Phần 2 cuốn sách Sổ tay tính toán thủy lực thủy văn ngành Cầu đường cung cấp cho người học các kiến thức Tính toán thủy lực công trình cầu trong trường hợp đặc biệt, dự báo quá trình diễn biến lòng sông, thiết kế các công trình trong khu vực cầu vượt sông,... Mời các bạn cùng tham khảo.
chơng V - Tính toán thuỷ lực công trình cầu trờng hợp đặc biệt Đ 5.1 Tính độ nhiều cầu sông Khi tuyến đờng qua đoạn sông có bÃi rộng mà bÃi có nhiều dòng nhánh, phải vào điều kiện cụ thể đoạn sông để chọn phơng án thiết kế nhiều cầu sông cầu sông Thờng thờng lòng sông lu lợng nớc lũ tơng đối ổn định, tỷ số phân phối lu lợng dòng chính, dòng nhánh dòng bÃi sông thay đổi ít, bắc nhiều cầu sông Trờng hợp dòng có xu chuyển dịch ngang nh lu tốc không lớn lắm, lợng hàm cát nớc lũ ít, mà lòng sông tơng đối sâu dùng biện pháp chỉnh trị để ổn định vị trí lòng sông, khống chế tỷ số phân phối lu lợng dòng chính, dòng nhánh bÃi sông, dùng phơng án nhiều cầu sông Nhng đoạn sông mà lòng thay đổi bất thờng, bÃi cồn cát chuyển dịch mạnh không theo quy luật nào, không đợc dùng phơng án nhiều cầu sông mà phải bố trí hệ thống công trình chỉnh trị để cố định vị trí lòng sông dùng phơng án cầu Nếu bố trí cầu cống phụ bÃi sông phải dùng biện pháp phòng hộ, bắt dòng phát triển theo hớng đà định để bảo đảm an toàn cho đờng cầu cống phụ Trên sông hợp nhiều cầu làm không hẳn tốt, việc làm thay đổi trạng thái thiên nhiên dòng nớc mà có nhợc điểm nh yêu cầu khối lợng lớn công trình chỉnh trị, làm tắc dòng nhánh ảnh hởng đến việc tới tiêu phục vụ nông nghiệp, nâng cao mực nớc ứ dềnh trớc cầu đờng đầu cầu, chí làm ngập làng mạc đồng ruộng uy hiếp đê điều v.v Bởi vậy, để chọn phơng án làm nhiều cầu hay cầu sông cần cã so s¸nh vỊ kinh tÕ - kü tht 5.1.1 Những điểm cần ý tính độ nhiều cầu sông - Vị trí cầu phải đặt nơi mà dòng dòng nhánh bÃi sông chỗ tơng đối sâu, cố gắng phân bố cầu cho cầu phải có khoảng cách thích hợp - Căn vào mặt cắt ngang sông vị trí cầu mặt cắt phụ thợng hạ lu, lấy đờng phân nớc thiên nhiên chỗ địa hình nhô cao lên cầu làm điểm phân giới lu lợng Nếu đờng phân nớc thiên nhiên không rõ ràng, vạch đờng thích hợp hai cầu làm đờng phân nớc nhân tạo, dựa vào mà phân phối tính lu lợng cho cầu http://www.ebook.edu.vn http://nuoc.com.vn - Do có chênh lệch cách phân phối lu lợng cho cầu, cần tăng lu lợng thiết kế cầu cho chúng để cầu thích hợp với điều kiện phân phối bất lợi Xác định hệ số tăng lu lợng thờng dùng phơng pháp sau: Phơng pháp 1: Căn vào mặt cắt ngang sông vị trí cần đo ngày gần theo mực nớc thiết kế, tính lu lợng thoát qua cầu Qm, tìm đợc tỷ số phân phối lu lợng cho cầu c«ng thøc: P1 = Qm % n ∑Q m Phơng pháp 2: Tính tỷ số phân phối lu lợng thiết kế cho cầu dựa vào mực nớc thiết kế mặt cắt ngang phụ thợng lu vị trÝ cÇu: P2 = Qm' % n ∑Q ' m Phơng pháp 3: Tính tỉ số phân phối lu lợng lớn cho cầu theo tài liệu thực đo nhiều năm mặt cắt ngang phụ thợng lu vị trí cầu: P3 = Qm'' % n Q '' m Với kết tính đợc theo cách phân phối nói trên, chọn tỷ số lớn cho cầu đem cộng lại, ta đợc hệ số tăng cờng tổng lu lợng tính toán Trong thí dụ bảng dới ta đợc hệ số tăng cờng lu lợng 1,17; lu lợng thiết kế thành Qp = 1,17 Q1% Tuy nhiên mực n−íc thiÕt kÕ vÉn dïng mùc n−íc t−¬ng øng l−u lợng thiết kế trớc lúc tăng cờng Phơng pháp phân phối Phơng pháp P1 Phơng pháp P2 Phơng pháp P3 Dùng hệ số tăng cờng http://www.ebook.edu.vn Tỷ số phân phối lu lợng cho cầu (%) Cầu CÇu CÇu CÇu 32 30 36 36 18 25 18 25 42 35 32 42 10 14 14 Tæng céng % 100 100 100 117 http://nuoc.com.vn - Vị trí cầu phải cố đặt th¼ng gãc víi h−íng n−íc lị ChiỊu