คู มือเกณฑ กําหนดการออกแบบโครงการพ...

กรมทรพยากรนา กระทรวงทรพยากรนาและสงแวดลอม

คมอเกณฑกาหนดการออกแบบโครงการพฒนาแหลงนา

เอกสารหมายเลข สพน.053 เมษายน 2550

สวนเทคโนโลยและมาตรฐาน สานกพฒนาแหลงนา

กรมทรพยากรนา ก สานกพฒนาแหลงนา

สารบญ รายการ หนา

บทท 1 บทนา....................................................................................................................................... 1-1 บทท 2 เกณฑกาหนดในการออกแบบดานอทกวทยา........................................................................... 2-8

2.1 การประเมนปรมาณนาทา........................................................................................................ 2-8 2.2 ขอพจารณาการเลอกคารอบป สาหรบใชออกแบบ ................................................................. 2-8 2.3 การคานวณปรมาณนานองสงสด........................................................................................... 2-10

2.3.1 วธ Rational Method ..................................................................................................... 2-10 2.3.2 วธ Unit Hydrograph Method ......................................................................................... 2-4 2.3.3 วธ Manning Method .................................................................................................... 2-12 2.3.4 วธ Slope-Area Method ................................................................................................. 2-14 2.3.5 วธประเมนจากปรมาณนานองสงสดของพนทรบนาฝนหนงหนวยพนท..................... 2-17

บทท 3 เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอนดน.................................................................................... 3-1 3.1 หลกการทวไปในการออกแบบ ............................................................................................... 3-1 3.2 ระดบสนเขอน ......................................................................................................................... 3-2 3.3 ความกวางของสนเขอน (DAM Crest width) .......................................................................... 3-5 3.4 การกาหนดความกวางของ Cutoff Trench............................................................................... 3-5 3.5 ขนาดหนทงและกรวดทรายรองพนบนลาดเขอนดานเหนอนา ............................................... 3-6 3.6 การปองกนลาดเขอนดานทายนา ............................................................................................. 3-8 3.7 การคานวณปรมาณนาไหลผานตวเขอนและฐานราก .............................................................. 3-8 3.8 Chimney Drain, Blanket Drain และ Toe Drain ...................................................................... 3-9

3.8.1 Chimney Drain............................................................................................................. 3-10 3.8.2 Blanket Drain............................................................................................................... 3-11 3.8.3 Toe Drain ..................................................................................................................... 3-13

3.9 การวเคราะหความมนคงของลาดเขอนดน (Slope Stability Analysis) .................................. 3-13 3.9.1 วธการวเคราะหหาคา Factor of Safety (F.S.) ............................................................... 3-14 3.9.2 วธการคานวณหาคา Factor of Safety (F.S.) ................................................................. 3-15 3.9.3 Condition of Slope Stability Analysis........................................................................... 3-16 3.9.4 การกาหนดคา Seismic Coefficient ............................................................................... 3-17 3.9.5 การกาหนดคาแรงดนนาทอยในระหวางเมดดน (Pore Pressure) ................................ 3-18

กรมทรพยากรนา ข สานกพฒนาแหลงนา


3.9.6 Allowable Factor of Safety .......................................................................................... 3-20 3.10 คณสมบตดนทนามาออกแบบตวเขอน.................................................................................. 3-20 3.11 ระยะเผอการทรดตวของสนเขอน (Crest Camber)................................................................ 3-21 3.12 อปกรณมาตรวดพฤตกรรมเขอนเกบกกนา (Dam Instrumentation)..................................... 3-22

3.12.1 Piezometer ................................................................................................................... 3-22 3.12.2 บอวดระดบนาใตดน (Observation Well)..................................................................... 3-23 3.12.3 Surface Settlement Point และ Reference Benchmark .................................................. 3-23 3.12.4 Inclinometer with magnetic Ring ................................................................................. 3-24 3.12.5 อาคารวดนา .................................................................................................................. 3-24

3.13 การระบายนาบนสนเขอน...................................................................................................... 3-25 3.14 การตรวจสอบการเกด Piping ................................................................................................ 3-25 3.15 การปรบปรงฐานรากเขอน..................................................................................................... 3-26

3.15.1 เกณฑกาหนดในการปรบปรงฐานรากเขอน ................................................................. 3-26 3.15.2 แนวทางการออกแบบปรบปรงฐานราก........................................................................ 3-26

บทท 4 เกณฑกาหนดในการออกแบบดานชลศาสตร........................................................................... 4-1 4.1 เกณฑกาหนดในการออกแบบฝายนาลน (Weir) .................................................................... 4-1 4.2 องคประกอบของอาคารระบายนาลน ...................................................................................... 4-2 4.3 การออกแบบอาคารทางนาเขา ................................................................................................. 4-2 4.4 ประเภทของฝายนาลน............................................................................................................. 4-4

4.4.1 ระดบสนฝายนาลน (Crest Elevation) ........................................................................... 4-4 4.4.2 ความยาวสนฝายนาลน (Length of Weir)........................................................................ 4-4 4.4.3 รปรางฝายนาลน (Shape of the Weir) ............................................................................. 4-6 4.4.4 การออกแบบพนฝายนาลน ............................................................................................. 4-6 4.4.5 การออกแบบ Cutoff Wall .............................................................................................. 4-9

4.5 การคานวณปรมาณนาผานฝายนาลน )Discharge Over Weir)............................................. 4-10 4.5.1 ฝายนาลนแบบมบาน .................................................................................................... 4-10 4.5.2 ฝายนาลนแบบไมมบาน ............................................................................................... 4-14

4.6 การออกแบบอาคารลาเลยงนา )Chute Channel).................................................................... 4-14

กรมทรพยากรนา ค สานกพฒนาแหลงนา


4.7 การออกแบบอาคารสลายพลงงาน......................................................................................... 4-18 4.7.1 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type I ............................................................. 4-18 4.7.2 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type II............................................................ 4-18 4.7.3 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin III ................................................................... 4-19 4.7.4 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type IV........................................................... 4-23 4.7.5 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type V ............................................................ 4-23 4.7.6 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VI........................................................... 4-25 4.7.7 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VII ......................................................... 4-26 4.7.8 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VIII ........................................................ 4-29

4.8 การออกแบบปองกนการกดเซาะ........................................................................................... 4-30 4.8.1 ความยาวของหนทง มหลกเกณฑในการออกแบบดงน ................................................ 4-30 4.8.2 ขนาดของหนทง ........................................................................................................... 4-31 4.8.3 ความหนาของวสดป..................................................................................................... 4-32

4.9 การออกแบบ รระบายนาทพน กาแพงกนดน และวสดกรอง ................................................ 4-37 4.10 การออกแบบรศมความโคงของลานา .................................................................................... 4-40 4.11 การออกแบบระดบอาคารตางๆ ............................................................................................. 4-40

บทท 5 เกณฑการออกแบบอาคารบงคบนา ......................................................................................... 5-1 5.1 หลกการทวไปในการออกแบบ ............................................................................................... 5-1 5.2 การออกแบบอาคารทางนาเขา ................................................................................................. 5-3

5.2.1 ทางชกนาเขา (Approach Channel)................................................................................. 5-3 5.2.2 อาคารรบนา (Intake Structure) ...................................................................................... 5-3 5.2.3 ทอสงนา (Conduit)......................................................................................................... 5-5 5.2.4 อาคารบงคบนา (Control Structure) ............................................................................. 5-13 5.2.5 อาคารลดพลงงานทายนา (Terminal Structure)........................................................... 5-16 5.2.6 การปองกนการกดเซาะ ................................................................................................ 5-17

บทท 6 เกณฑกาหนดในการออกแบบถนน .......................................................................................... 6-1 6.1 หลกการทวไปในการออกแบบ ............................................................................................... 6-1

6.1.1 ถนนบนสนเขอน ............................................................................................................ 6-1

กรมทรพยากรนา ง สานกพฒนาแหลงนา


6.1.2 ถนนบารงรกษาทายเขอน ............................................................................................... 6-2 6.1.3 ถนนเขาหวงาน ............................................................................................................... 6-2 6.1.4 การออกแบบทางดานเรขาคณต (Geometric Design) ..................................................... 6-3 6.1.5 การออกแบบผวจราจร (Pavement Design) .................................................................... 6-8

6.2 การออกแบบอาคารระบายนา .................................................................................................. 6-9 6.2.1 การระบายนา ................................................................................................................ 6-11 6.2.2 อาคารระบายนา ............................................................................................................ 6-11 6.2.3 การออกแบบระบบระบายนา (Drainage Design) ........................................................ 6-12 6.2.4 การออกแบบโครงสรางทางระบายนาผานถนน ........................................................... 6-20 6.2.5 การปองกนการกดเซาะ ................................................................................................ 6-25

บทท 7 เกณฑ กาหนดในการออกแบบดานโครงสราง .......................................................................... 7-1 7.1 มาตรฐานทวไป ....................................................................................................................... 7-1 7.2 ขอกาหนดและคณสมบตของวสด........................................................................................... 7-1

7.2.1 คอนกรต (Concrete)....................................................................................................... 7-2 7.2.2 เหลกเสรมคอนกรต (Reinforcing Steel)......................................................................... 7-3 7.2.3 เหลกโครงสราง (Structural Steel) ................................................................................. 7-3

7.3 แรงทกระทาตออาคาร ............................................................................................................. 7-4 7.3.1 นาหนกบรรทกถาวร (Dead Load) ................................................................................. 7-4 7.3.2 นาหนกจร (Live Load) ................................................................................................... 7-4 7.3.3 แรงลม (Wind Load) ....................................................................................................... 7-4 7.3.4 แรงดนดานขางทกระทาตอกาแพงกนดน ....................................................................... 7-4 7.3.5 แรงดนนา (Uplift Water Pressure)................................................................................. 7-5 7.3.6 แรงลอยตว (Bouyance Force) ........................................................................................ 7-5 7.3.7 แรงดนนาทกระทาตอตวฝาย (Hydrostatic Pressure) .................................................... 7-5 7.3.8 แรงทกระทาตอกาแพงในแนวดง (Vertical Wall Loads) ............................................... 7-5

7.4 เสถยรภาพของอาคาร (Stability of Structures) ....................................................................... 7-5 7.4.1 กรณวกฤตทพจารณา (Critical cases to be considered)................................................. 7-6 7.4.2 การคานวณความปลอดภยอนเนองมาจากการพลกควา (Safety Against Overturning) . 7-6

กรมทรพยากรนา จ สานกพฒนาแหลงนา


7.4.3 การคานวณความปลอดภยเนองมาจากการเลอนตว (Safety Against Sliding)................. 7-6 7.4.4 การคานวณความปลอดภยอนเนองมาจากการทรดตว (Safety Against Settlement) ....... 7-7

7.5 เสถยรภาพของความลาดเอยงของคนดน (Slope stability) ...................................................... 7-8 7.6 การออกแบบโครงสรางคอนกรตเสรมเหลก ........................................................................... 7-9

7.6.1 การกาหนดชวงหางของเหลกเสรม (Spacing of Reinforcement) ................................... 7-9 7.6.2 การปองกนเหลกเสรมโดยความหนาของคอนกรต (Concrete Covering) ...................... 7-9 7.6.3 ความหนานอยทสดของผนงกาแพงและพนคอนกรต .................................................. 7-10 7.6.4 การกาหนดแรงยดเหนยวของคอนกรต (Bond and Anchorage requirement) .............. 7-10 7.6.5 แรงเฉอนและแรงดงทแยงทยอมให.............................................................................. 7-11 7.6.6 การเสรมเหลกตานทานการเปลยนแปลงอณหภม ........................................................ 7-11 7.6.7 การงอเหลกเสรม (Hook and Bend of Reinforcement Bars)......................................... 7-13 7.6.8 การตอเหลกเสรม.......................................................................................................... 7-14

7.7 การออกแบบ Anchor Bars .................................................................................................... 7-14 7.8 การออกแบบกาแพงกนดน .................................................................................................... 7-15

7.8.1 กาแพงกนดนรปตวย (U-Shape Retaining Wall).......................................................... 7-15 7.8.2 กาแพงกนดนชนดกาแพงยน (Cantilever Retaining Wall)........................................... 7-15 7.8.3 กาแพงกนดนชนดเอยง (Slope Wall)............................................................................ 7-15

7.9 การออกแบบกาแพงฐานรากใตดน (Cut Off Wall) ............................................................... 7-17 7.10 การออกแบบรอยตอของคอนกรตในอาคาร .......................................................................... 7-17 7.11 การออกแบบทางขาม ............................................................................................................ 7-18

7.11.1 การออกแบบบนได ...................................................................................................... 7-18 7.11.2 สะพานเดนคนขาม ....................................................................................................... 7-19 7.11.3 สะพานรถยนต.............................................................................................................. 7-19 7.11.4 สะพานบรการ .............................................................................................................. 7-20 7.11.5 สะพานเครองกวาน ...................................................................................................... 7-20 7.11.6 ทอเหลยม...................................................................................................................... 7-21 7.11.7 ทอกลม ......................................................................................................................... 7-22

7.12 อาคารบงคบนา/อาคารจดปลอยนา ........................................................................................ 7-23

กรมทรพยากรนา ฉ สานกพฒนาแหลงนา


7.13 อาคารปากทางนาเขา, อาคารรบนา (Intake Structure) .......................................................... 7-24 7.14 อาคารทอสงนา (Concrete Conduit) ...................................................................................... 7-25 7.15 อาคารควบคมปรมาณนา (Control House) ............................................................................ 7-27 7.16 การคานวณอาคาร Stilling Type Basin.................................................................................. 7-29 7.17 การคานวณตะแกรงกนสวะ (Trashrack) ............................................................................... 7-29 7.18 การคานวณแผงเหลกกนนา (Bulkhead) ................................................................................ 7-29 7.19 การออกแบบบานระบาย ....................................................................................................... 7-30

7.19.1 บานประตเหลกโคง (Radial gate)................................................................................ 7-30 7.19.2 บานประตเหลกตรง (Vertical gate) ............................................................................. 7-31 7.19.3 เครองกวานบานระบาย (Gate Hoist)........................................................................... 7-37 7.19.4 ทอนกนนา (Stoplog) ................................................................................................... 7-38

กรมทรพยากรนา ช สานกพฒนาแหลงนา

สารบญตาราง รายการ หนา

ตารางท 3-1 ระยะ Freeboard ตาสดเปนเมตรจากระดบเกบกก ......................................................... 3-5 ตารางท 3-2 แสดงขนาดของหนทงตาม U.S. Corps of Engineers (1984) ........................................ 3-6 ตารางท 3-3 แสดงความหนาของกรวดทรายรองพน (Sherard et al. 1963)....................................... 3-7 ตารางท 3-4 แสดง Minimum Factor of Safety ............................................................................... 3-20 ตารางท 4-1 สมประสทธการคอดตวเนองจากตอมอ (Kp)................................................................ 4-5 ตารางท 4-2 สมประสทธการคอดตวเนองจากกาแพงรมตลง (Ka) ................................................... 4-6 ตารางท 4-3 คา Lane’s Weighted Creep Ratio สาหรบดนประเภทตางๆ ทอยบรเวณใตฝายนาลน 4-7 ตารางท 4-4 ความเรวมากทสดของนาทยอมใหทไมเกดการกดเซาะดน ......................................... 4-31 ตารางท 4-5 เกณฑกาหนดทวไปในการออกแบบขนาดคละของชนกรอง ...................................... 4-39 ตารางท 5-1 Coefficient of discharge and loss coefficient for conduit entrances............................. 5-7 ตารางท 5-2 คา Expansion Coeffient ทผนแปรตามมมทผายออก .................................................... 5-9 ตารางท 5-3 Gate Loss Coefficient ทเปอรเซนตของการเปด Gate ตาง ๆ ...................................... 5-12 ตารางท 5-4 Lane’s Weighted Creep Ratio..................................................................................... 5-19 ตารางท 6-1 สมประสทธความปลอดภยเพอการหยด ....................................................................... 6-5 ตารางท 6-2 ความยาวโคงสาหรบการเปลยนความลาดชน 1%......................................................... 6-6 ตารางท 6-3 เปอรเซนตความลาดชนสงสด (Maximum Grading)..................................................... 6-6 ตารางท 6-4 เกณฑกาหนดความปลอดภยการออกแบบโคงทางราบ................................................. 6-7 ตารางท 6-5 มาตรฐานผวจราจรกรมทางหลวง ................................................................................. 6-8 ตารางท 6-6 สมประสทธการไหลของนาผวดน ..................................................................................15 ตารางท 6-7 สมประสทธการหลากสงสด (Peak Discharge Coefficient), Kp................................. 6-20 ตารางท 6-8 แฟคเตอรของพชปกคลมดนทมผลตอการซงผานผวดนของนา

Infiltration Cover Factors ........................................................................................... 6-21 ตารางท 6-9 ความสามารถซมผานดนของนา) Infiltration Capacity).............................................. 6-22 ตารางท 6-10 ความเรวมากทสดของนาทไมเกดการกดเซาะ............................................................. 6-22 ตารางท 6-11 Lane’s Weighted Creep Ratio..................................................................................... 6-26 ตารางท 7-1 หนวยแรงทยอมใหของคอนกรต................................................................................... 7-2 ตารางท 7-2 หนวยแรงยดเหนยวทยอมใหของคอนกรต (เหลกบนรบแรงดง) ................................ 7-10 ตารางท 7-3 หนวยแรงยดเหนยวทยอมใหของคอนกรต (เหลกอนทรบแรงดง).............................. 7-11

กรมทรพยากรนา ซ สานกพฒนาแหลงนา

สารบญตาราง รายการ หนา

ตารางท 7-4 ระยะฝงและระยะทาบของเหลกเสรม ......................................................................... 7-12 ตารางท 7-5 การงอเหลก ................................................................................................................. 7-13 ตารางท 7-6 คณสมบตวสดกนนา (Water Stop).............................................................................. 7-18 ตารางท 7-7 การพอกมม ................................................................................................................. 7-18

กรมทรพยากรนา ฌ สานกพฒนาแหลงนา

สารบญรป

รายการ หนา

รปท 2-1 ตวอยางแสดงกราฟความเขมนาฝน - ชวงเวลา – รอบปการเกดซา ................................... 2-5 รปท 2-2 Dimensionless Unit Hydrograph...................................................................................... 2-8 รปท 2-3 ตวอยางกราฟความลก-ชวงเวลา-รอบปการเกดซา สาหรบจงหวดในประเทศไทย......... 2-10 รปท 2-4 ตวอยางกราฟแสดงความสมพนธระหวางความลกนาฝนกบชวงเวลา............................ 2-11 รปท 2-5 ตวอยางกราฟแฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนท

โดยสถาบนภมอากาศสหรฐอเมรกา 1961 ...................................................................... 2-12 รปท 2-6 การไหลในทางนาเปด..................................................................................................... 2-14 รปท 3-1 กราฟแสดงความสมพนธของ FETCH กบ WAVE UPRUSH INCLUDING WAVE

HEIGHT เนองจากแรงลม ................................................................................................ 3-4 รปท 3-2 ตวอยางการออกแบบ Chimney Drain และ Blanket Drain............................................. 3-10 รปท 3-3 แสดงการวเคราะหความมนคงของลาดเขอนโดยวธ Simplified Bishop Method........... 3-14 รปท 3-4 แผนทแสดงความเสยงภยแผนดนไหว............................................................................ 3-19 รปท 4-1 รปตดของอาคารระบายนาลนและองคประกอบ............................................................... 4-3 รปท 4-2 ตวแปรสาหรบกาหนดรปรางของ Ogee Crest................................................................ 4-8 รปท 4-3 คาสมประสทธการไหลท Head ตางๆ ........................................................................... 4-11 รปท 4-4 ระดบนาดานทายของฝายนาลน ...................................................................................... 4-12 รปท 4-5 คาสมประสทธการไหลของฝายแบบแบบ Free Orifice ................................................. 4-13 รปท 4-6 แสดงการไหลในทางนาเปดเพอการคานวณหาระดบนา โดยวธ Standard Step Method4-15 รปท 4-7 Transition ของรางเท ...................................................................................................... 4-17 รปท 4-8 (ก) อาคารสลายพลงงาน (ข) กราฟสาหรบหาความลกทายนา..................................... 4-20 รปท 4-9 อาคารสลายพลงงานแบบ USER Basin Type III............................................................ 4-21 รปท 4-10 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Badin Type IV.......................................................... 4-22 รปท 4-11 อาคารสลายพลงแบบ USBR Basin Type V .................................................................. 4-24 รปท 4-12 แฟคเตอรรปรางไรมต K................................................................................................. 4-25 รปท 4-13 อาคารสลายพลงแบบ USBR Basin Type VI................................................................. 4-26 รปท 4-14 อาคารสลายพลงแบบ Bucket Type Energy Dissipator ............................................... 4-27 รปท 4-15 Ski – Jump Energy Dissipator...................................................................................... 4-28

