mạng lưới thoát nước mưa

trình bày về mạng lưới thoát nước mưa

Chương 4 :

MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA 4.1 Vạch tuyến mạng lưới thoát nước mưa

- Dựa vào địa hình và các nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước, ta có sơ đồ vạch tuyến mạng lưới thoát nước mưa như trong bản vẽ A1

- Mạng lưới thoát nước mưa được vạch theo sơ đồ phân tán bao gồm nhiều tuyến cống nhánh đổ thẳng ra sông, rạch

4.2 Xác định các thông số thiết kế ban đầu theo phương pháp thích hợp

4.2.1 Hệ số dòng chảy

- Trên một lưu vực lượng mưa rơi được chia làm 2 phần : lượng nước chảy tràn mặt để xuống cống, phần còn lại thấm xuống đất, hoặc đọng lại trên mặt đất Tỷ lệ giữa lượng nước mưa chảy tràn và lượng mưa rơi gọi là hệ số dòng chảy

- Hệ số dòng chảy phụ thuộc vào tính chất mặt phủ, mật độ xây dựng, độ dốc mặt đất trong tính toán, lấy hệ số dòng chảy theo bảng sau :

Bảng 4.1 : Hệ số dòng chảy theo dạng bề mặt

Dạng bề mặt khu vực Hệ số dòng chảy C Khu thương mại, hành chính 0.8

Khu Dân Cư

Khu trường học, bệnh viện 0.6

4.2.2 Độ dốc cống

- Độ dốc cống được chọn trong khoảng : imin ≤ i cống ≤ i đh (4.1)

- Tuy nhiên với địa hình gần như là bằng phẳng thì ta coi như idh = 0

- imin : chọn theo công thức

D

imin = 1 (D : đường kính cống, mm) (4.2)

Bảng 4.2 : Độ dốc tối thiểu của cống

Cống (m) imin

0.6 0.0017 0.8 0.0013 1.0 – 1.2 0.001 1.5 0.0007

4.2.3 Diện tích các tiểu lưu vực

- Đối với các tiểu khu tiếp giáp với kênh rạch, ta chỉ lấy một phần diện tích để tính toán thoát nước mưa, phần còn lại nước mưa sẽ đổ thẳng trực tiếp xuống kênh rạch Diện tích đường giao thông là 23.2ha được chia đều cho tất cả 38 nút thu nước Bảng phân chia tính toán cho từng tiểu khu như sau :

Bảng 4.3 : Diện tích và tích số A×C của các tiểu lưu vực

Đoạn

cống

Khu vực phụ

trách

Diện tích

Diện tích đường

Tuyến 1-2-3-4 1-2 ¼ NP1¼ NP3 0.80250.665 0.50.5 0.6105 0.95 1.3137 1.3137

Tuyến 5-6-7-8 5-6 ¼ NP3¼ NP5 0.80250.7825 0.50.5 0.6105 0.95 1.3725 1.3725

6-7

Tuyến 9-10-14 / 11-12-13-14-15 9-10 ¼ NP5¼ NP7 0.78250.97 0.50.5 0.6105 0.95 1.4562 1.4562

10-14

11-12 ¼ NP7¼ NP9 1.30250.97 0.50.5 0.6105 0.95 1.7162 1.7162

12-13

13-14

14-15

cống

Khu vực phụ

trách

Diện tích

Diện tích đường

Tuyến 16-19 / 17-18-19-20

16-19

18-19

19-20

Tuyến 21-23 / 22-23-24 21-23

22-23

23-24

Tuyến 25-26-27-28-29 25-26 ¼ NP11¼ NP9 1.30251.1025 0.50.5 0.6105 0.95 1.7825 1.7825

26-27

27-28

28-29

cống

Khu vực phụ

trách

Diện tích

Diện tích đường

Tuyến 30-31-32-33-34 30-31 ¼ NP11¼ NP12 1.10251.435 0.50.5 0.6105 0.95 1.8487 1.8487

31-32

32-33

33-34

Tuyến 35-36 35-36

Tuyến 37-38-39-40 37-38 1/3 NP13¼ NP12 1.82671.435 0.50.5 0.6105 0.95 2.2108 2.2108

38-39

39-40

Tuyến 41-45 / 42-43-44-45-46 41-45

43-44 1/3 CC6¼ CC5 1.31751.7567 0.60.6 0.6105 0.95 2.4245 4.5525

45-46

cống

Khu vực phụ

trách

Diện tích

Diện tích đường

Tuyến 47-48-49 47-48 1/3 NP13¼ HC 1.82670.905 0.50.8 0.6105 0.95 2.2173 2.2173 48-49 1/6 CC7¼ HC 0.82330.905 0.80.6 0.6105 0.95 1.7980 4.0153

