306 Rãnh ngầm thờng dùng mặt cắt ngang chữ nhật, rãnh máng thờng xây đá, đậy nắp bêtông. Để đề phòng bùn cát lọt vào, đỉnh của rãnh ngầm có thể rải một lớp đá dăm trên đắp cát sỏi - độ dốc dọc của rãnh ngầm không đợc nhỏ hơn 1%. Rãnh thấm có các kiểu: Rãnh thấm đắp đá, rãnh thấm kiểu ống, rãnh thấm kiểu cống. Rãnh thấm đắp đá làm bằng đá hộc, đá cuội to hoặc đá phiến (hình 8-5) - Loại rãnh này dựa vào tác dụng thẩm thấu của vật liệu hạt để thu thập và thoát nớc. Khi lu lợng nớc ngầm tơng đối lớn có thể dùng rãnh thấm kiểu ống với ống thoát nớc đặt ở đáy rãnh (hình 8-6). Để đề phòng rãnh thấm bị bùn cát làm ứ tắc phải bố trí tầng lọc ngợc về phía mặt đón nớc. Để tránh không cho nớc mặt thấm vào rãnh thấm phải bố trí một lớp cách ly ở trên đỉnh rãnh thấm. Lớp cách ly này có thể làm bằng các vầng cỏ đặt ngợc trên đắp bằng đất sét đầm chặt dày 0,5m hoặc bằng đá xây vữa. Kích thớc mặt cắt ngang của rãnh thấm đợc xác định theo chiều sâu đặt rãnh, yêu cầu thoát nớc và thi công. Chiều sâu đặt rãnh thấm đắp đá không nên sâu quá 3m, chiều rộng từ 0,7 - 1,0m, chiều cao đắp đá không nên thấp hơn chiều cao mực nớc ngầm nguyên thuỷ và không nhỏ hơn 0,3m. Chiều sâu rãnh thấm kiểu sờn chống có thể đạt đến 10m, chiều rộng từ 2-4m. Chiều sâu của rãnh thấm kiểu ống hoặc kiểu cống có thể đạt đến 5 - 6m, chiều rộng không nên nhỏ hơn 1m, kích thớc ống hoặc cống thì xác định theo lu lợng - Thờng dùng ống thoát nớc bằng đất nung hoặc bê tông đờng kính từ 0,1 - 0,3m vách có lỗ thoát nớc. Độ dốc dọc của đáy rãnh thấm phải đủ dốc để bảo đảm hiệu quả thoát nớc nhng không gây xói mòn đáy rãnh, thông thờng không đợc nhỏ hơn 0.5%. Độ dốc dọc của rãnh ngầm đắp đá do lực cản lớn không đợc nhỏ hơn 1%. Khi chiều dài của rãnh thấm tơng đối dài thì cứ cách từ 30 - 50m tại các chỗ gãy góc trên mặt bằng hoặc từ độ dốc từ - dốc sang phải, phải bố trí các giếng kiểm tra. Tài liệu sử dụng trong Chơng VIII: [1]. Công trình thuỷ lợi các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN 5060:1990. [2]. Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL.C-8-76 [3]. Nguyễn Xuân Trục. Thiết kế đờng ô tô, Công trình vợt sông (Tập 3). Nhà xuất bản Giáo dục, 2003 (Tái bản lần thứ ba). [4]. PGS. TS. Trần Đình Nghiên. Thiết kế thủy lực cầu đờng. [5]. Adolison. Phân tích bãi sông và thuỷ văn. Nhà xuất bản Wesley, 1992. [6]. Hớng dẫn thoát nớc đờng ôtô, AASHTO, 1982. [7]. Tính toán các đặc trng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95. [8]. Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu. Công trình nền mặt đờng. Đại học Đồng Tế, Trung Quốc. 307 Chơng IX - Tính toán và thiết kế mạng lới thoát nớc đô thị Đ 9.1. Hệ thống thoát nớc 9.1.1. Khái niệm Nớc đã sử dụng cho các nhu cầu khác nhau có lẫn thêm chất bẩn, làm thay đổi tính chất hóa học, vật lý, sinh học so với ban đầu đợc gọi là nớc thải. Tùy thuộc nguồn gốc hình thành ngời ta phân biệt các loại nớc thải sau: - Nớc thải sinh hoạt: theo bản chất các chất bẩn đợc chia thành; - Nớc thải sản xuất: tạo ra từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp; - Nớc ma. 9.1.2. Hệ thống thoát nớc Thoát nớc bao gồm các bộ phận chủ yếu sau: - Mạng lới thoát nớc trong nhà. - Mạng lới thoát nớc ngoài sân nhà hoặc tiểu khu. - Mạng lới thoát nớc ngoài đờng phố. - Các đầu mối thoát nớc (trạm bơm, trạm xử lý, cửa xả đầu mối, hồ, ) - Các công trình làm sạch và các cống xả nớc thải đã làm sạch ra nguồn. Những đoạn mạng lới để thu gom nớc thải từ một hoặc vài lu vực gọi là cống tập trung nớc (cống gom). Căn cứ theo tính chất và quy mô, các loại cống gom có thể đợc phân loại nh sau: - Cống gom lu vực: thu gom nớc thải từ các lu vực riêng biệt. - Cống gom chính: thu