạn tại chỗ vượt có các vực sâu xếp kiểu chữ chi, trong trường hợp đuôi của lạch sâu thượng lưu hay đầu của lạch sâu hạ lưu không thể sử dụng được cần bít lại phần cuối của các lạch sâu đã nói bằng kè chắn dòng hay bồi đắp bằng đất nạo vét ngoài việc xây dựng các kè chắn tại chỗ vượt. Ghềnh cạn sỏi cuội dạng này trên sông miền núi với những đoạn cạn thượng lưu và điều kiện nguy hiểm hạ lưu có thể được chỉnh trị bằng các xây dựng các kè chắn hay các đê ngầm tại đầu lạch sâu hạ lưu để điều chỉnh lưu tốc và cải thiện chế độ dòng chảy.
3. Đối với ghềnh cạn tại chỗ phức hợp, hệ thống kè chắn cần bố trí hợp lý dọc theo một bên hay cả hai bên bờ theo kiểu chỗ vượt hai chiều hay chỗ vượt một chiều hơi cong tuỳ theo thể tích của lạch sâu giữa và xu hướng phát triển của nó.
4. Đối với các bãi ngầm sắp chữ chi và ghềnh cạn phức hợp trên lòng sông cát, cần xây dựng các công trình chỉnh trị nhằm gia cố và tôn cao các bãi bên quá thấp khi chúng biến đổi một cách đáng kể; còn trên đoạn sông ngoằn nghèo cần tính đến việc phủ mái cục bộ trên đoạn cong thượng/ hạ lưu nếu cần thiết.
5. Đối với ghềnh sỏi cạn hay bãi sỏi cạn - cát tại chỗ vượt nên áp dụng giải pháp nạo vét kết hợp với các công trình chỉnh trị.
4.2.4. Chỉnh trị ghềnh cạn trên đoạn sông chia nhánh
Điều quan trọng nhất khi chỉnh trị ghềnh cạn trên đoạn sông chia nhánh là lựa chọn nhánh chạy tàu thật cẩn thận và cần có những biện pháp kỹ thuật để điều chỉnh hệ số phân lưu nhằm cải thiện điều kiện chạy tàu cho nhánh được lựa chọn chạy tàu. Trong thực tế khi tiến hành chỉnh trị ghềnh cạn trên đoạn sông chia nhánh cần tuân thủ theo các yêu cầu sau đây:
1. Chọn nhánh chạy tàu
Để chọn nhánh chạy tàu cần phân tích và so sánh toàn diện các yếu tố sau đây:
(1) Mức độ ổn định và xu hướng phát triển của các nhánh;
(2) Hệ số phân chia lưu lượng và bùn cát;
(3) Khả năng vận chuyển bùn cát và cấp phối hạt của vật chất lòng sông;
(4) Các điều kiện chạy tàu;
(5) Các mối quan hệ của nhánh sông với các ngành công nghiệp trong thành phố, thị xã, giao thông liên lạc và mặt bằng bố trí công trình thủy lợi;
(6) Các điều kiện thi công;
(7) Vốn đầu tư.
2. Điều chỉnh hệ số phân lưu
Nếu lưu lượng trong nhánh được chọn để chạy tàu đã thoả mãn ngay các yêu cầu nên áp dụng các giải pháp công trình nhằm ổn định hoá hệ số phân lưu hiện hữu; nếu không thì cần xây dựng kè khoá trên nhánh không chạy tàu hay sử dụng các biện pháp kỹ thuật khác để thoả mãn yêu cầu có đủ lưu lượng cho nhánh chạy tàu. Có thể tính chiều cao của kè khoá theo các điều quy định của mục 3 của phần tính toán thủy lực hoặc xác định bằng thí nghiệm trên mô hình vật lý.
3.C chỉnh trị ghềnh cạn tại cửa vào của đoạn sông chia nhánh
(1) Đối với ghềnh cạn tại cửa vào của đoạn sông chia nhánh trên sông đồng bằng cần được chỉnh trị bằng cách xây dựng các công trình chỉnh trị nhằm đảm bảo lưu lượng yêu cầu, thu hẹp luồng và ổn định phần đầu đảo để làm tăng lưu tốc dòng chảy tại vùng luồng nước nông. Trong trường hợp các bờ bị xói lở phải áp dụng giải pháp gia cố bờ sông để tăng cường ổn định đoạn sông. Nếu chất liệu lòng sông tại đoạn ghềnh cạn có cấu tạo hạt thô thì nên đồng thời tiến hành nạo vét cơ bản trước khi xây dựng công trình chỉnh trị.
(2) Để chỉnh trị ghềnh cạn tại cửa vào của luồng chia nhánh trên sông miền núi nên xây dựng kè đón dòng tại phần đầu bãi giữa để chặn dòng chảy ngang, điều chỉnh hướng dòng chảy và làm ổn định phần đầu bãi giữa đồng thời cần tiến hành nạo vét ghềnh cạn đá cuội để đào sâu và mở rộng thêm luồng chạy tàu. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể để xem xét bố trí thêm các đê, kè ngầm nhằm cải thiện chế độ dòng chảy.
4. Chỉnh trị ghềnh cạn tại cửa ra của đoạn sông chia nhánh
(1) Trên sông đồng bằng nên bố trí các công trình chỉnh trị một bên hay cả hai bên bờ sông và xây dựng một kè dọc tại phần cuối bãi giữa tuỳ theo từng trường hợp. Nếu chất liệu lòng sông tại vùng cạn có cấu tạo hạt thô cần tiến hành nạo vét cơ bản ngoài việc xây dựng các công trình chỉnh trị.
2) Trên sông miền núi nên bố trí một kè dọc tại phần cuối bãi giữa có hướng theo đường chia nước của nó. Đầu hạ lưu của kè dọc này cần kéo dài qua điểm hợp lưu. Ngoài ra cũng có thể xây dựng các kè chắn ở bờ bên kia.
5. Xử lý các trường hợp đặc biệt
(1) Khi chỉnh trị ghềnh cạn ở phần giữa nhánh chạy tàu có thể bố trí các công trình chỉnh trị theo nguyên tắc chỉnh trị cho một đoạn sông đơn nhánh nhưng phải hết sức chú ý tránh làm giảm tỷ lệ phân lưu vào chính nhánh sông này.
(2) Chỗ nông trên luồng bị chia thành hai nhánh do bãi giữa thấp gây ra có thể chỉnh trị bằng cách tôn cao bãi giữa bằng một đê hình chữ V (hình miệng cá) hoặc một kè dọc với các kè chắn trên hai bên bờ của nó; hoặc nối bãi giữa (coi như một bãi bồi ven sông) với bờ bên kia bằng một số kè chắn để làm ổn định bãi cạn giữa luồng kết hợp với việc ngăn nhánh phụ.
(3) Đối với một nhánh sông khá thẳng có tỷ lệ phân lưu nhỏ trong thời kỳ nước kiệt đòi hỏi phải mở rộng thành một luồng tàu thì cần tiến hành chỉnh trị sau khi đã nghiên cứu kỹ càng hoặc thông qua thí nghiệm trên mô hình vật lý.
(4) Khi dòng chảy chính có tuyến chảy thẳng vào một nhánh phụ trong thời kỳ lũ, kết quả là nhánh chính bị sa bồi và tạm thời gây trở ngại cho việc chạy tàu sau thời kỳ lũ, có thể áp dụng biện pháp xây dựng các kè để làm tăng lưu lượng và gây xói trên nhánh chính hoặc đào sâu nhánh phụ để kéo dài thời gian chạy tàu của nó như vậy có thể sử dụng luân lưu cả hai nhánh.
4.2.5. Chỉnh trị các ghềnh cạn trên đoạn sông cong
Cần tiến hành chỉnh trị các ghềnh cạn trên đoạn sông cong bằng cách uốn nắn lại các đường bờ, làm giảm độ cong, điều chỉnh dòng chảy hoặc thực hiện nắn dòng. Các giải pháp kỹ thuật chỉnh trị trong trường hợp này cần thoả mãn các yêu cầu sau:
(1) Để chỉnh trị các ghềnh cạn trên đoạn cong của sông miền núi, có thể xây dựng kè dọc hoặc kè chắn uốn cong xuống phía dưới tại các vị trí thich hợp bên bờ lõm nhằm làm xuôi thuận dòng chảy đến dọc theo bờ và nếu cần thiết có thể kết hợp nạo vét bạt mom phía bờ lồi. Cũng có thể ngăn luồng cong bằng kè dọc và đào luồng thẳng.
(2) Để chỉnh trị các ghềnh cạn trên đoạn cong có đường bờ cong không đều của sông đồng bằng có thể sử dụng các biện pháp nắn thẳng doi cát hoặc xây dựng một hệ thống kè chắn để tạo ra một đường bờ trơn tru. Còn đối với bờ lõm của đoạn cong cần áp dụng giải pháp phủ mái bờ để chống xói lở nếu cần thiết.
(3) Trong trường hợp đoạn cong quá phát triển khiến cho lạch sâu dịch chuyển xa dần bờ lõm và tự nhiên hình thành một luồng mới cắt ngang bờ lồi, hoặc trong trường hợp bãi bồi ven bờ lồi kéo dài đến luồng chạy tàu có thể bố trí các công trình chỉnh trị bên bờ lõm; khi cần có thể tiến hành nạo vét bạt mom bờ lồi. Nếu nắn dòng nhân tạo phải có nghiên cứu chi tiết hoặc thí nghiệm mô hình.
4.2.6. Chỉnh trị ghềnh cạn ở cửa sông nhánh
Để chỉnh trị bãi ghềnh tại cửa sông nhánh, cần sử dụng các biện pháp thích hợp để làm giảm góc hợp lưu và cải thiện điều kiện hợp lưu cũng như làm tăng cường khả năng gây xói tại ghềnh cạn. Các biện pháp kỹ thuật chỉnh trị cần thoả mãn các yêu cầu sau:
1. Trong trường hợp không có nhu cầu chạy tàu trên sông nhánh, có thể xây dựng một kè hướng dòng tại điểm hợp lưu để làm giảm góc hợp lưu; có thể bố trí hợp lý tuyến chỉnh trị và các công trình chỉnh trị theo nguyên tắc tạo điều kiện cho dòng chảy gây xói ghềnh cạn trên sông chính. Mực nước chỉnh trị cho kè hướng dòng nên xác định bằng thí nghiệm trên mô hình vật lý.
2. Trường hợp cả sông chính lẫn sông nhánh đều có yêu cầu chạy tầu, ngoài biện pháp làm giảm góc hợp lưu cần quy hoạch tổng thể các tuyến chỉnh trị cho sông chính và sông nhánh tuỳ theo các điều kiện khác nhau như sông nhánh đổ vào sông chính tại bờ lõm hay bờ lồi v.v..., cần bố trí công trình chỉnh trị cho cả sông chính và sông nhánh. Trường hợp có lượng bồi tích lớn tại chỗ hợp lưu trong mùa lũ nên nâng cao mực nước chỉnh trị cho thích đáng và nếu cần thì kết hợp với nạo vét.
3. Trong điều kiện cho phép sau khi đã lập báo cáo nghiên cứu khả thi chi tiết cũng có thể tiến hành chỉnh trị cửa sông nhánh để cải thiện điều kiện hợp lưu.
4.2.7. Chỉnh trị các ghềnh cạn rải rác (nhóm ghềnh cạn)
Cần tiến hành chỉnh trị các ghềnh cạn rải rác bằng cách làm ổn định các bãi bồi ven sông và bảo vệ bờ để khống chế thế sông, chặn các nhánh giữa các bãi cạn ở giữa luồng kết hợp với việc nhập các bãi cạn giữa luồng với nhau để tập trung dòng chảy, để làm ổn định luồng lạch trong mùa kiệt. Các biện pháp cần phải phù hợp với các yêu cầu sau:
1. Đối với các ghềnh cạn rải rác trên sông đồng bằng cần quy hoạch tuyến chỉnh trị theo dạng sông hơi cong, và cần xây dựng một hệ thống kè chắn để tôn cao và gia cố các bãi bên thượng/hạ lưu để tạo thành một đoạn sông ổn định.
2. Đối với các ghềnh cạn rải rác trên sông đồng bằng do cả bờ và lòng sông không ổn định gây ra, các biện pháp chỉnh trị cần dựa trên quy hoạch tổng thể tuyến chỉnh trị để xây dựng một hệ thống kè chắn cũng như kè phủ mái làm ổn định các bãi giữa và các bãi bên, bảo vệ bờ chủ kết hợp với đào một luồng mới để hình thành một luồng ổn định cho dòng chảy mùa kiệt.
3. Khi chỉnh trị các ghềnh cạn rải rác trên các sông miền núi được đặc trưng bởi sự chia thành nhiều nhánh và luồng lạch không ổn định cần chọn luồng chủ cho thích hợp và có thể dùng các kè dọc thấp để nối liền đầu các bãi giữa và ngăn một số nhánh nào đó.
Cũng cần phải có biện pháp bảo vệ phần đầu của các bãi giữa và các đoạn bờ bị xói lở.
3. Các ghềnh bùn cạn
4.3.1. Chỉnh trị các ghềnh bùn cạn nên sử dụng biện pháp nạo vét làm biện pháp chủ yếu để đào sâu luồng chạy tầu và nắn thẳng doi cát theo thiết kế. ngoài việc thực hiện
đúng các kích thước luồng như quy định có thể gia tăng thêm độ sâu và độ rộng thích hợp dự phòng cho việc bồi lấp và kéo dài tuổi thọ của luồng nạo vét.
4.3.2. Tuyến kênh nạo vét nên theo phương của dòng chảy mùa kiệt. Trong trường hợp phương dòng lũ tại ghềnh cạn lệch đáng kể khỏi phương dòng chảy mùa kiệt hoặc trong trường hợp kênh đào bị bồi lắng và không ổn định có thể bố trí các công trình chỉnh trị để điều chỉnh phương dòng chảy.
4.3.3. Trong trường hợp kênh đào khá dài hoặc quy mô nạo vét lớn cần phải tính toán kiểm tra độ hạ thấp đường mặt nước sau khi nạo vét.
4. Các ghềnh đá cạn
4.4.1. Chỉnh trị các ghềnh đá cạn nên sử dụng biện pháp nổ mìn đào kênh và nếu cần có thể kết hợp đắp đê xây kè để điều chỉnh, khống chế mức nước.
4.4.2. Để chỉnh trị ghềnh đá cạn có bùn cát đáy chuyển động, cần phân tích quy luật của sự bồi xói cũng như xu hướng biến đổi của nó. Ngoài việc đào kênh bằng nổ mìn nếu cần có thể kết hợp xây dựng kè dọc để làm tăng khả năng vận chuyển bùn cát.
4.4.3. Đối với ghềnh đá cạn không có lớp phủ nên xác định hợp lý tuyến luồng chạy tàu và kích thước của mặt cắt ngang cần đào theo hướng dòng chảy kiệt. Trong trường hợp xảy ra hậu quả không thuận lợi do sự hạ thấp của đường mặt nước sau khi đào cần xây dựng các kè chắn hay các đê ngầm ở hạ lưu của ghềnh cạn để làm dâng mực nước. Nếu có dòng hướng ngang đáng kể trong thời kỳ dòng chảy kiệt, cũng cần xây dựng các kè dọc để điều chỉnh hướng dòng chảy. Tuy nhiên, cần chọn cao trình đỉnh kè cho phù hợp.
4.4.4. Khi đào kênh trên ghềnh đá cạn cần xác định hợp lý hình dạng và độ dốc mặt cắt ngang cần đào để làm cho các luồng sâu thượng và hạ lưu nối tiếp với nhau xuôi thuận trơn tru và do đó ngăn ngừa dòng chảy ngang và dòng chảy xiết xuất hiện tại cửa vào và ra của kênh đào. Các kích thước của kênh đào cần phù hợp với quy định của mục 3.2.2, trong các trường hợp cần thiết có thể đào sâu và mở rộng kênh đào một cách thích hợp.
5. Các yêu cầu đối với bố trí mặt bằng công trình chỉnh trị
4.5.1. Xây dựng các kè chắn cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau đây:
1. Hướng của các kè chắn.
(1) Đối với sông đồng bằng nên sử dụng kè chắn thẳng góc hoặc kè chắn hướng ngược lên; khi cần thiết cũng có thể sử dụng kè chắn có hướng xuôi theo hướng dòng chảy.
(2) Đối với ghềnh sỏi cạn trên sông miền núi nên dùng kè chắn hướng xuôi theo hướng dòng chảy hay kè thẳng góc/kè hướng xuôi xuống với đầu chữ L.
(3) Kè chắn được dùng để chặn đầu lạch sâu mùa kiệt có thể hướng thẳng góc hay hướng ngược lên.
2. Cự ly các kè chắn
(1) Khoảng cách (D) giữa hai kè chắn kế cận trong một hệ thống kè chắn có liên quan
đến chiều dài hình chiếu lên phương vuông góc với hướng dòng chảy (L) của kè phía thượng lưu trên mặt cắt ngang thoát nước. Có thể chọn theo Bảng 4.5.1.
Bảng 4.5.1.
