Đồ án tốt nghiệp cấp thoát nước

Đồ án tốt nghiệp cấp thoát nước chuẩn cho anh em sinh viên tham khảo Đồ án tốt nghiệp cấp thoát nước chuẩn cho anh em sinh viên tham khảo Đồ án tốt nghiệp cấp thoát nước chuẩn cho anh em sinh viên tham khảo Đồ án tốt nghiệp cấp thoát nước chuẩn cho anh em sinh viên tham khảo

thiết kế các CÔNG TRìNH THOáT NƯớC 1.Tính toán lu lợng nớc chảy qua công trình.

- Do diện tích lu vực tính toán đều nhỏ hơn 100km2 nên lu lợng thiết kế của các công trình thoát nớc đợc tính toán theo công thức cờng độ giới hạn với thời gian ma

là 30 phút:

Qp = Ap*ϕ*Hp*δ*F

Trong đó:

-F: diện tích lu vực (km2)

-ϕ: hệ số dòng chảy đỉnh lũ phụ thuộc vào loại đất cấu tạo lu vực, lợng

m-a ngày và diện tích củm-a lu vực; xác định theo (bảng 9-6) (sách TKĐ tập 3)

-δ: hệ số triết giảm dòng chảy do ao hồ (δ = 0.85)

-Hp: lu lợng ma ngày ứng với tần suất tính toán (mm)

-Ap: mô đun dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p% (phụ thuộc vào Φls, τsd và vùng ma) và đợc xác định theo phụ lục 13 (sách TKĐ tập 3)

-τsd: thời gian tập trung nớc từ sờn dốc (phụ thuộc vào đặc trng địa mạo thuỷ văn Φsd) và đợc xác định theo phụ lục 14 (sách TKĐ tập 3)

- Φls: đặc trng địa mạo lòng suối

Φls = 1/3 1/4( )1/4

%

1000

L

m i F ϕ H

Φsd = ( )

0.6

0.4 0.3

%

sd

b

i m ϕ H

bsd = 1.8( i )( )

F

m

l +L

∑

Trong đó:

-L: Chiều dài suối chính (km)

-ils: độ dốc lòng suối chính (tính theo phần nghìn)

-isd: độ dốc sờn dốc (tính theo phần nghìn)

-mls: hệ số nhám của lòng suối (tra bảng 9-3 sách TKĐ tập 3 , m = 7) -bsd: chiều dài trung bình sờn dốc lu vực (m)

bsd = 0.9( )

F

l L+

∑

-Σli :Tổng chiều dài các suối nhánh (km) (chỉ tính các suối có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng trung bình B của lu vực)

-B đợc tính theo công thức:

B = L

F

2 Với lu vực có hai mái

B = L

F

Với lu vực có một mái dốc

B¶ng tÝnh to¸n thuû v¨n ph¬ng ¸n 1

Tªn

cèng

l

∑ H4% bsd Isd Ils

B¶ng tÝnh to¸n lu lîng ph¬ng ¸n 1

Tªn

B¶ng tÝnh to¸n thuû v¨n ph¬ng ¸n 2

Tªn

cèng

l

∑

H4% bsd

Isd Ils

B¶ng tÝnh to¸n lu lîng ph¬ng ¸n 2

Tªn

cäc msd mls α Φsd tsd Φls Ap δ Q4%(m3/s)

2.TÝnh to¸n cèng

2.1Lựa chọn phơng án cống và kiểm toán

• Sau khi tính toán lu lợng nớc lớn nhất dồn về chân công trình thoát nớc, tiến hành chọn khẩu độ công trình thoát nớc Tuỳ thuộc vào lu lợng nớc dồn về chân công trình mà tiến hành chọn khẩu độ công trình thoát nớc cho phù hợp nhằm sử dụng hết công suất làm việc của cống với điều kiện chảy không áp, hoặc cầu khi đã tính toán đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Dự kiến dùng cống tròn BTCT định hình loại miệng thờng, chế độ chảy không áp

• Tiếp theo dựa vào khẩu độ cống (cầu) đã chọn ta tiến hành tính lại lu lợng

có thỏa mãn không (tức lu lợng tính theo khẩu độ cống phải lớn hơn hoặc bằng lu lợng thiết kế đã tính ở trên và thỏa mãn điều kiện chảy không áp) Nếu không thỏa mãn thì chọn lại khẩu độ cống cho phù hợp

• Công thức tính lu lợng :

