บทที่5 : การออกแบบเขื่อนป องกัน ... · 2016-08-17 · บทที่5 : การออกแบบเขื่อนป องกันตลิ่ง

บทท 5 : การออกแบบเขอนปองกนตลง ดานวศวกรรม

สารบญ หวขอ หนา 1.1 การออกแบบโครงสรางปดทบหนาตลง 5-1 1.1.1 สวนประกอบของโครงสรางปดทบหนาตลง 1.1.2 การออกแบบเขอนปองกนตลงชนดลาดเอยง 1.1.3 การออกแบบชนปองกนการกดเซาะ 1.1.4 การออกแบบชนกรองวสดกรอง 1.1.5 โครงสรางปดทบหนาตลงชนดหนเรยง 1.2 การออกแบบเขอนปองกนตลงชนดแนวตง 5-26 1.2.1 แรงทกระทากบเขอนปองกนตลง 1.2.2 แรงดนดนดานขาง 1.2.3 การวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลง เอกสารอางอง

การออกแบบเขอนปองกนตลง บทท 5 หนา 5-1

นายศภกจ ศรโชคธนทรพย

วศวกรวชาชพ 8วช (วศวกรรมโยธา) สานกวศวกรรมโครงสรางและงานระบบ)

และนายเสถยร เจรญเหรยญ วศวกรวชาชพ 8 วช (วศวกรรมโยธา)

ศนยวจยและพฒนาอาคาร สานกควบคมและตรวจสอบอาคาร

1.1 โครงสรางปดทบหนาตลง

โครงสรางปดทบหนาตลง (Revetment) เปนโครงสรางทมวตถประสงคเพอปองกนหนาตลงจากการกดกรอนของกระแสนาหรอคลน โดยทว ๆ ไป โครงสรางปดทบหนาตลงมกจะเปนโครงสรางแบบผสม (Composite Structure) โดยตวโครงสรางปดทบหนาตลงนไมไดมวตถประสงคเพอปรบปรงคณภาพทางดานความมนคงของตลง ดงนน กอนการกอสรางโครงสรางปดทบหนาตลงจะตองมการตรวจสอบหรอปรบปรงคณภาพของดนหนาตลงใหมความมนคงของตลง (Stabilty) เสยกอน

1.1.1 สวนประกอบของโครงสรางปดทบหนาตลง (Components of Revetment)

โดยปกตทวไปโครงสรางปดทบหนาตลงจะประกอบดวยสวนสาคญ 2 สวน คอ - ชนปองกนการกดเซาะ (Armor Layer)

- ชนวสดกรอง (Filter Layer หรอ Under Layer)

รปท 1 : สวนประกอบของโครงสรางปดทบหนาตลง

นอกจากนโครงสรางปดทบหนาตลงจะประกอบดวย สนเขอน (Crest) ตนเขอน (Toe) และจดเรมตนหรอจดสนสดของเขอน (Edge Structure) เพอใหโครงสรางปดทบหนาตลงสามารถทางานไดตามวตถประสงคของการออกแบบไดอยางมประสทธภาพ

บทท 5 : การออกแบบเขอนปองกนตลง ดานวศวกรรม


(1) ชนปองกนการกดเซาะ (Armor Layer) ชนปองกนการกดเซาะนจะเปนโครงสรางสวนทปองกนการกดเซาะโดยตรงของแรงจากกระแสนา หรอคลนหรอแรงกระทาภายนอกทอาจเกดขนได สาหรบวสดทจะนามาใชเปนโครงสรางของชนปองกนการกดเซาะนมคณสมบตสาคญทจะตองพจารณาอย 2 อยาง คอ

(1.1) ความสามารถในการซมผานได (Permeability) เชน แผง ค.ส.ล. กบชนหนเรยงมความ สามารถในการซมผานไดทตางกน จะมการออกแบบทตางกน

(1.2) ความยดหยน (Flexibility) เพราะโครงสรางปดทบหนาตลงเปนโครงสรางทกอสรางบนดน ซงมกจะมการยบตวทเปนสาเหตทใหเกดการวบตของโครงสรางไดถาไมมความยดหยนหรอความแขงแรงเพยงพอ (2) ชนวสดกรอง(Under Layer หรอ Filter Layer) ชนวสดกรองจะเปนชนทอยระหวางดนหนาตลงหรอวสดถมกบชนปองกนการกดเซาะโดยมากจะเปนวสดประเภท กรวดคละ, หนคละ, หรอแผนใยสงเคราะห โดยทวไปแลวการทโครงสรางปดทบหนาตลงเกดการเสยหายมกจะเกดจากการทชนวสดกรองไมสามารถทางานไดอยางมประสทธภาพ หนาททสาคญของชนวสดกรองคอ

(1) ทาหนาทเปนตวกรอง (Filter) เพอปองกนการถกพดพาออกไปของดนภายใตโครงสราง (2) ทาหนาทเปนชนระบายนาในแนวขนานกบระนาบตลง (3) ทาหนาทเปนฐานใหกบชนปองกนการกดเซาะในกรณทชนปองกนการกดเซาะเสยหายไป

บางสวน (4) ทาหนาทชวยสลายพลงงานทเกดจากคลนหรอกระแสนาทกระทาตอโครงสราง

1.1.2 การออกแบบเขอนปองกนตลงชนดลาดเอยง

ขนตอนทวไปในการกออกแบบโครงสรางปดทบหนาตลงมดงน (1) กาหนดขอกาหนดในการออกแบบ (Design Condition) เชน นาหนกบรรทก (2) หนาทการปองกนหนาตลง (3) สมมตรปแบบของโครงสรางปดทบหนาตลง (4) ตรวจสอบความมนคงของตลง (Stability of Bank) (5) ออกแบบชนปองกนการกดเซาะ (6) ออกแบบชนวสดกรอง (7) ออกแบบรายละเอยด เชน สนเขอน, ตนเขอน, จดเรมตนและจดสนสด

ของเขอนจดสนสดของเขอน 1.1.3 การออกแบบชนปองกนการกดเซาะ (Design of Armor Layer)

(1) ชนดของชนปองกนการกดเซาะ ชนปองกนการกดเซาะสามารถแบงออกเปน 4 ประเภทใหญ ๆ ตามวสดทใชทาไดดงน

(1.1) หน (1.2) คอนกรต (1.3) จโอเทกไทล (Geotextile) (1.4) แอสฟลต


(2) ความมนคงของชนปองกนการกดเซาะ (Stability of Armor Layer) แรงกระทาจากคลนและกระแสนาทกระทาตอชนปองกนการกดเซาะจะขนอยกบลกษณะของชนปองกนการกดเซาะ ถาลกษณะของชนปองกนการกดเซาะเปนแบบนาซมผานไมได (Impermeable) แรงกระทาสวนใหญจะเปนลกษณะของแรงภายนอก ดงแสดงในรป 2(a) โดยในกรณนชนปองกนการกดเซาะจะตองออกแบบใหสามารถรบแรงกระแทกจากคลน, การเปลยนแปลงแรงดนเนองจากกระแสนาทปนปวน, แรงลากทผว(Drag Forces) เนองจากกระแสนาขนนาลง ถาลกษณะของชนปองกนการกดเซาะเปนแบบนาซมผานได (Permeable) การไหลของกระแสนาสามารถผานเขาไปในชนปองกนการกดเซาะไดดงแสดงในรป 2 (b) ซงลกษณะของชนปองกนการกดเซาะแบบนจะมการสลายของแรงภายในชนปองกนการกดเซาะซงจะเปนสาเหตใหการออกแบบชนกรองมความย งยากมากขน เพราะมผลตอความมนคงของชนปองกนการกดเซาะมากขน

