View Categories

1 Giới thiệu

Mục lục

1.1 Bối cảnh và Mục đích

Bối cảnh

Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA) chịu trách nhiệm giám sát các cây cầu của quốc gia thông qua Tiêu chuẩn Kiểm định Cầu Quốc gia (NBIS) và các chính sách và chương trình pháp lý khác. Các sự cố cầu do nguyên nhân tự nhiên và con người gây ra đã khiến Quốc hội Hoa Kỳ bày tỏ lo ngại về độ an toàn, phương pháp và công tác giám sát đối với các cây cầu của quốc gia.

Trong Báo cáo Hội nghị cho Đạo luật Phân bổ Ngân sách cho các Bộ Giao thông Vận tải và Phát triển Nhà ở Đô thị, và các Cơ quan Liên quan, năm 2010 (Báo cáo Hạ viện số 111-366), Quốc hội đã khuyến nghị rằng “…(FHWA) nên sử dụng phương pháp giám sát cầu dựa trên rủi ro và dữ liệu hơn” để cải thiện an toàn cầu. Quốc hội đã tuyên bố ý định giám sát tiến độ mà FHWA đạt được trong việc xác định các cách tiếp cận mới đối với công tác giám sát cầu, hoàn thành các sáng kiến và đạt được kết quả từ các nỗ lực đó. Quốc hội chỉ đạo FHWA phân bổ kinh phí theo trọng tâm và thực hiện các hoạt động này.

Để đáp ứng báo cáo của Quốc hội, FHWA đã tiến hành kết hợp các hoạt động đóng góp vào bốn kết quả chính: tăng cường giám sát an toàn cầu; tất cả các bang tuân thủ đầy đủ NBIS; cải thiện thông tin để giám sát an toàn và tình trạng; và có nhân viên kiểm định cầu đủ điều kiện và được đào tạo.

Vì các vấn đề thủy lực vẫn là nguyên nhân chính dẫn đến sự cố cầu, FHWA nhận thấy rằng các hoạt động này cần nỗ lực thu thập, hiểu và triển khai các kỹ thuật và hướng dẫn gần đây phù hợp với thực tiễn hiện tại liên quan đến thủy lực và thủy văn. Tài liệu này là một trong những sản phẩm của những nỗ lực đó.

Mục đích

Mục đích của Tài liệu số 7 trong loạt Thiết kế Thủy lực (HDS-7) Thiết kế Thủy lực cho Cầu An toàn là cung cấp thông tin kỹ thuật và mô tả các thực hành được chấp nhận rộng rãi trong thiết kế thủy lực cầu. Phiên bản đầu tiên của HDS-7 thay thế cho HDS-1 Thủy lực của Cầu qua Dòng chảy (FHWA 1978). Ba thập kỷ kể từ lần xuất bản cuối của HDS-1 đã chứng kiến những thay đổi đáng kể trong cả các tiêu chuẩn thiết kế thủy lực của cầu và các phương pháp cũng như công cụ có sẵn cho phân tích thủy lực. HDS-7 phiên bản đầu tiên đã cung cấp một tài liệu tham khảo toàn diện về thực trạng hiện đại trong thiết kế thủy lực cầu. Thực trạng kỹ thuật tiếp tục phát triển kể từ khi phiên bản đó được xuất bản. Phiên bản thứ hai này cung cấp nội dung cập nhật và thảo luận về kỹ thuật thủy lực cầu, phản ánh những tiến bộ mới.

Kỹ sư thủy lực nhằm mục tiêu phát triển các thiết kế cầu bảo vệ sự an toàn của người tham gia giao thông và chống chịu với thiệt hại do lũ. Một thiết kế tốt cũng tối ưu hóa chi phí dự án và giảm thiểu tác động đến tài sản lân cận và môi trường. Tài liệu này thảo luận các khía cạnh quan trọng trong thiết kế thủy lực cầu. Bao gồm các cân nhắc thiết kế, chủ đề pháp lý, các phương pháp cụ thể cho mô hình thủy lực cầu, lựa chọn mô hình thủy lực, tác động của thiết kế cầu đến xói lở và bất ổn định dòng chảy, và vận chuyển bùn cát.