Q = ψ ω ì ì g Hì −h và thoã mãn H

n ≤1.2hcv

Trong đó :

ψC: hệ số vận tốc khi cống làm việc không áp lấy 0.82ữ0.85 Ta lấy

=0.85

ωC: Là tiết diện nớc chảy chỗ thu hẹp trong cống

 hc là chiều sâu nớc chảy chỗ thu hẹp hc=0.9*hk

 hk là chiều sâu phân giới

 g là gia tốc trọng trờng, g = 9.81m3/s

 Hn là chiều cao nớc dâng trớc cống

 hcv là chiều cao cống cửa vào, để thuận tiện cho việc thi công sau này cống đợc thiết kế sao cho tại mọi mặt cắt ngang cống đều có kích thớc nh nhau, đối với cống tròn hcv = d (d là đờng kính cống) và hcv = h (đối với cống bản)

Ta có :

C

c C n

g

V h H

ψ 2

2

+

=

Thay ψC=0.85; hc=0.9hk ;

2

0.73 C

K

V h

g

ì

=

có

2

1.43 c 2

V

g

⇒ Q C =0.85ì ì ωC gH n (1-1)

- Theo sách TKĐ tập 3 có thể tính cống theo phơng pháp sau:

 Đối cống bản tiết diện chữ nhật thì ω =c 0,5b hcì Công thức tính lu lợng toán là: Q C =1.33ì ìb H n3/ 2 Ta giả định bề rộng cống bản b, và cho Q

c(m3/s) tính ở phần trên, từ đó tìm ra Hn ⇒ tìm ra hcv ⇒ tìm ra kích thớc cống và cao độ mặt

đờng

 Đối cống tròn phải dùng đồ thị 10-2 của sách TKĐ tập 3 biểu thị qua

d

h

d

C

C,

2

ϖ

Tức là biết d, và hc đợc xác định từ Hn =1.2hcv =1.2d ; Hn = 2hc ⇒ hc/d=

Hn/2d tra biểu đồ tìm ra ωC thay lên công thức (1-1) ⇒ tìm ra Hn, rồi kiểm tra khả năng thoát nớc và xác định đợc cao độ mặt đờng

a.Chọn và kiểm toán cống của phơng án 1

Số dóy

Chiều cao nước dõng Q C= 0.85 ì ì ωC gH n 1.2*hcv QC ≥ Q

Q(m3/s)

-C4

4.689

Cống bản2x2

b.Chän vµ kiÓm to¸n cèng cña ph¬ng ¸n 2

lượng

Q(m3/s)

Kích thước

Số dãy cống

Chiều cao nước dâng (Hn)

0.85

Q = × × ω gH 1.2*hcv

≥Hn

QC ≥ Q

-C7

2.254

Cống bản 1.5x1.5

2 2 Xác định chiều dài cống ( Dạng không áp )

Lcèng X1

1:m

Hn

X2

Hm®

Hc

Khi xác định chiều dài cống tròn không áp, ta xét trường hợp sau :

 Trường hợp 1 : H md ≥H c+0,55 (KCMĐ)

Công thức xác định : L cong = +B X1 +X2 = +B 2*(H md −H c) (m)

Trong đó :

+ 1/m : Độ dốc taluy

+ B : Bề rộng nền đường = 9m

+ 0,55m : là chiều dày kết cấu mặt đường đã thiết kế

+ Hc, Hmđ, Hn : Là chiều cao cống (có xét bề dày cống), chiều cao mặt đường (tính từ nền tự nhiên đặt cống) và chiều cao mực nước dâng

+ X1, X2 như hình vẽ và tùy tai các mặt cắt ngang trên tuyến mà có thể chỉ có X1 hoặc chỉ có X2 hoặc có cả đồng thời X1 và X2

 Trường hợp 2 : H md ≤H n+0,5 0,55+ ( tức là Hn > Hc nhưng luôn đảm bảo điều

kiện chảy không áp là H n ≤1, 2*h cv= 1,2*( Hc – chiều dày 2 cống ) thì khi đó ta

phải đào thấp mặt đất tự nhiên xuống 1 chút để thỏa mãn H md =H n+0,5 0,55+ Khi

đó công thức xác định chiều dài cống là : L cong = +B X1 +X2 = +B 2*(H n+ 0,5*H c)