รปท 2 : ผลของความสามารถในการซมผานได ของชนปองกนการกดเซาะตอแรงกระทาของนา

จากผลของการทดลองททาขนเพอหาคาแรงดนยกขน (Uplift Pressure) ทกระทาตอชนสวนของชน ปองกนการกดเซาะเนองจากคลน (Blaauw et al, 1984) แสดงใหเหนวาความมนคงของชนปองกนการกดเซาะจะเพมขนเมอความสามารถในการซมผานไดเพมขน หรอ ความหนาหรอความสามารถในการซมผานไดของชนวสดกรองลดลง

รปท 3 : Effect of amer layer form on hydncdy namic farcos on revetment


แรงทกระทาตอชนสวนของชนปองกนการกดเซาะดงแสดงใน รปท 3 ซงแรงดงกลาว จะขนอยกบ ลกษณะของพนผวของชนปองกนการกดเซาะวาราบเรยบหรอขรขระ โดยพนผวทขรขระจะทาใหเกดแรงยกขนมากกวาพนผวทราบเรยบ สาหรบการออกแบบชนปองกนการกดเซาะของชนปองกนการกดเซาะแตละประเภทจะกลาวโดยละเอยดในหวขอตอไป ปจจยสาคญทมผลตอความมนคงของชนปองกนการกดเซาะมดงน

(1) นาหนกและขนาดของชนสวนประกอบของชนปองกนการกดเซาะ (2) การรองรบของชนวสดกรองและชนดนใตชนวสดกรองหรอดนหนาตลง (3) แรงเสยดทานระหวางชนสวนของชนปองกนการกดเซาะและแรงเสยดทานระหวางชนปองกน

การกดเซาะกบชนวสดกรอง และแรงเสยดทานระหวางชนวสดกรองกบชนดนใตชนวสดกรอง (4) แรงดนในระนาบของโครงสรางปดทบหนาตลง (5) ความชนของโครงสรางปดทบหนาตลง (6) แรงขดทาน (Interlock) , การเชอมยด (Grouting) และการหอหม (Cabling) ระหวางชนสวน

ของชนปองกนการกดเซาะ (7) สมอ หรอโครงสรางใด ๆ ทรบแรงเฉอนระหวางชนสวนของชนปองกนการกดเซาะกบชนดนใต

ชนวสดกรอง

1.1.4 การออกแบบชนชนวสดกรอง

กอนทาการออกแบบชนวสดกรองจะตองรวาชนวสดกรองทจะออกแบบจะตองทาหนาทอะไรบางในโครงสรางปดทบหนาตลงเพราะชนวสดกรองเปนองคประกอบสาคญทมผลตอความแขงแรงของชนปองกนการกดเซาะ ในปจจบนนมการใชแผนใยสงเคราะหเปนชนวสดกรองอยางแพรหลายเพราะสามารถทางานไดงายและทาการกรองไดอยางมประสทธภาพ แตอยางไรกตามการใชวสดคละ เชน หนคละ, กรวดคละ กยงเปนวสดกรองทใชกนแพรหลายเชนกน เนองจากวสดคละจะชวยดดซบแรงไดด ราคาถก, หาไดงายตามทองถน ซงในการเลอกอาจพจารณาจากขอดและขอเสยของวสดกรองทงสองไดจาก ตารางตอไปน

แผนใยสงเคราะห หนคละ,กรวดคละ ขอด ขอด

• ความหนานอย • รบแรงดงในแนวระนาบได • ทางานงาย, รวดเรว • สามารถควบคมคณสมบตตาง ๆ ได • การทางานในพนทลาดชนทาไดงายกวา • คณสมบตในระยะยาวยงไมแนนอน • จะตองทาการปองกนในบรเวณขอบอยางด • เสยหายงาย-ซอมแซมยาก • ตองมการออกแบบและตดตงอยาง

ระมดระวงสาหรบการทรดตวและพนผวทไมราบเรยบ

• ราคาถก • สามารถซอมแซมตวเองไดในบางกรณ

(Self-healing) • ทนทาน • ซอมแซมงาย • เปลยนรปรางได (Deformable) • สลายพลงงานจากแรงกระทาไดดกวา • ตองมการควบคมขนาดคละและความหนา

ใหถกตอง • ทางานยากในบรเวณทมความลาดชน


ในการออกแบบชนวสดกรองนนจะตองพจารณาถงการไหลของนาในชนวสดกรองดวย ซงสามารถแบงออกไดเปน 3 แบบ คอ แบบท 1 : การไหลตามแนวโครงสรางปดทบหนาตลง (ตามทศทางการไหลของนา) แบบท 2 : การไหลตามแนวขน – ลง ของตลง แบบท 3 : การไหลในแนวตงฉาก หรอ เขา – ออก กบตลง (1) การออกแบบชนวสดกรอง (Filter Design) หนาทของชนวสดกรองคอ การปองกนการถกพดพาไปของทรายถมและดนเดมใตชนวสดกรอง และใหนาซมผานไดเพอลดแรงดนของนา

(1.1) การออกแบบชนวสดกรองโดยใชแผนใยสงเคราะห คณสมบตในการกรองของแผนใยสงเคราะหนนนอกจากจะขนอยกบตวแผนใยสงเคราะหเองแลวยงขนอยกบลกษณะของชนดนใตชนวสดกรองอกดวย ซงพอจะสรปไดดงน

ก. ขนาดของเมดดน (Particle Size) ซงแสดงในรปของ Sieve Size, Dn , โดย n คอ % โดยนาหนกของเมดดนทมขนาดเลกกวา

- สมประสทธความสมาเสมอ (Uniformity Coefficient) โดยถา U มคามากแสดงวาดนมใหญและเลกคละกนแตถา U ≤ 4

แสดงวาดนมขนาดเดยวกนเปนสวนใหญ U = D60 D10

- ลกษณะของดนแนนหรอหลวม (Compact or Loose) - ประเภทของดน (Cohesive Soil or Non-cohesive Soil) - ความสามารถในการซมผานได (Permeability) Kb ในทศทางการ

ไหลของนา

ข. คณสมบตทสาคญของแผนใยสงเคราะห มดงน คอ - Opening Size, On โดย n คอ % ของรทเลกกวา - Fabric Type (Woven or Non-woven) - Permeability

ค. สาหรบการกาหนดขนาด Opening Size มขอแนะนาสาหรบแตละกรณดงน - สาหรบการกนดนในการไหลแบบคงท (Steady Flow)

O90 <λ D90 โดย λ มคาอยระหวาง 1-2 ขนอยกบคณสมบตของดน คอ Density และ

Uniformity นอกจากน PIANC (1987a) ยงแนะนาอกวา ขนาดทเลกทสดไมควรเลกกวา 50 µm.(0.05 mm.) และ INGOLD(1984) แนะนาวา Opening Size ทใหญทสดไม

ควรเกน 0.3 ถง 0.5 mm. - สาหรบการกนดนในการไหลแบบกลบไปกลบมา (Cyclic Flow)

O98 < D85 ในกรณเมดดนทมขนาดใหญกวาทาหนาทเปนตวกรองใหกบเมด ดนทมขนาดเลกกวา O98 < D15 ในกรณเมดดนทมขนาดใหญกวาไมทาหนาทเปนตวกรองใหกบเมดดนทมขนาดเลกกวา -สาหรบคาความสามารถในการซมผานไดของนาจะเปนคาซงจะตองพจารณาถงการอดตน (Clogging/ Blocking) ในระหวางการใชงานโดยการซมผานไดของแผนใยสงเคราะหนไมควรจะนอยกวาคาการซมผานไดของดนใตชนวสดกรองหรอในการออกแบบอาจจะพจารณาทคาแรงดนของนาจะตองไมลดลงเกนกวาคาทยอมรบได