cao ø dỊnh cầu phải lấy - Lu tốc thiết kế cầu bÃi có quan hệ tới ứ dềnh trớc cầu Để mực nớc thợng hạ lu đờng khỏi chênh lệch đáng mà ảnh hởng tới tính ổn định đờng bÃi sông, tốt không cho ứ dềnh 0,9m Nếu lu tốc nhịp cầu bÃi sông tơng ứng với mức dềnh cao thiết kế vợt lu tốc không xói cho phép đất bÃi sông, cần so sánh phơng án cho xói với phơng án không cho xói (phòng xói) dới cầu Do bÃi sông phù sa từ thợng lu trôi nên thờng độ sâu xói dới cầu bÃi sông lớn nên cầu độ nhỏ tốt dùng biện pháp gia cố dới cầu - Trong trờng hợp, cầu phải bố trí kè dẫn nớc 5.1.2 Tính độ cầu Khi thiết kế nhiều cầu sông, thờng gặp trờng hợp: (1) cho xói địa chất lòng sông dới cầu; (2) lòng cho phép xói địa chất dới cầu, bÃi sông không cho phép xói dới cầu Sau phơng pháp tính: a Lòng sông cầu lớn cầu trung ®Ịu cho phÐp xãi - Dïng c«ng thøc (5-1) vÏ ®−êng cong quan hƯ gi÷a chiỊu cao ø dỊnh cđa cầu diện tích làm việc dới cầu Q m ΔZ = η ⎢⎜⎜ ⎢⎝ ω m ⎣ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ Qm − ⎜⎜ ⎝Ωm ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎤ ⎥ = f (ω m ) ⎥ ⎦ (5-1) ®ã: η: hƯ sè, xác định riêng cho cầu theo bảng 4-10; Qm : lu lợng thiết kế phân phối cho cầu định, m3/s; m : diện tích làm việc dới cÇu øng víi mùc n−íc thiÕt kÕ, m2; Ωm : diện tích mặt cắt ngang dòng sông trạng thái thiên nhiên ứng với lu lợng thiết kế cầu ®ã, m2 - Trong nhãm ®−êng cong ΔZ = f (m), vào trị số ứ dềnh cao Z, xác định Z theo biên ký kết với ngành hữu quan theo điều kiện cho phép ngập phía thợng lu cầu chiều cao vai đờng, sơ chọn kích thớc độ cầu, sau tính xói dới cầu tìm đợc diện tích sau xói cầu Wm Tra lại đờng cong Z = f (m) đợc trị số Z tơng ứng Lấy trị số Zmin (nhỏ trị số ứ dềnh cầu) làm trị số chung, m cầu tơng ứng với Zmin làm diện tích cuối cùng, dùng để xác định kích thớc cuối độ cầu http://www.ebook.edu.vn http://nuoc.com.vn - Xác định đợc độ cầu với điều kiện chiều cao ứ dềnh cầu phải nhau, lu lợng thực tế qua cầu theo tỉ số phân phối đà định lúc trớc Vậy dùng công thøc (5-1) ®Ĩ cã ®−êng cong ΔZ = f (Qm) cầu đà biết tổng số lu lợng đờng cong quan hệ ta tìm đợc dễ dàng lu lợng phân phối cuối trị số nớc dềnh cuối cho cầu b Lòng sông cầu lớn cầu trung cho phép xói không cho phép xói - Vẫn theo phơng pháp trên, vẽ đờng cong Z= f (m) trớc xói cầu Theo trị số ứ dềnh đà dùng, tra đồ thị đợc diện tích làm việc tơng ứng cầu sơ chọn kích thớc độ cầu - Cầu lớn cầu trung cho phép xói lần lợt tính xói để tìm m Z tơng ứng cầu chọn Zmin làm trị số dùng chung, từ ®ã tra trªn ®−êng cong quan hƯ ΔZ = f(ωm) tìm diện tích làm việc cần thiết cầu xác định lại độ chúng - Vẽ đờng cong quan hệ chiều cao ứ dềnh lu lợng thoát qua cầu, lần lợt tìm hai trị số phân phối lu lợng trớc xói sau xói - Đối với cầu không cho phép xói xác định lu tốc thiết kế xây lát phải dùng lu tốc dới cầu ứng với lu lợng phân phối cho cầu lúc cha xói Ví dụ: Tài liệu gốc: Trên vị trí X có thiết kế cầu Một cầu lòng sông, cầu bÃi sông, nớc chảy thẳng góc cầu bÃi sông phải xây lát, hai cầu có kè hớng nớc với kích thớc đầy đủ Tài liệu tính toán cầu sau đà phân phối lu lợng thiết kế tăng cờng nh bảng sau: (m ) cầu lò n g sô n g cầu b Ãi sô n g (m 2) H ìn h - http://www.ebook.edu.vn http://nuoc.com.vn Tài liệu tính toán Cầu bÃi sông Cầu lòng sông Lu lợng phân phối, m3/s 190 910 Hệ số tăng cờng 1,1 1,1 210 1000 700 1400 Hệ số 0,1 0,1 Loại đất Dùng đá phiến lát Cát to lẫn cuội khan sỏi Chiều sâu bình quân trớc xói H, m 2,5 5,50 Chiều cao ứ dềnh quy định lớn Z, m 0,30 0,30 Lu lợng thiết kế sau tăng cờng Qm, m3/s Diện tích mặt cắt lòng sông thiên nhiên , m2 