THIẾT kế các CÔNG TRÌNH THOÁT nước NHỎ TRÊN ĐƯƠNG ô tô

Xói lở rãnh thoát nước dọc.Trên các tuyến đường miền núi có độ dốc dọc lớn, lưu lượng lớn, thời gian tập trung nướcngắn, rãnh quá dài và tiết diện rãnh không đủ để thoát nước ngang khi c

CHƯƠNG 1 TæNG QUAN VÒ THIÕT KÕ C¸C CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ

TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1. Phân loại các công trình thoát nước

Trên tuyến đường giao thông có nhiều các công trình thoát nước khác nhau Có thể phânloại các công trình thoát nước như sau:

1.1.1 Rãnh, mương thoát nước mặt thường

Gồm có: Rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước, bậc nước và dốc nước

1.1.1.3 Rãnh thoát nước

Còn gọi là rãnh dẫn nước có tác dụng dẫn nước từ rãnh biên, rãnh đỉnh, thùng đấu hoặccác chỗ trũng hai bên đường cho chảy vào cầu cống, sông suối thiên nhiên hoặc một vị trí quyđịnh nào đó ở xa nền đường

1.1.2 Ống, rãnh thoát nước ngầm

Gồm các công trình thoát nước ngầm: Rãnh nổi, rãnh ngầm, rãnh thấm

a Rãnh nổi: bố trí ở phía trên hoặc hai bên nền đường để ngăn nước, dẫn thoát nước hoặc

hạ thấp nước ngầm ở nông và có thể kiêm tác dụng ngăn và thoát nước mặt

b Rãnh ngầm: chôn ngầm dưới mặt đất dùng để dẫn thoát nước ngầm hoặc các dòng chảyngầm tập trung, thường xây đá hoặc đổ bêtông

c Rãnh thấm: trong rãnh đắp bằng các vật liệu có độ thấm lớn dùng để cắt các dòng chảycủa tầng chứa nước ngầm, hạ mực nước ngầm, làm khô và dẫn thoát nước ngầm trong mái đất,khi lượng nước tương đối lớn thì đáy rãnh thấm có thể đặt thêm ống thoát nước hoặc rãnh ngầm

1.1.3 Các công trình thoát nước qua đường

Bao gồm : Cầu, cống, cống xiphông, máng dẫn nước, đường tràn

1.1.3.1 Cầu

Cầu nhỏ thường dùng khi lưu lượng lớn hơn 25 – 30 m3/s Nói chung thiết kế phải sosánh cụ thể về các mặt kinh tế - kỹ thuật mới có thể quyết định một cách hợp lý phương án làmcầu hay cống Khi so sánh giữa phương án cầu và cống phải ưu tiên phương án cống vì thi côngcống đơn giản hơn, có thể công xưởng hoá và cơ giới hoá toàn bộ, chịu được tải trọng rất lớn, ítphụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng tính toán trên đường, v.v

1.1.3.2 Cống

Cống là công trình thoát nước chính trên đường ô tô, nằm rải rác dọc tuyến và chiếm trên80% các công trình thoát nước trên đường Thông thường những công trình thoát nước quađường khẩu độ dưới 2m đều gọi là cống, khẩu độ trên 5m gọi là cầu Theo kinh nghiệm nếu lưulượng trên 15m3/s thì làm cống vuông kinh tế hơn cống tròn

1.1.3.3 Cống xi phông

Thường dùng khi nền đường đắp thấp, mực nước hai bên đường đều cao hơn cửa cống vànhất là khi tuyến đường cắt qua các mương tưới thuỷ lợi Cửa vào của cống xi phông phải bố trítheo kiểu giếng thẳng đứng bao gồm cả bộ phận chống lắng đọng Cống xi phông cần phải bảođảm không bị thẩm lậu nước ra ngoài

1.1.3.4 Đường tràn

Đường tràn theo khái niệm thủy lực là một dạng đập tràn đỉnh rộng với chiều cao thấp.Thông thường chiều cao đường tràn chỉ từ 1,0m tới 3,0m Như vậy chiều rộng đường tràn lớnhơn chiều cao đập tràn từ 3 đến 5 lần Đường tràn thường được xây dựng kết hợp cống thoátnước