4.3 Tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước mưa

4.3.1 Các công thức tính toán

a Cường độ mưa, lưu lượng mưa

- Mưa thiết kế cho khu vực tần suất 2 năm theo phương pháp thích hợp có phương trình quan hệ giữa cường độ mưa I và thời gian kéo dài cơn mưa Tc cho khu vực “ Nhiêu Lộc – Thị Nghè “ như sau :

6520

/ 36.7

c

T

=

 với : Tc = te + tf : thời gian tập trung nước (phút)

tf : thời gian nước chảy trong cống (phút)

te : thời gian đi vào (phút)

360

C I A

 với : A : diện tích lưu vực (ha)

C : hệ số dòng chảy

I : cường độ mưa (mm/h)

b Các công thức thủy lực

- Đường kính cống tính toán : từ 1 2 3

n

= × × ×

 với : Q : lưu lượng tính toán (m3/s )

i : độ dốc cống

n : độ nhám, đối với cống bêtông cốt thép lấy n = 0.014

A : diện tích ướt (m2)

R : bán kính thủy lực (m)

⇒ Khi chảy đầy cống, đường kính cống tính toán Dtt được xác định như sau :

+ Cống tròn :

5 3

8 3 n Q 4

D

i

π

× ×

=

+ Cống hộp vuông :

2 3

8 3 n Q 4

D

i

× ×

Từ Dtt, chọn Dc > Dtt ( chảy không đầy cống ) theo kích thước cống thực tế

- Vận tốc nước chảy trong cống :

A

Q

 Với A được xác định theo độ đầy cống

- Thời gian nước chảy trong cống :

60

f

L t

V

=

 Với : L : chiều dài đoạn cống đang xét (m)

V : vận tốc chảy trong cống (m/s)

- Các công thức thủy lực cống tròn :

+ Độ đầy cống ( α : độ )

1 cos

1 sin

h d

α

(4.8)

+ Diện tích ướt : sin 2

180 8

d

A=απ − α

+ Chu vi ướt :

2 180

P = α π × d

×

+ Bán kính thủy lực :

sin 1

4 180

R P

α

α π

= = −  × 

+ Lưu lượng tính toán theo α :

5 2

3

sin

i

n

α π

×

- Các công thức thủy lực cống hộp vuông :

+ Chu vi ướt : P = 2 h d +

+ Bán kính thủy lực :

2

R

×

= =

+ + Lưu lượng tính toán theo h :

( 5 3) ( 3 )

2 3

2

hd i

4.3.2 Tính toán thủy lực cống thoát nước mưa

• Các giá trị tính toán được trình bày trong bảng, trong đó :

- Cột [1] : tên đoạn cống

- Cột [2] : chiều dài đoạn cống

- Cột [3], [4] : cao trình mặt đất tại nút đầu cống , cuối cống Zđhđ, Zđhc (m)

- Cột [5] : độ dốc min, tính theo công thức (4.2)

- Cột [7], [8] : cao trình đỉnh cống tại nút đầu và nút cuối (độ chôn sâu ban đầu chọn là 0.7m)

- Cột [9] : tổng A×C (giá trị cộng dồn ), đã xác định ở trên

- Cột [10] : cường độ mưa, tính theo công thức (4.3)

- Cột [11] : lưu lượng mưa, tính theo công thức (4.4)

- Cột [12] : đường kính tính toán Dtt (chảy đầy), tính theo công thức (4.5a – 4.5b)

d

α

- Cột [13] : đường kính chọn Dc (chảy không đầy), dựa vào số liệu kích thước cống thực tế

 Đối với cống tròn :

- Cột [14] : góc mở α , được xác định bằng cách lặp (Goal Seek) cột [16] = 0

- Cột [15] : lưu lượng tính toán theo Dc & α , tính theo công thức (4.10)

- Cột [16] : = cột [11] – cột [15]

- Cột [17] : độ đầy, tính theo công thức (4.8)

- Cột [18] : diện tích ướt, tính theo công thức (4.9)

 Đối với cống hộp vuông :

- Cột [14a] : chiều sâu h, được xác định bằng cách lặp cột (16a) = 0

- Cột [15a] : lưu lượng tính toán theo Dc & h, tính theo công thức (4.12)

- Cột [16a] : = cột [11] – cột [15a]

- Cột [17a] : độ đầy ( = h/d) = [14a]/[13]

- Cột [18a] : diện tích ướt, tính theo công thức (4.11)

- Cột [19] : vận tốc nước trong cống, tính theo công thức (4.6)

- Cột [20] : thời gian nước chảy tập trung vào đầu cống

- Cột [21] : thời gian nước chảy trong cống (4.7)

Bảng 4.4 : Bảng tính toán thủy lực của cống thoát nước mưa

Tuyế

n

L

(m)