1.2 Lịch sử của Phân tích & Thiết kế Thủy lực Cầu

Những năm đầu của xây dựng đường bộ ở Hoa Kỳ

Việc xác định kích thước thủy lực của cầu và cống ở Hoa Kỳ đã không ngừng phát triển kể từ những ngày đầu xây dựng đường bộ và đường sắt. Chow (1962) và McEnroe (2007) đã cung cấp các bản tóm tắt hữu ích về các phương pháp được sử dụng vào những năm 1800 và đầu những năm 1900. Những phương pháp sớm nhất dựa trên kinh nghiệm thực tiễn và đánh giá cá nhân của kỹ sư, được hướng dẫn bởi quan sát về hiệu suất của các công trình.

Phương trình Manning (xem Chương 4) trở nên phổ biến vào những năm 1890. Phương trình này thiết lập mối quan hệ giữa vận tốc dòng chảy và kích thước, hình dạng, độ dốc và sức cản của dòng chảy trong điều kiện dòng đều (uniform). Đây là một cải tiến trong phân tích thủy lực, tuy nhiên không tính đến các điều kiện không đều (non-uniform) như backwater tại cầu.

Đến năm 1900, các kỹ sư đường sắt đã sử dụng các công thức và bảng để xác định kích thước khẩu độ vượt sông. Trong số này có công thức Meyers, được trình bày lần đầu năm 1879; công thức Talbot, xuất bản năm 1887; và bảng tra kích thước khẩu độ vượt sông (Dun Waterway Table) của tuyến đường sắt Atchison, Topeka và Santa Fe, xuất bản năm 1909. Các phương pháp này liên quan đến việc xác định thủy đạo ở cầu hoặc cống dựa trên diện tích lưu vực, với các hệ số hoặc điều chỉnh cho độ dốc lưu vực và yếu tố địa lý. Công thức Talbot bao gồm các hệ số cho cường độ mưa và độ không thấm của bề mặt đất. Nhiều kỹ sư giao thông đường bộ vẫn còn sử dụng bảng Dun đến tận những năm 1960 và công thức Talbot cho đến những năm 1970.

Các phương pháp mô tả ở trên, cùng với nhiều phương pháp tương tự khác, đã được sử dụng rộng rãi, nhưng thường không thể hiện rõ các điểm yếu của chúng. Trong bài báo, McEnroe (2007) đưa ra một phân tích phê bình về thực trạng vào những năm 1880 của A. M. Wellington, được xuất bản trên tạp chí Railroad Gazette năm 1886:

Đối với cống, nếu chúng tôi được yêu cầu đề xuất một công thức, thì không có gì tốt hơn như sau: Ước lượng diện tích cần thiết một cách cẩn thận nhất có thể dựa trên các bằng chứng hiện có về lưu lượng lớn nhất, gọi là A. Vậy thì \(\sqrt[3]{8}A\) sẽ bằng diện tích thích hợp cho cống. Nói một cách phổ thông hơn: “Đoán kích thước phù hợp và nhân đôi lên.” Chúng tôi cho rằng công thức này sẽ mang lại kết quả hài lòng và đáng tin cậy hơn nhiều so với công thức mà cộng tác viên của chúng tôi trích dẫn [công thức Myers] hay bất kỳ công thức nào khác vốn được cho là có thể áp dụng một cách tổng quát cho một vấn đề có điều kiện biến thiên lớn như vậy (Wellington, 1886)

Những tiến bộ giữa thế kỷ 20 và sự phát triển của mô hình máy tính

Việc xác định kích thước cống và cầu dựa trên tần suất lũ là một tiến bộ quan trọng trong kỹ thuật giao thông. Cục Đường bộ Công cộng (tiền thân của FHWA) và các tổ chức khác đã thực hiện các nghiên cứu vào những năm 1940, đặt nền tảng cho thiết kế dựa trên tần suất lũ, và thực hành kỹ thuật giao thông đường bộ bắt đầu chuyển sang phương pháp này từ những năm 1950 (McEnroe 2007).

Giáo trình Open-Channel Hydraulics của V. T. Chow (1959) đã trình bày phương pháp bước chuẩn (standard-step method) như một kỹ thuật số để tính toán đường mặt nước (water surface profile) trong điều kiện dòng ổn định (steady-flow) trong một kênh hoặc vùng ngập tự nhiên. Phương pháp này xuất phát từ hai nguyên lý cơ bản: bảo toàn khối lượng và bảo toàn năng lượng. Để tính đến các điều kiện dòng không đều (non-uniform), Cục Đường bộ Công cộng đã xuất bản HDS-1 lần đầu năm 1960 và cập nhật vào các năm 1970 và 1978 (FHWA 1978). HDS-1 trình bày các phương trình và bảng biểu nhằm ước tính dòng backwater do cầu gây ra dựa trên hình học cầu cụ thể, mức độ thắt hẹp dòng chảy tại điểm vượt sông, góc lệch dòng chảy, và các yếu tố khác.

Dựa trên công trình của Chow, các kỹ sư đã phát triển phần mềm máy tính để tính toán đường mặt nước bằng phương pháp bước chuẩn. Vào cuối những năm 1960, Trung tâm Kỹ thuật Thủy học (HEC) của Quân đoàn Công binh Hoa Kỳ (USACE) đã phát hành chương trình Backwater Any Cross Section, thường được gọi là HEC-2 Water Surface Profiles (USACE 1991). HEC-2 trở thành chương trình phổ biến nhất trong loạt chương trình USACE HEC. Chương trình này liên tục được cải tiến và vào năm 1984, đã được đưa vào môi trường máy tính cá nhân (PC).

HEC-2, một mô hình một chiều (1D), đánh dấu sự chuyển đổi trong phân tích thủy lực cầu ở Hoa Kỳ từ các phương trình toán học cơ bản sang các mô hình số. Một chiều, trong ngữ cảnh này, nghĩa là phương pháp chỉ tính đến vận tốc, lực và gradient theo hướng dòng chảy (thượng lưu hoặc hạ lưu). Phương pháp không bao gồm vận tốc, lực hoặc gradient theo phương ngang hoặc phương thẳng đứng. Các mô hình số đã trở thành phương pháp chính trong phân tích thủy lực cầu kể từ khi HEC-2 được giới thiệu.

FHWA, phối hợp với Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), cũng đã phát triển một chương trình máy tính 1D để tính toán đường mặt nước, nhưng đặc biệt nhấn mạnh đến dòng chảy qua cầu. Mô hình tính toán water surface profile của USGS/FHWA sẽ trở thành WSPRO (FHWA 1986). Giống như HEC-2, chương trình WSPRO tính toán water surface profile cho sông và vùng ngập lụt với các mặt cắt ngang tự nhiên, sử dụng phương pháp bước chuẩn.

Năm 1995, USACE đã phát hành Hệ thống Phân tích Sông của HEC (HEC-RAS). Chương trình 1D này đã thay thế HEC-2 với các cải tiến về tính toán và, quan trọng hơn, với giao diện người dùng đồ họa để phát triển đầu vào và xem kết quả. HEC-RAS đã tích hợp các khía cạnh của phương pháp WSPRO như một tùy chọn mô hình cầu cho người dùng. Mô hình 1D HEC-RAS nhanh chóng trở thành phương pháp tiếp cận chủ đạo cho các nghiên cứu kỹ thuật thủy lực trên toàn Hoa Kỳ, bao gồm các nghiên cứu được thực hiện bởi các cơ quan giao thông vận tải.

Sự xuất hiện và phát triển của mô hình thủy lực hai chiều

Các kỹ sư thủy lực cầu thường thực hiện phân tích 1D vào giữa những năm 1990. Các nhà thực hành ngày càng nhận thức được những hạn chế và thiếu chính xác của các mô hình 1D, đặc biệt là đối với các tình huống phức tạp. Mô hình thủy lực hai chiều (2D) đã có sẵn và được một số ít cơ quan sử dụng để mô phỏng các vấn đề thủy lực phức tạp ngay từ những năm 1970. Nhưng cho đến những năm 1980 và đầu những năm 1990, các mô hình 2D chủ yếu chạy trên máy tính lớn do cường độ tính toán của chúng. Bộ xử lý cho PC trở nên đủ mạnh vào những năm 1980 để cho phép việc sử dụng mô hình 2D phổ biến một cách hạn chế. Kể từ thời điểm đó, số lượng dự án sử dụng mô hình 2D cho các ứng dụng giao thông vận tải đã tăng đều đặn. Một số chương trình máy tính hiện có sẵn để thực hiện mô hình 2D. Trong bối cảnh này, 2D có nghĩa là phương pháp tính đến vận tốc, lực và gradient theo tất cả các hướng trong mặt phẳng nằm ngang. Phương pháp này bỏ qua các thành phần và gradient theo phương thẳng đứng.

