Sổ tay thủy văn cầu đường - Tính toán thủy văn, thủy lực công trình thoát nước dọc tuyến part 4 pps

296 - Khẩu độ công trình thoát nớc cần phải tính đến khả năng sẽ đô thị hoá hoặc chuyển đổi mục đích sử dụng một phần diện tích lu vực. Khi đó chỉ tiêu thoát nớc sẽ tăng lên đáng kể. - Thông thờng công trình mới xây dựng phải có khả năng thoát nớc tốt hơn các công trình hiện hữu trên tuyến kênh, mơng. c. Các vấn đề cần lu ý khi thiết kế công trình thoát nớc: Khi thiết kế công trình thoát nớc trong khu vực đồng bằng, cần quan tâm tới các yếu tố sau đây: - Đảm bảo các yêu cầu của sản xuất nông nghiệp nh: bố trí cửa phai hoặc khe phai để điều tiết dòng chảy (nếu cần thiết); Có các biện pháp gia cố tại cửa ra để không gây xói kênh mơng. - Cao độ đáy các công trình thoát nớc cần phù hợp với cao độ đáy kênh mơng sau khi nạo vét, hoặc thấp hơn cao độ dòng chảy hiện tại tối thiểu từ 20cm tới 30cm. - Trong trờng hợp thiết kế công trình cống, đặc biệt là các cống hộp, cống bản không nên thiết kế cống chảy ngập, cần đảm bảo tĩnh không từ mực nớc lớn nhất tới đỉnh cống để đảm bảo bèo rác trong kênh mơng không bị dồn tắc tại vị trí cống. Vận tốc dòng chảy thiết kế trong các kênh mơng khu vực đồng bằng nên nhỏ hơn 1,5 - 2,0m/s. Đối với kênh mơng đã đợc bê tông hóa có thể lớn hơn, tuy nhiên không nên quá 2,5m/s. Đ8.2. Đờng tràn Giải pháp sử dụng đờng tràn rất hiệu quả đối với các suối, sông nhỏ có lòng chủ tơng đối cạn trong mùa khô, thời gian nớc lên và xuống nhanh. Công trình đờng tràn thờng đợc áp dụng trên các tuyến đờng cấp thấp, lu lợng xe không lớn tại các sông suối miền núi và trung du. Tại khu vực đồng bằng, giải pháp đờng tràn đôi khi còn đợc kết hợp với cầu vợt qua lòng chủ tại những khu vực có bãi sông rộng, dòng chảy ổn định. Đờng tràn theo khái niệm thủy lực là một dạng đập tràn đỉnh rộng với chiều cao thấp. Thông thờng chiều cao đờng tràn chỉ từ 1,0m tới 3,0m. Nh vậy chiều rộng đờng tràn lớn hơn chiều cao đập tràn từ 3 đến 5 lần. Đờng tràn thờng đợc xây dựng kết hợp cống thoát nớc. Khả năng thoát nớc của các cống dới đờng tràn thông thờng phải lớn hơn lu lợng trung bình mùa cạn để đảm bảo mặt đờng tràn không có nớc trong mùa cạn. Các thông số thủy lực của đờng tràn đã đợc nêu rõ trong Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn, QP.TL.C-8-76. Trong mục này không đề cập lại chi tiết các công thức tính toán với các trờng hợp cụ thể mà chỉ đa ra các lu ý khi tiến hành tính toán. Thiết kế đờng tràn cần chú ý các điểm sau: Chiều sâu mực nớc tràn trên mặt đờng không đợc vợt quá các trị số ghi trong bảng dới đây. 297 Đối với một số tuyến đờng lợng xe ít, cho phép có thời gian tắc xe, chiều sâu nớc tràn qua mặt đờng tràn có thể lớn hơn các trị số trong bảng trên. Tuy nhiên trong trờng hợp này cần đảm bảo lu tốc dòng chảy