เอกสารประกอบการสอนirre.ku.ac.th/v5/pdf/books/santi/02207421ru.pdf ·...

เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา

เอกสารประกอบการสอน วชา 02207421

การออกแบบคลองและอาคารสงนา

รศ.สนต ทองพานก

ภาควชาวศวกรรมชลประทาน

คณะวศวกรรมศาสตร กาแพงแสน

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

พ.ศ. 2555

คานา

เอกสารฉบบนจดทาขนเพอใชเปนสอการเรยนการสอนวชา 02207421 การออกแบบคลอง

และอาคารสงนา ของนสตคณะวศวกรรมศาสตร กาแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขต

กาแพงแสน โดยเนอหาจะกลาวถง รปแบบและชนดของอาคารในคลองสงนา การออกแบบ

ทางชลศาสตรและความมนคงของอาคาร เกณฑกาหนดการคานวณออกแบบโครงสราง ซงเปน

พนฐานความรทสาคญตอการศกษาดานวศวกรรมศาสตร

เอกสารฉบบน จดทาขนโดยการรวบรวมจากรายงานการศกษาโครงการแหลงนาและ

ชลประทานและออกแบบ ของบรษทวศวกรทปรกษา ผจดทาขอขอบคณ บรษทวศวกรทปรกษา ทได

มอบเอกสารรายงานและแบบมาใหใชประโยชน ในการเรยนของนสตภาควชาวศวกรรมชลประทาน

สนต ทองพานก

ภาควชาวศวกรรมชลประทาน

คณะวศวกรรมศาสตร กาแพงแสน

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา i

สารบญ

หนา

1. รปแบบและชนดของอาคารในคลองสงนา................................................................... 1

1.1 อาคารทอระบายปากคลองสงนา(Head Regulator)……………………………….…. 1

1.2 อาคารทดนา(Check Structure)……………………………………………………….. 3

1.3 อาคารนาตก(Drop Structure)…………………………………………………………. 9

1.4 อาคารสาหรบใหคลองตดผานรองนาหรอทางระบายนาหรอถนน............................. 22

1.5 ทอสงนาเขานา (Farm Turnout)……………………………………………….……… 31

1.6 สะพานนา(Flume)……………………………………………….…………………….. 33

1.7 อาคารระบายนาลนขางคลอง(Side Channel Spillway)……………………………... 37

1.8 อาคารรบนาขามคลอง(Overchute)…………………………………………………… 40

1.9 อาคารรบนาเขาคลอง(Drain Inlet)……………………………………………………. 40

1.10 อาคารทอระบายปลายคลองสงนา(Tail Regulator)……………………………….…. 43

2. การออกแบบทางชลศาสตรและความมงคงของอาคาร.............................................. 45

2.1 ทวไป.................................................................................................................... 45

2.2 Hydraulic Head Loss…………………………………………………….................. 46

2.3 การกดเซาะพนทองนาและดานขาง........................................................................ 47

2.4 การกดเซาะภายใตฐานราก(Piping)…………………………………………………... 51

2.5 การรวซมผานอาคารและฐานราก(Seepage)………………………………………… 52

2.6 แรงดนนาใตฐาน(Uplift Pressure)………………………………………................... 53

2.7 แรงลอยตว(Buoyancy Force)………………………………………………………… 55

2.8 เสถยรภาพของอาคาร........................................................................................... 55

3. เกณฑกาหนดการคานวณออกแบบโครงสราง........................................................... 57

3.1 ทวไป................................................................................................................... 57

3.2 แรงทกระทาตออาคาร…………………………………………………….................. 57

3.3 หนวยแรงทยอมใหในการออกแบบ(Allowable Stresses)...................................... 63

3.4 การกาหนดระยะหางระหวางผวของเหลกเสรม..……………………………………. 64

3.5 ระยะตอทาบของเหลกเสรม(Length of Lapped Splice)…………………………… 65

3.6 การปองกนเหลกเสรมดวยความหนาของคอนกรต…………………………………. 66

(Protective Covering of Reinforcement)

เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา ii

สารบญ (ตอ)

หนา

3.7 การเสรมเหลกตานทานการยดและหดตว..............………………………………… 67

(Shrinkage and Temperature Reinforcement)

3.8 การงอเหลกเสรม และรศมการงอเหลกเสรม........................................................ 68

3.9 รอยตอของคอนกรต.......................................................................................... 68

3.10 การกาหนดความหนาของ Cutoff Walls…………………………………………... 69

3.11 การพอกมม(Fillets)……………………….………………………………………… 69

3.12 ทอคอนกรตเสรมเหลก....................................................................................... 69

เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา iii

สารบญรป

หนา

รปท 1-1 อาคารทอระบายปากคลองสงนาแบบทอตรง...................................................... 2

รปท 1-2 อาคารทดนาแบบ Open Check…………………………………………….…….. 5

รปท 1-3 อาคารทดนาแบบ Check and Pipe Inlet…………………………….…………… 6

รปท 1-4 อาคารอดนาแบบ Duckbill Weir………………………………….…….……….… 8

รปท 1-5 อาคารนาตกแนวดงVertical Drop……………………………………….………… 10

รปท 1-6 อาคารนาตกแบบพนเอยง................................................................................. 12

รปท 1-7 ตวอยางแบบมาตรฐานอาคารนาตกแบบพนเอยง.............................................. 13

รปท 1-8 อาคารนาตกรางเท........................................................................................... 14

รปท 1-9 Pipe Drop with Sump……………………………………………….……………. 20

รปท 1-10 Pipe Drop with Baffled Outlet………………….…………………….…………. 21

รปท 1-11 ทอลอดคลองสงนาธรรมชาต............................................................................ 23

รปท 1-12 ทอลอดถนน.................................................................................................... 26

รปท 1-13 กราฟสาหรบอานคาสมประสทธนาทา C ……………………………….……….. 29

รปท 1-14 ทอสงนาเขานาแบบทอตรง.............................................................................. 32

รปท 1-15 รางนา(Bench Flume)…………………………………………………….………. 35

รปท 1-16 สะพานนา(Elevated Flume)……………………………………………….…….. 36

รปท 1-17 อาคารระบายนาลนขางคลอง(Side Channel Spillway)………………............... 38

รปท 1-18 อาคารรบนาขามคลอง(Overchute)………………………………………….…… 41

รปท 1-19 อาคารรบนาเขาคลอง(Drain Inlet)…………………………………………….…. 42

รปท 1-20 อาคารทอระบายปลายคลองสงนา.................................................................... 44

รปท 2-1 Head Loss Coefficients for Pipe Bends……………………………………….. 48

(design of small dam ป 1978 หนา 360)

รปท 2-2 แสดงโคงสาหรบหาขนาดหนหรอหนเรยงทายอาคาร Stilling Basin………….… 50

(USBR, Engineering Monograph No.25)

รปท 3-1 แสดงแรงดนดานขางทกระทาตอกาแพงกนดน.................................................. 60

เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 1

1. รปแบบและชนดของอาคารในคลองสงนา

เกณฑกาหนดในการออกแบบอาคารในคลองสงนา

การออกแบบระบบสงนาชลประทาน ซงเปนระบบสงนาใหไหลไปดวยแรงโนมถวงของโลก

และเปนคลองเปด (Open Channel) โดยอาจจะทาการออกแบบใหเปนคลองดาดคอนกรต ดงนนการ

ออกแบบระบบสงนาประเภทน ตองมการพจารณาหารปแบบและชนดของอาคารประกอบคลองให

เหมาะสม เพอใหเปนเครองชวยในการควบคมการสงนาจากตนทางไปยงจดปลายทางอยางม

ประสทธภาพ พรอมทงประหยดคาบารงรกษา สะดวกตอการดาเนนการ (Operation) และสญเสยนานอย

ทสด ซงอาคารตางๆ ดงกลาวทสามารถไดเลอกใช มดงตอไปน

1.1 อาคารทอระบายปากคลองสงนา (Head Regulator)

เปนอาคารควบคมปรมาณนาไหลเขาปากคลองสงนาทกสายใหไดปรมาณตามทตองการ ซง

อาคารนมรปแบบดงแสดงใน รปท 1-1 ตวอาคารประกอบดวยสวนสาคญ 3 สวน คอ

(1) สวนแรกเปนปากทางนาไหลเขา (Inlet Transition) จะมบานระบายแบบ Slide Gate

ไวสาหรบควบคมการปด-เปด ใหนาไหลผานไดมากนอยตามปรมาณทตองการ

(2) สวนทสองเปนทอคอนกรตเสรมเหลก จะเปนทอกลมหรอทอสเหลยม

(3) สวนทสามเปนทางนาไหลผานออก (Outlet Transition) ตอจากทายทอ

อตราการไหลของนาทใชในการออกแบบ กาหนดใหเทากบอตราการไหลสงสดในคลองสงนานน

และเพมขนอก 10%

ในการคานวณการออกแบบทางชลศาสตรของอาคารทอระบายปากคลองสงนา มเกณฑการ

คานวณดงตอไปน

1. สตรนาไหลผานทอ ในการกาหนดขนาดทอใชเกณฑความเรวของนาทไหลผานทอ

ไมเกน 1.50 ม./วนาท โดยใชสตร ดงน

V = ΔH 2gC Q = AV

เมอ V = ความเรวของนาทไหลผานทอ, ม./วนาท

Q = อตราการไหลของนา, ม.3/วนาท

A = พนทหนาตดทอ, ม.2

C = discharge coefficient

∆H = ความแตกตางของระดบนาดานเหนอนากบดานทายนา

เนองจากปากทางเขา Inlet Transition มลกษณะเปนแบบ Rectangular Suppressed Weir

ดงนนสตรทใชในการคานวณอตราการไหลของนาผาน Inlet Transition เพอเขาทอ คอ


รปท 1-1 อาคารทอระบายปากคลองสงนาแบบทอตรง


Q = CLH3/2

เมอ Q = ปรมาณนา, ม.3/วนาท

C = 1.71

L = ความยาวของสวนทนาไหลขามหรอไหลผาน, ม.

H = ความลกนาเหนอระดบสนทนาไหลขาม, ม.

2. ความลกของระดบนาทวมเหนอปากทอ หรอ เหนอชองเปดของบาน (Submergence)

- ดานเหนอนา (Upstream) จะตองไมนอยกวา 1.78 hvp+ 0.08 ม.

- ดานทายนา (Down Stream) จะตองไมนอยกวา 0.05 ม. และไมมากกวา D/6

(D = เทากบความสงของทอหรอเสนผานศนยกลางทอ)

เมอ HVP = Velocity Head ในทอ

3. Total Head Loss ของอาคารคานวณไดจากสตรตอไปน

HL = 0.78 HVP + Sf x Lc + 0.70 (HVP – HVCD)

เมอ HL = Total Head Loss, ม.

HVP = Velocity Head ในทอ, ม.

Sf = Friction Slope = 4/3R

2v

2n

n = 0.014

Lc = ความยาวทอ, ม.

HVCD = Velocity Head ของนาในคลองดานทาย, ม.

1.2 อาคารทดนา (Check Structure)

ในกรณทมนาไหลเขาคลองนอยกวา F.S.L. และไมสามารถทจะจายนาเขาอาคารแยกจาก

คลองสายนนได กจะใชอาคารทดนาสาหรบอดนาใหสงขนอยางนอยเทากบระดบ F.S.L. โดยในระบบสง

นาชลประทานอาจจะเลอกใชอาคารทดนา ชนด Open Check Controlled by Overflow Weir and Gate ใน

ทกคาของปรมาณนา (Q) เพอในฤดแลงเกษตรกรดานทายนากยงคงไดรบนาไดโดยเปด Gate ซงอาคาร

ชนดนมลกษณะเปนชองเปดสาหรบตดตงบานอดนา ดานขางเปนกาแพง (Wing Wall) ซงทงกาแพง และ

Gate (เมอปด) จะทาหนาทเปนฝายทดนา และยอมใหนาสวนเกนหลงจากการนาไปใชแลว ไหลขามทง

สนกาแพงและสน Gate ไดตลอดเวลา นอกจากนนอาคารชนดนยงมคณสมบตพเศษทสามารถเปดบาน


ระบายไดในยามฉกเฉน และเมอตองการระบายตะกอน จากเหนอไปทายอาคาร, อาคารทดนาอาจจะ

พจารณาเลอกใช 3 รปแบบ ดงน

(1) แบบ Open Check ดงแสดงในรปท 1-2

(2) แบบ Check and pipe inlet ดงแสดงในรปท 1-3

(3) แบบ Duckbill Weir ดงแสดงในรปท 1-4

1. Open Check ในการคานวณออกแบบทางชลศาสตรของอาคารทดนา ชนด Open Check

มเกณฑคานวณดงตอไปน

1.1 ความเรวของนาทไหลผานชองบาน จะตองไมเกน 1.50 เมตร/วนาท

1.2 Head Loss through check = 0.5 ∆HV

เมอ ∆HV = ความแตกตางของ Velocity Headทชองบานและทคลองดานเหนอนา

หนวยเปนเมตร (ไมนอยกวา 0.03 ม.)

1.3 เพอปองกนไมใหนาไหลขาม Wing Wall ในชวงเวลาสงนาตามปกต จะออกแบบโดย

ใชอตราการไหลของนาผานชองบาน = 1.1 เทา ของอตราการไหลสงสดในคลองสงนา

1.4 ปรมาณนาทยอมใหไหลขาม กาแพง Wing Wall กาหนดใหเทากบ 0.25 เทาของ

อตราการไหลออกแบบ โดยคานวณจากสตร

Q = CLH 3/2

เมอ Q = อตราการไหลของนาขามกาแพง

= 0.25 Q design , ม.3/วนาท

C = 1.822

L = ความยาวรวมของกาแพง , ม.