(m)

ph¬ng ¸n 1

Phương án 2

1 cống1 1.319m3/s tròn 861.7m 1.25 0.95 m 10.5 m

6 Tính toán khẩu độ cầu

6.1 Trình tự tính toán

-Xác định lưu lượng tính toán

-Xác định vận tốc ,chiều sâu dòng chảy ứng với lưu lượng tính toán

-Lựa chọn phương pháp gia cố lòng sông dưới cầu,hình dạng mặt cắt của dòng chảy dưới cầu và vận tốc cho phép vcf

-Xác định chiều sâu phân giới hk

-Xác định chế độ chảy,chọn sơ đồ tính toán

-Tính toán khẩu độ cầu

-Xác định mức nước dâng trước công trình và định độ cao mép nền đường

6.2 Xác định khẩu độ cầu

 Xác định khẩu độ cầu cắt ngang qua suối tại lý trình Km2+499 phương án1 Các số liệu tính toán:

Lưu lượng dòng chảy:Qtt=160m3/s

Độ dốc lòng suối tại vị trí cầu:i=0.27%

Trắc ngang lòng suối tại vị trí cầu có độ dốc về cả hai phía là 1:2.5

Hệ số nhám ms=7

Giả thiết chiều sâu dòng chảy tự nhiên ho=4.3 m

Diện tích mặt cắt ướt: wo=m*h2

o=2.5*4.3*4.3= 93.45 m2

Chu vi ướt :χo=2*ho* 1 m+ 2=2*4.3* 1+2.52 =23.156 m

Bán kính thủy lực mặt cắt :R=4.03 m

Vận tốc dòng chảy tự nhiên:Vo=1.708m/s

Lưu lượng dòng chảy tương ứng với độ sâu giả định

Qo=Vo*wo=1.708*93.45=159.65 m3/s

Sai số lưu lượng

D= 160

65 159

160 −

*100=4,6%<5%=>thỏa mãn Như vậy chiều sâu dòng chảy thực tế là h=4.3m.Vận tốc dòng chảy

Vo=1.708m/s

Vận tốc cho phép không xói của vật liệu gia cố dưới cầu là 3,5m/s

6.3 Tính hk

-Tính hk theo công thức

m B

* 2

*

* 4

− Trong đó:

Bk= cp

tt

V

Q g

3

*

*

* ε

α = * 0 9 * 3 5 3

160

* 81 9

=40.634 m

tt

Q

* ε

ω =

=0 9 * 3 5

160

=50.79 m

=>hk=1.36 m

=>1.3hk<ho

6.4.Tính khẩu độ cầu theo công thức

Lc= * * 3

*

k

tt

V

Q g

α

5 3

* 1

* 9 0

160

* 81 9

=40.63 m

=>Lc=41 m

6.5.Tính chiều sâu mực nước dâng

2

*

*

α

g

V cp

V H

* 2

2

=>H=5.5 m

6.6.Tính chiều cao nền đường tối thiểu

Hnền=H+0.52=5.5+0.52=6.02 m

6.7.Tính chiều cao cầu tối thiểu

Hc=0.88H+t+k

Trong đó

Chiều cao hệ mặt cầu t=0.7m

Dòng chảy không có cây trôi k=1m

=>Hc=6.5m

6.8.Tính chiều dài toàn cầu

Chiều rộng đáy tiết diện hình thang

b=Lc-2*m*hk=24 m

Chiều dài toàn cầu

L=b+2*m*Hc=62 m

 Phương án 1

Lý trình Qtt(m2/s) Vo(m) ho(m) hk(m) Hn(m) Hc(m) Vcp(m/s) Lc(m) Ltoàn cầu(m) Km2+44

9

Km4+38

8

 Phương án 2

Lý trình Qtt(m2/s) Vo(m) ho(m) hk(m) Hn(m) Hc(m) Vcp(m/s) Lc(m) Ltoàn

cầu(m) Km1+96

5

Km2+84

0

Km6+85

7

7.Thiết kế rãnh thoát nước (gồm rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, rãnh dọc )

- Đối với rãnh đỉnh : Theo sách TKĐ tập 2 chỉ bố trí khi diện tích lưu vực sườn

núi đổ về lớn và rãnh dọc thoát nước không hết thì mới bố trí rãnh đỉnh dẫn nước

về sông suối

- Đối với rãnh dọc : Việc lựa chọn bố trí rãnh dọc phải đảm bảo các yêu cầu sau

đây :