1.2 Hệ thống thoát nước nhỏ trên đường Ô tô

1.2.1 Hệ thống thoát nước mặt

+ Mặt cắt ngang đường ôtô có dốc ngang từ tim phần xe chạy về lề đường Độ dốc ngangphụ thuộc vào loại mặt đường

+ Độ dốc ngang của lề đường thường làm dốc hơn phần xe chạy khoảng 142%

+ Mặt cắt ngang phần xe chạy thường làm theo dạng đường cong parabôn hay theo haimái thẳng có đoạn giữa trong phạm vi 2m làm theo dạng đường tròn

Rãnh dọc ( rãnh biên ), rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, thùng đâu, bể bốc hơi, để contrạch, thềm đất

Dốc nước và bậc nước

Công trình thoát nước qua đường: cầu, cống, đường thấm, đường tràn

Các công trình hướng nước và cải suối

1.2.2 Hệ thống thoát nước ngầm.

Tác dụng của hệ thống này là chặn tập hợp, tháo và hạ mực nước ngầm, đảm bảo nềnđường không bị ẩm ướt do đó cải thiện chế độ thủy nhiệt của nền và mặt đường

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG C¸C CÔNG TRÌNH

THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CñA TỈNH THÁI NGUYÊN

2.1 Đặc điểm cơ bản của tỉnh Thái Nguyên.

Là một tỉnh chiếm đến 85% diện tích là đồi núi là loại núi dốc, núi cao hiểm trở Các

dãy núi kéo dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, là vùng có địa hình cao chia cắt phức tạp doquá trình castơ phát triển mạnh, có độ cao từ 500 -1000m, độ dốc thường từ 25-35 độ

Độ dốc địa hình lớn, độ chia cắt sâu và chia cắt ngang lớn, cộng với các tác nhân khí hậu

ẩm ướt, lượng mưa lớn tập trung trong thời gian rất ngắn (từ tháng 9 đến tháng 12), lớp vỏphong hoá dày với thành phần có nhiều sét là những điều kiện địa hình - địa mạo thuận lợicho sự phát triển của hoạt động trượt lở Đặc biệt, việc thi công bạt mái taluy quá dốc khi xâydựng đường, phá hủy lớp phủ thực vật có thể gây ra sự mất ổn định sườn và kích thích quátrình trượt lở xảy ra

Hiện tượng pháp rừng phòng hộ trên địa bàn miền núi tỉnh thái nguyên diễn ra thườngxuyên không những làm thất thoát tài nguyên rừng mà còn gây ra ảnh hưởng đến xói lở cáccông trình phòng hộ, xói lở taluy đường…

Nhiều tuyến đường trên một đoạn tuyến ngắn phải bố trí nhiều công trình thoát nướcngang đường và các công trình phòng hộ, điển hình như hình 2.1

Bên cạnh đó do điều kiện địa hình phức tạp, độ dốc địa hình lớn dẫn đến nhiều tuyếnđường đi cắt ngang qua khe tụ thủy, tại những vị trí này thường bố trí các công trình cống thoátnước ngang đường có độ dốc lớn và phải bố trí cống đổi dốc hai lần, như hình 2.2

Hiện tượng sụt trượt taluy âm và taluy dương diễn ra vào những ngày mưa kéo dàithường xuất hiện trên địa bàn tỉnh hàng năm

Hình 2.1 mặt bằng đoạn tuyến có bố nhiều cống thoát nước và công trình phòng hộ

Cống thoát nước xuyên

qua tường chắn taluy âm

Rãnh đỉnh

Rãnh cơ

Bậc nước

Gia cố hạ lưu

Tường chắn trọng lực

Hố thu nước

Hình 2.2 Bố trí cống thoát nước ngang có độ dốc tối đa 40%, thượng lưu bố trí hố thu và hạ lưu

là tường chắn

Một lợi thế không nhỏ trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên kể đến nữa đó là tỉnh có nguồn tàinguyên khoáng sản vật liệu xây Dùng tương đối phong phú trong đó vật liệu đá có các loạichủ yếu là granit, riolit và đá vôi chúng có các tính chất cơ lý, thành phần khoáng vật, cường