gom và vận chuyển nớc thải từ nhiều cống gom lu vực. - Cống gom chính toàn thành phố: dẫn nớc thải thành phố ra khỏi phạm vi thoát nớc tới trạm bơm chính, trạm xử lý hoặc tới cửa xả ra nguồn tiếp nhận. Phân loại các hệ thống thoát nớc theo tính chất và phơng thức vận chuyển nớc thải nh sau: - Hệ thống thoát nớc chung: là hệ thống, trong đó tất cả các loại nớc thải đợc dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng lới tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn. Nh vậy những lúc ma to, lu lợng nớc thải sẽ rất lớn, nồng độ chất bẩn lại rất thấp. - Hệ thống thoát nớc riêng: là hệ thống, trong đó từng loại nớc thải riêng biệt chứa các chất bẩn đặc tính khác nhau, đợc dẫn và vận chuyển theo các mạng lới thoát nớc độc lập. Với hệ thống thoát nớc riêng hoàn toàn phải xây dựng ít nhất hai mạng lới: một mạng để dẫn, vận chuyển nớc thải sinh hoạt và nớc sản 308 xuất bẩn, gọi là mạng lới thoát nớc bẩn; một mạng để dẫn, vận chuyển nớc ma và nớc sản xuất quy ớc sạch, gọi là mạng lới thoát nớc ma. Mỗi hệ thống thoát nớc nêu trên đều có các u điểm và nhợc điểm nhất định. Trong các trờng hợp cụ thể, cần so sánh nhiều chỉ tiêu tổng hợp để lựa chọn loại hệ thống thoát nớc phù hợp. Đ 9.2.Tính lu lợng nớc ma Đặc điểm của hệ thống thoát nớc ma là dòng chảy rất không điều hòa. Nếu hệ thống thoát nớc là riêng hoàn toàn thì cống thoát nớc ma thờng có đờng kính lớn nhất, nhng thời gian làm việc lại không nhiều. Trong mùa khô hoặc ít ma, trong hệ thống cống thoát nớc ma hầu nh không có dòng chảy, tuy nhiên trong mùa ma, đặc biệt là các trận ma lớn, cống thoát nớc ma lại phải đảm nhiệm vai trò thoát nớc chủ yếu. Trong mỗi trận ma, lu lợng nớc ma chảy trong mạng lới thoát nớc tăng dần lên tới lu lợng cực đại và sẽ duy trì lu lợng này tới khi ma ngớt, sau đó lu lợng này sẽ giảm dần cho đến khi ma tạnh hẳn và dòng chảy vẫn còn duy trì một thời gian sau đó. Nhiệm vụ của việc tính toán lu lợng nớc ma là xác định lu lợng nớc ma cực đại tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát nớc ma với các tần suất yêu cầu. 9.2.1. Phơng pháp và công thức tính toán Phơng pháp chủ yếu để xác định lu lợng tính toán đợc sử dụng phổ biến hiện nay là phơng pháp Cờng độ giới hạn. Lu lợng nớc ma tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát nớc ma đạt giá trị cực đại khi: - Thời gian ma đủ dài để nớc ma từ điểm xa nhất trên lu vực tới đợc mặt cắt tính toán (thời gian ma tính toán: T tt ); - Cờng độ ma đạt cực đại (sau khi ma với thời gian lớn hơn hoặc bằng T tt ); - Hệ số dòng chảy đạt cực đại. Phơng pháp Cờng độ giới hạn là phơng pháp xác định lu lợng tính toán căn cứ vào thời gian ma và cờng độ ma cực đại. Công thức cơ sở của phơng pháp cờng độ giới hạn nh sau: Q tt = . q . F (9 - 1) trong đó: q: cờng độ ma, l/s/ha; F: diện tích lu vực thoát nớc ma, ha; hệ số dòng chảy. 9.2.2. Cờng độ ma, tính toán thời gian ma thiết kế a. Tính toán thời gian ma 309 Giả thiết thời gian ma chính bằng thời gian để nớc ma từ điểm xa nhất trong lu vực chảy đến tiết diện tính toán. Thời gian ma tính toán đợc xác định nh sau: t tt =t m + t r + t o (9 - 2) trong đó: t m : thời gian tập trung nớc ma trên bề mặt từ điểm xa nhất đến rãnh, phụ thuộc kích thớc địa hình của lu vực, cờng độ ma, loại mặt phủ. Theo L.I. Abramov (Nga): ph I i Z ln t m , . . 