TCVN9904:2014

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9904:2014 về Công trình Thủy lợi – Công trình ở vùng triều – Yêu cầu tính toán thủy lực ngăn dòng TCVN 9904 : 2014 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - CÔNG TRÌNH Ở VÙNG TRIỀU - YÊU CẦU TÍNH TOÁN THỦY LỰC NGĂN DÒNG Hydraulic structures - Works in tidal regions - Requirements on hydraulic calculation for closure works Lời nói đầu TCVN 9904 : 2014 do Trung tâm Khoa học và Triển khai Kỹ thuật Thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - CÔNG TRÌNH Ở VÙNG TRIỀU - YÊU CẦU TÍNH TOÁN THỦY LỰC NGĂN DÒNG Hydraulic structures - Works in tidal regions - Requirements on hydraulic calculation for closure works 1 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp tính toán thủy lực ngăn dòng để thi công xây dựng công trình ở vùng triều và vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều (gọi chung là vùng triều). 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có): TCVN 8214 : 2009, Thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện; TCVN 8304 : 2009, Công tác thủy văn trong hệ thống thủy lợi; TCVN 8478 : 2010, Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế ; TCVN 9901 : 2014, Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển. 3 Thuật ngữ và định nghĩa Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau: 3.1 Thủy triều (Tides) Hiện tượng mực nước biển, mực nước ở các vùng cửa sông và ven biển dâng lên hạ xuống theo chu kỳ do sự thay đổi lực hấp dẫn cũng như sự chuyển động tương tác giữa mặt trăng, mặt trời và trái đất gây ra. 3.2 Đỉnh triều ( C rest of tide ) Còn gọi là nước lớn, là mực nước cao nhất trong một chu kỳ triều . 3.3 Chân triều (Low tide) Còn gọi là nước ròng, là mực nước thấp nhất trong một chu kỳ triều . 3.4 Triều lên (Rising tide) Giai đoạn mực nước thủy triều dâng cao dần từ chân triều đến đỉnh triều. Khoảng thời gian tính từ thời điểm xuất hiện chân triều đến thời điểm xuất hiện đỉnh triều kế tiếp gọi là thời gian triều lên. 3.5 Triều xuống (Falling tide) Giai đoạn mực nước thủy triều hạ dần từ đỉnh triều xuống chân triều. Khoảng thời gian tính từ thời điểm xuất hiện đỉnh triều đến thời điểm xuất hiện chân triều kế tiếp gọi là thời gian triều xuống. 3.6 Chu kỳ thủy triều (Period of tide) Khoảng thời gian giữa hai đỉnh triều hoặc hai chân triều xuất hiện liên tiếp. 3.7 Nhật triều (Diurnal tide) Sự dao động của một chu kỳ triều với một lần triều lên và một lần triều xuống trong một ngày (có một đỉnh triều và một chân triều). 3.8 Bán nhật triều (Semi - diurnal tide) Sự dao động của hai chu kỳ triều với hai lần triều lên và hai lần triều xuống trong một ngày (có hai đỉnh triều và hai chân triều xuất hiện trong một ngày). 3.9 Triều hỗn hợp (Mixed tide) Trong một tháng mặt trăng (tháng có từ 29 ngày đến 30 ngày, một ngày có 24 h 50 min) có khoảng nửa tháng chu kỳ triều biến đổi từ bán nhật triều sang nhật triều hay ngược lại từ nhật triều sang bán nhật triều. 3.10 Nhật triều không đều (Irregularly diurnal tide) Triều hỗn hợp có số ngày nhật triều chiếm ưu thế, những ngày còn lại là bán nhật triều. 3.11 Bán nhật triều không đều (Irregularly semi - diurnal tide) Triều hỗn hợp có số ngày bán nhật triều chiếm ưu thế, những ngày còn lại là nhật triều. 3.12 Triều dừng, nước dừng (slack tide, slack water) Trạng thái vận tốc dòng triều rất nhỏ (bằng không hoặc gần bằng không) khi nước triều đổi dòng từ dòng triều lên sang dòng triều rút hoặc ngược lại. 3.13 Độ lớn triều (Tidal range) Khoảng cách chênh lệch từ đỉnh triều đến chân triều tại vị trí công trình ứng với một chu kỳ triều. 3.14 Biên độ triều (Tidal amplitude) Khoảng cách từ đỉnh triều hoặc chân triều đến mực nước trung bình. Trong tiêu chuẩn này quy định độ lớn triều bằng hai lần biên độ triều. 3.15 Độ lớn của lưu lượng triều (Amplitude of the discharge) Trị số lưu lượng triều khi truyền vào sông (triều dâng) hoặc rút ra khỏi sông (triều xuống). Trong tiêu chuẩn này quy định trị số lưu lượng triều khi vào sông và khi rút ra khỏi sông là bằng nhau. 3.16 Triều cường (Spring tide) Thủy triều có độ dao động về mực nước mạnh nhất (đỉnh triều ở mức cao nhất và chân triều ở mức thấp nhất) trong đường quá trình triều theo tháng. 3.17 Triều kém (Neap tide) Thủy triều có biên độ dao động thấp nhất (đỉnh triều thấp, chân triều cao) trong đường quá trình triều theo tháng. Triều kém còn gọi là kỳ nước sinh hay kỳ nước ròng. 3.18 Vùng triều (Tidal region) Tên gọi chung cho các vùng ven biển, cửa sông hay đoạn sông suối có các yếu tố thủy động lực thay đổi do ảnh hưởng của thủy triều. 3.19 Vịnh triều (Tidal basin) Phần biển lấn sâu vào đất liền qua một cửa hoặc nhiều cửa, không có sự tham gia hoặc có sự tham gia không đáng kể của dòng chảy sông trong mùa kiệt. Khi quai đê lấn biển hoặc khi đê biển bị vỡ thì phần biển được đê bao lại hoặc phần đất liền bị nước biển tràn ngập vào do đê vỡ cũng được coi là vịnh triều. 3.20 Kho triều (Tidal volume) Thể tích nước biển chứa trong vịnh triều tính từ mực nước thấp nhất đến mực nước triều cao nhất. 3.21 Cửa sông (Estuary) Phần cuối của sông chảy ra biển. Ranh giới giữa sông và biển ở tại vị trí mà độ cao sóng xấp xỉ bằng 0,5 m, ứng với trường hợp mực nước trong sông là mực nước thiết kế đê, phía biển là sóng bất lợi tương ứng triều tần suất 5 % và bão cấp 9. 3.22 Đoạn sông có ảnh hưởng triều (Tidal river) Đoạn sông có mực nước dao động theo chu kỳ do ảnh hưởng của thủy triều truyền vào. 3.23 Công trình ngăn dòng (Closure works) Công trình xây dựng ở vùng triều dùng để ngăn một phần biển, vịnh triều, cửa sông, đoạn sông có ảnh hưởng triều với những mục đích khác nhau. Công trình ngăn dòng có thể là một đập ngăn hoàn chỉnh hoặc chưa hoàn chỉnh. Quá trình xây dựng gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu thu hẹp, gọi là ngăn dòng. Giai đoạn cuối là bịt kín một đoạn đã được tính toán dự kiến trước, gọi là chặn dòng (hợp long, hạp long). 3.24 Lấp bằng (Vertical closure) Sử dụng vật liệu thả đồng thời trên toàn tuyến ngăn dòng cho đến khi bịt kín dòng chảy. 3.25 Lấp đứng (Horizontal closure) Sử dụng vật liệu lấp dần từ một bờ hoặc từ hai bờ cho đến khi bịt kín dòng chảy. 3.26 Lấp hỗn hợp (Combined closure) Sử dụng hết hợp cả lấp đứng và lấp bằng. 3.27 Thùng chìm (Caisson) Kết cấu hình hộp bằng bê tông cốt thép hoặc những trụ pin kết hợp hệ thống đóng mở bằng cửa van, được lai dắt bằng tàu kéo hoặc dùng cẩu vào vị trí để đánh chìm. 4 Yêu cầu kỹ thuật chung 4.1 Điều kiện tự nhiên 4.1.1 Vùng nước nông ven biển đủ điều kiện để xây dựng công trình ngăn dòng có độ sâu từ 0,5 m đến 25 m so với mực nước biển trung bình. Khi xây dựng công trình ở vùng nước nông ven biển có độ sâu trên 25 m áp dụng tiêu chuẩn tính toán riêng. 4.1.2 Mực nước dùng để tính toán thủy lực ngăn dòng khi xây dựng công trình ở vùng ven biển, cửa sông và đoạn sông có ảnh hưởng của thủy triều lấy như sau: - Vùng cửa sông, ven biển: Theo TCVN 9901:2014; - Đoạn sông có ảnh hưởng triều: Tính toán từ các tài liệu đo đạc thủy văn. 4.1.3 Vịnh triều được chia thành hai loại chính là vịnh triều ngắn và vịnh triều dài. Để phân loại vịnh triều cần tính toán xác định trị số L b /L, trong đó L b là chiều dài của vịnh triều và L là chiều dài sóng triều truyền vào vịnh triều (đơn vị của L và L b tính bằng m). Khi trị số L b /L £ 0,05 là vịnh triều ngắn. Khi trị số L b /L > 0,05 là vịnh triều dài. Chiều dài sóng triều truyền vào vịnh triều xác định theo công thức sau: L = cxT (1) trong đó: c là tốc độ truyền triều, m/s: c = (2) h là độ sâu của vịnh triều tính từ mực nước trung bình, m; g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s 2 ; T là chu kỳ triều tại vùng ven biển có vịnh triều và cửa sông, s. 4.1.4 Cửa sông cũng chia thành hai loại chính là cửa sông ngắn và cửa sông dài. Căn cứ vào trị số L CS /L để phân loại cửa sông, trong đó L CS là chiều dài của cửa sông và L là chiều dài sóng triều truyền vào cửa sông. Khi trị số L CS /L từ 0,10 đến 0,15 là cửa sông ngắn. Khi trị số L b /L > 0,15 là cửa sông dài. Chiều dài sóng triều truyền vào cửa sông xác định theo công thức (1) trong đó c là tốc độ truyền triều, đơn vị là m/s, được xác định theo phụ lục B. 4.1.5 Giới hạn truyền triều từ cửa sông (cửa biển) vào sâu trong nội đồng của sông có ảnh hưởng triều xác định theo tài liệu thực đo. Đối với các sông ở đồng bằng Bắc bộ và Nam bộ khi không có công trình xây dựng chắn ngang dòng chảy và không có tài liệu thực đo, có thể tham khảo phụ lục C để xác định giới hạn truyền triều. 