ในการออกแบบผออกแบบจะตองตรวจสอบวาแผนใยสงเคราะหมคณสมบตเหมาะสมตอ หนาททางดานวศวกรรม (Engineering Function) เชน คณสมบตการกรอง เปนตน ความทนทานในการกอสราง ความทนทานในการใชงานระยะยาว

โดยจะสามารถกาหนดเปนคาคณสมบตตาง ๆ ของแผนใยสงเคราะหไดดงน นาหนกตอหนวยพนท (Mass per unit area) ความหนา (Nominal thickness) ความสามารถในการซมผานไดของนา (Permeability) ขนาดชองเปด (Opening size) สมประสทธความเสยดทาน (Coefficient of friction) คณสมบตทางกล (Mechanical properties)

- กาลงรบแรงดง (Tensile strength) - ความตานทานการฉกขาด (Tear Resistance) - ความตานทานการเจาะทะล (Puncture resistance)

ความทนทานตอแสงอลทราไวโอเลท (Resistance to Ultraviolet light) การกกเกบดนหรอความชน ความทนทานตอสภาพแวดลอม เชน ความทนทานตอการกดกรอนทางเคม คาโมดลส (Modulus) ซงแสดงถงคาความสามารถในการยดตว (Extensibility)

(1.2) การออกแบบชนวสดกรองโดยใชหนคละ, กรวดคละ สาหรบชนวสดกรองทใชหนคละหรอกรวดคละจะออกแบบโดยเลอกใชขนาดของวสด (Particle Size) ทเหมาะสมในบางครงอาจจาเปนตองมชนวสดกรองมากกวา 1 ชน เพอการกรองทมประสทธภาพมากขน โดยมคาแนะนาสาหรบขนาดของวสดทเหมาะสมดงน D50f < β D50b สาหรบดนทมคา Uniformity Coefficient, U < 5 D15f < β D85b สาหรบดนทมคา Uniformity Coefficient, U > 10 (Well-graded base soil) โดย f = filter b = base soil โดยคาสมประสทธ β นนมคาอยระหวาง 3 – 5 โดยจะขนอยกบลกษณะการไหลโดยถาเปนการไหลแบบกลบไปกลบมาอยางรนแรง (Strong Cyclic Flow) ควรใชคา β = 3 และสาหรบการไหลแบบคงท (Steady Flow) ควรใชคา β = 5 เพอเปนการปองกนการแยกตว (Segregation) ขนาดคละของทงดนใตชนวสดกรองและขนาดของวสดกรองควรทจะมความสมพนธกนดงน

D50f < 25D50b

และชนวสดกรองควรมคาการซมผานไดของนาไมนอยกวาคาการซมผานไดของชนดนใตชนวสด กรองโดยมความสมพนธดงน

D15f < 5D15b และเพอเปนการปองกนการอดตนควรม D5f ใหญกวา 75µm. (0.075 mm.)


(2) การระบายนา (Drainage) ภายใตชนปองกนการกดเซาะ ชนวสดกรองจะทาหนาทในการระบายนาในระนาบเดยวกบชนวสดกรอง สาหรบวสดกรองทเปนวสดคละควรจะมคา D50f [ 10D10f เพอปองกนไมใหวสดถมซงปกตจะเปนวสดประเภททราย หลดออกไปได และการระบายนาออกสดานหนาของโครงสรางมความสาคญมากเพราะเปนการลดความดนของนาทกระทาตอตวโครงสราง ดงนนในบางกรณทชนปองกนการกดเซาะ (Amor Layer), ชนวสดกรอง (Filter Layer) หรอชนดนใตชนวสดกรอง (Base Soil) ไมมคณสมบตในการระบายนาทเพยงพอ อาจจะตองทาการออกแบบรระบายนา (Weephole) หรอจดเปดระบายนาออกดานหนาโครงสรางเพอเปนการลดแรงดนนา (3) การระบายนา (Downslope migration of subsoil) การออกแบบโครงสรางปดทบหนาตลงจะตองคานงถงการเคลอนตวลงของดนใตชนวสดกรองหรอดนเดมดวยเพราะเปนสาเหตสาคญททาใหเกดการวบตของโครงสรางได การเคลอนตวลงของดนอาจเกดไดจากหลายสาเหต เชน แรงกระทาของคลน (Wave action) หรอ การลดลงของระดบนา (Water level drawdown) โดยดนทจะเกดการเคลอนตวไดงายจะเปนดนประเภทดนตะกอน (Silt) ดนตะกอนปนทราย (Sandy silt) และทรายละเอยด (Fine sand) ซงดนพวกนจะเปนดนทมลกษณะเปนดนเมดละเอยด (Fine-grained) และมคาความเชอมแนนตา (Low cohesion)

1.1.5 โครงสรางปดทบหนาตลงชนดหนเรยบ (Rip-rap)

การเลอกใชโครงสรางปดทบหนาตลงชนดหนเรยงเนองจากโครงสรางนมขอดหลายประการ เชน • ไมมขอจากดทางดานสถานทกอสรางรวมทงสามารถทาการกอสรางใตนาได • มความยดหยน (Flexbility) • มคา Hydraulic roughness สง ทาใหสามารถสลายแรงกระทาจากคลนและกระแสนาไดด • มคาบารงรกษาตาและการซอมแซมทาไดงายและสะดวก • มความทนทาน

สาหรบโครงสรางปดทบหนาตลงชนดหนเรยงนสงทสาคญทสดคอ การคานวณหาขนาดของหนทจะใชปดทบหนาโดยหนทจะใชจะตองมขนาดหรอนาหนกมากเพยงพอทจะไมถกพดพาไปไดโดยกระแสนา ในการคานวณหาขนาดของหนทจะใชนนสามารถหาไดหลายวธโดยมสตรตางๆ ทใชในการคานวณ หาขนาดของหนทเหมาะสมดงน

สตรในการคานวณหาขนาดของหนปดทบหนาตลง

d = ขนาดของหน (m.) V = ความเรวของกระแสนา (m/s) g = 9.81 (m/s2) s = ความถวงจาเพาะของหน = 2.65 C = 0.3 (low turbulence) เชนกระแสนาทวไป

= 0.7 (high turbulence) เชน คลนจากเรอ = 1.3 (jets) เชน กระแสนาจากใบพดเรอขนาดใหญ หรอการเปดประตนาหรอ

เขอนอยางกระทนหน

d = CV2 g (s – 1) Ω


Ω = 2/1

2

2

sinsin1 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−

φα ; α = Angle of bank

; φ = Friction angle ตวอยาง

ท V = 2.5 m/s ความชนของโครงสรางปดทบหนา 1 : 2.5 α = 21.80 φ = 350 Ω = 0.762 d = C x 2.52 = 0.507C

9.81 (2.65-1) x 0.762 จะได d = 0.15 m. สาหรบ low turbulence

= 0.35 m. สาหรบ high turbulence = 0.66 m. สาหรบ jets

สมการของเบอรร (Berry’s Equation) δ = 0.04139V2

โดย δ = ขนาดเสนผาศนยกลางของหนถม (เมตร) V = ความเรวของกระแสนา (เมตรตอวนาท)

ตวอยางเชน ทความเรวของกระแสนา 2.50 เมตรตอวนาทจะได δ = 0.04139*(2.5)2 = 0.2587 m

สมการของมาวสและลอซซ (Mavis and Laushey) δ = 0.04V2/(S-1)

โดย δ = ขนาดเสนผาศนยกลางของหนถม (เมตร) V = ความเรวของกระแสนา (เมตรตอวนาท) S = ความถวงจาเพาะของหนเทากบ 2.65