Các mô hình 2D phổ biến sớm ở Hoa Kỳ bao gồm RMA2 của USACE và FESWMS-2DH của USGS (Froehlich, 1989). Việc ứng dụng mô hình cho các dự án giao thông vận tải bắt đầu vào năm 1988. Đại học Kentucky đã phát triển FESWMS-2DH dưới sự tài trợ và giám sát của FHWA. Năm 2003, tên chương trình được đổi thành Flow and Sediment Transport Model (FST2DH), và FHWA đã xuất bản Sổ tay Hướng dẫn Người dùng (FHWA 2003).

Năm 2012, FHWA xuất bản phiên bản đầu tiên của HDS-7. Tài liệu thiết kế thủy lực này, kế thừa HDS-1, đã xác định một số thực hành tốt nhất trong mô hình thủy lực cho thiết kế cầu. Trong khi phiên bản đầu tiên của HDS-7 xem xét và giải thích cả mô hình 1D và 2D, nó đã gợi ý sử dụng mô hình 2D cho nhiều tình huống hơn. Phiên bản thứ hai này của HDS-7 cũng nhấn mạnh gợi ý đó và mở rộng nó cho phạm vi tình huống rộng hơn, với sự gia tăng đáng kể của phần mềm mô hình, đào tạo mô hình 2D, và dữ liệu địa hình chi tiết chất lượng cao.

Năm 2013, FHWA bắt đầu sử dụng mô hình Sedimentation and River Hydraulics (SRH-2D), được phát triển và duy trì bởi Cục Khai hoang Hoa Kỳ (USBR), và đề xuất sử dụng mô hình này cho các phân tích thủy lực giao thông vận tải. SRH-2D đánh dấu sự chuyển đổi khỏi việc sử dụng FST2DH. SRH-2D tránh được các vấn đề về ổn định thường gặp với các mô hình 2D trước đó như RMA2 và FST2DH. Năm 2013, phần mềm Surface Water Modeling System (SMS) đã thêm SRH-2D làm một chương trình mô hình được hỗ trợ. FHWA đã hợp tác với USBR để tích hợp một số tính năng mô hình thủy lực tiên tiến vào SRH-2D, bao gồm thủy lực cống, dòng chảy quanh mố cầu, và áp lực dòng. Sự hỗ trợ của FHWA trong việc phát triển giao diện đồ họa người dùng riêng cho SRH-2D trong SMS cũng dẫn đến việc cung cấp miễn phí phiên bản cộng đồng của SMS. Hydraulic Toolbox của FHWA cũng là một phần của SMS để hỗ trợ tính toán xói lở thông qua lớp phủ bản đồ trong mô-đun bản đồ. Lớp phủ xói lở cung cấp các công cụ giúp người dùng trích xuất chính xác các biến thủy lực để tính toán xói lở. FHWA cũng đã phát hành tài liệu Two-Dimensional Hydraulic Modeling for Highways in the River Environment: Reference Document (FHWA 2019), được dự định là một tài liệu tham khảo toàn diện về việc sử dụng mô hình thủy lực 2D cho các công trình giao thông vận tải trong môi trường sông suối.

USACE đã phát hành phiên bản 5 của HEC-RAS vào năm 2016. Phiên bản này bổ sung chức năng 2D cho chương trình được sử dụng rộng rãi này. HEC-RAS phiên bản 6, phát hành năm 2021, bao gồm một số cải tiến 2D bổ sung, bao gồm thủy lực cầu, lực gió, phương trình nước nông mới (SWE), và khả năng mô hình hóa vận chuyển bùn cát. Các chương trình mô hình 2D khác vẫn tồn tại và có thể phù hợp với các ứng dụng mô hình thủy lực cầu, đặc biệt là các chương trình hỗ trợ lưới không có cấu trúc, thực hiện tính toán hai chiều trong lòng sông tại cầu, và cho phép mô hình hóa dòng chảy quanh mố cầu và áp lực dòng.