4.1.6 Đặc trưng đoạn sông có ảnh hưởng triều thể hiện qua chỉ số uốn cong I s và tỷ lệ tương đối giữa bề rộng sông và độ sâu nước sông, được xác định theo bảng 1 : Bảng 1 - Đặc trưng đoạn sông có ảnh hưởng triều . Loại sông Đặc trưng Hình thái I s = L/ l B/h 1. Sông thẳng Có nhiều vũng sâ u < 1,05 < 40 Hợp lưu do hai hoặc nhiều sông, nhiều bãi nổi < 1,30 > 40 2. Sông uốn khúc Sông đơn > 1,5 < 4 Hợp lưu do hai hoặc nhiều sông, nhiều bãi nổi > 1,5 - CHÚ THÍCH: I s là chỉ số uốn cong (hay mức độ uốn khúc của đoạn sông), là tỷ số giữa chiều dài của đoạn cong tính từ hai điểm ngắn nhất của đoạn cong với khoảng cách nối hai điểm cong: I s = L/ l L là chiều dài đoạn cong tính từ hai điểm ngắn nhất của đoạn cong, m; l là khoảng cách nối hai điểm cong, m; B là chiều rộng sông, m; h là độ sâu nước trong sông, m. 4.1.7 Đặc điểm độ nhám đáy lòng dẫn xác định như sau: a) Hệ số nhám Manning, ký hiệu là n, đơn vị là s/m 1/3 , xác định theo công thức: n = (n 0 + n 1 + n 2 + n 3 + n 4 ) x n 5 (3) n 0 = 0,038.D (4) trong đó: n 0, n 1, n 2, n 3, n 4 là hệ số nhám thành phần, s/m 1/3 , phụ thuộc vào đặc điểm lòng dẫn. Bảng 2 giới thiệu hệ số nhám thành phần áp dụng cho các sông vùng ven biển; n 5 là hệ số phụ thuộc sóng triều trong sông và mức độ uốn khúc I s của sông, chọn n 5 như sau: n 5 =1,00 với I s = 1,0; n 5 = 0,57 + 0,43 I s với 1,0 < I s <1,7; n 5 =1,30 với I s >1,7. D 90 là đường kính lớn nhất của hạt bùn cát đáy có thể lọt qua mắt sàng mà tổng khối lượng của các cỡ hạt lọt được qua mắt sàng chiếm 90 % khối lượng toàn bộ, 10 -3 m; Bảng 2 - Giá trị hệ số nhám thành phần của lòng dẫn Tính chất lòng dẫn Hệ số nhám thành phần 1. Nền đáy sông Đất Cát mịn Cát thô Đá gốc n 0 0,020 0,024 0,028 0,025 2. Đặc trưng về địa hình Rất bằng phẳng Không phẳng lắm Ghồ ghề, lồi lõm Không theo quy luật nào n 1 0,000 0,005 0,010 0,020 3. Mặt cắt ngang của sông Các mặt cắt ít thay đổi Có một số mặt cắt thay đổi Có số mặt cắt thay đổi nhiều n 2 0,000 0,002 Từ 0,010 đến 0,015 4. Ảnh hưởng có sự tắc nghẽn Hầu như không có Có nhưng không đáng kể Có nhiều chỗ tắc nghẽn Có tắc nghẽn nhưng vẫn chảy mạnh n 3 0,000 Từ 0,010 đến 0,015 Từ 0,020 đến 0,030 Từ 0,040 đến 0,060 5. Sông có cây cối, thực vật Ít Trung bình Nhiều Rất nhiều n 4 Từ 0,005 đến 0,010 Từ 0,010 đến 0,025 Từ 0,025 đến 0,050 Từ 0,050 đến 0,100 b) Hệ số ma sát Chézy, ký hiệu là C, đơn vị là m 1/2 /s. Khi chiều rộng sông lớn hơn 20 lần chiều sâu nước thì hệ số ma sát Chézy được tính theo công thức Manning: C = h (5) trong đó : n là hệ số nhám Manning tính theo công thức (3) , s/m 1/3 ; h là độ sâu nước trong sông tính từ mực nước trung bình, m. 4.2 Công nghệ xây dựng 4.2.1 Ngăn dòng chậm Công nghệ ngăn dòng chậm bao gồm các phương pháp ngăn dòng nêu tại hình 1. Khi sử dụng công nghệ này, nhà thầu thi công phải chuẩn bị đầy đủ các phương tiện và thiết bị thi công vận tải thủy, thiết bị thi công cơ giới bộ phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Có thể sử dụng lực lượng lao động địa phương để tổ chức ngăn dòng v.v... a) Lấp bằng b) Lấp đứng c) Lấp hỗn hợp d) Lấp hỗn hợp kết hợp với ngăn dòng nhanh bằng caissons CHÚ DẪN: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 là thứ tự đắp các đợt . Hình 1 - Sơ đồ các phương pháp ngăn dòng chậm 4.2.2 Ngăn dòng nhanh Nội dung của công nghệ ngăn dòng nhanh là sử dụng thùng chìm [1] , trụ pin nổi có cửa van. Điều kiện áp dụng công nghệ này là nhà thầu thi công phải có khả năng chế tạo thiết bị (thùng chìm, trụ pin nổi có cửa van), có phương tiện vận tải thủy lai dắt và có biện pháp tổ chức thi công đánh chìm phù hợp. 4.2.3 Điều kiện áp dụng công nghệ a) Áp dụng phương pháp lấp đứng với công trình ngăn dòng có độ sâu nhỏ hơn 7 m. Với công trình ngăn dòng có độ sâu từ 7 m trở lên nên áp dụng phương pháp lấp bằng; b) Đối với tuyến công trình ngăn dòng có độ sâu từ 15 m trở lên, giai đoạn đầu nên sử dụng công nghệ ngăn dòng chậm với phương pháp lấp bằng và giai đoạn sau sử dụng công nghệ ngăn dòng nhanh; c) Đối với tuyến công trình ngăn dòng có độ sâu nhỏ hơn 15 m, chiều dài nhỏ hơn 300 m nên sử dụng công nghệ ngăn dòng chậm; d) Đối với tuyến công trình ngăn dòng là đoạn bãi nông có độ sâu dưới 7 m, dài trên 300 m và có đoạn lạch sâu từ 15 m trở lên, nên sử dụng công nghệ ngăn dòng chậm ở bãi nông, kết hợp lấp bằng và ngăn dòng nhanh ở đoạn lạch sâu. 4.3 Công tác đo đạc phục vụ tính toán thủy lực ngăn dòng 4.3.1 Yêu cầu kỹ thuật đo vẽ mặt cắt địa hình sông thực hiện theo TCVN 8478 : 2010; đo mực nước, đo lưu tốc và đo lưu lượng dòng chảy thực hiện theo TCVN 8304 : 2009. 4.3.2 Trước khi ngăn dòng cần đo đạc và thu thập các tài liệu sau: a) Đo vẽ mặt cắt dọc toàn tuyến; b) Đo lưu tốc dòng triều trên các thủy trực tại mặt cắt tuyến ngăn dòng. 4.3.3 Trong thời gian đang ngăn dòng cần đo đạc và thu thập các tài liệu sau: a) Trường hợp thi công theo phương pháp lấp bằng: Cần đo cao độ, chiều rộng đỉnh đập và chiều sâu nước ứng với mực nước triều sau mỗi đợt đắp; b) Trường hợp thi công theo phương pháp lấp đứng: - Đo lưu tốc dòng chảy ở hai phía đầu đập, đo độ sâu hố xói cả hai phía thượng và hạ lưu để hiệu chỉnh cường độ và kích cỡ vật liệu ngăn dòng cho đợt sau và bảo vệ xói tại cửa ngăn dòng và hai bờ; - Đo cao độ mực nước cách 100 m về hai phía thượng và hạ lưu. Mỗi lần lấn dòng được khoảng 50 m phải đo lại độ sâu tại tuyến ngăn dòng ở cửa ngăn dòng; - Khi lưu tốc ở cửa ngăn dòng vượt quá 2 m/s phải đo mực nước cách 100 m về hai phía thượng hạ lưu trước thời điểm triều dừng; c) Trường hợp ngăn dòng nhanh: - Cần dự báo đường quá trình triều trong thời gian ngăn dòng, tối thiểu trước một ngày; - Trước khi hạ chìm cấu kiện cuối cùng cần đo mực nước và đo lưu tốc ở vị trí cách 50 m về hai phía thượng và hạ lưu để tính toán lai dắt và định vị cấu kiện. 4.4 Thí nghiệm mô hình vật lý 4.4.1 Đối với công trình cấp đặc biệt và cấp I phải thí nghiệm mô hình vật lý để đề xuất biện pháp bảo vệ đáy, chống xói lở bờ phù hợp và đảm bảo an toàn trong quá trình ngăn dòng. Phương pháp thí nghiệm thực hiện theo TCVN 8214 : 2009. Có thể thí nghiệm mô hình vật lý cho công trình cấp thấp hơn khi trong thực tế chưa có hình mẫu ngăn dòng tương tự . 4.4.2 Nội dung thí nghiệm mô hình vật lý gồm: xác định lưu tốc qua cửa ngăn dòng, lưu tốc hai bên bờ của đập ngăn dòng, lưu tốc gây xói phía cuối cửa ngăn dòng, chiều dài xói lở và độ sâu xói lở, chênh lệch mực nước trước và sau cửa ngăn dòng, hệ số tổn thất vật liệu, phạm vi mở rộng dòng chảy và diễn biến thủy lực khi lấp sông chặn dòng. 4.5 Lựa chọn vị trí, thời gian ngăn dòng và chặn dòng 4.5.1 Lựa chọn vị trí chặn dòng như sau: a) Nếu trên tuyến ngăn dòng có lạch sâu và bãi rộng, mực nước triều cao chỉ gây ngập lạch sâu thì nên chọn cửa chặn dòng ở lạch sâu; b) Nếu trên tuyến ngăn dòng có lạch sâu và bãi rộng nông, mực nước triều thấp ngập bãi rộng nông thì nên chọn cửa chặn dòng ở bãi rộng nông. 4.5.2 Lựa chọn thời gian ngăn dòng phải đảm bảo chọn chính xác thời điểm con triều kém có biên độ mực nước nhỏ nhất để lấn dòng. Thông thường thời gian ngăn dòng (quá trình thu hẹp dòng chảy) và thời gian chặn dòng (bịt kín) được chọn trong mùa khô. 4.5.3 Chọn thời gian chặn dòng theo quy định sau: a) Chọn thời gian chặn dòng trong những ngày triều kém của thời đoạn ngăn dòng (mỗi tháng đều có từ 3 ngày đến 4 ngày triều kém). Ở thời điểm triều dừng cần bố trí tiến độ thi công hợp lý để tiến hành công tác chặn dòng; b) Thời gian chặn dòng chỉ trong vài giờ, nên chọn vào lúc nước dừng (triều đổi hướng) ở chân triều; c) Thời đoạn triều kém và thời điểm triều dừng trên từng đoạn sông có ảnh hưởng triều là khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách từ cửa sông đến vị trí xây dựng công trình ngăn dòng. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình để lựa chọn thời điểm chặn dòng hợp lý. 5 Tính toán xác định các điều kiện biên về thủy lực 5.1 Xác định mực nước khi ngăn dòng cho công trình ở ven biển, vịnh triều, cửa sông Mực nước khi ngăn dòng ở vùng ven biển, vịnh triều, cửa sông là mực nước triều cao nhất tổng hợp do các yếu tố khí tượng trong thời đoạn ngăn dòng, phù hợp với tần suất thiết kế và cấp công trình được quy định trong TCVN 9901 : 2014. Thời đoạn ngăn dòng chọn trong mùa khô. Mực nước tính toán khi ngăn dòng xác định theo công thức sau: Z tt = Z tb + (6) trong đó: Z tt là mực nước tính toán khi ngăn dòng, m Z tb là mực nước trung bình tính toán, m, xác định theo phương pháp độc lập xác định các mực nước thành phần nêu trong TCVN 9901 : 2014; là biên độ triều lớn nhất ở vùng ven biển, vịnh triều, cửa sông có công trình ngăn dòng, m, hoặc lấy bằng một nửa độ lớn triều, quy định trong phụ lục A. 5.2. Xác định mực nước khi ngăn dòng công trình trên đoạn sông có ảnh hưởng triều 5.2.1 Mực nước ở các đoạn sông có ảnh hưởng triều phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện địa hình của sông, dao động mực nước triều và lưu lượng dòng chảy đến từ thượng lưu, có thể xác định theo số liệu thực đo hoặc kết hợp sử dụng mô hình toán . 5.2.2 Tính tốc độ truyền triều trong sông mùa kiệt, gồm các nội dung sau: a) Xác định điều kiện biên mực nước ở cửa sông, đã nêu tại 5.1; b) Sử dụng các biểu đồ ở phụ lục B để tính toán tốc độ truyền triều: hình B.1, B.2, B.3 áp dụng cho vùng bán nhật triều và hình B.4, B.5, B.6 áp dụng cho vùng nhật triều. CHÚ THÍCH: 1) Phụ lục B cũng được sử dụng cho các vùng có chế độ triều không đều; 2) Tìm tốc độ truyền triều xem ví dụ 1 ở phụ lục H. 5.2.3 Tính toán mực nước tại một vị trí xác định trên sông, gồm các công việc sau đây: a) Tính toán mực nước triều trong giai đoạn ngăn dòng: Cần sử dụng tối đa các tài liệu thực đo về mực nước lớn nhất khi triều lên. Khi không có tài liệu thực đo cần tính theo công thức sau: (x=0) = (x=-l) (7) trong đó: (x=0) là biên độ mực nước triều tính toán tại vị trí cần xét, m; (x=-l) là biên độ mực nước triều tại vị trí cửa sông, m, đã nêu trong 5.1; x là khoảng cách từ công trình ngăn dòng đến cửa sông, m; l là hệ số chiết giảm của hàm mũ, 1/m, xác định theo công thức sau: (8) n là hệ số nhám, s/m 1/3 ; u là lưu tốc trung bình ở mặt cắt ngang cửa sông giáp biển ứng với mực nước triều thiết kế, m/s; c là tốc độ truyền triều, m/s; h là độ sâu ở cửa sông tính từ mực nước trung bình, m; b) Tính toán mực nước triều trước khi chặn dòng: Biên độ mực nước triều trước khi chặn dòng xác định theo công thức (9). Mực nước trước khi chặn dòng bằng mực nước ban đầu nhân thêm hệ số biến đổi mực nước. Có thể tham khảo phương pháp tính toán mực nước trước khi chặn dòng nêu trong ví dụ 3 phụ lục H. (9) trong đó: (x = 0) là biên độ mực nước triều tính toán tại vị trí chặn dòng, m; (x = -l) là biên độ mực nước triều tại vị trí cửa sông, m; là hệ số biến đổi mực nước do truyền triều, lấy theo bảng 3. Trong bảng 3, hai đại lượng S 1 và S 2 xác định theo công thức (10) và công thức (11): (10) (11) Bảng 3 - Hệ số biến đổi mực nước cosh( rh ) S 2 S 1 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 15,0 0,2 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,01 0,99 0,4 1,09 1,09 1,08 1,08 1,02 0,89 0,75 0,6 1,21 1,21 1,19 1,15 0,92 0,60 0,43 0,8 1,43 1,41 1,35 1,17 0,70 0,37 0,24 1,0 1,83 1,75 1,53 1,09 0,50 0,24 0,14 1,5 6,15 2,68 1,35 0,66 0,23 0,08 0,04 2,0 2,13 1,45 0,84 0,41 0,11 0,03 0,01 3,0 0,96 0,78 0,48 0,19 0,03 0,00 0,00 4,0 1,32 0,79 0,33 0,09 0,01 0,60 0,60 5,0 1,66 0,63 0,21 0,04 0,00 0,00 0,00 u max là lưu tốc lớn nhất mặt cắt cửa sông theo số liệu thực đo, m/s; C là hệ số ma sát Chézy, m 1/2 /s; A là diện tích mặt cắt cửa ngăn dòng tính từ mực nước trung bình đến đáy nền, m 2 ; B là chiều rộng mặt nước ứng với mực nước trung bình cửa sông, m; h là độ sâu ứng với mực nước trung bình ở mặt cắt cửa sông giáp biển, m; l là khoảng cách từ công trình ngăn dòng đến mặt cắt cửa sông giáp biển, m; T là chu kỳ triều, s; g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2 . CHÚ THÍCH: 1) Dấu “ - “ trong công thức (7) chỉ chiều trục x từ sông ra phía biển; 2) Tính toán mực nước triều trong giai đoạn ngăn dòng xem ví dụ 2 ở phụ lục H. 6 Tính toán thủy lực ngăn dòng 6.1 Công trình ở vùng ven biển, vịnh triều 6.1.1 Sử dụng công thức xấp xỉ 6.1.1.1 Công thức xấp xỉ được sử dụng trong trường hợp chiều dài lấp đứng lớn hơn 20 % chiều rộng cửa khi chưa ngăn dòng. 6.1.1.2 Lưu tốc lớn nhất ở tâm mặt cắt cửa ngăn dòng có diện tích mặt cắt ướt lớn (cửa chặn dòng rộng) xác định theo công thức sau: (12) trong đó: U max là lưu tốc lớn nhất ở tâm mặt cắt cửa ngăn dòng, m/s; F là diện tích bề mặt vịnh triều ứng với mực nước triều cao, m 2 ; h là độ lớn của triều thiết kế, m; T là chu kỳ triều thiết kế, s; A là diện tích mặt cắt cửa ngăn dòng tính từ mực nước trung bình đến đáy nền, m 2 . 6.1.1.3 Lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng có diện tích mặt cắt ướt không lớn (qua cửa chặn dòng hẹp) xác định theo công thức (13). Có thể tham khảo phương pháp tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng được nêu trong ví dụ 4 phụ lục H. (13) trong đó: U max là lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng, m/s; F là diện tích mặt nước vịnh triều ở mực nước trung bình, m 2 : F = B x L b ; B là chiều rộng vịnh triều, m; L b là chiều dài vịnh triều, m; là biên độ triều thiết kế, m; T là chu kỳ triều thiết kế, s; A là diện tích mặt cắt cửa ngăn dòng tính từ mực nước trung bình đến đáy nền, m 2 . 6.1.2 Sử dụng mô hình toán 6.1.2.1 Đối với vịnh triều ngắn nên sử dụng biểu đồ lưu tốc thiết kế. Cấu tạo biểu đồ và hướng dẫn sử dụng biểu đồ để tìm lưu tốc lớn nhất khi thiết kế chặn dòng và hướng dẫn sử dụng, xem phụ lục D. Tham khảo ví dụ 5, ví dụ 6 và ví dụ 7 của phụ lục H. 6.1.2.2 Đối với vịnh triều dài có thể sử dụng các mô hình thủy lực chuyên dụng đã được kiểm nghiệm ở Việt Nam như mô hình DUFLOW, mô hình HEC - RAS... Kết quả tính toán bằng các phần mềm này sẽ cho các số liệu sau đây: a) Mực nước và lưu tốc ứng với các giai đoạn đắp lấn bằng phương pháp lấp đứng và lấp bằng; b) Quan hệ lưu tốc lớn nhất và mặt cắt ngang tương ứng cửa ngăn dòng. 6.2 Công trình ở cửa sông 6.2.1 Giai đoạn lấn dòng ít 6.2.1.1 Phạm vi áp dụng như sau: a) Khi lấp đứng, chiều dài lấn dòng nhỏ hơn 10 % chiều rộng cửa sông; b) Khi lấp bằng, chiều dài đỉnh đập ngăn dòng lớn hơn rất nhiều so với độ sâu sông. CHÚ THÍCH: Chiều rộng cửa ngăn dòng, chiều rộng cửa sông và độ sâu sông đều tính theo mực nước trung bình, m. 6.2.1.2 Áp dụng các công thức tính toán sau đây: a) Lưu tốc tại thời điểm t bất kỳ: (14) b) Lưu tốc lớn nhất ở cửa ngăn dòng: (15) trong đó: U(t) là lưu tốc ở cửa ngăn dòng tại thời điểm t bất kỳ, m/s; U max là lưu tốc lớn nhất ở cửa ngăn dòng, m/s; L s là chiều dài cửa sông, m; là biên độ triều thiết kế ở cửa sông, m; h 0 là độ sâu nước tính từ mực nước trung bình khi lấp đứng, tính từ mực nước trung bình đến đỉnh đập ngăn dòng khi lấp bằng, m; T là chu kỳ triều thiết kế, s. 6.2.2 Giai đoạn thu hẹp nhiều 6.2.2.1 Phạm vi áp dụng như sau: a) Khi lấp bằng có chiều rộng cửa ngăn dòng lớn hơn 80 % độ sâu nước trên đỉnh đập ngăn dòng; b) Khi lấp đứng có chiều rộng cửa ngăn dòng nhỏ hơn 10 % chiều rộng cửa sông khi chưa ngăn dòng. CHÚ THÍCH: 1) Chiều rộng cửa ngăn dòng, chiều rộng cửa sông đều tính theo mực nước trung bình, m, 2) Độ sâu đến đỉnh đập ngăn dòng tính từ mực nước trung bình, m. 6.2.2 . 2 Trường hợp lấp bằng, các trạng thái dòng chảy khi chảy qua đỉnh đập ngăn dòng được phân loại theo tiêu chuẩn Froude, xem sơ đồ hình 2, áp dụng các công thức tính toán sau đây: a) Chảy phân giới b) Chảy không ngập c) Chảy ngập CHÚ DẪN: H Độ cao từ mực nước thượng lưu đến đỉnh đập ngăn dòng; h b Độ sâu từ mực nước hạ lưu đến đỉnh đập ngăn dòng. Ở trạng thái chảy phân giới: h b = 2/3H; h Độ sâu mực nước hạ lưu ở trạng thái chảy ngập và không ngập: - Chảy không ngập: h < 2/3H; - Chảy ngập: h ³ 2/3H; a Độ sâu nước ngập trên đỉnh đập ngăn dòng: - Chảy phân giới: a = 1/3H; - Chảy ngập và chảy không ngập: a = 2/3H. Hình 2 - Sơ đồ các trạng thái chảy qua đỉnh đập ngăn dòng a) Tính toán gần đúng lưu tốc dòng chảy trên đỉnh đập ngăn dòng: - Chảy ngập: (16) - Chảy không ngập: (17) b) Tính toán gần đúng lưu lượng dòng chảy trên đỉnh đập ngăn dòng: - Chảy ngập: Q = m B.h b (18) - Chảy không ngập: Q = m .B. (19) trong đó: H và h b đã giải thích trong hình 2, m; B là bề rộng tràn nước của đập ngăn dòng, m; g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s 2 ; m là hệ số lưu lượng, quy định trong bảng 4: Bảng 4 - Hệ số lưu lượng m trong lấp bằng Tình trạng đập ngăn dòng Hệ số lưu lượng m 1. Đập ngăn dòng thấp, lấp bằng theo tuyến đơn, đỉnh nhọn, vật liệu sắp xếp khá bằng phẳng và chặt. Lấp bằng tuyến kép, đỉnh rộng. 1 ,0 2. Đập lên cao ở mức trung bình, mặt đập khá rộng, vật liệu đắp không chặt, có độ nhám trung bình. 0,9 3. Đập lên cao, đỉnh đập nhỏ, ghồ ghề, độ rỗng lớn. 0,9 4. Đập đỉnh nhọn khi H/B > 0,5, chảy không ngập. 0,8 5. Dòng chảy qua phần rỗng đập ngăn dòng. Từ 0,4 đến 0,6 c) Tính toán vận tốc dòng chảy qua thân đập đắp bằng vật liệu thô: (20) trong đó: U f là lưu tốc dòng chảy qua thân đập ngăn dòng, m/s; D n là đường kính quy đổi trung bình của vật liệu thô, m; C là hệ số sức cản do hình dạng, phụ thuộc vào số Reynol: C chọn từ 0,4 đến 0,6; n v là độ rỗng của đập, thường từ 0,3 đến 0,4; g là gia tốc trọng trường, m/s 2 ; I là gradient dòng chảy qua đập ngăn dòng. d) Có thể dựa vào tỷ số H/B để phân loại trạng thái chảy qua đập ngăn dòng. Cụ thể như sau: - Đập đỉnh rộng, trạng thái chảy ngập khi tỷ số H/B < 0,5; - Đập đỉnh nhọn, trạng thái chảy không ngập khi tỷ số H/B > 0,5 6.2.2 . 