H = ความสงของนาททวมเหนอกาแพง, ม. (0.5 เทาของ Freeboard)

1.5 ความยาวของอาคารวดจากชองบานถงสวนทเปนคลองดานทายนา จะตองยาวกวา

Length of Jump ทเกดขนเมอมการใหนาไหลผานชองบานแบบ Partial Flow

2. Check and pipe inlet ในการคานวณออกแบบทางชลศาสตรของอาคารทดนาชนด

Check and pipe inlet มกจะใชในกรณทมถนนผานอาคารทดนาดวย หลกเกณฑในการคานวณดาน

inlet ใชเกณฑเชนเดยวกบ Open Check แตเปลยนจาก wing wall เปนกาแพงนาลน (Overflow wall)

ดงแสดงใน รปท 1-3 สวนการคานวณนาไหลผานทอ ใหใชเกณฑการคานวณแบบ Orifice flow ดงแสดง

ไวในเรองทอเชอมและทอลอดถนน (หวขอ 1.4) ทงนขนอยทรปแบบของทอทใชงานจรงแตละแหง ม

เกณฑในการออกแบบดานชลศาสตรดงน


รปท 1-2 อาคารทดนาแบบ Open Check

PRECAST CONCRETE DECK

PLAN


L3 MIN = 2.0 m. L1 MIN = 2.0 m. L2

∆H

b1 b2


รปท 1-3 อาคารทดนาแบบ Check and Pipe Inlet

WALK PLANK

FLOW BG

L2

WALK PLANK

TOP OF SIDE WALL

TOP OF CONCRETE LINING

PIPE

FLOW

UPSTREAM TRANSITION

MIN L1 2.00 m.

MAX SLOPE 1 : 4

PLAN

P

R C

d


2.1 ความเรวของนาทไหลผานชองบานไมเกน 1.5 ม./วนาท

2.2 ความกวางของชองบาน B(min), ม. จะตองไมนอยกวา

B(min) = D + 0.16

เมอ D = ขนาดเสนผาศนยกลางทอ, ม.

2.3 ความยาวของกาแพงนาลน หรอ Sidewalls คานวณปรมาณนาทยอมใหไหลขาม

กาแพงและสนบาน โดยคานวณจากสตร ดงน

Q = CLH1.5

เมอ Q = อตราการไหลของนาทยอมใหไหลขาม

= 25% Q design , ม.3/วนาท

C = 1.822

L = ความยาวของกาแพง Sidewalls รวมความกวางของบาน

H = ความสงของนาททวม Sidewall ทงนระดบหลงกาแพง

Sidewall จะกาหนดไวทระดบนาใชการสงสด (F.S.L)

3. อาคารอดนาแบบ Duckbill weir เปนอาคารอดนาทนาหลกการของฝายทดนามาใชใน

การออกแบบ เหมาะสาหรบกรณทปรมาณนาไหลผานไมมากนก ในทนกาหนดไวไมเกน 2.5 ลบ.ม.

ตอวนาท รปแบบของอาคารจะเปนกาแพงคอนกรตรปคลายปากเปด สรางขวางทางนาเพอใหนาเออลน

แลวลนขาม ดงแสดงในรปท 1-4 การคานวณออกแบบจะใชสตรจาก FAO Irrigation and Drainage

Paper 26/2 “Small Hydraulic Structure” ดงน

Q = m × B (t) × (2 × g)0.5

× H (crt)1.5

เมอ Q = ปรมาณนาผาน Duckbill Weir, ม.3/วนาท

m = สมประสทธของการไหลขามสนฝาย

= 0.36 สาหรบสนฝายชนดมมมนดานเหนอนา

= 0.32 สาหรบสนฝายชนดมมฉาก

B(t) = ความยาวของสนฝาย , ม.

g = อตราเรงแรงโนมถวง = 9.81 ม./วนาท2

H(crt) = Head ของนาเหนอสนฝาย , ม.


รปท 1-4 อาคารอดนาแบบ Duckbill Weir


อาคารอดนาทง 3 รปแบบ ขางตนอาจนาไปใชรวมกบอาคารนาตก (Check Check) หรอ

ทอลอดถนน เพอยกระดบนาดานเหนอนาขนกอนทจะปลอยใหนาไหลผานตวอาคารไป

การวางตาแหนงของอาคารทดนา โดยทวไปจะวางไว โดยพจารณาจากเหตผล

ดงตอไปน

- ตาแหนงของอาคารสามารถทดนาใหทอสงนาเขานาได

- ตาแหนงดานทายนาของตาแหนงทมคลองแยกซอย

- ตาแหนงทมจดเปลยนแปลงปรมาณนาทไหลผานและตองการเปลยนแปลงขนาด

หนาตดคลองสงนา

1.3 อาคารนาตก (Drop Structure)

เนองจากระบบสงนาตองมแนวไปตามความลาดเอยงของพนทจะสงนา และตองมการลดระดบ

กนคลองลงไปเรอยๆ จนถงปลายทาง ซงพนทบางตอนอาจจะเปนทชนมากนอยตางกน ดงนนจง จาเปน

ตองลดระดบกนคลองไปตามสภาพพนทแหงนนดวย ในกรณเชนนจะตองใชอาคารนาตก (Drop Structure)

เพอชวยลดพลงงานนาในทซงมการเปลยนระดบอยางกะทนหน โดยใชเกณฑการเลอกรปแบบและชนด

ของอาคารดงตอไปน

1.3.1 อาคารนาตกแนวดง (Vertical Drop Structure) เปนอาคารทลดระดบนา และทอง

คลองลงในแนวดง ดงแสดงใน รปท 1-5 เหมาะสมสาหรบคลองซอยหรอคลองขนาดเลกซงมอตราการ

ไหลไมมากทตองการลดระดบลงนาไมเกน 1.50 เมตร การไหลของนาผานอาคารจะเปนการไหลแบบ

Free flow อตราการไหลคานวณไดดงน

Q = (2/3)CBH3/2 2g

เมอ Q = อตราการไหล, ม.3/วนาท

C = Coefficient of discharge = 0.65

B = Over flow crest length , ม.

H = Head or Water depth above the crest upstream, ม.


รปท 1-5 อาคารนาตกแนวดง (Vertical Drop)


PLAN


TOP OF CHECK WALL

L3 MIN = 2.0 m. L2

Ld LI

L1 MIN = 2.0 m.

d1

d2 Q

V

FLOW

F.S.L

F.S.L

∆H MAX = 1.5 m

B

b1 b2


สวนการปองกนการกดเซาะเนองจากแรงนาดานทายอาคารทาไดโดยการออกแบบใหเปน

Stilling Pool ซงความยาวของ Stilling Pool คานวณไดจากสตร

L = [2.5 + 1.1 (dc/h) + 0.7 (dc/h) 3] hdC )

เมอ L = Length of Stilling Pool, ม.

dc = Critical depth, ม.

h = Different Height between B.L. of canal upstream

and downstream, ม.

(จาก Canals and Related Structure, Chap.5 Canal Structure)

1.3.2 อาคารนาตกแบบพนเอยง (Rectangular Inclined Drop Structure)

เปนอาคารนาตกทใชกบคลองทมการลดระดบมากกวา 0.90 เมตร แตไมควรเกน

5.00 เมตร และความยาวของตวอาคารไมมากนก (ดรปท 1-6 และ รปท 1-7) อาคารนาตกแบบนม

เกณฑ การคานวณทางดานชลศาสตรดงตอไปน

(1) ความลาดของรองพนเอยงจะตองไมเกน 1:2 ซงโดยทวไปจะกาหนดใหเทากบ 1:2

(2) ความกวางของรองพนเอยงและความกวางของ Stilling Pool กาหนดใหเทากน

(3) ความกวางของ Stilling Pool คานวณไดจาก

B = 9.919Q

Q18.476+

B = ความกวางของ Stilling Pool เมตร

Q = อตราการไหลออกแบบ ลบ.เมตร/วนาท

(4) ความยาวของ Stilling Pool จะตองยาวไมนอยกวา 4 เทาของความลกของนา

หลกจากการเกด Jump (4d2)

(5) การกาหนดระดบพนของ Stilling Pool จะตองกาหนดใหตาโดยทเมอเกด

Hydraulic Jump แลวระดบนาจะตองไมสงกวาระดบนาในคลอง

1.3.3 อาคารนาตกแบบรางเท (Chute Structure)

ใชในกรณทตองลดระดบนาในคลองสงนาลงมากและปรมาณนาไหลผานคอนขางสง

ตวอาคารมความยาวมากไมเหมาะทจะใชรปแบบเปนอาคารนาตกแนวดง หรออาคารนาตกพนเอยง

รปรางของนาตกแบบรางเทกาหนดเปนอาคารคอนกรตเสรมเหลก มรปตดขวางเปนรปสเหลยมผนผา

ดานหนาอาคารอาจจะมอาคารอดนาตามความจาเปน ดานทายนาม Stilling Pool เพอสลายพลงงานของนา

ดงแสดงในรปท 1-8


รปท 1-6 อาคารนาตกแบบพนเอยง


รปท 1-7 ตวอยางแบบมาตรฐานอาคารนาตกแบบพนเอยง


รปท 1-8 อาคารนาตกรางเท


การคานวณออกแบบทางดานชลศาสตรสาหรบอาคารนาตกแบบรางเทมเกณฑกาหนด


(1) ในการคานวณเพอกาหนดความสงของรางเท กาหนดคา Manning’s n เทากบ

0.014 สาหรบการคานวณในทางพลงงานนาจะใชคา n = 0.010

(2) ในการกาหนดรปรางของ Transition กาหนดมมผายเขาททางเขา และมมผาย

ออกททางออก ไวดงน

Maximum Convergence Angle at Inlet Transition = 27.5o

Maximum Divergence Angle at Outlet Transition = 22.5o

การกาหนดคามมผายเขาออก ณ รปตดใดๆ ของรางเท นอกจากมมท Inlet และ

Outlet ขางตน เพอเปนการหลกเลยงไมใหเกดคลนในรางเท คานวณไดดงน

Cotangent α = 3.375 F

เมอ F = Mean Value of Froude Number at the Beginning and

End of Transition

= ( )gd.Cosθ K1

V−

d = ความลกนาในรางเท , ม.

= จดนนณ องรางเทความกวางข

จดนนณ ตดพนทรป

g = 9.81 ม./วนาท2

K = Acceleration Factor

= 0 ; สาหรบพน Transition ในแนวราบ

= gRCosθ

V2; สาหรบพน Transition ในโคงรปวงกลม

= ( )

T

o2

VoL

LθCosh2tanθtanθ −

; สาหรบพน Transition

ในโคงรปพาราโบลา

อยางไรกตามคา K สงสด ไมควรเกน 0.5 เพอไมใหเกด Negative Pressure บนพนรางเท

เมอ hV = Velocity head of the origin of the trajectory , ม.

LT = Length of trajectory , ม.

R = Radius of curvature of the floor , ม.

V = Velocity at the point being considered , ม./วนาท

θ = Slop angle of the floor at the point being considered , องศา


θ o = Slope angle of the floor at the beginning of the trajectory , องศา

θ L = Slope angle of the floor at the end of the trajectory , องศา

(3) ขนาดของรางเท (Chute Section)

การคานวณระดบนาในรางเท แตละชวงคานวณจาก Bernoulli’ s equation ดงน

f2V21V1 HHdZHd ++=++

(เมอพจารณาท Section 1 ดานเหนอนาและ Section 2 ดานทายนา)

เมอ d1 = ความลกของนาดานเหนอนา , ม.

HV1 = Velocity head ทดานเหนอนา , ม.

Z = ความแตกตางของระดบพนรางเทดานเหนอนาและ

ทายนา , ม.

d2 = ความลกของนาดานทายนา , ม.

HV2 = Velocity head ดานทายนา , ม.

Hf = Friction losses กรณทรางเทยาวกวา 10 ม.

(ถาสนกวานสมมตไมม Friction losses) , ม.

= Sa × L

Sa = Average Friction slope in the reach

L = Length of the reach , ม.

Sf = 3/4

22

RVn

; Friction slope at a point in the chute section

n = 0.014

v = Velocity ในรางเท , ม./วนาท

R = Hydraulic radius , ม.

ความสงของผนงรางเท = Max. depth in section + Fb

เมอ Fb = ระยะพนนา (Freeboard)

หรอ = 0.4 dc + Fb (ใชคามาก)

เมอ dc = Critical Depth , ม.

ระยะพนนา (Fb) = 0.30 ม. เมอปรมาณนา ≤ 2.80 ม.3/วนาท

= 0.45 ม. เมอปรมาณนามากวา 2.80 ม.3/วนาท


(4) Trajectory

ชวงระหวางรางเท ถง Stilling Pool จะมสวนทเปนลาดเชอมถงกนดวย

Trajectory Section สวนของ Trajectory Section สามารถคานวณลกษณะของโคงไดจากสตรตอไปน

Y = ( ) T2

oLo L2/XθtanθtanθtanX −+

เมอ X = Horizontal distance from the origin to a point on the

Trajectory

Y = Vertical distance from the origin to point X on the

Trajectory

LT = Horizontal length from the origin to the end fo the

Trajectory

คา LT คานวณไดจากสตรของ K (Acceleration Factor) โดยคา K ไมควรเกน 0.5

θ o = The angle of inclination of the chute channel at the

origin of the trajectory

θ L = The angle of inclination of the chute channel at the

end of the trajectory

ชวงของ Steep Slope Section ทเชอม Trajectory กบ Stilling Pool กาหนด

ความลาดอยระหวาง 1:1.5 ถง 1:3 (ตง : ราบ)

(5) บอนานง (Stilling Pool) การคานวณขนาดความกวางของ Stilling Pool ทมรป

ตดเปนรปสเหลยมผนผาและมพนอยในแนวราบคานวณไดจากสตรตอไปน

B = 919.9QQ476.81

D

D

+

เมอ B = ความกวางของ Stilling Pool , เมตร

QD = ปรมาณนาออกแบบ , ลบ.ม./วนาท การคานวณระดบนาใน Stilling Pool จะกาหนดใหระดบพนตาจนกระทงระดบ

นาใน Pool นาหลงจากเกด Hydraulic Jump เทากบหรอตากวา Tail Water Depth การคานวณหาคา d2 ใน Stilling Pool คานวณจากสตรตอไปน

d2 = ( )1F812d 2

11 −+


เมอ d2 = Depth after the jump , ม.

d1 = Depth before the jump , ม.