Theo công thức (5-1) lập đờng cong Z =f(m) hai cầu, hình 5-1 ắ Tính cầu b·i s«ng Qm/Ω = 210/700 = 0,30 ; (Qm/Ω)2 = 0,09, đồng thời giả thiết tính chiều cao ứ dềnh z độ cầu nh bảng sau: Hạng mục tính toán Dầm bê tông cốt thép chữ T 2x16m 3x16m 4x16m 5x16m 6x16m 7x16m 8x16m 66 103 141 178 215 256 294 Qm/ωm(m/s) 3,18 2,04 1,49 1,18 0,98 0,82 0,72 (Qm/ωm)2 10,10 4,16 2,22 1,39 0,96 0,67 0,52 ΔZ(m) 1,00 1,00 0,21 0,13 0,09 0,06 0,04 ωm(m2) ¾ Tính cầu lòng sông Qm 1000 = = 0,175 ; Ω 1400 http://www.ebook.edu.vn ⎛ Qm ⎞ ⎜ ⎟ = 0,51 http://nuoc.com.vn Dầm bê tông cốt thép chữ T Hạng mục tính toán 6x16m 7x16m 8x16m 9x16m 10x16m 11x16m 12x16m ωm(m2) 455 536 620 705 786 874 954 Qm/ωm 2,20 1,87 1,61 1,42 1,27 1,14 1,05 (Qm/ωm)2 4,85 3,5 2,59 2,02 1,61 1,30 1,10 ΔZ(m) 0,43 0,30 0,21 0,15 0,11 0,08 0,06 Khi øng víi ΔZ =0,30m cầu bÃi sông cần có diện tích làm việc m = 120m2; cầu lòng sông m = 536m2 (tơng đơng với dầm bê tông cốt thép chữ T x16m) ắ Tìm diện tích m sau xói cầu lòng sông Z tơng ứng Dùng công thức chơng IV để tính xói, đồng thời coi đất cầu loại thổ nhỡng tơng ®èi chỈt ®Ĩ xÐt TÝnh xãi n−íc dỊnh theo 50% trị số xói tính toán toàn Sau xét xói 50% rồi, diện tích thoát nớc cầu lòng sông m = 612m2 Tra hình vẽ 5-1 đợc z = 0,21m tơng ứng, cầu bÃi sông mực nớc dềnh đó, diện tích làm việc tăng lên m = 141m2 Do định cầu lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 7x 16m; cầu bÃi sông không xét tới xói lở, cần dùng dầm bê tông cốt thép chữ T 4x16m ắ Dùng công thức 5-1 lập đờng cong Z =f(Qm) hai cầu - Trớc tiên vẽ đờng cong quan hệ H = f (Q,V, ) mặt cắt thiên nhiên lòng sông bÃi sông trớc làm cầu (tức đờng cong quan hệ chiều sâu nớc bình quân, lu lợng, lu tốc, mặt cắt thoát nớc) H(m) nh hình - Lòng H = f(Q) - Lần lợt tìm số liệu quan hệ trị số nớc dềnh lu lợng cầu bÃi sông cầu lòng sông (trớc sau lúc xói) xem bảng trang sau Vẽ đồ thị quan hệ nh hình - Lòng H = f(V) BÃi H = f(Q) Lßng H = f(W) B·i H = f(W) B·i H = f(V) Q(m3/s) W(m3) V(m/s) - Trong h×nh vÏ - lÊy tỉng l−u l−ỵng b»ng 1210m3/s làm tiêu chuẩn tra đợc lu lợng phân phối sau xói: Cầu lòng sông: Qm = 1030m3/s; Cầu bÃi sông: Qm = 180m3/s; Khi ®ã n−íc dỊnh: ΔZ = 0,18m Khi tìm đờng xói lớn cầu lòng sông lấy chiều sâu xói chung cầu Hp = 6,8m lấy Qm = 1030m3/s để tính xói cục xác định hợp lý chiều sâu chôn móng, đồng thời tra hình 5-3 đợc trị số phân phân phối lu lợng trớc xói nh sau: http://www.ebook.edu.vn http://nuoc.com.vn z (m) Cầu lòng sông Qm = 930m3/s, cầu bÃi sông Qm = 280m3/s Chiều cao nớc dềnh z = 0,28 < 0,30m Q (m3/s) Hình 5-3 Cầu bÃi sông dùng dẫm bê tông cốt thép chữ T x16m (không xói) Nớc sâu Lu bình quân l−ỵng Qm H (m) (m3/s) 15 87 2,0 113,8 293 3,0 3,5 388 Wm (m2) Qm/Wm (m/s) (Qm/Wm)2 Qm/Ω (m/s) (Qm/Ω)2 ΔZ (m) 0,931 1,22 167 193 0,931 1,22 1,755 2,01 0,867 1,488 3,08 4,04 0,193 0,248 0,349 0,396 0,037 0,062 0,122 0,157 0,08 0,14 0,30 0,39 Cầu lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T x16m (trớc lúc xói) Nớc sâu bình quân H (m) 4,0 4,5 5,0 6,0 6,5 L−u l−ỵng Qm (m3/s) Wm (m2) Qm/Wm (m/s) (Qm/Wm)2 (m/s) Qm/Ω (m/s) (Qm/Ω)2 ΔZ (m) 572 707 850 1172 1346 398 448 493 585 634 1,44 1,577 1,730 2,006 2,120 2,074 2,485 2,998 4,025 4,494 0,561 0,615 0,667 0,766 0,811 0,314 0,378 0,444 0,587 0,657 0,176 0,211 0,255 0,344 0,384 Cầu lòng sông dùng dầm bê tông cốt thép chữ T x16m (sau xói) Nớc sâu bình Lu lợng Qm Chiều sâu Hp(m) http://www.ebook.edu.vn W’m (m2) Qm/W’m (m/s) (Qm/W’m)2 (Qm/Ω)2 ΔZ (m) http://nuoc.com.vn qu©n H (m) 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 (m3/s) 572 707 850 1000 1172 1346 4,47 5,18 5,93 6,63 7,45 8,22 450 516 590 660 741 818 1,27 1,37 1,44 1,515 1,58 1,64 1,613 1,877 2,076 2,20 2,50 2,706 0,314 0,378 0,444 0,510 0,587 0,657 0,13 0,15 0,163 0,178 0,191 0,205 Dùng Qm = 280m3/s làm lu lợng thiết kế xây lát cầu bÃi sông, tra hình 5-3 đợc lu tốc tơng ứng Vm =1,7m/s Vì lu tốc lớn lu tốc không xói cho phép đất thực tế, gia cố lát khan lớp đá hộc Đ 5.2 Tính độ cầu sông rộng chảy tràn lan Khi khảo sát thiết kế thờng thờng gặp phải sông rộng chảy tràn lan Đối với sông việc tính lu lợng, độ xói không đợc dùng phơng pháp tính nh sông thông thờng đà đề cập chơng IV, mà phải dùng phơng pháp đặc biệt để xử lý, không phát sinh sai số lớn Căn vào tính chất sông rộng chảy tràn khác nhau, phân làm loại: - Sông bÃi rộng vùng đồng bằng; - Sông chảy tràn lan vùng trớc núi; - Sông vùng hồ ao, đầm lầy nội địa Sau lần lợt giới thiệu phơng pháp thiết kế độ cầu ba loại 5.2.1 Sông bÃi rộng vùng đồng a Đặc trng thuỷ văn hình thái Sông bÃi rộng vùng đồng nói chung sông bÃi lớn, lòng sông tơng đối hẹp chiếm phần nhỏ toàn phạm vi chiều rộng ngập tràn, độ dốc lại tơng đối nhỏ (I 5000 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 312 http://nuoc.com.vn Trong trờng hợp khu vực tính toán không khu dân c, mà có nhiều mục đích sử dụng khác, lu lợng tính toán khu vực khu dân c cần phải xem xét, phân tích áp dụng phơng pháp tính toán thích hợp, ví dụ nh theo tiêu chuẩn cấp nớc Đối với nhà máy, khu công nghiệp có sử dụng nhiều nớc quy trình sản xuất, cần theo biểu đồ nhu cầu nớc theo yêu cầu công nghệ Đ Đặc điểm chuyển động nớc thải đô thị Mạng lới thoát nớc thải sinh hoạt thờng đợc tính toán với phần độ đầy cống Điều cho phép: - Tạo điều kiện tốt để vận chuyển chất bẩn lơ lửng không tan - Đảm bảo thông để loại chất khí độc hại tách từ nớc thải - Tạo phần tiết diện dự phòng để vận chuyển lu lợng vợt giá trị tính toán Độ đầy cống đợc đặc trng tỷ lệ chiều cao lớp nớc H đờng kính d hay chiều cao toàn phần cống (H/d) Để tính toán thủy lực mạng lới thoát nớc ngời ta dùng công thức dòng chảy ổn định ®Òu: Q=ω.v λ v2 v = C Ri ; i = 4R g (9 - 16) (9 - 17) đó: Q: lu lợng nớc thải, m3/s; : diện tích mặt cắt ớt, m2; C: hệ số Sêdi; v: tốc độ trung bình dòng chảy, m/s; i: ®é dèc thđy lùc b»ng ®é dèc lßng èng cèng chuyển động đều; R: bán kính thủy lực, m; R = ω/χ; χ: chu vi −ít, m; g: gia tốc rơi tự do, 9,81m/s2 9.4.1 Tiết diện cống đặc tính thủy lực Các loại tiết diện cống thoát nớc thờng dùng cống tròn, cống vòm, cống hộp vuông, cống hộp chữ nhật, kênh hình thang, rÃnh hình chữ nhật Kết cấu bê tông cốt thép, vòm gạch, đá hộc xây yêu cầu chung là: - Bảo đảm thoát nớc tốt, không gây lắng đọng; - Đủ sức chịu tải trọng tĩnh động; - Giá thành hạ; - Tránh dùng nhiều loại cống khác Trên thực tế, đô thị tiết diện cống hay sử dụng cống tròn có u điểm giá thành, khả sản xuất đồng loạt tính dễ lắp ghép Thông thờng thiết kế mạng lới thoát nớc đô thị, loại tiết diện cống chủ yếu đợc cân nhắc là: 313 http://www.ebook.edu.vn http://nuoc.com.vn - Cống tròn bê tông cốt thép hệ thống thoát nớc thải (nớc bẩn); - Cống tròn bê tông cốt thép hệ thống thoát nớc ma, đờng kính lớn 2,0m; - Cống hộp bê tông cốt thép (đổ chỗ lắp ghép) tiết diện hình vuông hình chữ nhật, kích thớc nhỏ nên lớn 1,0m; - RÃnh thoát nớc hình chữ nhật Công thức chung tính lu lợng thoát nớc cống nh sau: Q=.V (9 - 18) V = C R.I = C R.i (9 - 19) đó: Q: lu lợng m3/s; : diện tích tiết diện ớt, m2; V: tốc độ nớc chảy, m/s; R: bán kính thủy lực, m; I: độ dốc thđy lùc, lÊy b»ng ®é dèc cèng i; C: hƯ số Sê di Theo công thức Pavlốpki: C = n R y (9 - 20) ®ã: n: hƯ số nhám, phụ thuộc vật liệu phơng pháp chế tạo cống Xem bảng -6; y: số mũ, phụ thuộc độ nhám, hình dạng kích thớc cống: ( ) y = 2,5 n − 0,13 − 0,75 n − 0,1 (9 - 21) Trong nhiỊu tr−êng hỵp, c«ng thøc vËn tèc cã thĨ viÕt nh− sau: V= / 1/ R I n (9 - 22) Bảng - Hệ số nhám n Loại cống (kênh) Cống: - Sành - Bê tông bê tông cốt thép - Xi măng a mi ăng - Gang - Thép Kênh - Gạch - Đá có trát vữa xi măng Hệ số nhám n 0,013 0,014 0,012 0,013 0,012 0,015 0,017 Chú ý: Các trị số bảng nêu tơng ứng với điều kiện sản xuất hoàn chỉnh, sản xuất thủ công trị số nhám lớn nhiều Đặc tính thủy lực tốt tiết diện cống xác định khả thoát nớc lớn nhất, đạt độ dốc diện tích tiết diện ớt Nh cống tròn tốt có b¸n kÝnh thđy lùc R lín nhÊt R= http://www.ebook.edu.vn ω χ (9 - 23) 314 http://nuoc.com.vn ®ã: ω: diƯn tÝch tiÕt diƯn −ít, m2; χ: chu vi −ít, m; Do cống tròn thoát nớc tốt, dễ chế tạo hàng loạt bền vững nên đợc dùng rộng rÃi, tới 90% số lợng mạng lới thoát nớc 9.4.2 Tổn thất cục mạng lới thoát nớc Tổn thất cục thờng đợc tính giếng thăm, giếng chuyển bậc với cống có d [Vkl] Trong trờng hợp khó khăn không đảm bảo đợc vận tốc tự làm sạch, cần xem xét việc tăng số lợng ga thăm, để đảm bảo công tác nạo vét đợc dễ dàng Đối với nớc thải sinh hoạt nớc ma, tốc độ chảy nhỏ ứng với độ đầy tính toán lớn ống quy định nh sau: Cống tròn có đờng kính 150 250 mm: 300 – 400 mm 450 – 500 mm 600 – 800 mm 900 – 1200 mm 1300 – 1500 mm > 1500 mm Vmin = 0,7m/s 0,8 m/s 0,9 m/s 1,0 m/s 1,15 m/s 1,3 m/s 1,5 m/s §èi với nớc thải sản xuất tốc độ chảy nhỏ nên lấy theo quy định quan chuyên ngành theo tài liệu nghiên cứu Ghi chú: Đối với loại nớc thải sản xuất mà tính chất chất lơ lửng gần giống với nớc thải sinh hoạt tốc độ chảy nhỏ lấy nh nớc thải sinh hoạt Đối với nớc ma có chu kỳ tràn cống P nhỏ hay 0,33 năm, tốc độ nhỏ lấy 0,6m/s Đối với đoạn cống đầu mạng lới không đảm bảo tốc độ nhỏ quy định độ đầy tính toán dới 0,2d nên xây dựng giếng rửa Tốc độ lớn mơng dẫn nớc ma v nớc thải sản xuất đợc phép xả vo sông, hồ lÊy theo bảng – B¶ng – Tên loại đất hay kiểu gia cố Gia cố bê tông Đá vôi sa thạch Đá lát khan Đá lát có vữa Cát nhỏ, cát vừa, pha sét Cát thô, pha sét gầy Pha sét Sét Lớp cỏ xếp đáy mơng Lớp cỏ xếp thành mơng http://www.ebook.edu.vn Tốc độ chảy lớn ứng với chiều sâu dòng nớc h = 0,4 -1m, m/s 4,0 4,0 2,0 3,0 – 3,5 0,4 0,8 1,0 1,2 1,0 1,6 317 http://nuoc.com.vn Ghi chú: Khi chiều sâu dòng nớc h nằm khoảng trị số h = 0,4 1,0m, tốc độ bảng phải với hệ số điều chØnh: - NÕu h d−íi 0,4 m, hƯ sè 0,85 - Nếu h 1,0m, hệ số 1,25 Độ dốc đờng ống mơng rnh thoát nớc - Độ dốc nhỏ đờng ống, mơng rÃnh phải chọn sơ sở bảo đảm tốc độ chảy nhỏ quy định - Đối với tất hệ thống thoát nớc độ dốc nhỏ ứng với độ đầy tính toán quy định nh sau: Đối với cống: 150mm φ 200mm φ 300mm φ 400mm φ 500mm φ 600mm φ 700mm φ 800mm φ 900mm φ 1000mm φ 1250mm φ 1500mm φ 1750mm φ 2000mm imin = 0,008 imin = 0,005 imin = 0,004 imin = 0,0025 imin = 0,002 imin = 0,0017 imin = 0,0014 imin = 0,0013 imin = 0,0011 imin = 0,0010 imin = 0,0008 imin = 0,0007 imin = 0,0006 imin = 0,0005 Ghi chú: - Trong số trờng hợp đặc biệt cho phÐp lÊy ®é dèc 0,004 ®èi víi èng φ 200mm; 0,007 ống 150mm - Độ dốc đoạn nèi tõ giÕng thu n−íc m−a ®Õn ®−êng èng 0,02 - Theo công thức kinh nghiệm, cống tròn, ®é dèc nhá nhÊt lÊy tû lƯ nghÞch víi ®−êng kính cống Độ dốc rÃnh, mơng thoát nớc ma lấy theo bảng - dới Bảng - Các hạng mục RÃnh đờng mặt phủ át phan Nh mặt phủ đá dăm đá tảng Nh - rải cuội, sỏi Các rÃnh riêng biệt Mơng tiêu nớc http://www.ebook.edu.vn Độ dốc nhỏ rÃnh đờng, mơng 0,003 0,004 0,005 0,005 0,005 318 http://nuoc.com.vn Đ 9.5 Thiết kế mạng lới thoát nớc 9.5.1 Một số nguyên tắc thiết kế Khi phân lu vực thoát nớc vạch tuyến đờng ống cần ý đến điều kiện địa hình quy hoạch chung đô thị, phải tận dụng tối đa điều kiện địa hình để xây dựng hệ thống thoát nớc tự chảy Đối với công tác cải tạo mạng lới thoát nớc cần nghiên cứu mạng lới có biện pháp đấu nối với hệ thống có Khi thiết kế mạng lới thoát nớc cho tuyến đờng cần theo quy hoạch thoát nớc toàn khu vực Quá trình phát triển khu vực, thông thờng tuyến đờng đợc xây dựng Nh hệ thống thoát nớc tuyến đờng vừa phải đảm bảo phù hợp với quy hoạch thoát nớc tơng lai, đồng thời phải đảm bảo thoát nớc giai đoạn trớc mắt, khu vực đô thị cha hoàn thành xây dựng theo quy hoạch Trong số trờng hợp không dung hoà đợc hai nhiệm vụ thoát nớc trớc mắt lâu dài, cần xem xét thiết kế hai hệ thống thoát nớc, hệ thống để thoát nớc trớc mắt hệ thống tạm Trong trờng hợp này, hệ thống thoát nớc tạm cần thiết phải sử dụng hình thức thoát nớc cỡng đào hồ chứa Trên mạng lới thoát nớc cần xây dựng miệng xả dự phòng để xả nớc thải vào hệ thống thoát nớc ma, vào hồ xảy cố Trong phạm vi khu dân c, không đợc đặt đờng ống thoát nớc ma, nớc thải mặt đất Nếu qua hồ sâu, sông, kênh tới cần phải có biện pháp xử lý thích hợp Khoảng cách mặt mặt đứng công trình thoát nớc tới công trình khác cần tuân thủ theo tiêu chuẩn hành Khi thay đổi hớng độ dốc tuyến cống cần phải thực vị trí giếng thăm tuyến cống Góc nối cống mặt không đợc nhỏ 90o Khi nối rÃnh với cống kín phải qua giếng thăm có hố khử cặn song chắn rác 9.5.2 Thiết kế mạng lới thoát nớc a Giếng thăm Trong hệ thống thoát nớc, giếng thăm mạng lới cống cần đặt vị trí nh sau: - Vị trÝ nèi c¸c tun cèng - Tun cèng chun h−íng, thay đổi độ dốc thay đổi kích thớc - Đảm bảo khoảng cách để tu, bảo dỡng vận hành Khoảng cách phụ thuộc vào kích thớc tuyến cống Đối với cống tròn tham khảo theo bảng -10 Bảng -10 Khoảng cách tối đa giếng thăm Đờng kính ống (mm) Khoảng cách giếng thăm (m) 150 - 300 400 - 600 700 - 1000 20 40 60 > 1000 100 Ghi chú: Thông thờng khoảng cách giếng thăm lấy nhỏ giá trị bảng nêu phụ thuộc vào lu lợng tính toán, độ đầy vận tốc tính toán Ví http://www.ebook.edu.vn 319 http://nuoc.com.vn dơ nh− ®èi víi cèng ®−êng kÝnh 400 – 600mm độ đầy dới 0,5d tốc độ tính toán tốc độ nhỏ khoảng cách giếng 25m - 30m - Đáy giếng thăm hệ thống thoát nớc ma cần có hố thu cặn Tuỳ theo mức độ hoàn thiện khu vực đợc thoát nớc, chiều sâu hố thu cặn lấy khoảng 0,3 – 0,5m b Giếng thu nước mưa - GiÕng thu nớc ma đặt rÃnh đờng theo khoảng cách xác định thông qua tính toán Ngoài phải bố trí giếng thu vị trí trũng trắc dọc, trớc ngà rẽ trớc dải qua đờng - Khoảng cách giếng thu nớc cần đợc xác định để đảm bảo tiêu chÝ bao gåm: (1) TÝnh chÊt cđa tun ®−êng (2) Chiều rộng phần mặt đờng đợc phép ngập nớc (3) Thời gian cho phép ngập nớc mặt đờng Khi đờng phố rộng dới 30m (mỗi bên rÃnh nhận nớc từ đờng), khoảng cách lớn giếng tham khảo bảng 9-11 Chiều dài đoạn cống nối từ giếng thu đến giếng thăm không lớn 40m Bảng -11 Khoảng cách lớn giếng thu Độ dốc dọc đờng phố Khoảng cách giếng thu (m) Nhỏ 0,004 50 Trªn 0,004 – 0,006 60 Trªn 0,004 – 0,01 70 Trªn 0,01 – 0,03 80 Ghi chó: - Quy định không áp dụng kiểu giếng thu cưa thu bã vØa (giÕng thu hµm Õch) - Khi chiều rộng đờng phố lớn 30m khoảng cách giếng thu không lớn 60m - Đáy giếng thu nớc ma phải có hố thu cặn, chiều sâu từ 0,3 0, 5m cửa thu phải có song chắn rác Mặt song chắn rác đặt thấp rÃnh đờng khoảng 20mm - 30mm - Nối mơng hở với đờng ống kín giếng phải có hố thu cặn, phía miệng hố phải đặt song chắn rác có khe hở không 50mm; đờng kính đoạn ống nối xác định tính toán nhng không nhỏ 300mm Ví dụ tính toán: ã Số liệu đầu vào Tính độ cống thoát nớc dọc cho tuyến đờng đô thị Chiều rộng mặt cắt ngang (phạm vi giới đỏ) 68m Phạm vi thoát nớc tính toán theo quy hoạch 100m tính từ mép vỉa hè (đối với nớc ma nớc thải) Chiều dài đoạn tuyến từ điểm đầu tới vị trí cửa http://www.ebook.edu.vn 320 http://nuoc.com.vn xả 1500m Hệ thống thoát nớc dự kiến hệ thống chảy riêng hoàn toàn (thoát nớc ma thoát nớc bẩn theo hai hệ thống riêng biệt) ã Yêu cầu tính toán Xác định lu lợng thoát nớc ma dọc theo chiều dài đoạn tuyến Dự kiến độ cống thoát nớc ma dọc tuyến Xác định lu lợng thoát nớc thải dọc theo chiều dài tuyến Kiểm tra khả thoát nớc chung nớc thải đợc thoát tạm thời hệ thống thoát nớc ma ã Các bớc tính toán Hệ thống thoát nớc ma Đối với hệ thống thoát nớc ma dọc tuyến, bớc tính toán cần thực nh dới Trong bảng tính phía dới trình bày toàn nội dung tính toán Xác định diện tích thoát nớc hệ thống cèng däc Trong vÝ dơ nµy, dù kiÕn däc tun có hệ thống thoát nớc dọc hai bên đờng Nh vậy, hệ thống cống dọc thoát nớc cho phạm vi 34m mặt cắt ngang 100m phÝa ngoµi vØa hÌ (cét 2, 3, 4) − Xác định thời gian tập trung nớc tới mặt cắt yêu cầu Thời gian tập trung nớc bao gồm thời gian chảy tới cống thời gian chảy cống Trong ví dụ xác định thời gian nớc chảy tới cống 10 phút Thời gian chảy cống đợc xác định sở chiều dài đoạn cống vận tốc nớc chảy cống (cột 5, 6, 7) Xác định cờng độ ma tính toán tơng ứng với tần suất tính toán thời gian tập trung nớc (cột 8) Xác định hệ số dòng chảy tính toán Hệ số dòng chảy theo tính chất bề mặt phủ đô thị tính chất ma khu vực (cần lu ý với trận ma dài ngày hệ số thấm giảm đáng kể) Trong ví dụ hệ số dòng chảy xác định 0,85 Tính toán lu lợng mặt cắt yêu cầu (cột 9) Thông số độ cống đợc dự kiến cột 10 Tuy nhiên việc xác định độ cống đoạn phụ thuộc vào độ dốc đặt cống Khẩu độ cống đề xuất cột 10 sở để xác định trắc dọc cống Việc kiểm toán độ cống đoạn cần thực sở trắc dọc cống thực tế Tính toán lu lợng cống thoát nớc ma dọc tuyến Chiều Chiều rộng dài Trờng đoạn thoát hợp tính cống nớc to¸n L B DiƯn Thêi gian tËp trung n−íc L−u Khẩu độ tích Cờng lợng cống đề Đến Trong thoát Tỉng ®é m−a thiÕt kÕ xt cèng cèng n−íc A t1 t2 t I QTK (m) (m) (ha) ( ph ) ( ph ) ( ph ) 10 100 134 1,34 10,0 1,7 11,7 419 0,48 D1000 200 134 2,68 10,0 3,3 13,3 404 0,92 D1000 250 134 3,35 10,0 4,2 14,2 396 1,13 D1000 300 134 4,02 10,0 5,0 15,0 389 1,33 D1000 350 134 4,69 10,0 5,8 15,8 382 1,52 D1250 400 134 5,36 10,0 6,7 16,7 376 1,71 D1250 http://www.ebook.edu.vn ( l/s/ha ) ( m3/s ) D (mm) 321 http://nuoc.com.vn 450 134 6,03 10,0 7,5 17,5 370 1,90 D1250 500 134 6,70 10,0 8,3 18,3 364 2,07 D1250 550 134 7,37 10,0 9,2 19,2 358 2,24 D1250 10 600 134 8,04 10,0 10,0 20,0 352 2,41 D1500 11 650 134 8,71 10,0 10,8 20,8 347 2,57 D1500 12 700 134 9,38 10,0 11,7 21,7 342 2,72 D1500 13 750 134 10,05 10,0 12,5 22,5 337 2,87 D1500 14 800 134 10,72 10,0 13,3 23,3 332 3,02 D1500 15 850 134 11,39 10,0 14,2 24,2 327 3,16 D2000 16 900 134 12,06 10,0 15,0 25,0 322 3,30 D2000 17 950 134 12,73 10,0 15,8 25,8 318 3,44 D2000 18 1000 134 13,40 10,0 16,7 26,7 313 3,57 D2000 19 1050 134 14,07 10,0 17,5 27,5 309 3,70 D2000 20 1100 134 14,74 10,0 18,3 28,3 305 3,82 D2000 21 1150 134 15,41 10,0 19,2 29,2 301 3,94 D2000 22 1200 134 16,08 10,0 20,0 30,0 297 4,06 D2000 23 1250 134 16,75 10,0 20,8 30,8 294 4,18 D2000 24 1300 134 17,42 10,0 21,7 31,7 290 4,29 D2000 25 1350 134 18,09 10,0 22,5 32,5 286 4,40 