กรมทรพยากรนา ญ สานกพฒนาแหลงนา

สารบญรป รายการ หนา

รปท 4-16 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VIII....................................................... 4-30 รปท 4-17 โคงออกแบบขนาดหนทตานทานการกดเซาะในบรเวณทองนา..................................... 4-35 รปท 4-18 โคงออกแบบขนาดหนทตานทานการกดเซาะในบรเวณตลงของลานา .......................... 4-36 รปท 4-19 แสดงการเคลอนตวของดนบรเวณรอยตอของชนกรอง.................................................. 4-38 รปท 5-1 Bend Loss Coefficient.................................................................................................... 5-10 รปท 5-2 Impact Type Stilling Basin............................................................................................. 5-18 รปท 6-1 กราฟสาหรบอานคาสมประสทธนาทา C ทใชสตร Rational formula............................ 6-17 รปท 6-2 ตวอยางความสมพนธระหวางความเขมฝน-ชวงเวลา-ความถฝน ................................... 6-18 รปท 6-3 คาลดความเขมของฝนสาหรบพนทรบนา ...................................................................... 6-19 รปท 6-4 ทางนาผานถนนทาดวยดน – ซเมนต .............................................................................. 6-23 รปท 6-5 ทางนาผานถนนทาดวยหนใหญและกรวดสวนคละ ....................................................... 6-23 รปท 6-6 ทางนาผานถนนทาดวยซเมนต ....................................................................................... 6-24 รปท 6-7 ทางนาผานถนนทาดวยแผนคอนกรตบลอก ................................................................... 6-24 รปท 7-1 แสดงรปแบบแรงทกระทาตอกาแพงกนดนแบบรปตวย (U-Shape Retaining Wall) ..... 7-16 รปท 7-2 แสดงรปแบบแรงทกระทาตอกาแพงกนดนแบบกาแพงยน (Cantilever Retaining Wall)7-16 รปท 7-3 แสดงรปแบบบนไดและการเสรมเหลกบนได ................................................................ 7-20 รปท 7-4 ลกษณะแบบฐานรองรบทอ ............................................................................................ 7-22 รปท 7-5 ลกษณะแรงกระทาตอทอ................................................................................................ 7-23 รปท 7-6 แสดงรปแบบแรงทกระทาตออาคารทอเหลยม............................................................... 7-25 รปท 7-7 แสดงรปแบบแรงทกระทาตออาคารทอสงนา (Concrete Conduit)................................. 7-27

กรมทรพยากรนา 1-1 สานกพฒนาแหลงนา

บทท 1 บทนา

กรมทรพยากรนา สงกดกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม จดตงตามพระราชบญญตปรบปรงกระทรวง ทบวง กรม พ.ศ .2545 และโอนบรรดากจการบรหารอานาจหนาทของสวนราชการทเกยวของกบทรพยากรนามาสงกด โดยมวตถประสงคใหเปนหนวยงานหลกในการเสนอแนะนโยบาย วางแผนพฒนาและบรหารจดการทรพยากรนาของประเทศ เพอใหการบรหารจดการทรพยากรนาของประเทศเปนไปอยางมประสทธภาพ เปนธรรม และยงยน

การพฒนาแหลงนาของกรมทรพยากรนา เปนกจกรรมเพอใหราษฎรในชนบทท แหงแลงและขาดแคลนนานอกเขตชลประทาน ไดมนาใชเพยงพอกบความตองการในการยงชพขนพนฐาน ไดแก การอปโภค บรโภค ตลอดทงป และเพอใชเสรมการเกษตรยงชพเทาทแหลงนาธรรมชาตจะอานวยใหทาการพฒนาได งานพฒนาแหลงนา มหลายประเภทตามลกษณะของแหลงนา สภาพภมประเทศ และความตองการของราษฎร ไดแก อางเกบนา ฝายนาลน คลองสงนา เปนตน ซงงานแตละประเภท มสงกอสรางและหลกเกณฑการออกแบบทแตกตางกนออกไป งานอางเกบนาและฝายนาลน เปนงานทใหประโยชนสง และมสงกอสรางขนาดใหญกวางานประเภทอน จงมขนตอนในการออกแบบรายละเอยดและยงยากมากกวางานอยางอน

ในปจจบน กรมทรพยากรนา มภารกจแผนงานจะกอสรางพฒนาแหลงนาใหครอบคลมทวถงทกพนทของสานกงานทรพยากรนาภาค เพราะถอวาแหลงนาเปนปจจยอนสาคญใน การประกอบอาชพและวถชวตของคนไทย จานวนโครงการพฒนาแหลงนาจงมเพมมากขน แตขณะเดยวกน แนวทางและเกณฑกาหนดการออกแบบโครงการพฒนาแหลงนาของกรมทรพยากรนา ยงไมมใชงาน ดงนน เพอใหความรและเปนแนวทางในการออกแบบแหลงนาตอไป คมอเลมน จงมเนอหาแตเฉพาะดานพฒนาแหลงนา ไดแก อางเกบนาและฝายนาลน และมจดมงหมายใหร เกณฑกาหนดการออกแบบโครงการพฒนาแหลงนา ตามหลกวชาการขนพนฐานเทานน หากจาเปนตองออกแบบงานทใชหลกวชาการทมความละเอยดและยงยากขน ควรคนควาตาราอนๆ หรอนามาปรกษาหารอกบผเชยวชาญทมประสบการณตามความเหมาะสม


บทท 2 เกณฑกาหนดในการออกแบบดานอทกวทยา

2.1 การประเมนปรมาณนาทา Flood studies เปนการศกษาเกยวกบปรมาณนานอง เพอหาคาปรมาณนานองสงสดท

เกดขนในรอบป (Return Period) ทกาหนด เพอออกแบบขนาดของอาคารระบายนาลน เชน อาคารระบายนาลน ฝายฯ ทอระบายนา และทางนาผานถนน เปนตน ไดอยางปลอดภย ปรมาณนานองสงสดหมายถง นาจานวนมากทสดทจะไหลมาในลานา ชงจะเกดขนเมอมฝนตกหนกเปนเวลานานตดตอกนทวทงพนทรบนาฝน ปรมาณนานองสงสดของแตละปจะมจานวนไมเทากน ขนอยกบปรมาณฝนตกมากทสดของแตละครงในแตละป

2.2 ขอพจารณาการเลอกคารอบป สาหรบใชออกแบบ โครงสรางทมความสาคญ กลาวคอ ถาเกดความเสยหายแลวจะเกดอนตรายตอชวตและ

ทรพยสน กตองออกแบบใหปลอดภยมากทสด โดยออกแบบใหสามารถรบปรมาณนานองสงสดในรอบหลายป Nemec ไดแนะนาคารอบปเพอใชออกแบบงานตางๆดงตาราง ลาดบท ประเภทของงาน รอบป (ป) หมายเหต

1 งานระบายนา ทอลอดทมนาบานอย และการขดระบายลานาเลกๆ ในชนบท 3 - 5

2 ทางระบายนาลน ฝายนาลนขนาดเลกในชนบท หากไดรบความเสยหาย เนองจากนานองกไมเกดอนตรายตอชวตและทรพยสน

10 – 20

3 ทอลอด และสะพานเลกๆ บนทางสาธารณะระหวางหมบาน 30 – 50

4 งานตามขอ 1 หากเกดความเสยหาย เนองจากนานองจะเปนอนตรายตอชวตและทรพยสน

50 – 100

5 งานตามขอ 2 หากเกดความเสยหาย เนองจากนานองจะเปนอนตรายตอชวตและทรพยสน

50 – 100

6 ทอลอดและสะพานเลก ๆ บนทางหลวง ถามนามากอาจกอใหเกดความเสยหายแกทรพยสน 50 – 100

ทมา : คมอการออกแบบแหลงนาสาหรบงานเรงรดพฒนาชนบท กองสารวจและออกแบบ รพช. 2529


2.3 การคานวณปรมาณนานองสงสด วธคานวณปรมาณนานองสงสดมหลายวธ แตสาหรบงานแหลงนาขนาดเลกแนะนาให

ใชวธดงตอไปน - วธ Ratio nal Method (ใชสถตขอมลนาฝน) - วธ Unit H ydrograph (ใชสถตขอมลนาฝน) - วธ Manning - วธ Slope-Area - วธ ประเมนจากปรมาณนานองสงสดของพนทรบนาฝนหนงหนวยพนท

2.3.1 วธ Rational Method วธRational Method เปนวธการคานวณปรมาณนานองสงสดโดยใชขอมลสถตนาฝน

และขอมลลกษณะของลานาวธนเหมาะกบพนทรบนาฝนขนาดเลกทมขนาดไมเกน 10 ตร.กม.และไมมขอมลปรมาณนาทวมทวดในสนาม คาปรมาณนานองสงสดทคานวณไดโดยวธน จะมคามากเกนความเปนจรงสาหรบพนทรบนาฝนขนาดใหญทม Basin หลายอนรวมกน

Rational Method มสตรดงน

Qpeak = 0.278 C*I*A

Tc = 0.0663* ( ) 77.0/ SL

S = H/L

เมอ Qpeak = ปรมาณนานองสงสด (ม.3/วนาท) C = สมประสทธนาทา I = ความเขมนาฝน (Rainfall Intensity)

ทชวงเวลา Tc (มม./ซม.) Tc = ชวงเวลาการตกของฝน (Time of concentration)

เทากบเวลาทนาใชในการไหลจากจดไกลทสดของ พนทรบนาฝนมาถงโครงการ (ชม.)

A = พนทรบนาฝนของโครงการ (กม.2) L = ความยาวของลานาสายหลกถงจดทตงโครงการ (กม.) S = ความลาดเอยงของพนทองลานา (ม./ม.)


H = ระดบพนลานาทจดไกลสด-ระดบพนลานา ทจดทตงโครงการ (ม.)

คาสมประสทธนาทา C ภมประเทศและตนไมปก

คลม ดนทราย

ปนดนตะกอน ดนเหนยว

ปนดนตะกอน ดนเหนยวเลน

พนทเปนปา (Woodland) ทราบ (ลาด 5-10%) เปนลกคลน (ลาด 5-10%) เปนเนน (ลาด 5-30%) ทงหญาเลยงสตว (Pasture) ทราบ เปนลกคลน เปนเนน พนทเพาะปลก (Cultivated) ทราบ เปนลกคลน เปนเนน

0.10 0.25 0.30

0.10 0.16 0.22

0.30 0.40 0.52

0.30 0.35 0.50

0.30 0.36 0.42

0.50 0.60 0.72

0.40 0.50 0.60

0.40 0.55 0.60

0.60 0.70 0.82

ลกษณะพนท ในเมอง (Business Area) หมบานจดสรร ถนน หลงคา

0.60-0.75 0.50-0.70 0.75-0.85 0.75-0.95

1) ความเขมนาฝน (Rainfall Intensity) : I

หาไดจากสถตขอมลนาฝนทไดวเคราะหเปนกราฟความเขมนาฝน-ชวงเวลา-รอบป การเกดซาของแตละจงหวดทตงโครงการ โดยพจารณาใชคาบปทเหมาะสมกบงาน ปกตงานแหลงนาขนาดเลกใชคาบ 25 ป ตวอยางกราฟความเขมนาฝน-ชวงเวลา-รอบปการเกดซา แสดงใน รปท 2-1


2) Q inflow และ Q outflow

คา Qpeak ทคานวณตามสตรขางตน สาหรบโครงการอางเกบนาจะเปนปรมาณนานองสงสดไหลเขา (Qinflow) การกาหนดขนาดอาคารระบายนาลนจะตองสมพนธกบปรมาณนานองสงสดไหลออก (Qoutflow) ซงคานวณไดจากสตรทวไปของอางเกบนาหลายขนาดดงน

1 เมอ R/A < 0.01

Qoutflow = Qinflow

2 เมอ 0.01 < R/A < 0.025

Qoutflow = (R/A*100)-0.11 *Qinflow

3 เมอ R/A > 0.025

Qoutflow = 1.2536 (R/A*100)-0.35 *Qinflow

เมอ R = พนทผวนาในอางเกบนาทระดบเกบกก (กม.2) A = พนทรบนาฝนของโครงการ (กม.2)

2.3.2 วธ Unit Hydrograph Method เปนวธทนา Unit Hydrograph สงเคราะห (Synthetic Unit Hydrograph) ของหนวยงาน

อนรกษดน (Soil Conservation Service, SCS) แหงสหรฐอเมรกา มาประยกตใชคานวณหา ปรมาณนานองสงสดสาหรบพนทรบนาฝนระหวาง 10 ถง 2,500 ตร.กม. โดย Unit Hydrograph จะแปลงคานาฝนทเหลอจากการซมลงดน (Rainfall excess) ซงเกดในชวงเวลาหนงทวพนทรบนาฝนใหเปนนาทาไหลบนดน การคานวณจะใหผลออกมาเปนกราฟนานอง ซงเปนผลรวมของกราฟนานองยอย ๆ ของ Rainfall excess ทเกดขนในชวงเวลาหนง ๆ หลายชวงตอเนองกน ปรมาณนานองสงสดคอ ยอดของกราฟนานอง กรณนานองนอาจใชประโยชนตอไปโดยนาไปคานวณเกยวกบ Flood Routing เพอหาขนาดทปลอดภยของอาคารระบายนาตาง ๆ


รปท 2-1 ตวอยางแสดงกราฟความเขมนาฝน - ชวงเวลา – รอบปการเกดซา ทมา : การออกแบบแหลงนาสาหรบงานเรงรดพฒนาชนบท, กองสารวจและออกแบบ กรมการเรงรดพฒนาชนบท


สตรทใชในการคานวณหาปรมาณนานองสงสดโดยวธ Unit Hydrograph มดงน

tp = 1.90* ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ 162.0/* SLL c

Tp = 1.11*tp

∆t = 5pT

โดยท tp = เวลาทใชในการเกดปรมาณนานองสงสดของ Unit Hydrograph นบจากกงกลางชวงทเกด Rainfall excess (ชม.)

L = ความยาวของลานาสายหลก (กม.) Lc = ความยาวของลานาสายหลกวดจากทตงโครงการถงบนลานาซงอยใกล

จดศนยถวงของพนทรบนาฝนมากทสด (กม.) S = ความลาดของพนทองนาของลานาสายหลก (ม./ม.) Tp = เวลาทใชในการเกดปรมาณนานองสงสดของ Unit Hydrograph

นบจากเมอเรมม Rainfall excess (ชม.) ∆t = ชวงเวลาการเกด Rainfall excess (ชม.)

1) Dimensionless Unit Hydrograph

คาปรมาณนานองทเวลาตาง ๆ ของ Unit Hydrograph หาไดจาก Dimensionless Unit Hydrograph ของหนวยงาน SCS (Soil Conservation Service) ตาม รปท 2-2 ซงไดจดทาขนจากการศกษา Unit Hydrograph ทเกดขนตามธรรมชาตจานวนหลาย ๆ อน ซงมขนาดและลกษณะภมประเทศของพนทรบนาฝนแตกตางกน ดงน


Time Ratios

(t/Tp) Discharge Ratios

(q/qp) Time Ratios

(t/Tp) Discharge Ratios

(q/qp) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

0.000 0.300 1.000 0.190 0.310 0.470 0.660 0.820 0.930 0.990 1.000 0.990 0.930 0.860 0.780 0.680

1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 5.0

0.560 0.460 0.390 0.330 0.280 0.207 0.147 0.107 0.077 0.055 0.040 0.029 0.210 0.015 0.011 0.000

ทมา : หนวยงานอนรกษดน SCS (Soil Conservation Service) แหงสหรฐอเมรกา


รปท 2-2 Dimensionless Unit Hydrograph

ทมา : การออกแบบแหลงนาสาหรบงานเรงรดพฒนาชนบท, กองสารวจและออกแบบ กรมการเรงรดพฒนาชนบท

2) อตราการซมลงดนของนา (infiltration)

อตราการซมลงดนของนาขนอยกบ แฟคเตอรหลายอยาง ทสาคญคอชนดของดน ดงน

ชนดของดน อตราการซมของนา (ซม./ชม.) ดนเหนยว

ดนรวนปนดนเหนยว ดนรวนปนดนตะกอน ดนรวนปนทราย

ทราย

0.1-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 2.0-3.0 3.0-10.0


สาหรบพายฝนครงแรก อตราการซมจะสงเมอฝนเรมตก และอตราการซมจะลดลงเมอฝนตกตอไปนาน ๆ แตในการออกแบบนยมใชอตราการซมคงทสาหรบพายฝนขนาดใหญ (Major Storm)

แฟคเตอรอน ๆ ทมผลตอการซมลงดนของนา เชน พชปกคลมดน ความลาดเอยงของพนทอณหภม คณภาพนาและความแนนของดน เปนตน

อนง นาฝนทเหลอเปนนาไหลบนดนนนทจรงเปนนาฝนทงหมดหกออกดวยนาทสญเสยจากการซม นาทคางอยแองนา (Depression) และนาทคางอยตามตนไม ใบไม หรอ ทอนไม (detention) ซงเปนสวนนอย และไมเปนนาไหลบนดน

3) ความลกนาฝนสงสดกบชวงเวลา (Rainfall - Duration)

ปรมาณนาฝน หาไดจากการอานคานาฝนจากกราฟความลก-ชวงเวลา-รอบปการเกดซา ของจงหวดทตงโครงการ ดงตวอยางแสดงใน รปท 2-3 โดยใชรอบปการเกดซา 25 ป จะไดคาปรมาณนาฝนสงสด (ซม.) ในแตละชวงเวลา (ชม.) จากนนนาคาทไดไปเขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางความลกนาฝนกบชวงเวลา ดงตวอยางแสดงใน รปท 2-4

4) แฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนท (Area Rainfall Reduction Factor)

การนาคาความลกนาฝนทอานไดจากกราฟความลก-ชวงเวลา ตามขอ 3 ไปใชกบพนทฝนตกขนาดใหญจะทาใหมคาสงเกนความเปนจรง เพราะโอกาสทฝนจะตกหนกเฉลยคลมพนทขนาดกวาง ๆ นนมโอกาสนอย ดงนนการนาคาความลกนาฝนไปใชจาเปนจะตองมแฟคเตอรคณเพอลดขนาดความลกของนาฝนเฉลยสาหรบพนทกวาง ๆ ลงใหใกลเคยงกบความเปนจรง

สาหรบประเทศไทยนนยงไมไดมการพฒนากราฟแฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนทดงนนในการศกษาจะใชของตางประเทศทศกษาไวแลว เชน สถาบนภมอากาศ สหรฐอเมรกา (Hershfiled, 1961) ดงแสดงใน รปท 2-5


รปท 2-3 ตวอยางกราฟความลก-ชวงเวลา-รอบปการเกดซา สาหรบจงหวดในประเทศไทย ทมา : การออกแบบแหลงนาสาหรบงานเรงรดพฒนาชนบท, กองสารวจและออกแบบ กรมการเรงรดพฒนาชนบท


รปท 2-4 ตวอยางกราฟแสดงความสมพนธระหวางความลกนาฝนกบชวงเวลา ทมา : การออกแบบแหลงนาสาหรบงานเรงรดพฒนาชนบท, กองสารวจและออกแบบ กรมการเรงรดพฒนาชนบท

เลคเลอรค และแชค (Leclerc and schaake, 1972) ไดเสนอสมการสาหรบคานวณหาคาแฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนท ดงน

ARF = l - exp(-1.1*tr0.25 - 0.01*A)

เมอ ARF = แฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนท tr = ชวงเวลาของฝน (ชม.) A = พนทมหนวยเปนตารางไมล


รปท 2-5 ตวอยางกราฟแฟคเตอรลดความลกนาฝนตามขนาดพนท โดยสถาบนภมอากาศสหรฐอเมรกา 1961

2.3.3 วธ Manning Method Manning Method เปนวธคานวณปรมาณการไหลของลานา โดยอาศยหลกการทาง

ชลศาสตรของรปตดลานา ทมการไหลแบบสมาเสมอ (Uniform Flow)โดยลานามความลาดเอยงและมพนทหนาตดคงทเปนระยะทางทยาวเพยงพอ วธนใชเมอมขอมล รปตดลานา และระดบนาสงสด ซงไดจากการสารวจในสนาม เหมาะสาหรบลานาทมรปตดแนนอน เชน คลองสงนา ทอระบายนา อโมงคสงนา

สตร Manning มดงน

V = 1/n *R2/3 *S1/2

Q = A*V

R = A/P

S = H/L


เมอ V = ความเรวเฉลยของการไหล (ม./วนาท) S = ความลาดชนของ energy gradient (ม./ม.) R = รศมชลศาสตร (ม.) A = พนทหนาตดของนา (ม.3) P = ความยาวเสนขอบเปยก (ม.) n = สมประสทธความขรขระของผวสมผส Q = อตราไหล (ม.3/วนาท)

จากสตรขางตน หากถอวานาไหลดวยความเรวสมาเสมอไมเปลยนแปลงตามระยะทางแลว S = ความลาดชนของทองนา เมอการไหลแบบ Uniform Flow S = H/L เมอ H = ผลตางของระดบนาลานา 2 จด (ม.) L = ระยะตามแนวนาไหลระหวาง 2 จดนน (ม.)

คาสมประสทธความขรขระของผวสมผส "n" ลกษณะของลานา คาสมประสทธ

คลองสงนา คลองดนขด คลองหนขด คอนกรต ไม เหลก

ลานาธรรมชาตบนพนราบ พนเรยบตรงไมมกรวดและวชพช พนเรยบตรงมกรวดและวชพช พนไมเรยบแมแองทวไปคดเคยว พนไมเรยบมแองคดเคยววชพชและกรวดหน มวชพชหนาแนน แองลก ทลมนาทวมมตนไมขนหนาแนน

ลานาธรรมชาตบนภเขา พนทมกรวด หน หนกอนบางเลกนอย ไมมวชพช พนมหน และหนกอนใหญ (Boulder) อยทวไป

0.025 0.40 0.13 0.14 0.12

0.250-0.033 0.030-0.040 0.033-0.045 0.035-0.050 0.075-0.150

0.030-0.050 0.040-0.070


2.3.4 วธ Slope-Area Method Slope Area Method เปนวธการคานวณปรมาณนานองสงสด โดยใชขอมลทางกายภาพของ

ลานา ซงการไหลในลานาธรรมชาต ความเรวของนาจะเปลยนแปลงและไมคงทไปตามระยะทาง การคานวณดดแปลงสตร Manning มาคานวณหาปรมาณนานองสงสดของลานาธรรมชาต ดงน

(1) สารวจลกษณะทางกายภาพของลานา และรปตดลานาอยางนอย 3 แหง บนชวงลานา ซงยาวไมนอยกวา 75 เทาของความลกของนา และชวงความยาวดงกลาวของลานาระดบนาดานทายนาควรตากวาระดบนาดานเหนอนาไมนอยกวา Velocity Head (V2/2g) หรอไมนอยกวา 0.15 เมตร

(2) เกบขอมลระดบนาในลานาทระดบสงสดทสงเกตได หรอจากการสอบถามชาวบาน

(3) กาหนดคาสมประสทธความขรขระของลานา : n ซงดรายละเอยดในวธการหาคา n

วธการคานวณปรมาณนานองสงสดโดยวธ Slope Area มสตรการคานวณโดยพจารณาของการไหลในทางนาเปดตาม รปท 2-6 โดยอาศยหลกการจากสตร Manning ดงน

จากสตร Manning Q = 1/n*A*R2/3 *S1/2

ให K = 1/n*A*R2/3

จะได Q = K*S1/2

รปท 2-6 การไหลในทางนาเปด


สามารถเขยนสตรสาหรบคานวณหาปรมาณนานองสงสดโดยวธ Slope Area Method ไดดงตอไปน

สตร Slope Area Q = Kw*Sf1/2

เมอ Kw = ( )downup KK *

hv = α*V2/2g เมอ α = ∑ (K3/A2) * (∑A)2/(∑K)3 ∆hv = hvup - hvdown ∆h = ระดบนาดานเหนอนา - ระดบนาดานทายนา เมอ ∆hv มคาบวก hf = ∆h + 0.5*∆hv เมอ ∆hv มคาลบ hf = ∆h + ∆hv และ Sf = hf/Lm โดยท K = Conveyance factor Kw = Weighted conveyance factor A = พนทหนาตดของนา (ม.2) R = รศมชลศาสตร (ม.) V = ความเรวเฉลยของนา (ม./วนาท) hv = Velocity head (ม.) α = ตวแก Velocity head hf = Friction loss (ม.) Lm = ความยาวลานาวดตามโคงแนวลานาของแตละชวง (ม.) Sf = Frictional slope (ม./ม.) n = สมประสทธความขรขระของลานา

คาเฉลยของสมประสทธความขรขระของลานา

โดย U.S. Soil Conservation Service ไดกาหนดวธการคานวณ ดงน - กาหนดคา Basic n1 - กาหนดคา n2 สาหรบความขรขระของผวสมผสหรอความไมราบเรยบของผวนา - กาหนดคา n3

สาหรบการเปลยนแปลงขนาดและรปรางของรปตดลานา - กาหนดคา n4 สาหรบสงกดขวางในลานา เชน รากไม ทอนซง สวะ - กาหนดคา n5 สาหรบพชและตนไมทขนในลานา


- กาหนดคา n6 สาหรบความคดโคงของลานา

คาสมประสทธความขรขระของลานา (โดย U.S. Soil Conservation Service) 1 คา n1 สาหรบ Basic n ผวลานา เปนดน 0.010 ผวลานา เปนหน 0.015 ผวลานา เปนกรวดละเอยด 0.014 ผวลานา เปนกรวดหยาบ 0.028 2 คา n2 สาหรบความไมราบเรยบของผวสมผส ผวเรยบ 0.000 คอนขางเรยบ 0.005 เรยบปานกลาง 0.010 ขรขระ (ไมเรยบ) 0.020 3 คา n3 สาหรบการเปลยนแปลงขนาด และรปรางของรปตดลานา เปลยนแปลงเลกนอย 0.000 เปลยนแปลงบาง 0.005 เปลยนแปลงมาก 0.010 ถง 0.015 4 คา n4 สาหรบสงกดขวางในลานา เชน ทอนไม รากไม ฯลฯ ไมม 0.000 มนอย 0.010 มพอสมควร 0.030 มมาก 0.060 5 คา n5 สาหรบพชและตนไมทขนในลานา มนอย 0.005 ถง 0.010 มปานกลาง 0.010 ถง 0.025 มมากพอควร 0.025 ถง 0.050 มมากทเดยว 0.050 ถง 0.100 6 คา n6 สาหรบความคดโคงของลานา

Lm/Ls n6 1.0-1.2 0.00 1.2-1.5 0.15*ns

มากกวา 1.5 0.30 ns


เมอ Lm = ความยาวของลานาวดตามแนวโคง Ls = ความยาวของลานาวดตามแนวตรง ns = n1 + n2 + n3 + n4 + n5

อนง วธการหาคาสมประสทธ n ตามทกลาวขางตน ควรกาหนดคา n ทสวนตางๆ ของรปตดลานา ชงคา n ของสวนตางๆในลานาเดยวกนไมจาเปนตองมคาเทากน รปตดลานา รปหนงอาจแบงเปนหลายสวนดงน

- สวนของลานาทมคาระดบตา (Low Floe Channel) - สวนของลานาฝงซายทมนาทวมถง (Left Over Bank) - สวนของลานาฝงขวาทมนาทวมถง (Right Over Bank) - สวนของลานาเลกๆ ทเกดบนฝง (Secondary Channel)

2.3.5 วธประเมนจากปรมาณนานองสงสดของพนทรบนาฝนหนงหนวยพนท วธการคานวณปรมาณนานองสงสด วธนอาจประเมนไดสะดวกและรวดเรว จาก

ปรมาณนาจานวนมากทสดทจะไหลมาในลานาในรอบ 25 ป โดยอานจากกราฟซงแสดงความสมพนธ ของปรมาณนานองสงสดตอพนทรบนาฝนหนงตารางกโลเมตร ของภาคตางๆ ดงแสดงตวอยางกราฟตาม รปท 2.7 วธนควรใชในการตรวจสอบคาปรมาณนานองสงสด ทคานวณไดจากวธอนๆ สาหรบพนทรบนาฝน 0 – 40 ตร.กม .การประเมนปรมาณนานองสงสดดวยวธน ใหพจารณาสภาพความลาดเอยงของภมประเทศจรงเปรยบเทยบ กบสภาพภมประเทศทระบไวในกราฟดวย และประเมนคาเพมขนหรอลดลงไปจากกราฟไดตามความเหมาะสม


2-7


บทท 3 เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอนดน

3.1 หลกการทวไปในการออกแบบ ในการออกแบบเขอน จะพจารณาถงรปรางลกษณะของตวเขอน ทใหความปลอดภยใน

การใชงานไดทกกรณ กลาวคอ ใหความปลอดภยทงในระหวางกอสรางและหลงกอสรางแลวเสรจ ซงเกณฑการออกแบบเขอน โดยทวไปจะพจารณาในเงอนไขตางๆ ดงตอไปน

(1) การกาหนดความสง ตวเขอนจะตองสงพอ และปลอดภยไมใหนาไหลขามสนเขอน (Overtopping) ในขณะทเกดปรมาณนาสงสดไหลลงอาง ซงจะตองพจารณาขอมลความเรวลม ความสงของคลนและการกาหนดขนาดของอาคารระบายนาลน และขนาดทอระบายนาจากอางเกบนา เพอใหมความสามารถพอทจะระบายนาในปรมาณดงกลาวได

(2) ลาดของตวเขอนดานเหนอนาและทายนา จะตองมนคงเพยงพอไมวาจะอยในระหวางการกอสราง หรอระหวางการเกบกกนาเตมท หรอระหวางชวงทจะตองลดระดบนาในอางลงอยางรวดเรว

(3) Abutment ทงสองฝงจะออกแบบใหอยบนชนหนและตวเขอนชวงลานา รวมทงตวเขอนสวนใหญ จะตองออกแบบใหวางบนฐานรากแขงแรง พอทจะรบนาหนกของตวเขอนได

(4) การออกแบบควบคมการไหลซมของนาผานตวเขอน ฐานราก และ Abutment ทงสองฝงเพอปองกนการกดเซาะภายในตวเขอนหรอเกด Piping ดานทายเขอนได โดยปรมาณนาทซมผานนจะยอมใหซมผานไดบาง ไปตามระบบระบายนาภายในทกาหนดไว โดยระบบระบายนาภายในสามารถรบปรมาณนาดงกลาวได และไมเปนอนตรายแกตวเขอน

(5) ตวเขอนจะตองปลอดภยไมใหนาไหลขามสนเขอน เนองจากแรงกระแทกของคลนในอางเกบนาได

(6) ลาดเขอนดานเหนอนา ตองปองกนไมใหเกดการกดเซาะจากแรงกระแทกของคลน และลาดเขอนดานทายนารวมทงสนเขอนจะตองปองกนการกดเซาะ เนองจากลมและฝนได

(7) การตดตงอปกรณเพอตรวจสอบพฤตกรรมเขอนทงขณะกอสราง และภายหลงเมอสรางเขอนเสรจสนในตาแหนงทเหมาะสม


การออกแบบใหเปนไปตามเกณฑทกลาวแลวขางตน จะชวยเพมสวนปลอดภยพรอมทงมความมนคงตลอดอายการใชงานของตวเขอน แตทงนจะตองขนอยกบวธการกอสราง และการควบคมระหวางกอสรางประกอบดวย

ในการดาเนนการออกแบบตวเขอน จะยดหลกวา ตองประหยดราคาคากอสราง ซงรวมทงคาใชจายในการบารงรกษา หลงจากสรางเสรจแลว โดยการออกแบบจะพจารณาคดเลอกวสดทใชในการกอสรางจากแหลงทใกลเคยงกบหวงานใหมากทสด และอาจจะพจารณาใชแหลงดนจากดนทขดจากรองแกนเขอน หรอบรเวณทกอสรางอาคารระบายนาลน (Spillway) และทอสงนา (Outlet)

3.2 ระดบสนเขอน ระดบสนเขอนจะตองสงพอทนาในอางเกบนาจะไมไหลลนขาม ไมวาจะเปนผลมาจาก

คลนทเกดขนในอางแลวไหลลนขนมาบนสนเขอน หรอมสาเหตมาจากปรมาณนาไหลเขาอางฯ มากเกนไปจน Spillway ระบายนาออกไมทนกตาม ระดบสนเขอนจะกาหนดจากระยะพนนา (Freeboard) โดยมเกณฑดงน ความสงเขอนนอยกวา 50.00 เมตร ระยะพนนาจะตองไมนอยกวา 2.00 เมตร หรอพจารณาจากเกณฑดงน

Fetch Length, กม. ระยะพนนาปกต, ม. (Normal Freeboard)

ระยะพนนาตาสด, ม. (Minimum Freeboard)

นอยกวา 1.6 1.20 0.90 1.6 1.50 1.20 4.0 1.83 1.50 8.0 2.40 1.80

16.0 3.00 2.10

โดยความเรวลมใชคาประมาณ 160 กม./ชม. เพอคานวณหาระยะพนนา (Normal Freeboard) ปกต และใชคาประมาณ 80 กม./ชม. สาหรบคานวณหาระยะพนนาตาสด

ระยะพนนาปกต (Normal Freeboard) เปนระยะจากระดบสนเขอนถงระดบนาเกบกก สวนระยะพนนาตาสด เปนระยะจากระดบสนเขอนถงระดบนาสงสด ทงนการคานวณระยะพนนาบน Ripraped Earthfill dam สามารถคานวณไดจากสตร ดงน

HF ≥ ∆h + (hw หรอ he/2) + ha + hi (3-1)


โดยท HF = ระยะพนนา, ม. ∆h = ระดบนาขนสงสด (Flood Surcharge) ในขณะระบายนาผาน Spillway ดวย

ปรมาณทออกแบบไว, ม. hw = ความสงคลนจากแรงลม, ม. he = ความสงของคลนเนองจากผลกระทบของแผนดนไหว, ม. ha = ความสงของระดบนา เนองจากความผดพลาดในการควบคมบานระบาย ใชคามาตรฐานเทากบ 0.5 ม. ในกรณททางระบายนาลนเปนแบบบาน

บงคบ (Gated Spillway) 0.0 ม. ในกรณททางระบายนาลนเปนแบบ

Free Overflow (Ungated Spillway) hi = ความสงเผอ Safety ตามชนดของเขอน, ม.

ใชคามาตรฐานเทากบ 1.0 ม. สาหรบเขอนดนและเขอนดน-หนถม

สาหรบ hw หรอ he/2 ใหใชคาใดทมากกวา เพราะโอกาสทจะเกดปรากฏการณทงสองอยางขนพรอมๆ กน จะยากมาก

ความสงของคลนเนองจากลม, hw เปนระยะทคลนซดขนบนลาดเขอนดานเหนอนา จงขนอยกบความเรวลมในอางเกบนา รปท 3-1 แสดงกราฟทใชหาความสง hw โดย F (Fetch Length) คอ ระยะทางตรงยาวทสดจากขอบอางถงตวเขอน ซงแสดงโดย J.Saville, (Saville T, McClendou E., “Freeboard Allowances For Waves in Inland Reservoirs”, Journal of Waterways and Harbours Division, ASCE, 1962)

สาหรบความสงคลนจากผลกระทบของแผนดนไหว (he) จะพจารณาจากสตรของ Seiichi Sato ตาม REF. 14 จากหนงสอ “Design criteria for dams, Japanese National Committee on large dam, April 1976” ดงน

he = og.H2K.Eπ (3-2)


รปท 3-1 กราฟแสดงความสมพนธของ FETCH กบ WAVE UPRUSH INCLUDING WAVE HEIGHT เนองจากแรงลม

ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544 เมอ K = คา Seismic Coefficient ในแนวระดบ E = period ของคลนแผนดนไหว, วนาท Ho = ความลกของนาในอางหนาเขอน, ม. g = ความเรงจากแรงดงดดโลก = 9.81 ม./วนาท2

ระดบสนเขอน ≥ HF + ระดบนาเกบกก (3-3)

โดยท HF = ระยะพนนานบจากระดบเกบกกถงสนเขอน, ม.

ในกรณท HF จากสมการ (3-1) สงกวา ตารางท 3-1 ใหใชระดบสนเขอนตาม สมการท (3-3)


ตารางท 3-1 ระยะ Freeboard ตาสดเปนเมตรจากระดบเกบกก ความสงของเขอน เขอนคอนกรต เขอนถม

นอยกวา 50 ม. 1.0 2.0 50 – 100 ม. 2.0 3.0 มากกวา 100 ม. 2.5 3.5

ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544

3.3 ความกวางของสนเขอน (DAM Crest width) สนเขอนจะตองกวางพอทจะใหเครองจกรเครองมอตางๆ สามารถทางานได

โดยสะดวก และตองกวางพอทจะทาใหลาดตวเขอนทงดานเหนอนาและทายนาเกดความมนคงตลอดอายการใชงาน นอกจากนนจะตองพจารณาเรองวสดทจะนามาถมตวเขอน โดยตองกวางพอทจะทาใหเกดระยะการไหลของนาผานตวเขอนสนทสด รวมทงตองกวางพอเพอทาเปนถนนบนสนเขอนตอไปไดดวย ทงนสามารถพจารณาไดจากสมการทแนะนาไวในหนงสอ “Design of Small Dam, Ref. 24 USBR, 1987 หนา 253” ดงน

W = 05.35Z

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ (3-4)

โดยท W = ความกวางของสนเขอน, ม. Z = ความสงทสดของเขอนดน, ม.

และเพอความสะดวกในการกอสรางของเครองจกรกล สนเขอนควรมความกวางไมนอยกวา 4 ม.

3.4 การกาหนดความกวางของ Cutoff Trench เนองจากตองการใหฐานรากมลกษณะทบนา หรอมนาซมผานไดนอยมาก จง

จาเปนตองขดทองรองแกนจนถงระดบชนหนทบนา ตลอดความยาวของตวเขอน สวนความกวางทองรองแกนตองกาหนดใหกวางพอทจะนาเครองจกร เครองมอลงไปทางานได อยางไรกตามความกวางของรองแกนสามารถคานวณไดตาม REF.24 “Design of Small Dams,1987 หนา 206

w1 = h – d (3-5)


โดยท w1 = ความกวางทองรองแกน, ม. h = ความลกนาวดจากระดบผวดนถงระดบเกบกกนา, ม. d = ความลก Cutoff Trench วดจากผวดนถงรองแกน, ม.

3.5 ขนาดหนทงและกรวดทรายรองพนบนลาดเขอนดานเหนอนา การปองกนลาดตวเขอนดานเหนอนาใหปลอดภยจากแรงกระแทกของคลนในอางเกบ

นากระทาไดโดยกาหนดใหมการทงหนทลาดเขอนดานเหนอนา

ขนาดของหนทงตามคาแนะนาของ U.S. Corps Engineers (1984) และ Sherard et al. (1967) หนา 456 สามารถคานวณไดจากสมการ

W50 = θ

γCOT1)(SK

r.H3

rRR

3

− (3-6)

เมอ W50 = นาหนกเฉลยของหน, กโลนวตน (kN) γr = ความหนาแนนของหน, กโลนวตนตอ ม3 (kN/m3) H = ความสงคลน, ม. Sr = ความถวงจาเพาะของหน (Sr = γr/γw) θ = มมลาดเขอน, องศา KRR = Stability Coefficient มคาเทากบ 2.5 สาหรบ Angular Rock

นาหนกของหนใหญสด (W100) มคาประมาณ 4 เทาของนาหนกเฉลย (W50) ซงจะไดขนาดใหญสดของหน (D100) มคาประมาณ 1.5 เทาของขนาดเฉลย (D50)

สาหรบหนทงทมคาความถวงจาเพาะเทากบ 2.6 ขนาดของหนประมาณไดจาก ตารางท 3-2

ตารางท 3-2 แสดงขนาดของหนทงตาม U.S. Corps of Engineers (1984) ความสงคลน ขนาดของหนทง (ม.)

(ม.) 3H : 1V (slope) 2H : 1V (slope) D50 D100 D50 D100

0.5 0.19 0.27 0.21 0.30 1.0 0.37 0.55 0.42 0.63 1.5 0.55 0.82 0.63 0.95 2.0 0.73 1.10 0.84 1.26 2.5 0.92 1.38 1.05 1.58


ทงนความหนาของหนทง (Riprap) จะมคาประมาณ 1-1.5 เทาของขนาดหนใหญสด (D100) และเพอปองกนไมใหคลนพดพาดนถมตวเขอนออกมา จงจาเปนตองวางหนทงอยบนกรวดทรายรองพน (Bedding Material) โดย Sherard et al. (1967) หนา 460 ไดกาหนดความหนาของกรวดทรายรองพนไวดงน

ตารางท 3-3 แสดงความหนาของกรวดทรายรองพน (Sherard et al. 1963) ความสงคลน ความหนากรวดทรายรองพนตาสด

(ม.) (ซม.) 0 – 1.2 15.0

1.2 – 2.4 22.5 2.4 – 3.0 30.0

ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544

และ Sherard et. al. (1963) และ U.S. Army Corps of Engineers (1984) ไดแนะนาเพมเตมเกยวกบขนาดคละของกรวดทรายรองพนไวดงน D15 ของ Bedding ≤ 5 D85 ของดนตวเขอน และ D15 ของ Riprap ≤ 5 D85 ของ Bedding

แตในปจจบน มกจะรองพนหนทงหรอหนเรยงดวยแผนใยสงเคราะห ชนดท 2 ซงเปนวธทดกวาและทนสมยมากกวา สาหรบคณสมบตของแผนใยสงเคราะห ชนดท 2 ตองเปนไปตามขอกาหนด ดงน

(1) แผนใยสงเคราะหตองเปนชนด Non-Woven ทมกรรมวธผลตแบบ Needle-punch ทผลตจากเสนใย Polypropylene ทมความยาวตอเนองกนผน (Continuous F: lament) หรอแบบ Thermally bonded ซงใชวสดทผลตขนใหมทงหมด

(2) คา CBR PUNCTURE (EN ISO 12236, BS 6906 : PART 4, ASTM D 6241) ไมนอยกวา 2,200 N

(3) คา MASS PER UNIT REA ไมนอยกวา 180 g/m2

(4) คา WATER FLOW RATE (BS 6906 : PART 3, ASTM D 4491 ไมนอยกวา 50 l/m2.sec (10 cm-head)


(5) คา TENSILE STRENGTH (EN ISO 10319, BS 6906 : PART 1, ASTM D 4595) ไมนอยกวา 12.5 k N/m. (WDTH)

(6) คา PORE SIZE (O 90)w หรอ (O 95)d (EN ISO 12956, BS 6906 PART 2, ASTM D 4751) ไมมากกวา 90 µm.

3.6 การปองกนลาดเขอนดานทายนา เพอปองกนการกดเซาะเนองจากนาฝนทตกลงบนลาดเขอนหรอจากลมพดกระแทก จะ

กาหนดใหมการเรยงหนบนลาดทายนาของเขอน โดยจะเรยงหนหนาไมนอยกวา 0.30 เมตร วางบนแผนใยสงเคราะห ชนดท 2 หรอวางบนกรวดทรายรองพนหนาไมนอยกวา 0.15 เมตร ตามคาแนะนาของ USBR (1987) หนา 266 หรอใหมการปลกหญา หรอหญาแฝกบนลาดดานทายนาเรมตงแตสนเขอนลงไปจนถงดนเดม นอกจากนแนวตนเขอนจรดกบพนดนเดม เฉพาะอยางยงบรเวณปลายเขอนจะมลกษณะเปนรองและลาดเทมาก จงควรปองกนการกดเซาะของนาฝนตามแนวดงกลาวดวยการกอสรางราง คสล .หรอหนเรยงยาแนวสาหรบระบายนาฝน

3.7 การคานวณปรมาณนาไหลผานตวเขอนและฐานราก การคานวณอตราการไหลของนาในตวกลางพรนหรอมวลดนทาไดโดยการเขยน Flow

net หรอการวเคราะหดวยวธ Finite Element ซงลวนแตอาศยพนฐานของสมการการไหลของนาผานตวกลางพรนทเรยกวา Laplace Equation เมอพจารณาการไหลใน 2 มตคอ แกน X และ Y

0yh

xh

22

22

=∂∂+

∂∂ KyKx (3-7)

เมอ Kx, Ky = สมประสทธการซมนาของดนและหนในแนวราบ และแนวดงตามลาดบ h = ศกยหรอความดนนารวม ณ จดทพจารณา

สาหรบดนทบดอดเปนตวเขอน จะมคาสมประสทธของการซมนาไมเทากนระหวางแนวราบและแนวดง โดยจะใชอตราสวน (ผลการวจยของสมหมาย (2535) และวรวฒ (2538) และ “แนวทางและหลกเกณฑการออกแบบเขอนเกบกกนา และอาคารประกอบ”, กรมชลประทาน, หนา 155) Kx/Ky = 4 : 1 สาหรบดนทบดอดดวย Sheepfoot

ซงทาใหมคาสมประสทธของความซมนารวมเปน Ke โดย


Ke = Kx.Ky (3-8)

เพอใชในการคานวณปรมาณนาทซมผานตวเขอน

ในกรณทคานวณจาก Flow net ปรมาณการไหลของนาตอหนงหนวยของความยาวเขอนจะเทากบ

Q = Ke.h.NeNf (3-9)

เมอ Ke = คาความซมนารวมของดน h = ความตางศกยระหวางเหนอนาและทายนา Nf = จานวน Flow Channel Ne = จานวน Equipotential Space

การไหลของนาผานตวเขอนเปนลกษณะ Unconfined Flow คอตาแหนงของ Top Flow Line ไมทราบชด จงตองมการประมาณตาแหนง โดยใชวธของ A.Casagrande (1937) โดยสรปผลจากการทดลอง และการสารวจในสนามทราบวา Top Flow Line ในเขอนจะใกลเคยงกบเสนกราฟพาราโบลา

การคานวณปรมาณการไหลซม โดยการสราง Flow net เปนวธการคานวณทเหมาะสมกบการไหลซมในดนทเปน Homogeneous และ Isotropic หรอเปนดน Uniformly Anisotropic คอมอตราสวนความซมนาแนวราบและแนวดงคงท ในกรณดนมลกษณะ Heterogeneous และ Non-Uniformly Anisotropic การเขยน Flow net จะกระทาไดยาก ดงนนการใชวธการคานวณเชงตวเลข (numerical method) เชนวธ Finite Element หรอวธ Finite Difference จงเปนวธทเหมาะสม การวเคราะหการไหลซมโดยวธ Finite Element ไดมการใชกนอยางแพรหลาย และไดมการพฒนาใหสามารถคานวณหาตาแหนงของเสน Top Flow Line ได

วรากร (2536) กลาววา ในเขอนดนซงสรางขนเพอเกบนาไวใชในการเกษตร อาจจะยอมใหนารวซมไดในอตราไมเกน 0.01-0.05% ของปรมาตรนาเตมอางตอวน และขณะทไหลซมจะเตรยมทไหลออกไวใหโดยมชนกรอง (Filter) ทมขนาดเหมาะสม โดยใหมการไหลออกไดสะดวก ไมมการกดเซาะ และไมเกดความดนนาทสงเกนไป

3.8 Chimney Drain, Blanket Drain และ Toe Drain สวนประกอบทงสองสวน มหนาทระบายนาทไหลซมออกมาจากตวเขอน และบางสวน

จากฐานรากออกไปจากตวเขอน นอกจากนยงปองกนไมใหอนภาคละเอยดของดนถกนาไหลพดพาออกไป ซงจะเปนสาเหตทาใหเกดปรากฎการณทเรยกวา Piping ขนและนาไปสการวบตของเขอนดนตอไป ปรมาณ


นาทไหลผานเขอน ไดกลาวไวแลวในหวขอ 3.7 ปรมาณนาดงกลาวจะนามาคานวณหาขนาดความหนาของ Chimney Drain และ Blanket Drain ตามวธของ Cedergren (1972) โดยพจารณาจาก รปท 3-2

รปท 3-2 ตวอยางการออกแบบ Chimney Drain และ Blanket Drain ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544

3.8.1 Chimney Drain จากทฤษฎของ Darcy, Q = kia ความหนาทตองการของชนกรอง เพอทจะระบายนาจาก

ตวเขอนได

Q1 = c

ccfL

.A.hK (3-10)

Ac = cfc1

.hK

.LQ (3-11)


เมอ Kf = คาสมประสทธความซมนาของวสดกรอง, ม./วนาท Q1 = ปรมาณนาไหลผานตวเขอน, ม3/วนาท Ac = ความหนาของ Chimney Drain, ม. hc, Lc = ความสงและความยาวของ Chimney Drain, ม.

3.8.2 Blanket Drain ความหนาทตองการอยางนอยทสด เพอระบายนาจากตวเขอน และฐานรากได

(Q1 + Q2) = Qb = b

bbfL

.A.hK (3-12)

เมอ Kf = คาสมประสทธความซมนาของวสดกรอง, ม./วนาท Qb = ปรมาณนาไหลผานตวเขอนและฐานรากทไหลเขาส

Blanket Drain, ม3/วนาท Ab = ความหนาของ Blanket Drain, ม. Lb = ความยาวของ Blanket Drain, ม. hb = ความสงของ Blanket Drain, ม.

Ab = f

bbK.LQ (3-13)

ความหนาของชนกรองของ Chimney Drain และ Blanket Drain (จากหนงสอ Design of Small Dams,1987 หนา 218) ควรใชความหนาไมนอยกวา 1.0 เมตร เนองจากความสะดวกในการกอสรางดวยการบดอด และเผอความหนาทอาจจะเกดการอดตนในบางสวน

สาหรบระดบบนสดของ Chimney Drain กาหนดไวทระดบนาเกบกก ทงนเพอตองการใหเปนสวนปลอดภย ในกรณทมการถมดนไมดอาจจะมนาไหลซมมาตามแนวราบได Chimney Drain จะทาหนาทรบนาในสวนนไวโดยไมใหเกดอนตรายตอตวเขอน

สาหรบสดสวนคละ (Gradation) ของ Chimney Drain และ Blanket Drain เพอใหชนกรองสามารถรบนาทซมผานตวเขอนและฐานรากใหไหลออกมารวมกนในบรเวณทเตรยมไวโดยไมใหเกดอนตรายจากการกดเซาะหรอเกดความดนนาสงจนเกดการกดเซาะ เชน Boiling หรอ Piping ในสวนใดๆ ของตวเขอน ดงนนความตองการพนฐานของชนกรองในตวเขอน คอ


- Piping Requirement คอ ขนาดของวสดกรอง (หรอชองวางระหวางเมด) ตองมขนาดเลกพอทจะปองกนไมใหเมดดนของตวเขอนและฐานราก ถกกดเซาะและไหลตามนาทซมผานออกมาได

- Drainage Requirement คอ ขนาดของวสดกรอง (หรอชองวางระหวางเมด) จะตองใหญพอทจะยอมใหนาไหลซมออกไดสะดวก

สาหรบเกณฑกาหนดในการออกแบบชนกรองสาหรบงานเขอนในประเทศไทยมกใชตาม U.S. Corps of Engineers (NAFAC Manual 7.1 May 1982) คอ

1. 15S15F

DD > 5 (Drainage Requirement) (3-14)

2. 85S15F

DD < 5 (Piping Requirement) (3-15)

3. 50S50F


4. 15S15F


สาหรบ Well graded soil เมอ Cu. > 4 สมการท (3-17) อาจใชเปน

15S15F

DD < 40

เมอ D15F, D50F = ขนาดเสนผาศนยกลางของกรวดทรายชนกรองทเปอรเซนต Finer 15 และ 50 เปอรเซนต ตามลาดบ

D15S, D50S, D85S = ขนาดเสนผาศนยกลางของดนตวเขอน หรอดนฐานรากท เปอรเซนต Finer 15, 50 และ 85 เปอรเซนต ตามลาดบ

5. ขนาด Filter ทใหญทสดไมเกน 3 นว

6.จะตองไมมดนเหนยวปะปน หรอมวสดทมขนาดเลกกวาตะแกรงเบอร 200 มากกวา 5% โดยนาหนก ผานตะแกรงเบอร 4 รอยละ 40 เพอปองกนการเกด Segregation

7.โคงขนาดเมดดนของ Filter (Grain Size Curve) ควรจะขนานกบ Base Material


3.8.3 Toe Drain Toe Drain จะวางไวทปลายตนเขอน โดยใหอยใต Rockfill Toe ทาหนาทรวบรวมนา

จาก Blanket Drain กอนจะระบายไปทงยงลานาเดม

ปจจบนวสดกรองมกจะหมดวยแผนใยสงเคราะห ชนดท 1 เพอปองกนไมใหอนภาคละเอยดของดนถกนาไหลพดพาออกไป สาหรบคณสมบตของแผนใยสงเคราะห ชนดท 1 ตองเปนไปตามขอกาหนด ดงน

(1) แผนใยสงเคราะหตองเปนชนด Non-Woven ทมกรรมวธผลตแบบ Needle-punch ทผลตจากเสนใย Polypropylene ทมความยาวตอเนองกนผน (Continuous F: lament) หรอแบบ Thermally bonded ซงใชวสดทผลตขนใหมทงหมด

(2) คา CBR PUNCTURE (EN ISO 12236, BS 6906 : PART 4, ASTM D 6241) ไมนอยกวา 1,450 N

(3) คา MASS PER UNIT REA ไมนอยกวา 130 g/m2

(4) คา WATER FLOW RATE (BS 6906 : PART 3, ASTM D 4491 ไมนอยกวา 85 l/m2.sec (10 cm-head)

(5) คา TENSILE STRENGTH (EN ISO 10319, BS 6906 : PART 1, ASTM D 4595) ไมนอยกวา 7.5 k N/m. (WDTH)

(6) คา PORE SIZE (O 90)w หรอ (O 95)d (EN ISO 12956, BS 6906 PART 2, ASTM D 4751) ไมมากกวา 110 µm.

3.9 การวเคราะหความมนคงของลาดเขอนดน (Slope Stability Analysis) การพบตหรอความไมมนคงของลาดดน (Sliding หรอ Slope Failure) คอพฤตกรรมท

มวลดนสวนใดสวนหนงเกดการเคลอนตวพงทลายจากทสงลงมาภายใตแรงดงดดของโลก อนจะมผลทาใหเกดความเสยหายตอตวเขอนหรออาคารประกอบตวเขอนได ดงนนจะตองพจารณาออกแบบลาดตวเขอนใหมมความมนคง ไมเกดการเลอนพง ทงตลอดระยะเวลาในการกอสราง และภายหลงจากการเกบกกนาในอางเกบนาแลว (Reservoir Operation) การเลอนพงอาจจะเกดขนในแนวทตดผานตวเขอน หรอฐานราก และหรอระหวางรอยตอระหวางตวเขอนและฐานราก การวเคราะหความมนคงของลาดเขอน มวตถประสงค เพอคานวณหาคาความปลอดภย (Factor of Safety, F.S.) ของลาดเขอน และตรวจสอบวาลาดเขอนทไดคานวณไวในการออกแบบนน มความปลอดภยอยในเกณฑกาหนดหรอไม


3.9.1 วธการวเคราะหหาคา Factor of Safety (F.S.) ทฤษฏและวธการวเคราะหหาคาความปลอดภยของลาดเขอน มอยดวยกนหลายวธ เชน

Slip Circle, Fellanius, Bishop, Wedge เปนตน แตทฤษฎและวธการวเคราะหทนยมใชและใชสาหรบเขอนดนคอวธ Simplified Bishop Method

วธการวเคราะหหาคา F.S. ของเขอนดนตามวธ Simplified Bishop Method โดยการสมมตรปของผวการเคลอนพงเปนสวนโคงของวงกลม โดยการตดมวลดนออกเปนชนๆ ตามแนวดงและพจารณาสมดลของแรงและโมเมนตจากมวลดน ดงแสดงใน รปท 3-3 และคาอตราสวนปลอดภย (FS) สามารถหาไดดงน

รปท 3-3 แสดงการวเคราะหความมนคงของลาดเขอนโดยวธ Simplified Bishop Method ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544


FS = ∑=

+

∑=

−+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

n1i R

ia W.Cs.isin W.

n1i M

tan U)(W bic.

θ

θ

φ

(3-18)

เมอ Mθ = [Cosθi. + (sinθi.tanφ)/FS] โดยท FS = อตราสวนปลอดภย (Factor of safety) n = จานวนชนมวลดน (Total mumber of slice) bi = ความกวางของมวลดนแตละชน (Width of the slice) hi = ความสงของมวลดนแตละชน (Average height of the slice) c = ความเหนยวของดน (Cohesion of soil) φ = มมของความเสยดทานภายในของดน (Internal friction angle of soil) θi = มมเอยงของเสนสมผส (Angle of inclination) W = นาหนกของมวลดนแตละชน (Total weight of 1th slice) = bi * hi U = แรงดนนาทกระทาตอผวเคลอนของมวลดนชนใดๆ = Ui * bi Cs = สมประสทธความสนสะเทอนจากแผนดนไหว R = รศมของวงกลมของการเคลอนพง ai = แขนของโมเมนต

3.9.2 วธการคานวณหาคา Factor of Safety (F.S.) วธการคานวณหาคา F.S. ตามสมการดงกลาวขางตนทงในรปของ Total stress และ

Effective stress จะทาการคานวณตามขนตอนดงตอไปน

(1) เขยนรปตดเขอนดนทตองการวเคราะห กาหนดแนวชนหนและดนฐานราก เสนแบง Zone ของวสดทใชในตวเขอน ตลอดจนเสน Phreatic Line และลกษณะตางๆ ทางดานเรขาคณตใหครบถวนตามแนวแกน X และ Y

(2) กาหนด Potential Failure Surface เปนสวนของวงกลม โดยมจดศนยกลางท Coordinate ตางกน

(3) แบงลาดเขอนเหนอ Failure Surface เปน Slices แนวดงเพอคานวณตอไป


(4) คานวณคา F.S. ตามสมการดงกลาวขางตนดวยคา Material Properties ทไดจากการทดลองและคา Pore Water Pressure หรอ Hydrostatic Water Pressure ทงของตวเขอน และของฐานรากใหเหมาะสมตามกรณททาการวเคราะหเพอคานวณหาแรงของแตละ Slice ท Failure Surface

(5) ทาการคานวณหาคา F.S. ตามขอ (4) สาหรบ Failure Surfaces ซงมจดศนยกลางตางๆ กนหลายจด เพอใหไดคา F.S. ทมคานอยทสด

วธการคานวณตามขอ (5) เพอใหไดคา Minimum Factor of Safety (Min. F.S.) จะตองใชเวลา Trial มาก ดงนนเพอความรวดเรวในการคานวณหาคา Min. F.S. ตามขนตอนเหลาน การคานวณจะใช Computer Program หาคา Min. F.S. ตามกรณตางๆ ทตองการวเคราะหทกกรณ ซงไดมการพฒนาโปรแกรมคอมพวเตอรมาชวยคานวณหลายโปรแกรมดวยกน เชน

“KU SLOPE” ของมหาวทยาลยเกษตรศาสตร

“SB-SLOPE” ของสถาบนเทคโนโลยแหงเอเซย

“PC-SLOPE” ของ U. of Saskatchewan, Canada

“REAME” ของ U. of Kentucky, USA.

“STABL” ของ Purdue University, USA.