không phá hỏng kết cấu đờng tràn; Trên đờng tràn phải bố trí hệ thống cọc tiêu để báo phạm vi phần xe chạy và cọc thủy chí để báo mực nớc ngập; Độ dốc ta luy đờng tràn quy định là 1:11:1,5 ở phía thợng lu và 1:31:5 ở phía hạ lu; Mái ta luy và mặt tràn phải đảm bảo không bị xói, thờng là kết cấu bê tông, gia cố hoặc lát đá. Đặc biệt phải chú ý gia cố khu vực sát chân ta luy để phòng xói khi nớc chảy từ mái ta luy xuống. Chiều rộng gia cố đối với thợng lu là 2,05,0m, hạ lu (2,54,0) lần vận tốc nớc chảy. Đờng tràn có thể làm kết hợp với cầu tràn, cống để tăng khả năng thoát nớc và phù hợp với địa hình mặt cắt sông, suối. Bảng 8 6 Chiều sâu nớc tràn cho phép trên mặt đờng tràn Vận tốc nớc chảy (m/s) Chiều sâu nớc tràn qua đờng (m) Ô tô Xe xích Xe thô sơ < 1,50 0,50 0,70 0,40 1,50 2,00 0,40 0,60 0,30 > 2,00 0,30 0,50 0,20 Khả năng thoát nớc qua đờng tràn đợc xác định dựa vào công thức đập tràn đỉnh rộng. 2 0 3 2 HgmbQ ngTr (8-17) trong đó ng hệ số triết giảm do hạ lu bị ngập, phụ thuộc vào tỷ số , 0 H h K n n lấy nh sau: Bảng 8 7 Bảng tra hệ số ng K n 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 ng 1,00 0,99 0,97 0,95 0,95 0,90 0,84 0,78 0,60 0,40 h n : chiều sâu ngập ở hạ lu tính từ mép đờng tràn, H 0 : chiều cao cột nớc tính từ mép nền đờng về phía thợng lu, m: hệ số lu lợng khi đập chảy theo chế độ tự do, 298 b: chiều dài đờng tràn hay chiều rộng của dòng chảy tràn qua đờng phụ thuộc vào chiều sâu nớc tràn qua đờng, xác định theo trắc dọc đờng; g: gia tốc trọng trờng. Chiều sâu nớc chảy trên đờng tràn, loại chảy tự do (h n 0,8H 0 ) có thể xác định theo bảng dới đây bằng cách nhân hệ số K c với H o . Đối với loại chảy theo chế độ chảy ngập (h n >0,8H o ) chiều sâu nớc chảy trên đờng tràn. h c h n = h H nền ( h : chiều sâu nớc chảy lúc tự nhiên tại lòng sông ở hạ lu đờng tràn) Khả năng thoát nớc qua cống của đờng tràn liên hợp đợc xác định theo công thức sau: Khi hạ lu cống không bị ngập ( h < 1,3 h k ): Q c = d donen hHHg 2 (8 -18) trong đó: : hệ số thu hẹp, lấy bằng 0,65; : hệ số vận tốc, lấy bằng 0,85; h d , d : chiều cao và tiết diện cống có khẩu độ d; H nền : chiều cao đắp nền đờng. Khi hạ lu cống bị ngập ( h 1,3h k ) Q c = d donen hHHg 2 (8-19) Vận tốc nớc chảy trên đờng tràn tính theo công thức: c tr tr bh Q v (8- 20) trong đó: h c : chiều sâu nớc tràn qua đờng Vận tốc nớc chảy trên mái ta luy đờng tràn xác định nh trên dốc nớc: 5/3 10/35/2 0 a n iq v (8-21) trong đó: q: lu lợng chảy trên 1 mét dài đờng tràn: 2/3 0 2 Hgmq ng (8-22) i : độ dốc mái ta luy đờng tràn phía hạ lu; n a : hệ số nhám có xét tới ảnh hởng của bọt khí n a = n.a; n: hệ số nhám của mái ta luy; a: hệ số lẫn khí. Bảng 8-8 299 Hệ số lu lợng m và chiều sâu tơng đối 0 H H K c c (H 0 : Chiều sâu nớc chảy tại mặt cắt thu hẹp trên đờng tràn) H nền Theo Pikalốp Theo Chertauxôp H 0 m k c m k c 3 2 1 0,5 0,064 0,300 0,324 0,329 0,339 0,357 0,381 0,424 0,458 0,483 0,500 0,558 0,641 0,300 0,320 0,328 0,341 0,356 0,376 0,447 0,470 0,490 0,510 0,576 0,647 Đ 8.3.Thoát nớc nền đờng Để bảo đảm nền đờng ổn định vững chắc phải kịp thời thoát nớc mặt và nớc ngầm có thể gây nguy hại cho nền đờng ra khỏi phạm vi của nền đờng. Thoát nớc nền đờng, nhất là thoát nớc mặt là biện pháp kỹ thuật phòng ngừa h hỏng của nền đờng hữu hiệu và kinh tế. Thiết kế thoát nớc nền đờng bao gồm việc quy hoạch toàn bộ hệ thống thoát nớc và thiết kế các kết cấu thoát nớc cụ thể. 8.3.1. Phân loại các công trình thoát nớc Khi thiết kế thoát nớc nền đờng phải ngăn chặn các dòng nớc mặt phía thợng lu (sờn núi phía trên), nhanh chóng thu thập nớc ma rơi trên bề mặt nền đờng, cắt, làm khô và hạ thấp nớc ngầm gây nguy hại nền đờng, dẫn các nguồn nớc trên đây đến vị trí thích hợp hoặc thông qua cầu cống chảy vào các dòng chảy phía hạ lu, không để cho các nguồn nớc này ảnh hởng xấu đến sự ổn định của nền đờng. Để hoàn thành nhiệm vụ thoát nớc nền đờng, cần sử dụng các công trình thoát nớc khác nhau. Có thể phân loại các công trình thoát nớc nền đờng thành: a. Các mơng rãnh thoát nớc mặt thờng gồm có: rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nớc, bậc nớc và dốc nớc Rãnh biên đợc bố trí ở các đoạn đào hoặc đắp thấp song song với tim đờng để thu nớc ma rơi xuống mặt đờng, vai đờng, mái taluy và thoát đi nhằm giảm bớt độ ẩm của nền mặt đờng. Rãnh đỉnh còn gọi là rãnh ngăn nớc đợc bố trí ở sờn núi phía trên taluy nền đào để ngăn và thoát nớc mặt không cho chảy vào nền đờng gây xói mòn và ẩm ớt taluy nền đào, và chân taluy nền đắp, làm giảm lu lợng nớc chảy vào rãnh biên, từ đó giảm độ ẩm ớt của nền mặt đờng. Các đoạn đờng có lợng ma nhỏ, mặt đất thoải khó bị xói mòn hoặc có cây cỏ mọc dày thì có thể không làm rãnh đỉnh, trờng hợp ngợc lại khi cần có thể bố trí vài rãnh đỉnh song song nhau. Thùng đấu hai bên đờng thờng đợc thiết kế kết hợp thành công trình thoát nớc nền đờng, có tác dụng nh rãnh biên hoặc rãnh đỉnh. 300 Rãnh thoát nớc còn gọi là rãnh dẫn nớc có tác dụng dẫn nớc từ rãnh biên, rãnh đỉnh, thùng đấu hoặc các chỗ trũng hai bên đờng cho chảy vào cầu cống, sông suối thiên nhiên hoặc một vị trí quy định nào đó ở xa nền đờng. Bậc nớc và dốc nớc là hình thức đặc biệt của mơng rãnh thoát nớc mặt đợc bố trí ở các đoạn dốc lớn (dốc dọc của đáy rãnh lớn hơn 7%) thờng dùng kết cấu xây đá hoặc bê tông và có biện pháp phòng hộ gia cố thích ứng. Bậc nớc là rãnh hình máng mà đáy có bậc cấp, chia thành bậc nớc một cấp và bậc nớc nhiều cấp, dòng nớc chảy qua bậc nớc đợc tiêu năng, giảm tốc độ hoặc đổi hớng: Dốc nớc là rãnh hình máng có độ dốc dọc rất dốc, dòng nớc chảy xiết dọc đáy máng. Bậc nớc và dốc nớc thờng đợc