TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC 6 1 THIẾT KẾ CỐNG THOÁT NƯỚC Cống chiếm phần lớn các công trình thoát nước trên nền đường Cố[.]
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THOÁT NƯỚC 6.1 THIẾT KẾ CỐNG THOÁT NƯỚC Cống chiếm phần lớn cơng trình nước đường Cống bao gồm có hai loại: cống địa hình, cống cấu tạo - Cống địa hình bố trí vị trí cắt qua dịng suối nhỏ hay cắt qua khe tụ thuỷ mà mưa hình thành dịng chảy - Cống cấu tạo bố trí chủ yếu để thoát nước mặt đường mái taluy có lưu vực nhỏ, cống cấu tạo bố trí theo qui trình mà khơng cần phải tính tốn A Nguyên tắc thiết kế cống cấu tạo - Cố gắng tuyến cho cắt vng góc với dịng chảy - Vai đường phải cao mực nước dâng trước cống tối thiểu 0.5m với cống khơng có áp bán áp có độ nhỏ 2m, cao 1m với cống có độ lớn 2m - Đường có cấp hạng cao hướng cống cầu nhỏ phụ thuộc hướng tuyến Khi vượt qua dịng suối mà địa chất ổn định chuyển vị trí cống lên lưng chừng suối để giảm bớt chiều dài dễ thi công - Phải đảm bảo chiều dày đất đắp cống tối thiểu 0.5m phải đủ bố trí chiều dày lớp kết cấu mặt đường chiều dày kết cấu lớn 0.5m - Cống để thoát nước rãnh dọc gọi cống cấu tạo Cự ly cống cấu tạo không lớn 300 - 350m rãnh hình thang, khơng > 250m rãnh hình tam giác - Nên dùng cống trịn BTCT rẻ tiện cho thi công giới Cống vuông dùng cho lưu lượng lớn cao độ đắp hạn chế -Cơ sở tính tốn thuỷ lực, thuỷ văn cơng trình cống lưu lượng tính tốn theo tần suất lũ thiết kế Q4% B Thông số ban đầu Thơng số thủy văn chung: Địa điểm cơng trình: Khu vực Lâm Đồng Thuộc vùng mưa : XVI (Phụ lục 12a Thiết Kế Đường F3:Cơng trình vượt sơng) Tần suất tính tốn P%: (%) (Bảng 30 TCVN 4054 - 2005) Trạm đo mưa: Bảo Lộc Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG Lượng mưa ngày Hp (mm): 225 (mm) (Phụ lục 15 Thiết Kế Đường F3: Cơng trình vượt sơng) Thơng số địa hình: - Tra hệ số dịng chảy α ứng với cấp đất: Cấp đất: III (Bảng 2.1B trang 824 22 TCN 220 - 1995) - Hệ số nhám sườn dốc msd: • Đặc trưng bề mặt sườn dốc: Mặt đất thu dọn sạch, khơng có gốc cây, không bị cày xới, vùng dân cư nhà không 20% mặt đá xếp • Lớp phủ thực vật: Trung bình Tramsd = 0,15 (Bảng 2.5 trang 831 22 TCN 220 – 1995, bảng 2-6 sổ tay thủy văn) - Hệ số nhám lịng sơng mls: • Đặc trưng bề mặt lịng sơng: Sơng vùng núi, long song nhiều đá, mặt nước không phẳng, suối chảy không thường xuyên, quanh co, long suối tắc nghẽn • Tramls = 11(Bảng 2.6 trang 831 22 TCN 220 – 1995, bảng 2-7 sổtaythủyvăn) Quy trình tính tốn: Áp dụng cho diện tích lưu vực có F < 100 Km2 Lưu lượng tính theo cơng thức cường độ giới hạn (22 TCN 220-95 Bộ GTVT) QP = AP × ϕ × H P × F × δ (m3/s) Trongđó: - HP : Lượng mưa ngày lớn (mm) - F : Diện tích lưu vực (km2) - δ: Hệ số chiết giảm lưu lượng xét đến ảnh hưởng ao hồ ϕ - : Hệ số dòng chảy lũ - Ap: Mơ đun dịng chảy đỉnh lũ ứng với tầng suất thiết kế, phụ thuộc vào trị số: + Фls: Trị số đặc trưng địa mạo dịng sơng ( suối ) φ ls = mls J 1/ ls 1000 L F / (ϕH P )1 / L: Chiều dài sơng ( suối ) (Km) Jls: Độ dốc song suối tính theo phần nghìn + tsd: Thời gian tập trung nước sườn dốc phụ thuộc vào: Hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc Фsd φ sd = J sd (1000 Lsd ) 0, m sd J sd0,3 (ϕH P ) 0, : Độ dốc sườn dốc tính theo phần nghìn Lsd: Chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực (Km) Đối với lưu vực có sườn dốc: Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH Lsd = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG F 1,8( L + ∑ l ) Đối với lưu vực có sườn dốc: Lsd = F 0,9( L + ∑ l ) -Σ l: Tổng chiều dài sông suối nhánh lưu vực (km) C TÍNH TỐN THỦY VĂN CỐNG C2 (KM2+52.69) I Đặc trưng lưu vực - Diện tích lưu vực F = 0.09 (km2) - Chiều dài suối L = 1.2 (km) - Tổng chiều dài dòng nhánh Σ l = (km) - Độ dốc suối Jls = 7.5 ‰ - Độ dốc sườn lưu vực Jsd = 189 ‰ - Cấp đất III - Vùng mưa XVI - Tần suất thiết kế p = (%) II Tính đặc trưng dịng chảy lũ Áp dụng cho diện tích lưu vực có F < 100 Km2 Lưu lượng tính theo cơng thức cường độ giới hạn (22TCN 220-95 Bộ GTVT) QP = AP × α × H P × F × δ (m3/s) Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p%: Hp% = 197 mm Hệ số dòng chảy lũ: α Địa chất lưu vực: Đất cấp III Lượng mưa ngày thiết kế Hp% = 197 (mm) α Diện tích lưu vực F = 0.09 (km2)→ = 0.79 ( Bảng 2.1 22TCN220-9501 ) Mô đun dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế: Ap% Ap%: Phụ thuộc vào thời gian tập trung dòng chảy sườn dốc τsd đặc trưng địa mạo lòng suối Φls + tsd thời gian tập trung nước sườn dốc phụ thuộc vào: Hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc Фsd (1000bsd )0,6 ϕ sd = msd J sd0,3 (φ H P )0,4 bsd : Chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực (Km) Lưu vực Cống lưu vực sườn dốc nên ta áp dụng công thức sau: Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH bsd = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG F 0.09 = = 0,04(Km) 1,8( L + ∑ l ) 1,8(1.2 + 0) Vậy: bsd = 0,04 (Km) msd HS nhám sườn dốc với mặt đất không được thu dọn; đất có diện tích nhà ở >20% msd= 0.15 Vậy : (1000 × 0,04)0,6 ϕsd = 0,15 × 1890,3 (0,79 × 197)0,4 Φsd= =2.48 → τsd = 9.49 (phút) ( Bảng 2.2 22TCN220-9501 ) Đặc trưng địa mạo long suối: Φls φ ls = mls J 1/ ls 1000 L F / (ϕH P )1 / mls: Hệ số nhám lòng suối mls = 11 Vậy : 1000 × 1.2 ϕls = 1/3 11 × 7,5 0,091/ (0,79 × 197)1/ = 34.15 Từ τsd Φls ta tra Ap% Ap% = 0.144 (Bảng 2.3 22TCN220-9501 ) Hệ số triết giảm lưu lượng ao hồ đầm lầy: δ Diện tích ao hồ đầm lầy chiếm F = 0.01 (Km2) δ = 0.73 Vậy: Lưu lượng thiết kế Qtk QP = AP × ϕ × H P × F × δ Qtk = =1.48 (m3 /s) Thiết kế cống D =1.5 (m) Khả nước cống: Q = 0,85 × ωC × g × H Trong đó: ωC : Diện tích mặt cắt ướt thu hẹp dịng chảy cống tính với chiều sâu thu hẹp hC (m2) H : Chiều sâu dâng nước trước cống g : Gia tốc trọng trường Từ Q = 1.48 (m3/s) Tra phục lục 16 (Thiết kế đường ô tô công trình vượt sơng ) H = 0,94 (m) V = 2,09 (m/s) Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG Q = 0,85 × ωc × × g × H Tính lại Q = 3,3 (m3/s) >Qtk => Chế độ chảy tự ( thỏa mãn ) F (km2 ) Fah L (km2) (km) Km1+631.54 0.07 0.01 0.9 Km2+52.69 0.09 0.01 Km2+431.62 0.1 Km5+900 Km6+450.03 Lý trình Lsd (m) ϕ 0.66 0.07 2.31 9.43 25.52 0.166 11 0.73 0.08 2.48 9.49 34.15 0.144 0.15 11 0.75 0.06 1.75 9.15 23.24 0.165 0.79 0.15 11 0.62 0.05 1.65 9.09 29.94 0.145 0.82 0.15 11 0.7 0.04 1.5 23.68 0.165 α msd mls δ 0.83 0.15 11 1.2 0.79 0.15 0.01 0.89 0.79 0.12 0.02 1.2 0.08 0.01 0.89 sd tsd (phút) 9.00 ϕ ls Bảng tổng hợp cống địa hình tuyến Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 Ap ( TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG Thủy văn cầu DaConSret (KM4+553.01) Các số liệu: ∑L o + Mặt cắt ngang sông, địa chất (có số liệu tra cứu), + Khổ thơng thuyền: BxH = 60x9m + Bề rộng cầu: B = 10m Thủy văn cầu: + Lưu lượng thiết kế: 150.5 =285 m m3 / s m/ s + Vận tốc thiết