“SLOPE/W” ของ บรษท GEO-SLOPE, Canada

3.9.3 Condition of Slope Stability Analysis การออกแบบและวเคราะหความชนของลาดเขอน เพอจะใหตวเขอนมนคงตอการไหล

เลอน (Slide) นน จะทาการวเคราะห ณ กรณวกฤตตางๆ ดงตอไปน

(1) ระหวางการกอสรางเขอนและเมอสรางเสรจใหม (ยงไมเกบกกนา) จะทาการวเคราะหความมนคงทงลาดเขอนดานเหนอนาและทายนา โดยไมคดคาแรงดนนา และอากาศภายในชองวางระหวางเมดดน (Pore Pressure) เพราะผลกระทบรวมอยในคา Friction Angle และ Cohesion จากการทดลองแลว วธการวเคราะหจะเปนแบบ Total Stress Method และจะไดใชการวเคราะหแบบ Effective Stress Method มาทาการเปรยบเทยบดวย โดยกาหนดคาแรงดนนาทเกดขนเนองจากการบดอดจากคา Pore Pressure Ratio, Ru


(2) ระหวางเกบกกนา จะทาการวเคราะหโดยคดคาแรงดนนา และอากาศภายในชองระหวางเมดดน ซงคานวณไดจาก Phreatic Line ทแตละระดบนาในอางคอ

- ระดบนาปานกลาง โดยจะทาการวเคราะหเขอนดานเหนอนา - ระดบนาสงปกต โดยจะทาการวเคราะหลาดเขอนดานเหนอนาและทายนา - ระดบนาสงสด โดยจะทาการวเคราะหลาดเขอนดานเหนอนาและทายนา

(3) นาในอางลดระดบนาอยางกระทนหน โดยจะทาการวเคราะหความมนคงของลาดเขอนดานเหนอนา และคดคาแรงดนนา และอากาศภายในชองวางระหวางเมดดนจาก Phreatic Line กอนทจะเกด Rapid Drawdown

แรงดนนาทอยในระหวางเมดดน (Pore Pressure) มผลตอการวเคราะหความมนคง ซงจาเปนตองนามาคดรวมอยในการวเคราะหดงน

(1) ความดนนาทเกดขนในระหวางการกอสรางเขอน พอจะประมาณไดจากคา Pore Pressure Ratio, Ru หรออาจจะไมแยกความดนนามาคดตางหาก แตจะรวมอยในความแขงแรงของมวลดน โดยการทดสอบดนแบบ Total Stress (UU-Test) ของตวอยางดนทบดอดโดยความชนและความแนนทมสภาพเหมอนกบการกอสราง และทดสอบโดยไมใหตวอยางดนอมตว

(2) ความดนนาทเกดขนในระหวางเกบกกนา จะพจารณาเสน Phreatic Line ทไดจากการวเคราะหการไหลซมตามวธของ Casagrande และแยกคดความดนนาออกจากกาลงของดน ดงนนการทดสอบดนจงตองใชวธ Effective Stress (CU-Test)

(3) ความดนนาทเกดขนขณะทมการลดระดบนาในอางอยางรวดเรว โดยสมมตวามการลดระดบนาจากระดบนาเกบกก ลงมาถงระดบนาตาสด ดงนนจะตองคดวานาในตวเขอนยงคางอยเทากบการไหลซมในกรณมนาอยทระดบเกบกก นอกจากทผวลาดเขอนดานเหนอนาจะลดระดบลงจนถงระดบนาตาสด

3.9.4 การกาหนดคา Seismic Coefficient การวเคราะหผลกระทบจากการเกดแผนดนไหวทมตอตวเขอนจะใชวธ Pseudo Static

Approach โดยเฉพาะการวเคราะหความมนคงของลาดเขอนในกรณทระดบนาในอางอยในระดบปานกลาง และสงสดปกตเทานน

คาอตราเรงของความสนสะเทอนแนวราบ (Seismic Coefficient) กาหนดไดจาก รปท 3-4 ซงแสดง Contour lines ของ PGAo/G ในประเทศไทยและประเทศใกลเคยง ซงศกษาโดย ดร.เปนหนง วานชชย และคณะ (2537) โดยท


PGAo คอ อตราเรงสงสดบนพนดนทมความนาจะเปนเพยง 1 ใน 10 ทจะเกด มคาสงกวาในคาบเวลา 50 ป (Seismic Coefficient)

G คอ อตราเรงของสนามโนมถวงของโลก

การศกษาดงกลาวเปนการวเคราะหความเสยงภยจากการเกดแผนดนไหวสาหรบประเทศไทย (Seismic Risk Analysis for Thailand) ซงเปนการวเคราะหหาระดบความรนแรงของแผนดนไหวทมโอกาสเกดขนในประเทศไทย และประเทศใกลเคยง

3.9.5 การกาหนดคาแรงดนนาทอยในระหวางเมดดน (Pore Pressure) เนองจากคาแรงดนนาทอยในระหวางเมดดน ทเกดขนเนองจากการบดอดระหวางการ

กอสราง และทเกดขนเนองจากการเกบกกนา ซงมผลทาใหกาลงรบแรงเฉอนของดนลดลง ซงในการวเคราะหความมนคงของเขอนแบบ Effective Stress Method สามารถหาคาแรงดนนาไดดงน

(1) ระหวางเกบกกนา สามารถหาคาแรงดนนาทเกดขนจากเสน Phreatic Line ตามวธของ A. Casagrande (1937)

(2) ระหวางการกอสราง สามารถหาคาแรงดนนาทเกดขนจากคา Pore Pressure Ratio, Ru ซงมความสมพนธ ดงน

Ru = v∆σ

U PressureOverburden Pressure PoreExcess ∆= (3-19)

คา Ru ทเกดขนในระหวางการกอสรางเขอน นอกเหนอจากขนอยกบชนดดนแลวยงขนอยกบความสงของการถมดนและระยะเวลาในการกอสราง ซงมผลตอการระบายความดนนาสวนเกน (∆U) ออกจากชองวางระหวางเมดดน โดยทวไปแลวคา Ru สาหรบงานเขอนจะมคาประมาณ 0.3 (โดย Sherard et al. (1967) หนา 101 และ “แนวทางและหลกเกณฑการออกแบบเขอนเกบกกนา และอาคารประกอบ”, หนา 135) ซงจะไดนามาใชในการกาหนดคาความดนนาทเกดขนในระหวางการกอสราง เพอใชวเคราะหความมนคงของเขอนตอไป


รปท 3-4 แผนทแสดงความเสยงภยแผนดนไหว ทมา : เอกสารประกอบการบรรยาย เรอง “เกณฑกาหนดในการออกแบบเขอน” gtz, 2544


3.9.6 Allowable Factor of Safety การกาหนดคา Minimum Allowable Factor of Safety จะกาหนดตามเกณฑดงน

ตารางท 3-4 แสดง Minimum Factor of Safety

Operating Condition Min. Allowable F.S. Static Siesmic เขอนเพงสรางเสรจใหมๆ 1.25 1.00 เขอนเกบกกนาเตมท 1.50 1.25 ระดบนาในอางลดลงอยางรวดเรว 1.25 1.00

3.10 คณสมบตดนทนามาออกแบบตวเขอน การวเคราะหคณสมบตของดน ทจะนามาออกแบบตวเขอนนน จะนาตวอยางดนมาจาก

แหลงบอยมดนมาดาเนนการทดสอบ เพอหาคณสมบตดนและวเคราะหออกแบบตวเขอน

การหาคา Shear Strength ทจะนามาใชในการออกแบบเขอน จะใชคาทไดจากผลการทดลอง Direct Shear Test และ Triaxial Test สาหรบการทดสอบ Triaxial Test จะตองมการวด Pore Pressure ทเกดขนในตวอยางดวยเพอนามาพจารณาคา Shear Strength ของดนในสภาพตางๆ โดยกาหนดการทดลองเปน 2 กรณ คอ

(1) UU-Test จะนาผลจากกรณนมาคานวณ ในกรณ End of construction (รายละเอยดดจากหวขอการวเคราะหความมนคงของลาดเขอน)

(2) CU-Test จะนาผลจากกรณนมาคานวณ ในกรณ Steady Stage หรอ Full Reservoir และในกรณ Rapid Drawdown

สาหรบผลการทดสอบ Direct Shear Test จะนามาพจารณารวมกบการทดสอบ Triaxial แบบ CU-Test เพอตรวจสอบความถกตองของขอมลและเพอชวยในการพจารณาการเลอกใชคา Shear Strength Parameters ของดน ไปใชในการวเคราะหความมนคงของเขอนตอไป


3.11 ระยะเผอการทรดตวของสนเขอน (Crest Camber) การออกแบบระยะเผอการทรดตวของเขอนภายหลงการกอสรางเสรจ ซงจะพจารณา

การทรดตวทเกดขนเฉพาะตวเขอน เนองจากชวงเวลาทใชในการกอสรางเขอนนานการทรดตวทเกดขนในฐานรากจงเกดขนในระหวางการกอสราง การออกแบบเผอการทรดตวของตวเขอน เนองจากนาหนกตวเอง ทาได 2 วธ และใหพจารณาคามากทสดมาใชในการออกแบบ อยางไรกตาม หากการทรดตวทคานวณไดทงสองกรณ มคานอยกวา 1% ของความสงของเขอน จะกาหนดเผอการทรดตวของเขอนเทากบ 1% ตามขอเสนอแนะใน REF.24 “Design of Small Dams, USBR, 1987” หนา 255

(1) คานวณจาก Empirical Formular ทเสนอโดย H.H THOMAS 1976, The Engineering of large dam part I and II

S = 10(0.0156H-1.16) (3-20)

เมอ S = การทรดตวทเกดขนภายหลงเขอนสรางเสรจแลว, ม. H = ความสงเขอน, ม.

(2) คานวณจากผลการทดสอบ Consolidation Test ของดนตวเขอน (วรากร, 2538)

S = 2E

)Z(ZtA. 21

22 −γ

(3-21)

เมอ S = การทรดตวทเกดขนภายหลงเขอนสรางเสรจแลว, ม. γt = ความหนาแนนรวมของดนตวเขอน, ตน/ม3 Z1, Z2 = ความสงของเขอนในชวงระยะทคานวณการทรดตว, ม. E = สมประสทธการทรดตวไดจากการทดสอบ Consolidation ตน/ม2 A = อตราสวนการทรดตวทเกดขนภายหลงการกอสราง = 0.35

การคานวณจะใชหนาตดทเขอนสงทสด และจะเผอความสงตามทคานวณไดตรงจดทเขอนสงทสด ระยะเผอความสงของสนเขอนนจะลดลงเปนสดสวนกบความสงของตวเขอนจนมคาเปนศนยทไหลเขาทงสองดาน


3.12 อปกรณมาตรวดพฤตกรรมเขอนเกบกกนา (Dam Instrumentation) อปกรณมาตรวดทตดตงทตวเขอนและบรเวณใกลเคยง มความสาคญมากตอการเตอน

ภยและการคาดคะเนพฤตกรรมของตวเขอนขณะทาการกอสราง และภายหลงจากกอสรางแลวเสรจใชงานแลว เนองจากการตดตงอปกรณมาตรวดตางๆ มจดประสงคเพอเตอนภยดานความปลอดภยของตวเขอน และเกบรวบรวมขอมล เพอตรวจสอบความถกตอง เกยวกบสมมตฐานในการออกแบบ และวธการคานวณวาถกตองเพยงไร เพอนาไปปรบปรงแกไข ใหมความถกตองมากยงขนอปกรณวดชนดตางๆ ประกอบดวย

- Piezometers เพอใชวดความดนนาทจดตางๆ ในตวเขอนและฐานราก - Observation Wells เพอใชวดระดบนาทไหลลอดผานฐานรากของตวเขอนออกมาทางดานทายเขอน

- Surface Settlement Point และ Reference Benchmark เพอใชวดการเคลอนตวทผวเขอนในบรเวณลาดเขอนและสนเขอน

- Inclinometer with Magnetic Ring เพอใชวดการเคลอนตวแนวราบและแนวดงภายในตวเขอนและฐานราก

- อาคารวดนา เพอใชวดอตราการไหลของนาผานเขอน

โดยรายละเอยดคราวๆ ของเครองมอตางๆ เปนดงน

3.12.1 Piezometer พโซมเตอร คอ เครองมอทใชวดความดนนาในมวลดน (Pore Pressure) หรออาจ

เรยกชอวามาตรวดความดนนา นบเปนเครองมอลาดบแรกทพจารณาตดตงในตวเขอน เนองจากสามารถบอกถง พฤตกรรมการไหลซมของนาผานเขอนและฐานราก การกดเซาะ การปดกน การระบาย และความมนคงของตวเขอนได โดยจะทาการตดตงทตาแหนงตางๆ ในหนาตดเขอนทลกทสด ชนดของพโซมเตอรทควรนามาใช เรยกวา “Electric Type” แบบ Vibrating Wire ระบบนความดนนาจะถกเปลยนเปนสญญาณไฟฟา ซงจะวดความดนนาจากความถของการสนของเสนลวดทขงตรงระหวางแผนโลหะรบแรงเมอแรงดนนาเพมขนเสนลวดกจะหยอนทาใหความถลดลง หววดความดนนาแบบ Vibrating Wire


3.12.2 บอวดระดบนาใตดน (Observation Well) การศกษาพฤตกรรมของเขอนโดยเฉพาะความดนนาในตวเขอนและฐานราก ปจจยท

สาคญอกประการหนงทมตอความดนนาทวดได คอ ระดบนาใตดน (Ground Water Level) ซงจะตองใชเปนฐานทบอกถงปรมาณความดนนาสวนเกน (Excessed Pore Pressure) ทวดไดจากพโซมเตอร

ตาแหนงททาการตดตงบอวดความดนนา จะหางจากตนเขอนดานทายนาพอสมควรเพอไมใหเกดความดนนาสวนเกน จากนาหนกตวเขอนทกดทบอยและควรหางกนตามแนวแกนเขอนไมเกน 500 เมตร หรอเพยงพอทจะแสดงการเปลยนแปลงของระดบนาใตดนตลอดตวเขอนจากไหลเขาฝงขวาถงฝงซาย

3.12.3 Surface Settlement Point และ Reference Benchmark การวดการเคลอนตวภายนอกทสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา สามารถทาไดงายๆ

โดยการใชเครองมอสารวจทวไป อนไดแก กลองวดมม และกลองระดบเปนหลก โดยตองมหมดหลกฐาน (Reference benchmark) เตรยมไวใหอยภายนอกอทธพลการเคลอนตวทเกดจากอทธพลของตวเขอน และตองอยในตาแหนงทเหมาะสม ทจะตงกลองสารวจ แลวสามารถสองเหนบรเวณเขอน ไดเปนพนทกวางพอสมควร ปกต Benchmark สาหรบงาน Instrumentation ในเขอนนนจาเปนตองมอยแลว เพอใชอางองกบการวดการเคลอนตวโดยวธอนๆ ทงหมด รวมทงการตรวจสอบตาแหนงการตดตงเครองมอตางๆ บรเวณตอไปนเปนจดทคาดวาจะใหมการตดตง Benchmark เพอใหพนบรเวณการทรดตวจากนาหนกเขอน คอ

(1) บนไหลเขาเหนอสนเขอนขนไปเลกนอย ทงปกซายและขวาของตวเขอน

(2) บนไหลเขาดานเหนอนา ทมระดบสงกวาระดบเกบกกปกต

(3) บนไหลเขาและทราบดานทายนาทหางจากตนเขอนไมนอยกวา 20 เมตร

ปกต Benchmark จะตองเปนเสาคอนกรตทจะตองหยงลกถงหนาหน หรอชนดนแขง และมแผนโลหะพรอมหมดบอกคาพกดและระดบอยางชดเจน

สาหรบจดวดบนตวเขอนนน จะมการตดตงหมดวดทผวดน (หรอหนทง) ซงเรยกวา “Surface Settlement Point” ซงสวนมากเปนแกนโลหะยาว 1.6-2.5 ม. ฝงไวบนสนเขอน หรอลาดเขอนแลวหมรอบดวยคอนกรตทสวนบน เพอยดตดกบดนบรเวณนน


3.12.4 Inclinometer with magnetic Ring เปนเครองมอวดการเคลอนตวไดทงในแนวราบ และในแนวดงของตวเขอน โดยทาการ

ฝงทอ (Access tube) ตดตงไวในมวลดน โดยรอบทอจะตดตง Magnetic Ring เปนชวงๆ ตามความลกทกาหนด ซงจะเลอกตดตงในหนาตดเขอนทลกทสด

การวดการเคลอนตวในแนวราบ โดยใชหววด (Inclinometer probe หรอ torpedo) ซงมลอเลกๆ เคลอนทไปตามทอนา (Access tube) ซงสามารถวดมมเอยงของทอททากบแนวดง และจะทราบชวงวดของ Probe ดงนนจะสามารถคานวณหาการเคลอนตวในแนวราบได การวด Inclinometer นจะเทยบกบตาแหนงหรอความเอยงของทอเมอเรมตดตงซงวดไวทนทเมอตดตงเสรจ

การวดการเคลอนตวในแนวดง โดยวดจากการเคลอนตวของ Magnetic Ring ทมแหวนแมเหลกตออย Magnetic Ring จะตดตงอยรอบทอเพอใหเคลอนตวไปพรอมๆ กบดนโดยรอบ การหาตาแหนงของ Magnetic Ring

ทาไดโดยการหยอนหววด ซงเปนขดลวดเหนยวนา เมอผานสนามแมเหลกทเกดจากแหวนแมเหลกทตดอยกบ Magnetic Ring จะใหสญญาณไฟฟาขนมา ซงทาใหทราบระดบของ Magnetic Ring ทเคลอนตวไปในชวงระยะเวลาตางๆ

3.12.5 อาคารวดนา เพอใชวดอตราการไหลของนาผานเขอน ทาไดโดยการรวบรวมนาทไหลผานตวเขอน

และฐานรากเขามาสเครองวดทมกทาเปนฝายวดปรมาณนาขนาดเลก (Measuring Weir) แบบตางๆ ซงสวนมากนยมใช V-notch Weir ขนาดมม 90 องศา ขอมลทไดจากฝายวดปรมาณนา คอ

(1) ปรมาณนาทไหลผานในชวงเวลา

(2) ความขนและสของนาทไหลผาน

(3) อนๆ เชน สารละลายในนา เปนตน

สงตางๆ ดงกลาว จะเปนตวอยางชถงพฤตกรรมการไหลซมของนาผานตวเขอนและฐานราก โดยเฉพาะในชวงเวลาการเกบกกนาปแรก ปรมาณนาทไหลผานเมอเปรยบเทยบกบคา ทคาดคะเนไวจะบอกถงอตราการซม ในขณะทความขนและสของนาจะบอกถงการกดเซาะภายในและประสทธภาพของชนกรอง


3.13 การระบายนาบนสนเขอน การออกแบบระบบระบายนาบนสนเขอน จะกาหนดใหระบายลงไปทางดานเหนอนา

ของเขอน และระบายลงอางเกบนา

3.14 การตรวจสอบการเกด Piping การตรวจสอบแนวโนมการเกด Piping ทงภายในตวเขอนและบรเวณทายเขอน อาจ

พจารณาไดจาก

(1) ความลาดระดบนา คอ จดทนาไหลซมแลวเสยศกยมากจะมแรงกระทาตอมวลดนสง (seepage force) และถาไมมการปองกนทด เมดดนจะถกแรงนาซงมมากกวานาหนกหรอแรงตานดงใหหลดตามไปได ถาความลาดระดบนาในบรเวณใดสงกวาความลาดระดบนาวกฤต (ic) โอกาสเกดการกดเซาะจะเกดขน เชน บรเวณดานทายของรองแกนฐานรากดานทายนา หรอบรเวณตนเขอนดานทายนาเปนตน

Seepage Force = ic γw (3-22)

Critical Hydraulic Gradient, ic = wγ

γb (3-23)

เมอ γb = ความหนาแนนของดนในนา = γsat - γw, ตน/ม3 γw = ความหนาแนนของนา, ตน/ม3 γsat = ความหนาแนนของดนอมตว, ตน/ม3

(2) ความเรวการไหลซมของนาระหวางเมดดน (seepage velocity) จดทนาซมผานดวยความเรวสงจะสามารถพดพาเอาเมดดนหลดลอยออกไปได โดยเฉพาะดนทรายและดนทรายปน ถาความเรวของการไหลซมทเกดขนมากกวาความเรววกฤต (vc) โดยวธการของ Justin

Vc = wA.