3 Trường hợp lấp đứng, áp dụng các công thức tính toán sau đây : (21) (22) trong đó: U g,max là lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng, m/s; Q là lưu lượng qua cửa ngăn dòng, m 3 /s; m là hệ số lưu lượng, lấy theo bảng 5; A là diện tích mặt cắt ướt qua cửa ngăn dòng, m 2 ; g là gia tốc trọng trường, m/s 2 ; h 1 là độ sâu nước phía thượng lưu, m; h 2 là độ sâu nước hạ lưu, m. h 2 có thể là độ sâu nước phía hạ lưu ngay tại chân đập khi chảy không ngập, hoặc tính theo công thức sau: h 2 = 0,4h 1 (23) p = b t /(2h 1 .cotg a ) (24) p là hệ số điều chỉnh chiều rộng cửa ngăn dòng; b t là khoảng cách giữa hai chân đầu đập ngăn dòng, m; a là góc nghiêng của mái phía đầu đập ngăn dòng, 0 (độ); Bảng 5 - Hệ số lưu lượng m khi lấp đứng b/b 0 Trạng thái chảy Hệ số lưu lượng m 0,5 Chảy không ngập 0,8 0,5 Chảy ngập 0,9 0,1 Chảy không ngập 0,9 0,1 Chảy ngập 0,9 CHÚ THÍCH : b là chiều rộng cửa ngăn dòng và b 0 là chiều rộng cửa ngăn dòng khi chưa thu hẹp, m. 6.3 Công trình ngăn dòng trên đoạn sông có ảnh hưởng thuỷ triều 6.3.1 Trường hợp dòng chảy sông trong mùa kiệt trội hơn dòng triều , lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng trong từng giai đoạn thu hẹp được tính theo các công thức dưới đây. Các bước tổng quát tính toán lưu tốc dòng chảy khi thu hẹp dần có thể tham khảo phụ lục E và ví dụ 8 ở phụ lục H. U i,max = U i,max = (25) M = Q 0 (1 + l 1 ) (26) l 1 = < 1 (27) trong đó: U i,max là lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng trong giai đoạn thu hẹp thứ i, m/s; M là lưu lượng tổng hợp tại tuyến ngăn dòng, m 3 /s; l 1 là hệ số độ lớn của dòng triều so với dòng chảy của sông trong mùa kiệt; là độ lớn của lưu lượng triều, m 3 /s; Q 0 là lưu lượng tháng lớn nhất của sông trong mùa kiệt, m 3 /s; A i là diện tích mặt cắt ngang dòng chảy tại cửa ngăn dòng tương ứng với giai đoạn thứ i, m 2 . 6.3.2 Trường hợp dòng triều trội hơn dòng chảy sông trong mùa kiệt, lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng trong từng giai đoạn thu hẹp được tính theo các công thức dưới đây. Các bước tổng quát tính toán lưu tốc khi thu hẹp dần có thểm tham khảo phụ lục E và ví dụ 9 ở phụ lục H. U i,max U i,max = (28) M = (1 + l 2 ) (29) l 2 < 1 (30) trong đó: l 2 là hệ số độ lớn dòng chảy của sông trong mùa kiệt so với dòng triều; Các thông số trong các công thức (28), (29) và (30) đã được giải thích tại 6.3.1. 6.3.3 Trường hợp dòng chảy sông không đáng kể (coi Q 0 = 0) , áp dụng công thức đưới đây. Các bước tổng quát tính toán lưu tốc khi thu hẹp dần có thể tham khảo phụ lục E và ví dụ 10 ở phụ lục H: (31) trong đó: U i,max là lưu tốc lớn nhất trung bình mặt cắt tại tuyến ngăn dòng trong chu kỳ triều, m/s; M là lưu lượng triều tại tuyến ngăn dòng, m 3 /s: M = (32) b 0 là chiều rộng sông ứng với mực nước triều lớn nhất tại tuyến ngăn dòng chưa thu hẹp, m; L s là chiều dài đoạn sông tính từ cửa sông đến công trình ngăn dòng, m; là biên độ mực nước triều, m; x là khoảng cách từ tuyến ngăn dòng tới cửa biển, m; A i là mặt cắt ướt tại cửa ngăn dòng ứng với mực nước lớn nhất ở giai đoạn thu hẹp thứ i, m 2 : A i = b i (h i - D Z i-1 ) (33) D Z i-1 là chênh lệch mực nước giữa hai giai đoạn thu hẹp (giai đoạn thu hẹp thứ i với giai đoạn thu hẹp thứ i-1), m ; b i là chiều rộng cửa thu hẹp ứng với giai đoạn i, m; h i là độ sâu nước tính toán tại cửa ngăn dòng ở giai đoạn i, m; T là chu kỳ triều, s; là hệ số chiết giảm của hàm mũ, 1/m , xác định theo công thức sau : l = (34) (35) là hệ số lưu lượng; A là mặt cắt ướt ứng với mực nước triều lớn nhất tại cửa sông, m 2 ; U là lưu tốc lớn nhất trong chu kỳ triều tại cửa sông, m/s; C là hệ số ma sát Chézy, m 1/2 /s; là tốc độ góc, rad/s: ; c là tốc độ truyền triều, m/s, xác định theo phụ lục B. 7 Tính toán đường kính vật liệu ngăn dòng 7.1 Đường kính danh nghĩa của vật liệu 7.1.1 Đường kính danh nghĩa của vật liệu dùng để ngăn dòng xác định theo công thức tổng quát sau: D s = (36) trong đó: D s là đường kính vật liệu danh nghĩa, m; M là khối lượng của vật liệu ngăn dòng, kg; là khối lượng riêng vật liệu ngăn dòng, kg/m 3 . 7.1.2 Đường kính danh nghĩa của vật liệu là đá rời xác định theo công thức sau: D = 0,84 D s (37) trong đó: D là đường kính tính toán, m; D s là đường kính danh nghĩa cỡ đá hình lập phương tính theo công thức (36), m. 7.1.3 Đối với vật liệu là bê tông, đường kính danh nghĩa tính theo công thức sau: a) Khối bê tông hình hộp có kích thước cạnh là a: D = 1,24 x a; (38) c) Khối tứ diện có kích thước cạnh là a: D = 0,61 x a; (39) d) Khối bê tông có kích thước các cạnh là a,b,c : D = 1,24 x (40) 7.2 Tiêu chuẩn ổn định vật liệu 7.2.1 Tiêu chuẩn chung Tiêu chuẩn chung về ổn định vật liệu theo quy định sau: a) Tiêu chuẩn 1 (Lưu lượng đơn vị tới hạn): (41) b) Tiêu chuẩn 2 (Cột nước tới hạn): (42) c) Tiêu chuẩn 3 (Lưu tốc tới hạn): (43) trong đó: q là lưu lượng đơn vị qua cửa ngăn dòng, m 3 /(s.m); H là chiều cao cột nước trên đỉnh đập phía thượng lưu, m; là tỷ trọng vật liệu (-): D = ; D là đường kính vật liệu được tính toán quy đổi, m, tính theo công thức (36); U là lưu tốc trung bình mặt cắt qua cửa ngăn dòng, m/s. 7.2 .2 Tiêu chuẩn ổn định vật liệu trong trường hợp lấp bằng 7.2.2.1 Khi đập ngăn dòng còn thấp, tiêu chuẩn ổn định vật liệu như sau: a) Tiêu chuẩn chung cho các trường hợp: > 4 (44) trong đó h b là chiều cao cột nước trên đỉnh đập về phía đỉnh mái hạ lưu, m. b) Nếu đập có dạng đỉnh nhọn: - Theo tiêu chuẩn 2: Khi < 10 thì = 3,0 (45) Khi > 10 thì = 2,0 (46) - Theo tiêu chuẩn 3: từ 0,7 đến 1,40 (47) c) Nếu đập có dạng đỉnh bằng: - Theo tiêu chuẩn 2: Đỉnh đập không rộng: từ 1,5 đến 2,0; (48) Đỉnh đập dạng tròn: = 2,0 (49) Đỉnh đập rất rộng: từ 2,0 đến 3,0 (50) - Theo tiêu chuẩn 3: từ 0,7 đến 1,4 (51) 7.2.2.2 Khi đập ngăn dòng tương đối cao, tiêu chuẩn chung về ổn định vật liệu như sau: -1 < < 4,0 (52) Theo tiêu chuẩn 3: - Đối với đá rời : = 0,70 (53) - Đối với đá liên kết: = 1,40 (54) trong đó h b được định nghĩa là chiều cao cột nước trên đỉnh đập về phía đỉnh mái hạ lưu, m; 7.2.2.3 Khi đập ngăn dòng cao, tiêu chuẩn chung về ổn định vật liệu như sau: < -1,0 (55) Theo tiêu chuẩn 1: = 1,18 + 0,5. F p – 1,87 sin a (56) trong đó: h b là độ sâu mực nước chảy qua phần rỗng của đập so với đỉnh đập ngăn dòng: h b ≤ 0; q là tổng lưu lượng đơn vị qua đỉnh đập và phần rỗng của đập, m 3 /s: (57) là hệ số lưu lượng, được xác định như sau: - Đối với đập đỉnh rộng có B/D >10: (58) - Đối với đập đỉnh nhọn: 1< B/D <10 : (59) F p là hệ số xét đến khả năng thi công: - Khi thả đá chụm: F p 0,60 ; - Khi thả đá thả đồng đều và phẳng: F p = 1,10; a là góc mái của đập so với phương ngang , tương ứng với hệ số mái m từ 2,0 đến 3,0. CHÚ THÍCH: Đá liên kết trong 7.2.2 và đá trong 7.2.2.3 được đựng trong rọ, cũi hoặc túi. 7.2.3 Tiêu chuẩn ổn định vật liệu trong trường hợp lấp đứng 7.2.3.1 Giai đoạn ngăn dòng, áp dụng tiêu chuẩn 3: a) Đá khai thác từ nổ mìn: = 0,70 (60) b) Đá, cục bê tông được bỏ trong túi, rọ: = 1,40 (61) trong đó u b là lưu tốc tới hạn làm cho đá bắt đầu chuyển động, m/s. 7.2.3.2 Giai đoạn chặn dòng, sử dụng một trong ba tiêu chuẩn sau: - Theo tiêu chuẩn 1: = 1,80 (62) - Theo tiêu chuẩn 2: = 2,0 (63) - Theo tiêu chuẩn 3: = 1.0 (64) CHÚ THÍCH: Căn cứ vào số liệu thực đo hoặc kết quả thí nghiệm mô hình để lựa chọn tiêu chuẩn ổn định vật liệu và công thức tính toán như sau: 1) Biết lưu lượng đơn vị qua cửa chặn dòng: Áp dụng tiêu chuẩn 1, công thức (62); 2) Biết chiều cao cột nước tính từ đỉnh đập đến mực nước thiết kế chặn dòng khi lấp bằng: Áp dụng tiêu chuẩn 2, công thức (63); 3) Biết lưu tốc qua cửa chặn dòng: Áp dụng tiêu chuẩn 3, công thức (64). 