Zđhđ

(m)

Zđhc

(m) imin icống Z1

(m)

Z2

(mm/h)

Q (m3/s)

Dtt

(m)

Dc

(m)

TUYẾN 1-2-3-4 1-2 116 2.5 2.5 0.0011 0.0011 1.800 1.671 1.3137 139.61 0.509 0.87 0.90 2-3 161 2.5 2.5 0.0008 0.0008 1.671 1.537 2.7550 134.05 1.026 1.19 1.20 3-4 15 2.5 2.5 0.0007 0.0007 1.537 1.526 4.1274 127.38 1.460 1.40 1.40

TUYẾN 5-6-7-8 5-6 103 2.5 2.5 0.0011 0.0011 1.800 1.686 1.3725 139.61 0.532 0.88 0.90 6-7 158 2.5 2.5 0.0007 0.0007 1.686 1.573 3.6062 134.68 1.349 1.36 1.40 7-8 15 2.5 2.5 0.0006 0.0006 1.573 1.563 5.0474 128.20 1.797 1.42 1.60

TUYẾN 9-10-14 / 11-12-13-14-15 9-10 103 2.5 2.5 0.0011 0.0011 1.800 1.686 1.4562 139.61 0.565 0.90 0.90 10-14 158 2.5 2.5 0.0007 0.0007 1.686 1.573 3.6350 134.68 1.360 1.36 1.40 11-12 140 2.5 2.5 0.0010 0.0010 1.800 1.660 1.7162 139.61 0.666 0.98 1.00 12-13 190 2.5 2.5 0.0007 0.0007 1.800 1.673 4.1850 133.09 1.547 1.45 1.50 13-14 160 2.5 2.5 0.0006 0.0006 1.673 1.573 7.0824 125.62 2.471 1.60 1.60 14-15 71 2.5 2.5 0.0005 0.0005 1.573 1.540 12.8240 120.17 4.281 2.07 2.10

Tuyế

n (m)L Z(m)đhđ Z(m)đhc imin icống Z1

(m) (m)Z2 ∑ AC I

(mm/h) (mQ 3/s) (m)Dtt (m)Dc

TUYẾN 16-19 / 17-18-19-20 16-19 161 2.50 2.50 0.0007 0.0007 1.800 1.685 3.3230 139.61 1.289 1.34 1.40

17-18 299 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.528 2.0752 139.61 0.805 1.07 1.10 18-19 269 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.685 1.517 5.9878 126.56 2.105 1.50 1.60 19-20 56 2.50 2.50 0.0005 0.0005 1.517 1.489 11.3924 117.24 3.710 1.94 2.00

TUYẾN 21-23 / 22-23-24 21-23 288 2.50 2.50 0.0008 0.0008 1.800 1.578 2.8980 139.61 1.124 1.25 1.30 22-23 268 2.50 2.50 0.0007 0.0007 1.800 1.609 3.2152 139.61 1.247 1.32 1.40 23-24 168 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.609 1.515 8.5568 128.11 3.045 1.77 1.80

TUYẾN 25-26-27-28-29 25-26 140 2.50 2.50 0.0010 0.0010 1.800 1.660 1.7825 139.61 0.691 0.99 1.00 26-27 190 2.50 2.50 0.0007 0.0007 1.660 1.533 4.3612 133.11 1.613 1.47 1.50 27-28 258 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.533 1.390 7.3789 125.66 2.576 1.66 1.80 28-29 266 2.50 2.50 0.0005 0.0005 1.390 1.263 10.6362 116.89 3.454 2.09 2.10

TUYẾN 30-31-32-33-34 30-31 140 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.673 1.8487 139.61 0.717 1.03 1.10 31-32 190 2.50 2.50 0.0007 0.0007 1.673 1.546 4.5245 133.08 1.673 1.49 1.50 32-33 258 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.546 1.385 6.7383 125.65 2.352 1.57 1.60 33-34 155 2.50 2.50 0.0005 0.0005 1.385 1.307 9.1724 117.00 2.981 1.96 2.00

TUYẾN 35-36 35-36 125 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.686 1.9383 139.61 0.752 1.04 1.10

TUYẾN 37-38-39-40 37-38 140 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.673 2.2108 139.61 0.857 1.10 1.10 38-39 190 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.673 1.554 5.6077 133.20 2.075 1.50 1.60 39-40 155 2.50 2.50 0.0005 0.0005 1.554 1.476 8.0369 125.75 2.807 1.91 2.00