độ phóng xạ hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu để sản xuất đá làm vật liệu xây dựng cũng nhưvật liệu sản xuất xi măng hiện nay Trên địa bàn tỉnh đã hình thành nhiều nhà máy sản xuất ximăng Poolang phục vụ cho nhu cầu xây dựng ngày càng tăng trên địa bàn tỉnh, nguồn vật liệucát, đá sỏi khá dồi dào cũng là một lợi thế không nhỏ cho ngành xây dựng trên toàn tỉnh

Những nhà máy xi măng điển hình trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên gåm:

1 Nhà máy xi măng Quang Sơn

Nhà máy Xi măng Quang Sơn được xây dựng trên địa bàn xã Quang Sơn, huyện Đồng

Hỷ, tỉnh Thái Nguyên, cách thành phố Thái Nguyên 15 km theo hướng Tây - Bắc, nằm sátđường Quốc lộ 1B đi Lạng Sơn Ông Hoàng Chí Cường, Tổng giám đốc Vinaincon cho biết:Dây chuyền sản xuất của Nhà máy Xi măng Quang Sơn là dây chuyền công nghệ lò quay,phương pháp khô, có hệ thống tháp trao đổi nhiệt 5 tầng, 1 nhánh và buồng đốt Precalciner

Dự án Nhà máy Xi măng Quang Sơn do Tổng công ty Xây dựng Công nghiệp ViệtNam- Vinaincon có trữ lượng sản xuất 1,51 triệu tấn/năm, tương đương 4.000 tấn clinker/ngàyđêm Hiện nay nhà máy xi măng Quang Sơn đang có một mạng lưới tiêu thụ sản phẩm miềnnúi phía Bắc

2 Nhà máy xi măng Quán Triều, Tân Quang

Công ty Xi măng Quán Triều hàng năm sản xuất và tiêu thụ 700.000 tấn xi măng, trong

đó xi măng PCB 30 là 90.000 tấn, xi măng PCB 45 là 560

Sản phẩm Xi măng Tân Quang hiện đã được tiêu thụ rộng rãi trên thị trường các tỉnhthành miền núi phía Bắc, được sử dụng tại các công trình quan trọng như: Thủy điện SôngMiện 5, Thủy điện Sông Bạc, Nhà máy gang thép Việt Trung Công ty có hệ thống các nhàphân phối xi măng uy tín hàng đầu như: Tổng Công ty Hòa Bình Minh (phân phối tại Phú Thọ,Vĩnh Phúc), Công ty TNHH Thái Bình Minh (phân phối tại Lào Cai), Công ty TNHH Hà Phát(phân phối tại Hà Nội)…

3 Nhà máy xi măng La Hiên

Công suất của Nhà máy có trữ lượng sản xuất lên đến trên 1 triệu tấn/năm, trong tươnglương đang tiếp tục dự kiến nâng trữ lượng sản xuất lê 1,6 triệu tấn/ năm vào năm 2016

Các địa bàn tiêu thụ xi măng chủ yếu của Nhà máy là Thái Nguyên (chiếm 60% tổngsản lượng tiêu thụ của nhà máy), Bắc Kạn, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Cao Bằng…

2.2 Hiện trạng c¸c công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô cña tỉnh Thái Nguyên 2.2.1 Hiện tượng nước ngầm gây hư hỏng công trình

Các công trình đi qua khu vực chịu ảnh hưởng của nước ngầm đặc biệt là nước ngầm trêncác vùng taluy dương nền đường làm cho đất đá bão hòa gây ra suy giảm cường độ kháng cắtcủa đất đá Đây là một nguyên nhân lớn gây nên hiện tượng sụt trượt nền đường vào nhữngngày mưa kéo dài trên địa bàn các tỉnh miền núi