7.3 Tính toán kích cỡ vật liệu lớp bảo vệ đáy trong khu vực ngăn dòng Tính toán theo công thức sau: D n50 = C T . (65) trong đó: D n50 là đường kính vật liệu lớp bảo vệ đáy, m; u b là lưu tốc dòng ở gần đáy, m/s. Lấy u b = 10 % U ; U là lưu tốc qua cửa ngăn dòng, m/s; c T là hệ số rối, phụ thuộc vào cường độ rối r, lấy theo bảng 6 và bảng 7: Bảng 6 - Cường độ rối ở các vị trí ngăn dòng khác nhau Tình trạng Cường độ rối, r Trị số 1. Trên đoạn sông thẳng Thấp 0,12 2. Phía sau cửa ngăn dòng có kè mái hoặc mỏ hàn Trung bình 0,20 3. Có mố trụ cầu, tường chắn ở đầu hai bờ trước khi ngăn dòng Từ trung bình đến cao Từ 0,35 đến 0,50 4. Phía sau công trình ngăn dòng có công trình khác Rất cao 0,60 Bảng 7 - Hệ số rối Vật liệu ngăn dòng Hệ số rối c T 1. Đá rời, cục bê tông Từ 0,20 đến 12,30 x r 2. Đá đựng trong túi, rọ Từ 1,65 đến 12,30 x r 7.4 Tính toán kích cỡ vật liệu chặn dòng chịu tác dụng của dòng chảy và sóng Khi thả vật liệu theo phương pháp lấp bằng, cao trình đỉnh đập gần đến mực nước mà ở đó có sóng, kích cỡ vật liệu được xác định theo công thức (66). D s = 0,0131 (66) trong đó: D s là đường kính vật liệu ngăn dòng, m; U max là lưu tốc dòng lớn nhất qua cửa ngăn dòng, m/s; H s là chiều cao sóng tính toán tại vị trí cửa ngăn dòng, m. CHÚ THÍCH: Có thể tham khảo phương pháp tính toán trong ví dụ 11 phụ lục H. 7.5 Xác định kích cỡ vật liệu bảo vệ bờ khi ngăn dòng 7.5.1 Lưu tốc gần bờ xác định theo công thức sau: (67) 7.5.2 Khối lượng tối thiểu vật liệu để ổn định bảo vệ bờ như đá rời, rọ đá hoặc cục bê tông được xác định theo công thức sau: w = (68) trong đó: w là khối lượng đá rời, rọ đá hoặc cục bê tông, kg; U b là lưu tốc dòng chảy gần bờ, m/s; y là hệ số Izbash, xác định như sau: - Đối với đá liên kết trong túi, rọ : y = 1,20; - Đối với đá rời : y = 0,86. là khối lượng riêng của đá, kg/m 3 ; là khối lượng riêng của nước biển, kg/m 3 ; là góc nghiêng của mái kè đá bờ sông, độ; d g là đường kính quy đổi hòn đá, m, xác định theo công thức sau: d g = 1,24 (69) 8 Tính toán tổn thất vật liệu qua cửa ngăn dòng khi ngăn dòng bằng cát 8.1 Điều kiện áp dụng 8.1.1 Cát sử dụng làm vật liệu đắp đập ngăn dòng phải thoả mãn yêu cầu sau đây: a) Có đường kính hạt D 50 từ 150 m m đến 250 m m; b) Lưu tốc qua cửa chặn dòng nhỏ hơn 3,0 m/s; c) Khi không xác định được các chỉ tiêu của loại cát, việc ước tính lượng khối lượng cát trôi do dòng chính và dòng xoáy qua cửa ngăn dòng bằng cách sử dụng bảng lập sẵn của Rijkwaterstaat được nêu trong phụ lục F; d) Khi xác định được các chỉ tiêu của loại cát, tính toán khối lượng tổn thất cát trôi do dòng chính và dòng xoáy qua cửa ngăn dòng bằng cách sử dụng biểu đồ lập sẵn của Delft Hydraulic Laboratory, được nêu trong phụ lục G. 8.1.2 Các bãi cát được lựa chọn làm vật liệu ngăn dòng phải có khối lượng khai thác đủ để đắp đập và bù đắp đủ lượng cát bị trôi đi trong quá trình ngăn dòng. Khối lượng có thể khai thác theo tính toán tối thiểu phải gấp hai lần khối lượng đắp đập. 8.1.3 Ngăn dòng bằng cát chỉ nên thực hiện ở các đập có chiều cao dưới 15 m, chủ yếu sử dụng phương pháp lấp bằng, hoặc lấp đứng ở nơi có độ sâu sâu dưới 3 m. 8.2 Phương pháp tính toán 8.2.1 Tính toán lượng cát trôi theo bảng lập sẵn 8.2.1.1 Khi lấp đứng thực hiện theo quy định sau: a) Sử dụng bảng F.1 phụ lục F để tìm lượng cát trôi do dòng chính, m 3 /(m.h); b) Sử dụng bảng F.2 phụ lục F để tìm lượng cát trôi do dòng xoáy ở hai đầu đập, m 3 /(m.h). CHÚ THÍCH: 1) Tìm lượng cát trôi do dòng chính có thể tham khảo ví dụ 12 ở phụ lục H; 2) Tìm lượng cát trôi do dòng xoáy ở hai đầu đập tham khảo ví dụ 13 và ví dụ 14 ở phụ lục H; 3) Khi diện tích dòng chảy còn dưới 150 m 2 thì lượng cát trôi không đáng kể với điều kiện năng lực máy thi công thỏa mãn. 8.2.1.2 Khi lấp bằng có thể sử dụng bảng F.3 phụ lục F để tìm lượng cát trôi trên 1 m chiều dài do dòng chính trong một giờ, m 3 /(m.h). Có thể tham khảo phương pháp tính toán lượng cát trôi trên 1 m chiều dài do dòng chính trong ví dụ 15 phụ lục H. 8.2.2 Tính toán lượng cát trôi theo biểu đồ lập sẵn Biểu đồ lập sẵn áp dụng cho cả phương pháp lấp đứng và lấp bằng, được quy định trong phụ lục G. Có thể tham khảo phương pháp tính toán nêu tại ví dụ 16 và ví dụ 17 trong phụ lục H. 9 Phạm vi bảo vệ xói lở 9.1 Quy định chung 9.1.1 Bảo vệ bờ khi xây dựng công trình ngăn dòng ở vùng ven biển vịnh triều và cửa sông thực hiện theo quy định sau: a) Trước khi ngăn dòng phải đo địa hình khu vực ngăn dòng và vùng lân cận trong phạm vi có chiều dài ít nhất bằng 10 lần chiều cao đập; b) Kiểm tra sự ổn định của bờ và biện pháp bảo vệ bờ ở cửa chặn dòng, hai bờ thượng lưu và hạ lưu đập ngăn dòng. Trong trường hợp ngăn dòng từ một phía phải chú ý biện pháp bảo vệ bờ đối diện; c) Trước khi ngăn dòng phải có biện pháp bảo vệ đáy như rải lớp vải địa kỹ thuật geotextile, vải nilon hoặc bè đệm bằng cây tre, nứa nhờ các thiết bị chuyên dùng; sau đó rải một lớp hoặc nhiều lớp đá; túi đá, bao tải cát hoặc vật liệu khác có thể chịu được lưu tốc tới 4 m/s. 9.1.2 Bảo vệ bờ khi xây dựng công trình ngăn dòng ở đoạn sông có ảnh hưởng triều thực hiện theo quy định sau: a) Công trình trên nền đất bồi tích có độ dày nhỏ hơn 3 m có thể không cần bảo vệ đáy và chấp nhận có hố xói trong quá trình ngăn dòng; b) Công trình trên nền đất bồi tích có độ dày lớn hơn 3 m phải bảo vệ đáy bằng lớp bè đệm đá có độ dày từ 1 m đến 2 m. 9.2 Xác định phạm vi xói lở 9.2.1 Chiều sâu xói lớn nhất xác định theo công thức sau: h max = (70) trong đó: h max là độ sâu xói lớn nhất do dòng chính gây ra, m; U max là lưu tốc lớn nhất chảy qua cửa ngăn dòng, m/s; h 0 là độ sâu nước cuối phần bảo vệ đáy, m; t là thời gian xói, h. 9.2.2 Quan hệ giữa thời gian xói và thời gian xói để đạt độ sâu xói lớn nhất theo công thức sau: (71) t 1 = 180.h (U max – U cr ) (72) trong đó: t 1 là thời gian để đạt được độ sâu xói lớn nhất h max ; U cr là lưu tốc tới hạn chuyển động cát đáy, m/s; A là hệ số thực nghiệm. Chọn A như sau: - Đối với trường hợp lấp bằng: A chọn từ 0,75 đến 0,88; - Đối với trường hợp lấp đứng: A = 0,54. 9.2.3 Chiều dài phạm vi bảo vệ xói đáy được xác định theo phương pháp ngăn dòng. L = m x h max (73) trong đó: L là chiều dài phải bảo vệ đáy, m; h max là độ sâu xói lớn nhất, m; m là hệ số thực nghiệm: - Khi lấp bằng: m chọn từ 5 đến 8; - Khi lấp đứng: m chọn từ 8 đến 10. Phụ lục A (Tham khảo) Đặc điểm thủy triều vùng ven biển của Việt Nam Bảng A.1 - Một vài thông số về đặc điểm thủy triều ở vùng ven biển Việt Nam Vùng biển Chế độ thuỷ triều Độ lớn thuỷ triều Đặc điểm 1. Từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá Nhật triều đều Từ 3 m đến 4 m vào kỳ triều cường và không quá 0,5 m vào kỳ triều kém. Hàng tháng có từ 24 ngày đến 25 ngày nhật triều đều, riêng ở Thanh Hoá có từ 18 ngày đến 22 ngày. 2. Từ Quảng Bình đến cửa Thuận An (Thừa Thiên Huế) Bán nhật triều không đều. Riêng ở cửa Thuận An và vùng lân cận là khu vực duy nhất ở nước ta có bán nhật triều đều, không phân biệt rõ giữa triều cường và triều kém. Độ lớn thủy triều vào những ngày triều cường từ 0,6 m đến 1,1 m. Riêng ở cửa Thuận An và vùng lân cận, độ lớn thủy triều từ 0,4 m đến 0,5 m nhỏ nhất ven bờ biển nước ta. Quá nửa số ngày trong tháng có 2 lần nước lên và 2 lần nước xuống trong ngày. 3. Từ Nam Thừa Thiên Huế đến Bắc Quảng Nam Bán nhật triều không đều Độ lớn thuỷ triều vào những ngày triều cường từ 0,8 m đến 1,2 m. - 4. Từ Bắc Quảng Nam đến Hàm Tân (Bình Thuận) Nhật triều không đều Độ lớn thuỷ triều những ngày triều cường từ 1,2 m đến 2,0 m, độ lớn kỳ triều kém khoảng 0,5 m. Hàng tháng có từ 18 ngày đến 20 ngày nhật triều, thời gian triều dâng lớn hơn triều xuống. 