V1 = Velocity before the jump , ม./วนาท

g = Acceletation of gravity = 9.81 , ม./วนาท2

F1 = 11 gd/V 1.3.4 อาคารนาตกแบบทอ (Pipe Drop)

อาจเรยกวาอาคารทอนาตก จะเลอกใชอาคารนาตกแบบทอในกรณทปรมาณนาไม

มากนก และความเหมาะสมตามสภาพภมประเทศ การคานวณออกแบบมอย 2 กรณ คอ กรณท

Hydraulic Jump เกดในทอและกรณทมอาคารสลายพลงงาน (Energy Dissipator)

ก) Pipe Drop with Sump ใชในกรณทตองการควบคมให Hydraulic Jump

เกดขนในทอโดยไมจาเปนตองมอาคารสลายพลงงานหรอ Energy Dissipator ดานทายของทอ ดงแสดง

ในรปท 1-9 อาคารรปแบบนมเกณฑการคานวณทางชลศาสตรดงตอไปน

(1) ความยาวของชวงตอ หรอ Transition ดานเหนอนาจะตองไมนอยกวา

3.00 เมตร และความลาดของพนไมเกน 1:4 (ตง : ราบ)

(2) ความเรวสงสดของนาทไหลผานทอจะตองไมเกน 1.5 เมตร/วนาท

(3) ความลาดของกนทอชวงตน (Upstream Pipe Slope) จะตองไมชนกวา 1:2

(ตง : ราบ)

(4) การลดพลงงานของนาทายอาคารกาหนดใหเกด Hydraulic Jump ในทอ

โดยใหม Sumped Section ใกลๆ กบปากทอ (Pipe Outlet)

(5) ขนาดเสนผาศนยกลางของทอจะตองไมเลกกวา 0.40 เมตร และไมโตกวา

1.20 เมตร

(6) เกณฑกาหนดอนๆ ใหเปนไปตามเกณฑในการคานวณออกแบบทอลอด

ถนน (Roadway Crossing)

ข) Pipe Drop with Baffled Outlet เปนอาคารนาตกแบบทอ ทใชในกรณทม

ปรมาณนาไหลผานอาคารในปรมาณทสงขน และตองการลดระดบนามาก ทาใหเกดกระแสนาทไหลเรว

และแรงกระแทกของนาทดานทายอาคารสง ดงนนกอนทจะปลอยใหนาเขาสคลองจงตองมอาคารสาหรบ

ลดหรอสลายพลงงาน เพอรบแรงกระแทกของนา ในกรณนจะใช Baffled Outlet เปนอาคารสลาย

พลงงานดงแสดงในรปท 1-10 อาคารนาตกรปแบบ Pipe Drop with Baffled Outlet น มเกณฑการ

คานวณทางดานชลศาสตรดงตอไปน

(1) ความเรวของนาในทอ กาหนดใหไมเกน 3.5 ม./วนาท

(2) การออกแบบ Inlet และ Outlet Tramsition กาหนดไวดงน


- Maximum convergence angle = 27.5o

- Maximum divergence angle = 22.5o

- Maximum slope at inlet transition = 1 : 4 (ดง : ราบ)

- Maximum slope of inclined pipe = 1 : 2 (ดง : ราบ)

- Minimum slope of inlet pipe = 0.005

- Slope of outlet pipe = 0 (Horizontal)

- Minimum inlet submergence = 1.5 ∆HV </ 0.08 m.

- ระดบปากทอดานเหนอนา = ระดบ ร.น.ส. – 1.5∆HV

(0.08 min.)

ในเมอ ∆HV = Difference in Velocity Head at Pipe and Canal ขนาด

เสนผาศนยกลางทอจะตองไมเลกกวา 0.40 ม. และไมโตกวา 1.20 ม.

(3) การออกแบบ Baffle และ Basin ทายอาคาร คานวณตามหลกและวธ

ออกแบบ Energy Dissipator ของ USBR, Design of Small Canal Structures.

(4) เกณฑกาหนดอนๆ เปนไปตามเกณพในการคานวณออกแบบทอลอดถนน


รปท 1-9 Pipe Drop with Sump

* DR

OP

WIT

H EA

RTH

TRAN

SITI

ON

4

d 2 (1

.80

m. M

IN )

5 D

MIN

MIN

. SLO

PE 0

.005

MIN

L 4 =

3.0

m.

L 3

d d

SUBM

ERGE

NCE

O

RIGI

NAL

GRO

UN

D LE

VEL

PREC

AST

CON

CRET

E PR

ESSU

RE P

IPE

TOP

OF

LIN

ING

PLAN

SI

DE W

ALL

MAX

. SLO

PE 1

:4

R d U

L 2

MIN

. L1 =

3.0

0.

CHEC

K &

PIP

E IN

LET

D B

b U

FLO

W

b d

* 4

d 2 (1

.80

m. M

IN )


รปท 1-10 Pipe Drop with Baffled Outlet


1.4 อาคารสาหรบใหคลองตดผานรองนาหรอทางระบายนา หรอถนน

คลองสงนาบางสายอาจจะมแนวตดผานกบรองนาหรอทางระบายนา หรอถนน ซงอาจจะม

สภาพและลกษณะจาเพาะตางๆ ฉะนนจงควรมหลกเกณฑการเลอกรปแบบ หรอชนดของอาคารให

เหมาะสมกบสภาพ และลกษณะจาเพาะนนๆ โดยรวมเทคนคหลายๆ ประการเขาไปดวย

(1) ทอเชอม (Siphon) : ทอเชอมในทนเปนทอลอดแบบหนง ซงใหนาไหลเตมทอภายใต

ความดน (Under Pressure) และชวงกลางระหวางหวกบทายทอจะแอนโคงตาลงหรอหกงอลง ดงแสดงใน

รปท 1-11 ซงเรยกเฉพาะวา Inverted Siphon ดงนนจะเลอกอาคารชนดน สาหรบใหคลองลอดใตรองนา

หรอทางระบายนาหรอถนนในเมอมขอจากด ดงตอไปน

(ก) ถาปรมาณนาในคลองสงนานอยกวาปรมาณนาในรองระบายนา จะใหคลองสงนาลอดใต

รองระบายนา

(ข) ถาปรมาณนาในรองระบายนานอยกวาปรมาณนาในคลองสงนา จะใหรองระบายนาลอด

ใตคลอง

(ค) ในกรณทคลองสงนาไปตดผานถนนจะพจารณาถงระดบนาสงสดในคลองสงนา (F.S.L.)

กบระดบหลงถนนเปนเกณฑกาหนดดงตอไปน

- ถาระดบนาสงสด (F.S.L.) ในคลองตากวาระดบหลงถนนมากกวา 0.50 เมตร จะใช

ทอลอด (Culvert) ชนดไมอยภายใตความดนสาหรบใหคลองสงนาลอดใตถนน

- ถาระดบนาสงสด (F.S.L.) ในคลอสงนาตากวาระดบหลงถนนนอยกวา 0.50 เมตร

จะใชทอเชอม (Siphon) ลอดใตถนนโดยกาหนดใหหลงทอตองตากวาระดบถนน 0.60

เมตร เปนอยางนอย

(ง) ขอจากดของขนาดทอเชอม และความเรวของนาในทอและมาตรการสาหรบการบารงรกษา

มดงน

- ขนาดไมควรนอยกวา 0.60 เมตร สาหรบความยาวไมเกน 20 เมตร

- ขนาดจะไมนอยกวา 0.80 เมตร สาหรบความยาวเกน 20 เมตร

- ความเรวของนาในทอไมนอยกวา 1.50 เมตร/วนาท และไมควรเกน 3.00 เมตร/วนาท

ในการออกแบบทอเชอม (Siphon) มเกณฑในการคานวณออกแบบทางชลศาสตรดงตอไปน

1) กาหนดใหการไหลของนาในทอลอดเปนแบบ Under Pressure Full Flow

2) Convergence loss ท Inlet Transition (Hi) = 0.4 ∆HV ม.

เมอ ∆HV = Difference in velocity heads at

pipe and canal, ม.


รปท 1-11 ทอลอดคลองสงนาธรรมชาต

M

IN. =

1.5

∆H V

M

IN. (

D/CO

Sφ2)

/ 6

TOP

OF

LIN

ING


3) ในกรณทมอาคารอดนา Loss ท Check (Hck) = 0.5 ∆HV ม.


check opening and upstream

canal section, ม.

4) Loss ทบานอดนา (Hg) = 1.0 ∆HV ม.


the gate opening and the

upstream canal section, ม.

5) Friction Loss ในทอ (Hf) = L × Sf ม.

เมอ L = ความยาวทอ, ม.

Sf = 3/4

22

R

Vn

n = 0.014

V = Full velocity in pipe, ม./วนาท

6) Bend losses (Hb) = 2gV2

Pζ

เมอ VP = ความเรวของนาในทอ

ζ = สมประสทธสาหรบ Bend losses

7) Divergence loss ท Outlet Transition (HO) = 0.7 ∆HV ม.


pipe and canal, ม.

8) Transition Friction Losses ไมคด

9) เพอเปน Safety Factor ผลรวมของ Losses ตางๆ ใหเพมขน 10%

10) ความเรวสงสดในทอกาหนดไวดงน = 1.50 ม./วนาท สาหรบทอลอดท

ไมยาวนก

= 3.0 ม./วนาท สาหรบทอยาว

11) ความลาดสงสดท Inlet และ Outlet Transition = 1:4(max)(ตง:ราบ), Inlet Transition

= 1:6(max)(ตง:ราบ), Outlet Transition

12) ความลาดสงสดของทอชวงตนและชวงปลาย = 1:2 (max) (ตง:ราบ)

13) ความลาดกนทอชวงกลางไมนอยกวา 1:200


14) ความสงของนาทวมปากทางเขาทออยางนอย = 1.5 ∆HV แตไมนอยกวา 0.08 ม.

15) ความลกของนาทวมเหนอปากทอทางออก ≤ 6

1(Depth of outlet opening) ม.

(Outlet Submergence)

16) ระยะพนนาตางๆ ใหเปนไปตามเกณฑทใชกบทอลอดถนน

(2) ทอลอด (Culvert) : โดยทวไป ทอลอดจะเปนทอตรง ดงแสดงใน รปท 1-12 และนาจะ

ไหลภายใตความดนนอยมาก หรอ ไมมความดนเลย หรอไหลแบบ Free Flow ซงตวทออาจจะเปนทอกลม

หรอทอเหลยม มตงแตหนงแถวขนไป

ดงนนจะเลอกอาคารชนดน สาหรบคลองสงนา ตดผานถนนในกรณทไมมขอจากดตาม

หวขอ (1)

ในการออกแบบทอลอดถนน (Road Crossing) มเกณฑในการคานวณออกแบบทางชลศาสตร


1) กาหนดใหการไหลของนาเปนแบบไหลเตมทอ (Full Flow) และให Transition ท

เชอมตอกบคลองเปนแบบ Broken Back Type สาหรบกรณทตองการอดนา จะกาหนดใหอาคารอดนา

เปนแบบ Check and Pipe Inlet

2) Convergence loss ท Inlet Transition , HI = 0.4 ∆HV ม.

3) ความลาดสงสดของพน Inlet และ Outlet Transition = 1:4 (max)(ตง:ราบ),

Inlet Transition

= 1:6 (max)(ตง:ราบ),

Outlet Transition

4) ความสงของนาทวมปากทางเขาทออยางนอย = 1.5 ∆HV แตไมนอยกวา

0.08 ม.

5) ความเรวสงสดในทอไมเกน = 1.5 ม./วนาท

6) Friction Loss ในทอคานวณจาก Hf = L x Sf

เมอ L = ความยาวทอ, ม.

Sf = 4/3R

2n2V

7) Divergence loss ท Outlet Transition , HO = 0.7 ∆HV ม.

8) สมประสทธความขรขระ Manning’s n = 0.014


รปท 1-12 ทอลอดถนน

RAMP >/ 10% CRADE RAMP >/ 10% CRADE

MIN = 1.5 ∆HV D/6

α


9) ระดบพนอาคารท Inlet = ระดบนาใชการสงสด,

F.S.L. - (Pipe opening

+ 1.5 ∆HV) โดยท 1.5 ∆HV

ไมนอยกวา 0.08 ม.

10) ระยะพนนา (Freeboard) ของอาคารมเกณฑดงน

ระยะพนนาท Cutoff = ระยะพนนาของคลองท Cutoff

ระยะพนนาทกาแพงปากทอ (Headwall) = 1.20 เทาของระยะพนนา

ของคลองท Cutoff

11) ความลกของนาทวมเหนอปากทอทางออก ≤ 6

1(Depth of outlet opening) ม.

(outlet submergence)

12) ขนาดเสนผาศนยกลางทอไมเลกกวา 0.60 ม.

13) ความลกและความหนาของ Cutoff ใชเกณฑดงน

ความลกของนา

(เมตร)

ความลกของ Cutoff Walls

(เมตร)

ความหนาของ Cutoff Walls

(เมตร)

0 – 1.00 0.50 0.20

1.01 – 2.00 1.00 0.30

2.01 – 3.00 1.50 0.40

มากกวา 3.00 อยางนอย 2.00 0.50

สาหรบการออกแบบทอลอดคลองสงนา (Drain Culvert) มเกณฑกาหนดในการคานวณ

ออกแบบทางชลศาสตรดงตอไปน

1. การประเมนปรมาณนาหลาก แบงออกเปน 2 วธตามขนาดของพนทลมนา ดงน

ก. กรณพนทลมนาไมเกน 25 ตารางกโลเมตร

เกณฑการคานวณปรมาณนาหลากสาหรบพนทไมเกน 20 ตร.กม. จะใชสตร

Rational Formula โดยใชคาความเขมของฝน (Rainfall Intensity) ทคาบความถการเกดซา 10 ป ดงนคอ

Q = 0.278 CIA

เมอ Q = ปรมาณนาหลากสงสด, ม.3/วนาท

C = คาสมประสทธนาทา (Runoff Coefficient)

I = ความเขมของฝน (Rainfall Intensity), มม./ชม.

A = พนทรบนาฝน, ตร.กม.


สาหรบคาสมประสทธนาทา C อานไดจากกราฟแสดงไวใน รปท 1-13 ซงจะขนอยกบ

สภาพภมประเทศ และความเขมของฝน (Rainfall Intensity)

ในการหาคา I ใชคาชวงเวลา (Duration) เทากบ Time of Concentration, Tc ซง

ขนอยกบความยาวของรองนา, L และความแตกตางระดบพนดนทจดออกและจดไกลสดของพนทรบนา,

H มสมการดงน

Tc = (0.87L3 /H) 0.385

เมอ Tc = Time of Concentration, ชวโมง

L = ความยาวตามแนวลานาสายใหญจากจดออกจนถง

จดไกลสดของพนทรบนา, กม.