Nhìn về phía trước

FHWA và nhiều sở giao thông vận tải bang đã đầu tư đáng kể vào việc nâng cao thực tiễn trong thủy lực cầu. Thông qua sáng kiến Every Day Counts-4 có tên Collaborative Hydraulics: Advancing to the Next Generation of Engineering (CHANGE) (2017–2018), FHWA đã phát triển và phổ biến tài liệu hướng dẫn cùng các khóa đào tạo nhằm thúc đẩy việc mở rộng sử dụng mô hình 2D trong thủy lực giao thông vận tải. Các bang đã phản hồi tích cực, với việc gia tăng sử dụng mô hình 2D cho thiết kế cầu. Có cơ sở hợp lý để suy đoán rằng đến năm 2025, mô hình 2D sẽ chiếm phần lớn các nghiên cứu thủy lực thiết kế cầu mới tại Hoa Kỳ.

Cũng giống như mô hình 2D vào đầu những năm 1990, sự gia tăng khả năng của máy tính cá nhân hiện nay khiến cho mô hình 3D/động lực học chất lỏng tính toán (CFD) trở nên dễ tiếp cận hơn đối với một nhóm kỹ sư thủy lực đang ngày càng mở rộng trong các cơ quan giao thông và công ty tư vấn. FHWA đã thực hiện nhiều dự án nghiên cứu xói lở bằng CFD trong những năm gần đây và hình dung rằng các nhóm thiết kế cầu trong tương lai sẽ sử dụng các công cụ CFD để phân tích xói lở.

Phân tích và thiết kế thủy lực cầu vẫn bị ảnh hưởng bởi một số lĩnh vực chưa chắc chắn. Tuy nhiên, nỗ lực của các nhà nghiên cứu và thực hành cùng với sự bùng nổ về sức mạnh và khả năng tiếp cận máy tính qua các thập kỷ đã nâng cao đáng kể thực tiễn kỹ thuật thủy lực cầu.

1.3 Tổ chức tài liệu

Tài liệu này được tổ chức thành 12 chương và hai phụ lục như sau:

Chương 1 – Giới thiệu
Chương này thảo luận về mục đích của HDS-7 và cơ sở lập pháp của nó. Chương này giải thích các mốc chính trong lịch sử thủy lực cầu ở Hoa Kỳ.

Chương 2 – Các yếu tố thiết kế thủy lực cầu
Mô tả các yếu tố phổ biến nhất trong thiết kế thủy lực cầu. Các yếu tố và ràng buộc liên quan đến backwater ảnh hưởng đến thiết kế cầu (chiều dài cầu, chiều cao kết cấu cầu, và loại mố cầu) và dạng hình học của mặt đường. Khoảng không phía trên mực nước thiết kế tạo khoảng trống giữa mực nước thiết kế và kết cấu cầu để chứa vật nổi và một số yếu tố không chắc chắn trong ước lượng lưu lượng và phân tích thủy lực. Kỹ sư thủy lực đánh giá tiềm năng xói lở và độ ổn định dòng chảy để hỗ trợ thiết kế móng trụ và mố cầu. Chương 2 cũng thảo luận về các phương pháp thiết kế cầu nhằm tăng khả năng chống chịu của mạng lưới đường giao thông trước các sự cố và thiệt hại do lũ lụt.

Chương 3 – Yêu cầu quy định đối với thiết kế thủy lực cầu
Thảo luận các ràng buộc thiết kế và yêu cầu giấy phép bắt nguồn từ luật liên bang. Một số đạo luật và quy định điều chỉnh hoạt động của FHWA và ảnh hưởng đến thiết kế thủy lực cầu. Các yêu cầu bổ sung về giấy phép và thủ tục phát sinh từ các đạo luật và quy định của các cơ quan khác. Những yêu cầu này bao gồm đánh giá môi trường theo Đạo luật Chính sách Môi trường Quốc gia, Giấy phép Cầu của Lực lượng Tuần duyên, Mục 404 của Đạo luật Nước Sạch, yêu cầu bảo tồn di tích lịch sử và Chương trình Bảo hiểm Lũ lụt Quốc gia.

Chương 4 – Nguyên lý thủy lực sông và vùng ngập lụt
Cung cấp nền tảng về các nguyên lý cơ bản của dòng hở có đáy cố định. Nó cung cấp cho kỹ sư một hiểu biết khái niệm thực tiễn về phân loại dòng chảy và các phương trình chi phối của dòng hở. Với sự hiểu biết này, kỹ sư có thể xem xét và diễn giải kết quả mô hình thủy lực, kiểm tra các kết quả nghi ngờ, giải thích kết quả cho người khác, dự đoán ảnh hưởng của thay đổi đầu vào đến kết quả, và xác định lý do nên chọn phương pháp này thay vì phương pháp khác.

Chương 5 – Các yếu tố phân tích thủy lực cầu
Xây dựng từ nền tảng của Chương 4 để thảo luận về mô hình thủy lực. Chương này so sánh và đối chiếu mô hình số 1D, 2D, và 3D cũng như các nghiên cứu mô hình vật lý. Chương 5 cũng thảo luận dữ liệu mô hình, điều kiện biên, phân tích thủy lực và giải thích mô hình dòng đều so với dòng không đều. Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp mô hình phù hợp. Các ví dụ về cầu xiên và cầu nhiều nhịp là hai trường hợp điển hình yêu cầu mô hình 2D thay vì 1D. Ngày càng nhiều trường hợp cần nhiều thời gian và công sức hơn để phát triển mô hình 2D thay vì 1D.

Chương 6 – Phân tích thủy lực cầu một chiều
Cung cấp thông tin về việc sử dụng mô hình 1D cho phân tích thủy lực cầu. Chương này thường tham chiếu đến HEC-RAS, nhưng thông tin cũng áp dụng cho các mô hình 1D khác. Chương trình bày các ứng dụng điển hình cũng như các trường hợp đặc biệt. Cách tiếp cận mô hình 1D giải bài toán mặt cắt water surface profile của một con sông tự nhiên và vùng ngập bằng cách giải standard-step của phương trình năng lượng. Các điểm tính toán là các mặt cắt ngang, hay transect, trên vùng ngập. Kỹ sư có thể lựa chọn từ nhiều phương pháp sẵn có để tính toán thủy lực cầu, cả cho dòng chảy mặt tự do dưới cầu và cho điều kiện lũ cao tạo ra dòng áp lực hoặc tràn mặt.

Chương 7 – Phân tích thủy lực cầu hai chiều
Cung cấp thông tin về việc sử dụng mô hình 2D cho phân tích thủy lực cầu. Chương này đôi khi đề cập đến các chương trình SRH-2D và SMS, nhưng thông tin cũng có thể áp dụng cho các mô hình thủy lực 2D khác. Chương giải thích các giả định, dữ liệu đầu vào và tham số của mô hình 2D. Nội dung bao gồm các ứng dụng mô hình tổng quát và kỹ thuật đặc biệt để mô hình các công trình cầu giao thông đường bộ. Mô hình hai chiều sử dụng lưới không cấu trúc đang nhanh chóng trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ. Việc áp dụng các thực hành tốt trong đại diện địa hình, phát triển lưới, gán độ nhám và xây dựng điều kiện biên cho phép kỹ sư tạo ra các mô hình mô phỏng có độ tin cậy cao. Đổi lại, các mô hình này giúp kỹ sư chuẩn bị thiết kế cầu hiệu quả hơn. Chương này tham chiếu rộng rãi đến một tài liệu khác của FHWA: Two-Dimensional Hydraulic Modeling of Highways in the River Environment (FHWA 2019).

Chương 8 – Phân tích thủy lực dòng không ổn định & cầu vượt sông thủy triều
Thảo luận về mô hình dòng không ổn định bằng mô hình 1D và 2D. Các chủ đề được thảo luận trong chương này bao gồm các yếu tố cơ bản xác định dòng không ổn định, phạm vi mô hình thượng lưu và hạ lưu, khả năng lưu trữ của vùng ngập, các kết nối, và điều kiện biên. Chương này thảo luận các loại dòng chảy của sông thủy triều thường gặp ở các cầu giao thông. Nội dung bao gồm thủy triều, dòng chảy và sóng. Các tuyến đường vượt sông thủy triều chịu điều kiện thủy lực cơ bản khác biệt so với cầu vượt sông thông thường. Dao động thủy triều dẫn đến thay đổi liên tục lưu lượng và sự đảo chiều dòng chảy qua cầu. Dòng chảy do bão có thể đạt vận tốc cao, dù chỉ thoáng qua, và sóng lớn có thể là mối đe dọa nghiêm trọng đến độ bền của cầu. Chương này tham chiếu rộng rãi đến tài liệu khác của FHWA: HEC-25 Highways in the Coastal Environment (FHWA 2020).