ตวอยางเชน ทความเรวของกระแสนา 2.50 เมตรตอวนาทจะได δ = 0.04*(2.5)2 /(2.65-1) = 0.1515 m

หรออาจหาไดจากสมการ δ = 66(vn)2 (บนพนราบ) R1/3

เมอ δ = ขนาดเสนผาศนยกลางของหนถม (เมตร) V = ความเรวของกระแสนา (เมตรตอวนาท) n = Manning Roughness Coefficient


R = ความลกเฉลยชลศาสตร (Hydraulic Radius) (เมตร) = A/P A = พนทหนาตดของลานา (Cross Section) (m2)

P = ผลรวมความยาวของดานทสมผสนา (m) สาหรบพนเอยงจะปรบคาโดยการหารดวย Reduction Factor, F

SIN2 β 1/2

โดย F = 1- SIN2 φ

เมอ ความลาดเอยงของเขอน (ดง : ราบ) = x : y sinβ = x √ x2 + y 2

φ = มมเสถยรตามธรรมชาตของวสด การหาความเรวของกระแสนาเพอใชคานวณหาขนาดหนสาหรบชนหนเรยง


ตวอยาง สมมต

R = 200 m. W = 20 m. R/W = 10

จากกราฟจะได Vss/Vavg = 1.2 Vss = 1.2Vavg

การคานวณหาขนาดหนสาหรบชนหนเรยง

โดย g = Gravitational constant, 9.81 m/s2 D30 = Stone size of which 30% finer by weight Sf = Safety factor (minimum =1.1) Cs = Stability coefficient for incipient failure = 0.30 for angular rock = 0.375 for rounded rock Cv = Vertical velocity distribution coefficient = 1.0 for straight channel, inside of bend = 1.283 – 0.21 log (R/W), outside of bend, [=1 for (R/W) > 26] = 1.25, downstream of concrete channel = 1.25, end of dikes CT = Thickness coefficient = 1.0 for thickness = 1.5D50 d = Local depth of flow wγ = Unit weight of water V = Local depth average velocity Use Vss for side slope riprap Kl = Side slope correction factor

D30 = SfCsCvCTd 5.2

1

2/1

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− gdK

V

ws

w

λλγ


Side slope correction factor

เมอ K1 = Side slope correction factor

θ = angle of side slope with horizontal φ = angle of repose of riprap material (normally 35 – 40 degree)

ตวอยาง Cs = 0.30 for angular rock Cv = 1.283 – 0.21 log (R/W), outside of bend, Use R/W = 10 จะได Cv = 1.283 – 0.21 log 10 = 1.083 CT = 1.0 for thickness = 1.5D50 d = 8.00 m. wγ = 1000 kg/m3 sγ = 2650 kg/m3 V = Vss = 1.2 Vavg

สมมต Vavg = 2.5 m/s Vss = 1.2*2.5 = 3.00 m/s

Slope 1 : 2 θ = 26.56 φ = 35

K1 = φθ

2

2

sinsin1 −

= 0.626 จะได

D30 = (SF)(2.6)[(0.7785)(0.428)]2.5 = SF*(0.166)

ใช SF = 1.5 จะได D30 = 0.25 m.

สาหรบความหนาของชนปองกนการกดเซาะนนไมควรนอยกวา 1.5 เทาของขนาดเสนผาศนยกลางของหนถม (1.5d) ซงโดยทวไปควรมคาอยระหวาง 1.8 – 2.0 เทาของเสนผาศนยกลางของหนถม (1.8d – 2d) สาหรบคา Manning Roughness Coefficient, n นนเปนคาเฉพาะของแตละลกษณะของลานาซงสามารถหาไดโดยประมาณจากตารางตอไปน

K1 = φθ

2

2

sinsin1 −


Manning Roughness Coefficient, n Major Rivers (Width more than 50 m.) 1. Straight, Alluvial, sand 0.020-0.040 2. Straight, gravel 0.020-0.045 3. Irregular section 0.035-0.0100 Minor Streams (Width less than 30m.) 1. Straight, short grass 0.025-0.035 2. Pasture, high grass 0.030-0.050 Floodplains 1. Pasture, short grass 0.025-0.035 2. Winding, irregular 0.035-0.060 3. Cultivated, no crop 0.020-0.040 4. Cultivated, field crop 0.030-0.050 5. Light, scattered bush 0.035-0.070 6. Medium to dense bush 0.070-0.160 7. Trees land, stumps 0.050-0.080 8. Heavy stand trees 0.080-0.120 Excavated Channel 1. Earth , recently completed 0.016-0.020 2. Earth with grass 0.018-0.033 3. Rock, smooth 0.025-0.040 4. Rock, jagged 0.035-0.050

การหาคาความเรวของกระแสนา Estimation of mean flow velocity by Manning’s equation (SI unit) เมอ

V = mean flow velocity (m./s) R = Hydraulic radius (m.)

= Cross sectional area (m.2) Wetted perimeter (m.)

S = Energy gradient = Bed gradient under uniform flow

n = Manning’s coefficient of roughness ตวอยาง

สมมต n = 0.045 s = bed slope = 1/5000

V = R2/3 S1/2 n


Cross sectional area = 100 m2 Wetted perimeter = 14 m. R = 100/14 = 7.14

จะได V = [(7.14)2/3*(1/5000)1/2] = 1.17 m/s

0.045 การคานวณหาคา Hydraulic roughness สาหรบชนปองกนการกดเซาะชนดหนเรยง( riprap )

โดย n = Hydraulic roughness K = 0.034 D90 = Size of which 90% of sample is fines, (ft)

ตวอยาง สมมต D90 = 40 cm.

= 1.33 ft. จะได n = 0.034 (1.33)1/6

= 0.036 การคานวณหาขนาดของหนจากกราฟ ตวอยาง

ความเรวของกระแสนา = 2.5 m./s. = 8.34 f./s.

จากกราฟไดขนาดของหน = 10” = 25 cm.

ความหนาของชนหนเรยง = 1.8d-2d ใชความหนาของชนหนเรยง = 2d

= 2*25 = 50 cm.

n = K (D90)1/6








Figure : Examples of anchoring methods of the geotextile at the top of the slope


Scoured depth in non-cohesive soil

Where Fbo = Zero bed factor (from graph) q = Local discharge intensity (m.3/s/m.width) Z = Flow pattern factor

= 1.5 – 2.0 = 2.0 – 2.5

Dmax = Maximum scoure depth (m.) (วดจากระดบนา)

dmax = Z 3/12

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

boFq



ตวอยาง การคานวณเสาเขมเขอนปองกนตลงแบบ Anchored Wall โดยวธ FREE EARTH SUPPORT กาหนดใหเสาเขมกวาง 0.30 ม. ทกระยะ 1.00 ม. หาตาแหนงสมดลของแรงดนดน (ระยะ Z จาก Dredge Line) :




1.2 การออกแบบเขอนปองกนตลงชนดตอกเขม

การกอสรางเขอนปองกนตลงชนดลาดเอยงในลานาทแคบหรอตลงมความสงชนมาก อาจไมเปนการเหมาะสม เนองจากลาดของตวเขอนจะยนลาเขาไปในลานามาก ทาใหเกดปญหาในการใชลานาได วธแกปญหาวธหนง คอ เลอกใชเขอนปองกนตลงชนดแนวตง เอกสารนจะกลาวถงการวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลงชนดแนวตงเบองตน โดยในสวนแรกจะกลาวถงการจาแนกแรงประเภทตาง ๆ ทกระทากบตวเขอน เพอเปนพนฐานในการวเคราะหและออกแบบตอไป สาหรบการวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลงในเอกสารสวนนจะกลาวเฉพาะเขอนแนวตงทนยมใชสองแบบขางตน ซงการศกษารปแบบการวบตของโครงสรางเปนวธการอยางหนงในการศกษาพฤตกรรมในการรบนาหนกบรรทกของโครงสราง เมอทราบกลไกของการวบตแลว ผออกแบบสามารถวเคราะหและออกแบบโครงสรางทมนคงแขงแรงไดตอไป