H = ความแตกตางระดบพนดนทจดออกและจดไกลสดของ

พนทรบนา (ม.)

ข. กรณพนทลมนามากกวา 20 ตารางกโลเมตร

ในการประเมนปรมาณนาหลากสงสดสาหรบพนทลมนามขนาดโตมากกวา 20

ตารางกโลเมตร จะใชวธ Unit Hydrograph โดย Snyder

2. Inlet invert ของทอลอดคลองสงนากาหนดใหเสมอหรอตากวาระดบดนเดมของทาง

ระบายนานน หรออยเสมอหรอตากวาระดบกนคลองระบายนา

3. ความลาดของทอลอดคลองสงนาอยางนอยทสดกาหนดใหเทากบ 1:200 และ ความลาด

ชนทสดไมชนกวา Critical Slope แตถาชนกวาจะออกแบบใหทอวางเปน 2 ชวง โดยความลาดของทอ

ชวงแรกทาย Inlet จะกาหนดใหชนมากกวา Critical Slope เพอใหนาไหลสทอแบบ Free Flow และเปน

แบบ Inlet Control, สวนความลาดของทอกอนถง Outlet กาหนดใหราบไดถง 1:200

4. ความเรวของนาในทอใหอยในเกณฑดงตอไปน

V ≤ 3.00 ม./วนาท เมอม Concrete Outlet Transition

V ≤ 3.66 ม./วนาท เมอม Energy Dissipater ท Outlet

V ≤ 1.00 ม./วนาท เมอม Inlet และ Outlet transition เปนดน

5. เสนผาศนยกลางทอลอดคลองสงนา

D = Q/V13.1

เมอ D = ขนาดเสนผาศนยกลางทอ , ม.

= ไมเลกกวา 1.00 ม.

Q = ปรมาณนาหลากทตองการระบาย, ม.3/วนาท

V = ความเรวของกระแสนา, ม./วนาท


รปท 1-13 กราฟสาหรบอานคาสมประสทธนาทา C


6. Hydraulic Control

ก. Inlet Control เมอระดบนาดานหนาทอทวมปากทอ แตการไหลของนาเปนแบบไม

เตมทอ และระดบนาทายอาคารอยตาไมกระทบกระเทอนตอระดบนาดานเหนอนา ตลอดจนความลาด

เอยงของทอสวนเหนอนาชวงทาย Inlet ทอมความลาดเอยงมากกวา Critical Slope ความสงของนาท

หนา Inlet คานวณจากสตร Orifice Equation คอ

V = ΔH 2gC Q = AV เมอ V = ความเรวของนาทไหลผานทอ, ม./วนาท

Q = อตราการไหลของนา, ม.3/วนาท

A = พนทหนาตดทอ, ม.2

C = discharge coefficient

∆H = ความแตกตางของระดบนาดานเหนอนากบดานทายนา

ข. Outlet Control เมอระดบนาทายอาคารอยสงจนกระทงกระทบกระเทอนตอระดบนา

ดานเหนอนา และการไหลของนาในทอ จะคานวณเพอหาคา Losses ตางๆ เพอแสดงลกษณะของการไหล

ไดดงน

- Inlet loss (HI)

HI = Ki ∆HV

เมอ ∆HV = Difference in Velocity head at canal and pipe section, ม.

- Pipe losses (HP)

HP = Hf + Hb

เมอ Hf = Friction loss คานวณจากสตร ของ Manning คอ

Hf = S*L

S = ( )

4/3

2 2 P

RnV

n = 0.014 for concrete pipe

S = Friction slope of the pipe

L = ความยาวทอ, ม.

Vp = ความเรวของกระแสนาในทอ, ม./วนาท


- Bend losses (Hb)

Hb = 2gV2

Pζ

- Outlet losses (Ho)

Ho = Ko ∆HV

คาของ Ki, Ko และ ζ หาไดจาก หวขอท 2.2.2 และ 2.2.3 ตามลาดบ

1.5 ทอสงนาเขานา (Farm Turnout)

ทอสงนาเขานาเปนอาคารเพอสงนาจากคลองเขาไปยงแปลงเพาะปลกหรอเหมองซอยขนาดเลก

ในระบบชลประทานราษฎรใหไดตามปรมาณพอดกบความตองการใชนาของพชหรอพอดสาหรบเตรยม

แปลงเพาะปลก อาคารนจะประกอบดวย ทอคอนกรตกลม มบานระบายแบบ Slide Gate อยดานหนา และ

อาจจะออกแบบอาคารวดนา (Broad-Crested Weir) เผอไวใหทาการกอสรางเพมเตมในภายหลงโดย

เกษตรกรได เมอเกษตรกรมความตองการควบคมการใชนาอยางจรงจงซงไดแสดงไวใน รปท 1-14

ในการคานวณออกแบบ ทอสงนาเขานา จะออกแบบเปน Simple Turnout โดยใชวธการ

คานวณเชนเดยวกนกบทอระบายปากคลองสงนา


รปท 1-14 ทอสงนาเขานาแบบทอตรง


1.6 สะพานนา (Flume)

สะพานนาม 2 ลกษณะทวางบนพนดน หรออาจจะเรยกวา รางนา (Bench Flume) และ

สะพานนาทวางบนฐานตอมอ (Elevated Flume) ดงแสดงในรปท 1-15 และ รปท 1-16 ตามลาดบ

ในกรณคลองสงนาตองผานพนทลมกวาง หรอผานทางระบายนาธรรมชาตขนาดใหญ และลกมาก

หรอถาระดบนาในคลองสงนาคอนขางตา ซงเมอพจารณาแลววาไมเหมาะสมในหลายๆ ดานทจะใช

อาคารชนดอน เพราะจะใหคาลงทนการกอสราง และบารงรกษาสง รวมทงความมนคงของตวอาคารดวย

ดงนนจงควรเลอกสะพานนา ดงแสดงในรปท 1-16 (Elevated Flume) เพอใหคลองตดผาน

พนททมสภาพดงกลาว แตมขอจากดวาในฤดนานอง (Flood) ระดบทองผวลางของรางคอนกรตตองสง

ไมนอยกวา 0.50 ม. จากระดบนาสงสดในพนทลมหรอในทางระบายนานน

สวนรางนาจะออกแบบเพอใชสาหรบลาเลยงนาในคลองสงนาลดเลาะไปตามขอบเนนหรอ

ไหลเขา เพราะไมสามารถจะสรางคลองสงนารปสเหลยมคางหมได

การคานวณออกแบบทางชลศาสตร กาหนดไวดงน

(1) การไหลของนาใน Flume ใหเปนแบบ Subcritical Flow

(2) สดสวนระหวางความกวางของ Flume ตอความลกของนา , (B/D) กาหนดใหอยระหวาง

1 ถง 3

(3) ความลาดของกน Flume ไมควรชนกวา 1: 500

(4) คาสมประสทธความขรขระ Manning’s n = 0.015

(5) ระยะพนนา (Freeboard) ท Transition Cut off ตอกบคลองดาดคอนกรต จะใชเทากบ

Freeboard ของคลองสงนา ณ ตาแหนงนนๆ

ระยะความลกของ Cut off ของ Transition ใชคาดงน

ความลกของนา Cutoff wall

ท Cutoff (d) , ม. ความลกอยางนอย , ม. ความหนาอยางนอย , ม.

0.00 – 0.90 0.60 0.15

0.91 – 1.80 0.75 0.20

> 1.80 0.90 0.20


(6) Loss ท inlet transition = 0.3 ∆HV

(7) Loss ท outlet transition = 0.5 ∆HV

(8) Friction loss ใน Flume (hf) = L × Sf

L = Length of Flume , ม.

Sf = Slope of Flume = 4/3

22

Rnv

(9) Total headloss (HT) = 0.3∆HV + hf + 0.5∆HV

เมอ ∆HV = Difference in velocity head at canal and flume

section , ม.

ดานฐานรากและความมนคงของอาคาร

Bench Flume กาหนดใหดนรองรบอาคารน ตองเปนดนหรอหนทสามารถรบนาหนกอาคาร

และนาหนกอนๆ ตามทออกแบบไดหรอเปนดนถมบดอดแนนไมนอยกวา 95% ของ S.P.C.T

Elevated Flume ชวง Span ขนอยกบสภาพภมประเทศ ปรมาณนาและอนๆ ชวงตอของ Span

กาหนดใหมแผนยางกนนา


รปท 1-15 รางนา (Bench Flume)

∆H

V1

∆H

V2


รปท 1-16 สะพานนา (Elevated Flume)


1.7 อาคารระบายนาลนขางคลอง (Side Channel Spillway)

ในการออกแบบอาคารระบายนาลนขางคลอง (Side Channel Spillway) ดงแสดงในรปท 1-17

มเกณฑในการคานวณออกแบบทางชลศาสตร ดงตอไปน

1) การไหลลนสนระบายนา (Overflow Crest) สนของ Spillway จะตองอยในแนวราบ และ

สงกวา ร.น.ส. ประมาณ 5-10 ซม. เพอไมใหเกดความสญเปลาของนาโดยไมจาเปนจากการเกดคลน

ตามปกต เพอใหมความปลอดภยจากทนาไหลทวมหลงคนคลองอยางเพยงพอ ระดบของผวนาสงสดท

ยอมใหเกดเขามาไดในสวน Freeboard ของคลอง ประมาณ 50% ของ Freeboard คลองสงนา

ความยาวของสนฝาย จะคานวณหาไดโดยใชสตรของฝายชนด Standard Suppressed

Rectangular คอ

Q = 1.84 LH1.5

โดย L = ความยาวสนฝาย , ม.

H = ความสงของนาเหนอสนฝาย , ม.

Q = ปรมาณนาไหลขามสนฝาย , ม.3/วนาท

2) ทางระบายดานขาง (Side Channel) ตามปกตรางดานขางจะมรปตดเปนรป

สเหลยมผนผาความกวาง ความลก และลาดจะตองพอเหมาะทจะใหการไหลของนามลกษณะเปน Free

Flow เนองจากอาจจะมตนหญา และขยะลอยมากบนาดวย อกทงมขนาดทสามารถกอสรางได

โดยสะดวก ความกวางทเหมาะสมจะตองคอยๆ เปลยนไปจากประมาณ 60 ซม. ทปลายดานเหนอนา

จนประมาณ 1.20 ม. ทปลายดานทายนา ยกเวนเมอปรมาณนาไมเกน 1.50 ม.3/วนาท ความกวางท

ปลายดานทายนาประมาณ 90 ซม. กเพยงพอแลวในบางสภาพการทาความกวางของรางคงทอาจเปนท

เหมาะสม เพอแนใจวาการไหลของนาผาน Spillway เขาสรางดานขาง จะเปนไปอยางอสระ ระดบของ

ผวนาในรางจะตองอยตากวาสนของ Spillway เพอใหเปนไปตามทตองการน จะทาไดโดยกาหนดให

ระดบพนรางทปลายทางดานทายนาอยตากวาสนฝายเปนระยะเทากบ Specific Energy บวกกบ 30 ซม.

โดยขนอยกบปรมาณนาเมอการไหลเตมท ตามทกาหนดไวในการออกแบบ และสมมตการไหลของนาใน

รางเปน Critical Flow ดงนน Specific Energy จะเทากบ Critical Depth บวกกบ Velocity Head (Dc +

hvc) ซงสาหรบรางเททมรปตดขวางเปนสเหลยมผนผาแลว Specific Energy จะเทากบ 1.5 dc ฉะนน

ความสงของกาแพงดานทายนาอยางนอยทสดตองเปน 1.5 dc

ลาดของพนรางจะตองเอยงพอทจะทาใหการไหลของนาลงส Pool เปนไปในลกษณะ

Super Critical อยางไรกตาม การทนาไหลเขาสรางดานขางโดยผานสนของ Spillway ทาใหเกดการอด

ตวของนา (Bulking) ดงนนความลาดเอยงของพนจะตองกาหนดไวใหชนกวา Critical Slope ความลาด

เอยงทมกใชกนมากคอ 1:20 (ดานตง : ดานราบ)


รปท 1-17 อาคารระบายนาลนขางคลอง (Side Channel Spilway)


3) บานระบายนา (Wasteway Turnout Gate)

ตามปกตแลวการใชบานระบายเพอการทงนาจากคลอง กตอเมอตองการระบายนาออก

จากคลองใหหมด การทจะทาใหสวนของคลองทายนาลงไปไมมนาอยเลยนน ปรมาณนาของคลองทได

ออกแบบไวจะตองไหลผานบานของทางทงนานได โดยทไมมการไหลขามบานของ Check ดานทายนา

หรอเขาสรางดานขาง เพอทจะใหปรมาณนาทกาหนดไวของคลองไหลผานทางทงนาเปนครงคราวเชนน

การทจะกาหนดขนาดพนทของบานจะทาไดโดยกาหนดใหความเรวของนาทไหลผานชองบานเทากบ 3

ม./วนาท ซงเมอไดขนาดของบานจากการกาหนดความเรวดงกลาวแลว กจะตองกาหนดใหม Head อยาง

เพยงพอโดยใชสมการของชองเปด (Ofifice)

Q = CA gh2

4) อางรบนา (Pool)

เพอใหการไหลของนาผานบาน หรอจากรางนาดานขางเปนไปในลกษณะของการไหล

อยางอสระ (Free Flow) ฟนของบอจะตองอยตาเพยงพอ ทระดบผวนาในบออยไมสงเกนแนวศนยกลาง

ของบาน และประมาณไมสงกวาพนของรางดานขาง ถาการไหลของนานเปนไปโดยการใชทอ สวน

บนสดของทอจะตองจมอยใตนาไมนอยกวา 1.5HVP เมอให Entrance Loss เปน 0.5HVP และ Pipe

Velocity Head เปน HVP

5) ทอ (Pipe)

อาคารทงนาสวนมากประกอบดวย ทอ ตอออกจากบอรบนาลอดใตถนนบนคนคลองเขา

สสวน Outlet ขนาดของทอไมควรเลกกวา 60 ซม. เพราะในนาทระบายทงนนมเศษหญาหรอขยะลอย

ปะปนมาดวย หากสวน Outlet เปนชนดทาดวยคอนกรต การหาขนาดของทอจะทาไดโดยถอวาความเรว

สงสดทยอมใหเปน 3.00 ม./วนาท เมอเปนการไหลเตมทอ ลาดของพนทอควรใชประมาณ 0.001

เพอทจะระบายนาออกไดหมดโดยไมทาใหเกดการไหลเปนลกษณะ Supercritical หากตอทอกบ Baffled

Outlet การหาขนาดทอจะตองถอวาความเรวสงสดทยอมใหเปน 3.60 ม./วนาท เมอเปนการไหลเตมทอ

ลาดของทออาจทาไดชนถง 1:1.5 เมอมการออกแบบอยางอนทเหมาะสม

6) อาคารปากทางทงนา (Wasteway Outlet Structure)

การเลอกชนดของสวน Outlet ขนอยกบสภาพภมศาสตร หากพลงงานสวนเกนมไมมาก

ควรใช Transition ชนด Type 2 ตามแบบของ U.S.B.R. เพอการปองกนการกดเซาะของชองทางทใช

เพอการทงนา หากพบวาสมควรทจะมการลดระดบลง พลงงานสวนทเกนจะตองถกทาใหสลายโดยการ

ใช Pipe Drop, Baffled Outlet, Baffled Apron Drop หรอ Stilling Pool


1.8 อาคารรบนาขามคลอง (Overchute)

ในกรณทคลองสงนาชลประทานตดผานกบลานาธรรมชาต และระดบกนรองนาธรรมชาตสง

กวาระดบผวนาในคลองชลประทาน หากไมตองการทจะนานาธรรมชาตเขาสคลองชลประทาน กจะม

อาคารรบนาขามคลอง (Overchute) เพอรบนาดงกลาวขามคลองชลประทานไป ลกษณะของ Overchute

น การออกแบบเหมอนกบสะพานนา (Flume) ดงแสดงในรปท 1-18

1) ระยะ Clearance ตาสดระหวาง ร.น.ส. ของคลองสงนากบระดบทองของพน Overchute

เทากบ 0.30 ม.