kế: 2.05 + Mực nước thiết kế: +18.7 m + Mực nước thông thuyền: +14.5 m + Mực nước thấp nhất: +9.4m D Cống cấu tạo Cống cấu tạo cống dùng để thoát nước mặt đường, nước hai bên taluy đường đoạn đường đào chảy theo rãnh dọc tới vị trí cống cấu tạo Cống cấu tạo thiết kế với đường kính cống nhỏ 75cm, tối đa 500m rãnh phải bố trí cống để thoát nước mặt đường Cống cấu tạo khơng cần phải tính tốn thủy văn cống Cống cấu tạo bố trí nửa đào nửa đắp, đào chữ L, đắp thấp.Khi thiết kế đường đỏ người thiết kế cần ý tới điểm để nước mưa, nước mặt không ảnh hưởng tơi chất lượng khai thác mặt đường, bảo vệ tuổi thọ đường 6.2 THIẾT KẾ RÃNH DỌC 6.2.1 Nguyên tắc yêu cầu thiết kế - Rãnh dọc thiết kế đoạn đường đắp thấp 0.6m, tất đoạn đào, nửa đào nửa đắp bố trí hai bên đường - Kích thước rãnh thiết kế theo cấu tạo mà không yêu cầu tính tốn thuỷ lực.(Chỉ đoạn rãnh có độ dốc dọc lớn 500m yêu cầu kiểm toán) Tiết diện rãnh thiết kế tiết diện hình thang có chiều rộng đáy rãnh 0.4m, chiều sâu tính từ mặt đất thiên nhiên 0.4m, độ dốc taluy rãnh 1:1 6.2.2 Bố trí rãnh dọc Trên suốt chiều dài tuyến đường xây dựng có diện tích sườn lưu vực đổ xuống khơng lớn có nhiều khe tụ thuỷ nên lưu lượng nước chảy rãnh dọc khơng nhiều, khơng cần phải bố trí rãnh đỉnh mà cần làm rãnh dọc đoạn đắp thấp 0.6m; tất đoạn nửa đào nửa đắp đường đào Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG Tại vị trí chuyển từ đào sang đắp, nước rãnh dọc đường đào phải dẫn xa phạm vi đường đắp phải xây dựng cống cấu tạo để thoát nước ngang đường để đảm bảo an toàn cho đắp Để đảm bảo cho q trình thi cơng dễ dàng, thuận lợi cho việc áp dụng biện pháp thi công giới, thiết kế rãnh dọc có tiết diện hình thang (hình vẽ) Độ dốc dọc rãnh dọc lấy theo độ dốc tim đường để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công Tiết diện rãnh thiết kế theo định hình vẽ với hình dạng kích thước sau Taluy rãnh bên lấy theo taluy nền, bên lấy 40 40 40 40 1:1 25 6.2.3 Bố trí rãnh đỉnh Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ đường lớn, rãnh dọc khơng hết phải bố trí rãnh đỉnh để đón nước từ sườn lưu vực chảy phía đường dẫn nước cơng trình nước Thơng thường với đường đào sâu từ 6m trở lên bố trí rãnh đỉnh.Rãnh đỉnh phải làm cách mép ta đường đào 5m Chiều rộng tối thiểu đáy rãnh đỉnh 0.5m, mái rãnh có độ dốc 1:1.5, chiều sâu lấy theo tính tốn khơng nhỏ 1,5m Dốc rãnh phù hợp với địa hình khơng nhỏ 0,5% Lịng rãnh đỉnh mái dốc phía đường phải xây để trống nước vào mái đường Rãnh đỉnh Cấu tạo rãnh đỉnh Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG ĐƯỜNG Khi thiết kế trắc dọc phải ý điiều kiện địa hình để dẫn nước cống để nước mà không làm ảnh hưởng tới cường độ mặt đường khơng làm xói lở mái ta luy đường Lê Anh Tuấn Tú Lớp Cầu Đường Bộ C-K52 ... Km1 +63 1. 54 0.07 0. 01 0.9 Km2+52 .69 0.09 0. 01 Km2+4 31 .62 0 .1 Km5+900 Km6+450.03 Lý trình Lsd (m) ϕ 0 .66 0.07 2. 31 9.43 25.52 0. 16 6 11 0.73 0.08 2.48 9.49 34 .15 0 .14 4 0 .15 11 0.75 0. 06 1. 75 9 .15 ... 1. 75 9 .15 23.24 0. 16 5 0.79 0 .15 11 0 .62 0.05 1 .65 9.09 29.94 0 .14 5 0.82 0 .15 11 0.7 0.04 1. 5 23 .68 0. 16 5 α msd mls δ 0.83 0 .15 11 1. 2 0.79 0 .15 0. 01 0.89 0.79 0 .12 0.02 1. 2 0.08 0. 01 0.89 sd tsd... ϕls = 1/ 3 11 × 7,5 0,0 91/ (0,79 × 19 7 )1/ = 34 .15 Từ τsd Φls ta tra Ap% Ap% = 0 .14 4 (Bảng 2.3 22TCN220-95 01 ) Hệ số triết giảm lưu lượng ao hồ đầm lầy: δ Diện tích ao hồ đầm lầy chiếm F = 0. 01 (Km2)