1.2.1 แรงทกระทากบเขอนปองกนตลง

การกอสรางเขอนปองกนตลงชนดแนวตง เปนการขดตอธรรมชาตเนองจากเปนการกอสรางตลงใหมความชนสงกวาความชนธรรมชาตของตวตลงเอง ดงนนเขอนปองกนตลงชนดนจงตองตานทานแรงกระทาทสงกวาเขอนปองกนตลงชนดอน กลาวคอ นอกจากจะตองตานทานแรงเนองจากการกดเซาะรปแบบตาง ๆ แลว เขอนชนดนยงตองตานทานแรงเนองจากแรงดนดนและนา ดงนนราคาคากอสรางเขอนชนดนจงสงกวาเขอนชนดอน สาหรบแรงทกระทากบเขอนชนดแนวตงน ไดแก

(1) แรงดนดนดานขาง เปนแรงกระทาในแนวราบ ประกอบดวย แรงดนดน เชงรก (active earth pressure) และแรงดนดนเชงรบ (passive earth pressure)

(2) แรงดนเนองจากนา เปนไดทงแรงในแนวราบและแรงในแนวดง (3) นาหนกบรรทกจรดานหลงเขอน (4) นาหนกของตวเขอน (5) แรงกดเซาะเนองจากกระแสนา คลน และอน ๆ (6) แรงเนองจากการไหลของนาในมวลดน (7) แรงเนองจากแผนดนไหว

จะเหนวาแรงทกระทากบตวเขอนปองกนตลงชนดแนวตงนจะคลายคลงกบแรงทกระทากบกาแพงกนดนทวไป ตางกนทเขอนปองกนตลงจะตองตานทานแรงกระทาเนองจากนาหนกบรรทกไฮดรอลค (Hydraulic loading) อนไดแก แรงจากกระแสนาและคลน รวมทงตองมการคานงถงผลของการกดเซาะบรเวณทองนา

1.2.2 แรงดนดนดานขาง (lateral earth pressure)

แรงดนดนดานขาง เปนแรงในแนวราบ ซงสามารถคานวณหาไดจาก

σh’ = K σv

’ (1.2-1)

เมอ σh’ เปนหนวยแรงดนดนดานขางประสทธผล

σv ’ เปนหนวยแรงประสทธผลในแนวดง

และ K คอ สมประสทธแรงดนดน หรอ earth pressure coefficient ซงขนอยกบลกษณะการเคลอนตวของดน สามารถแบงออกไดเปน 3 กรณ ดงน


กรณท 1 ดนไมเกดการเคลอนทในแนวราบ สมประสทธแรงดนดนในกรณนจะเปนสมประสทธแรงดนดนหยดนง หรอ Coefficient of at-rest earth pressure (K0)

ตวอยางการหาคา (K0) ของดนประเภทตาง ๆ ไดแก ดนทราย (granular soil) (K0) = 1 - sinφ’ (1.2-2)

เมอ φ’ คอ มมเสยดทานภายในของดน ดนเหนยวรบนาหนกบรรทกปกต (normally consolidated clay)

K0 ⎪nc = 0.95 - sinφ’ (1.2-3) ดนทเคยรบนาหนกบรรทกสงกวาปจจบน (Over consolidated clay)

K0 = K0 ⎪nc √OCR (1.2-4) เมอ OCR คอ อตราการรบแรงกดในอดตเทยบกบปจจบน (over-consolidation ratio)

กรณท 2 ดนมการเคลอนทในลกษณะททาใหเกดการขยายตวในแนวราบ สมประสทธแรงดนดนในกรณนจะเปนสมประสทธแรงดนดนเชงรก หรอ Coefficient of active earth Pressure (Ka) โดยทวไปสมประสทธ Ka จะมคานอยกวาหรอเทากบ 1 กรณท 3 ดนมการเคลอนทในลกษณะททาใหเกดการหดตวในแนวราบ สมประสทธแรงดนดนในกรณนจะเปนสมประสทธแรงดนดนเชงรบ หรอ Coefficient of passive earth Pressure (Kp โดยทวไปสมประสทธ Kp จะมคามากกวาหรอเทากบ 1 วธการหาคาสมประสทธแรงดนดนเชงรกและแรงดนดนเชงรบทนยมใชในปจจบนมอย 2 วธ คอ วธของ Coulomb และ วธของ Rankine สาหรบวธของ Coulomb เปนวธทพจารณาผลของแรงเสยดทานทเกดขนระหวางกาแพงและดน ซงเหมาะกบกาแพงประเภท gravity wall ทมรปรางซบซอน (complex geometry) สวนวธของ Rankine เปนวธการวเคราะหแรงดนดนทงายกวา เนองจากไมไดพจารณาแรงเสยดทานระหวางกาแพงและดน ซงเหมาะสาหรบกาแพงในแนวดง มพนผวเรยบและมชนดนหลาย ๆ ชน

1.2.3 การวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลง

ในสวนนจะกลาวถงการวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลงชนดแนวตงรปแบบทนยมใชสองรปแบบ คอ เขอนปองกนตลงแบบ Gravity wall และ sheet-piling wall (1) การวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลงแบบ Gravity wall เขอนปองกนตลงแบบ Gravity wall เปนเขอนทอาศยนาหนกตวเองตานแรงดนดนดานหลงเขอน วสดทใชควรเปนวสดทมหนวยความหนาแนนสง รวมทงมความทนทานตอสภาพแวดลอม เชน คอนกรต อฐกอ และ กลองลวดตาขายเกเบยน เปนตน คอนกรตเปนวสดทนยมใชกนมากในการกอสรางเขอนประเภทน แตในบางสภาวะการหลอคอนกรตอาจทาไดลาบาก เชน การกอสรางใตนา ซงอาจตองทา Coffer dam แลวสบนาออก ทาใหราคาคากอสรางสง การแกปญหาดงกลาวอาจทาไดโดยใชคอนกรตสาเรจรปหรอเลอกใชวสดอยางอน สาหรบการใช หน อฐกอ หรอกออฐยาแนว ซงเปนวสดทรบแรงดงไดตา ผออกแบบจาเปนตองออกแบบรปแบบและขนาดของเขอนทไมทาใหเกดหนวยแรงดงขนในตวเขอน แรงและนาหนกบรรทกทกระทากบตวเขอนประเภทนแสดงไวในรปท 4


รปท 4 : ภาพแสดงแรงและนาหนกบรรทกทกระทากบตวเขอน

รปท 5 : แรงและนาหนกบรรทกทกระทากบเขอนปองกนตลงแบบ Gravity wall

แรงทกระทากบเขอนปองกนตลงแบบ gravity wall

นาหนกของตวเขอน W แรงดนเชงรบดานหลงเขอน Fa แรงดนเชงรบดานหลงเขอน Fp

นาหนกของตวเขอน F แรงดนเชงรบดานหลงเขอน FW1

แรงดนเชงรบดานหลงเขอน FW2

นาหนกของตวเขอน FU แรงดนเชงรบดานหลงเขอน Fr

แรงดนเชงรบดานหลงเขอน Ff


รปท 6 : แสดงการวบตสาหรบเขอนปองกนตลงแบบ Gravity wall

รปแบบการวบตของเขอนปองกนตลงแบบ gravity wall (แสดงในรปท 6) แบงออกไดเปน

(1.1) การเลอนตว (Sliding) การวบตในลกษณะนเกดขนเมอผลรวมของแรงในแนวราบท กระทาดานหลงเขอนสงกวาแรงตานทานของตวเขอน ความปลอดภยตอการวบตลกษณะนสามารถตรวจสอบไดจากอตราสวนแรงตานทานตอแรงผลกในแนวราบ ซงโดยทวไปอตราสวนนควรมคามากกวา 1.5 สาหรบการเพมความตานทานตอการเลอนตวสามารถทาไดโดยใช shear key หรอ share key หรอ cut-off wall (1.2) การพลกควา (overturning) การวบตในลกษณะนเกดขนเมอโมเมนตพลกความคาสงกวาโมเมนตตานทาน ซงอาจเกดขนหลงจากทนาในแมนามการลดระดบลงอยางกะทนหน ความปลอดภยตอการ