2) ระยะ Clearance ต าสดระหวางระดบนาในราง Overchute กบระดบหลงคนคลอง

เทากบ 0.60 ม.

3) อาคารทางเขา (Inlet) ใชตามมาตรฐาน Concrete Transition ของ Design of Small

Canal Structures (U.S.B.R.)

4) อาคารทางออก (Outlet) มเกณฑการใชดงน

- ความลาดพน Overchute มคานอย (Flat Slope) จะใชอาคารทางออกเปนแบบ

Standard Outlet Transition ของ U.S.B.R. แบบ Broken Back Transition

- ความลาดพน Overchute มคาชนมาก (Steep Slope) จนทาใหความเรวของนาใน

ราง Overchute มคามากกวา 6 ม./วนาท อาคารทางออกจะตองมอาคารสลายพลงงาน เชน Stilling Pool

หรอ Baffled Apron

5) ลกษณะการออกแบบทางชลศาสตรอนๆ เหมอนกบการออกแบบสะพานนา

1.9 อาคารรบนาเขาคลอง (Drain Inlet)

ในกรณทรองนาหรอลานาเลกๆ ไหลตดผานคลองสงนา และมปรมาณนาไมมากนก พอทจะ

ไมทาอนตรายแกคลองสงนาได มกจะสรางอาคารรบนาเขาคลอง (Drain Inlet) เพอรบนาจานวนนนเขาส

คลองสงนา เพอประโยชนในการเพมปรมาณนาใหแก คลองสงนา ซงในการออกแบบอาจจะเลอกใช

Drain Inlet ชนดทอ เนองจากคลองสงนาในโครงการสวนมากมขนาดคลองเลก สามารถรบนาเขาคลอง

ไดไมมาก ดงนนการเลอกใชเปนชนดทอจงเหมาะสมทจะใชในโครงการ ดงแสดงในรปท 1-19

1) Inlet Transition จะใชเปนชนด Earth Inlet Trancition

2) ความสงของนาทวมปากทางเขาทอ (อยางนอย) = 1.5 ∆HV แตไมนอยกวา 0.08 ม.

3) ลาดความชนของการวางทอตองราบกวา Critical Slope

4) ความเรวของนาในทอออกแบบตองไมเกน 1.5 ม./วนาท


รปท 1-18 อาคารรบนาขามคลอง (Overchute)


รปท 1-19 อาคารรบนาเขาคลอง (Drain Inlet)


5) ขนาดทอทเลกทสดใช = 0.50 ม.

และคานวณหาจากสมการ

D = VQ1.128

โดย D = ขนาดเสนผาศนยกลางทอ, ม.

Q = ปรมาณนาหลาก , ม.3/วนาท

V = ความเรวของนาภายในทอ , ม./วนาท

6) ระยะ Clearance ตาสดของระดบหลงทอกบระดบหลงคนคลอง = 0.60 ม.

7) ระดบของปลายทอทางดานทายนาตองอยสงกวาขอบของ Concrete Lining ของคลองสงนา

8) ปลายทอดานทายนาตองยนออกจากขอบของคนคลองสงนา (อยางนอย) = D (ขนาด

เสนผาศนยกลางทอ)

9) ลกษณะการออกแบบทางชลศาสตร เหมอนกบการออกแบบทอลอดถนน

1.10 อาคารทอระบายปลายคลองสงนา (Tail Regulator)

อาคารปลายคลองมไวสาหรบงานสงนา และบารงรกษา เพอทาหนาทเปนอาคารอดนาใหเขา

F.T.O. หรอเขาอาคารตวอนทางดานเหนอนา และยงเปนอาคารระบายนาออกจากคลอง เมอตองการ

ซอมแซมหรอบารงรกษาคลองดวย ดงนนจงเลอกอาคารดงแสดงใน รปท 1-20 ซงประกอบไปดวยบาน

ระบายแบบ Slide Gate สาหรบอดนาและระบายนา และทอคอนกรตกลมสาหรบระบายนาไปยงรองนา

ซงจะตองขดตอไปจนถงคลองระบายธรรมชาต

ในการคานวณออกแบบทอระบายปลายคลองสงนามเกณฑการคานวณเชนเดยวกบทอลอด

ถนนทมอาคารอดนาเปนแบบ Check and Pipe Inlet โดยปรมาณนาทใชในการออกแบบเปนปรมาณนา

ของคลองสงนาตงแตอาคารอดนา (Check) แหงสดทายจนถงอาคารระบายปลายคลอง แตทงนขนาดของ

ทอระบายปลายคลองควรมขนาดเสนผาศนยกลางไมนอยกวา 0.60 เมตร


รปท 1-20 อาคารทอระบายปลายคลองสงนา (Tail Regulator)


2. การออกแบบทางชลศาสตรและความมนคงของอาคาร

2.1 ทวไป

ตามประเภทและรปแบบของอาคารชลประทานตางๆ นน จะตองมการตรวจสอบทางชลศาสตร

เพอทอาคารจะสามารถระบายนาไดเพยงพอกบความตองการและตองตรวจสอบความมนคงของอาคาร

เพอความปลอดภยและความมนคง ดงตอไปน

(1) สาหรบอาคารชลประทาน (Conveyance Structure) ตองมการตรวจสอบขนาดใหพอเพยง

กบปรมาณนาสงสดไหลผาน ซงจะตองเทากบปรมาณนาทใชในการออกแบบ ทงนเพอรกษาสภาพการ

ไหลของนาใหอยในสภาพปกต

(2) ตองตรวจสอบการออกแบบสวนประกอบอาคารในสวนทเปนกาแพงสาหรบนาไหลขาม

โดยไมใหเกดความเสยหายและรกษาระดบนาในคลองใหอยในเกณฑความปลอดภยในกรณเกดเหต

ฉกเฉนหรอเกดจากการควบคมการสงนาผดพลาด

(3) อาคารตองมความตานทานตอการพลกควา (Overturning) โดยมสดสวนความปลอดภย

2.00 สาหรบสภาพปกต (ไมมแรงเนองจากแผนดนไหว)

(4) อาคารตองมความตานทานตอการเลอนไหล (Sliding) โดยมสดสวนความปลอดภย 1.50

สาหรบสภาพปกต (ไมมแรงเนองจากแผนดนไหว)

(5) อาคารตองมความตานทานการลอยตว (Floating) โดยมสดสวนความปลอดภย 1.30

(6) ใตพน และดานขางอาคารตองไมเกดแรงดนนามากเกนกาหนดจนเปนเหตใหนาพดพา

เอาเมดดนหลดหนไป (Piping) และเกดการกดเซาะจนเปนโพรงภายใตพนอาคาร (Undermining)

(7) ในกรณทตองใชวสดกรอง (Filter Material) เพอปองกน Piping วสดกรองจะตองม

คณสมบตดงน

(ก) Permeability ของวสดกรองตองมมากกวา Permeability ของวสดทจะถกกรอง

หรอจะถกปองกนไมใหเกด Piping

(ข) ความพรน (Pores) ของวสดกรองจะมการวเคราะหหาลาดบขนาดสวนคละ (Gradation)

เพอปองกนไมใหเมดของวสดพนฐานรากถกพดพาหลดผานวสดกรองออกไปได หรอเกดการอดตน

(ค) ความหนาของวสดกรองตองหนาเพยงพอสาหรบใหวสดนนจดเรยงสวนคละ

(Gradation) ในตวของมนเองไดดดวย

หนวยทใชในการคานวณดานชลศาสตรทกลาวถงในบทน จะใชระบบเมตรก ยกเวนบางสตร

ทใชระบบองกฤษกจะระบหนวยทใชอธบายไวดวย


2.2 Hydraulic Head Loss

Losses ตางๆ ทจะนามาพจารณาในการออกแบบจะคดเฉพาะ Loss ทสาคญๆ โดยทวไปจะ

พจารณาดงตอไปน (1) Friction Loss

จะใชสตร Manning สาหรบคานวณโดยให Manning’s n = 0.016 สาหรบคอนกรตทหลอ

กบทและ n = 0.014 สาหรบทอคอนกรตหลอสาเรจ (Precast Concrete) สาหรบคอนกรตดาดคลอง n

= 0.018 (2) Transition Loss

โดยทวไปอาคารทใชสาหรบระบบสงนาชลประทานจะม Transition สาคญๆ สองสวนท

ตองคานวณหา Loss ไดแก ทางนาไหลเขา (Inlet Transition) กบทางนาไหลออก (Outlet Transition) ซง

Transition เหลานจะตองพจารณาถงรปรางลกษณะตางๆ ทจะนามาใชในการออกแบบเพราะ Transition

แตละลกษณะจะมผลทาใหเกด Loss มากหรอนอยตางกน ดงนนการคานวณหา Losses (ยกเวน Friction

Loss เพราะมคานอยมาก) ใน Transitions จะใชคา Inlet Coefficient (Ki) และ Outlet Coefficient (Ko)

ตามลกษณะของ Transition ตอไปนเปนตวคณกบความแตกตางของ Velocity Head ณ ทจดปลาย

Transition ตอกบคลองและ ณ ทจดตอกบปากทออกจดหนง

ชนดหรอลกษณะ Transition-Closed Conduit Ki

Broken Back - หนาตดสเหลยมผนผา

Ko

0.30 0.50

Broken Back - ทอกลมหรอทอสเหลยมผนผา 0.40 0.70

คลองรปสเหลยมคางหม - ทอกลม 0.50 1.00 Through – The bank 0.78 1.00

Transition Loss (Inlet) = Ki

−

g2V

g2V 2

122

Transition Loss (Outlet) = Ko

−

g2V

g2V 2

122


(3) Bend Loss

Loss เนองจากการหกเหหรอการเปลยนทศทางการไหลของนาในทอ คานวณไดจาก

สตร Hb = ζ 2gV2

P ซง ζ จะหาไดจากรปท 2-1

(4) Losses ทจะตองเผอไวเพอความปลอดภย

(ก) ตามปกตในการออกแบบจะมการเผอ Hydraulic Head Loss ไวอก 10 เปอรเซนต

ของผลรวม Losses ทงหลายของสวนตางๆ ในอาคารนนๆ

(ข) สวน Entrance Loss ทปากทอจะใชคาเทากบ 0.78 V

2p2

g และ Exit Loss ทปลาย

ทอเทากบ V

2p2

g โดยท Vp คอความเรวของนาไหลในทอ

(ค) สาหรบ Friction Loss และBend Loss ใชคาเชนเดยวกนกบหวขอ (1) และหวขอ (2)

2.3 การกดเซาะพนทองนาและดานขาง

ในหวขอน จะเนนเฉพาะการกดเซาะบนพนทองนาและดานขางอาคารในสวนทไมมคอนกรต

ดาดคลอง และยงอยในขอบเขตอทธพลทางชลศาสตร เชน ยงมความป นปวนการไหล (Turbulent Flow)

มคลนนา และยงมความเรวพอทจะทาความเสยหายได ดงนนจะใชเกณฑกาหนดออกแบบตอไปน

(1) การปองกนการกดเซาะ

การปองกนการกดเซาะจะใชวธปหนเรยง (Rock Riprap) หนาไมนอยกวา 0.25 เมตร

ทบบนชนกรวดและทรายหยาบซงจะปตอจากปลายพนทเปนคอนกรตใหยาวพอจนพนเขตอนตราย

ENTRANCE LOSS

C.L EXIT LOSS


R = รศมความโคง

D = เสนผาศนยกลางทอ

รปท 2-1 Head Loss Coefficients for Pipe Bends (design of small dam ป 1978 หนา 360)

Head

Los

s Coe

ffici

ents

for P

ipe

Bend

s

ζ


(2) การเลอกขนาดหน

การกาหนดขนาดของหนเรยงดงสมการของเบอร (Berry’s Equation) Vb = 2.57 d เมอ Vb = ความเรวของกระแสนาทพนหรอกนรองนา, ฟต/วนาท

d = เสนผาศนยกลางของหนทจะใช, นว และสมการมาวสและลอซซ (Mavis & Laushcy's Equation)

Vb = 12

d s 11 −

เมอ Vb = ความเรวของกระแสนาทพนหรอกนรองนา, ฟต/วนาท

d1 = เสนผาศนยกลางของหนทจะใช, มม.