Hình 2.3 Hiện tượng trượt taluy dương do nước ngầm trong đất

2.2.2 Hư hỏng rãnh thoát nước dọc

2.2.2.1 Tuyến đường không có rãnh và rãnh chưa đạt yêu cầu về kích thước hình học

Một số tuyến đường không có rãnh thoát nước hoặc rãnh thoát nước bị đất đá vùi lấp mấtkhả năng thoát nước Vào mùa mưa gây xói lở và phá hoại kết cấu nền mặt đường gây cản trởgiao thông

Hình 2.4 Làm đường không bố trí rãnh dọc thoát nước và phải bố trí thêm rãnh dọc

2.2.2.2 Xói lở rãnh thoát nước dọc.

Trên các tuyến đường miền núi có độ dốc dọc lớn, lưu lượng lớn, thời gian tập trung nướcngắn, rãnh quá dài và tiết diện rãnh không đủ để thoát nước ngang khi có mưa gây ra hiệntượng xói lở mặt đường và xói lở rãnh thoát nước phá hỏng kết cấu nền, mặt đường

Hình 2.5 xói lở rãnh thoát nước dọc

2.2.2.3 Lắng đọng bùn đất trong rãnh thoát nước

Nguyên nhân của hiện tượng lắng đọng bùn đất trong rãnh là do độ dốc dọc của rãnh nhỏ,rãnh không thường xuyên được nạo vét, làm vệ sinh để đất đá lắng đọng trong lòng rãnh mấtkhả năng thoát nước và do điều kiện thời tiết mưa bão làm đất đá bị bão hòa gây ra hiện tượngsụt trượt taluy, hiện tượng đá lăn, đá đổ làm vùi lấp rãnh thoát nước dọc đường

Hình 2.6 Sụt taluy dương, gây lấp tràn lấp rãnh dọc

2.2.3 Hư hỏng rãnh đỉnh, rãnh cơ và bậc nước

Là một tỉnh miền núi, cho nên các tuyến đường huyện lộ, tỉnh lộ và đặc biệt là các tuyếnđường Quốc lộ luôn đi qua nhiều đoạn tuyến đặc biệt khó khăn, đào sâu, đắp cao Nhiều đoạntuyến cả đoạn dài do đi qua khu vực đồi núi cao đào nền lớn Tuy nhiên do taluy đào rất lớnnên việc bố trí rãnh đỉnh ở những đoạn tuyến này còn hạn chế và tình hình thi công không được

đảm bảo dẫn đến hư hỏng Bên cạnh đó việc bố trí rãnh cơ thoát nước và bậc nước chưa đượchợp lý nên lưu lượng nước đổ về các rãnh cơ và bậc nước lớn gây sói mòn dần dần bị phá hủykết cấu rãnh…

Hình 2.7 Hư kết cấu rãnh cơ và sạt lở taluy dương nền đường

2.2.4 Hư hỏng cống thoát nước

Cống là công trình thoát nước chính trên đường Cống có nhiều loại: Cống tròn, cống bản,

cống hộp, cống vuông, cống vòm Khẩu độ cống thay đổi có thể từ (0,5 -:- 6,0)m Số lượng

ống cống phụ thuộc vào chiều dài cống tùy thuộc vào quy mô, cấp hạng của công trình và địahình cụ thể nơi bố trí cống Cống trên đường ô tô trên địa bàn tỉnh thường gặp các dạng hưhỏng chủ yếu sau:

2.2.5 Lắng đọng đất cát trong cống thoát nước.

Nguyên nhân của hiện tượng lắng đọng bùn đất trong cống là do cống có độ dốc dọc lòngcống nhỏ, chiều dài cống lớn, khẩu độ cống nhỏ, không thuận tiện cho công tác duy tu, làm vệsinh cống

Một nguyên nhân nữa là do quá trình phát triển thì việc lấn chiếm lòng lề đường, lấnchiếm đất để xây dựng làm cho khi vực xung quanh bị lấp dòng chảy khiến nước bị ứ đọng chocống, làm hư hỏng cống