พลกควาสามารถตรวจสอบไดจากอตราสวนผลรวมของโมเมนตตานทานตอผลรวมของโมเมนตพลกควา ซงโดยทวไปอตราสวนนควรมคามากกวา 1.5 ถง 2 (1.3) การรบแรงแบกทานของดนฐานราก (bearing) การวบตในลกษณะนเกดขนเมอความสามารถในการรบแรงแบกทานของดนมนอยกวาแรงดนทกระทากบดนฐานราก ความปลอดภยตอการวบตลกษณะนสามารถตรวจสอบไดจากอตราสวนความสามารถในการรบนาหนกของดนฐานรากตอแรงดนดนทเกดขนสงสด ในการออกแบบจะใหอตราสวนนมากกวา 3 สาหรบการแกไขสามารถกระทาไดโดยการขยายขนาดของฐานหรอเสาเขมชวย (1.4) การเลอนหมน (rotational slip) การวบตในลกษณะนจะเกดเมอมการลดระดบนาในแมนาลงอยางกระทนหน หรอมชนดนออนอยใตฐานราก การตรวจสอบกระทาไดโดยใชวธการคานวณเสถยรภาพของความลาดเชนเดยวกบเขอนปองกนตลงชนดลาดเอยง (1.5) การกดเซาะในมวลดนทมลาดระดบนาหรอไฮโดรลคแกรเดยนสง ทาใหเกดแรงดนนาในมวลดนกดเซาะเมดดนออกเปนโพรง การแกสามารถกระทาไดโดยลดระดบนาดงกลาวลง ซงอาจใชวธการเพมระยะของการซมผาน โดยการเพมระยะในแนวดงเชนการใชกาแพง cut-off หรอการเพมระยะในแนวราบ เชน การใช apron กได การตรวจสอบความปลอดภยประเภทนสามารถตรวจสอบไดจากทฤษฎ weighted-creep ของ Land สาหรบดนฐานรากในแตละประเภท (1.6) การกดเซาะบรเวณทองนา (scour) เปนการกดเซาะบรเวณหนาเขอน การกดเซาะนจะทาใหตวเขอนตองรบนาหนกมากขน อนอาจนาไปสการวบตรปแบบตาง ๆ เชน การเลอนตว การพลกควา การกดเซาะ บรเวณทองนานสามารถแกไขไดโดยใช กาแพง cut-off หรอ apron (2) การวเคราะหและออกแบบ เขอนปองกนตลงแบบ sheet-piling wall เขอนปองกนตลงแบบ sheet-piling wall นแบงออกเปน 3 ประเภท คอ cantilever wall anchored wall และ batter-pile wall ในสวนนจะกลาวถงการวเคราะหและออกแบบเขอนปองกนตลง ประเภท cantilever wall และ anchored wall เทานน สาหรบการวเคราะหและออกแบบเขอนแบบ batterpile wall นน จะคลายคลงกบ anchored wall เพยงแตใหเสาเขมเอยง (batter pile) เปนตวรบแรงทางดานขางแทนแผงเสมอ

(2.1) การวเคราะหเขอนปองกนตลงแบบ cantilever wall พจารณาเขอนปองกนตลงแบบ cantilever wall ทฝงอยในดนเดมและมดนถมดานหลง ดงแสดงในรปท 7 ผลของดนถมดานหลงเขอนทาใหสวนบนเกดการเบนตวออกไปทางดานหนาเขอนและสวนลางเกดการเอยงตวเขา จดหมนเกดขนในระดบทตวเขอนไมมการเคลอนท (จด O) ถาแบงพนทตามลกษณะการเกดแรงสามารถแบงไดเปน 3 พนทดงนคอ พนท A เปนพนททเกดแรงดนดนเชงรกจากดนถมดานหลงเขอน พนท B เปนบรเวณทเกดทงแรงดนดนเชงรก (ดานหลงเขอน) และแรงดนดนเชงรบ (ดานหนาเขอน) และพนท C ซงอยใตจดหมน แรงดนดนทกระทากบเขอนจะมทศทางตรงกนขามกบแรงในพนท B


รปท 7 : แสดงการกระจายของแรงดนดนทกระทากบเขอนแบบ Cantilever wall

การกระจายของหนวยแรงดนดนทเกดขนสาหรบเขอนทฝงอยในดนทเปนดนทรายสามารถแสดงไดดวยรป 8ก และฝงอยในดนเดมทเปนดนเหนยวดวยรป 2.4 (8ข)

รปท 8 : การกระจายของแรงดนดนของเขอนปองกนตลงแบบ Cantilever wall ทมดนฐานรากเปนดนทราย และดนเหนยว

• เขอนปองกนตลงแบบ Cantilever wall ทฝงลงในชนดนเดมหรอดนฐานรากทเปน

ดนทราย พจารณาเขอนปองกนตลงแบบ cantilever wall ทฝงลงในชนดนเดม หรอ ดนฐาน

รากทเปนทราย สมมตใหดนเดมและทรายถมเปนวสดชนดเดยวกน กลาวคอ มหนวยความหนาแนนและมมเสยดทานภายในเทากน ระดบนาอยตากวาระดบสนเขอนเปนระยะเทากบ L1 หนวยแรงดนดนทเกดขนแสดงไวในรปท 5 ดงทไดกลาวมาแลวในขางตนวา สวนของดนทอยเหนอ dredge line หนวยแรงดนดนดานหลงเขอนเปนหนวยแรงดนดนเชงรก ซงหนวยแรงดนดนดงกลาว อนไดแก หนวยแรงดนดน a และ b และสามารถหาไดจาก


a = kaγ L1 (1.2-5) b = ka (γ L1 + γ L’2 ) (1.2-6) สวนดนทอยใต Dredge line แตอยเหนอจดหมน หนวยแรงดนดนเชงรก และหนวยแรงดนดนดานหนาเขอนเปนหนวยแรงดนดนรบ ซงหนวยแรงดนดนทงสองทความลก z ใด ๆ จากการ dredge line สามารถคานวณหาไดจาก

รปท 9 : หนวยแรงดนดนทกระทากบเขอนแบบ Cantilever wall ทฝงในดนฐานรากทเปนทราย

σa (z) = Ka (γL1 + γL2 +γ’z ) = b + Ka γ’z (1.2-7)

และ σp = Kpγ’z (1.2-8) เมอ σa(z) และ σp(z) เปนหนวยแรงดนเชงรกและหนวยแรงดนเชงรบทความลก z ใด ๆจาก dredge line ดงนนหนวยแรงดนดนดานขางสทธทอยระหวาง dredge lind และจดหมนสามารถคานวณไดจากผลตางของหนวยแรงดนดน σa(z) และ σp(z) หรอ σ(z) = σa(z) - σp(z) = b – (Kp – Ka) γ’z (1.2-9) สาหรบความลกทหนวยแรงดนดนมคาเทากบศนย (zero pressure) หรอ ระยะ L3 ใต dredge line สามารถคานวณไดจากการแทนคาหนวยแรงดนของคาสทธในสมการ (7) เทากบศนย และความลก z เทากบ L3 หรอ ใต dredge line สามารถคานวณหาไดจากการแทนคาหนวยแรงดนสทธในสมการ (7) เทากบศนย และความลก z เทากบ L3 หรอ σ(L3) = σp(L3) - σa(L3) = 0 (1.2-10)

หรอ b - (KP - Ka ) γ’ L3 = 0 (1.2-11) จะได L3 = b / [γ’(KP - Ka)] (1.2-12)

จากรปท 2.5(9) และ สมการ (2.4.2-12) จะสงเกตไดวา การกระจายหนวยแรงดนดนสทธ DEF มความลาดเอยงเทากบ γ’ (KP - Ka)


ดงนนหนวยแรงดนดน c ทปลายเขมดานหนาเขอนสามารถคานวณหาไดจาก C = γ’ (KP - Ka) (1.2-13) สาหรบดนทอยใตจดหมน หนวยแรงดนดนทเกดขนจะมทศทางตรงขามกบหนวยแรงดนดนของดนในสวนบน กลาวคอ ดานหลงเขอนจะเกดแรงดนดนเชงรบ และดานหนาเขอนจะเกดแรงดนดนเชงรกดงนนหนวยแรงดนดนสทธทปลายเขมดานหลงเขอนมขนาดเทากบ σ(D) = d = σp(D) - σa(D) = KP (γL1 + γ’L2 + γ’D) – Kaγ’D (1.2-14) หลงจากทราบขนาดของหนวยแรงดนดนทเกดขนทงหมดแลว กสามารถคานวณหาความยาวของเขมทฝงลงในดนฐานรากไดโดยอาศยสมดลยของโมเมนตรอบจดใดๆ ดงน (i) ผลรวมของแรงในแนวราบ พนทหนวยแรงดนดน ACDE – พนท EFHB + พนท FHBG = 0 (1.2-15) หรอ P - 0.5 c L4 + 0.5 L5 (c + d) = 0 เมอ P คอ แรงลพธของพนทหนวยแรงดน ACDE (ii) ผลรวมของโมเมนตรอบปลายเขม (จด B) P(L4 + ź) – (0.5 c L4 )(L4 /3 ) + 0.5 L5 (c + d)(L5/3) = 0 (1.2-16) เมอ ź คอ ระยะจากจด E ถงตาแหนงทแรงลพธ P กระทา จากสมดลยในสมการ(14) และ (15) สามารถแกสมการเพอหาความยาว L4 และ L5 หลงจากนนความลกของเขมพดทฝงในดนฐานรากหรอ D สามารถหาไดจาก D = L3 + L4 (1.2-17) การกาหนดความปลอดภยสามารถทาได 2 วธ คอ เพมความลก D อกประมาณรอยละ 30 ถง 40 หรอลดคา KP ทใชในการคานวณลงประมาณรอยละ 40 ถง 50

• เขอนปองกนตลงแบบ cantilever wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนเหนยว พจารณาเขอนตลงแบบ Cantilever wall เชนเดยวกบกรณ (1) แตดนฐาน

รากในทนเปนดนเหนยวทมความเชอมแนน เทากบ c การกระจายของแรงดนดนสามารถแสดงไดดวยรปท 10

รปท 10 : หนวยแรงดนดนทกระทากบเขอนแบบ Cantilever wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนเหนยว


หนวยแรงดน a และ b สามารถคานวณหาไดเชนเดยวกบธรณ (1) หรอสมการ (3) และ (4) สาหรบดนทอยใต dredge line แตอยเหนอจดหมน ดานหลงเขอนจะเกดแรงดนดนเชงรก และดานหนาเขอนเกดแรงดนดนเชงรบ ซงหนวยแรงดนดนดงกลาวทความลกใดๆ จาก dredge line สามารถคานวณไดจาก σa(z) = Ka (γL1 + γ’L2 + γsatz) – 2C√ Ka (1.2-18)

และ σa(z)p = Kp (γsatz + 2C√ Kp (1.2-19) คาสมประสทธแรงดนดนเชงรกและเชงรบสาหรบดนเหนยวทไมมคามมเสยดทานภายในจะมขนาดเทากบหนง ดงนนหนวยแรงดนดนดานขางสทธทอยระหวาง dredge line และจดหมน สามารถคานวณไดจากผลตางของสมการ 1.2-17 และ 1.2-18 และใหคา Ka และ Kp เทากบหนง จะได σ(z) = σp(z) – σa(z) = 4C - (γL1 + γ’L2 ) (1.2-20) สาหรบดนทอยใตจดหมน หนวยแรงดนดนทเกดขนจะมลกษณะตรงขามกบหนวยแรงดนดนของดนทอยเหนอจดหมน ดงนนหนวยแรงดนดนสทธทปลายเขมจะมขนาดเทากบ

σ(D) = d = σp(D) – σa(D) = 4C + ((γL1 + γ’L2 ) (1.2-21) หลงจากทราบขนาดของหนวยแรงดนดนทเกดขนทงหมดแลว สามารถคานวณหาความยาวของเขมทดงลงในดนฐานรากไดเชนเดยวกบกรณ (1) คอ อาศยสมดลยของแรงตามแนวราบและสมดลยของโมเมนตรอบจดใด ๆ

(2.2) การวเคราะหเขอนปองกนตลงแบบ anchored wall วธการวเคราะหเขอนประเภท anchored wall ทนยมใชไดแกวธ free earth support และวธ fixed earth support ซงวธ free earth support เปรยบเสมอนโครงสรางเปนคานอยางงาย (simply supported beam) โดยปลายดานททาการยดสายสมอและดนทปลายลางของกาแพง เปรยบเสมอนเปนจดรองรบแบบยดหมน สวนวธ fixed earth support เปรยบเสมอนเปน propped cantilever คอ ปลายดานททาการยดสายสมอ เปรยบเสมอนเปนจดรองรบแบบยดหมน สวนอกดานเปนปลายแบบยดแนนทฝงลงในดน การวเคราะหโดยวธ free earth support เปนวธการวเคราะหทงายกวา ดงนนในทนจะกลาวถงเฉพาะการวเคราะหโดยวธนเทานน

• เขอนปองกนตลงแบบ Anchored wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนทราย พจารณาเขอนปองกนตลงแบบ anchored sheet piling ทมวสดถมหลงเขอนและดนฐานรากเปนดนทราย สายสมอ (tie rod) อยตาจากระดบดนถมหลงเขอนเปนระยะ t สมมตใหจดหมนของเขอนอยทระดบของสายสมอ การกระจายของหนวยแรงดนดนสามารถแสดงไดดวยรปท 7 เชนเดยวกบกรณ 3.2.1 ความลกทหนวยแรงดนดนมคาเทากบศนย หรอระยะ L3 ใต dredge line สามารถคานวณหาไดจากสมการท 1.2-10 หรอ

L3 = b/[γ’(K p– Ka )] ทปลายเสาเขมดานลาง (ความลก z = D) หนวยแรงดนสทธทเกดขนมขนาดเทากบ C = γ’(K p– Ka) L4 (1.2-22)


รปท 11 : หนวยแรงดนดนทกระทากบเขอนแบบ andhored wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนทราย

หลงจากทราบขนาดของหนวยแรงดนดนทเกดขนทงหมดแลว ความยาวของเขมทฝงลงในดนฐานรากและแรงดงทเกดขนในสายสมอ (แรง F) สามารถหาไดจากสมดลยของแรงในแนวราบและสมดลยของโมเมนตรอบจดใด ๆ (i) สมดลยของแรงในแนวราบ พนทหนวยแรงดนดน ACDE – พนท EBF – F = 0 (1.2.-23)

หรอ P-½CL4 – F = 0 (1.2-24) หรอ P-½[γ’(KP + Ka)] L4

2 – F = 0 (1..2-25) เมอ P คอ แรงลพธของพนทหนวยแรงดนดน ACDE (ii) สมดลยของของโมเมนตทระดบสายสมอ -P[(L1 + L2 + L3) – (ź + t)] + ½[γ’(KP + Ka)] L4

2 (L1 + L2 + L3 - t + 2/3 L4) = 0 (1.2-26) จากสมการ (24) และสมการ (25) เราสามารถหาความยาว L4 และแรงดงในสายสมอ F โดยการลองผดลองถก (trial-and-error method)

• เขอนปองกนตลงแบบ anchored wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนเหนยวรากในท พจารณาเขอนปองกนตลงแบบ anchored wall เชนเดยวกบกรณ (1) แตดนฐานราก ในทนเปนดนเหนยวทมความเชอมแนนเทากบ C การกระจายของหนวยแรงดนดนสามรถแสดงไดดวยรปท 8 หนวยแรงดนดนทอยเหนอ dredge line จะเหมอนกบกรณ (1) ตางกนทหนวยแรงดนนมขนาดเทากบ C = 4c - (γL1 + γ’ L2) (1.2-27) จากสมดลยของแรงในแนวราบ จะได P1 - CD - F = 0 (1.2-28) เมอ P1 คอ แรงลพธของพนทหนวยแรงดนดน ACDE


รปท 12 : หนวยแรงดนดนทกระทากบเขอนแบบ anchored wall ทฝงในดนฐานรากทเปนดนเหนยว จากสมดลยของของโมเมนตทระดบสายสมอ จะได -P[(L1 + L2 + L3) – (ź + t)] - CD(L1 + L2 + - t + D/2 ) = 0 (1.2-29) เชนเดยวกบกรณ anchored wall ทฝงในชนดนเดมทเปนดนทราย ความยาวของเขมพดและแรงดงทเกดขนในสายสมอ สามารถหาไดจากสมดลยของแรงในแนวราบและสมดลยของโมเมนตรอบจด B ในสมการท (1.2-28) และ (1.2-29)

(2.3) รปการวบตสาหรบเขอนปองกนตลงแบบ sheet-piling wall การวบตของเขอนปองกนตลงแบบ sheet-piling wall (แสดงในรปท 13 ) สามารถแบงออกไดดงน 1. การวบตเนองจากความแขงแรงของเสาเขมพด (failure of sheet pile) เกดขนเมอเสาเขมพดทออกแบบไวไมแขงแรงเพยงพอในการตานทานแรงทเกดขน 2. การวบตของสายสมอ (failure of lie rod) เกดขนเนองจากสายสมอไมสามารถรบแรงดงทเกดขนได หรอเนองมาจากการทรดตวของดนดานหลงเขอน อนทาใหสายสมอหยอนหรอขาด 3. การวบตของแผงสมอ (failure of anchorage) เกดขนเนองจากแผงสมอไมสามารถตานแรงดงจากสายสมอได 4. การวบตเนองจากเสาเขมมความยาวไมเพยงพอ (insufficient length of sheet pile) การทเสาเขมมความยาวไมเพยงพอทาให แรงดนดนดานหนาไมเพยงพอทจะตานแรงดนดานหลงเขอนได 5. การเลอนหมน (slope failure) เปนการวบตในลกษณะเดยวกบการวบตเนองจากการขาดเสถยรภาพของความลาดของเขอนปองกนตลงแบบลาดเอยง 1.2.4 การออกแบบสวนประกอบอน ๆ

การออกแบบเขอนปองกนตลงชนดแนวตงตองพจารณาถงสวนประกอบอน ๆ ท เกยวของดวย เชน สายสมอ แผงสมอ และ ระบบระบายนา เปนตน (1) สายสมอ (Tie rod) สายสมอเปนชนสวนทตองสมผสกบดนและนา จงควรทาการปองกนสายสมอไมใหเกดการกดกรอนหรอเปนสนม การปองกนอาจทาไดโดยเคลอบผวดวยสารประกอบ asphaltic


รปท 13 : แสดงการวบตสาหรบเขอนปอกงนตลงแบบ Sheet-piling wall

(2) แผงสมอ (Anchorage)

ในการออกแบบเขอนปองกนตลงแบบ anchored sheet piling จะตองมการคานวณแรงดงทเกดขนใน tie rod ซงแรงดงนจะถกถายไปยง Anchorage รปแบบของ Anchorage มอยหลายรปแบบ เชน

• Anchorage plates of walls ไดแกการคานวณขนาดและความลกทเหมาะสมของ plate สวนหนาจะเกดแรงดนดนแบบ passive และ สวนหลงเกดแบบ active และมรปแบบการวบตดงรป

• Tie backs เปนการนาทอนเหลกหรอเคเบลสอดเขาไปในรทไดทาการเจาะเตรยม ไวกอน หลงจากนนจงทาการ grout การ grout น นอกจากจะเปนการถายเทจาก tie rod แลวยงชวยปองกนการกดกรอนของตว tie rod อกดวย

(3 ) การระบายนาดานหลงเขอน ผลจากระดบนาใตดนและนาฝนอาจทาใหดนดานหลงเขอนเกดการอมตว ทาใหเกดแรงดนดานหลงเขอนเพมมากขน การออกแบบเพอลดแรงดนนาดงกลาวอาจทาไดโดยใชทอลดแรงดนนา weep holes ทอดงกลาวควรหางกนอยางสมาเสมอ บรเวณทอลดแรงดนนควรเตรยมวสดกรอง เพอปองกนไมใหนาชะเอาวสดถม


ดานหลงเขอนหลดผานมาทางทอลดแรงดนและปองกนการอดตนของทอ วสดกรองดานหลงเขอนนสามารถใชไดทงกรวดคละและแผนใยสงเคราะห แตโดยทวไปจะนยมใชวสดกรองประเภทหลงเนองจากทาการกอสรางไดสะดวกกวา โดยเฉพาะการกอสรางชนวสดกรองทอยในแนวดง

(4) วสดถมหลงเขอน วสดถมหลงเขอนโดยทวไปจะเปนดนทรายหรอ granular soil เนองจากคณสมบตดานการ

ระบายนาและเปนวสดทงายตอการบดอด ตวอยางของวสดถมทดไดแก ทรายทผสมคอนกรต (5) โครงสรางปองกนการกดเซาะบรเวณทองนา Toe protection แบงออกได 2 ประเภท

(5.1) กาแพงทบนา (cut-off wall) เปนการตอหรอขยายโครงสรางลงไปใหลกกวา ความลกทเกดการกดเซาะ การใชกาแพงทบนานนอกจากเปนโครงสรางปองกนการกดเซาะแลวยงเพมระยะของการซมผาน ทาใหเพมความสามารถในการกดเซาะเนองจาก seepage ได ความยาวของกาแพงทบนาไมควรนอยกวา 1.5 เทาของความลก scour depth หรอชนดนแขง (ความลก scour depth นคานวณไดจากคณสมบตของวสดทองนา รปแบบและการไหลของการะแสนา)

(5.2) แผงปองกนการกดเซาะดานหนาเขอน (armour skirt หรอ apron) โครงสรางสวนน มคณสมบตออนตวสามารถปรบตวใหเขากบทองนาบรเวณทมการกดเซาะได ความยาวของ armour skirt ขนอยกบ ความลก scour depth และความลาดเอยงของโครงสรางปองกนตลง

Documents

บทที่5 : การออกแบบเขื่อนป องกัน ... · 2016-08-17 · บทที่5 : การออกแบบเขื่อนป องกันตลิ่ง