S = ความถวงจาเพาะของหน

ขนาดของ Riprap ตองมากกวา d ถาใชสมการเบอร และมากกวา d1 สาหรบสมการ

มาวสและลอซซ หนเรยงดานทายนาควรมขนาดไมเลกกวา 25 ซม. (จานวน 60%) ปนกบหนขนาดเลก

กวา 25 ซม. โดยมขนาดลดหลนกนไป (จานวน 40%)

(จากหนงสอ Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators ของ

A.J.PETERKA ป 1974, หนา 208)

นอกจากนขนาดของหนทงหรอหนเรยงทายอาคารสามารถหาไดจากรปท 2-2

(3) ความยาวอยางนอยของหนเรยงดานทายนา

ใชทฤษฎของ Bligh คานวณหาความยาวของหนเรยง ดงน Ld = 0.662C qHb •

La = 0.613 Ha

Lp = Ld-La

เมอ Ld = ความยาวของพนทายอาคารรวมกบความยาวของสวนปองกน

การกดเซาะ (Riprap), ม.

La = ความยาวของพนทายอาคาร, ม.

Lp = ความยาวของสวนปองกนการกดเซาะ (riprap), ม.


รปท 2-2 แสดงโคงสาหรบหาขนาดหนหรอหนเรยงทายอาคาร Stilling Basin

(USBR, Engineering Monograph No.25)


C = Bligh’s ratio

q = ปรมาณนาตอความยาวของฝาย, ม.3/วนาท/ม.

Ha = ผลตางของระดบสนฝาย และระดบพนทายนา, ม.

Hb = ผลตางของระดบสนฝาย และระดบนาดานทายนา, ม.

แสดงคา Bligh’s ratio, C

ชนดดน C ดนทรายละเอยด 18

ดนทรายเมดเลก 15

ดนทรายเมดใหญ 12

ดนกรวดทรายและคอนขางแนน 8

หนรวน กรวดกอนใหญ ซงมทรายคละกน 6 (4) ความยาวอยางนอยของหนเรยงดานเหนอนา Lr1 = 3D1

เมอ Lr1 = ความยาวอยางนอยของหนเรยง, ม.

D1 = ความลกของนาจากระดบธรณของประตระบายถงระดบนา

สงสดในการออกแบบ, ม. 2.4 การกดเซาะภายใตฐานราก (Piping)

การออกแบบตองใหอาคารปลอดภยจากการกดเซาะภายใตฐานราก (Subsurface Erosion)

อนเนองจากเกดแรงดนนาซมผาน (Seepage Force) มากเกนไปจนเกดการพดพาเอาเมดวสดหนไปกบ

นาดวย (Piping) ฉะนนจะใชวธตอไปนเปนเกณฑกาหนดสาหรบออกแบบ (1) วธการตรวจสอบในขนตนทเรมเกด Piping โดยใชสมการของ L.F.Harza ดงน iF = h

L = (1-P) (S-1)

เมอ iF = Floating Gradient

h = Different Head L = Length of Path P = Porosity S = Specific Gravity

(จากหนงสอ GROUNDWATER AND SEEPAGE, M.E. Harry, 1962)


การใชสมการดงกลาว เปนการหาคาวกฤตของ Floating Gradient สาหรบวสดทม

Specific Gravity คาหนงแตม Porosity ตางกน เชน วสดฐานรากม S = 2.65 กจะใหคาวกฤตของ

Floating Gradient ตามคา P ดงตอไปน

P คาวกฤต iF

0.30 1.15

0.35 1.07

0.40 0.99

0.45 0.91

0.50 0.825

ตามคาวกฤต iF ซงคานวณขนจากสมการและจากทไดสมมตคา P ตางๆ กนนน จะใช

คา iF เปนตวบงบอกวา ถา h เพมขนเพยงเลกนอยเทานน กจะเรมเกด Piping ทนท

(2) Safety Against Piping

ตามหลกการทวไป ถาอตราสวนของทางเดนของนาซม (Length of Path = L) ตอความ

แตกตางระดบนา (Water Head = h) มมาก ยอมจะมความปลอดภยสงกวา ซงโดยทวไปจะใชคา L/h ไม

นอยกวา 5 ซงถาตรวจสอบหาความปลอดภยของวสดทมคณสมบต S = 2.65, P = 0.5 โดยใชสมการของ

Harza จะได h/L (หรอ iF) = 0.825 ซงเทากบวา "Safety Against Piping" จะมคาเปน 5/0.825 หรอ

ประมาณ 6

ในกรณทฐานรากเปนดนทมความซมนาสง (Highly Pervious Foundation) และไมม

Cutoff Wall จะใชคา L/h ไมนอยกวา 8 แตมกจะใช 10 กนเปนสวนมาก เพราะจะชวยใหมความ

ปลอดภยดขนในหลายๆ ดาน

2.5 การรวซมผานอาคารและฐานราก (Seepage)

ในหวขอนจะไมมการพจารณาการรวซมของนาผานตวอาคาร เพราะไดใชคอนกรตเปนตว

อาคาร ดงนนจะพจารณาเฉพาะการรวซมภายใตฐานรากเทานน ซงเปนการพจารณาถงความปลอดภย

ตอแรงดนนายกขน (Uplift Pressure) และปลอดภยตอการพดพาเอาเมดวสดใตฐานหนออกไป (Piping)

โดยจะใช "Weighted Creep Theory" ของ Lane เปนเกณฑกาหนด ซงในขนตนนตองยดหลกการหรอ

ขอกาหนดของ Lane ตอไปน

(1) กาหนดให Weighted Creep Distance เปนระยะทางรวมของนาซมไปตามผวสมผส

ระหวาง อาคารกบดนฐานราก ซงจะเทากบผลรวมระยะทางนาซมแนวตง (ตองมมมชนกวา 45°) กบหนง

ในสาม (1/3) ของระยะทางในแนวนอน (ตองมมมราบกวา 45°)


(2) กาหนดให Weighted Creep Ratio = (Weighted Creep Distance)/(ความแตกตางระดบ

นาดานเหนอกบทายนา)

(3) การกาหนดความปลอดภยจาก Piping ตองมการออกแบบฐานรากของอาคารใหม

Weighted Creep Distance ยาวเพยงพอเพอใหม Weighted Creep Ratio เหมาะสมกบดนฐานรากชนด

ตางๆ ดงตอไปน

(4) หลกการของ Lane ในขอ (1) (2) และ (3) ขางตนนนจะมผลเฉพาะในกรณทเสนทางเดน

ของนา (Percolation Path) ตองเดนไปตามผวสมผสระหวางอาคารกบดนฐานรากเทานน โดยไมมการลด

ทางเดน (Short Path) เชนในกรณทใหระยะหางกนระหวาง Cutoff wall หรอเขมพดนอยกวา 2 เทาของ

ความลกของ Cutoff wall หรอเขมพด ดงนเปนตน 2.6 แรงดนนาใตฐาน (Uplift Pressure)

ฐานรากของอาคารทกแหงจะออกแบบใหมนาหนกและแรงตานทานตอแรงดนนายกขน

(Uplift Pressure) ภายใตฐานรากไดทกๆ กรณ โดยคานงถงสภาพการณตางๆ ของการเปลยนแปลง

ระดบนาทจะทาใหเกดมแรงดนใตฐานมากทสด ซงเกณฑกาหนดการออกแบบความปลอดภยจะนา

Weighted Creep Theory ของ Lane และใชหลกการทกาหนดไวแลวในหวขอ 2.5 มาทาการคานวณหา

ลาดบท ชนดดนฐานราก Weighted-Creep Ratio

1 ทรายละเอยดมากหรอดนตะกอนทราย 8.5 (Very fine sand or silt)

2 ทรายละเอยด (Fine sand) 7.0

3 ทรายขนาดปานกลาง (Medium sand) 6.0

4 ทรายหยาบ (Coarse sand) 5.0

5 กรวดละเอยด (Fine gravel) 4.0

6 กรวดขนาดปานกลาง (Medium gravel) 3.5

7 กรวดหยาบปนหนเลก 3.0

(Coarse gravel including cobbles)

8 หนใหญมทงหนเลกและกรวดปนบาง 2.5

(Boulders with some cobbles and gravel)

9 ดนเหนยวชนดไมแนน (Soft clay) 3.0

10 ดนเหนยวแนนปานกลาง (Medium clay) 2.0

11 ดนเหนยวคอนขางแนนมาก (Hard clay) 1.8

12 ดนเหนยวแนนมาก 1.6 (Very hard clay or hardpan)


แรงดนนายกขน ณ จดใดจดหนงภายใตฐานรากนนไดทกจด ทงนแลวแตความตองการจะวเคราะหตรง

จดใด ดงแสดงวธการวเคราะหตอไปน ถาให H = Weighted Creep distance ในแนวนอน

และ V = Weighted Creep distance ในแนวตง

ดงนน ผลรวมของ Weighted Creep Distance = H3

V+

H3

V+ = ( )4(3)15153

303030+++

++ = 72

ถาให ∆H = ความแตกตางระดบนาดานเหนอนากบทายนา = 20

เพราะฉะนน Weighted Creep Ratio = H

V3H

∆

+ =

2072 = 3.6

จะเหนไดวาฐานรากของอาคารตามสดสวนดงรปขางตนนจะมความปลอดภยจาก Piping ได

ตองสรางอาคารบนดนฐานรากทมคาของ Weighted Creep Ratio ไมนอยกวา 3.6 ตามทไดกาหนดเปน

เกณฑไวแลวในหวขอ 2.5 (3) วธวเคราะหหาแรงดนนายกขน (Uplift Pressure) ทใตพนตรงจด A และ B จะคานวณหาได

โดยทฤษฎการสญเสยพลงแรงดนของนาจาก Head Water ไปทางดานทายนา ดงน

(1) Uplift Pressure ทจด A = 25 - 2072

(15 + 15 + 30/3)

= 13.9 ตน/ม.2

(2) Uplift Pressure ทจด B = 25 - 2072

(15 + 15 +(60/3) + 3 + 3)

= 9.4 ตน/ม.2


2.7 แรงลอยตว (Buoyancy Force)

อาคารตางๆ ทมชองวางอยภายใน เมอมนาทวมอาคารเหลานจะตองตรวจสอบการลอยตวดวย

โดยแรงลอยตวจะมคาเทากบนาหนกนาทมปรมาตรเทากบอาคารสวนทแทนนา ดงนนจะตองจดเตรยม

อาคารใหอาคารมนาหนกมากกวาแรงลอยตว โดยกาหนดใหมอตราสวนความปลอดภยตอการลอยตว

ไมนอยกวา 1.3

2.8 เสถยรภาพของอาคาร

(1) กรณวกฤตทควรพจารณา (Critical Cases to be Considered)

กรณวกฤตทควรพจารณาในการคานวณออกแบบสาหรบเสถยรภาพของอาคารไมให

เกดการพลกควา (Overturning) การเลอน (Sliding) รวมทงไมใหเกดการทรดตว (Settlement) จะตองทา

การตรวจสอบในกรณตางๆ เชน

- กรณหลงกอสรางเสรจใหมๆ

- กรณเกบกกทระดบเกบกกปกตและระดบนาดานทายนาแหง

(2) เสถยรภาพตอการพลกควา (Stability Against Overturning)

เปนการพจารณาเสถยรภาพของอาคารอนเกดจากโมเมนตของแรงกระทา (Acting

Moment) และโมเมนตของแรงตาน (Resisting Moment) รอบจดหมนทฐานของอาคาร (Toe of

Structure) ซงอาจทาใหอาคารเสยเสถยรภาพและหมนพลกควารอบจดหมนได ในการออกแบบจะตอง

ตรวจสอบโดยคานวณโมเมนตทกระทาตออาคาร และวเคราะหหาอตราสวนความปลอดภยตอการ

พลกควา (Factor of Safely) ใหอยในเกณฑทยอมรบได อตราสวนความปลอดภยจะพจารณาอตราสวน

ของโมเมนตของแรงตานตอโมเมนตของแรงกระทา

2MM

F.S.A

R ≥=∑∑

∑ AM เปนโมเมนตลพธของแรงกระทาทจะทาใหอาคารพลกคว า เชน โมเมนต

เนองจากแรงดนนาเปนตน ∑ RM เปนโมเมนตลพธของแรงตานทานการพลกควา เชน โมเมนต

เนองจากนาหนกของตวอาคาร เปนตน โดยคาอตราสวนความปลอดภยตอการพลกความคาเทากบ 2

(3) เสถยรภาพตอการเลอนตว (Stability Against Sliding)

อาคารทมแรงทางดานขางแตกตางกน จะตองสามารถทจะตานทานโอกาสทจะเกดการ

ลนไถล ความตานทานในการลนไถลนเกดจากการทนแรงเฉอนระหวางผวของฐานรากของอาคารทตด


กบดนใตฐานราก หรอระหวางการทนแรงเฉอนทเกดระหวางเนอดนใตฐานรากเอง ซงเรานามาคดเพยง

หาความผดระหวางฐานรากและผวดนเทานน เนองจากเปนอาคารขนาดเลก

กาหนด Factor of Safety = 1.5

ดงนน ..SF = 1.5HN

f. ≥∑∑

เมอ ∑H = ผลรวมของแรงดนดานขางตามแนวราบ

∑N = ผลรวมของแรงททาตามแนวดง

f = สมประสทธของของแรงเสยดทาน = 0.35

(4) การคานวณความปลอดภยอนเนองมากจากแรงแบกทานของชนดน

(Safety Against Bearing Failure) เปนการพจารณาเสถยรภาพของอาคารเนองจากความเคนทเกดขนตอฐานรากเนองจาก

นาหนกของอาคารและกาลงรบนาหนกของฐานราก นอกจากนยงตองพจารณาถงระยะเยองศนย

(Eccentricity) ของแรงลพธในแนวดงทกระทาตอฐานราก เนองจากการกระทาของแรงภายนอกตางๆ ซง

สามารถคานวณไดดงน

สาหรบฐานสเหลยม

Eccentricity = 6B

WM

2B

≤−∑∑

โดย B = ความกวางทฐานรากของอาคาร, ม.

∑M = โมเมนตลพธของแรงทกระทาตออาคาร, ตน-ม.

∑W = แรงลพธในแนวดงทกระทาตอฐานราก, ตน

ทงนระยะเยองศนยดงกลาวจะตองมคาไมเกน

6B และคาระยะเยองศนยสามารถ

นามาใชในการวเคราะหความเคนทฐานรากเนองจากแรงภายนอกทกระทาตออาคารไดดงน

σ =

+∑

B6e1

BW

คาความเคนตาสด )( minσ =

−∑

B6e1

BW จะตองมากกวาหรอเทากบศนย

คาความเคนสงสด )( maxσ =

+∑

B6e1

BW จะตองไมเกนกาลงแบกทานของฐานราก


3. เกณฑกาหนดการคานวณออกแบบโครงสราง

3.1 ทวไป

การออกแบบอาคาร นอกจากจะออกแบบใหเปนไปตามความตองการทางดานชลศาสตรแลว

ยงตองออกแบบใหสามารถรบนาหนกบรรทกทกระทาตอโครงสรางได นาหนกบรรทกเหลาน ไดแก

นาหนกบรรทกคงท (Dead Load) นาหนกบรรทกจร (Live Load) แรงดนดน (Earth Pressure) แรงดนนา

(Water Pressure) นอกจากน โครงสรางจะตองมความมนคง (Stability) และทนทาน (Durability)

องคประกอบสาคญทจะตองนามาพจารณาในการคานวณออกแบบ มดงตอไปน

- ความปลอดภยตอการพลกควา (Overturning)

- ความปลอดภยตอการเลอนไถล (Sliding)

- ความปลอดภยตอการแบกทานของฐานราก (Stability on Strength of Foundation)

ในการคานวณออกแบบโครงสรางทวไปของอาคารในระบบสงนาจะตองอยในเกณฑมาตรฐาน

การออกแบบของกรมชลประทานและเกณฑมาตรฐานการปฏบตงานดานวศวกรรมระหวางประเทศท

กาหนดไวดงน

1. American Concrete Institute (ACI)

2. United States Department of the Interior, Bureau of Reclamation (USBR)

3. United States Department of the Army Corps of Engineer

4. American Association of State Highway Officials (AASHO)

5. American Society of Testing of Materials (ASTM)

6. American Institute of Steel Construction (AISC)

7. American Water Works Association (AWWA)

8. Thai Industrial Standards (TIS)

9. Japanese Industrial Standards (JIS)

3.2 แรงทกระทาตออาคาร

แรงตางๆ ทกระทาตออาคาร มดงตอไปน

(1) นาหนกบรรทกคงท (Dead Loads)

นาหนกของวสดตางๆ สามารถหาได ดงตอไปน


นาหนกของคอนกรตเสรมเหลก 2,400 กก./ลบ.ม.

นาหนกของคอนกรตลวน 2,300 กก./ลบ.ม.

นาหนกของนา 1,000 กก./ลบ.ม.

นาหนกของดนแหง 1,600-1,800 กก./ลบ.ม.

นาหนกของดนถมอดแนน (Compacted Dry Soil) 1,900 กก./ลบ.ม.

นาหนกของดนอมตวดวยนา (Saturated Soil) 2,150-2,200 กก./ลบ.ม.

นาหนกของกรวดหรอหน 1,600-2,000 กก./ลบ.ม.

นาหนกของทรายแหง 1,600-1,800 กก./ลบ.ม.

นาหนกของทรายเปยก 1,900-2,200 กก./ลบ.ม.

นาหนกของเหลกหลอ 7,000-7,700 กก./ลบ.ม.

นาหนกของเหลกเหนยว 7,600-7,900 กก./ลบ.ม.

(2) นาหนกบรรทกจร (Live Load)

Surcharge ของกาแพง 300 กก./ตร.ม.

Operating Platform without Stoplogs 500 กก./ตร.ม.

Operating Platform with Stoplogs 750 กก./ตร.ม.

อาคารทวไปทมรถผาน (ทไมใชทางหลวง) H20-44(AASHTO-Truck Loading System)

อาคารทวไปทมรถผาน (ทางหลวง) HS20-44(AASHTO-Truck Loading System)

(3) นาหนกอปกรณ (Equipment Load)

นาหนกของบานระบาย เครองกวานและของอนๆ คดตามนาหนกจรง

(4) นาหนกเครองกวาน (Hoist Load)

ในการคานวณออกแบบขนาดของเครองกวานของบานระบายคานวณหาไดจากสมการดงน

ขนาดเครองกวาน (Hoist Load) = นาหนกบานระบาย + นน.กานยก + Friction, กก.

โดย

- นาหนกบานระบาย จะกาหนดไวในแบบฝาทอ

- นาหนกกานยก = (6,165.376) D2. L, กก.

โดย D = เสนผาศนยกลางกานยก, ม.

L = ความยาวกานยก, ม.


- Friction = C.P

โดย P = แรงดนนาในแนวราบทกระทาตอตวบานและ

คานวณหาไดจากสมการ

P = ( ) ,.BHHH21

12W +γ กก.

โดย γW = ความหนาแนนของนา

= 1,000 กก./ม.3

H = ความสงของนาหนาบานระบาย, ม.

H1 = ความสงของบานระบาย, ม.

H2 = ความสงของนาเหนอบานระบาย, ม.

B = ความกวางของบานระบาย, ม.

C = คาสมประสทธของความฝด

= 0.05 สาหรบบานเหลกมลกกลง

= 0.35 สาหรบบานเหลกไมมลกกลง และผวสมผสเปนโลหะ

(5) แรงดนของดนทกระทาตอกาแพงในแนวดง

แรงดนดนดานขางทกระทาตอกาแพงกนดนแสดงในรปท 3.1 ซงมรายละเอยดดงน

1) แรงจากนาหนกบรรทกบนดนถมขางอาคาร (Surcharge Load, S) กระทากบขางอาคาร

ตามแนวราบ (P1) ซงหาไดจากสมการ

แรง P1 = S.Ka.H3, กก./ม. (ของความยาวกาแพง)

โดย S = Surcharge Load, กก./ม.3

Ka = Coefficient of Active Earth Pressure

= φ+φ−

Sin1Sin1 ; 𝛟 คอมมเสยดทานภายในของดน, องศา

(Angle of Internal Friction)

H3 = ความสงของดนถมขางอาคาร, ม. (แสดงไวในรปท 3.1)


รปท

3-1

แสด

งแรง

ดน

ดาน

ขางท

กระท

าตอก

าแพ

งกน

ดน


2) แรงดนดนขางอาคารตามแนวราบ ไดแก แรงดนดนสวนสงกวานาใตดน (P2) แรงดนดน

สวนทตากวานาใตดน (P3 และ P4) ซงหาแรงตางๆ ไดจากสมการดงน

แรง P2 = 12

Ka . γS. H22, กก./ม.(ของความยาวกาแพง)

แรง P3 = Ka . γS. H2. H4, กก./ม.(ของความยาวกาแพง)

แรง P4 = 12

Ka . ( γsat − γw). H4,2 กก./ม.(ของความยาวกาแพง)

โดย H2 = ความสงของดนถมเหนอระดบนาใตดน,ม.

(แสดงในรปท 3.1)

H4 = ความสงของดนสวนทจมนา, ม. (แสดงในรปท 3.1)

γsat = นาหนกของดนอมตวดวยนา = 2,150 กก./ม.3

γw = นาหนกของนา = 1,000 กก./ม.3

γs

= นาหนกของดนถมอดแนน = 1,900 กก./ม.

3

3) แรงดนนาใตดนสวนทกระทากบขางอาคารตามแนวราบ (P5) ซงหาไดจากสมการ

แรง P5 = 12

γW. H4,2 กก./ม. (ของความยาวกาแพง)

(6) แรงดนของดนทกระทาตอกาแพงในแนวดง (ผวดนลาดขน)

คานวณไดจากสตรของ Rankine ดงตอไปน

PA = 12

Ka γs. H,2 กก.

โดย Ka = Coefficient of Active Earth Pressure

Ka = cos β × cosβ− �cos2 β−cos2 ϕ cosβ+ �cos2 β−cos2 ϕ


𝛟 = Angle of Internal Friction, องศา

Β = มมระหวางลาดของผวดนดานหลงกาแพงทากบแนวราบ

γs = Unit Weight of Soil, กก./ม.3

PH

= แรงทกระทาในแนวราบ

= PA . cos𝛽, กก.

(7) แรงดนของดนทกระทาตอกาแพงเอยง

Pn = Ka

2 H

2γ , PH =

Pn

1 z2+ , P

V = z Pn

1 z2

+

Ka =

αδ)sin-sin(α

sin δ)+sin( +1 δ)-sin(α α.sin

)(αsin2

2

2

∅∅

∅+

เมอ Ka = Coefficient of Active Earth Pressure

H = ความสงของดน, ม.

α = มมทกาแพงทากบแนวราบ 0o < α < 180o

∅ = Angle of Internal Friction, องศา

δ = Angle of Wall Friction, องศา

= 0o for Smooth Surface

= 23∅

for Common Estimate

γ = Unit Weight ของดน, ตน/ม.3

Pn = แรงทกระทาในแนวตงฉากกบกาแพง, ตน

PH = แรงทกระทาในแนวราบ, ตน

PV = แรงทกระทาในแนวดง, ตน

H/3

H

1

Z

P H

P V P n δ

α P V

P H δ

H/3

H

1

Z

P n α


(8) แรงดนนา (Uplift Water Pressure)

แรงดนนาทกระทาตอโครงสรางสามารถหาไดโดยใชหลกการ การกระจายแรงดนรป

สามเหลยม (Triangular Distribution) ซงกระทาในทศทางตงฉากกบผวของโครงสราง สาหรบโครงสราง

ทอยในนา หรอโครงสรางทไดร บอทธพลจากนาใตดนจะเกดแรงลอยตว (Uplift) หรอ Vertical

Component กระทาทฐานของโครงสราง แรงลอยตวนคานวณไดจาก Hydrostatic Pressure แรงลอยตวท

จดใดๆ ทกระทาตอโครงสรางจะเทากบแรงดนทางทายนา (Tailwater Pressure) และคอยๆ เพมขนตาม

ลาดชลศาสตร (Hydraulic Gradient) ระหวางหวนาและทายนา ในกรณนความสมพนธของลาดชลศาสตร

(Hydraulic Gradient) สมมตใหเปนเสนตรง(รายละเอยดในหวขอ 2.6)

3.3 หนวยแรงทยอมใหในการออกแบบ (Allowable Stresses)

(1) คอนกรต

กาหนดใหกาลงอดประลยของคอนกรต สาหรบอาคารชลประทานทวไปมคา (fc′) = 175

กก./ตร.ซม. และคอนกรตดาดคลองมคา (fc′) = 140 กก./ตร.ซม. นอกจากระบในแบบไวเปนอยางอน

เมอคา (fc′) คอแรงกดประลยของแทงคอนกรตรปทรงกระบอกมาตรฐานทมอายการบมครบ 28 วน

(2) หนวยแรงทยอมใหของคอนกรต (กก./ซม.2)

อตราสวนโมดลส, n = 2.04×106

15210�fc′

แรงอดทผวทเกดจากแรงดด, fc = 0.45 fc′

แรงดงทผวฐานรากของกาแพงคอนกรตลวน, fc = 0.42�fc′

แรงเฉอนของคานคอนกรตลวน, Vc = 0.29�fc′

แรงเฉอนของแผนพนและฐานรากตามเสนขอบ, Vc = 0.53�fc′

แรงแบกทาน (Bearing) รบเตมพนท, fb = 0.42 fc′

แรงแบกทาน (Bearing) รบหนงในสามของพนทหรอนอยกวา, fb = 0.37 fc′ (3) หนวยแรงยดเหนยวระหวางเหลกเสรมกบคอนกรตทยอมให

(Allowable Bond Stress)

แรงยดเหนยวของคอนกรตทใชในการออกแบบ ตามมาตรฐาน ACI 318-63 ดงน


(1) หนวยแรงยดเหนยวทยอมใหสาหรบรบเหลกแรงดง

ก)

- เหลกบน u = 2.29�fc′

D ≤ 25 กก./ซม.

2

เหลกขอออย

- เหลกอนๆ

u = 3.23�fc′

D ≤ 35 กก./ซม.

2

ข)

- เหลกบน u = 1.145�fc′

D ≤ 11 กก./ซม.

2

เหลกเสนกลม

- เหลกอนๆ

u = 1.615�fc′

D ≤ 11 กก./ซม.

2

(2) หนวยแรงยดเหนยวทยอมใหสาหรบเหลกรบแรงอด

ก) เหลกขอออย u = 1.72�fc′

D ≤ 28 กก./ซม.

2

ข) เหลกเสนกลม u = 0.86�fc′

D ≤ 11 กก./ซม.

2

เมอ u = แรงยดเหนยวทยอมให, กก./ซม.2

fc′ = แรงอดประลยของคอนกรต, กก./ซม.2

D = ขนาดเสนผาศนยกลางเหลกเสรม, ซม.

(4) หนวยแรงดงทยอมใหสาหรบเหลกเสรมคอนกรต

(Allowable Tensile Stress of Steel)

เหลกเสนขอออย (SD 30) fs = 1500 กก./ซม.2 (มอก.24-2536)

เหลกเสนกลมเกลยง (SR 24) fs = 1200 กก./ซม.2 (มอก.20-2543)

3.4 การกาหนดระยะหางระหวางผวของเหลกเสรม (Clear Distance)

(1) ระยะหางนอยทสดของเหลกเสรมทเรยงขนานกนในชนเดยวกน จะตองไมนอยกวา

เสนผาศนยกลางของเหลกเสรมหรอไมนอยกวา 4/3 เทาของหนหรอไมนอยกวา 2.5 ซม. และขนาดของ

หนจะตองไมใหญกวา

1) 51

เทาของระยะทแคบทสดของแบบ

2) 31

เทาของความหนาแผนพน (Slab)


(2) ในกรณทมการเสรมเหลกมากกวา 2 ชนขนไป เหลกเสรมชนบนจะตองอยหางจาก

เหลกเสรมชนลางในแนวดงไมนอยกวา 2.5 ซม.

(3) สาหรบเหลกเสรมทรบแรงอดทมเหลกปลอก ระยะหางระหวางเหลกเสรมตามแนวยาว

จะตองไมนอยกวา 1.5 เทาของเสนผาศนยกลางเหลกเสรมหรอไมนอยกวา 1.5 เทาของหนหรอไมนอย

กวา 4 ซม.

(4) ระยะหางระหวางเหลกตอทาบกน หรอระหวางเหลกตอทาบกนเหลกเสนอนๆ ใหใช

เชนเดยวกนกบขอกาหนดสาหรบระยะชองวางระหวางเหลกเสน

(5) ในกาแพงหรอพน (Slab) นอกเหนอจากรอยตอในการกอสราง (Construction Joint)

เหลกเสรมเอก (Primary Flexural Reinforcement) จะตองหางกนไมมากกวา 3 เทาของความหนา

กาแพงหรอพนไมมากกวา 30 ซม.