Chương 9 – Các yếu tố xói lở cầu và biện pháp chống xói
Thảo luận một khía cạnh quan trọng của an toàn cầu. Xói lở trong lũ là một yếu tố quan trọng trong thiết kế cầu và dự đoán xói là một đóng góp chính của kỹ sư thủy lực cho thiết kế kết cấu cầu. Chương này trình bày các loại xói và giải thích các phương pháp thu thập biến thủy lực phù hợp để tính toán xói từ mô hình 1D và 2D. Chương này hướng dẫn cách sử dụng phần mềm FHWA Hydraulic Toolbox để thực hiện tính toán xói. Nội dung mô tả cách sử dụng kết quả mô hình thủy lực để thiết kế các biện pháp chống xói và phân tích một số thiết kế biện pháp bảo vệ. Chương này đề cập đến một số tài liệu của FHWA, bao gồm: HEC-18 Evaluating Scour at Bridges (FHWA 2012b), HEC-20 Stream Stability at Highway Structures (FHWA 2012c), HEC-23 Design of Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures (FHWA 2009a), HEC-25 Highways in the Coastal Environment (FHWA 2020) và Hydraulic Considerations for Shallow Abutment Foundations (FHWA 2018).

Chương 10 – Vận chuyển bùn cát và khái niệm về kênh phù sa
Cung cấp cái nhìn tổng quan về việc áp dụng các khái niệm vận chuyển bùn cát vào các dự án cầu và hỗ trợ xác định xem có cần phân tích vận chuyển bùn cát hay không. Nội dung thảo luận các khái niệm và phương trình vận chuyển bùn cát và mô tả phương pháp phân tích dựa trên liên tục khối lượng bùn cát. Chương này tham khảo và trích dẫn rộng rãi một tài liệu khác của FHWA là HEC-16 Highways in the River Environment: Roads, Rivers, and Floodplains (FHWA 2023a).

Chương 11 – Các yếu tố khác và chủ đề thủy lực cầu
Nguồn tài liệu cho kỹ sư thủy lực nhằm xác định các yếu tố bổ sung có thể ảnh hưởng đến thiết kế cầu và an toàn kết cấu. Các chủ đề bao gồm: thoát nước mặt cầu, lực thủy lực tác dụng lên mặt cầu, trụ và nhóm cọc, dòng chảy hội tụ tại hợp lưu sông, mô hình vật lý và động lực học chất lỏng tính toán (CFD).

Chương 12 – Tài liệu tham khảo
Liệt kê tất cả các tài liệu tham khảo được trích dẫn trong tài liệu. Với các tài liệu do cơ quan chính phủ xuất bản (FHWA, USGS, NCHRP, v.v.), tên cơ quan được ghi là tác giả. Định dạng này được chọn để nhóm tất cả tài liệu của cơ quan trong danh mục tham khảo. Mỗi tài liệu trích dẫn đều có tên tác giả.

Phụ lục A – Thuật ngữ Cung cấp các thuật ngữ và định nghĩa hữu ích được sử dụng trong tài liệu.

Phụ lục B – Đơn vị đo Một phụ lục cung cấp thông tin về đơn vị và chuyển đổi đơn vị.

1.4 Đơn vị sử dụng trong tài liệu này

Tài liệu này sử dụng đơn vị thông thường (đơn vị Anh) phù hợp với chính sách của FHWA. Tuy nhiên, trong một số trường hợp giới hạn, tài liệu sử dụng cả đơn vị thông thường (Anh) và đơn vị SI (hệ mét), hoặc chỉ sử dụng đơn vị SI, vì đây là hệ đo lường chủ yếu được sử dụng trên toàn quốc và toàn cầu cho các chủ đề như vậy. Trong những trường hợp này, tài liệu cung cấp cơ sở lý do cho việc sử dụng các đơn vị đó.