5,1 3,05,03,0 6,06,0 (9 - 3) I: độ dốc bề mặt tập trung nớc ma; Z: hệ số mặt phủ; n: hệ số độ nhám Maning; i: cờng độ ma, mm/ph; l : chiều dài đoạn nớc chảy, m. Công thức trên xác định t m áp dụng cho các bề mặt tập trung nớc ma đã đợc san nền không có rãnh, luống. Giá trị t m với một số khu vực có thể tham khảo nh dới đây: - Nếu bên trong tiểu khu không có hệ thống thoát nớc ma, nớc ma chảy tràn trên mặt sân, t m = 8 - 12 phút. - Nếu bên trong tiểu khu có hệ thống thoát nớc ma, t m = 4 - 6 phút. - Đối với mặt đờng nhựa rộng dới 20m mỗi phía, t m = 1 - 2 phút. - Đối với mặt đờng nhựa rộng dới 20m và có cả vỉa hè lát gạch tự chèn rộng dới 10m mỗi phía, t m = 2 - 3 phút. - Trờng hợp cần thoát nớc một phần diện tích phía ngoài vỉa hè (nhà dân, cơ quan), t m = 3 - 5 phút. t r : thời gian nớc chảy theo rãnh đờng đến giếng thu gần nhất: r r r v l t 25,1 (phút) (9 - 4) các giá trị: l r , v r : chiều dài rãnh đờng, vận tốc nớc ma chảy trong rãnh; t o : thời gian nớc chảy trong ống đến tiết diện tính toán: o o o v l Mt (phút) (9 - 5) trong đó: l o , v o : chiều dài, vận tốc nớc ma chảy trong ống; 310 M: hệ số tính đến sự chậm trễ của dòng chảy nớc ma và đợc lấy nh sau: - M = 2,0 khi địa hình của lu vực thoát nớc ma bằng phẳng; - M = 1, 2 khi địa hình của lu vực thoát nớc ma dốc, i o >0,005. b. Cờng độ ma tính toán Trớc khi tính toán lu lợng nớc ma, cần lựa chọn công thức tính toán cờng độ ma q. Cho đến nay vẫn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau và khó đa ra một công thức phản ánh đầy đủ mọi biến động phức tạp của ma. Để xác định công thức cờng độ ma đợc chính xác phải có số liệu ma của trạm khí tợng lu trữ 15-25 năm. Cờng độ ma tính toán là cờng độ ma với tần suất xác định, tơng ứng với thời gian ma tính toán. Đối với các khu vực có trạm đo ma tự ghi, chuỗi số liệu đủ dài, các thông số ma thời đoạn ngắn 5 phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút là sẵn có để sử dụng và tính toán theo các phơng pháp thống kê thông thờng. Tuy nhiên ở Việt Nam các trạm đo ma thời đoạn ngắn tơng đối rất ít, đồng thời chuỗi số liệu phần lớn là cha đủ dài để đáp ứng yêu cầu tính toán. Do vậy việc xác định cờng độ ma thời đoạn ngắn vẫn chủ yếu tham khảo các công thức thực nghiệm. Đối với một số khu vực đã có số liệu đo ma thời đoạn ngắn, nhng chuỗi số liệu ít thì cũng cần tính toán theo công thức kinh nghiệm và nên đối chiếu với số liệu thực đo. Dới đây là các công thức phổ biến hay dùng để xác định lợng ma thời đoạn ngắn tại Việt Nam. (1) Cờng độ ma đợc xác định theo công thức sau đây của Liên Xô: n n t PCq q lg120 20 (9 - 6) trong đó: n, C: những đại lợng phụ thuộc đặc điểm khí hậu của từng vùng; q 20 : cờng độ ma tơng ứng với thời gian ma 20 phút của trận ma có chu kỳ lặp lại một lần trong năm (đây là đại lợng không đổi với từng vùng đã biết); P: chu kỳ lặp lại trận ma tính toán, bằng khoảng thời gian xuất hiện một trận ma vợt quá cờng độ tính toán, năm; t: thời gian ma tính toán, phút. Theo tài liệu: Công thức tính cờng độ ma khi thiết kế hệ thống thoát nớc ma ở Việt Nam (Tuyển tập công trình của Viện Kỹ thuật xây dựng Moskva), đã đa ra công thức sau: n n t PCq q 15 lg135 20 (9 - 7) Theo tài liệu Phơng pháp và kết quả nghiên cứu cờng độ ma tính toán ở Việt Nam, với số liệu của 47 trạm theo dõi ma, bằng phơng pháp quy hồi tác giả Trần Việt Liễn đã đa ra công thức sau: n n bt PCqb q lg120 20 (9 - 8) . VIII: [1]. Công trình thuỷ lợi các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN 5 060 :1990. [2]. Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL.C- 8-7 6 [3]. Nguyễn Xuân Trục. Thiết kế đờng ô tô, Công trình vợt. vực thoát nớc ma bằng phẳng; - M = 1, 2 khi địa hình của lu vực thoát nớc ma dốc, i o >0,005. b. Cờng độ ma tính toán Trớc khi tính toán lu lợng nớc ma, cần lựa chọn công thức tính toán. 22TCN 22 0-9 5. [8]. Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu. Công trình nền mặt đờng. Đại học Đồng Tế, Trung Quốc. 307 Chơng IX - Tính toán và thiết kế mạng lới thoát nớc đô thị Đ 9.1. Hệ thống thoát