Khoảng cách giữa các kè chắn (D)
Vị trí | Bờ lồi | Bờ lõm | Đoạn sông thẳng |
Kè chắn | D = (1,5 - 3,0)L | D = (1,0 - 2,0)L | D = (1,2 - 2,5)L |
(2) Trong trường hợp góc giữa tuyến chỉnh trị và hướng dòng chủ tương đối lớn khoảng cách giữa các kè chắn có thể giảm đi cho thích hợp.
(3) Khoảng cách của các kè chắn kiểu lưới mắt cáo phía trong kè/ đê dọc có thể lấy theo khoảng cách của các kè chắn bên bờ lồi.
4.5.2. Đối với việc xây dựng các kè dọc, cần đáp ứng các yêu cầu sau:
1. Tuyến kè dọc cần gần đúng với hướng tuyến chỉnh trị và có dạng đường thẳng hay đường hơi cong theo yêu cầu. Nên làm cho đầu kè phía hạ lưu kéo dài đến gần hoặc gần đến luồng nước thấp nhất để làm cho dòng chảy xuôi thuận.
2. Mặt bằng bố trí kè dọc, chủ yếu để chặn dòng hướng ngang tại phần đầu/ cuối của một bãi giữa, nên bố trí dọc theo đường chia nước của bãi giữa và nối tiếp xuôi thuận với địa hình của nó.
3. Có thể sử dụng kè hướng dòng để điều chỉnh đoạn sông quá lõm và dẫn dòng chủ chuyển từ bờ này sang bờ khác.
4.5.3. Để xây dựng kè khoá cần đáp ứng các yêu cầu sau đây:
1. Trên sông đồng bằng, nên bố trí kè khoá tại đoạn giữa của sông nhánh cần chặn theo hướng vuông góc với dòng chủ, tùy theo các điều kiện địa lý và địa hình. Trong trường hợp mặt nước trên sông nhánh hạ xuống quá 0,8m, nên bố trí kè khoá tại đoạn giữa của sông nhánh.
2. Trên sông miền núi, có thể bố trí kè khoá theo các điều kiện địa chất ,địa hình và dòng chảy, tại đoạn hạ lưu của sông nhánh.
4.5.4. Mặt bằng bố trí của công trình bảo vệ bờ cần thoả mãn các yêu cầu sau đây:
1. Nếu chắc chắn xảy ra biến đổi trên phần bờ sông bị dòng chảy xô vào sau khi đắp đê, gây hậu quả bất lợi cho việc ổn định hoá luồng, cần bố trí công trình bảo vệ bờ thích đáng tùy theo từng trường hợp.
2. Nên dùng kiểu lớp phủ bảo vệ dọc bờ cho công trình bảo vệ bờ. Trong trường hợp phần nào đó của bờ sông không đều đặn, các kè dọc hoặc kè chắn có thể được sử dụng để chỉnh trị. Khoảng cách của các kè chắn để bảo vệ bờ có thể lấy theo bảng 4.5.1 trên nguyên tắc không để dòng chủ gây xói lở bờ.
4.5.5. Mặt bằng bố trí của luồng nạo vét và bố trí đổ đất nạo vét cần thoả mãn các yêu cầu sau đây:
1. Mặt bằng bố trí luồng nạo vét
(1) Nên bố trí luồng nạo vét xa khu vực sa bồi và phối hợp với các tuyến chỉnh trị.
(2) Góc giữa luồng nạo vét và hướng dòng chủ tại mức nước kiệt trung bình sẽ bất lợi khi nó lớn hơn 15o.
(3) Luồng nạo vét trên một đoạn ngắn có thể nối liền các vực thượng và hạ lưu theo một đường thẳng; trong khi đó luồng nạo vét dài nên đi theo tuyến hơi cong hình thành bởi những đường gãy khúc, nối liền trơn tru xuôi thuận các vực thượng hạ lưu.
(4) Đoạn vào của luồng nạo vét có thể được mở rộng thành hình loe, nếu cần thiết. Đối với đoạn cửa ra của luồng nạo vét trên sông đồng bằng nên đào sâu hơn tuỳ theo điều kiện cụ thể.
2. Bố trí đổ đất nạo vét.
(1) Cần sử dụng hoàn toàn đất nạo vét để đắp đê và đắp các nhánh phụ hoặc đổ lên các bãi bồi ven sông và các phạm vi quanh đê để điều chỉnh hình thái lòng sông.
(2) Nếu không thể sử dụng trực tiếp đất nạo vét, có thể đổ xuống vùng vực sông không ảnh hưởng đến luồng chạy tàu. Trong mọi trường hợp cần phải đảm bảo yêu cầu không gây ô nhiễm lớn đối với môi trường xung quanh.
V. Chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết
1. Nguyên tắc chung
5.1.1. Có thể chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết bằng nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau tuỳ theo đặc điểm cụ thể của thác ghềnh đá gốc, thác ghềnh cửa suối, các thác ghềnh đá lở/ đất trượt hay các thác ghềnh cuội sỏi và theo các hình thể khác nhau của chúng như mỏm lồi, luồng hẹp, gờ chìm v.v..
5.1.2. Để chỉnh trị thác ghềnh chảy xiết, ngoài các số liệu tập hợp được từ việc khảo sát và thăm dò theo quy định trong mục II- Các số liệu cơ bản, cần chuẩn bị đầy đủ các tài liệu sau đây:
1. Điều tra và phân tích độ dập dềnh của tàu bè khi qua thác ghềnh với các tai nạn tàu bè.
2. Các kết quả quan trắc thí nghiệm tàu mẫu chạy ngược dòng và diễn biến độ dốc, lưu tốc của dòng chảy trong thời kỳ hình thành thác ghềnh.
3. Các số liệu địa chất của bờ và lòng sông trong khu vực chỉnh trị.
4. Các số liệu điều tra/ quan trắc về lượng bùn cát do suối vận chuyển đến trong thời gian có lũ miền núi và các điều kiện thuỷ văn tương ứng.
5. Các số liệu khảo sát thăm dò địa chất trên khu vực đá lở/ đất trượt.
5.1.3. Các mực nước đặc trưng như mực nước giới hạn trên/ dưới và mực nước xuất hiện dòng chảy rối nhất v.v.. trong thời kỳ hình thành thác ghềnh cần được xác định dựa vào số liệu thuỷ văn và khảo sát địa hình lòng sông tại hiện trường, và qua phân tích sự biến thiên của độ dốc và lưu tốc trên đoạn có thác ghềnh cũng như tác động của chúng đến tàu ngược dòng trong thời kỳ hình thành thác ghềnh.
5.1.4. Trong điều kiện khả thi về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế, việc chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết cần phải làm cho các tàu ngược dòng vượt được các thác ghềnh bằng công suất của tàu. Trong trường hợp đòi hỏi khối lượng công trình chỉnh trị và vốn đầu tư lớn, cũng có thể áp dụng việc xây dựng công trình chỉnh trị kết hợp để điều chỉnh độ dập dềnh của tàu khi qua thác ghềnh.
5.1.5. Để chỉnh trị các thác ghềnh, có thể sử dụng các biện pháp kỹ thuật nổ mìn phá đá, nạo vét, đắp đê v.v... để mở rộng mặt cắt ngang thoát nước tại đầu thác ghềnh, hay để dâng nước một cách thích hợp, làm giảm lưu tốc và độ dốc.
5.1.6. Độ dốc cho phép và tốc độ để tàu vượt thác cần xác định qua thí nghiệm tàu chạy mẫu, thí nghiệm mô hình tàu, hay qua phân tích và tính toán.
2. Các thác ghềnh đá gốc
5.2.1. Để chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết kiểu mỏm lồi, có thể dùng các biện pháp chỉnh trị tương ứng tuỳ theo vị trí các mỏm như đối diện, so le chữ chi v.v...
1. Các thác ghềnh chảy xiết dạng đối diện có thể được cải tạo bằng cách cắt đi các mỏm nhô ra từ một hoặc cả hai bờ tuỳ theo yêu cầu chạy tàu để mở rộng mặt cắt ngang thoát nước và giảm lưu tốc dòng chảy cũng như độ dốc.
2. Các thác ghềnh chảy xiết có dạng so le chữ chi, ngoài việc cắt đi những mỏm lồi, có thể chỉnh trị bằng cách dùng công trình chỉnh trị để kéo dài một cách thích đáng khoảng cách so le, làm cho các tàu có thể dễ dàng lợi dụng luân lưu dòng chảy đã bị giảm bớt tốc độ ở cả hai bên luồng để vượt thác ghềnh.
3. Đối với các thác ghềnh có nhiều mỏm lồi kế cận nhau, cần quyết định sơ đồ chỉnh trị trên cơ sở tính đến ảnh hưởng tương hỗ giữa các mỏm ấy và làm cho nó phù hợp với tình hình cục bộ, nếu cần có thể tiến hành thí nghiệm mô hình.
5.2.2. Các thác ghềnh chảy xiết dạng luồng hẹp có thể được cải tạo bằng cách mở rộng mặt cắt ngang thoát nước tại phần luồng hẹp của nó, mở rộng luồng chạy tàu ở khu vực dòng yếu đi hoặc đắp đê dâng nước tại vực sâu hạ lưu của thác ghềnh, để làm cho lưu tốc và độ dốc đáp ứng được yêu cầu cho các tàu vượt thác ghềnh bằng chính công suất của chúng.
5.2.3. Các thác ghềnh chảy xiết dạng mỏm ngầm có thể được chỉnh trị bằng cách mở rộng mặt cắt ngang thoát nước tại mỏm ấy, hay đắp đê dâng nước ở hạ lưu của thác ghềnh để làm cho độ dốc và lưu tốc tại đầu thác ghềnh đáp ứng được yêu cầu chạy tàu.
5.2.4. Đối với việc thiết kế chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết cần thoả mãn các điều kiện sau đây:
1. Tuyến luồng đào cần phù hợp với nhu cầu thay đổi của luồng chạy tàu sau khi chỉnh trị và làm cho dòng chảy xuôi thuận, tiện lợi cho việc chạy tàu.
2. Tuyến luồng đào để mở rộng hay khai thông dòng chảy lờ đờ cần được bố trí gần bờ có dòng chảy lờ đờ, còn tuyến luồng đào nhằm mục đích chính làm giảm lưu tốc và độ dốc nên bố trí gần bờ mà dòng chảy chủ hướng tới.
3. Mặt bằng bố trí tuyến luồng đào cần làm cho khu vực được chỉnh trị không bị bồi lắng và đáp ứng được các yêu cầu vận hành của phương tiện nạo vét.
4. Khi bố trí tuyến luồng đào để biến đổi thác ghềnh chảy xiết thành dạng so le chữ chi, nên cắt bỏ đi phần hạ lưu của đỉnh lồi bên trên và phần thượng lưu của đỉnh lồi bên dưới.
5. Nên sử dụng tuyến luồng đào thẳng. Khi tuyến luồng đào thẳng khá dài cũng có thể áp dụng tuyến gãy khúc.
6. Vì mặt đứng và mặt bằng bố trí của tuyến luồng đào có quan hệ tương hỗ với hình dạng của mặt cắt ngang luồng chỉnh trị do đó cần nghiên cứu toàn diện trong thiết kế để xác định chúng.
7. Cần tiến hành so sánh nhiều phương án khi thiết kế tuyến luồng đào. Phương án tối ưu được chọn không những chỉ làm cho chế độ thuỷ lực của thác ghềnh dịu bớt để việc chạy tàu ngược dòng dễ dàng mà còn phải có khối lượng công việc chỉnh trị ít nhất.
5.2.6. Độ dốc mái và độ dốc đáy của mặt cắt ngang, độ dốc mặt cắt dọc đáy của khu vực đào được thể hiện trên hình 5.2.6 phải phù hợp với các quy định sau đây:
Hình 5.2.6. Sơ đồ đào để chỉnh trị thác ghềnh
1. Xác định độ dốc mái của mặt cắt ngang
(1) Để đáp ứng yêu cầu về độ ổn định, cần xác định độ dốc mái theo Bảng 5.2.6.
Bảng 5.2.6
Độ dốc mái của mặt cắt ngang cần đào.
Phân loại | Độ dốc mái | Phân loạo | Độ dốc mái |
Đá gốc | 1 : 0,2 - 1 : 1,0 | Đá tảng | 1 : 1,0 - 1 : 1,5 |
Đá bị vỡ nứt | 1 : 1,5 - 1 : 2,5 | Sỏi cuội | 1 : 2,5 - 1 : 3,0 |
(2) Khi cần mở rộng diện tích dòng chảy, các độ dốc mái có thể thoải hơn những trị số cho trong bảng trên đây, và nếu cần, cũng có thể dùng những độ dốc thay đổi.
2. Xác định độ dốc đáy của mặt cắt ngang
(1) Độ dốc đáy được chỉnh trị cho các thác ghềnh nước cạn có thể bằng phẳng. Tuy nhiên, phải đảm bảo chiều sâu nước đủ để chạy tàu.
(2) Nếu khu vực chỉnh trị để cho tàu qua lại mực nước lớn trung bình, có thể xác định độ dốc đáy của nó theo các mớn nước của tàu và các yêu cầu thích hợp để thiết lập các phương tiện trợ giúp chạy tàu.
(3) Tuỳ theo các điều kiện địa hình địa chất cũng như yêu cầu chỉnh trị, cũng có thể dùng những độ dốc thay đổi.
3. Xác định độ dốc dọc đáy
Trong trường hợp khu vực đào để cho các tàu qua lại, độ dốc dọc đáy của nó nên phù hợp với độ dốc dọc của mực nước thiết kế.
5.2.7. Để chỉnh trị các thác ghềnh chảy xiết có thể xác định diện tích mặt cắt ngang thoát nước yêu cầu theo các phương pháp sau đây:
1. Phương pháp tính toán
Giả thiết nhiều cỡ diện tích mặt cắt khác nhau trên đoạn đào, tính toán mặt cắt dọc mặt nước và các lưu tốc bề mặt trên thác ghềnh bằng phương pháp thử dần và sai số theo công thức 9.2.1-1 và 5.2.7 tương ứng, cho đến khi diện tích mặt cắt tăng lên thoả mãn yêu cầu về độ dốc và lưu tốc có thể chấp nhận để các tàu tự vượt thác theo công suất của chúng.
Vmax - Lưu tốc mặt nước cực đại trên mặt cắt ngang tại đầu thác ghềnh (m/s);
V - Lưu tốc trung bình trên mặt cắt ngang tại đầu thác ghềnh (m/s)
- Hệ số, được xác định theo số liệu khảo sát hiện trường.
Trong trường hợp không có sẵn số liệu khảo sát hiện trường có thể lấy bằng 1,2-1,3.
2. Phương pháp đồ thị
Theo đường cong quan hệ mức nước và lưu tốc trung bình tại mặt cắt ngang nhỏ nhất của mặt thác ghềnh trước khi chỉnh trị, lấy đường nối giữa các lưu tốc trung bình tại các giới hạn trên và dưới của các mực nước hình thành thác ghềnh làm đường lưu tốc trung bình thiết kế, dùng đường này có thể tìm ngược lại ra các diện tích mặt cắt ngang cần mở rộng tại mỗi mực nước, do đó có thể tính được diện tích mặt cát thoát nước cần mở rộng bằng công tác chỉnh trị.
3. Đối với các thác ghềnh chảy xiết dạng phức tạp với bậc nước lớn, nên xác định diện tích nói trên bằng thí nghiệm mô hình.
5.2.8. Trong trường hợp thác ghềnh cần chỉnh trị có dạng so le chữ chi, có thể tính toán chiều dài gần đúng chiều dài so le của nó bằng công thức sau:
D = L + Lb + La (5.2.8-1)
Trong đó:
D - Chiều dài so le (m), thể hiện trên hình 5.2.8
L - Chiều dài tàu hay tàu kéo xà lan (m)
Lb - Khoảng cách an toàn giữa đuôi tàu và mỏm lồi hạ lưu (m);
La - Khoảng cách theo phương dọc tương ứng với chiều rộng luồng B do tàu vượt sang. Có thể tính toán nó theo công thức sau đây:
(5.2.8-2)
Trong đó:
A KU sinθ
B - Chiều rộng chạy tàu hiệu quả tại đầu thác ghềnh (m);
V1 - Lưu tốc mặt nước trung bình trong khoảng B (m/s);
θ - Góc giữa đường đi của tàu và hướng dòng chảy, có thể lấy bằng 15o;
U - Tốc độ tàu trong nước tĩnh (m/s);
K - Hệ số khấu trừ tốc độ tàu. Có thể tính theo công thức sau:
Trong đó:
(5.2.8-3)
J - Độ dốc mặt nước tại đầu thác ghềnh;
To - Lực đẩy ứng với tốc độ tàu trong nước tĩnh (N);
W - Trọng tải dãn nước toàn phần của tàu hay tàu kéo sà lan (N); Khi V1 >KU cos ố ,La có giá trị dương;
Khi V1 =KU cos ố ,La =0;
Khi V1
Hình 5-2-8. Sơ đồ xác định chiều dài so le
3. Các thác ghềnh cửa suối
5.3.1. Để chỉnh trị các thác ghềnh cửa suối có thể tiến hành phân tích, tính toán theo các phương pháp cơ bản thích hợp nêu trong các quy định ở mục V-2.