 Rãnh dọc có nhiệm vụ thoát nước mưa từ mặt đường và hai bên đường, giữ

cho

nền đường và măt jđường luôn luôn khô ráo để đảm bảo ổn định cường độ nền

đường và mặt đường khi trời mưa

 Tiết diện và độ dốc dọc của rãnh phải chọn sao cho tốc độ nước chảy không

nhỏ

hơn tốc độ bắt đầu lắng đọng của các hạt phù sa Thông thường độ dốc của rãnh

được lấy theo độ dốc dọc của đường đỏ nhưng tối thiểu không nhỏ hơn 0,5%

 Giảm đến mức tối đa chỗ ngoặt để tránh hiện tượng ứ đọng bùn cát Khi rãnh cần

đổi hướng thì phải thiết kế sao cho rãnh chuyến hướng từ từ với góc ngoặt không quá 450 và bán kính đường cong không nhỏ hơn hai lần bề rộng mặt trên của rãnh

 Để đảm bảo đường được khô ráo, rãnh không bị đầy tràn phải bố trí nhiều chỗ

thoát nước từ rãnh dọc ra các khe suối, sông hay các khu đất trũng gần đấy

 Khi thiết kế rãnh dọc phải tuân theo nguyên tắc không để cho nước từ rãnh nền

đường đắp chảy về nền đường đào trừ trường hợp nền đường đào dài không quá 100m

 Bề rộng rãnh không nhỏ hơn 40m, mái dốc 1:1,5 ở đây ta thiết kế rãnh có tiết diện

hình thang ( là loại rãnh dùng phổ biến)

7.1Trình tự tính toán (theo sổ tay TKĐ ô tô, hoặc sách TKĐ tập 2)

- Xác định lưu lượng thực tế của nước trong rãnh Q m s tk( 3 / )

- Chọn tiết diện lòng rãnh, chiều sâu mực nước và xác định ω χ, , ,R V

- Xác định khả năng thoát nước Q0 >Q tk

7.2Xác định lưu lượng thực tế :

- Có thể tính theo công thức gần đúng của E.V Bôn-đa-côp dùng cho lưu vực nhỏ

2

0,3

F < Km

( )

tk

Trong đó :

+ H : Chiều dày dòng chảy (mm), với thời gian tập trung nước t = 300 và đất cấp 3 tra bảng phụ lục sách TKĐ tập 3 có H = 26mm

+ Z : Là lượng tổn thất do cây cỏ tra bảng 7-7 sách TKĐ tập 3 có Z = 15mm + F : Là diện tích lưu vực : F = F1 +F2

F1 : Là diện tích của nửa phần nền đường sẽ chảy về rãnh

( )2 ( 2)

5,0*

5,0*

10

r r

L

F2 : Là diện tích mái taluy phía bên rãnh lấy từ tim đường ra 100m

⇒ ( )2 ( 2)

100*

100*

10

r r

L

Với Lr là chiều dài rãnh cần xét ( trên trắc dọc )

Vậy ( ) 6

100* 4,5*

10

7.3Chọn tiết diện lòng rãnh

- Ta chọn kích thước rãnh thong dụng hình thang có tỷ lệ mái dốc 1:1, chiều cao

và chiều rộng đáy tối thiểu theo quy trình = 40cm

15cm

7.4Xác định khả năng thoát nước rãnh thiết kế :

- Theo công thức Sêdi-Maning (sách thủy lực) thì khả năng thoát nước của rãnh được xác định như sau : Q0 = ω * *C R i* r

Trong đó :

+ ω : Là diện tích mặt cắt ướt trong rãnh, ở đây ta xét mặt cắt hạ lưu và xét trường hợp tối đa là tại mặt cắt này nước chảy đầy

( 0) ( )

2 *

* * 2

ω =  + +  = +

= (0,4+1*0,25) = 0,1625 ( )m2

+ C : Là hệ số phụ thuộc vào độ nhám của lòng rãnh và bán kính thủy lực Theo công thức Pa-Vơ-Lop Ski :

1

*

n

γ

=

R : Bán kính thủy lực R

ω χ

=

χ: Chu vi ướt ( 2 2)

= 1,107 ⇒

0,1625

1,107

R=

= 0,147 + n : Là hệ số nhám lòng rãnh xác định theo bảng 6-4 sổ tay TKĐ có n = 0,02, y

= 1/5

+ Vậy

1/6

1

*0,113

0, 02

C=

= 36,315 + Id (%) là độ dốc lòng rãnh (xác định trên trắc dọc )

⇒ Vậy Q0 = 0,1625*36,315* R i* d = 0,1625*36,315* 0,147*i d

Ta có bảng tính cho hai phương án: