เอกสารประกอบการสอนirre.ku.ac.th/v5/pdf/books/santi/02207421Ru.pdf ·...
Transcript of 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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 3
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 4
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 5
รปท 1-2 อาคารทดนาแบบ Open Check
PRECAST CONCRETE DECK
PLAN
PRECAST CONCRETE DECK
L3 MIN = 2.0 m. L1 MIN = 2.0 m. L2
∆H
b1 b2
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 6
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 7
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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 9
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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 10
รปท 1-5 อาคารนาตกแนวดง (Vertical Drop)
PRECAST CONCRETE DECK
PLAN
PRECAST CONCRETE DECK
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 11
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 15
การคานวณออกแบบทางดานชลศาสตรสาหรบอาคารนาตกแบบรางเทมเกณฑกาหนด
ดงตอไปน
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 16
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 17
(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 −+
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 18
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 19
- 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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 20
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 )
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 22
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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 23
รปท 1-11 ทอลอดคลองสงนาธรรมชาต
M
IN. =
1.5
∆H V
M
IN. (
D/CO
Sφ2)
/ 6
TOP
OF
LIN
ING
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 24
3) ในกรณทมอาคารอดนา Loss ท Check (Hck) = 0.5 ∆HV ม.
เมอ ∆HV = Difference in velocity heads at
check opening and upstream
canal section, ม.
4) Loss ทบานอดนา (Hg) = 1.0 ∆HV ม.
เมอ ∆HV = Difference in velocity heads at
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.
เมอ ∆HV = Difference in velocity heads at
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 25
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
ดงตอไปน
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 26
รปท 1-12 ทอลอดถนน
RAMP >/ 10% CRADE RAMP >/ 10% CRADE
MIN = 1.5 ∆HV D/6
α
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 27
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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 28
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 30
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 31
- 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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 33
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 34
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 37
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)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 39
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 40
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 43
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 45
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 46
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 47
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 48
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 49
(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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 50
รปท 2-2 แสดงโคงสาหรบหาขนาดหนหรอหนเรยงทายอาคาร Stilling Basin
(USBR, Engineering Monograph No.25)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 51
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)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 52
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°)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 53
(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)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 54
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 55
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 56
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 57
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 58
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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 59
- 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)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 61
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 62
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 63
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 64
(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)
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 65
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 66
(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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 67
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%
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 68
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
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 69
(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.
เกณฑการออกแบบอาคารในคลองสงนา หนา 70
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