D2000 26 1400 134 18,76 10,0 23,3 33,3 283 4,51 D2000 27 1450 134 19,43 10,0 24,2 34,2 279 4,62 D2000 28 1500 134 20,10 10,0 25,0 35,0 276 4,72 D2000 29 1600 134 21,44 10,0 26,7 36,7 270 4,92 D2000 30 1700 134 22,78 10,0 28,3 38,3 264 5,11 D2000 HÖ thèng thoát nớc thải Lu lợng thoát nớc thải phụ thuộc lớn vào tính chất, loại hình quy mô đô thị, quy mô dân số dọc tuyến Thông thờng thông số đợc xác định thông qua toán quy hoạch đô thị Việc dự kiến độ công trình thoát nớc thải phải đợc thực đơn vị lập quy hoạch vấn đề có liên quan tới vị trí, quy mô trạm bơm nớc thải, nhà máy xử lý Thời điểm hoàn thành hệ thống thoát nớc thải với đầy đủ công trình đầu mối nh trạm bơm, nhà máy xử lý, thờng chậm nhiều so với tuyến đờng Nh giai đoạn đầu nớc thải thờng tho¸t chung víi hƯ thèng tho¸t n−íc m−a C¸c b−íc tính toán lu lợng nớc thải dới mang tính sơ để kiểm tra khả thoát nớc hệ thống thoát nớc ma có nớc thải thoát Các bớc tính toán bao gồm: Xác định phạm vi thoát nớc thải Trong ví dụ phạm vi thoát nớc thải 100m tính từ mép vỉa hè Căn quy hoạch, xác định loại hình đô thị quy mô dân số phạm vi tính toán Trong ví dụ xác định khu dân c, mật độ dân số 800 (ngời/ha) Xác định tiêu nớc thải n0 Trong ví dụ tiêu nớc thải 200(lít/ngời/ngày đêm) Xác định tổng lợng nớc thải Wt lu lợng nớc thải trung bình QTB mặt cắt yêu cầu tính toán http://www.ebook.edu.vn 322 http://nuoc.com.vn Xác định hệ số không điều hòa chung Kch Xác định lu lợng thải lớn Qmax = Kch * QTB mặt cắt yêu cầu tính toán Trong ví dụ này, mặt cắt cuối thông số tính toán lu lợng nớc thải nh sau: + Tổng lợng nớc thải: Wt = (15*800)*200 = 2400 (m3/ngày) + Lu lợng trung bình: QTB = 2400*1000/86400 = 27,8(l/s) + Hệ số không điều hòa chung: Kch = 1,85 + Lu lợng thải lớn nhất: QMax = 1,85x27,8 = 51,4 (l/s) Nh lu lợng nớc thải lớn mặt cắt cuối tơng đơng 1,1% lu lợng nớc ma lớn Các vấn đề lu ý thiÕt kÕ − ViƯc chän khÈu ®é cèng dọc thoát nớc ma cần lu lợng tính toán đoạn tuyến Khả thoát nớc cống phụ thuộc vào độ dốc đặt cống, nhiên yếu tố có liên quan tới trắc dọc cống, trắc dọc đờng khống chế cao độ khác Nh vậy, sau tiến hành bố trí cống (khẩu độ, trắc dọc) cần kiểm toán khả thoát nớc cống sở thông số trắc dọc cụ thể Trong trờng hợp độ cống thoát nớc ma đủ đảm bảo thoát nớc nớc ma nớc thải Do giai đoạn đầu, nớc thải thoát với nớc ma mà không cần tăng độ cống Tài liệu sử dụng Chơng IX: [1] Cấp thoát nớc Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1988 [2] Thoát nớc, Tập 1: Mạng lới thoát nớc Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2001 [3] Thoát nớc đô thị, số vấn đề lý thuyết thực tiễn Việt Nam Nhà xuất Xây dựng, 2002 [4] Adolison Phân tích bÃi sông thuỷ văn Nhà xuất Wesley, 1992 [5] Hớng dẫn thoát nớc đờng ôtô, AASHTO, 1982 [6] Thoát nớc mặt đờng ôtô Thông tin thuỷ lực công trình No.12-1984 [7] Tính toán đặc trng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95 http://www.ebook.edu.vn 323 http://nuoc.com.vn ... 8x16m 66 103 141 178 21 5 25 6 29 4 Qm/ωm(m/s) 3,18 2, 04 1,49 1,18 0,98 0, 82 0, 72 (Qm/ωm )2 10,10 4,16 2, 22 1,39 0,96 0,67 0, 52 ΔZ(m) 1,00 1,00 0 ,21 0,13 0,09 0,06 0,04 m(m2) ắ Tính cầu lòng s«ng Qm... 87 2, 0 113,8 29 3 3,0 3,5 388 Wm (m2) Qm/Wm (m/s) (Qm/Wm )2 Qm/Ω (m/s) (Qm/Ω )2 ΔZ (m) 0,931 1 ,22 167 193 0,931 1 ,22 1,755 2, 01 0,867 1,488 3,08 4,04 0,193 0 ,24 8 0,349 0,396 0,037 0,0 62 0, 122 0,157... 8x16m 9x16m 10x16m 11x16m 12x16m ωm(m2) 455 536 620 705 786 874 954 Qm/ωm 2, 20 1,87 1,61 1, 42 1 ,27 1,14 1,05 (Qm/ωm )2 4,85 3,5 2, 59 2, 02 1,61 1,30 1,10 ΔZ(m) 0,43 0,30 0 ,21 0,15 0,11 0,08 0,06 Khi