5. Từ Hàm Tân đến Mũi Cà Mau Nhật triều không đều Chênh lệch độ lớn thuỷ triều ở ngày triều cường từ 2,0 m đến 2,5 m. Triều cường thường xẩy ra sau triều kém từ 2 ngày đến 3 ngày. 6. Từ Mũi Cà Mau đến Hà Tiên Tại Rạch Giá hầu hết số ngày trong tháng có chế độ nhật triều không đều, nhưng càng gần Cà Mau và Hà Tiên thì tính chất nhật triều rõ nét hơn. Độ lớn thủy triều ở những ngày triều cường khoảng 1,0 m. Trong năm, thủy triều lên cao nhất vào tháng 12 và tháng 1, xuống thấp vào tháng 6 và tháng 7. - Phụ lục B (Quy định) Biểu đồ xác định tốc độ truyền triều B.1 Tốc độ truyền sóng triều trên các sông vùng ven biển ký hiệu c, đơn vị là m/s, phụ thuộc vào đặc điểm địa hình lòng dẫn, độ sâu nước trung bình, và lưu tốc dòng triều lớn nhất trong chu kỳ triều tại mặt cắt cửa sông. Tốc độ truyền triều đã được các chuyên gia tính toán sẵn và vẽ thành các biểu đồ để dễ sử dụng. B.2 Độ sâu nước trung bình của lòng dẫn ký hiệu là h, đơn vị là m, xác định như sau: a) Đối với sông có mặt cắt ngang tương đối đồng đều, không có lạch sâu và bãi cạn thì độ sâu h là độ sâu lớn nhất ở cửa sông; b) Đối với sông có mặt cắt ngang không đồng đều, có lạch sâu và bãi cạn thì h là độ sâu được tính theo công thức (B.1): h = (h 1 b 1 + h 2 b 2 )/(b 1 + b 2 ) (B.1) trong đó: h 1 là độ sâu ở lạch chính, m; h 2 là độ sâu trung bình ở bãi cạn, m; b 1 là chiều rộng ứng với mực nước trung bình ở đoạn lạch chính, m; b 2 là chiều rộng trung bình đoạn bãi cạn, m. B.3 Lưu tốc dòng triều lớn nhất trong chu kỳ triều tại mặt cắt cửa sông, ký hiệu là U, đơn vị là m/s, lấy theo số liệu thực đo. B.4 Hệ số nhám n của lòng dẫn lấy từ 0,025 đến 0,040. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của lòng dẫn để lựa chọn hệ số nhám n của lòng dẫn phù hợp. B.5 Căn cứ vào kết quả tính toán U, h và chế độ thủy triều của khu vực xây dựng công trình là nhật triều hay bán nhật triều, có thể lựa chọn sử dụng một trong các hình từ B.1 đến B.6 để xác định tốc độ truyền triều c cho phù hợp. Hình B.1 - Biểu đồ xác định tốc độ truyền bán nhật triều ứng với n = 0,025 Hình B.2 - Biểu đồ xác định tốc độ truyền bán nhật triều ứng với n = 0,033 Hình B.3 - Biểu đồ xác định tốc độ truyền bán nhật triều ứng với n = 0,04 Hình B.4 - Biểu đồ xác định tốc độ truyền nhật triều ứng với n = 0,025 Hình B.5 - Biểu đồ x ác định tốc độ truyền nhật triều ứng với n = 0,033 Hình B.6 - Biểu đồ x ác định tốc độ truyền nhật triều ứng với n = 0,04 Phụ lục C (Tham khảo) Giới hạn truyền triều trong mùa kiệt trên các sông ở đồng bằng Bắc bộ và Nam bộ Bảng C.1 - Giới hạn truyền triều trong mùa kiệt trên các sông ở vùng đồng bằng Bắc bộ và vùng đồng bằng Nam bộ Độ sâu sông m Giới hạn truyền triều km Bán nhật triều Nhật triều 3 57,9 111,9 4 66,9 129,3 5 74,8 144,5 6 81,9 158,3 7 88,5 170,0 8 94,6 182,8 9 100,3 193,9 10 105,8 204,4 11 110,9 214,3 12 115,8 223,9 13 120,6 233,0 14 125,0 241,8 15 129,5 250,3 CHÚ THÍCH: Độ sâu sông ghi trong bảng là độ sâu tính từ mực nước trung bình đến đáy sâu nhất ở cửa sông, m. Phụ lục D (Quy định) Biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất D.1 Cấu trúc biểu đồ Hình D.1 giới thiệu biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất khi chặn dòng thi công. Các trục của biểu đồ biểu diễn đại lượng không thứ nguyên gồm trục tung là còn trục hoành là . Tham số đường cong Y trong biểu đồ xác định theo công thức sau: (D.1) trong đó: U g là lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng, m/s; là biên độ triều thiết kế, m; a là độ cao tính từ mực nước trung bình đến đỉnh đập ngăn dòng, m; T là chu kỳ triều thiết kế, s; T M2 là chu kỳ bán nhật triều, s; b là chiều rộng vịnh triều ở mực nước trung bình, m; L b là chiều dài vịnh triều ở mực nước trung bình, m; B k là diện tích mặt vịnh triều ở mực nước trung bình: B k = bxL b ; b s là chiều rộng cửa ngăn dòng, m. D.2 Hướng dẫn xác định tham số trong biểu đồ D .2.1 Trường hợp lấp bằng, tham số xác định như sau: a) Khi đỉnh đập ngăn dòng thấp hơn mực nước trung bình: < 0; b) Khi đỉnh đập ngăn dòng nằm trong khoảng mực nước trung bình đến mực nước triều cao > 0. D.2.2 Trường hợp lấp đứng, do đỉnh đập luôn cao hơn mực nước trung bình nên > 0 CHÚ THÍCH: a) Tìm lưu tốc lớn nhất khi lấp bằng xem ví dụ 6 và ví dụ 7, Phụ lục H; b) Tìm lưu tốc lớn nhất khi lấp đứng xem ví dụ 8, Phụ lục H. Hình D.1 - Biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất Phụ lục E (Tham khảo) Tính toán thủy lực ngăn dòng công trình trên đoạn sông ảnh hưởng triều bằng phương pháp lập bảng E.1 Bảng E.1 giới thiệu một mẫu bảng dùng để tính toán thủy lực ngăn dòng công trình trên đoạn sông ảnh hưởng triều quy định từ 7.3.1 đến 7.3.3. Bảng E.1 - Các bước tính toán lưu tốc Bước tính toán i b i m h i m A i i m 2 U i,max m/s D z i m (1) (2) (3) (4) (5) (6) E.2 Thứ tự tính toán theo bảng E.1 như sau: a) Cột (1) ghi thứ tự các bước lấn dòng i gồm: i = 0 tương ứng với thời điểm chưa lấn dòng (dòng chảy tự nhiên) và i từ 1,2,3,... đến n tương ứng với các thời đoạn lòng dẫn bị thu hẹp dần; b) Cột (2) ghi chiều rộng cửa ngăn dòng b i ứng với bước lấn dòng thứ i. Khi chưa thu hẹp b 0 được xác định bằng số liệu thực đo; c) Cột (3) xác định độ sâu nước tại cửa ngăn dòng h i . Khi chưa thu hẹp h 0 được xác định bằng mực nước thực đo hoặc tính toán từ mực nước truyền triều: h i = h i-1 - D Z i-1 . Chi tiết xem 6.2.2.2; d) Cột (4) xác định diện tích mặt cắt ướt cửa ngăn dòng; A i = b i x h i; e) Cột (5) xác định lưu tốc lớn nhất tại cửa ngăn dòng U i,max . U i,max xác định theo công thức (28), (29) và (30) cho từng trường hợp cụ thể; f) Cột (6) xác định độ hạ thấp mực nước khi lấn dòng D z i = . Phụ lục F (Quy định) Tính khối lượng cát trôi Bảng F.1 - Lượng cát trôi đơn vị do dòng chính ở cửa ngăn dòng khi lấp đứng Đơn vị tính bằng m 3 /(m.h) L ư u tốc m/s Độ sâu m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0,3 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,4 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,5 0,13 0,08 0,07 0,06 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 0,6 0,31 0,21 0,17 0,15 0,13 0,12 0,11 0,11 0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,08 0,7 0,68 0,45 0,36 0,32 0,28 0,26 0,24 0,23 0,22 0,21 0,20 0,19 0,19 0,18 0,8 1,32 0,88 0,71 0,62 0,55 0,51 0,47 0,45 0,42 0,41 0,39 0,38 0,36 0,35 0,9 2,38 1,59 1,28 1,11 1,00 0,92 0,85 0,81 0,77 0,73 0,70 0,68 0,66 0,64 1,0 4,03 2,68 2,17 1,88 1,69 1,55 1,45 1,36 1,30 1,24 1,19 1,15 1,11 1,08 1,1 6,49 4,32 3,49 3,02 2,27 2,50 2,33 2,2 2,09 2,00 1,92 1,85 1,79 1,74 1,2 10,0 6,68 5,39 4,67 4,20 3,86 3,60 3,40 3,23 3,09 2,96 2,86 2,77 2,68 1,3 15,0 9,97 8,05 6,97 6,27 5,76 5,37 5,07 4,81 4,60 4,42 4,27 4,13 4,01 1,4 21,7 14,4 11,7 10,1 9,08 8,34 7,78 7,34 6,97 6,67 6,41 6,18 5,98 5,80 1,5 30,6 20,4 16,5 14,3 12,8 11,8 11,0 10,4 9,85 9,41 9,04 8,72 8,44 8,19 1,6 42,2 28,1 22,7 19,7 17,7 16,3 15,2 14,3 13,6 13,0 12,5 12,0 11,7 11,3 1,7 57,2 38,1 30,8 26,7 24,0 22,0 20,6 19,4 18,4 17,6 16,9 16,3 15,8 15,3 1,8 76,1 50,7 40.9 35,5 31,9 29.3 27,4 25,8 24,5 23,4 22,5 21,7 21,0 20,4 1,9 99,7 66,5 53,7 46,5 41,8 38,4 35,8 33,8 32,1 30,7 29,5 28,4 27,5 26,7 2,0 129 85,9 69,3 60,1 54,0 49,7 46,3 43,7 41,5 39,7 38,1 36,8 35,6 34,5 2,1 164 110 88,5 76,7 68,9 63,4 59,1 55,7 53,0 50,6 48,6 46,9 45,4 44,1 2,2 208 138 112 96,8 87,0 80,0 74,6 70,3 66,8 63,9 61,4 59,2 57,3 55,6 2,3 259 173 139 121 109 99,9 93,2 87,8 83,5 79,8 76,7 73,9 71,6 69,4 2,4 321 214 173 150 134 124 115 109 103 98,7 94,8 91,5 88,5 85,9 2,5 393 262 212 183 165 152 141 133 127 121 116 112 109 105 2,6 478 319 257 223 201 184 172 162 154 147 142 137 132 128 2,7 578 385 311 269 242 223 208 196 186 178 171 165 160 155 2.8 693 462 373 323 291 267 249 235 223 213 205 198 191 186 2,9 826 551 444 385 346 318 297 280 266 254 244 236 228 221 3,0 979 652 527 456 410 377 352 332 315 301 289 279 270 262 CHÚ THÍCH: Sử dụng với loại cát có độ rỗng n = 0,4; đường kính 200 m m; độ nhám 0,1 m. Bảng F.2 - Lượng cát trôi đơn vị do dòng xoáy ở cửa ngăn dòng khi lấp đứng Đơn vị tính bằng m 3 / ( m.h ) Lưu tốc m/s Độ sâu m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0,3 0,19 0,15 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0,11 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,4 0,52 0,42 0,38 0,35 0,34 0,32 0,31 0,3 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,27 0,5 1,13 0,92 0,83 0,77 0,73 0,70 0,68 0,66 0,64 0,63 0.61 0,60 0,59 0,59 0,6 2,14 1,75 1,57 1,46 1,39 1,33 1,28 1,25 1,21 1,19 1,16 1,14 1,12 1,11 0,7 3,67 3,0 2,69 2,51 2,38 2,28 2,20 2,14 2,08 2,04 2,00 1,96 1,93 1,90 0,8 5,86 4,78 4,30 4,00 3,79 3,64 3,51 3,41 3,32 3,25 3,19 3,13 3,08 3,03 0,9 8,85 7,22 6,49 6,04 5,73 5,49 5,30 5,15 5,02 4,91 4,81 4,73 4,65 4,58 1,0 12,8 10,4 9,38 8,74 8,28 7,94 7,67 7,45 7,26 7,10 6,96 6,83 6,72 6,62 1,1 17,9 14,6 13,1 12,2 11,6 11,1 10,7 10,4 10,1 9,91 9,71 9,54 9,38 9,24 1,2 24,2 19,8 17,8 16,5 15,7 15 14,5 14,1 13,7 13,4 13,2 12,9 12,7 12,5 1,3 32,0 26,2 23,5 21,9 20,7 19,9 19,2 18,7 18,2 17,8 17,4 17,1 16,8 16,6 1,4 41,5 33,9 30,5 28,4 26,9 25,8 24,9 24,2 23,6 23,0 22,6 22,2 21,8 21,5 1,5 52,9 43,2 38,8 36,1 34,2 32,8 31,7 30,8 30,0 29,3 28,8 28,2 27,8 27,4 1,6 