5.3.2. Trong trường hợp suối có lưu lượng lớn bùn cát đến có thể làm cho chế độ thác ghềnh xấu đi, cần nghiên cứu các biện pháp chỉnh trị theo lưu lượng nước đến và bùn cát
đến cũng như các điều kiện địa hình và địa chất.
5.3.3. Trong trường hợp có các điều kiện thuận lợi cho việc đắp đập trên suối và suối có dung tích hồ chứa tương đương lượng bùn cát đến từ dòng chảy xiết trên núi trong thời
đoạn 5 năm có thể chấp nhận và thực hiện dự án xây dựng đập chắn bùn cát trên suối. Cao trình đập phụ thuộc vào dung tích hồ chưa thiết kế. Trong trường hợp các điều kiện bị hạn chế, có thể chọn các đập chắn bùn cát theo nhiều bước. Nên cho tuyến đập trên nền đá gốc.
5.3.4. Trong trường hợp điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng đê chỉnh trị tại cửa suối, và có vực sâu ở hạ lưu của thác ghềnh với dung tích lưu giữ bùn cát bồi lắng trên 5 năm, khi đó có thể xây dựng đê tại cửa suối để dẫn lưu lượng bùn cát đến của suối vào vực sâu
đã nói trên. Đê chỉnh trị để nắn tuyến cửa suối nên được xây dựng trên nền đá gốc hay trên nền vững chắc. Tuyến đê cần hết sức tránh các dòng chảy xiết trên núi xô vào trực tiếp. Trong trường hợp không có sẵn mương rãnh thiên nhiên để sử dụng cho việc nắn tuyến cửa suối, cần đào mương nhân tạo như thể hiện trên hình 5.3.4.
5.3.5. Có thể chọn các kết cấu khối đá xây vữa xi măng và bê tông cho đập chắn bùn cát trên suối và đê hướng dòng tại cửa suối. Cũng có thể dùng kết cấu giá cọc thấm cho đập chắn bùn cát trên suối.
Hình 5.3.4 Phác hoạ nắn tuyến cửa suối.
4. Các thác ghềnh đá lở/ đất trượt
5.4.1. Việc chỉnh trị các thác ghềnh đá lở/ đất trượt cần đảm bảo các yêu cầu sau đây, ngoài những điều quy định thích hợp nêu trong mục 4 của phần này:
1. Khu vực chỉnh trị nên bố trí gần bờ, bên không có đất lở. Nếu khu vực gần bờ, bên có
đất lở phải được nắn thẳng, cần nghiên cứu thật cẩn thận mặt bằng bố trí tuyến đào chỉnh trị và hình dạng mặt cắt ngang chỉnh trị, để giảm hết sức tác động bất lợi đến độ ổn định của khối đất trượt.
2. Trong trường hợp phải tiến hành công tác nổ mìn để chỉnh trị các thác ghềnh đá lở/
đất trượt, cần tính toán và giám sát độ ổn định của khối trượt, và cần hạn chế lượng thuốc nổ tối đa cho mỗi lần nổ.
5.4.2. Để củng cố hiệu lực của công trình chỉnh trị tại đầu các thác ghềnh, có thể chọn các biện pháp sau đây, nếu cần để ngăn ngừa đá lở và khối đất trượt có độ ổn định kém khỏi bị trượt.
1. Bố trí một hay nhiều mương chắn ngoài phạm vi của khu vực đất trượt để ngăn ngừa mước mặt khỏi chảy vào vùng đất trượt, và bố trí cả một hệ thống tiêu nước, tận dụng địa hình tự nhiên, trong vùng đất trượt.
2. Dùng các biện pháp đào mái để giảm tải trọng, các cọc chống trượt, các thanh neo các thanh chống v..v..
5. Các thác ghềnh sỏi cuội
5.5.1. Để chỉnh trị các thác ghềnh cuội sỏi, cần xác định rõ ràng cấu tạo của lòng sông và tình hình chuyển động của sỏi cuội, và cần phân tích nguyên nhân hình thành thác ghềnh.
5.5.2. Đối với các thác ghềnh sỏi cuội, có thể chọn phương pháp nạo vét để mở rộng mặt cắt chuyển nước trên đoạn thác ghềnh, làm giảm lưu tốc. Nếu xảy ra hiện tượng bồi tích lại sau nạo vét, cần bố trí công trình chỉnh trị tuỳ theo các điều kiện riêng.
5.5.3. Đối với các thác ghềnh sỏi cuội chiều dài khá ngắn và vực hạ lưu của nó khá sâu, có thể tiến hành xây sựng đê ngầm bằng đá đổ ở vực hạ lưu để điều chỉnh lưu tốc và độ dốc của đoạn thác ghềnh.
5.5.4. Đối với các thác ghềnh sỏi cuội thẳng, rộng và nông, có thể bố trí các đê mỏ hàn so le để làm cho các tàu ngược dòng vượt thác bằng cách lợi dụng lần lượt dòng chảy bị suy yếu dọc cả hai bên bờ
VI. Chỉnh trị các thác ghềnh nguy hiểm
1. Nguyên tắc chung
6.1.1. Có thể chỉnh trị các thác ghềnh nguy hiểm đối với giao thông tàu bè bằng các biện pháp kỹ thuật khác nhau tuỳ theo loại dạng khác nhau của chúng như: đá ngầm, đoạn cong gấp, các thác ghềnh có phễu và xoáy nước, và các thác ghềnh có dòng chảy trên vỉa đá ngầm.
6.1.2. Về việc thu nhập các số liệu để chỉnh trị các thác ghềnh nguy hiểm đối với giao thông, ngoài các số liệu quy định trong mục II, cần chuẩn bị thêm các tài liệu sau đây:
1. Các bản đồ khảo sát đá ngầm dưới nước hay phần quan trọng của các đặc trưng địa hình đồ tỉ lệ 1:100- 1:500
2. Mức độ của dòng xoáy, lưu tốc và chảy hướng ngang, bậc nước tại điểm uốn, phạm vi và lưu tốc của dòng nước vật v..v
3. Hành trình và tốc độ của đội tàu ngược dòng và xuôi dòng.
6.1.3. Các giới hạn dưới và giới hạn trên của mực nước hình thành thác ghềnh và mực nước chảy rối nhất cần được xác định theo các điều kiện của chướng ngại vật đối với giao thông tàu bè trên các thác ghềnh nguy hiểm tại các mực nước khác nhau.
6.1.4. Các thác ghềnh nguy hiểm đối với giao thông tàu bè có thể được chỉnh trị chủ yếu bằng các biện pháp nổ mìn phá đá, đắp đê, nạo vét, và cắt doi cát v.v. để mở rộng và
đào sâu luồng chạy tàu, làm tăng bán kính cong, và cải thiện kiểu dạng dòng chảy bất lợi cho giao thông.
2. Đá ngầm nguy hiểm cho giao thông
6.2.1. Đối với đá ngầm nguy hiểm cho giao thông tàu bè, cần điều tra khảo sát các điều kiện địa hình, địa chất, chế độ dòng chảy đặc trưng gây trở ngại giao thông và cần sử dụng các biện pháp nổ mìn phá đá, đắp đê v.v...
6.2.2. Đối với đá ngầm nguy hiểm cho giao thông trong luồng hẹp, bờ gồ ghề, cần tính toán xác định kích thước luồng và vị trí đào, hoặc nếu cần phải tiến hành thí nghiệm mô hình tàu mẫu; và cần chỉnh trị bằng cách cắt gọt nắn thẳng các phần đá ngầm nhô ra và doi đá, hay áp dụng biện pháp xây dựng đê dọc dể làm trơn tru đường bờ.
6.2.3. Tuỳ theo mức độ cải thiện tình trạng nguy hiểm, chiều sâu nổ phá và công tác dọn sạch bãi đá ngầm trên luồng chạy tàu nhưng cần phù hợp với các quy định trong mục 3.2.2.
3. Đoạn cong gấp nguy hiểm cho giao thông
6.3.1. Khi nắn thẳng đoạn cong gấp gây nguy hiểm đối với giao thông, chiều rộng hay bán kính cong của luồng cần được tăng lên: xoáy, quẩn và các kiểu dạng dòng không mong muốn khác cần được loại trừ hoặc cải thiện, để thoả mãn các yêu cầu an toàn cho đội tàu tiêu chuẩn xuôi dòng.
6.3.2. Có thể dùng các biện pháp kỹ thuật sau đây để nắn thẳng đoạn cong gấp nguy hiểm đối với giao thông:
1. Có thể nổ phá bãi đá ngầm và các mỏm lồi tại đoạn đường cong để mở rộng kích thước luồng và cải thiện chế độ dòng chảy.
2. Đối với luồng một chiều có bán kính cong không đủ lớn, có thể nắn phần bờ lồi để làm tăng bán kính cong của luồng, và nếu cần cũng có thể xây dựng công trình hướng dòng bên bờ lõm để làm tăng lưu lượng đơn vị ở phía bờ lồi.
3. Để chỉnh trị dòng xoáy được hình thành tại vực sâu của đoạn cong gấp có thể xây dựng đê dọc hay các kè chắn xiên góc xuôi ở phần thượng lưu của đỉnh đoạn cong, và cũng
có thể bố trí các kè ngầm gần đỉnh đoạn cong để điều chỉnh hướng dòng chảy và sự phân bố lưu tốc.
4. Trong trường hợp tại đoạn đường cong cả lưu tốc lẫn độ thuỷ lực đều lớn có thể xây dựng các kè chắn hay các kè ngầm ở hạ lưu, tuỳ theo các điều kiện đặc trưng, để làm dâng cao mực nước và điều chỉnh độ dốc thủy lực, cải tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông tàu bè.
5. Đối với đoạn cong gấp nguy hiểm đối với giao thông trên đoạn sông chia nhánh, có thể mở một luồng mới để thay thế luồng cũ khi các điều kiện cho phép và có các luận cứ xác đáng.
6.3.3. Khi bố trí tuyến đào để chỉnh trị, tuỳ theo địa mạo lòng sông, cần chú trọng tới quan hệ nối tiếp nhau của các nhánh thượng và hạ lưu cũng như điều kiện về tầm quan sát đáp ứng các yêu cầu của đội tàu đang xuôi.
4. Các thác ghềnh nước xoáy nguy hiểm
6.4.1. Để chỉnh trị các thác ghềnh nước xoáy nguy hiểm, cần phân tích nguyên nhân chính gây ra phễu nước và xoáy nước từ nhiều khía cạnh khác nhau bao gồm hình thái, điều kiện dòng chảy, tương tác của lòng sông và dòng nước chảy v..v...
6.4.2. Có thể sử dụng các biện pháp kỹ thuật tương ứng sau đây để chỉnh trị các thác ghềnh nước xoáy nguy hiểm:
1. Đối với các phễu nước và xoáy nước do dòng đáy va mạnh vào các tảng đá ngầm thẳng đứng tại giữa luồng hay va vào lòng sông nhô lên đột ngột có thể dùng biện pháp nổ phá nó đến một độ sâu thích hợp hay nổ mìn kết hợt với bồi đắp để điều chỉnh cao trình lòng sông và sự phân bố lưu tốc.
2. Đối với các phễu nước và xoáy nước do dòng chảy trực tiếp va mạnh vào các mỏm bờ lồi trên đoạn sông thẳng, có thể nổ phá các mỏm lồi để làm cho dòng nước chảy xuôi thuận.
3. Đối với các phễu nước và xoáy nước sinh ra bởi mỏm lồi nằm ở hạ lưu của đỉnh bờ lõm, có thể bố trí các kè chắn hay đê ngầm ở thượng lưu của mỏm lồi hay tại vị trí thích hợp để điều chỉnh hướng dòng chảy và phân tán dòng chảy đáy.
4. Đối với các phễu nước và xoáy nước tại cửa vào của đoạn sông chia nhánh do dòng chảy xiên tồn tại ở phần đầu bãi giữa xô mạnh trực tiếp vào bờ, có thể bố trí một kè hướng dòng tại phần đầu bãi giữa để làm xuôi thuận hướng dòng chủ trên đoạn cửa vào.
5. Các thác ghềnh nước chảy trên vỉa đá ngầm nguy hiểm
6.5.1. Để các thác ghềnh nước chảy trên vỉa đá ngầm nguy hiểm, cần phân tích nguyên nhân hình thành của chúng theo mối tương quan giữa lòng sông và dòng chảy. Cần xác định rõ ràng độ dốc, lưu tốc, cường độ dòng chảy ngang, chiều sâu nước trên vỉa đá ngầm, cũng như những tác động của chúng đến sự an toàn cho chạy tàu trong khuôn khổ mực nước hình thành mối nguy hiểm.
6.5.2. Có thể chọn các biện pháp kỹ thuật sau đây khi chỉnh trị các thác ghềnh nước chảy trên vỉa đá ngầm nguy hiểm:
1. Đối với dòng chảy trên vỉa đá ngầm nằm ở phía bên luồng, tuỳ theo từng trường hợp có thể nổ mìn để hạ thấp cao trình của vỉa, hay có thể xây dựng đê dọc trên đó để nâng cao trình của vỉa, loại bỏ tác động của dòng chảy trên vỉa đá ngầm ảnh hưởng đến giao thông tàu bè.
2. Đối với dòng chảy dòng chảy xảy ra trên vỉa đá ngầm đồng thời ở cả hai bên luồng, có thể nổ mìn cắt bớt vỉa đá ở một bên cho thoai thoải, hoặc tôn cao vỉa đá bên kia bằng cách xây đê dọc để làm cho các dòng chảy trên vỉa đá ngầm có ở cả hai bên luồng có các lần xuất hiện so le nhau, và do đó các tàu có thể chạy dọc mọt bên luồng tránh được nguy hiểm giao thông do tồn tại đồng thời các dòng chảy trên vỉa đá ngầm ở cả hai bên luồng.
3. Trong trường hợp có sẵn một luồng phụ để sử dụng trên đoạn thác ghềnh nước chảy trên vỉa đá ngầm nguy hiểm, có thể nạo vét đào sâu luồng phụ này để chạy tàu.
VII. Chỉnh trị luồng vùng cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều
1 Nguyên tắc chung
7.1.1. Khi tiến hành chỉnh trị luồng lạch tại vùng cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều cần có trong tay tất cả tài liệu của những yếu tố liên quan như các điều kiện thuỷ -động lực của dòng chảy, gió, sóng, độ mặn, bùn cát và các điều kiện biên khác của lòng sông v..v..., và cần tiến hành lập báo cáo nghiên cứu khả thi.
7.1.2. Ngoài các quy định có liên quan nêu trong mục II- Các tài liệu cơ bản về việc thu thập tài liệu, cần thu thập thêm các loại tài liệu sau đây khi tiến hành công tác thiết kế chỉnh trị luồng lạch tại vùng cửa sông chịu ảnh hưởng thuỷ triều:
1. Các bản đồ địa hình dưới nước hay bản đồ thuỷ văn hình thái trong nhiều năm và những số liệu liên quan đến động lực học bờ biển và địa mạo v. .v.
2. Biểu đồ giao động mức nước triều, lưu tốc dòng triều và hàm lượng bùn cát khi triều lên, xuống, trong kỳ triều kém, kỳ triều cường và trong các mùa lũ, mùa kiệt trên đoạn sông dự kiến chỉnh trị .
3. Các lưu lượng dòng triều lên, xuống trung bình trên đoạn sông dự kiến chỉnh trị trong mùa lũ và mùa kiệt.
4. Các lưu tốc và hướng của dòng triều, gió, v.v.. trên khu vực bãi cạn cửa sông.
7.1.3. Khi chỉnh trị luồng ở cửa sông , các đặc điểm thuỷ văn, bùn cát và sự tiến hoá của lòng sông tại đoạn dự kiến chỉnh trị cần được phân tích theo các số liệu thực đo với các nội dung sau đây:
1. Phạm vi đoạn dòng sông gẩn cửa sông, đoạn dòng triều ở cửa sông và đoạn bờ biển ở bên ngoài cửa sông cần được đinh rõ ranh giới theo vị trí và sự biến đổi của giới hạn vùng ảnh hưởng triều và giới hạn dòng triều để xác định vị trí của đoạn sẽ chỉnh trị
2. Phân tích theo sự biến đổi của các con nước triều, độ lớn của các biên độ triều, những biến đổi của tốc độ dòng triều và lưu lượng... trong các mùa, các nhân tố động lực học chủ yếu hì thành lòng sông trên đoạn sẽ chỉnh trị, và xác định các đặc tính của sóng triều trên đoạn sông nghiên cứu.
3.Xác định loại đoạn sông sẽ chỉnh trị theo mức độ xáo trộn của nước mặn và nước ngọt.
4. Chuẩn bị đầy đủ các tài liệu về những biến đổi của hàm lượng bùn cát và dòng bùn cát trong các mùa lũ và mùa kiệt, phân tích những tác động của dong chảy đến và bùn cát đến từ lưu vực sông và khu vực biển khi hình thành cửa sông và lòng sông của đoạn sẽ chỉnh trị.
5. Phân tích những biến đổi hàng năm và nhiều năm về bồi xói của trục động lực dòng chảy, đáy trũng sâu, ngang dọc lòng sông cũng như sự thay đổi các cỡ hạt của vật liệu đáy trong các mùa lũ và mùa kiệt trên doạn sông sẽ chỉnh trị.
6. Phân tích các đặc trưng của sóng, các điều kiện gió và những yếu tố khác trên đoạn sông sẽ chỉnh trị .
7.1.4. Để chỉnh trị luồng ở vùng cửa sông nên tận dụng động năng của dòng triều xuống và chọn các biện pháp nạo vét, đắp đê xây dựng kè, hoặc kết hợp cả hai để tăng lưu lượng theo chiều rộng đơn vị trên luồng chạy tàu nhằm gây xói.
7.1.5. Không nên xây dựng âu tầu làm ảnh hưởng triều ở vùng cửa sông có chạy tàu để tránh hiện tượng sa bồi gây ảnh hưởng cho việc chạy tầu ở thượng lưu âu tầu. Nếu phải xây dựng âu tầu, cần có luận cứ xác đáng và phải có các biện pháp kỹ thuật cần thiết để loại trừ hậu quả bất lợi cho việc chạy tầu. Đối với việc xây dựng hồ chứa ở thượng lưu cửa sông và các công trình cải tạo đất trong phạm vi vùng ảnh hưởng triều mà chúng sẽ làm thay đổi các điều kiện dòng nước - bùn cát, cần lập báo cáo nghiên cứu khả thi để xác định những tác động chúng đến luồng tàu ở cửa sông.
7.1.6. Có thể dùng các yếu tố sau đây làm tiêu chuẩn xác định các mực nước chỉnh trị luồng ở cửa sông:
* Trên đoạn dòng triều cửa sông đó là mực nước trung bình ứng với tốc độ dòng triều xuống lớn nhất khi triều cường, triều trung bình, triều kém của mùa lũ và mùa kiệt.
* ở đoạn bờ biển phía ngoài cửa sông nó có thể cao hơn trong trường hợp xây dựng các kè hướng dòng và các công trình chỉnh trị khác đồng thời làm nhiệm vụ chắn sóng và chắn bùn cát.
7.1.7. Để chỉnh trị các luồng lạch vùng cửa sông ngoài việc phân tích các số liệu nên lập báo cáo khả thi và so sánh bằng số liệu mô hình toán/ vật lý hoặc kết hợp cả hai để chọn ra phương sán chỉnh trị tối ưu.
7.1.8. Việc tính toán kích thước luồng, mực nước chạy tàu, và các thông số kích thước cho kênh dẫn tầu biển cần phù hợp với " Quy trình thiết kế kênh biển" hiện hành do Bộ GTVT ban hành.
2. Bãi cạn cửa sông
7.2.1. Khi phân tích nguyên nhân hình thành bãi cạn cửa sông cần tính đến các yếu tố quan trọng sau đây cũng như tương quan của các yếu tố sau:
1. Mức độ khuếch tán của dòng chảy và độ lệch theo trục động lực dòng chảy;
2. Điều kiện hoà trộn của nước ngọt và nước mặn, sự biến đổi vị trí của các " điểm số không", sự hình thành keo tụ và bồi tích của bùn cát;
3. Tỷ số dòng chảy sông so với dòng triều và những biến đổi của nó;
4. Biên độ sai khác của trục động lực dòng triều lên và xuống trong kỳ triều cường, triều kém, mùa lũ mùa kiệt;
5. Phân tích thành phần và nguồn gốc vật liệu đáy hay phân tích kích hoạt nơtron chất liệu đáy;
6. Các điều kiện sóng và dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ, v.v...
7.2.2. Việc chỉnh trị bãi cạn cửa sông cần được tiến hành trên cơ sở co sánh và phân tích những quy luật biến đổi từng năm và nhiều năm của bãi cạn cửa sông trong các mùa lũ và kiệt theo các bản đồ khảo sát địa hình nhiều năm.
7.2.3. Cần tiến hành chỉnh trị bãi cạn cửa sông chủ yếu bằng biện pháp nạo vét, hoặc kết hợp nạo vét với xây dựng đê kè tuỳ theo nguyên nhân hình thành và quy luật diến biến của các bãi cạn. Cần lập một kế hoạch toàn diện để thực hiện chỉnh trị luồng lạch vùng cửa sông theo từng giai đoạn. Cần tổng kết kinh nghiệm kịp thời để không ngừng cải tiến và hoàn thiện các giải pháp công trình chỉnh trị
7.2.4. Khi chỉnh trị bãi cạn cửa sông hay biến đổi nên áp dụng các giải pháp công trình chỉnh trị như kè chắn cát giảm sóng một phía hoặc hai phía. Để đáp ứng yêu cầu thoát lũ, và kéo dài quá trình xói ở các mực nước thấp và trung bình có thể bố trí các kè mỏ hàn ngắn phía trong sông có cao trình đỉnh kè thấp hơn cao trình các kè chắn cát giảm sóng một chút. Cao trình, hướng, khoảng cách và việc bố trí các kè chắn cát giảm sóng và các kè mỏ hàn ngắn nên được xác định bằng mô hình vật lý.
7.2.5. Khi bãi cạn cửa sông chịu tác động của dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ thì các hướng dòng cũng cần đóng cả vai trò chắn dòng bùn cát ấy và nên bố trí các kè chắn cát giảm sóng phía dọc bờ mà dòng bùn cát tới để hướng dòng nước và chặn dòng bùn cát.
3. Các bãi cạn bên trong cửa sông
7.3.1. Khi chỉnh trị các bãi cạn nằm bên trong cửa sông nên chọn luồng bị khống chế bởi dòng triều xuống làm luồng chạy tàu, có thể chọn các biện pháp nạo vét và xây dựng các kè chắn hoặc tôn cao bãi ngầm v..v. để tập trung dòng nước xói sâu và làm tăng kích thước của luồng chạy tàu.
7.3.2. Để chỉnh trị các bãi cạn nằm bên trong cửa sông bị chia nhiều nhánh, thông qua nghiên cứu khả thi chi tiết, có thể xây dựng các đê ngầm hay các kè chắn trên các nhánh không chạy tàu để làm tăng dòng nước trong nhánh chạy tàu, nếu xây dựng đập chắn dòng, cao trình của nó nên thấp hơn mực nước chỉnh trị .
7.3.3. Kè chắn chỉnh trị bãi cạn bên trong cửa sông nên bố trí vuông góc với hướng dòng triều xuống. Cao trình đỉnh của đầu kè chắn cần ngang với mực nước chỉnh trị, còn cao trình của gốc kè chắn vào bờ cần cao hơn mực nước triều trung bình hoặc cao ngang với cao trình của bãi bồi ven sông.
7.3.4. Ngoài các điều quy định nêu trong đoạn này, việc bố trí các kè chắn trên đoạn dòng sông và đoạn dòng triều của vùng cửa sông cũng có thể được tiến hành theo các quy định có liên quan trong mục IV- Chỉnh trị các ghềnh cạn.
4. Thiết kế tuyến chỉnh trị và tuyến luồng nạo vét.
7.4.1. Hướng của tuyến chỉnh trị luồng chạy tàu ở vùng cửa sông nên trùng với hướng chủ đạo của dòng chiều xuống. Tuyến chỉnh trị nên có dạng hơi cong, với đoạn bên ngoài cửa sông (đoạn luồng biển) đường tim của tuyến chỉnh trị cũng như tuyến luồng đào nên là đường thẳng.
7.4.2. Có thể tính toán chiều rộng chỉnh trị của luồng tàu chạy ở cửa sông theo các phương pháp sau đây:
1. Trên đoạn sông gần cửa tại cửa sông có thể tính theo các qui định có liên quan trong mục III.4-Qui hoạch chỉnh trị.
2. Trên đoạn luồng cửa sông và đoạn luồng biển bên ngoài cửa sông, cần mở rộng theo một tỉ lệ nhất định và chiều rộng chỉnh trị của các đoạn thẳng có thể xác định theo công thức sau đây:
Trong đó:
B2= Bo (1+ ∆B )x.
Bo - Chiều rộng sông tại mặt cắt ngang ổn định thượng lưu (m);
B2 - Chiều rộng chỉnh trị tại mặt cắt ngang tính toán tại hạ lưu(m);
x- Khoảng cách giữa hai mặt cắt ngang (Bo, B2) theo đường tim sông (m);
∆B - Tỉ lệ mở rộng, nên tính ngược ra nó theo các số liệu từ đoạn sông tối ưu trong đoạn sông thẳng và tỉ lệ thuận với các biên độ triều có thể lấy bằng 0,01-0,025.
Khi cần thiết, cũng có thể xác định chiều rộng chỉnh trị trên đoạn luồng cửa sông bằng một nghiên cứu toàn diện theo phương pháp tính toán ở mục III- Qui hoạch chỉnh trị.
7.4.3. Cần phân tích các dòng triều, các sóng, chuyển động của bùn cát khi chọn tuyến kênh nạo vét ở cửa sông. Tuyến kênh nạo vét nên gần trùng với trục động lực dòng chảy khi triều xuống có ưu thế tương đối ổn. Góc hợp bởi hướng dòng chiều và trục kênh nạo vét nhỏ hơn 15o và không lớn hơn 30o trong trường hợp đặc biệt. Trên đoạn kênh biển bên ngoài cửa sông, khi dòng triều lên chiếm ưu thế dẫn đến việc hình thành một luồng chủ sâu thì cũng có thể chọn luồng này làm tuyến nạo vét.
7.4.4. Khu vực bố trí đổ đát nên chọn ở hạ lưu của đoạn luồng tàu cần nạo vét ở cửa sông và nên hết sức tránh hiện tượng bùn cát lại bị dòng triều lên đem trở lại luồng gây sa bồi. Trong trường hợp nạo vét bằng phương pháp hút phun tạo bãi kề bên cần lập nghiên cứu khả thi. Nên đổ bùn cát nạo vét bên trong các đê quai trong điều kiện cho phép.
7.4.5. ở các cửa sông chịu tác động của sóng và gió lớn có dao động lớn của lưu lượng nước giữa các mùa lũ và kiệt cần chú ý phân tích tác động của lũ, sóng và gió đến sự sa bồi của luồng chạy tàu.
VIII- Kết cấu các công trình chỉnh trị
1. Nguyên tắc chung
8.1.1. Thiết kế kết cấu các công trình chỉnh trị bao gồm kè chắn, kè hướng dòng, đập khoá (kè khoá), kè lát mái (gia cố bờ) v.v... cần được tiến hành theo bố trí mặt bằng, mực nước chỉnh trị, vật liệu, các điều kiện vật lý và các yêu cầu kỹ thuật khác của việc thiết kế chỉnh trị ghềnh cạn/ thác ghềnh.
8.1.2. Đối với các công trình chỉnh trị phần lớn chịu tác dụng của các tổ hợp lực phức tạp và thường đặt trên vùng đáy sông có điều kiện địa chất yếu, mềm rời, cần phải tiến hành tính toán kiểm tra độ ổn định trừ khi đã thu thập được kinh nghiệm chắc chắn đủ độ tin cậy trên thực tế.
8.1.3. Trên các sông có bè gỗ thả trôi, đá lăn do trượt lở cần tính đến ảnh hưởng của chúng khi thiết kế các công trình chỉnh trị cũng như áp dụng các biện pháp bảo vệ.
8.1.4. Đá của các công trình kè đá đổ cần đáp ứng các yêu cầu sau đây:
1. Cường độ chịu lực tốt, rắn chắc, không bị gãy vỡ và phân huỷ trong điều kiện xâm thực của nước sông và nước mặn của vùng cửa sông ven biển.
2. Cần chọn cấp phối đá hợp lý và không có phiến thạch;
3. Có thể xác định kích cỡ đá dùng cho kè kiểu đá đổ và các khối phủ lát gia cố theo kinh nghiệm thực tế hay qua thí nghiệm trên mô hình vật lý hoặc tính toán.
8.1.5. Nên sử dụng các vật liệu địa phương sẵn có gần vị trí xây dựng công trình chỉnh trị và áp dụng các vật liệu mới, kết cấu mới sau khi có kết quả nghiên cứu thực nghiệm hoặc xây dựng thí nghiệm.
2. Kè chắn
8.2.1. Kè chắn nói chung thường được sử dụng rộng rãi trong công tác chỉnh trị các ghềnh cạn phục vụ chạy tàu hoặc bảo vệ bờ. Kết cấu kè chắn ở Việt Nam thường áp dụng các dạng kè đá đổ, kè đất bọc đá và kè cọc. Kè chắn có thể phân ra làm ba bộ phận chủ yếu như sau:
1. Gốc kè là đoạn kè nối tiếp với bờ sông.
2. Đầu kè là đoạn đầu công trình phía lòng sông.
3. Thân kè là phần kè nối giữa gốc kè và đầu kè.
Tuỳ đặc điểm tình hình dòng chảy, địa hình và địa chất, phần thân kè và đầu kè có thể áp dụng các dạng kết cấu khác nhau nhưng gốc kè nói chung đều có kết cấu giống nhau.
8.2.2. Kết cấu của thân kè chắn dạng đá đổ cần tuân thủ theo các quy định sau đây:
1. Đối với mặt cắt ngang của kè chắn dạng đá đổ, có thể lấy độ dốc mái thượng lưu bằng 1:1-1:1,5, còn độ dốc mái hạ lưu bằng 1:1-1:2,5.
2. Có thể lấy chiều rộng đỉnh kè chắn bằng 2 - 4 m; trong trường hợp lưu tốc dòng chảy lớn hay có gỗ thả trôi có thể lấy trị số thiên về cận lớn; trong những trường hợp đặc biệt, có thể tăng chiều rộng này một cách thích hợp.
3. Theo yêu cầu thiết kế, thân kè chắn cần được lát đá vững chắc chống xói còn đỉnh của nó cần thoả mãn yêu cầu ổn định.
8.2.3. Độ dốc dọc của kè chắn cần tuân thủ theo các quy định sau đây:
1. Có thể lấy độ dốc dọc của đỉnh kè chắn bằng 1: 100 - 1:300; đối với kè chắn quá dài, có thể điều chỉnh độ dốc dọc theo cao trình của các bờ bãi.
2. Khi kè chắn thực hiện chức năng tại nhiều mực nước khác nhau và để không làm lòng sông thu hẹp quá, có thể dùng nhiều độ dốc dọc cho đỉnh kè chắn.
8.2.4. Kết cấu của gốc kè chắn cắm vào bờ cần theo các quy định sau đây:
1. Khi bờ sông có khả năng bị xói, cần có biện pháp bảo vệ chống xói do dòng chảy gây nên, còn trong các trường hợp khác có thể không cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo vệ.
2. Có thể xác định chiều dài lớp đá phủ mái cho phần vai kè cắm vào bờ theo điều kiện địa chất bờ sông và điều kiện dòng chảy. Có thể lấy bằng 10-15 m cho lớp phủ mái thượng lưu, 15-25m cho lớp phủ mái hạ lưu và có thể xem xét gia giảm thích hợp tuỳ từng trường hợp cụ thể.
3. Chiều cao lớp phủ mái cho phần gốc kè chắn cắm vào bờ cần được xác định theo các điều kiện địa chất và địa hình. Giới hạn trên của nó vượt quá đỉnh của phần gốc kè cắm vào bờ không nhỏ hơn 1,0m. Chỗ bờ đất bố trí kè chắn, có độ dốc không quá 1:1,5.
8.2.5. Kết cấu của phần đầu kè chắn cần theo các quy định sau đây:
1. Tuỳ theo hiệu quả của dòng nước tác động lên đầu kè, có thể mở rộng thích hợp phần đỉnh kè trong phạm vi 10-20 m của phần đầu kè.
2. Nên làm phần đầu kè theo đường cong trơn tru trên mặt bằng, lấy mái dốc về phía sông bằng 1:2,5 - 1:3.
8.2.6. Trên đoạn sông mà lòng sông có khả năng không bị xói hay kinh nghiệm cho thấy không cần thiết phải bảo vệ đáy, thì phần đáy sông cạnh kè cũng không cần thiết phải bảo vệ. Nếu cần thiết phải bảo vệ đáy, có thể kéo dài phạm vi bảo vệ 2 - 4m từ chân mái dốc thương lưu, 5 - 10m từ chân mái dốc hạ lưu, và 5 -12m từ chân mái dốc về phía sông của phần đầu kè. Trên đoạn sông mà lòng sông có thể bị xói, có thể kéo dài thích hợp phạm vi bảo vệ đáy theo tính toán thuỷ lực.
8.2.7. Có thể lấy chiều rộng đỉnh kè chắn ngầm bằng 2 - 5 m; mái bên bằng 1:1,5 -1:3,5.
8.2.8. Đường kính viên đá nằm ở mặt ngoài kè chắn cần phải lựa chọn để thoả mãn yêu cầu chống cuốn trôi của dòng chảy và có thể xác định theo công thức sau:
(8.2.8-1)
Trong đó:
dk : Đường kính viên đá phủ ngoài yêu cầu (m);
K : Hệ số điều chỉnh lưu tốc khởi động bằng 0,6-0,9;
h : Độ sâu cột nước tính toán đến viên đá (m);
η : Hệ số an toàn có thể lấy bằng 1,2-1,5;
α : Góc giữa mái dốc đầu kè so với phương ngang;
Vdk: Vận tốc dòng chảy tính toán có thể xác định theo công thức (8.2.8-2) sau đây:
Trong đó:
Vtb : Vận tốc trung bình mặt cát tại tuyến đặt kè (m/s)
, k :Diện tích mặt cắt ướt và diện tích phần kè choán chỗ (m2)
8.2.9. Trong một số trường hợp khi khu vực xây dựng ở xa nguồn cung cấp đá cũng có thể áp dụng kết cấu kè dạng đất bọc đá để giảm kinh phí đầu tư xây dựng nhưng ngoài các quy định trên kè có dạng kết cấu này còn phải thoả mãn thêm các yêu cầu sau:
1. Giữa lõi đất và lớp đá hộc phủ ngoài phải có tầng lọc bằng cuội sỏi đá dăm hoặc bằng vải địa kỹ thuật phù hợp.
2. Việc thi công lõi đất cần được quan tâm một cách thích đáng để giảm tối thiểu hiện tượng lún sụt làm ảnh hưởng đến mức độ ổn định của kè.
3. Trong mọi trường hợp, phần đầu kè nên được cấu tạo hoàn toàn bằng đá đổ để chống chịu được với dòng chảy mạnh và bảo đảm ổn định cho thân kè ngay cả trong trường hợp lòng dẫn đầu kè bị xói cục bộ.
8.2.10. Khi áp dụng giải pháp kết cấu kè cọc thay thế kè đá đổ hoặc đất bọc đá cần chú ý thêm một số vấn đề sau:
1. Cọc có thể sử dụng các loại cọc gỗ, thép hoặc cọc BTCT nhưng cần có thêm đầm dọc hoặc xà kẹp để liên kết các đầu cọc với nhau. Chân cọc cần được phủ lớp chống xói bảo đảm ổn định cho cọc.
2. Khoảng cách giữa các cọc, chiều dài cọc được lựa chọn thoả mãn điều kiện ổn định và chịu lực tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất tại vị trí kè.
3. Trong mọi trường hợp xác định chiều dài cọc đều phải coi cọc là dạng cọc đơn chịu lực ngang.
3. Kè hướng dòng
8.3.1. Kết cấu của thân kè hướng dòng cần cấu tạo theo các quy định sau đây:
1. Nên lấy chiều rộng đỉnh bằng 2-3 m, và các mái dốc bên bằng 1:1-1:2
2. Khi kè được xây dựng nhằm mục đích dẫn dòng tại đầu bãi, hướng dòng tại cuối bãi, hay khép kín một đoạn cong, nên mở rộng chiều rộng đỉnh và mái dốc bên cần làm thoải tùy theo các điều kiện các lực tác dụng khác nhau.
8.3.2. Độ dốc dọc kè hướng dòng cần bằng độ dốc mặt nước tại mực nước chỉnh trị sau khi đã xây dựng kè. Độ dốc dọc kè hướng dòng tại đầu bãi giữa cần ngược với độ dốc mặt nước.
8.3.3. Việc thiết kế lớp phủ mái của phần gốc kè cắm vào bờ có thể theo các quy định trong mục 8.2.4.
8.3.4. Đầu kè hướng dòng không cần thiết phải mở rộng cục bộ, nên lấy mái dốc bằng 1:2-1:3.
8.3.5. Trên đoạn sông mà lòng sông không có khả năng bị xói, hay thực tế cho thấy không cần thiết bảo vệ đáy, thì phần đáy sông cạnh kè cũng không cần thiết phải bảo vệ.
4. Kè khoá
8.4.1. Đỉnh kè khoá có thể nằm ngang, và nếu cần, đoạn nối bờ có thể có một độ dốc dọc thích hợp.
8.4.2. Kết cấu của phần vai kè khoá cắm vào bờ cần theo các quy định sau đây:
1. Cần bảo vệ bờ sông tại cả hai phía thượng hạ lưu của vai kè khoá. Có thể lấy chiều dài bảo vệ mái dốc phía thượng lưu bằng 10-15m, còn ở phía hạ lưu, cần tính toán thuỷ lực để xác định, nhưng nó không được nhỏ hơn 15m; chiều cao bảo vệ mái vượt quá đỉnh của phần vai kè khoá cắm vào bờ không nên nhỏ hơn 1,0m.
2. Nếu vai kè khoá nối với bãi sông cát sỏi, cần đào chân khay chống thấm để cắm sâu vai kè khoá 5-10m vào bãi và cần xử lý thấm. Nên kéo dài thích hợp phạm vi bảo vệ bờ cho phần vai kè khoá theo điều đã nói trên.
8.4.3. Đoạn kéo dài phần bảo vệ đáy của kè khoá từ chân mái dốc kè có thể lấy bằng 1,5 lần chiều cao đập thượng lưu, 3-5 lần chiều cao kè khoá phía hạ lưu và có thể kiểm tra theo công thức sau đây:
Trong đó:
L = m∆hp (8.4.3)
L- Đoạn kéo dài của lớp bảo vệ đáy (m);
m - Hệ số mái dốc ổn định cho lớp bảo vệ đáy, nên lấy bằng 1,5-2,5;
∆hp-Chiều sâu cực đại của hố xói tính từ bề mặt lòng sông ban đầu (m).
5. Kè lát mái bảo vệ bờ
8.5.1. Kè lát mái phủ ta luy để bảo vệ bờ thường được sử dụng phần lớn trong công tác chỉnh trị, nhưng trong một số trường hợp cần thiết cũng có thể dùng các kè chắn ngắn. Cấu tạo kè lát mái bảo vệ bờ bao gồm ba bộ phận chính là chân kè, thân kè và đỉnh kè. Chân kè là phần đáy chân mái dốc có chức năng chống xói chân mái dốc và làm nền tựa cho phần thân kè. Đỉnh kè là phần nằm ngang trên cùng có chức năng bảo vệ thân kè khỏi tác động xói của dòng chảy mặt và các tác động khác. Thân kè là phần nối liền giữa chân kè với đỉnh kè có chức năng bảo vệ mái ta luy khỏi bị xói dưới tác động của dòng chảy, sóng, áp lực nước và áp lực dòng thấm.
8.5.2. Thiết kế cấu tạo chân kè lát mái cần tuân thủ theo các quy định sau đây:
1. Kết cấu và vật liệu xây dựng chân kè cần thoả mãn 4 yêu cầu cơ bản sau:
- Chống được sự kéo trôi của dòng chảy, dòng bùn cát đáy;
- Thích ứng được với sự biến hình của lòng dẫn vùng xây dựng kè;
- Chống chịu được quá trình xâm thực của nước;
- Thuận lợi cho thi công và duy tu bảo dưỡng.
2. Cao trào đỉnh chân kè được chọn cao hơn mực nước kiệt ứng với tần suất 95% với độ gia tăng bằng 0,5m.
3. Vật liệu làm chân kè có thể dùng đá đổ tự do hoặc rồng. Cấu tạo chân kè bằng đá đổ tự do được mô tả trên hình 8.5.2-1. Trong trường hợp đường kính viên đá không đáp ứng được yêu cầu của thiết kế có thể sử dụng rồng đá hoặc rồng đất sét làm chân kè như mô tả trong hình 8.5.2-2.
Hình 8.5.2-1. Chân kè bằng đá đổ Hình 8.5.2-2. Chân kè bằng rồng
4. Đáy chân kè cần kéo dài tới vùng mà mái bờ có hệ số mái dốc m= 3-4 khi vận tốc dòng chảy nhỏ hơn 2m/s và luồng lạch đi xa bờ. Khi dòng chảy thúc thẳng vào tuyến bờ, lạch sâu nằm sát bờ và vực sâu nằm sát bờ trong khu vực xây dựng kè cần kéo dài đáy chân kè tới lạch sâu. Việc thiết kế cấu tạo chân kè trong mọi trường hợp đều phải chú ý
đến an toàn đối với chạy tàu mà đặc biệt là khi tuyến luồng tàu chạy nằm sát đường bờ.
5. Đường kính viên đá và mái dốc chân kè bằng đá hộc đổ tự do có thể xác định bằng thí nghiệm mô hình vật lý hoặc tính toán theo công thức (8.2.8-1) nhưng hệ số K có thể xác định theo công thức (8.5.2).
Trong đó:
m : Hệ số mái dốc chân kè;
mo: Hệ số mái dốc tự nhiên của đá đổ tự do trong nước;
θ : Góc hợp bởi đường mép nước và hình chiếu hướng dòng chảy lên mái dốc. Trong trường hợp dòng chảy thúc thẳng vào tuyến bờ lấy K = 0.6 - 0.9 và trong mọi
trường hợp hệ số mái dốc chân kè cũng không bé hơn 1,5.
8.5.3. Thiết kế phần thân của kè lát mái cần tuân theo các quy định sau:
1. Kết cấu và vật liệu thân kè của kè lát mái phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Chống được sự kéo trôi của dòng chảy và tác động của sóng;
- Chống được sự xói ngầm bờ sông gây bởi dòng thấm;
- Chống được sự phá hoại của các vật trôi gây ra.
2. Vật liệu làm thân kè thường được sử dụng là đá hộc lát khan, đá hộc xây, cấu kiện bê tông hoặc bê tông nhựa. Việc lựa chọn vật liệu làm thân kè tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể về địa chất, chế độ thuỷ lực dòng chảy và yêu cầu về mỹ quan của khu vực bờ cần bảo vệ nhưng phải có đầy đủ luận cứ và phải được xác định trong bước nghiên cứu khả thi.
8.5.4. Kết cấu thân kè lát mái bằng đá hộc lát khan phải tuân thủ theo các quy định cụ thể như sau:
1. Hệ số mái dốc thân kè nên lựa chọn có giá trị m = 2-3 và phải dựa vào điều kiện ổn định của kè.
2. Lớp đá hộc phủ mặt phát xếp đứng và chèn chặt. Kích thước viên đá chống được tác động của dòng chảy xác định theo công thức 8.5.2-1. Trong trường hợp chịu tác động của sóng thì kích thước của viên đá phải đồng thời thoả mãn biểu thức 8.5.4 sau đây:
(8.5.4)
Trong đó:
η : Hệ số ổn định của công trình.
do : Hệ số phụ thuộc vào hệ số mái dốc kè lấy bằng 0.13 - 0.11 tương ứng với m = 2-3;
hs, : Chiều cao, chiều dài sóng tính toán (m);
d : Đường kính viên đá lát yêu cầu (m);
d, : Trọng lượng riêng của đá và nước (t/m3);
3. Dưới lớp phủ mặt bằng đá hộc lát khan là lợp dọc thường bằng dăm, sỏi sạn có chiều dày 0.15-0.25 m hoặc là vải địa vật lý có đủ độ bền chống đứt gãy, chống mài mòn và mức độ thấm nước.
8.5.5. Kết cấu thân kè lát mái bằng đá hộc xây chít mạch cần tuân thủ theo các quy định sau:
1. Kích thước viên đá được xác định như trong điều 8.5.4 trong đó giá trị do có thể giảm bớt 25% và phải bố trí thêm các lỗ thoát nước.
2. Cấu tạo thân kè cũng phải tuân thủ các quy định trong mục 8.5.4 của chương này.
3. Ngoài các yêu cầu trên thân kè đá hộc xây chít mạch còn phải thoả mãn yêu cầu về chống đẩy nổi như điều 8.5.6.
8.5.6. Kết cấu thân kè lát mái bằng các cấu kiện bê tông phải tuân thủ các quy định như sau:
1. Có thể sử dụng các tấm bê tông hoặc bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ để phủ mái bờ sau khi đã thi công xong tầng lọc ngược. Mái bờ phủ cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép cần phải bố trí các khe co giãn và các khe đó cần được nhồi chặt bằng hỗn hợp cát nhựa đường hoặc dây thừng tẩm nhựa đường.
+ Kích thước các tấm bê tông và bê tông cốt thép sơ bộ có thể lựa chọn như sau:
- Kích thước đối với tấm bê tông thường: 0,5 x 0,5 x 0,2m hoặc 1,0 x 1,0 x 0,2m
- Kích thước đối với tấm bê tông cốt thép: 2,0 x 2,0 x 0,1m
+ Đối với công trình chịu tác động mạnh của dòng chảy, sóng các tấm bê tông, bê tông cốt thép còn phải thoả mãn biểu thức sau:
Trong đó:
db : Chiều dầy tấm bê tông hoặc bê tông cốt thép (m);
hs : Chiều cao sóng tính toán (m);
b, : Trọng lượng riêng của bê tông, nước (T/m);
m : Hệ số mái dốc mái bờ sau khi phủ;
B,L : Chiều rộng, dài của tấm bê tông (m);
η: Hệ số ổn định.
+ Với lớp phủ bằng đá hộc xây chít mạch hoặc tấm bê tông cần kiểm tra khả năng chống được đẩy nổi theo biểu thức như sau:
Trong đó:
Pn : áp lực đẩy nổi của nước tác dụng lên cấu kiện phủ mặt (T/m2)
α : Góc nghiêng mái bờ so với mặt phẳng nằm ngang;
η : Hệ số ổn định;
db : Chiều dầy tấm bê tông hoặc bê tông cốt thép (m);
b : Trọng lượng riêng của bê tông (T/m) .
8.5.7. Đỉnh lớp bảo vệ mái có thể làm chiều cao sóng leo cực đại tại mực nước chỉnh trị cộng thêm 1,0m, trong khi đó mép dưới cần nối thẳng với lớp bảo vệ thân kè. Khi dùng các khối đá để bảo vệ mái, cần tìm ra riêng biệt cỡ các viên đá ổn định dưới các tác động của dòng nước, sóng gió và sóng tàu, và cỡ nào lớn nhất sẽ được dùng làm cơ sở cho kích thước của viên đá. Trong trường hợp đỉnh kè nằm trên mặt ngang (đỉnh bờ, bãi) chiều rộng đỉnh có thể áp dụng là 1,0 - 2,0m. Kết cấu đỉnh kè có thể cấu tạo như phần thân kè.
8.5.8. Đối với kè lát mái bằng đá hộc xây, tấm bê tông, tại các bờ có nước ngầm thấm qua, cần bố trí các cống ngầm tiêu nước.
6. Tính toán ổn định
8.6.1. Trọng lượng bản thân, áp lực đất, lực đẩy nổi, áp lực thấm, áp lực thuỷ động, áp lực sóng, lực tác dụng của bè gỗ trôi v.v... cần được xét đến trong các tải trọng dùng tính toán ổn định cho các công trình chỉnh trị. Khi tính toán cần phải tiến hành cho nhiều trường hợp khác nhau.
8.6.2. Tính toán các loại cỡ viên đá và độ sâu xói cho kè chắn đá đổ, đê dọc và kè khoá và kè lát mai bờ bằng đá hộc lát khan:
1. Tính toán các loại cỡ viên đá:
(1) Có thể xác định cỡ viên đá dưới tác động của dòng nước chảy theo kinh nghiệm thực tế của các dự án đã hoàn thành hoặc tính toán theo công thức (8.2.8-1), khi lưu tốc dòng chảy lớn hơn 3m/s có thể ước tính theo công thức sau đây:
Trong đó:
d = 0,0 4 (8.6.2)
d : Cỡ viên đá có thể tích bằng nhau (m);
Vf : Lưu tốc bề mặt tại địa điểm thi công (m/s).
(2) Trong vùng nước mà các tác động sóng mạnh, trọng lượng của các viên đá để ổn định công trình chỉnh trị có thể xác định bằng tính toán như trường hợp tương tự khi thiết kế các công trình bảo vệ bờ biển hoặc đê chắn sóng.
(3) Trên các đoạn sông bị ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố khác nhau của các bè gỗ trôi, các sóng tàu v.v... cần nghiên cứu toàn diện để lựa chọn cỡ viên đá.
2. Hố xói gần đầu kè chắn, gần chân kè bờ và hạ lưu kè khoá có thể tính theo các mục tương ứng giới thiệu trong phần tính toán thuỷ lực.
8.6.3. Tính toán ổn định chống trượt của kè chắn thường áp dụng theo công thức sau:
[K ] ≥ G.f.cosα / (P ± G.sinα) (8.6.3-1)
Trong đó:
[K] : Hệ số ổn định chống trượt cho phép thường bằng 1,5-2,0;
G:Trọng lượng bản thân của đoạn kè tính toán;
f:Hệ số ma sát giữa vật liệu làm kè với đáy sông;
α:Góc hợp bởi mặt dốc đáy sông với mặt ngang;
P: áp lực thuỷ động tính toán tác động lên một đơn vị chiều dài kè có thể xác định theo công thức (8.6.3-2) dưới đây.
Trong đó:
: Hệ số động lực phụ thuộc vào giá trị của ố có thể xác định theo bảng 8.6.5.
:Trọng lượng riêng của nước (T)
hz : Chiều sâu của cột nước trước kè (m)
Vdk : Vận tốc dòng chảy đến kè tính toán có thể tính theo (8.2.8-2)
θ : Góc kẹp giữa trục kè chắn và hướng dòng chảy (độ)
g : Gia tốc trọng trường (m/s2)
Bảng 8.6.5.
Các giá trị của hệ số động lực
θ | ≤ 15 | 15 ~ 25 | 25 ~ 45 | 45 ~ 90 |
1,4 sinố | 0,6 - 0,8 | 1,0 | 1,5 - 2,0 |
8.6.4. Tính toán độ ổn định chống trượt của kè khoá:
1. Mặt trượt nguy hiểm nhất đối với đập ngăn dòng trên đất sét mềm có dạng cung tròn, trên đất cát có dạng AO, trên đất sỏi cuội có dạng AE, như biểu thị trên hình 8.6.4.
Hình 8.6.4. Sơ hoạ mặt cắt ngang để tính toán độ ổn định chống trượt cho kè khoá dòng
2. Khi tính toán, cần phải xét đến thành phần bất lợi của các tải trọng tại những mực nước khác nhau và cần kiểm tra độ ổn định.
3. Có thể tính độ ổn định trượt phẳng của kè khoá dòng trên đất cát theo công thức sau đây:
(1) Các lực tác dụng:
a. Trọng lượng bản thân trên một đơn vị chiều dài của kè khoá dòng G1:
G1 = A1 (s - ) + Aos (8.6.4-1)
Trong đó:
A1 - Diện tích mặt cắt ngang của kè khoá dòng bên dưới đường bão hoà, ABDE (m2);
Ao - Diện tích mặt cắt ngang của kè khoá dòng bên trên đường bão hoà, BCD(m2);
s- Trọng lượng đơn vị của đá (kN/m3);
- Trọng lượng đơn vị của nước (kN/m3).
b. Trọng lượng trên một đơn vị chiều dài của đất nền thuộc khối trượt lăng trụ G2:
G2 = A2 (2 - ) (9.6.4-2)
Trong đó:
A2 - Diện tích mặt cắt ngang của đất nền thuộc khối trượt lăng trụ, AEO (m2);
2 - Trọng lượng đơn vị của đất nền (kN/m3).
c. áp lực thấm Tϕ:
Tϕ = A3 Jϕ(8.6.4-3)
Trong đó:
A3 - Diện tích thấm (m2);
Jϕ - Độ dốc thuỷ lực của dòng thấm, Jϕ = tgβ = BF/DF.
(2) Độ ổn định chống trượt của kè khoá:
Hệ số ổn định chống trượt cho phép K nên lớn hơn 1,2 tính theo công thức sau:
(8.6.4-4)
Trong đó:
ϕ - Góc ma sát trong của đất nền;
α - Góc hợp bởi mặt trượt của đập ngăn dòng và mặt phẳng nằm ngang.
8.6.5. Tính toán ổn định chống trượt của kè lát mái thường tính toán ổn định chống trượt cung tròn theo công thức (8.6.5) như sau:
Trong đó:
gi - Trọng lượng cột đất tính toán thứ i (T);
αi - Góc hợp bởi trục thẳng đứng qua tâm cột đất thứ i với bán kính cong của phân tố tính toán i (độ);
ϕ - Góc nội ma sát (độ);
Ci - Lực dính đơn vị (T/m);
li - Chiều dài đường cong của phân tố cột đát tính toán i (m).
Sơ đồ tác dụng của lực khi tính toán ổn định trượt cung tròn được minh hoạ trên hình
8.6.5. Trong trường hợp có dòng ngầm, phần dưới đường bão hoà nước trong hình vẽ các thành phần lực tính toán phải lấy tương ứng với điều kiện bão hoà nước.
Hình 8.6.5. Sơ đồ tác dụng lực khi tính toán ổn định kè lát mái
IX. Tính toán thuỷ lực
1. Nguyên tắc chung
9.1.1. Tính toán thuỷ lực cho luồng chạy tàu cần bao gồm cả tính toán sự biến đổi của đường mặt nước trước/ sau khi xây dựng công trình chỉnh trị, sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang, tỷ lệ phân lưu lượng của những luồng phân nhánh, trị số hạ thấp của mặt nước do sự tạo lòng của dòng chảy và dự báo tác dụng của việc chỉnh trị v.v... Ngoài ra, có thể tiến hành tính toán sự biến dạng lòng sông do bồi xói, nếu xét thấy cần.
9.1.2. Ngoài các số liệu nêu trong mục II - Các số liệu cơ bản, cần có sẵn bản đồ địa hình được khảo sát trong thời gian gần nhất, các số liệu lưu lượng, mặt cắt dọc mặt nước và cỡ hạt được đo đạc đồng bộ.
9.1.3. Cần thiết lập một trạm đo mực nước tại vực sâu hạ lưu của đoạn sông tính toán. Hơn nữa, cần đo mực nước vào những khoảng thời gian đều đặn hàng ngày. Thời kỳ quan trắc cần bao trùm tất cả mực nước mà tính toán thuỷ lực yêu cầu.
2. Tính toán đường mặt nước dọc sông
9.2.1. Mặt cắt dọc mặt nước của các sông thiên nhiên có thể được tính toán theo phương trình Bec-nu-i sau đây:
Trong đó:
Z2, Z1 - Mực nước tại các mặt cắt ngang thượng/ hạ lưu của đoạn được tính toán tương ứng (m);
V2, V1 - Lưu tốc trung bình tại các mặt cắt ngang thượng/ hạ lưu của đoạn được tính toán tương ứng (m/s);
α2, α1- Hệ số hiệu chỉnh động năng tại các mặt cắt ngang thượng/ hạ lưu của đoạn được tính toán tương ứng;
g - Gia tốc trọng trường (m/s2);
h1 - Tổn thất do ma sát, có thể tính theo công thức sau:
(9.2.1-2)
Trong đó:
Q - Lưu lượng tính toán (m3/s);
∆L - Chiều dài giữa các mặt cắt ngang thượng hạ lưu (m);
K - Mô đun lưu lượng trung bình của đoạn tính toán, và mô đun lưu lượng có thể tính như sau:
(9.2.1-3)
Trong đó:
N - Hệ số nhám;
B - Chiều rộng mặt nước của mặt cắt ngang tính toán (m);
H - Chiều sâu nước trung bình tại mặt cắt ngang tính toán (m);
h1 - Tổn thất cột nước cục bộ (m) được tính như sau:
(9.2.1-4)
Trong đó:
- Hệ số sức kháng cục bộ.
9.2.2. Có thể xác định các tham số để tính toán mặt cắt dọc mặt nước trước khi thi công như sau:
1. Hệ số nhám
(1) Đối với đoạn sông xuôi thuận trơn tru, có thể bỏ qua tổn thất cột nước cục bộ, và có thể tính ngược hệ số nhám bằng các phương trình từ (9.2.1-1) đến (9.2.1-3) dựa trên mặt cắt dọc mặt nước và lưu lượng tương ứng đã đo được. Tiếp tục khử dần các nghiệm từ đầu hạ lưu đến đầu thượng lưu của đoạn sông tính toán cho đến khi đường mặt nước tính toán trùng với đường mặt nước thực đo.
(2) Chọn vị trí của các mặt cắt ngang tính toán cần thoả mãn với nguyên tắc là mặt cắt của đoạn sông giữa các mặt cắt ngang thượng hạ lưu này ít khác nhau và các diện tích của cả hai mặt cắt ngang tương ứng gần như nhau. Đối với các sông bồi tích, có thể lấy một hoặc hai lần chiều rộng sông làm khoảng cách giữa hai mặt cắt ngang tính toán, và đối với các sông miền núi khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán kế tiếp nên lấy nhỏ hơn chiều rộng sông. Trên đoạn sông có thay đổi nhiều theo phương ngang cần tăng thêm số lượng mặt cắt tính toán.
(3) Nếu có các dạng dòng chảy như bậc nước, dòng chảy xoáy mạnh, co hẹp hoặc mở rộng đột ngột trên đoạn sông tính toán, có thể dùng độ nhám của đoạn sông kế cận có cấu tạo địa chất lòng sông tương tự thay vào đó.
(4) Khi không có sẵn các số liệu thực đo trên hiện trường có thể tham khảo hệ số nhám n thích hợp trong các bảng tra sẵn (Sổ tay thuỷ lực).
2. Hệ số sức kháng cục bộ: Hệ số sức kháng cục bộ có thể tính ngược lại từ các phương trình (9.2.1-1) đến (9.2.1-4). Có thể xác định hệ số nhám của đoạn sông có bậc nước và đá ngầm theo các phương pháp đã mô tả ở trong mục trước đây.
3. Hệ số hiệu chỉnh động năng: Đối với sông đồng bằng có thể lấy trị số 1,0-1,1 và đối với sông miền núi, có thể lấy trị số lớn hơn.
9.2.3. Có thể xác định các thông số để tính toán mặt cắt dọc mặt nước do sự tạo lòng dòng chảy bởi nạo vét hay nổ mìn sau khi thi công như sau:
1. Hệ số nhám: Đối với lòng sông cát, đá tảng, có thể lấy hệ số nhám trước khi thi công để sử dụng. Đối với lòng sông đá, có thể xác định nó theo các điều kiện cụ thể.
2. Có thể xác định các hệ số hiệu chỉnh động năng theo mục 9.2.2.
3. Có thể xác định gần đúng hệ số sức kháng cục bộ do sự tạo lòng dòng chảy bởi nạo vét hay nổ mìn theo công thức sau:
(9.2.3)
Trong đó:
A2, A1 - Các diện tích nước mặt cắt ngang thượng và hạ lưu (m2) tương ứng, có thể lấy mặt cắt chuyển nước cực tiểu thượng lưu làm A2.
Trị số , dựa trên các số liệu trước khi thi công nạo vét kênh hay nổ mìn, và diện tích mặt cắt ngang trước khi thi công, có thể xác định trị số K theo phương trình (9.2.3), sau đó tìm được một giá trị mới của ợ theo cùng một giá trị K và diện tích mặt cắt ngang sau khi thi công.
9.2.4. Tính toán mặt cắt dọc mặt nước khi có công trình chỉnh trị trong điều kiện không ngập.
(1) Đối với lòng sông bị co hẹp bởi một cụm các kè chắn, có thể tính toán mặt cắt dọc mặt nước như đã mô tả trong mục 9.2.1, trong đó diện tích mặt cắt ngang bị ngăn bởi phạm vi của kè chắn có thể suy ra từ mặt cắt chuyển nước toàn phần, có thể sử dụng hệ số nhám trước khi thi công để tính toán và hệ số sức kháng cục bộ ợ có thể tính được bằng phương trình (9.2.3).
(2) Đối với lòng sông bị co hẹp bởi một kè chắn đơn lẻ, mực nước ở phía hạ lưu của kè chắn Z1 có thể tính được từ mặt cắt ngang kiểm tra ở hạ lưu đến cuối vùng nước vật của kè chắn theo phương pháp tính toán mặt cắt dọc mặt nước trên các sông thiên nhiên. Cộng thêm chiều cao nước vật ∆Z của kè chắn sẽ tính được mực nước về phía thượng lưu của kè chắn Z2. Vị trí của Z2 cách kè chắn 3Ho, còn Ho là chiều sâu nước tại đó bố trí đầu kè chắn hàn dự kiến. Phương pháp tính toán mặt cắt dọc mặt nước lại được dùng một lần nữa để tính toán, từ vị trí Z2 được ấn định hướng lên phía thượng lưu tới vị trí yêu cầu.
Trong thời kỳ đầu thi công kè mỏ hàn, lòng sông còn chưa được chỉnh trị, nên chiều cao nước vật ∆Z do một kè chắn đơn lẻ có thể tính được theo công thức sau đây:
Trong đó:
∆Z - Chiều cao nước vật do đê mỏ hàn (m);
Q - Lưu lượng tính toán (m3/s)
B2 - Chiều rộng mặt nước thích hợp với lưu lượng tính toán Q tại vị trí đê được hoàn thành (m);
H - Chiều sâu nước trung bình trong phạm vi của B2 (m);
- Hệ số co hẹp ngang, được xác định bằng thực nghiệm hay lấy các số liệu đo đạc trong các điều kiện tương tự hoặc lấy = 0,80;
ϕ - Hệ số lưu tốc, được xác định bằng thực nghiệm hay lấy theo các số liệu đo đạc trong các điều kiện tương tự, hoặc lấy ϕ = 0,85;
g - Gia tốc trọng trường (m/s2);
Vo - Lưu tốc đến (m/s).
3. Để xác định chiều cao nước vật ∆Z do đê dọc, có thể sử dụng cùng công thức đã nêu trên, song cần lấy chiều dài đê theo độ dài của nó nhô ra vuông góc với hướng dòng nước chảy.
9.2.5. Có thể xác định độ hạ thấp mặt nước do tạo lòng dòng chảy bởi nạo vét hay nổ mìn như sau:
1. Đối với đoạn sông khá rộng và thẳng, nếu độ hạ thấp mực nước không lớn, có thể lấy hệ số nhám trước khi tạo lòng dòng chảy để tính toán, và trị số hạ thấp mực nước có thể tính theo công thức đơn giản hoá sau đây:
Trong đó:
Ho - Chiều sâu nước trung bình của đoạn sông tính toán trước tạo lòng dòng chảy (m);
∆Zo - Chênh lệch mực nước của đoạn sông tính toán trước khi tạo lòng dòng chảy (m);
∆Z1 - Trị số hạ thấp mực nước của mặt cắt ngang thượng lưu sau khi tạo lòng dòng chảy (m);
∆Ho - Độ tăng chiều sâu trung bình đối với đoạn sông tính toán sau khi tạo lòng dòng chảy (m) có thể tính bằng công thức sau:
Trong đó:
bn - Chiều rộng tạo lòng dòng chảy (m);
Bo - Chiều rộng sông lúc ban đầu (m);
∆hn - Chiều sâu trung bình tạo lòng dòng chảy trên đáy sông (m).
Trị số hạ thấp mực nước của đoạn sông thượng lưu có thể tính được như sau:
Trong đó:
∆ Z'o⎦
∆Z'o - Chênh lệch mực nước lúc ban đầu của đoạn tính toán thượng lưu, trước khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m);
H'o - Độ sâu nước trung bình của đoạn tính toán thượng lưu, trước khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m);
∆Z2 - Trị số hạ thấp mực nước tại mặt cắt ngang thượng lưu của đoạn tính toán thượng lưu, sau khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m).
Hình 9.2.5. Sơ hoạ độ hạ thấp mực nước do tạo lòng dòng chảy bởi nạo vét/nổ mìn.
Nếu đoạn tạo lòng dòng chảy khá dài và hệ số nhám được coi là gần như không đổi thì trị số hạ thấp mực nước cũng có thể tính bằng phương trình (9.5.2-1) và (9.5.2-3) từ mặt cắt này qua mặt cắt khác rồi tính được tổng số.
2. Đối với việc tạo lòng mới cho dòng chảy bằng thi công cơ bản nạo vét và nổ mìn, nếu
hệ số nhám thay đổi rõ rệt, có thể tính hệ số nhám toàn diện như sau:
Trong đó:
np - Hệ số nhám của lòng sông lúc ban đầu;
Xp - Chu vi ướt của lòng sông lúc ban đầu (m);
nn - Hệ số nhám trong phạm vi tạo lòng dòng chảy;
Xn - Chu vi ướt của lòng dòng chảy được tạo (m).
Sau khi có được hệ số nhám, mặt cắt cọc mặt nước có thể tính theo 9.2.1.
3. Đối với các bãi cạn kế cận trên một đoạn sông dài, trị số hạ thấp mực nước do tạo lòng dòng chảy bởi nạo vét/ nổ mìn có thể tính dần từng bước từ đoạn hạ lưu đến đoạn thượng lưu bằng cách dùng các phương pháp đã mô tả trong mục 9.2.1.
3. Tính toán thuỷ lực cho đoạn sông chia hai nhánh
9.3.1. Nội dung cơ bản của việc tính toán thuỷ lực cho đoạn sông chia hai nhánh bao gồm việc xác định mặt cắt dọc mặt nước và lưu lượng dẫn dòng tương ứng cho mỗi nhánh của nó. Có thể tiếp tục thử nghiệm dần bằng cách dùng phương trình (9.2.1-1) và theo các nguyên tắc là lưu lượng tổng thì bằng tổng các lưu lượng dẫn dòng và mực nước tại điểm dẫn dòng/ hợp lưu của các luồng nhánh thì cũng như nhau.
9.3.2. Tính toán thuỷ lực sau khi ngăn một nhánh.
Đối với nhánh không chạy tàu nếu chặn dòng bằng một kè khoá cần tính toán chiều cao nước vật và sự biến đổi mặt cắt dọc mặt nước.
1. Khi nước tràn qua đập ngăn dòng, chiều cao nước vật có thể tính theo công thức sau đây:
Trong đó:
∆Z - Chiều cao nước vật của đập ngăn dòng (m);
Ho - Cột nước trên đỉnh đập ngăn dòng phía thượng lưu (m);
Vo - Lưu tốc đến (m/s);
hn - Chênh lệch giữa cao trình đỉnh đập và mực nước bình thường phía hạ lưu
của đập ngăn dòng trong điều kiện lưu lượng tính toán (m). Nếu mực nước bình thường thấp hơn cao trình của đỉnh đập, trị số hn sẽ âm.
Dựa trên việc xét đoán dạng dòng chảy bằng cách dùng phương trình (9.3.2-4), cột nước trên đỉnh đập ngăn dòng phía thượng lưu (Ho) có thể tính được riêng rẽ.
Đối với dòng chảy tự do,
(9.3.2-2)
Đối với dòng chảy ra ngập,
(9.3.2-2)
trong cả hai công thức:
, trong đó H là chiều sâu nước trên đỉnh phía thượng lưu đập ngăn dòng (m); Q2 = Q - Qϕ, trong đó Q là tổng lưu lượng của luồng tính toán chia hai nhánh (m3/s), và Qϕ là lưu lượng thấm của đập ngăn dòng (m3/s). Độ chênh lệch các mực nước giữa thượng/ hạ lưu của đập chìm ngăn dòng và lưu lượng thấm nhỏ, trị số Q có thể bỏ qua;
Bo- Chiều rộng trung bình của dòng chảy tràn qua đập ngăn dòng để chuyển nước (m);
- Hệ số co hẹp ngang, trị số của nó có thể xác định theo phương pháp cho đập tràn đỉnh rộng dựa trên chiều rộng, hình dạng và chiều sâu của đỉnh đập, hay lấy trị số thực đo của một đập ngăn dòng tương tự hiện có.
m - Hệ số lưu lượng liên quan tới ∆Z/Ho, có thể xác định nó bằng phương pháp thử dần nghiệm theo phương trình (9.3.2-2) hay phương trình (9.3.2-3) và hình 9.3.2.
- Hệ số chảy ngập liên quan tới hn/ho.
Có thể phân biệt các dạng dòng chảy tràn theo phương trình sau đây:
(9.3.2-4)
Trong đó:
hk - Chiều sâu nước tới hạn (m);
q - Lưu lượng trên chiều rộng đơn vị (m3/s.m);
g - Gia tốc trọng trường (m/s2);
α - Hệ số hiệu chỉnh động năng, lấy trị số bằng 1,0-1,1.
Khi hn > 1,3 hk, đó là dòng chảy ra ngập; và khi hn < 1.3 hk, đó là dòng chảy ra tự do.
Dựa vào cột nước trên đỉnh phía thượng lưu đập ngăn dòng được tính theo phương trình (9.3.2-2) hay phương trình (9.3.2-3), chiều cao nước vật ở thượng lưu của đập ngăn dòng theo các lưu lượng khác nhau được xác định theo phương trình (9.3.2-1).
Hình 9.3.2. Tương quan giữa m - ∆Z/Ho.
2. Nếu đỉnh của đập ngăn dòng cao hơn mặt nước, và đập có kết cấu là khối đổ đá hộc, có thể tính lưu lượng của nó theo công thức sau đây:
(9.3.2-5)
Trong đó:
Qϕ - Lưu lượng thấm của đập ngăn dòng (m3/s);
∆Z - Biên độ mực nước thượng hạ lưu đập ngăn nước (m);
bd - Chiều rộng đáy của mặt cắt ngang thân đập (m);
bn - Chiều rộng mặt cắt ngang nơi có cùng cao trình như mực nước hạ lưu đập (m);
L - Chiều dài có ích của thân đập (m);
m1 - Hệ số mái thượng lưu đập;
m2 - Hệ số mái hạ lưu đập;
Kϕ - Hệ số thấm, có thể tính theo công thức sau đây:
Trong đó:
Kϕ = CoPd1/2 (9.3.2-6)
d - Cỡ viên đá có thể tích bằng nhau (m), d = (6w/p)1/3, trong đó w là thể tích của tảng đá (m3);
Co - Hệ số lưu tốc thấm cho dòng chảy rối, trị số của nó liên quan tới cỡ viên đá, khi 5cm < d < 50cm, Co = 20 - a/d, trong đó, đối với viên đá tròn, a =14, còn đối với đá dăm a = 5;
P - Tỉ lệ phần trăm độ rỗng của thân đập, trị số của P được xác định theo các số liệu thực đo, và trong trường hợp không có số liệu, có thể lấy giá trị gần đúng bằng 0,35 đến 0,5.
9.3.3. Đối với các công trình nắn thẳng lòng sông nhằm cải thiện điều kiện giao thông tàu bè, cần tính toán hệ số dẫn dòng của cả hai luồng nhánh trong những khoảng thời gian khác nhau, mặt cắt dọc mặt nước và trị số hạ thấp mực nước thượng lưu sau khi phân luồng mới, và cần dự đoán xu hướng phát triển của luồng mới. Nếu mở kênh trên những lòng đá, ngoài việc tính toán đã nêu trên, cần tính độ dốc mặt nước, lưu tốc và yếu tố mặt cắt ngang trong phạm vi luồng. Đồng thời, cũng cần xét đến tổn thất cột nước cục bộ.
4. Tính toán sự phân bố lưu tốc do chỉnh trị
9.4.1. Để kiểm tra hiệu quả của thiết kế chỉnh trị, cần tính toán mặt bằng phân bố lưu tốc trung bình của đường thuỷ trực và sự phân bố lưu tốc gần kè chắn, ngoài ra kết hợp với các số liệu bùn cát trên luồng, cần dự đoán chế độ bồi xói và hiệu quả chỉnh trị luồng.
9.4.2. Có thể dùng phương pháp vẽ mặt bằng dòng chảy cân bằng lưu lượng để nghiên cứu mặt bằng phân bố lưu tốc hoặc sử dụng mô hình toàn dòng chảy 2 chiều.
Đối với đoạn sông khá xuôi thuận và thẳng, có thể lập được mặt bằng phân bố lưu tốc bằng cách sử dụng phương trình chuyển động cho dòng chảy đều và phương trình liên tục như sau:
Trong đó:
Vi - Lưu tốc trung bình của bó dòng chảy thứ i (m/s);
qi - Lưu lượng đơn vị của bó dòng chảy thứ i (m3/s); Q - Tổng lưu lượng (m3/s);
Hi - Chiều sâu nước của bó dòng chảy thứ i (m);
Ji - Độ dốc của bó dòng chảy thứ i;
ni - Hệ số nhám của bó dòng chảy thứ i;
m - Hệ các bó dòng chảy.
9.4.3. Có thể tính toán sự biến đổi lưu tốc do việc tạo lòng dòng chảy cơ bản bằng cách dùng phương pháp đã miêu tả trong mục 9.4.2. Để phân tích độ ổn định của luồng, tiến hành so sánh sự biến đổi của lưu tốc và hướng dòng chảy trước và sau khi mở luồng.
9.4.4. Đối với đoạn sông khá xuôi thuận và thẳng, khoảng cách từ mặt cắt ngang co hẹp do kè chắn không bị ngập đến kè chắn ấy, thể hiện trên hình 9.4.4, có thể xác định theo công thức sau đây:
Ld = B2 (9.4.4-1)
Trong đó:
B2- Chiều rộng mặt nước tại mặt cắt ngang nơi "kè chắn được bố trí" (m);
- Hệ số liên quan tới tỉ lệ co hẹp diện tích ∆A của lòng sông ứng với mực nước tính toán. Trị số của ứ có thể lấy trong bảng 9.4.4.
Trị số ∆A có thể tính được từ phương trình sau đây:
Trong đó:
(9.4.4-2)
A - Diện tích mặt cắt chuyển nước tại mực nước tính toán ở nơi bố trí kè mỏ hàn (m2);A' - Diện tích mặt cắt chuyển nước bị chiếm bởi kè chắn (m2).Bảng 9.4.4
Quan hệ giữa ∆A và
∆A | 0,50 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 0,90 |
0,50 | 0,46 | 0,42 | 0,38 | 0,34 |
Hình 9.4.4. Sơ hoạ mặt bằng dòng chảy bị co hẹp do kè chắn
9.4.5. Có thể tính toán sự phân bố lưu tốc trong phạm vi ảnh hưởng của một kè chắn không ngập như sau:
1. Có thể xác định sự phân bố lưu tốc trong phạm vi co hẹp do kè chắn bằng cách vẽ sơ đồ cân bằng lưu lượng, trong đó diện tích mặt cắt chuyển nước bị chiếm và phạm vi dòng về bị gây ra bởi kè chắn cần khấu trừ đi.
2. Có thể xác định sự phân bố lưu tốc của mặt cắt tại vị trí kè chắn theo phương pháp xếp chồng tam giác.
3. Có thể tính được sự phân bố lưu tốc của mặt cắt ngang co hẹp bằng cách chia mặt cắt này thành nhiều bó dòng chảy, số lượng bằng số dải của mặt cắt tại vị trí kè chắn. Giả thiết một tỉ số diện tích ồ của hai bó dòng chảy tương ứng,
(9.4.5-1)
và dựa vào phương trình liên tục (9.4.5-2) và phương trình Bec-nu-i (9.4.5-3), có thể tính được lưu tốc Vc của mỗi bó dòng chảy và từ đó tính ra lưu lượng của mặt cắt ngang co hẹp. Nếu trị số lưu lượng này không bằng trị số đã cho, cần giả thiết lại trị số ồ cho đến khi việc tính toán được mỹ mãn.
b2h2V2 = bchcVc (9.4.5-2)
(9.4.5-3)
Trong đó:
b2, h2, V2 - Chiều rộng (m), chiều sâu nước (m) và lưu tốc (m/s) của bó dòng chảy tại mặt cắt ngang vị trí kè chắn tương ứng;
bc, hc, Vc - Chiều rộng (m), chiều sâu nước (m) và lưu tốc (m/s) của bó dòng chảy tại mặt cắt bị co hẹp.
5. Tính toán xói cục bộ gần công trình chỉnh trị
9.5.1. Có thể tính toán xói cục bộ tại đầu kè chắn theo công thức sau:
Trong đó:
hp - Chiều sâu nước cực đại của hố xói dưới mặt nước tính toán (m);
h - Chiều sâu nước tại đầu kè dự kiến trước khi bị xói dưới mặt nước tính toán (m);
L - Chiều dài hình chiếu của kè chắn lên mặt cắt thoát nước (m);
Km- Hệ số liên quan tới mái dốc của đầu kè chắn được lấy theo Bảng 9.5.1-1;
Kα - Hệ số liên quan tới góc hợp bởi trục kè chắn và hướng dòng chảy. Nếu α > 90o, ta có kè chắn hướng ngược về thượng lưu. Trong trường hợp này, có thể tính Kα theo công thức sau đây:
(9.5.1-2)
- Tốc độ lắng chìm hạt của phù sa, trị số của nó có thể xác định theo bảng 9.5.1.
V - Vận tốc của dòng chảy dọc theo đường thủy trực đến gần kè chắn có thể xác định theo công thức 9.2.8-2 (m/s);
Vc - Vận tốc gây xói bùn cát (m/s), đối với đất không dính trị số của nó có thể tính bằng phương trình sau đây:
Vc = 3,6(hd)1/4 (9.5.1-3)
d - Đường kính hạt bùn cát (m);
Bảng 9.5.1
Quan hệ giữa m và Km
m | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 |
Km | 0,71 | 0,55 | 0,44 | 0,37 | 0,32 | 0,28 |
9.5.2. Đối với kè chắn dạng kè cọc chảy xuyên, chiều sâu hố xói cục bộ đầu kè có thể tính theo công thức 9.5.2 như sau:
∆h = K.P1,5 . V2 / 2g (9.5.2)
Trong đó:
∆h - Chiều sâu hố xói (m);
K - Hệ số thực nghiệm có thể chọn K = 50;
p - Hệ số kín nước của màn cọc;
V - Vận tốc bó dòng chảy qua đầu kè (m/s);
g - Gia tốc trọng trường (m/s2).
9.5.3. Đối vời kè khoá ngầm với dòng chảy tràn, sự xói lở lòng sông hạ lưu kè có thể tính được theo công thức sau đây:
Trong đó:
(9.5.3)
hp - Chiều sâu nước cực đại của hố xói dưới mặt nước tính toán (m);
q - Lưu lượng trên chiều rộng đơn vị (m3/s.m);
d - Đường kính hạt trung bình của vật liệu lòng sông (m);
h - Chiều sâu nước dưới mặt nước tính toán trước lúc xói (m).
Bảng 9.5.3
Quan hệ giữa d và ω
d(mm) | ω(cm/s) | d(mm) | ω(cm/s) | d(mm) | ω(cm/s) | d(mm) | ω(cm/s) |
0,02 | 0,02 | 0,30 | 2,8 | 3,0 | 23 | 30 | 69 |
0,03 | 0,046 | 0,40 | 3,9 | 4,0 | 27 | 40 | 77 |
0,04 | 0,082 | 0,50 | 5,1 | 5,0 | 30 | 50 | 84 |
0,05 | 0,12 | 0,60 | 6,2 | 6,0 | 33 | 60 | 90 |
0,06 | 0,18 | 0,70 | 7,3 | 7,0 | 36 | 70 | 95 |
0,07 | 0,25 | 0,80 | 8,4 | 8,0 | 38 | 80 | 100 |
0,08 | 0,33 | 0,90 | 9,6 | 9,0 | 40 | 90 | 105 |
0,09 | 0,41 | 1,0 | 10,7 | 10,0 | 43 | 100 | 110 |
0,10 | 0,51 | 1,5 | 16 | 15 | 51 | 150 | 135 |
0,20 | 1,7 | 2,0 | 19 | 20 | 59 | 200 | 153 |
9.5.4. Đối với kè lát mái, chiều sâu hố xói cục bộ gần chân kè có thể tính theo công thức 9.5.4 sau:
Trong đó:
(9.5.4)
V - Lưu tốc tại chân kè lát mái (m/s);
m - Hệ số mái dốc bờ;
d - Đường kính trung bình hạt đất đáy tại chân kè mái bờ, trong trường hợp d ≤ 1mm thì có thể bỏ quan thành phần 30.d;
α - Góc hợp bởi hướng dòng chảy với tuyến bờ (độ).
CÁC KÝ HIỆU CÔNG THỨC CỦA QUY PHẠM
A Diện tích mặt cắt ướt dưới mực nước tính toán tại vị trí kè mỏ hàn (m2) Ao Diện tích mặt cắt ngang của đập khoá bên trên đường bão hoà (m2)
A1 Diện tích mặt cắt ngang của đập khoá bên dưới đường bão hoà; diện tích mặt cắt ngang ướt hạ lưu (m2)
A2 Diện tích mặt cắt ngang của đất nền khối trượt lăng trụ; diện tích nước mặt cắt ngang thượng lưu (m2)
A3 Diện tích thấm (m2)
∆A Tỉ lệ co hẹp diện tích ứng với mực nước tính toán.
A' Diện tích mặt cắt ngang ướt bị kè mỏ hàn chiếm (m2)
B Chiều rộng luồng; chiều rộng mặt nước của mặt cắt ngang tính toán; chiều rộng tính toán tại bãi cạn (m)
Bo Chiều rộng lòng sông lúc ban đầu; chiều rộng sông ổn định ở thượng lưu; chiều rộng tràn qua đập khoá (m)
B1 Chiều rộng mặt nước tại mực nước chỉnh trị trước khi chỉnh trị (m)
B2 Chiều rộng tuyến chỉnh trị; chiều rộng của mặt nước tại mặt cắt ngang nơi bố trí kè mỏ hàn (m)
∆B Độ tăng chiều rộng của đoạn luồng cong (m); tỉ lệ mở rộng b1 Chiều rộng của đội sà lan đẩy chạy ngược dòng (m)
b2 Chiều rộng của đội sà lan đẩy chạy xuôi dòng; chiều rộng của bó dòng chảy tại mặt cắt ngang nơi bố trí kè mỏ hàn (m)
bc Chiều rộng bó dòng chảy tương ứng của mặt cắt ngang co hẹp (m)
bd Chiều rộng đáy mặt cắt ngang thân đập (m)
bn Chiều rộng luồng; chiều rộng mặt cắt ngang thân đập ngang cao trình mực nước hạ lưu đập (m)
bi Chiều rộng của bó dòng chảy thứ i (m)
∆b Khoảng cách ngang giữa các đường biên của mạn tàu (m) Co Hệ số lưu tốc thấm cho dòng chảy rối
D Khoảng cách giữa đường biên của mạn tàu và luồng; khoảng cách giữa hai đê; chiều dài so le chữ chi (m)
D Cỡ viên đá có thể tích bằng nhau; cỡ hạt (m) G Trọng lượng của đá hộc (kg)249
G1 Trọng lượng bản thân trên một chiều dài đơn vị của đập khoá (kN/m3)
G2 Trọng lượng trên một chiều dài đơn vị của khối trượt đất nền (kN/m3)
g Gia tốc trọng trường (m/s2)
H Chiều sâu nước; chiều sâu nước trung bình; chiều sâu nước tiêu chuẩn của luồng; chiều sâu nước trung bình của mặt cắt ngang; chiều sâu nước trên đỉnh phía thượng lưu đập khoá (m)
Ho Chiều sâu nước trung bình của đoạn sông tính toán trước khi chỉnh trị; cột nước trên đỉnh thượng lưu của đập ngăn dòng (m)
H1 Chiều sâu nước trung bình của mặt cắt ngang tại mực nước chỉnh trị trước khi chỉnh trị (m)
H2 Chiều sâu nước trung bình của mặt cắt ngang theo yêu cầu thiết kế tại mực nước chỉnh trị (m)
H' Chiều sâu nước trung bình của luồng chạy tàu tại mực nước chỉnh trị (m)
H'o Chiều sâu nước trung bình của đoạn tính toán thượng lưu, trước khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m)
Hi Chiều sâu nước trung bình của bó dòng chảy thứ i (m)
∆H Chiều sâu nước dự phòng dưới sống tàu của luồng chạy tàu (m)
∆Ho Độ tăng chiều sâu nước trung bình cho đoạn tính toán sau khi được chỉnh trị (m)
H Chiều sâu nước tại đầu đê dự kiến, dưới mặt nước tính toán trước khi bị xói (m)
hc Chiều sâu nước ứng với bó dòng chảy tại mặt cắt ngang co hẹp (m)
hf Tổn thất do ma sát (m)
hjTổn thất cột nước cục bộ (m)
hk Chiều sâu nước tới hạn (m)
hn Chênh lệch giữa cao trình của đỉnh đập và mực nước bình thường hạ lưu đập khoá trong điều kiện lưu lượng tính toán (m)
hp Chiều sâu nước cực đại của hố xói dưới mặt nước tính toán (m)
∆hp Độ sâu cực đại của hố xói tính từ bề mặt lòng sông lúc ban đầu (m)
∆hn Độ sâu luồng trung bình (m)
ho Cột nước trên đỉnh đập khóa phía thượng lưu (m)
h2 Chiều sâu nước của bó dòng chảy tại mặt cắt ngang vị trí đê mỏ hàn (m)
J Độ dốc mặt nước
Ji Độ dốc của bó dòng chảy thứ i
Jϕ Độ dốc thuỷ lực dòng thấm
K Mô đun lưu lượng, hệ số giảm tốc độ tàu
Mô đun lưu lượng trung bình
Kn Hệ số liên quan tới hệ số mái dốc n của đầu kè mỏ hàn
Kα Hệ số liên quan tới góc hợp bởi trục kè mỏ hàn và hướng dòng chảy
Kϕ Hệ số thấm
K Hệ số ổn định chống trượt
L Chiều dài đội sà lan đẩy hoặc chiều dài của sà lan dài nhất của đội tàu tàu kéo; chiều dài mở rộng của lớp bảo vệ đáy; chiều dài có ích của thân đập; chiều dài của kè mỏ hàn nhô vào mặt cắt chuyển nước (m)
L1 Chiều dài của đội sà lan đẩy ngược dòng (m) L2 Chiều dài của đội sà lan đẩy xuôi dòng (m)
Ln Khoảng cách dọc ứng với chiều rộng luồng B do tàu vượt sang (m)
Lb Khoảng cách an toàn giữa đuôi tàu và mỏm lồi hạ lưu (m)
Lc Chuyển dịch ngang của đá hộc (m); khoảng cách giữa mặt cắt ngang co hẹp và đê mỏ hàn
∆L Chiều dài giữa các mặt cắt thượng hạ lưu (m)
m Hệ số ổn định mái đối với lớp bảo vệ đáy; hệ số lưu lượng liên quan tới ∆Z/Ho; số lượng bó dòng chảy.
m1 Hệ số mái dốc thượng lưu của đập khoá dòng m2 Hệ số mái dốc hạ lưu của đập khoá dòng
n Hệ số nhám
ni Hệ số nhám của bó dòng chảy thứ i nn Hệ số nhám trong phạm vi luồng
np Hệ số nhám của lòng sông lúc chưa chỉnh trị
p Độ rỗng của thân đập
Q Tổng lưu lượng, lưu lượng chỉnh trị; lưu lượng tính toán (m3/s)
Q Lưu lượng trên chiều rộng đơn vị (m3/s.m)
qi Lưu lượng đơn vị của bó dòng chảy thứ i (m3/s)
R Bán kính thủy lực trung bình của các mặt cắt ngang thượng hạ lưu (m) To Lực đẩy ứng với tốc độ tàu trong nước tĩnh (N/)
Tϕ áp lực thấm (N/m)
t Mớn nước tiêu chuẩn của tàu (m)
V Lưu tốc trung bình thuỷ trực; lưu tốc trung bình của mặt cắt ngang (m/s) Vo Lưu tốc dòng chảy đến (m/s)
V1 Lưu tốc trung bình của mặt cắt ngang hạ lưu (m/s)
V2 Lưu tốc trung bình của mặt cắt ngang thượng lưu (m/s)
Vc Lưu tốc xói của bùn; lưu tốc ứng với bó dòng chảy tại mặt cắt ngang co hẹp (m/s)
Vmax Lưu tốc lớn nhất trên mặt ở mặt cắt ngang tại đầu thác ghềnh (m/s)
Vf Lưu tốc trung bình trên mặt; lưu tốc trên mặt (m/s)
Vi Lưu tốc trung bình của bó dòng chảy thứ i (m/s)
U Tốc độ tàu trong nước tĩnh (m/x)
W Lượng dãn nước toàn phần của tàu hay đội tàu (N)
x Khoảng cách giữa hai mặt cắt ngang Bo và B2 theo dọc trục sông (m)
Xp Chu vi ướt của lòng sông lúc ban đầu (m)
Xn Chu vi vướt của luồng (m)
y Chỉ số
Z1 Mực nước của mặt cắt ngang hạ lưu (m)
Z2 Mực nước của mặt cắt ngang thượng lưu (m)
∆Z Chiều cao nước vật của kè mỏ hàn/ đập khoá; chênh lệch mực nước giữa thượng hạ lưu và đập khoá (m)
∆Zo Chênh lệch mực nước lúc ban đầu của đoạn tính toán thượng lưu sau khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m)
∆Z'o Chênh lệch mực nước của đoạn tính toán trước lúc nạo vét (m)
∆Z1 Trị số hạ thấp mực nước của mặt cắt ngang hạ lưu tại bãi cạn sau khi nạo vét (m)
∆Z2 Trị số hạ thấp mực nước của mặt cắt ngang đoạn tính toán thượng lưu sau khi nạo vét bãi cạn hạ lưu (m)
α Hệ số; góc hợp bởi mặt trượt của đập khoá và mặt phẳng nằm ngang;hệ số hiệu chỉnh động năng.
α1 Hệ số hiệu chỉnh động năng của mặt cắt ngang hạ lưu
α2 Hệ số hiệu chỉnh động năng của mặt cắt ngang thượng lưu
Trọng lượng đơn vị của nước (kN/m3)
2 Trọng lượng đơn vị đất (kN/m3)
s Trọng lượng đơn vị của đá (kN/m3)
Hệ số co hẹp ngang
Η Hệ số hiệu chỉnh chiều sâu nước
θ Góc giạt của tàu hay đội sà lan đang chạy (o)
Hệ số sức cản cục bộ
Hệ số chảy ngập liên quan đến hn/ho
ϕ Góc ma sát trong của đất nền (o); hệ số tốc độ
Hệ số liên quan đến tỷ lệ co hẹp diện tích ∆A của lòng sông ứng với mực nước tính toán.
Tốc độ hạt lắng chìm của bùn (m)
GIẢI THÍCH MỘT SỐ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG TIÊU CHUẨN
- Kè chắn (kè mỏ hàn):
Kè chắn là loại hình công trình bố trí theo phương ngang dòng chảy có gốc nối tiếp với bờ sông, đầu vươn ra phía lòng sông. Trục kè chắn thường tạo với hướng dòng chảy một góc khoảng 45o - 135o. Kè chắn được dùng để thu hẹp mặt cắt ướt của đoạn sông, điều chỉnh trường động lực dòng chảy và đẩy trục động lực dòng chảy ra phía xa bờ, xói sâu lòng sông phía ngoài kè, gây bồi lắng bùn cát giữa các kè chắn, hình thành đường bờ mới.
- Kè hướng dòng:
Kè hướng dòng là loại hình công trình có trục dọc tạo với hướng dòng chảy một góc 0o-45o hoặc 135o - 180o và trên mặt bằng có thể có dạng thẳng hoặc cong. Mục đích xây dựng kè hướng dòng là thu hẹp dòng chảy, dẫn dòng chảy nối tiếp êm thuận từ thượng lưu xuống hạ lưu hoặc ngược lại.
- Kè khoá (đập khoá):
Kè khoá là loại hình công trình chắn ngang toàn bộ chiều rộng lòng lạch phụ (nhánh không chạy tàu) trên đoạn sông phân nhánh hoặc nhánh sông cũ trong trường hợp cắt cong. Mục đích xây dựng kè khoá là để ngăn một phần lưu lượng dòng chảy trong trường hợp kè khoá ngập hoặc toàn bộ lưu lượng dòng chảy trong trường hợp kè khoá không ngập để tăng cường lưu lượng dòng chảy cho nhánh chính hoặc kênh dẫn (nhánh chạy tàu).
- Kè dọc (đê dọc):
Đê dọc là loại công trình bố trí xuôi hoặc lệch với hướng dòng chảy một góc nhỏ nhằm hạn chế chiều rộng của mặt cắt ướt và triệt tiêu bớt dòng chảy ngang tại đoạn sông bố trí kè.
- Đê bao:
Đê bao là loại công trình bố trí bao bọc các bãi bồi, bãi bên, bãi giữa để tôn cao và ổn định bãi.
- Kè gia cố bờ
Kè gia cố bờ là công trình có nhiệm vụ bảo vệ bờ sông khỏi bị dòng chảy, sóng phá hoại. Kè gia cố có thể chia làm hai loại chủ yếu là kè lát mái và kè chắn nhỏ/ ngắn.
Kè lát mái là loại hình công trình dùng vật liệu, cấu kiện phủ trực tiếp lên mái bờ sông nhằm tăng cường ổn định bờ sông dưới sự tác động của dòng chảy, sóng với mục tiêu góp phần ổn định luồng lạch vận tải trên cơ sở ổn định đoạn sông.
Kè chắn bảo vệ bờ là loại công trình nhằm hướng dòng chảy ra xa bờ tạo ra dọc bờ một khu vực có vận tốc dòng chảy nhỏ để tránh hiện tượng xói lở bờ sông cần bảo vệ.
- Kè chảy xuyên:
Kè chảy xuyên là loại công trình không kín nước nhằm làm tăng sức cản, giảm tốc độ dòng nước tại khu vực đặt kè/ hệ thống kè để tạo ra sự bồi lắng và chống xói lở lòng sông, bờ sông.
- Kênh đào:
Kênh đào là luồng được nạo vét để thoả mãn cho yêu cầu chạy tàu qua bãi cạn hoặc đoạn kênh cắt cong kết hợp dẫn dòng chảy để tăng cường khả năng xói sâu, mở rộng lòng kênh phục vụ cho ý đồ thiết kế cắt cong hoặc đảm bảo giao thông thuỷ.
PHƯƠNG PHÁP VÀ TRÌNH TỰ XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG TẠO LÒNG
1) Xác định lưu lượng tạo lòng theo phương pháp của Mac-ca-vê-ép
2) Trình tự tính toán:
- Chọn đường quá trình lưu lượng điển hình của nhiều năm là năm có lượng ngậm cát bình quân năm bằng lượng ngậm cát bình quân nhiều năm.
- Chia đường quá trình lưu lượng ra nhiều cấp.
- Xác định tần suất ứng với từng cấp lưu lượng
- Xác định độ dốc thuỷ lực trung bình ứng với từng cấp lưu lượng.
- Tính tích số P.I.Qm ứng với mỗi cấp lưu lượng, trong đó:
P- Tần suất ứng với mỗi cấp lưu lượng;
I- Độ dốc thuỷ lực trung bình ứng với mỗi cấp lưu lượng;
Q- Lưu lượng nước;
m- Hệ số;
+ Đối với sông đồng bằng: m=2
+ Đối với lòng sông cuội sỏi: m=2,5
- So sánh mực nước tạo lòng tính toán được với mực nước ngang bãi già.
Trường hợp không có đủ số liệu hoặc có những số liệu không đủ độ tin cậy, được phép lấy mực nước ngang bãi già tại vị trí xây dựng công trình để thiết kế.
3) Ví dụ tính toán
Xác định lưu lượng tạo lòng sông X tại đoạn AB
1. Chọn đường quá trình lưu lượng điển hình:
Từ tài liệu thủy văn thu được tại trạm đo thuỷ văn H từ năm 1902 đến 1975, chọn đường quá trình lưu lượng của năm 1961 là năm điển hình. Đặc trưng của thuỷ văn của năm 1961 so với bình quân nhiều năm nêu trong bảng 1.
Bảng 1
Các đặc trưng thủy văn | Năm 1961 | Bình quân nhiều năm |
Lưu lượng (m3/s) Sức tải cát (kg/s) | 1830 2130 | 1800 2260 |
2. Chia đường quá trình lưu lượng lũ năm 1961 ra nhiều cấp (bảng 2)
3. Xác định tần suất ứng với mỗi cấp lưu lượng (cột 5, bảng 2)
4. Tính toán độ dốc thuỷ lực ứng với các cấp lưu lượng (cột 6, bảng 2)
5. Tính lưu lượng bình quân ứng với mỗi cấp lưu lượng (cột 7, bảng 2)
6. Tính tích số P.I.Qm. Do đoạn sông này nằm ở đồng bằng nên chọn m = 2. Kết quả tính được ứng với mọi cấp lưu lượng ghi ở cột 8, bảng 2.
7. Dựa vào các trị số ghi ở cột 7 và cột 8 bảng 2 vẽ đường quan hệ giữa Q và P.I.Q2. Từ hình vẽ đó sẽ thấy, ứng với P.I.Q2 lớn nhất có được lưu lượng tạo lòng là:
Q = 7.250 m3/s
8. ấn định lưu lượng tạo lòng: với lưu lượng Q = 7.150 m3/s, từ đường quan hệ lưu lượng và mức nước của trạm H ta có H = 21,2 m. Ta nhận thấy mực nước ứng với lưu lượng trên tương ứng với cao độ bãi già của đoạn sông AB, do vậy ấn định lưu lượng Q = 7.250 m3/s là lưu lượng tạo lòng.
Bảng 2
Số TT | Phân cấp lưu lượng | N | M | P% | I (10-4) | Q (m3/s) | PIQ2 |
1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | 2 10999- 10501 10500-10000 9999-9501 9500-9000 8999-8501 8500-8000 7999-7501 7500-7000 6999-6501 6500-6000 5999-5501 5500-5000 4999-4501 4500-4000 3999-3501 3500-3000 2999-2501 2500-2000 1999-1501 1500-1000 999-500 500-0 | 3 1 1 1 1 2 1 6 4 0 4 5 3 6 11 5 16 17 28 38 34 74 107 | 4 1 2 3 4 6 7 13 17 0 21 26 29 35 46 51 67 84 112 150 184 258 365 | 5 0.27 0.54 0.82 1.09 1.64 1.92 3.56 4.65 4.65 5.75 7.12 7.94 9.58 12.60 13.97 18.35 23.01 30.08 41.09 50.41 70.68 100 | 6
4.0 3.0 3.4 3.15 2.93 2.7 2.5 2.25 2.05 1.84 1.65 1.40 1.25 1.10 0.90 0.75 0.60 0.40 0.30 0.20 0.10 | 7
10250 9750 9250 8750 8250 7750 7250 6750 6250 5750 5250 4750 4250 3750 3250 2750 2250 1750 1250 750 250 | 8
22693.5 33585.9 31709.4 39522.1 38289.2 37732.1 61103.8 47649.7 46044.8 43549.9 36109.6 30268.8 28448.4 21609.8 17443.9 13050.9 9319.0 4750.0 2362.0 795.1 62.5 |
MỘT SỐ THÔNG SỐ, KÍCH THƯỚC ĐỂ THAM KHẢO NHẰM SƠ BỘ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KÈ CHẮN
Vật liệu làm kè | Tác giả | Độ dốc mái kè | Đỉnh kè | |||
Thượng lưu | Hạ lưu | Mũi kè | Chiều rộng (m) | Độ dốc (%) | ||
Đá hộc | An-tu-nhin Học viện thủy lợi Điện lực Vũ Hán Bộ NN&PT nông thôn | 1.5
1.5 1.5 | 1.5
1.5 1.5 | 2.5
3 ÷ 5 2.5 ÷ 3 | 2
3 ÷ 5 1 ÷ 1.5 | 1
0.3 ÷ 1 0.5÷ 2 |
Đất bọc đá | An-tu-nhin Học viện thủy lợi Điện lực Vũ Hán Bộ NN&PT nông thôn | 2.5 2.5 1.5 ÷ 2 | 2.5 2.5 1.5 ÷ 2 | 3 3 2.5 ÷ 3 | 3 ÷ 5 3 ÷ 5 1 ÷ 2.0 | 1 ÷ 3 1 ÷ 3 1 ÷ 2 |
Ý kiến bạn đọc