bố trí ở phần nối tiếp các mơng rãnh thoát nớc có độ chênh mực nớc tơng đối lớn hoặc ở cửa vào ra của đờng hầm. b. ống rãnh thoát nớc ngầm, là các thiết bị thoát nớc ngầm gồm rãnh nổi, rãnh ngầm, rãnh thấm. Rãnh nổi: bố trí ở phía trên hoặc hai bên nền đờng để ngăn nớc, dẫn thoát nớc hoặc hạ thấp nớc ngầm ở nông và có thể kiêm tác dụng ngăn và thoát nớc mặt. Rãnh ngầm: chôn ngầm dới mặt đất dùng để dẫn thoát nớc ngầm hoặc các dòng chảy ngầm tập trung, thờng xây đá hoặc đổ bêtông. Rãnh thấm: trong rãnh đắp bằng các vật liệu có độ thấm lớn dùng để cắt các dòng chảy của tầng chứa nớc ngầm, hạ mực nớc ngầm, làm khô và dẫn thoát nớc ngầm trong mái đất, khi lợng nớc tơng đối lớn thì đáy rãnh thấm có thể đặt thêm ống thoát nớc hoặc rãnh ngầm. Lớp cách ly bố trí ở phần trên của nền đờng cũng là một thiết bị thoát nớc, lớp này làm bằng vật liệu thấm nớc hoặc vật liệu không thấm nớc, có thể dùng để điều chỉnh tình hình thuỷ nhiệt của nền đờng. c. Các công trình thoát nớc qua đờng: nh cầu, cống, cống xiphông, máng dẫn nớc, nền đờng lọc nớc, đờng tràn d. Công trình tích nớc: gồm có đê ngăn nớc và hồ chứa nớc, chủ yếu để chứa nớc từ sờn núi hoặc từ rãnh biên, rãnh đỉnh chảy về tại một địa điểm nhất định để cho bốc hơi hoặc thấm xuống đất. Ngoài ra khi mơng rãnh có sẵn cong queo hay giao nhau nhiều chỗ với đờng, để cải thiện tình hình dòng chảy đề phòng xói lở nền đờng, giảm số lợng cống có thể dùng các biện pháp chỉnh trị dòng chảy nh đập dẫn nớc, kênh đào. 8.3.2. Thiết kế hệ thống thoát nớc Thiết kế thoát nớc nền đờng, trớc hết phải tiến hành quy hoạch tổng thể và thiết kế tổng hợp, đối với một nguồn nớc nào đó và thoả mãn một yêu cầu nào đó, mà bố trí một hệ thống thoát nớc thống nhất hoàn chỉnh gồm các công trình thoát nớc (mơng rãnh, đờng ống, cầu cống ) phối hợp chặt chẽ với nhau, bố trí thích hợp, dòng chảy thuận lợi, tăng hiệu quả và hạ giá thành, hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thoát nớc. Khi bố trí hệ thống thoát nớc nền đờng phải liên hệ với bình đồ, trắc dọc, trắc ngang của tuyến đờng, với tình hình địa hình, địa chất, khí hậu và thuỷ văn dọc tuyến để tiến hành xem xét một cách tổng hợp. Trớc hết phải điều tra rõ các . 0,5 0,0 64 0,300 0,3 24 0,329 0,339 0,357 0,381 0 ,42 4 0 ,45 8 0 ,48 3 0,500 0,558 0, 641 0,300 0,320 0,328 0, 341 0,356 0,376 0 ,44 7 0 ,47 0 0 ,49 0 0,510 0,576 0, 647 Đ 8.3 .Thoát nớc. Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn, QP.TL.C- 8-7 6. Trong mục này không đề cập lại chi tiết các công thức tính toán với các trờng hợp cụ thể mà chỉ đa ra các lu ý khi tiến hành tính toán. Thiết. thờng công trình mới xây dựng phải có khả năng thoát nớc tốt hơn các công trình hiện hữu trên tuyến kênh, mơng. c. Các vấn đề cần lu ý khi thiết kế công trình thoát nớc: Khi thiết kế công trình