W.gγ

(3-24)

เมอ Vc = ความเรวของนา, ม./วนาท W = นาหนกเมดดนในนา, ตน g = อตราเรงจากแรงดงดดของโลก, ม./วนาท2 A = พนทหนาตดของเมดดน, ม2


3.15 การปรบปรงฐานรากเขอน 3.15.1 เกณฑกาหนดในการปรบปรงฐานรากเขอน

เกณฑกาหนดในการปรบปรงฐานรากเขอน ตองทาการปรบปรงฐานรากเขอนใหมความมนคง และปลอดภยในทกสภาวะ คอ

(1) มกาลงตานทานแรงเฉอน (Shear Strength) เพยงพอ

(2) ไมมการแปรเปลยนรป (Deformation) การทรดตวหรอยบตว หรอหากจะมบางกเพยงเลกนอย

(3) ไมมการรวซมของนา (Seepage) ผานฐานราก หรอหากมกเพยงปรมาณนอยมาก

(4) ไมกอใหเกดการผดของนา (Piping) ทผวดนทายเขอนอนเนองมาจากแรงดนนาในฐานราก

(5) ไมกอใหเกดสภาพการเปนของไหล (Liquefaction) ในสวนใด ๆ ของฐานราก

3.15.2 แนวทางการออกแบบปรบปรงฐานราก (1) ในชนดนหรอชน Overburden การออกแบบจะกาหนดใหมการขดลอกชนดน

Overburden ในรอง Core Trench ออกใหหมด รวมไปถงชนหนทออนและผมากดวย โดยจะใหผวลางของรอง Core Trench วางบนชนหนทมอตราการผสลายอยในเกณฑตาคอ Fresh หรอ Slightly Weathered หรอถงชนทแขงพอทจะสามารถปรบปรงใหแขงแรงและทบนาได โดยการอดฉดนาปน (Cement Grouting) ทงนเพอใหตวเขอนวางบนฐานรากทความแขงแรงและมความทบนา สามารถกกนาไดตามวตถประสงคสาหรบดนฐานรากภายใตตวเขอนนอกบรเวณ Core Trench จะทาการขดเปด (Strip) ชนผวดน (Top Soil) และวสดทมคณสมบตไมเหมาะสมออก จนถงชนดนทแนนเหมาะสมทจะเปนฐานรากของตวเขอนได สวนทขดออกจากรองแกน หากมความเหมาะสมตามทกาหนดในขอกาหนดทางวชาการกสามารถยอมใหใชเปนวสดตวเขอนตอไป

(2) การปองกนนาลอดใตตวเขอนในชนหนฐานรากพนรองแกน (Bottom of Core Trench) ลงไปนน จะพจารณาปรบปรงฐานรากใหแนนทบมากทสด โดยการทา Grot Curtain ตามแนวรองแกนตลอดแนวเขอน ถาหนฐานรากมอตราการรวซมมากกวา 5 Lugeon หรอคา K มากกวา 6x10-5 cm/sec. หรอคา RQD นอยกวา 80 % หรอคาการผพงของหนมากกวาขน Moderately Weather

ความลกของ Grout Curtain จะพจารณาจากสภาพธรณวทยา และจากผลการทดสอบ Water Test ของหลมเจาะสารวจเปนหลก โดยจะทาการปรบปรงจนถงขนความลกทมอตราการรวซม


ประมาณ 5 Lugeon ระดบตาสดของ Grout Curtain จะตองอยในหนสด (Fresh Rock) หรอ Slighty Weathered Rock เพอใหมนใจวาจะไมเกดการกดเซาะและเกดการ Piping เนองจากนาทซมผาน

การเจาะหลม Grout จะเปนแบบ Split Spacing คอทาหลมตางๆ กอนเปนหลมชด Primary set แลวเจาะหลมแทรกเปน Secondary & Tertiary Set ตามความจาเปน

แถวหลม Grout ดานเหนอนาและทายนา 2 แถว จะเจาะดวยเครองเจาะแบบกระแทก (Percussion Drilling) สวนแถวทอยในแนวศนยกลางรองแกนจะเจาะดวย Rotary Drilling

Grout Composition ทเหมาะสมคอ Suspension ของ Portland Cement Type 1 เรม Grout ดวยอตราสวนนา : ปน = 9 : 1 โดยปรมาตร และเพมความเขมขนจนถง 1:2

Unit Weight ไมเกน 50 กโลกรม/ลกบาศกเมตร จงถอวาเพยงพอ ความดนในการฉดนาปน 1 ถง 2 ปอนด/ตารางนว/ความลก 1 ฟต หรอขนอยกบความดนจากการทดลองอดฉดนาเพอใหไดคาความดนสงทสดทไมเปนอนตรายตอหนฐานราก

เกณฑการอมตวของนาปน เมออดฉดดวยความดนสงสดคงทใชเวลา 15 นาท ทนาปนไมเขาไปในหลมแลวจงหยดการอดฉด

การกาหนด Pressure ทจะใชในการอดฉดนาปนจะพจารณาใหม Factor of Safety ไมนอยกวา 2 แตตองมคา Maximum Permissible Pressure ไมควรเกนกวาคาท A.C. Houlsby เสนอแนะ


บทท 4 เกณฑกาหนดในการออกแบบดานชลศาสตร

4.1 เกณฑกาหนดในการออกแบบฝายนาลน (Weir) ขอพจารณาในการเลอกทตงฝายนาลน (Consideration of the weir)

ในการเลอกทตงฝายนาลนมหลกเกณฑในการพจารณา คอ ทตงฝายนาลนจะตองสามารถใชประโยชนจากแหลงนาไดอยางเตมท โดยกระจายนาการใชนาใหครอบคลมพนทมากทสด มความเหมาะสมทางดานวศวกรรม ใหประโยชนสงสดทางดานเศรษฐกจและการลงทน และมผลกระทบตอสงแวดลอมนอยทสด สาหรบหลกสาคญในการพจารณาเลอกทตงของฝายนาลนทางดานวศวกรรมม 3 ประการ คอ ลกษณะภมประเทศ ลกษณะทางธรณวทยา และแหลงวสดกอสราง โดยมรายละเอยดดงน

(1) ลกษณะภมประเทศ

ลกษณะภมประเทศเปนขอพจารณาแรกทสาคญในการเลอกทตงฝายนาลน โดยพจารณาจากแผนทภมประเทศของโครงการทม ซงควรเปนจดบนลานาทแคบทสด เพอประหยดวสดกอสรางตวฝายนาลน บรเวณเหนอนาจากแนวกนฝายนาลนควรเปนบรเวณทสามารถกอสรางเปนอาคารนานาไปสงใหคลองสงนาของชาวบานได ควรหลกเลยงบรเวณทจะเปนพนทชมชน เพราะจะมปญหาอปสรรคเกยวกบพนทขางเคยงของชาวบาน และควรหลกเลยงบรเวณทจะมตะกอนมาตกทบถมมาก และบรเวณทจะทาใหคณภาพของนาเสยไป ทาใหนาทเกบกกไมสะอาด และควรสรางในบรเวณทไมมผลกระทบจากนาเทอ )Back Water Surface Profile (เนองจากอทธพลของฝายนาลนหรออาคารชลศาสตรอนๆ ทมในบรเวณใกลเคยงกบโครงการ

(2) ลกษณะทางธรณวทยา

การเลอกทตงฝายนาลนควรพจารณาถงลกษณะทางธรณวทยาฐานรากเปนลาดบตอมา ซงควรเปนบรเวณทมลกษณะธรณวทยาฐานรากเปนหนแขง หรอบรเวณดนแขง ควรหลกเลยงบรเวณทเปนดนเหนยวออนหรอบรเวณทเปนดนเมดละเอยด เชน ดนตะกอน )Silt (หรอทรายละเอยดทมสภาพหลวม เพราะอาจเกดปญหาดานการทรดตวของชนดน การเคลอนทของเมดดนเนองจากแรงซมผานของนา การสญเสยนาเนองจากการซม และการกดเซาะทางทายนา ซงจาเปนตองปรบปรงชนดนฐานราก หรอออกแบบใหมโครงสรางมาตอเตมตวฝายนาลนตามความเหมาะสม เชน การเพมความยาวของ Apron ฝายนาลนทางเหนอนา การขดรองแกนในระดบลก และการเพมความยาวของ Stilling Basin เปนตน ซงทาใหคากอสรางเพมสงขนโดยไมจาเปน


(3) วสดกอสราง

การพจารณาทตงฝายนาลนประการสาคญอกประการหนง คอ ควรเลอกทตงฝายนาลนในบรเวณทวสดกอสรางหาไดในโครงการ หรอบรเวณใกลๆ กบโครงการ ไดแก บอดนยมหนถม และหนทง มวลรวมคอนกรต เชน ทราย กรวด หนยอย เปนตน วสดกอสรางเหลาน หากมปรมาณเพยงพอ และหาไดในบรเวณโครงการกเปนสงหนงซงใชพจารณาเลอกทตงฝายนาลนใหประหยดทสดได

4.2 องคประกอบของอาคารระบายนาลน อาคารระบายนาลนมองคประกอบแบงเปน 5 สวนหลกดงน - คลองชกนา (Approach Channel) ทาหนาทนานาจากอางเกบนาเขาสอาคารรบนา - Side Channel Weir ทาหนาทรบนาจากอางเกบนาลงสรางเท - รางเท (Chute) ทาหนาทลาเลยงนาลงสอาคารสลายพลงงาน - อาคารสลายพลงงาน (Stilling Basin) ทาหนาทสลายพลงนาซงไหลมาจากรางเท กอนทจะระบายนาออกสคลองระบายนา

- คลองระบายนา (Downstream Canal) ทาหนาทระบายนาหลากทงหมดออกสทางนาธรรมชาต

รายละเอยดรปตดของอาคารระบายนาลนและองคประกอบ ดงแสดงในรปท 4.1

4.3 การออกแบบอาคารทางนาเขา คลองชกนา )Approach Channel(

คลองชกนาทาหนาทนานาจากอางเกบนาเขาสอาคารรบนา มลกษณะเปนชองนาทมระดบพนตากวาสนอาคารรบนาของอาคารระบายนาลน เพอใหความเรวของกระแสนาทจดใกลอาคารมความเรวทพอเหมาะ นอกจากนยงปองกนไมใหตะกอนบรเวณดานทางนาเขาไหลลงอาคารรบนาไดอกดวย

กรณตองขดรองชกนาจากอางมายงสนฝาย การคานวณออกแบบคลองชกนา จะใชสมการของ Manning ดงน

Q = n1 .A.R 2/3 .S 1/2

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานสนฝาย ,ม .3 / วนาท A = พนทหนาตดการไหล ,ม .2


R = รศมชลศาสตร = A/P ,ม. P = ความยาวของเสนขอบเปยก ,ม. S = ความลาดทองคลอง N = สมประสทธความขรขระของ Manning (N=0.022 สาหรบคลองดนขด)

รปท 4-1 รปตดของอาคารระบายนาลนและองคประกอบ


4.4 ประเภทของฝายนาลน (1) ฝายสนคม เปนฝายแบบไหลตกตรง

Q = 1.84 L H 3/2

(2) ฝายสนกวางบนดนถม

Q = 1.71 L H 3/2

(3) ฝายสนมน

Q = C L H 3/2

โดยท C = 2-2.2 โดยประมาณ

งานฝายหนทง โดยทวไปกาหนดให q ไมเกน 2.79 ม3/วนาท/ม. และผลตางของระดบนาเหนอนาของฝาย กบระดบนาทายนาของฝาย ตองไมเกน 1.50 ม.

4.4.1 ระดบสนฝายนาลน (Crest Elevation) ระดบสนฝายนาลน จะกาหนดจากระดบเกบกกปกต )ร.น.ก (.ทไดจากขนการศกษาความ

เหมาะสมของโครงการ ซงจะเปนระดบเกบกกทเหมาะสมทสดของโครงการ ทใหผลประโยชนสงสดทางดานเศรษฐกจและการลงทน โดยวเคราะหจากดชนบงชทางเศรษฐกจ (Economic Indices)

4.4.2 ความยาวสนฝายนาลน (Length of Weir) ความยาวสนฝายนาลน จะพจารณาจากความสามารถในการระบายปรมาณนาหลากสงสด

ได และจะออกแบบใหเกดผลกระทบเนองจากระดบนาทวมสงสด )ร.น.ส (.และระดบนาเทอ (Back Water Surface) ของบรเวณพนทฝายนาลนและบรเวณพนทดานเหนอนอยทสด

Q = CLHe3/2

Q = อตราการไหลของนาผานฝายนาลน C = สมประสทธของอตราการไหล L = ความยาวประสทธผลของฝายนาลน He = Total head ของนาเหนอสนฝายนาลน = Ho + Ha


Ho = ความสงของนาเหนอสนฝายนาลน Ha = V2/2g เมอ V = ความเรวของนาทางดานเหนอนา g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก

ความยาวของสนฝายนาลนทใชในการออกแบบจะถกลดความยาวลง เนองจากตอมอ (Pier) ซงใชสตรในการคานวณของ USBR. ,“Design of Small Dam” หาความยาวใชงานของสนฝายนาลนไดดงน

L = L,-2 (NKp + Ka) Ho

เมอ L = ความยาวประสทธผลของสนฝายนาลนเนองจากตอมอ L, = ความยาวทงหมดของสนฝายนาลนซงยงไมรวมความหนาของตอมอตางๆ N = จานวนตอมอกลาง (Pier) KP = สมประสทธการคอดตวเนองจากตอมอ Ka = สมประสทธการคอดตวเนองจากกาแพงรมตลง Ho = ความสงของนาเหนอสนฝายนาลน (Total Head)

ตารางท 4-1 สมประสทธการคอดตวเนองจากตอมอ (Kp)

ทมา : Design of Small Dam


ตารางท 4-2 สมประสทธการคอดตวเนองจากกาแพงรมตลง (Ka)

ทมา : Design of Small Dam

4.4.3 รปรางฝายนาลน (Shape of the Weir) เกณฑในการคานวณหารปรางของฝายนาลนโดยใชสตรของ USBR. (1974) ดงน - ฝายนาลนแบบไมมบาน

Y/Ho = -K (X/Ho)n

สาหรบคาคงท K และ n จะขนอยกบลกษณะความลาดดานเหนอนาของตวฝายนาลน และคา Head ของนาเหนอสนฝายนาลนดรปท 4.2

- ฝายนาลนแบบมบาน

การออกแบบผวโคงของสนฝายนาลนคอนกรตทรองรบบานประต จะเปนไปตามกฎเกณฑของ USBR. (Design of Small Dam) ในขณะทยกบานประตระบายขนเพยงเลกนอย นาจะไหลผานไปในลกษณะของ Orifice Flow ดงนนจงตองออกแบบผวโคงดวยสมการ Parabola ดงน

-Y = X 2/(4H)

โดยท X และ Y เปน Coordinates ทมจด Origin อยทจดยอดของฝายนาลนคอนกรต

4.4.4 การออกแบบพนฝายนาลน การออกแบบพนฝายนาลน นอกจากจะออกแบบใหมความหนาเพยงพอทจะตานแรงดนขน

ของนาใตพนอาคารแลว ยงตองพจารณารวมกบการออกแบบ Cutoff Wall เพอกาหนดความยาวฝายนาลนใหมความยาวเพยงพอทจะตานทานการซมของนาทจะพดพาเมดดนฐานรากฝายนาลนใหหลดออกไปได สาหรบการออกแบบความหนาและความยาวของพนฝายนาลน นยมใชวธของ Lane โดยมขนตอนดงน


(1) การคานวณระยะทางเดนของนาลอดใตฐาน (Creep Length)

การคานวณระยะทางเดนของนาลอดใตฐานฝายนาลนจะใชทฤษฎของ Lane’s Method โดยมสตรการคานวณดงน คอ

L = Lv + Lh/ 3

L = Cw H

เมอ L = ระยะทางเดนของนาลอดใตฐานฝายนาลน (ม.) Lv = ระยะทางเดนของนาลอดใตฐานฝายนาลนในแนวดง (ม.) Lh = ระยะทางเดนของนาลอดใตฐานฝายนาลนในแนวราบ (ม.) Cw = Lane’s Weighted C reep Ratio (ตารางท 4.3) H = Differen ce Head (ม.)

ในการออกแบบรายละเอยดจะพจารณาการคานวณทางเดนของนาใตฐานอาคาร โดยจะตองมความปลอดภยมากกวาเปนเกณฑกาหนด

ตารางท 4-3 คา Lane’s Weighted Creep Ratio สาหรบดนประเภทตางๆ ทอยบรเวณใตฝายนาลน Base Material Lane’s Weighted Creep Ratio

(Cw) Very Fine Sand of Silt(ทรายละเอยดมากหรอดนตะกอน) 8.5 Fine Sand (ทรายละเอยด) 7.0 Medium Sand (ทรายหยาบปานกลาง) 6.0 Coarse Sand (ทราบหยาบ) 5.0 Fine Gravel (กรวดละเอยด) 4.0 Medium Gravel (กรวดหยาบปานกลาง) 3.5 Coarse Gravel Including Cobbles (กรวดหยาบ) 3.0 Boulders with some Cobbles and Gravel (หนใหญมกรวดแทรกอย) 2.5 Soft Clay (ดนเหนยวออน) 3.0 Medium Clay (ดนเหนยวแขงปานกลาง) 2.0 Hard Clay (ดนเหนยวแขง) 1.8 Very Hard Clay or Hardpan (ดนเหนยวแขงมากหรอดนดาน) 1.6


รปท 4-2 ตวแปรสาหรบกาหนดรปรางของ Ogee Crest ทมา : Design of Small Dam


(2) การคานวณหาแรงดนของนา (Hydrostatic Pressure) ทกระทาตอตวฝายนาลน

ใหคดในกรณทระดบนาทางดานเหนอนาอยทระดบสนฝายนาลน และดานทายนาไมมนา

(3) การคานวณหาแรงดนของนาใตฐาน (Uplift Pressure)

โดยสมมตใหแรงทกระทาใตฐานเปนรปสเหลยมคางหม ซงแรงดนนาทจดใดๆ จะเทากบความสงของนาทจดนนๆ โดยอาศยวธของ Lane’s Method มาคานวณ

(4) การคานวณหาความหนาของแผนคอนกรตดานทายนา (Downstream Apron Thickness)

ใชสตร

ta = 4) H-hf) /3) γ c -1(

ta = Downstream Apron Thickness )ม (. H = Difference Head )ม (. hf = head Loss at any Points )ม(. γc = Specific Weight of Reinforcement Concrete = 2.40 ตน/ม .3

(5) การคานวณหาความหนาของแผนของคอนกรตดานเหนอนา (Upstream Apron Thickness)

สาหรบความหนาของแผนคอนกรตดานเหนอนา ตามคาแนะนาของ USBR. ซงปกตจะใชประมาณ 1/2 ถง 1/3 ของความหนาของแผนคอนกรตดานทายนา แตไมควรนอยกวา 0.30 ม.

4.4.5 การออกแบบ Cutoff Wall Cutoff Wall เปนกาแพงทยนเขาในชนดนเพอเพมความปลอดภยของตวฝายนาลน Cutoff

Wall จะทาหนาทควบคมการไหลของนาลอดใตฐานและปองกนการเกด Piping สาหรบความลกของ Cutoff Wall จะใชวธคานวณเหมอนกนกบการคานวณหาระยะทางเดนของนาลอดใตฐานตามหวขอ “การออกแบบพนฝายนาลน”


4.5 การคานวณปรมาณนาผานฝายนาลน )Discharge Over Weir) 4.5.1 ฝายนาลนแบบมบาน

ชองประตนาจะออกแบบลกษณะสนฝายนาลนเปนแบบ Ogee Weir สงจากพนประมาณ 1.00 ถง 2.00 เมตร ระบายนาในชวงนาหลาก โดยยอมใหระดบนาเออไดเทากบความตางระดบของเหนอและทายนา (กรณทยกบานประตเหลกขนพนจากระดบนาทวมสงสด) แตสาหรบกรณเกบกกปกตจะมประตเหลกโคงและประตเหลกบานตรงใชในการเกบกกและควบคมระดบนาอตราการไหลของนาผานสนฝายนาลนสงสดประมาณไดจากสตรของ USBR (1974) ดงน

Q = 0.5522 CLH 3/2

เมอ Q = ปรมาณนาออกแบบ) ลบ.ม/.วนาท( C = คาสมประสทธการไหล H = ความสงของนาเหนอสนฝายนาลน )ม (. L = ความยาวสนฝายนาลนประสทธผล )ม (.ซงไดพจารณาผลกระทบการตบ

เขาของการไหลของนา เนองจากรปรางและการขวางทศทางไหลของตอมอรมและตอมอกลางนาดวย

สาหรบคา C ซงจะมคาเปลยนแปลงไปตามความสงของนาดานเหนอฝายนาลน ลกษณะรปรางของสนฝายนาลนลาดดานเหนอนาของตวฝายนาลน และตลอดจนระดบนาดานทายฝายนาลน ดรปท 4.3 และรปท 4.4

เมอระดบนาหนาฝายนาลนสงกวาระดบเกบกกเลกนอย จะตองยกบานระบายเพอควบคมปรมาณการไหลของนาและระดบนา การไหลของนาผานบานระบายจะเปนการไหลแบบ Orifice flow ซงการไหลแบบ Orifice flow นจะมอยสองลกษณะ คอ

(1) เปนการไหลแบบ Free Orifice ซงการไหลแบบนระดบนาดานทายนาของ Orifice จะไมทวมทบ (Submerge) ของ Orifice ทางดานทายนา โดยมสตรการไหลของนาผาน Orifice แบบนคอ

( )2/32

2/31..2

32 HHCLgQ −=


เมอ Q = ปรมาณนาไหลผาน Orifice (ม./วนาท) g = อตราโนมถวงของโลก = 9.81 (ม./วนาท2) C = คาสมประสทธการไหล L = ความกวางของสนฝายนาลน (ม.) H1 = Total head เมอวดถงดานลางของ Orifice (Sill หรอสนฝายนาลน) (ม.) H2 = Total head เมอวดถงดานบนของชอง Orifice

(ระดบขอบลางของบานระบายนาทยกขน) (ม.)

สาหรบคาสมประสทธการไหล (C) จะมความสมพนธกนกบระยะยกของบาน (d) และ Total head ของนาเหนอสนฝายนาลน (H1) ดงแสดงในรปท 4.5

รปท 4-3 คาสมประสทธการไหลท Head ตางๆ ทมา : Design of Small Dam


รปท 4-4 ระดบนาดานทายของฝายนาลน ทมา : Design of Small Dam


รปท 4-5 คาสมประสทธการไหลของฝายแบบแบบ Free Orifice ทมา : Design of Small Dam

(2) เปนการไหลแบบ Submerged Orifice ซงการไหลแบบนระดบนาดานทายนาของ Orifice จะทวมทบ (Submerge) ของ Orifice ทางดานทายนา โดยมสตรการไหลของนาผาน Orifice แบบนคอ

Q = gHCL 2

ในเมอ Q = ปรมาณนาไหลผาน Orifice (ม.3/วนาท) A = พนทหนาตดของชองเปด (ตร.ม.) H = ความแตกตางระดบนาเหนอฝายนาลนและทายฝายนาลน (ม.) C = Coefficient of discharge for submerged orifice มคาประมาณ 0.72


4.5.2 ฝายนาลนแบบไมมบาน ในการคานวณออกแบบฝายนาลนทดนาแบบไมมบานจะออกแบบเปนฝายนาลนแบบสนมน

(Ogee Weir) โดยสามารถระบายปรมาณนาหลาก ไดสาหรบสตรเพอคานวณปรมาณนาทไหลผานฝายนาลนจะใชสตรของ USBR (1974) ดงน

Q = 0.5522 CLH 3/2

ในเมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝายนาลน (ลบ.ม./วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล ไดจากรปท 4.3 และ 4.4 L = คาความกวางประสทธผลของสนฝายนาลน (ม.) H = คา Head ของนาเหนอสนฝายนาลน (ม.)

4.6 การออกแบบอาคารลาเลยงนา )Chute Channel) อาคารลาเลยงนามลกษณะเปนรางนาทตอจากรางรบนาลน (Trough) จะตองมความลาดชน

มาก เรยกวา รางเท การไหลในรางนเปนแบบ Super-critical Flow

หลกเกณฑในการออกแบบรางเท มจดประสงคทจะรบนาและระบายลงสทายนา โดยใหมความยาวของรางสนทสด แตในขณะเดยวกนตองพยายามใหทายนาหางจากเชงลาดตวเขอนในระยะทไมเปนอนตรายตอการกดเซาะตอฐานรากเขอน

หากลกษณะภมประเทศทตงของรางเทมความชนมาก และรองรบนาเปนหนททนทานตอการกดเซาะกสามารถลดความยาวของรางเทได โดยการออกแบบใหปลายรางเทเชดขนเพอใหนาโจน (Deflector or Flip Bucket) ซงนาจะพงลอยในอากาศสลายพลงงานโดยอตโนมตกอนทจะตกสรองนาธรรมชาตโดยไมเกดการกดเซาะ

(1) จด Control Section เปนตาแหนงทจะกาหนดจดเรมตนของความลกของนาใน Chute โดยจดนจะกาหนดการเปลยนแปลงสภาวะการไหลของนาใน Chute จาก Sub-critical Flow เปน Critical Flow ดงนนการคานวณหาความลกของนาทจดนจะคานวณจาก

dC = (q/2g)1/3

โดยท dC = ความลกนาทจด Control Section (Critical Depth) ,เมตร q = ปรมาณนาทไหลผานสนฝายตอความยาว 1 เมตร = Q/L (ลกบาศกเมตร/วนาท/เมตร) L = ความกวาง Chute (เมตร)


g = อตราเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 เมตร/วนาท2

เมอคานวณหาคา dc (Critical Depth) จากจดนไดแลวจะนาไปเปนจดเรมตนในการคานวณหาคาความลกของนาทจดตาง ๆ ตลอดความยาว Chute ตอไป

(2) การคานวณ Flow Profile ในชวงรางเท จะใช Standard Step Method จากสมการในหนงสอ Open Channel ของ Henderson, F.M. (1996) ดงน (ดรปท 4.6)

∆X = (E2-E1) / (So-Sf)

∆X = ระยะระหวางชวงหนงในรางเท E1,E2 = Specific Energy (y+v2/2g) ทจดหวและทายของชวงนน So = ความลาดชนของพนรางเท Sf = Friction Slope เฉลยระหวางหวทายของชวงนน = (sf1+sf2)/2 sf1,sf2 = (V.n)2 /R4/3 จาก manning Formula

รปท 4-6 แสดงการไหลในทางนาเปดเพอการคานวณหาระดบนา โดยวธ Standard Step Method


(3) การคานวณโคงควา )Convex Curvature( ใชในกรณทพน Chute เปลยนลาด Slope ชนกวาเดม มสมการดงน

Y = tOLO LXX 2/)]tan(tan[tan 2 θθθ −+

และ Lt = Khvd OOL /]cos)(2).tan[(tan 2θθθ +−

เมอ Lt = ระยะทางในแนวราบจากจดกาเนดถงจดสนสดโคง Oθ = มมทพน Chute ดานเหนอนาของโคงทากบแนวราบเปนองศา Lθ = มมทพน Chute ดานทายนาของโคงทากบแนวราบเปนองศา K = Acceleration Factor d+hv = Specific Head ของนาไหลทจดกาเนดโคง

(4) การคานวณโคงหงาย (Concave Curvature) จะคานวณโคงหงายตรงบรเวณทพน Chute ทเปลยนแปลงความชนจากมากไปนอย รศมโคงจะตองมากเพยงพอทจะไมใหเกดแรงดนทพน เนองจากแรงเหวยงของนาทไหลสงเกนไป รศมโคงหาไดดงน

R = 2q.V/P

หรอ R = 2d.V2/P

เมอ R = รศมนอยทสดของโคง ,ฟต q = อตราการไหลของนา ,ฟต 3/ วนาท/ฟต V = ความเรวของนา ,ฟต/วนาท d = ความลกของนา ,ฟต P = ความดนทพนโคง ,ปอนด/ฟต2

โดยปกตรศมความโคงทเหมาะสมจะมแรงดนทพนโคงประมาณ 1,000 ปอนด/ฟต2 (Design of Small Dams หนา 397)

โดยทวไป R ไมควรนอยกวา 10 d แตโคงหงายทสวนลางของโคง Ogee ไมควรนอยกวา 5d


(5) Transition ของรางนา การเปลยนแปลงความกวางของ Chute จะตองควบคมมใหเกดคลนสงในชวงทแคบลง (Convergent) และตองใหมการไหลแผกระจาย โดยสมาเสมอตลอดความกวางทผายออก (Divergent) มมเบยงเบนจากศนยกลางของผนงกาแพงของ Chute จะตองมมมไมเกนคาทกาหนดใหดงน (รปท 4.7)

αTan = (g.d)1/2/(3.V)

เมอ α = มมทผนงกาแพงเบนจากศนยกลาง ,องศา g = อตราเรงจากแรงโนมถวง = 9.81 เมตร/วนาท2 V = ความเรวเฉลยใน Transition, เมตร/วนาท2 = 0.5 (V1+V2) d = ความลกเฉลยของนาใน Chute ,เมตร = 0.5 (d1 + d2) โดยทวไป มมเบยงเบนมากทสดททางนาเขา = 30o

มมเบยงเบนมากทสดททางนาเขา = 25o

รปท 4-7 Transition ของรางเท


(6) ระยะเผอพนนา (Freeboard) ของ Chute ระยะเผอพนนาของผนงกาแพง Chute คานวณไดจาก DESIGN OF SMALL DAMS หนา 385 ดงน

Freeboard = 2.0+0.025 V(d)1/3 ,ฟต

หรอ Freeboard = 0.61 + 0.037V (d)1/3 ,เมตร

เมอ Freeboard = ระยะเผอพนนา ,เมตร V = ความเรวนาไหลเฉลย ,เมตร/วนาท d = ความลกเฉลยของนาไหล ,เมตร

4.7 การออกแบบอาคารสลายพลงงาน USBR ไดจดสราง ทดลอง และวเคราะหการไหลของนาผานอาคารสลายพลงงานแบบตาง ๆ

ในหองปฏบตการ และไดพฒนาปรบปรงจนสามารถใชงานไดด ซงหลกการในการแบงชนดของอาคารสลายพลงงานจะอาศยตรวจดพฤตกรรมการไหล Froude number )Frl (ความเรว และอตราการไหลเปนหลก โดยในทนจะไดกลาวถงอาคารสลายพลงงานทมการใชงานมากในอาคารชลประทานทวไป ดงน

4.7.1 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type I อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type I ใชสาหรบอาคารชลประทานขนาดเลกทม Frl

อยระหวาง 1.7 ถง 2.5 ซงจะเกดนากระโดดอยางออน (weak jump) อาคารสลายพลงงานแบบน เปนพนคอนกรตเรยบโดยไมมสงกดขวางเลย ดงนนถาจะออกแบบอาคารสลายพลงงานแบบนกควรจะมนใจวา จะเกดนากระโดดในบรเวณอาคารสลายพลงงานทก ๆ อตราการไหล แตกยงมขอเสยทวาความยาวของอาคารสลายพลงงานแบบนจะมาก ทาใหราคาแพง

4.7.2 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type II อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type II เปนอาคารสลายพลงงานทเหมาะสาหรบ

ประกอบฝายนาลน หรออาคารชลประทานขนาดใหญ ดงรปท 4.8 (ก)

ขอกาหนดในการออกแบบ มดงน 1. ใชสาหรบอาคารชลประทานขนาดใหญทมความสงของฝายนาลนสงสด 200 ft

และอตราการไหลสงสดตอหนงหนวยความกวาง q เทากบ 500 cfs / ft 2. ใชในกรณท Frl มากกวา 4.5 ซงเปนนากระโดดแบบคงท (Steady jump) 3. ความลกทายนาใหเผอไวอก 5% ของความลกจากนากระโดด y2 กลาวคอความลก

ทายนา TW = 1.05 y2 ดงรปท 4.8 (ข)


4. ท chute blocks จะม ความสง h1 = ความกวาง w1 = ระยะระหวาง chute blocks s1 = y1

โดยดานทตดกบกาแพงรมตลงมระยะหางของ chute blocks หางจากกาแพง y1 / 2 5. dentated sill ม

ความสง h2 = 0.2 y2

ความกวาง w2 = ระยะระหวาง dentated sill s2 = 0.15 y2

6. ควรวาง chute blocks และ dentated sill สลบกน 7. ความยาวของอาคารสลายพลงงาน L หาไดจากรปท 4.8 (ค) ซงจะขนอยกบ Frl และ

ความลก y2

4.7.3 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin III อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type III เปนอาคารสลายพลงงานทเหมาะสาหรบ

คลองชลประทานทมอาคารชลศาสตรขนาดเลก ความยาวของอาคารสลายพลงงานจะไมมาก ซงมสวนประกอบทสาคญ 3 สวน คอ chute blocks , baffle blocks และ end sill วางในตาแหนงดงรปท 4.9

ขอกาหนดในการออกแบบ มดงน 1. ใชสาหรบแองนาทม Frl มากกวา 4.5 และความเรว V1 ไมเกน 15.5 m/s หรอ 50 fps 2. อตราการไหลตอหนงหนวยความกวาง q ไมเกน 200 cfs/ft 3. ใชงานทดทสดเมออกแบบใหความลก y2 เทากบความลกจากนากระโดด

ดงรป 4.9 (ข) 4. ท chute blocks ม

ความสง h1 = ความกวาง w1 ระยะหางระหวาง chute blocks s1 = ความลก y1 และมระยะอยางนอย 8 in โดย chute block ตวทใกลกาแพงรมตลงมระยะหาง 0.5 y1

5. การเสรม baffle blocks ระหวาง chute blocks กบ end sill เปนการเพมแรงตานทานการปะทะของกระแสนา ทาใหอยในอาคารสลายพลงงานไดมนคงยงขน โดยทความสงและระยะตาง ๆ ของ baffle blocks จะขนอยกบ Frl ดงรปท 4.9 (ค) กลาวคอ เมอร Frl จะหาความสงของ baffle blocks ได h3 และจาก h3 นกนาไปกาหนดระยะและความกวางของ floor blocks ไดจากรปท 4.9) ก(

6. End sill ททายอาคารสลายพลงงาน จะทาหนาทเปนแนวขวางกระแสนาแนวสดทายในการควบคมนากระโดด ซงสามารถหาความสงของ end sill h4 ไดจากการรคา Frl จากรปท 4.9 (ค)


รปท 4-8 (ก) อาคารสลายพลงงาน (ข) กราฟสาหรบหาความลกทายนา (ค) กราฟหาความยาวของนากระโดด

ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25


รปท 4-9 อาคารสลายพลงงานแบบ USER Basin Type III ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25


รปท 4-10 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Badin Type IV ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25


7. ความยาวของอาคารสลายพลงงาน L ขนอยกบ Frl และความลก y2 จากรปท 4.9(ง) สาหรบตาแหนง baffle blocks มขอกาหนดใหวางหางจากปลาย chute blocks หรอตาแหนงเรมตนของอาคารสลายพลงงานดานเหนอนาไปทางทายเปนระยะทางเทากบ 0.8 y2

8. ถารางระบายนาลน มความลาดชนทรอยตอระหวางรางระบายนาลนกบอาคารสลายพลงงานมากกวา 45O ใหออกแบบแนวรอยตอเปนพนโคงทมรศมโคง R มากกวาหรอเทากบ 4 y1 เพอลดแรงกระแทกของกระแสนาในชวงรอยตอระหวางฝายนาลนกบอาคารสลายพลงงาน

4.7.4 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type IV อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin IV เปนอาคารสลายพลงงานทเหมาะสาหรบฝายนา

ลนทมความสงไมมาก ประกอบดวยสวนทสาคญ 2 สวน คอ chute blocks และ end sill ดงรปท 4.10 (ก)ขอกาหนดในการออกแบบ มดงน

1. ใชสาหรบอาคารสลายพลงงานทม Frl อยในชวง 2.5 ถง 4.5 ซงจะมลกษณะนากระโดดเปนแบบแกวง (oscillating jump) โดยมกระแสนาบางสวนยงคงมความเรวสง และเคลอนทขนลงสลบกนไปเปนคลนผวนา

2. ท chute block จะม - ความสง = 2 y1 - ความกวาง w อยระหวาง 0.75 y1 ถง y1 - ระยะหางระหวาง chute blocks = 2.5 เทาของความกวาง w - ความยาวดานบนอยางนอย = 2 y1 โดยมความลาดลง 5O

3. ความลกทายนา ใหเผออก 10% ของความลกจากนากระโดด y2 คอ TW = 1.1 y2 ดงรปท 4.10 (ข)

4. ความสงของ end sill เทากบ 1.25 y1 5. ความยาวของอาคารสลายพลงงาน L หาไดจากรปท 4.10 (ค) ซงจะขนอยกบ Frl

และความลก y2

4.7.5 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type V อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type V ใชกบฝายสง เปนอาคารสลายพลงงานท

ตองการใหเกดนากระโดดบนระนาบเอยง (slope apron) ของฝายนาลน เปนกรณทมความลกทายนามากกวาความลกจากนากระโดด แบงเปน 4 กรณ ดงรปท 4.11

กรณ A เกดนากระโดดบนพนราบของอาคารสลายพลงงาน กรณ B เกดนากระโดดบนพนราบของอาคารสลายพลงงาน โดยเรมเกดนา

กระโดดบนพนเอยง และสนสดการเกดนากระโดดบนพนราบ


กรณ C เรมเกดนากระโดดบนพนเอยง และสนสดการเกดนากระโดดทรอยตอระหวางพนเอยงกบพนราบ

กรณ D เกดนากระโดดบนพนเอยงทงหมด

รปท 4-11 อาคารสลายพลงแบบ USBR Basin Type V ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25

Kindsvater (1994) ไดเสนอแนะสมการการหาความลกสลบ (conjugate depth ; y2) ของการเกดนากระโดดบนพนเอยงดงน

]11tan21

cos8[cos21 32

1

2

1 −+−

=φφ

φ KF

yy r

เมอ K คอ แฟคเตอรรปรางไรมต (dimensionless shape factor) ขนอยกบ Froude number และมมของพนเอยง ดงรปท 4.12


4.7.6 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VI อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VI เปนแบบ impact – type energy dissipater

ใชสาหรบบรเวณทางออกจากทอสทางนาเปด มลกษณะเปนแผนคอนกรตวางขวางลานาทพงออกมาจากทางทอ เพอใหเกดการสลายพลงงาน ใชสาหรบความเรวนาไมเกน 30 ft/s ม Froude number อยในชวง 1.5 ถง 7 มขนาดดงรปท 4.13

รปท 4-12 แฟคเตอรรปรางไรมต K ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25


รปท 4-13 อาคารสลายพลงแบบ USBR Basin Type VI ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25

4.7.7 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VII อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VII ดงรปท 4.14 มลกษณะเปนโคงหงาย

เรยกวา Bucket Type Energy Dissipator เปนโครงสรางชลศาสตรทใชสลายพลงงานเจลน มรปรางเปนแอง (bucket) มมมททากบแนวราบทปลายโครงสราง 45O ทาใหเกดการหมนวนของนาบรเวณทตอจากโครงสราง ทาใหความเรวลดลง และตะกอนทองนาบรเวณนกจะตกลงทบรเวณเดม ซงจากการทดลองพบวาความลกดานทายนาจะตองมความลกอยางนอยเทากบความลกดานทายนาของนากระโดดถามความลกดานทายนานอยกวาความลกดานทายนาของนากระโดด ปลายของ bucket จะโผลพนนาและจะเกด spay


รปท 4-14 อาคารสลายพลงแบบ Bucket Type Energy Dissipator ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25

ในบางครงจะออกแบบเปนแบบ Ski – Jump Energy Dissipator หรอ Flip Bucket ดงรปท 4.15 เปนอาคารสลายพลงงานแบบใหนาพงออกจากโคงของ bucket ไปตกบรเวณทายทายนาทเปนแองรบแรงนา (plunge pool) ทเปนหนแขงหรอหนทแขงแรง

การไหลของนาจะถอวามแนวการเคลอนทตามทฤษฎ Projectile ดงสมการ

]cos)(4[

tan 2

2

θθ

vhdKxxy

+−=

เมอ y คอ ระยะทางตามแนวดงของลานาจากปลาย bucket x คอ ระยะทางตามแนวราบ d คอ ความหนาของลานา hv คอ เฮดความเรว (Velocity head) ทขอบ bucket θ คอ มมของ Flip bucket ทามมกบแนวราบ θ K คอ คาสมประสทธมคานอยกวา 1 มคาเฉลยประมาณ 0.9


รปท 4-15 Ski – Jump Energy Dissipator ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25


เมอลานากระแทกทองนา จะเกดการกดเซาะเปนแอง มความลกของนาทตาแหนงทถกกดเซาะสงสดดงสมการ

1. สมการของ Veronese (จาก USBR Design of Small dam)

D = 1.9 H0.225 q0.54

เมอ D คอ ความลกนาสงสดทตาแหนงทถกกดเซาะ (m) q คอ อตราการไหลตอหนงหนวยความกวาง (cms/m) H คอ ระยะความสงจากผวนาถงปลาย bucket (m)

2. สมการของ Mason และ Arumugam มการวเคราะหจากแบบจาลอง (model) และของจรง (prototype)

D = zv

wyx

dghHqK

เมอ D คอ ความลกนาสงสดทตาแหนงทถกกดเซาะ (m) q คอ อตราการไหลตอหนงหนวยความกวาง (cms/m) H คอ ระยะความสงจากผวนาถงปลาย bucket (m) K = 6.42-3.10 H 0.10 (H มหนวยเปน m) v = 0.30 w = 0.15 x = 0.60 – H (H in meters) y = 0.05 + H (H in meters) Z = 0.10 h = ความลกทายนา (m)

4.7.8 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VIII อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VIII เปนอาคารสลายพลงงานแบบ Hollow –

jet valye stilling basin ดงรป 4.16 ใชสาหรบ สลายพลงงานนาทไหลออกมาจากทอสงนาทมเฮดมาก มความยาวของอาคารสลายพลงงานนอยกวาอาคารสลายพลงงานแบบอนประมาณ 50% เปนการประหยดการลงทนและใชพนทนอยลง ปกตมกจะออกแบบสาหรบคกบโครงสรางของโรงไฟฟาพลงนา (powerhouse structure)


รปท 4-16 อาคารสลายพลงงานแบบ USBR Basin Type VIII ทมา : USBR,Engineering Monograph No.25

4.8 การออกแบบปองกนการกดเซาะ 4.8.1 ความยาวของหนทง มหลกเกณฑในการออกแบบดงน

การปองกนการกดเซาะดนของนา จะทาการออกแบบในกรณทความเรวของกระแสนามคาสงเพยงพอทจะเกดการกดเซาะ โดยเฉพาะในบรเวณลาดตลงของลานาทคดโคง และบรเวณพนทองนาและบนลาดดานขาง ดานทายนาและเหนอนาของอาคารฝายนาลน ทางระบายนาลนและอาคารบงคบนา เปนตน สาหรบคาความเรวทมากทสดของนายอมใหและไมเกดการกดเซาะดนซงเสนอแนะโดย Fortier และ Scobey

)1973 ( แสดงในตารางท 4.4


ตารางท 4-4 ความเรวมากทสดของนาทยอมใหทไมเกดการกดเซาะดน ความเรว )ม/.วนาท(

ชนดดน นาใส นาขน )มตะกอนแขวนลอย( ทราย 0.46 0.76 ดนรวนปนดนตะกอน 0.61 0.91 ดนเหนยวแขง 1.14 1.52 ดนดาน 1.83 1.83 กรวดละเอยด 0.76 1.52 กรวดหยาบ 1.22 1.83 หนใหญโตกวากรวด 1.83 1.83 หนกอนใหญๆ 2.50-3.90 2.50-3.90 หนพดแขง 4.00 4.00

ทมา : Fortier and Scobey(1973) “Design of Low-Head Hydraulic Structure” New York.