TUYẾN 41-45 / 42-43-44-45-46 41-45 270 2.50 2.50 0.0008 0.0008 1.800 1.592 2.9165 139.61 1.131 1.25 1.30 42-43 258 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.565 2.1280 139.61 0.825 1.08 1.10 43-44 270 2.50 2.50 0.0007 0.0007 1.592 1.412 4.5525 128.23 1.622 1.48 1.50 44-45 220 2.50 2.50 0.0006 0.0006 1.412 1.275 6.1494 118.61 2.026 1.48 1.60 45-46 83 2.50 2.50 0.0005 0.0005 1.275 1.235 11.1549 111.75 3.463 2.09 2.10

TUYẾN 47-48-49 47-48 190 2.50 2.50 0.0009 0.0009 1.800 1.627 2.2173 139.61 0.860 1.10 1.10 48-49 119 2.50 2.50 0.0007 0.0007 2.800 2.715 4.0153 131.06 1.462 1.40 1.40

Bảng 4.4 : Bảng tính toán thủy lực của cống thoát nước mưa (tiếp theo)

Tuyế

n

(m/s)

(ph)

(ph)

A

h (m)

Q'

A

TUYẾN 1-2-3-4

Tuyế

n

A

h (m)

Q'

A

1 14 15 16 17 18 14a 15a 16a 17a 18a 19 20 21

TUYEÁN 5-6-7-8

TUYEÁN 9-10-14 / 11-12-13-14-15

TUYEÁN 16-19 / 17-18-19-20

TUYEÁN 21-23 / 22-23-24

TUYEÁN 25-26-27-28-29

TUYEÁN 30-31-32-33-34

TUYEÁN 35-36

TUYEÁN 37-38-39-40

37-38 257.00 0.8574 0.000 0.811 0.826 1.038 10.000 2.247

TUYẾN 41-45 / 42-43-44-45-46

TUYẾN 47-48-49

• Nhận xét kết quả tính toán :

 Giá thành và thời gian xây dựng mạng lưới thoát nước phụ thuộc nhiều vào độ sâu chôn cống,

do đó khi tính toán cần phải lựa chọn độ dốc sao cho chiều sâu chôn cống và khối lượng đào đảm bảo có lợi về mặt kinh tế kỹ thuật Khi chọn độ dốc tính toán lớn, dẫn đến đường kính cống nhỏ, nhưng chiều sâu chôn cống các đoạn sau tăng Ngược lại, khi độ dốc nhỏ, đường kính cống lớn, chiều sâu chôn cống các đoạn sau nhỏ, có thể kinh phí đào đắp nhỏ nhưng kinh phí mua, vận chuyển lắp đặt cống có đường kính lớn sẽ cao hơn cống có đường kính nhỏ

4.4 Tính toán khối lượng đào đắp & thống kê cống thoát nước mưa

 Khối lượng đào đắp tính toán được trình bày trong bảng, trong đó :

- Cột [22] : z1 - cao trình đáy cống tại nút đầu đoạn

z1 = cao trình đỉnh cống – đường kính cống = Z1 – D

- Cột [23] : z2 - cao trình đáy cống tại nút cuối đoạn

z2 = z1 – icong×L

- Cột [24], [25] : chiều sâu từ mặt đất đến đáy cống,

h1 = Zđhđ – z1 ; h2 = Zđhc – z2

- Cột [26] : chiều sâu trung bình

htb = (h1 + h2 )/2

- Cột [27] : khối lượng đất đào ,

tính theo công thức :

1.1 0.6

- Cột [28] : khối lượng đất đắp ,

tính theo công thức :

d

m

( ) ( )3 1.1 0.6

 với : L - chiều dài đoạn cống

m - hệ số mái dốc, m = 0.5 cống tròn : 2

4

d

F =π ; cống hộp : F d = 2

 Thống kê cống thoát nước mưa :

Bảng 4.5 : Bảng thống kê chiều dài & đường kính các đoạn cống

Đường kính 0.9 1 1.1Cống tròn1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8Cống hộp2 2.1

Tổng chiều dài 322 280 1152 161 558 879 840 1112 426 366 420

Bảng 4.6 : Bảng tính toán khối lượng đào đắp

(m) (m)z2 (m)h1 (m)h2 (m)h W(mđào3) W(mđắp3)

TUYẾN 1-2-3-4

TUYẾN 5-6-7-8

TUYẾN 9-10-14 / 11-12-13-14-15

TUYẾN 16-19 / 17-18-19-20

TUYẾN 21-23 / 22-23-24

22-23 0.40 0.21 2.10 2.29 2.20 2005.2 1106.7

TUYẾN 25-26-27-28-29

TUYẾN 30-31-32-33-34

TUYẾN 35-36

TUYẾN 37-38-39-40

(m)

z2

(m)

h1

(m)

h2

(m)

h (m)

Wđào

(m3)

Wđắp

(m3)

TUYẾN 41-45 / 42-43-44-45-46

TUYẾN 47-48-49