3.5 ระยะตอทาบของเหลกเสรม (Length of Lapped Splice)

ระยะตอทาบของเหลกเสรมโดยไมงอขอทปลายเหลกเปนไปดงตอไปน เมอคอนกรตมกาลง

อดประลยเทากบ 175 กก./ซม.2 และเปนเหลกเสรมชนด SD 30

(1) เมอเปนการตอทาบของเหลกเสรมทขนานกน

เมอ D = ขนาดเสนผานศนยกลางเหลกเสน (มม.)

L = ระยะการตอทาบ (ซม.)

D (มม.) L (ซม.)

10 35

12 45

16 60

20 75

25 110

28 140

L D

D


(2) เมอเปนการตอทาบเหลกเสรมทไมขนานกน

มม α (องศา) S (ซม.)

0 ถง 10 0.5L

10 ถง 30 0.6L

30 ถง 50 0.7L

50 ถง 65 0.8L

65 ถง 80 0.9L

80 ถง 90 1.0L

3.6 การปองกนเหลกเสรมดวยความหนาของคอนกรต (Protective Covering of

Reinforcement)

การเผอความหนาของคอนกรต เพอปองกนเหลกเสรม ใชดงตอไปน

(1) สาหรบพนบนได ใชความหนาจากผวเหลกเสรม = 2.5 ซม.

(2) สาหรบพนใตสะพานใชความหนาจากผวเหลกเสรม = 2.5 ซม.

(3) สาหรบอาคารทสมผสแดด ลม ฝน หรอดนถมกลบหรอจมอยใตนา ใชความหนาของ

คอนกรตจากผวเหลกเสรม = 5 ซม.

(4) ผวหนาของคอนกรตทสมผสตอการกดเซาะ สาหรบนาจดและนาเคมใชความหนาของ

คอนกรตจากผวเหลกเสรม = 6 ซม. และ 8 ซม. ตามลาดบ

(5) คอนกรตทวางสมผสกบดน และหนโดยตรง ใชความหนาของคอนกรตจากเหลกเสรม

= 8 ซม.

S S

α


3.7 การเสรมเหลกตานทานการยดและหดตว (Shrinkage and Temperature

Reinforcement) ขอกาหนดดงตอไปน จะใชสาหรบหาขนาดเหลกเสรมเพอตานการเปลยนแปลงอณหภม

เปอรเซนตทระบจะขนอยกบพนทหนาตดทงหมด (ยกเวนพอกมม) ของคอนกรตทจะตองเสรมเหลก

แตถาหนาตดของคอนกรตหนากวา 40 ซม. ใหใชความหนาเพยง 40 ซม. ในการคานวณหาปรมาณ

เหลกเสรม

(1) จานวนเหลกเสรมนอยทสดของอาคารชลศาสตร (ยกเวนอาคารขนาดเลก)

1) เมอผวคอนกรตสมผสอากาศและเสรมเหลกเพยงชนเดยว จะตองไมนอยกวา 𝛟12

เรยงระยะหาง 30 ซม.

2) เมอผวคอนกรตไมสมผสอากาศและเสรมเหลกสองชน จะตองไมนอยกวา 𝛟12

เรยงระยะหาง 45 ซม.

(2) การเสรมเหลกชนเดยว

1) พนคอนกรตทมรอยตอหางกนไมเกน 9.00 เมตร

- ไมสมผสโดยตรงกบแสงแดด...................................................0.25%

- สมผสโดยตรงกบแสงแดด.......................................................0.30%

2) พนคอนกรตทมรอยตอหางกนเกน 9.00 เมตร

- ไมสมผสโดยตรงกบแสงแดด....................................................0.35%

- สมผสโดยตรงกบแสงแดด........................................................0.40%

3) กาแพงและสวนอนๆ ของอาคารทเสรมเหลกชนเดยว จานวนเปอรเซนตรวมของ

เหลกเสรมอยางนอยจะตองเทากบจานวนรวมของเปอรเซนตเหลกเสรมของชนทงสองของการเสรมเหลก

ชนดสองชนทแสดงไวในขอ (3) แลวแตกรณ

(3) การเสรมเหลกสองชน

1) พนคอนกรตทมรอยตอหางกนไมเกน 9.00 เมตร

- ผวหนาสมผสกบดน................................................................0.10%

- ผวหนาไมสมผสกบดนโดยตรงและไมถกแสงแดด......................0.15%

- ผวหนาไมสมผสกบดน และสมผสโดยตรงกบแสงแดด................0.20%

2) พนคอนกรตทมรอยตอหางกนเกน 9.00 เมตร

- ถาชวงหางของรอยตอเกน 9.00 เมตร ในทศทางใดๆ ทขนานกบการเสรมเหลก

จะตองเพมเหลกเสรมในทศทางนนๆ อก 0.05%


3) ถาพนคอนกรตถกยดไวในแนวใดแนวหนง เปนระยะสองเทาจากเสนทถกยดถง

ปลายทปลอยอสระ จะพจารณาใหเสรมเหลกเปนเปอรเซนตตามหวขอ (1) และ (2)

3.8 การงอเหลกเสรม และรศมการงอเหลกเสรม

(1) การงอ : ในมาตรฐานการงอจะยดตามขอกาหนด “มาตรฐานรายละเอยดการเสรม

เหลกในอาคารคอนกรต” ของกรมชลประทาน มนาคม 2535 หมายเลข มฐย-4-016 ถง มฐย-4-017

(2) รศมของการงอขอมาตรฐานทปลายเหลก : จะยดตามขอกาหนด “มาตรฐานรายละเอยด

การเสรมเหลกในอาคารคอนกรต” ของกรมชลประทาน มนาคม 2535 หมายเลข มฐย-4-031 ถง มฐย-4-032

(3) การงอนอกเหนอจากมาตรฐาน : จะยดตามขอกาหนด “มาตรฐานรายละเอยดการเสรม

เหลกในอาคารคอนกรต” ของกรมชลประทาน มนาคม 2535 หมายเลข มฐย-4-033 ถง มฐย-4-046

3.9 รอยตอของคอนกรต

รอยตอสาหรบงานคอนกรตเสรมเหลกแบงออกเปน 3 ประเภท คอ รอยตอเพอการหดตว

(Contraction Joint) รอยตอเพอการขยายตว (Expansion Joint) และรอยตอเพอการกอสราง

(Construction Joint) ซงรอยตอของคอนกรตทง 3 ประเภท มรายละเอยดดงน

(1) รอยตอเพอการหดตว (Contraction Joint)

เปนรอยตอในอาคารคอนกรตเพอการหดตวของคอนกรต ผวสมผสของรอยตอจะตอง

ฉาบดวย Sealing Compound บรเวณผวของคอนกรตทเทเสรจกอนแลว เพอปองกนการยดตดกนของ

ผวสมผสตรงบรเวณรอยตอและถาหากมการตดตง Dowel Bars ดวยแลว ตองใชเหลกเสนชนดกลม

เกลยง และปลายของ Dowel Bars ซงจะฝงอยในคอนกรตทจะเทใหมนตองปองกนไมใหเกดแรงยดหนวง

ระหวางคอนกรตและ Dowel Bars โดยการฉาบทาดวย Sealing Compound และหอดวยกระดาษหรอใช

วสดอนทเหมาะสมเพอปองกนการเกดแรงยดเหนยวกบคอนกรต

(2) รอยตอเพอการขยายตว (Expansion Joint)

เปนรอยตอในอาคารคอนกรตเพอการขยายตว มลกษณะคลายกบรอยตอเพอการหดตว

แตบรเวณผวสมผสของคอนกรตจะตดตงแผน Elastic Sheet หนาประมาณ 1-2 ซม. แลวแต กรณเพอให

คอนกรตทขยายตวแลวไมอดกนจนแตกและถาหากจะม Dowel Bars กตองเปนเหลกกลมเกลยงพรอมทง

ปองกนการยดหนวงระหวางเหลก Dowel Bars กบคอนกรตทเทใหม และทสาคญกคอทปลายของเหลก

Dowel Bars ทอยในคอนกรตทจะเทใหมนนจะตองสามารถเคลอนตวในชองวางได เพอปองกนแรงอด

ระหวางคอนกรตและเหลก Dowel Bars


(3) รอยตอเพอการกอสราง (Construction Joint)

รอยตอเพอการกอสราง เปนรอยตอซงมจดมงหมายเพอความสะดวกในการกอสรางหรอ

เกดขน เมอการเทคอนกรตเกดการชะงกงนขน รอยตอเพอการกอสรางจะอยในตาแหนงทอานวยความ

สะดวกในการกอสราง ลดการหดตวเรมแรก และการแตกราวของคอนกรต เพอมเวลาพอทจะตดตงงาน

เหลกในคอนกรตหรอเพอความสะดวกในการทางานคอนกรตอยางอน เชน งาน Backfill Concrete หรอ

งาน Second-Stage Concrete

3.10 การกาหนดความหนาของ Cutoff Walls

Cutoff Walls ซงทาหนาทลดอตราการไหลซมของนาลอดใตอาคาร เพอปองกนการกดเซาะ

ของนา จะออกแบบเปนคอนกรตเสรมเหลกโดยทวไปจะมขนาดและสดสวนตามตารางขางลางเปนอยางนอย

ความลกของนาท

Cutoff (d), ม.

Cutoff Wall

ความลกอยางนอย, ม. ความหนาอยางนอย, ม.

0.00-0.90 0.60 0.15

0.91-1.80 0.75 0.20

> 1.80 0.90 0.20

3.11 การพอกมม (Fillets)

การพอกมมคอการปาดมมฉาก ในอาคารคอนกรต เชนทมมในทอลอดแบบสเหลยม และท

ฐานของกาแพงในแนวดงเพอเพมความแขงแรงหรอเพอลดความเคนสงทจดนน และเพอความสะดวกใน

การเทคอนกรต และถอดแบบคอนกรตขนาดพอกมมทใชกบอาคารตางๆ กาหนดไวดงน

ขนาดของพอกมม (ซม.) ขนาดของทอลอดสเหลยม (ม.) ความสงของกาแพงหรอกาแพงยน (ม.)

5.0 × 5.0 0.00 -1.20 -

7.5 × 7.5 1.20 - 2.00 0.00-2.50

10.0 × 10.0 2.00-2.50 2.50-3.00

15.0 × 15.0 มากกวา 2.50 มากกวา 3.00

หมายเหต : พอกมมอาจจะไมจาเปนตองม ถาไมเหมาะสมในการออกแบบอาคารบางชนด

3.12 ทอคอนกรตเสรมเหลก

ทอกลม

การนาทอคอนกรตหลอสาเรจหรอทอทใชงานชลศาสตร จะตองเปนไปตามขอกาหนดของ

มอก. 128-2528 สาหรบการออกแบบทอหลอสาเรจรบแรงดน หรอทอหลอในทจะตองเปนไปตาม

ขอกาหนด USBR ความสงของดนถมหลงทอจะตองไมนอยกวา 60 ซม.


ทอเหลยม

ลกษณะโดยทวไปเปนทอรปสเหลยมประกอบดวย กาแพงดานขาง 2 ขาง พนลางและเพดาน

ทอ ถาเปนชนด 2 หรอ 3 แถว กจะมกาแพงกลางเพมขนอก ถาเปนอาคารทอลอด (Culvert) จะรบ

นาหนกบรรทกจากดนถมหลงทอ นาหนกรถยนต แรงดนดนและแรงดนนาดานขาง ดงนนอาคารจะตองม

ความแขงแรงเพยงพอทจะรบแรงตางๆ ขางตนได รวมทงฐานรากอาคารจะตองมความมนคงแขงแรงไม

เกดการทรดตวเนองมาจากนาหนกบรรทกของอาคารอกดวย

เกณฑการออกแบบอาคารทอลอด พอจะแยกเปนขอๆ ไดดงน

1) ความลกของดนทบหลงทอจะตองไมนอยกวา 0.60 ม.

2) รถทวงขามทอใชหลกเกณฑของ ASSHTO นาหนกของลอรถสาหรบถนนทไมใชทาง

หลวงเปน H20-44 และแรงกดเนองจากนาหนกของรถบรรทกนนใหคดจากนาหนกของลอหลงทงคแผ

ออกเปนรปปรามดฐานสเหลยมจตรสทมความยาวของดาน 1.75 เทาของความลก และมเกณฑเพมเตม

ดงน

- ความหนาของดนทบหลงทอไมเกน 0.60 ม. ใหคดนาหนกของลอรถโดยตรงส

ผวทอ โดยไมตองแผเปนรปปรามดฐานสเหลยมจตรส

- ความหนาของดนทบหลงทอทเกน 3.00 ม. ไมตองคดนาหนกจากลอรถเลย

- ความหนาของดนทบหลงทอทไมเกน 0.90 ม. ตองเพมแรงกระแทก (Impact)

เนองจากรถทขามหลงทออกดงน

ความหนาของดนทบหลงทอ แรงกระแทก (%ของนาหนกกด)

0-0.30 30

0.30-0.60 20

0.60-0.90 10

มากกวา 0.90 ขนไป 0

3) คดเฉพาะกรณในทอไมมนาเลย แตมดนทบหลงทอดวยความหนาตามทเปนจรง

4) ในกรณทใชทอแถวเดยวไมพออาจจะใชทอค ทอสามแถวหรอมากกวานนได แตมเกณฑ

กวางๆ วา พยายามใหหนากวางของทอใกลเคยงกบขนาดกวางของคลองทตอเชอมทอ ทงนจะใหผลด

ทางดานชลศาสตรดวย

5) การวเคราะหหาแรงตางๆ ทกระทากบตวอาคาร ตลอดจนการวเคราะห Moment Thrusts

และ Shears ทเกดขนในสวนตางๆ ของอาคาร จะใชทฤษฎและตารางตางๆ ของ Portland Cement

Association (PCA) ในหนงสอ Concrete Culvert and Conduits, 1975 หรอใชมาตรฐานการคานวณของ

U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service หรอใชวธของ Moment Distribution

เอกสารประกอบการสอนirre.ku.ac.th/v5/pdf/books/santi/02207421ru.pdf ·...

Documents