การปองกนการกดเซาะเนองจากกระแสนานยมใชหนทง หนเรยง หนเรยงยาแนว และ Gabion หรอ Mattress โดยมความยาวการปองกนขนกบชนดของดนในทองนาและบนตลง ความเรวของกระแสนา ขนาดความหนาของชนกรวดหรอทรายรองพน สาหรบหนทงหรอหนเรยงบรเวณอาคารชลศาสตรฝายนาลนและอาคารระบายนาลน ใหจดเรยงดงน คอ

(1) บรเวณทายนาของฝายนาลนและอาคารระบายนาลน ใหเรยงหนพนรองนาและบนลาดดานขางทงสองขาง ความยาวทเรยงหน ไมควรตากวา 4 เทา ของความลกของนาทายนาของ Hydraulic Jump, d2 โดยออกแบบใหหนเรยงดวยมอและมสวนคละด (Well Graded) โดย 50% ของหนทงหมดตองมขนาดเลกโตกวา 0.15 ม .และปกรวดหรอหนยอยรองพนหนา 0.15 หรอปดวยแผนใยสงเคราะห กรวดและหนยอยมสวนคละกน ตงแตขนาดเลกทสด 3/16” ถงขนาดโตทสด 3”

(2) บรเวณเหนอนาของฝายนาลนและอาคารระบายนาลนใหเรยงหนบนพนราบทองนาและบนลาดดานขางทงสองขาง ความยาวทเรยงหนไมควรนอยกวาความลกของนาเหนอฝายนาลน แตไมนอยกวา 5 ม .ใหเรยงหนดวยมอ บนชนกรวดและหนยอยซงหนา 0.15 ม .และใชขนาดหนใหญและกรวดหรอหนยอยเชนเดยวกนกบบรเวณทายนา

4.8.2 ขนาดของหนทง ขนาดของหนทงทายอาคารสลายพลงงานจะขนอยกบปจจยตางๆ เชน ความเรวกระแสนา

ทศทางการไหล สภาพการปนปวนของการไหล และลกษณะคลน เปนตน ซงในการหาขนาดของหนทงไดมการศกษากนมาก โดยวธการหาขนาดของหนทงทนยมใชในปจจบนมดงน


USBR ไดกาหนดความสมพนธระหวางขนาดเสนผานศนยกลางของหนทง นาหนกหนทง และความเรวของกระแสนาททองนา ดงรปท 4.17

Berry พบวา เมอใชหนทงทมความถวงจาเพาะ 2.65 จะสามารถหาความสมพนธระหวางความเรวของกระแสนาททองนากบขนาดของหนทง ดงสมการ

Vb = 2.57 (D) ½

เมอ Vb คอ ความเรวของกระแสนาททองนา และ D คอ ขนาดเสนผานศนยกลางของหนทง (in)

Mavis และ Lausley พบวา ความเรวของกระแสนาททองนา มความสมพนธกบขนาดของหนทง และความถวงจาเพาะของหนทใชเปนหนทง ดงสมการ

Vb = (1/2) (D1)½ (S-1)½

เมอ Vb คอ ความเรวของกระแสนาททองนา (m/s) D1 คอ ขนาดเสนผานศนยกลางของหนทง (mm) และ S คอ ความถวงจาเพาะของหนทง

4.8.3 ความหนาของวสดป (1) หนทง (Rock fill)

หนทงประกอบดวยหนใหญสวนคละ (มขนาดโตกวา 3” หรอ 75 มม. ขนไป) มความแขงแกรง แนน ไมแตกสลาย และทนตอการสกหรอสง นามาทงบรเวณทตองการ เพอปองกนการกดเซาะของกระแสนาจนไดความหนาเพยงพอ การออกแบบขนาดของหนทงจะขนอยกบความเรวของกระแสนาทพนทองนา และความลาดเอยงของตลงลานา ซงในรปท 4.17 แสดงขนาดโตทสดของกอนหน ซงสามารถตานทานความเรวของนาได เมอปหนบรเวณทองนา และในรปท 4.18 แสดงขนาดของกอนหน ทแนะนาใหนามาปบนลาดเอยงและสามารถตานทานความเรวของนาทมาปะทะได สาหรบการออกแบบความหนาของชนหนทงจะขนอยกบชนดดนทรองรบความเรวของกระแสนาสวนคละของหนใหญ ขนาดของชนกรวดและทรายรองพน โดยทวไปความหนาของชนหนทงไมควรนอยกวา 3.0 เทาของขนาดโตทสดของกอนหน

(2) หนเรยง (Riprap)

หนเรยงคอหนใหญทมขนาดสวนคละ (มขนาดโตกวา 3” หรอ 75 มม.ขนไป) มความแขงแกรง แนน ไมแตกงายและทนตอการสกหรอสง นามาเรยงใหเขามมกนอยางหนาแนน และเสรมชองวางดวยหนขนาดเลกกวา เพอใชในการปองกนการกดเซาะของกระแสนา และเนองจากหนเรยงจดเรยงไดแนน


และประณตกวาหนทง ดงนน โดยทวไปความหนาของหนเรยงจงนอยกวาหนทง ในการปองกนการกดเซาะของนาทความเรวเดยวกน สาหรบการคานวณหาขนาดของหนเรยง มวธการเดยวกนกบหนทงทกประการ และการออกแบบความหนาของหนเรยงจะพจารณาเชนเดยวกนกบกรณหนทง และโดยทวไปความหนาของชนหนเรยงไมควรนอยกวา 1.5 เทา ของขนาดโตทสดของกอนหน

(3) หนเรยงยาแนว (Mortar Riprap)

หนเรยงยาแนว เปนการนาหนเรยงทออกแบบไวนามาเรยงใหเขามมกนอยางแนนหนา แตชองวางระหวางกอนหนใหประสานดวยปนทราย (Mortar) (ปนซเมนต : ทราย = 1:3 โดยปรมาตร และปรมาณนาทใชผสมใหมปรมาณพอเหมาะกบการใชงาน) ในการทาหนาทเปนตวประสานปทรายนน ตองเตมลงไปในชองวางระหวางกอนหน โดยใหรอยตอของหนทกกอนมปนทรายประสานอยางสมบรณ รอยตอของปนทรายนนตองปาดใหเรยบรอยสมาเสมอในทกรอยตอ สาหรบหนเรยงทมนาไหลผานอยเสมอ เชน หนเรยงทปลายทอระบายนา หรอลาดเอยงทมการระบายนาผานการตบแตง ผวของปนทรายตองเรยบและเสมอกบผวของกอนหนทเรยงเพอใหผวทงหมดเรยบเหมาะกบการระบายนา หนเรยงยาแนวนยมนามาใชปองกนในบรเวณทมการกดเซาะรนแรง เชนบรเวณตนเชงลาดทตดกบพนของทางนา เปนตน และใชกบอาคารชลศาสตรทมความสาคญ สาหรบการออกแบบขนาดของหนเรยงทใชและความหนาของชนหนเรยงยาแนวจะพจารณาเชนเดยวกนกบหนเรยง และโดยทวไปความหนาของชนหนเรยงยาแนวไมควรนอยกวา 1.20 เทาของขนาดโตทสดของกอนหน

(4) Gabion และ Mattress

Gabion และ Mattress เปนกลองลวดตาขายของโลหะทไมเปนสนม หรอถกเคลอบดวยวสดทปองกนการเปนสนม เชน Polyvinyl เปนตน และมความทนทานตอการกดกรอน (Corrosion) หรอผลจากกระบวนการ Weathering ตางๆ ภายในบรรจหนขนาดตางๆ ทหาไดงายและมความทนทานจนเตมขนาดกลอง แลวนามาปวางในบรเวณทตองการปองกนการกดเซาะ โดยเฉพาะบรเวณทมการกดเซาะรนแรง นยมนามาใชในกรณทไมสามารถคดเลอกขนาดหนใหญทโตเพยงพอตานความเรวของนาได ตามวธการคานวณขนาดกอนหน ซงอาจใชหนขนาดเลกทหาได เชน ขนาดเลกสด 50 มม. มสวนคละจนถงขนาดโตสด 300 มม. บรรจในกลองลวดตาขาย (Gabion และ Mattress)

- กลองเกเบยนเคลอบสงกะส

กลองเกเบยนประกอบดวยกลองยอยรปสเหลยมผนผา ทาขนจากลวดทถกเผาใหออนตวตเกลยวคและเคลอบผวดวยสงกะสแลวถกเปนรปหกเหลยม คณภาพของลวดและสงกะสทใชเคลอบเปนไปตามมาตรฐานนานาชาต บรเวณขอบของแผนลวดเสรมดวยลวดทมขนาดเสนผาศนยกลางใหญกวาทใชในการทาตาขาย ทงนเพอเปนการเสรมความแขงแรงและสะดวกในการกอสราง กลองเกเบยนจะถกแบงเปนชองเซลโดยมแผนกระบงกนกลางทาใหโครงสรางมความแขงแรงมากขน และประกอบตดตงงาย


- กลองเกเบยนเคลอบสงกะสหมดวยพวซ

คลายกบแบบกลองเกเบยนเคลอบสงกะส ลวดทใชเมอเคลอบสงกะสแลวจะถกนาไปหมดวยพวซชนดขนาดพเศษ (โพลไวนลคลอไรด) หนา 0.4 ถง 0.6 มม. ตลอดเสนลวดเพอเปนฉนวน ทาใหสามารถปองกนการกดกรอนไดอยางมประสทธภาพ กลองเกเบยนประเภทนเหมาะสาหรบใชงานตามชายฝงทะเลหรอพนททมมลภาวะสง เมอบรรจหนใหญลงภายในจะไดกลองเกเบยนขนาดใหญทมความยดหยน นาซมผานไดด เหมาะสาหรบงานกอสรางประเภทตางๆ ประเภท

กลอง ความสงกลอง

(ม.) ประเภทลวดเหลก ขนาด

เสนผาศนยกลาง นาหนกสงกะส

ทเคลอบ (กรม/ม.)

เกเบยน

0.50

ลวดทาโครงกลอง ลวดตาขาย ลวดผกกลอง

3.5 2.7 2.2

275 260 240

เกเบยน

1.00


3.5 2.7 2.2

275 260 240

ไมหม P.V.C.

แมทเทรส

0.30


2.7 2.2 2.2

260 240 240

เกเบยน

0.50


3.5 2.7 2.2

275 260 240

หม P.V.C.

แมทเทรส

0.30


2.7 2.2 2.2

260 240 240


รปท 4-17 โคงออกแบบขนาดหนทตานทานการกดเซาะในบรเวณทองนา ทมา U.S.B.R.(1963),”Hydraulic of Stilling Basins and Energy Disspators”,Denver


รปท 4-18 โคงออกแบบขนาดหนทตานทานการกดเซาะในบรเวณตลงของลานา

ทมา Stevems,M.A.,Simons,D.B.,and Lewis,G.L.(1976)

(5) การปลกหญา )Sodding)

การปลกหญา นยมออกแบบไวสาหรบปองกนการกดเซาะลาดตลงของอาคาร คลองสงนา หรอลาดดนตด ดนถม อนเนองมาจากนาฝนและแรงลม โดยปกตนยมใชชนดของหญาในทองถนทโตเรว เชน หญานวลนอย เปนตน การปลกจะปลกแบบ Block Sodding ขนาด 0.30 x 0.30 ม .เรยงตอกน หรอปลกแบบ Strip Sodding ปลกเปนแถวยาวตามแนวยาวของลาดดน กวางแถวละประมาณ 0.20 ม .สลบกบแถววางกวางประมาณ 0.20 ม .การปลกหญาทงสองแบบจะปลกบนดน Top soil ทใหระบบรากขนได ชนนหนาประมาณ 5.00 ซม .ซงชนดน Top soil ดงกลาว จะวางบนชนดนประเภทดนเหนยวหนาประมาณ 10.00 ซม . อกตอหนง


4.9 การออกแบบ รระบายนาทพน กาแพงกนดน และวสดกรอง อาคารทตองรบแรงดนดนหรอแรงดนนาเชน กาแพงกนดน หรอพนอาคาร เมอฝนตกนาท

ซมลงในดนจะไปเพมปรมาณนาใตดน ทาใหนาหนกของดนเพมขน หรอการลดระดบนาอยางรวดเรวทาใหนาไหลออกจากกาแพงไมทน จงไปเพมแรงดนตอกาแพง เปนเหตใหตองหาทางระบายนาในดนดงกลาวออกมาอยางรวดเรวโดยทไมมตะกอนดนไหลปนมาดวย จงจาเปนตองตดตงรระบายนาเปนระยะๆ ตามปรมาณทจะระบายออก รระบายนานจะตองมการเตรยมวสดกรองไวเพอดกตะกอนดนทจะไหลออกมา ซงจะประกอบดวยชน Filter แลวฝงทอขนาดเสนผาศนยกลาง 1.5-2.5 นว เปนตวรบ Filter นาจากชนทหยาบทสดไปทงดานนอกอกทหนง สาหรบกรณทระบายนาออกจากพนทอาคารกเพอลดแรงดนนาใตพนอาคาร )Uplift Pressure)

สาหรบเกณฑกาหนดทวไปในการออกแบบวสดกรองและแผนใยสงเคราะหใชดงน

(1) วสดกรอง (Filter material) ใชเพอปองกน Piping โดยตองมคณสมบตดงตอไปน 1. Permeability ของวสดกรองตองมมากกวา Permeability ของวสดทจะถกกรอง

หรอจะถกปองกนไมใหเกด Piging 2. ความพรน (Pores) ของวสดกรองจะมการวเคราะหหาลาดบขนาดสวนคละ

(Gradation) เพอปองกนไมใหเมดของวสดพนฐานรากถกพดพาหลดออกไปได หรอเกดการอดตน เปนตน

3. ความหนาของวสดกรองตองหนาเพยงพอสาหรบใหวสดนนจดเรยงสวนคละ (Gradation) ในตวของมนเองไดดดวย

ชนกรอง (Filter) จะทาหนาทรบนาทซมผานชนดนและฐานรากใหไหลออกมารวมกนในบรเวณททเตรยมไว โดยไมใหเกดการเสยหายจากการกดเซาะแลวระบายใหอยในทปลอดภย ดงนน ความตองการพนฐานของชนกรองคอ

- Piping Requirement ขนาดของวสดกรอง (หรอชองวางระหวางเมด) ตองมขนาดเลกพอทจะปองกนไมใหเมดดนถกกดเซาะและไหลตามนาทซมผานออกมาได

- Drainage Requirement ขนาดของวสดกรอง (หรอชองวางระหวางเมด) ตองมขนาดใหญพอทจะยอมใหนาไหลซมออกไดสะดวก โดยไมเกดความดนนาสะสมขนในชนกรอง

เกณฑกาหนดทวไปในการออกแบบขนาดคละของชนกรอง โดยทวๆไปสามารถรวบรวมไดจากหนวยงานตางๆ ดงแสดงในตารางท 4.5 ในขณะทพฤตกรรมจรงทเกดขนระหวางผวสมผสของเนอดนกบชนกรองเมอมการไหลของนาผานออกจากดน จะเกดการเคลอนตวของเมดดนขนาดเลกเขามาในชนกรองสวนหนง จนกระทงเกดการกรองขนโดยอตโนมต และจะเรยกดนสวนนวา Filter Cake (Taylor 1948) ดง


แสดงในรปท 4.19 ซงการเกด Filter Cake จะเกดตงแตนาเรมไหลผานชนดนจนเขาสจดสมดล โดยระยะเวลาการเกดขนกบหลายปจจย อาทเชน ความเหนยวของดน ความตางของความดนนา และการขนลงของความดนนา

สาหรบเกณฑกาหนดในการออกแบบชนกรอง มกใชตาม US Corps of Engineers (NAFAC Manual 7.1 May 1982) คอ 1.

S

F

DD

15

15 > 5 (Drainage Requirement)

2. S

F

DD

85

15 < 5 (Piping Requirement)

3. S

F

DD

50


4. S

F

DD

15


สาหรบ Well Graded Soil เมอ Cu > 4 สมการท (4.) อาจใชเปน 5.

S

F

DD

15

15 < 40

เมอ D15F , D50F = ขนาดเสนผาศนยกลางของกรวดทรายชนกรองทเปอรเซนต Finer 15 และ 50 เปอรเซนต ตามลาดบ

D15S , D50S , D85S = ขนาดเสนผาศนยกลางของดนทเปอรเซนต Finer 15 ,50 และ 85 เปอรเซนต ตามลาดบ

รปท 4-19 แสดงการเคลอนตวของดนบรเวณรอยตอของชนกรอง


6. ขนาด Filter ทใหญทสดไมเกน 3 นว 7. จะตองไมมดนเหนยวปะปน หรอมวสดทมขนาดเลกกวาตะแกรงเบอร 200 มากกวา 5% โดยนาหนก

(2) แผนใยสงเคราะห แผนใยสงเคราะหใชในการกรองดนปองกนไมใหถกนากดเซาะไป โดยจะทาการปกอนทจะเรยงหนตอไป โดยทวไปจะผลตจาก PORYPROPYLENE ทาใหมประสทธภาพในการกรองดนไดดมาก ขณะเดยวกนสามารถยดตวไดมากและยงสามารถรบแรงตางๆ ไดอยางดเยยม มอายการใชงานทยาวนาน มความทนทานตอกรดและดางสง ไมเนาเปอย ไมเปนพษ หรอเปนอนตรายตอสงแวดลอม และยงสามารถคงคณสมบตเดมเสมอไมวาจะอยในสภาวะทแหงหรอเปยก

ตารางท 4-5 เกณฑกาหนดทวไปในการออกแบบขนาดคละของชนกรอง


4.10 การออกแบบรศมความโคงของลานา เพอปองกนปญหาดานการกดเซาะในบรเวณโคงของลานาซงเปนดนขด จาเปนตอง

กาหนดใหรศมความโคง (R) ของลานาไมนอยกวา 5 เทา ของความกวางผวนา (ขณะทระดบนาอยทระดบสงสด) อยางไรกตามถาบรเวณโคงของลานาอยในบรเวณเขตหมบานหรอชมชน ซงถกจากดดวยสภาพพนท ถารศมความโคงจาเปนตองออกแบบใหนอยกวาทกาหนด กใหปองกนลาดตลงดานขางดวยหนเรยงในบรเวณโคงดงกลาว

4.11 การออกแบบระดบอาคารตางๆ (1) ตอมอ )Piers)

ความสงของตอมอออกแบบรวมความสงเผอลม (Free Board) โดยพจารณาจากสตรดงน

H = 1.10 D + 0.20

เมอ H = ความสงตอมอ ,เมตร D = ความลกของนาหนาฝายนาลน ,เมตร

(2) กาแพงกนดน การพจารณาความสงของกาแพงกนดน พจารณาแบงไดใน 2 สวน คอ

- สวนทตดกบตอมอ : ใชความสงเดยวกบตอมอ - กาแพงกนดนสวนทตดกบคนกนนา พจารณาจากสตร

H = 1.20 D + 0.20

เมอ H = ความสงของกาแพงกนดน ,เมตร D = ความลกของนาหนาฝายนาลน ,เมตร

(3) สะพานบรการ กาหนดใหระดบทองคานตงอยบนหลกตอมอกลางและตอมอรมของฝายนาลน

(4) สะพานเครองกวาน ระดบสะพานเครองกวานตองไมเปนอปสรรคตอการยกบานขนพนนาในฤดนา

หลาก โดยระดบพนสะพานเครองกวาน คานวณไดจากสตร

EB = EO + H + D + FB + TBr

คู มือเกณฑ กําหนดการออกแบบโครงการพ...

Documents