66,3 54,1 48,6 45,3 42,9 41,1 39,7 38,6 37,6 36,8 36,0 35,4 34,8 34,3 1,7 81,9 66,9 60,1 56,0 53,1 50,9 49,1 47,7 46,5 45,5 44,6 43,8 43,1 42,4 1,8 100 81,7 73,4 68,3 64,8 62,1 60,0 58,3 56,8 55,5 54,4 53,5 52,6 51,8 1,9 121 98,7 88.7 82,6 78,3 75,1 72,5 70,4 68,6 67,1 65,8 64,6 63,5 62,6 2,0 145 118 106 98,8 93,7 89,8 86,8 84,2 82,1 80,3 78,7 77,3 76 74,9 2,1 172 140 126 117 111 107 103 99,9 97,4 95,3 93,4 91,7 90,2 88,9 2,2 202 165 148 138 131 125 121 118 115 112 110 108 106 105 2,3 236 193 173 161 153 147 142 137 134 131 128 126 124 122 2,4 274 224 201 187 177 170 164 159 155 152 149 146 144 142 2,5 316 258 232 216 205 196 189 184 179 175 172 169 166 164 2,6 363 296 266 248 235 225 217 211 206 201 197 194 190 188 2,7 414 338 303 283 268 257 248 241 235 230 225 221 217 214 2.8 470 384 345 321 304 292 282 274 267 261 256 251 247 243 2,9 531 434 390 363 344 330 319 309 301 295 289 284 279 275 3,0 598 488 439 409 387 371 359 348 339 332 325 320 314 310 CHÚ THÍCH: Sử dụng với loại cát có độ rỗng n = 0,4; đường kính 200 m m; độ nhám 0,1 m Bảng F.3 - Lượng cát trôi đơn vị do dòng chính ở cửa ngăn dòng khi lấp bằng Đơn vị tính bằng m 3 / ( m.h ) L ư u tốc m/s Độ sâu m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0,30 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,40 0,03 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,50 0,10 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 0.03 0,03 0,03 0,03 0,60 0,26 0,17 0,14 0,12 0,11 0,10 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,07 0,07 0,07 0,70 0,56 0,38 0,30 0,26 0,24 0,22 0,20 0,19 0,18 0,17 0,17 0,16 0,16 0,15 0,80 0,10 0,73 0,59 0,51 0,46 0,42 0,40 0,37 0,35 0,34 0,33 0,31 0,30 0,29 0,90 1,98 1,32 1,07 0,92 0,83 0,76 0,71 0,67 0,64 0,61 0,59 0,57 0,55 0,53 1,00 3,36 2,24 1,81 1,56 1,41 1,29 1,21 1,14 1,08 1,03 0,99 0,96 0,93 0,90 1,10 5,40 3,60 2,91 2,52 2,27 2,08 1,94 1,83 1,74 1,66 1,60 1,54 1,49 1,45 1,20 8,35 5,57 4,49 3,89 3,50 3,22 3,00 2,83 2,69 2,57 2,47 2,38 2,31 2,24 1,30 12.5 8,31 6,70 5,81 5,22 4,80 4,48 4,22 4,01 3,84 3,69 3,55 3,44 3,34 1,40 18,0 12,0 9,71 8,42 7,57 6,95 6,49 6,12 5,81 5,56 5,34 5,15 4,98 4,84 1,50 25,5 17,0 13,7 11,9 10,7 9,82 9,16 8,64 8,21 7,85 7,54 7,27 7,04 6,83 1,60 35,2 23,5 18,9 16,4 14,8 13,6 12,6 11,9 11,3 10,8 10,4 10,0 9,71 9,43 1,70 47,6 31,8 25,6 22,2 20,0 18,4 17,1 16,1 15,3 14,7 14,1 13,6 13,2 12,8 1,80 63,4 42,3 34,1 29,6 26,6 24,4 22,8 21,5 20,4 19,5 18,8 18,1 17,5 17,0 1,90 83,1 55,4 44,7 38,7 34,8 32,0 29,9 28,2 26,8 25,6 24,6 23,7 22,9 22,3 2,00 107 71,6 57,8 50,1 45,0 41,4 38,6 36,4 34,6 33,1 31,8 30,6 29,6 28,8 2,10 137 91,4 73,7 63,9 57,5 52,8 49,3 46,4 44,1 42,2 40,5 39,1 37,8 36,7 2,20 173 115 93,1 80,6 72,5 66,6 62,2 58,6 55,7 53,2 51,2 49,3 47,7 46.3 2,30 216 144 116 101 90,5 83,2 77,6 73,2 69,6 66,5 63,9 61,6 59,6 57.9 2,40 267 178 144 125 112 103 96,0 96,0 86,0 82,3 79,0 76,2 73,8 71.6 2,50 328 218 176 153 137 126 118 111 106 101 96,9 93,5 90,5 87,8 2,60 399 266 215 186 167 154 143 135 128 123 118 114 110 107 2,70 482 321 259 225 202 186 173 163 155 148 142 137 133 129 2,80 578 385 311 269 242 223 208 196 186 178 171 165 159 155 2,90 688 459 370 321 289 265 247 233 222 212 204 196 190 184 3,00 815 544 439 380 342 314 293 276 263 251 241 233 225 218 CHÚ THÍCH: Sử dụng với loại cát có độ rỗng n = 0,4; đường kính 200 m m; độ nhám 0,1 m Phụ lục G ( Quy định ) Tính toán tổn thất cát trôi bằng phương pháp tra biểu đồ Cấu trúc biểu đồ tính toán tổn thất cát trôi thể hiện trên hình G.1. Khi sử dụng biểu đồ này để tính toán cần phóng to theo cỡ giấy tối thiểu là A3. Cách sử dụng xem ví dụ 16 và ví dụ 17 ở phụ lục H. Hình G.1 – Biểu đồ xác định khối lượng cát trôi qua cửa ngăn dòng Phụ lục H ( Tham khảo ) Các ví dụ tính toán VÍ DỤ 1: Bán nhật triều truyền vào một con sông. Biết độ sâu của sông là 8 m, lưu tốc dòng triều lớn nhất đo được u = 1,3 m/s, hệ số nhám n của sông bằng 0,025. Yêu cầu xác định tốc độ truyền triều c. Cách giải như sau: Tra biểu đồ hình B.1 tìm được tốc độ truyền triều c là 5,8 m/s. VÍ DỤ 2: Một sông ảnh hưởng thủy triều có các thông số sau: chiều rộng trung bình B = 200 m; C 2 = 3 600 m/s 2 ; T = 86 400 s, h = 10 m, n = 0,025, (x=-l) = 1,2 m, u = 1,1 m/s, Q 0 = 0. Tìm biên độ mực nước tại vị trí cách cửa biển 70 km khi chưa xây dựng công trình. Cách giải như sau: a) Tính tốc độ truyền triều c: Từ biểu đồ hình B.4 tìm được c = 6 m/s; b) Tính l theo công thức (8): tính được =1,47 x10 -5 l/m; c) Tính được = 0,36; Biên độ mực nước khi chưa có công trình tại vị trí cách cửa biển 70 km về phía thượng lưu tính theo công thức (7): (x=0) = 1,2 x 0,36 (x=0) = 0,43 m. VÍ DỤ 3 : Cùng số liệu như ví dụ 2. Yêu cầu xác định điều kiện mực nước trước khi chặn dòng. Cách giải như sau: a) Tìm sự biến đổi mực nước tại vị trí có công trình ngăn dòng trên sông. Tính theo công thức (11): tính được S 1 = 3,5; Tính theo công thức (12): tính được S 2 = 0,514; b) Mực nước trước khi chặn dòng: Sử dụng bảng 3 tìm được hệ số biến đổi mực nước cosh ( rl) là 1,05. Như vậy mực nước trước khi chặn dòng là: 0,43 x 1,05 = 0,452 m. VÍ DỤ 4 : Một cửa chặn dòng có các thông số như sau: - Diện tích mặt nước vịnh triều ở mực nước trung bình F = 1 135 000 m 2 ; - Biên độ triều = 1,88 m; - Chu kỳ triều T = 86 400 s; - Độ sâu nước ở cửa chặn dòng so với mực nước trung bình h = 2,5 m; - Diện tích mặt cắt cửa chặn dòng A = 100 m 2 . Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi chiều rộng cửa chặn dòng là 40 m . Cách giải như sau: a) Diện tích mặt cắt cửa chặn dòng xác định gần đúng: A = 40 m x 2,5 m A = 100 m 2 . b) Thay các số liệu đã biết vào công thức (13): tìm được U max = 3,88 m/s VÍ DỤ 5 : Một vịnh triều có đặc trưng như sau: - Chu kỳ triều thiết kế T = 44 700 s; - Chiều rộng vịnh triều b = 300 m; - Chiều dài vịnh triều L b = 2 000 m; - Chiều sâu trong vịnh triều tính từ mực nước trung bình h = 10 m; - Biên độ mực nước triều = 1,5 m; - Ngăn dòng theo phương pháp lấp bằng. Ở một thời điểm nào đó, giả sử đỉnh đập ngăn dòng còn thấp hơn mực nước trung bình a = - 6,0 m. Yêu cầu tìm lưu tốc lớn nhất khi chiều rộng cửa chặn dòng có b s = 50 m. Cách giải như sau: a) Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất: L = xT L = x 44 700 L = 442 733 m = = 0,0045 < 0,05. Như vậy biểu đồ có giá trị áp dụng. b) Sử dụng biểu đồ trong hình D.1: - Tính diện tích vịnh triều: b x L b = 600 000 m 2 - Tính tham số Y theo công thức (D.1) : Y = Y = 10 - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều xuống: với và Y = 10, tra trên biểu đồ hình D.1 tìm được . Vậy U g = 0,40 m/s. - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều lên: với và Y = 10, tra trên biểu đồ hình D.1 tìm được . Vậy U g = 0,55 m/s. VÍ DỤ 6 : Một vịnh triều có đặc trưng như sau: - Chu kỳ triều thiết kế T = 32 400 s; - Chiều rộng vịnh triều b = 300 m; - Chiều dài vịnh triều L b = 1 500 m; - Chiều sâu trong vịnh triều tính từ mực nước trung bình h = 10 m; - Biên độ mực nước triều = 1,5 m; - Ngăn dòng theo phương pháp lấp bằng. Ở một thời điểm nào đó, giả sử đỉnh đập ngăn dòng cao hơn mực nước trung bình a = + 0,5 m. Yêu cầu tìm lưu tốc lớn nhất khi chiều rộng cửa chặn dòng có b s = 50 m. Cách giải như sau: a) Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất: L = xT L = x 32 400 L = 321 000 m = = 0,0047 < 0,05. Như vậy biểu đồ có giá trị áp dụng. b) Sử dụng biểu đồ trong hình D.1: - Diện tích vịnh triều ở mực nước trung bình: B k = bxL b B k = 300 x 1 500 B k = 450 000 m 2 - Tính tham số Y theo công thức (D.1): Y = 10,2 - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều xuống: với , Y = 10,2 tra trên biểu đồ D.1 tìm được . Vậy U g = 2,1 m/s. - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều lên: với , Y = 10,2 tra trên biểu đồ D.1 tìm được . Vậy U g = 2,5 m/s. VÍ DỤ 7 : Một vịnh triều có đặc trưng như sau: - Chu kỳ triều thiết kế T = 44 700 s; - Chiều rộng vịnh triều b = 500 m; - Chiều dài vịnh triều L b = 1 500 m; - Chiều sâu trong vịnh triều tính từ mực nước trung bình h = 5 m; - Biên độ mực nước triều = 1,3 m; - Ngăn dòng theo phương pháp lấp đứng. Yêu cầu tìm lưu tốc lớn nhất khi chiều rộng cửa chặn dòng có b s = 30 m. Cách giải như sau: a) Kiểm tra điều kiện áp dụng biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất: L = xT L = x 44 700 L = 313 000 m = = 0,0048 < 0,05. Như vậy biểu đồ có giá trị áp dụng. b) Sử dụng biểu đồ lưu tốc thiết kế trong hình D.1: - Diện tích vịnh triều ở mực nước trung bình: B k = bxL b B k = 500 x 1 500 B k = 750 000 m 2 - Tính tham số Y theo công thức (D.1): Y = 22 - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều xuống: với , Y = 22, tra trên biểu đồ hình D.1 tìm được . Vậy U g = 0,97 m/s. - Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa chặn dòng khi triều lên: với , Y = 22, tra trên biểu đồ hình D.1 tìm được . Vậy U g = 1,1 m/s. VÍ DỤ 8 : Xây dựng đập ngăn dòng trên sông có ảnh hưởng triều ở một vị trí xác định. Tại đó lưu lượng dòng chảy sông lớn nhất các tháng mùa kiệt Q 0 = 150 m 3 /s, biên độ lưu lượng triều truyền vào đến tuyến ngăn dòng = 100 m 3 /s, chiều rộng sông tại tuyến công trình b 0 = 100 m, độ sâu h 0 = 8 m. Tính lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng khi lấp đứng ứng với các mức độ thu hẹp: 80 m, 60 m, 40 m và 30 m. Cách giải như sau: a) Tính l 1 : l 1 = l 1 = l 1 = 0,66 b) Tính M: M = Q 0 (1 + l 1 ) M = 150 x (1 + 0,66) M = 249 m3/s c) Tính lưu tốc qua cửa thu hẹp theo công thức (28): U i,max = M/A i U i,max = 249/A­ i Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng ứng với các giai đoạn trình bày trong bảng H.1: Bảng H.1 - Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng ứng với các mức độ thu hẹp trong ví dụ 8 theo hướng dẫn ở phụ lục D Bước tính toán i b i m h i m A i i m 2 U i max m/s D z i m 0 100 8,00 800 0,31 0,005 1 80 7,99 639 0,39 0,008 2 60 7,98 479 0,52 0,014 3 40 7,97 319 0,70 0,030 i 4 30 7,94 238 1,05 - VÍ DỤ 9 : Xây dựng đập ngăn dòng trên sông có ảnh hưởng triều ở một vị trí xác định. Tại đó lưu lượng dòng chảy sông lớn nhất các tháng mùa kiệt Q 0 = 170 m 3 /s, biên độ lưu lượng triều truyền vào tại tuyến ngăn dòng = 650 m 3 /s; chiều rộng sông tại tuyến công trình b 0 = 120 m, độ sâu h 0 = 8 m. Yêu cầu tính lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng khi lấp đứng ứng với mức độ thu hẹp là 100 m, 80 m, 60 m, 40 m và 30 m. Cách giải như sau: a) Tính l 2 : l 2 = l 2 = l 1 = 0,26 b) Tính M: M = M = 650 x (1 + 0,26) M = 819 m 3 /s. c) Tính lưu tốc qua cửa thu hẹp theo công thức ( 31 ): U i,max = M/A i U i,max = 819/A­ i Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng ứng với các giai đoạn trình bày trong bảng H.2. Bảng H.2 - Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng ứng với các mức độ thu hẹp trong ví dụ 9 theo hướng dẫn ở phụ lục D Bước tính toán i b i m h i m A i m 2 U i,max m/s D z i m 0 120 8,00 960 0,85 0,037 1 100 7,96 796 1,03 0,054 2 80 7,91 633 1,29 0,085 3 60 7,82 469 1,74 0,154 4 40 7,67 307 2,67 0,363 5 30 7,31 219 3,74 - VÍ DỤ 10 : Xây dựng một đập ngăn trên đoạn sông có ảnh hưởng triều cách cửa biển 20 km, sông có bề rộng trung bình b 0 = 120 m, độ sâu nước thực đo ở mực nước triều lớn nhất tại cửa sông h 0 = 8 m, hệ số nhám n = 0,025, lưu tốc lớn nhất trong chu kỳ triều tại cửa sông U = 0,9 m/s. Chế độ nhật triều, biên độ triều ở cửa biển m. Yêu cầu tính lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng trong quá trình xây dựng. Cách giải như sau: a) Tính tốc độ truyền triều vào sông ứng với các thông số đã biết gồm n = 0,025; h 0 = 8 m; U = 0,9 m/s; T = 86 400 s. Sử dụng biểu đồ hình B.4 tìm được tốc độ truyền triều c = 5,2 m/s. b) Tính hệ số ma sát Chézy theo công thức (5): C = . Kết quả tính toán cho C = 56 m 1/2 /s ; c) Tính đại lượng m .A theo công thức (35): m .A = m .A = 3,6 x 10 -4 1/s d) Tính l theo công thức (34): l = l = 3,47 x 10 -5 1/s e) Tính M theo công thức (32): M = M = 377 m 3 /s f) Tính lưu tốc qua cửa thu hẹp theo công thức (31): U i max = U i,max = 377/A­ i Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng ứng với các giai đoạn, chi tiết xem bảng H.3. Bảng H.3 - Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất qua cửa ngăn dòng trong ví dụ 10 theo hướng dẫn ở phụ lục D Bước tính toán i b i m h i m A i m 2 U i,max m/s D z i m 0 120 8,00 960 0,39 0,008 1 100 7,99 799 0,47 0,011 2 80 7,98 638 0,59 0,018 3 60 7,96 478 0,79 0,030 4 40 7,93 317 1,19 0,070 5 30 7,86 239 1,41 - VÍ DỤ 1 1 : Lưu tốc lớn nhất tại cửa chặn dòng là 4,5 m/s. Vùng cửa chặn dòng có độ cao sóng là 0,5 m. Tính đường kính vật liệu chặn dòng. Cách giải như sau: Thay số liệu vào công thức (63): D s = 0,0131 tính được D s = 1,03 m VÍ DỤ 12 : Biết U = 1,0 m/s; độ sâu cửa ngăn dòng 12 m, loại cát sử dụng có đường kính hạt D 50 = 200 m m, độ rỗng n = 0,4, độ nhám k s = 0,1 m. Yêu cầu tìm lượng cát trôi đơn vị do dòng chính trong quá trình ngăn dòng bằng phương pháp lấp đứng. Cách giải như sau: Sử dụng bảng F.1 tìm được lượng cát trôi đơn vị E m = 1,15 m 3 /(m.h) VÍ DỤ 13 : Cùng số liệu trong ví dụ 12, tìm lượng cát trôi đơn vị do dòng xoáy trong quá trình ngăn dòng bằng phương pháp lấp đứng. Cách giải như sau: Sử dụng bảng F.2 tìm được lượng cát trôi đơn vị do dòng xoáy E t = 6,83 m 3 /(m.h). VÍ DỤ 14 : Tại cửa chặn dòng khi lấp đứng có U = 2,0 m/s; độ sâu cửa chặn dòng 6 m, loại cát sử dụng có đường kính hạt D 50 = 300 m m, n = 0,025, độ nhám k s = 0,15 m. Tìm khối lượng cát trôi đơn vị do dòng xoáy ở hai đầu đập tại cửa chặn dòng. Cách giải như sau: Sử dụng bảng F.2 tìm được lượng cát trôi đơn vị E t = 89,8 m 3 /(m.h). VÍ DỤ 15 : Biết U = 1,5 m/s; độ sâu cửa ngăn dòng là 8 m, loại cát sử dụng có đường kính hạt D 50 = 200 m m, độ rỗng n = 0,4, độ nhám k s = 0,1 m. Tìm lượng cát trôi đơn vị do dòng chính trong quá trình ngăn dòng bằng phương pháp lấp bằng. Cách giải như sau: Với số liệu đã cho, sử dụng bảng F.3 tìm được khối lượng đất cát trôi đơn vị do dòng chính là 8,64 m 3 /(m.h). VÍ DỤ 16 : Ngăn dòng bằng cát một công trình có các đặc trưng như sau: F = 100 m m, n = 0,030, u = 1,30 m/s, d = 4 m. Tìm khối lượng cát bị trôi trên một đơn vị chiều dài. Cách giải như sau: Tìm các giá trị một cách liên hoàn ở các khu của biểu đồ hình G.1 tìm được khối lượng cát trôi trên một đơn vị chiều dài là 54 m 3 /(h.m). VÍ DỤ 17 : Quá trình ngăn dòng ở một công trình có các đặc trưng như sau: F = 210 m m , n = 0,020 , u = 2,00 m/s; d = 3,5 m . Tìm khối lượng cát bị trôi trên một đơn vị chiều dài. Cách giải như sau: Tìm các giá trị một cách liên hoàn ở các khu của biểu đồ hình G.1 tìm được khối lượng cát trôi trên một đơn vị chiều dài là 18 m 3 /(h.m). MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Phạm vi áp dụng 2 Tài liệu viện dẫn 3 Thuật ngữ và định nghĩa 4 Yêu cầu kỹ thuật chung 4.1 Điều kiện tự nhiên 4.2 Công nghệ xây dựng 4.3 Công tác đo đạc phục vụ tính toán thủy lực ngăn dòng 4.4 Thí nghiệm mô hình vật lý 4.5 Lựa chọn vị trí, thời gian ngăn dòng và chặn dòng 5 Tính toán xác định các điều kiện biên về thủy lực 5.1 Xác định mực nước khi ngăn dòng cho công trình ở ven biển, vịnh triều, cửa sông 5.2 Xác định mực nước khi ngăn dòng công trình trên đoạn sông có ảnh hưởng triều 6 Tính toán thuỷ lực ngăn dòng 6.1 Công trình ở vùng ven biển, vịnh triều 6.2 Công trình ở cửa sông 6.3 Công trình ngăn dòng trên đoạn sông có ảnh hưởng thủy triều 7 Tính toán đường kính vật liệu ngăn dòng 7.1 Đường kính danh nghĩa của vật liệu 7.2 Tiêu chuẩn ổn định vật liệu 7.3 Tính toán kích cỡ vật liệu lớp bảo vệ đáy trong khu vực ngăn dòng 7.4 Tính toán kích cỡ vật liệu chặn dòng chịu tác dụng của dòng chảy và sóng 7.5 Xác định kích cỡ vật liệu bảo vệ bờ khi ngăn dòng 8 Tính toán tổn thất vật liệu qua cửa ngăn dòng khi ngăn dòng bằng cát 8.1 Điều kiện áp dụng 8.2 Phương pháp tính toán 9 Phạm vi bảo vệ xói lở 9.1 Quy định chung 9.2 Xác định phạm vi xói lở Phụ lục A (Tham khảo) Đặc điểm thuỷ triều vùng ven biển của Việt Nam Phụ lục B (Quy định) Biểu đồ xác định tốc độ truyền triều Phụ lục C (Tham khảo) Giới hạn truyền triều trong mùa kiệt trên các sông ở đồng bằng Bắc bộ và Nam bộ Phụ lục D (Quy định) Biểu đồ thiết kế tìm lưu tốc lớn nhất Phụ lục E (Tham khảo) Tính toán thủy lực ngăn dòng công trình trên đoạn sông ảnh hưởng triều bằng phương pháp lập bảng Phụ lục F (Quy định) Tính khối lượng cát trôi Phụ lục G (Quy định) Tính toán tổn thất cát trôi bằng phương pháp tra biểu đồ Phụ lục H (Tham khảo) Các ví dụ tính toán [1] Thùng chìm ( caissons) là một loại kết cấu bê tông cốt thép hình hộp rỗng. Kích thước của thùng chìm phụ thuộc vào điều kiện thủy lực thực tế tại cửa chặn dòng và kết quả tính toán thiết kế ngăn dòng. Sau khi lai dắt về vị trí chặn dòng, thùng chìm được đánh chìm và neo giữ ổn định bằng công nghệ phù hợp, sau đó được chất thêm tải trọng bằng vật liệu thông dụng như đất, đá, cát, sỏi...