Hình 2.8 lắng đọng bùn cát thượng hạ lưu cống

2.2.6 Bị phá hoại ở thượng lưu và hạ lưu của cống thoát nước.

Thượng và hạ lưu cống là bộ phận thường bị phá hoại nhiều Nguyên nhân do độ dốc tựnhiên của các khe suối lớn, tốc độ dòng chảy cao, thời gian tập trung nước rất nhanh, nướckhông kịp thoát theo cống gây xói lở thượng hạ lưu cống và phá hoại nền đường

Hình 2.9 Cống bị xói lở phía hạ lưu

2.2.7 Bị phá hoại tại mối nối cống.

Do móng cống bị lún, làm đứt gãy tại vị trí các mối nối cống

Hình 2.10 Sạt trượt taluy âm gây hư hỏng cống ngang

Hình 2.11 Cống bị hư do sụt trượt taluy âm

2.1.9 Hư hỏng cầu nhỏ

Một số hư hỏng thường gặp ở cầu trên các tuyến đường là hiện tượng xói lở mố, trụ cầu,chiều cao đặt cầu thấp, cầu không đủ khẩu độ thoát nước Khi có mưa lũ, nước chảy trên mặtcầu mang theo cây trôi và đất đá phá hỏng kết cấu phần trên của cầu

Hình 2.12 Hư hại đầu cầu do xói lở

2.2 Các vấn đề tồn tại trong công tác thiết kÕ, xây dựng công trình thoát nước trên đường

Thông qua điều tra, phân tích các trường hợp công trình bị hư hỏng phải sửa chữa trongthời gian qua, có thể tổng kết và xác định các vấn đề tồn tại như sau:

2.2.1 Công tác khảo sát tuyến đường

Để một công trình đạt được chất lượng thì công tác thiết kế phải luôn gắn liền với côngtác khảo sát địa hình, địa chất

Nhiều công trình công việc khảo sát không được chú trọng đúng mức dẫn đến khảo sátkhông chuẩn do vậy những bước tiếp theo khi xây dựng công trình còng bị ảnh hưởng, như: Xác định lưu lượng không chuẩn, xác định về địa chất không chuẩn, xác định về địahình không chuẩn, xác định vị trí điểm đặt công trình không phù hợp

Nhiều công trình khảo sát xác định địa hình và đi tuyến đặt tuyến không hợp lý, nhiềuđoạn tuyến đi phải bố trí nhiều công trình, đi qua vùng sạt lở…đặc biệt nhiều đoạn tuyến đituyến miền núi nhưng đi thấp nên lượng nước tập trung về từ lưu vực đổ về làm phó hoại tuyếnđường

2.2.2 Xác định và khoanh vùng diện tích lưu vực cống.

Thông thường việc khoanh vùng diện tích lưu vực là rất quan trọng trong việc lựa chọnloại cống và khẩu độ cống, đây là một khâu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng công trình thoátnước nhỏ trên đường ô tô Tuy nhiên hiện nay nhiều đơn vị tư vấn còn chưa quan tâm đúngmức công đoạn này, nhiều đơn vị tư vấn không có kỹ sư khảo sát địa hình, thủy văn đi theo độiđịa hình để khảo sát các vị trí tụ thủy, vị trí đặt cống trên đường để từ đó định hình và khoanhvùng được diện tích lưu vực dẫn đến quá trình tính toán lựa chọn loại cống và khẩu độ cốngchưa chính xác gây ảnh hưởng đến chất lượng công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô

2.2.3 Chọn tần suất lũ thiết kế.

Việc chọn tần suất lũ thiết kế để thiết kế công trình chưa hợp lý, còn thiên về các quyđịnh mang tính áp đặt (dựa trên cơ sở cấp đường và khẩu độ công trình), chưa được luận chứngmột cách khoa học Chỉ quan tâm nhiều đến thời hạn thông xe, chưa quan tâm đẩy đủ đến trạngthái nguy hiểm khi xuất hiện các trận lũ lớn hơn lũ thiết kế, tuy xác suất xảy ra có thể thấp,nhưng hậu quả lại rất nghiêm trọng Còn đồng nhất hoá tần suất lũ thiết kế để đảm bảo thông xevới tần suất lũ để kiểm toán ổn định của các hạng mục công trình

Trong thực tế có rất nhiều trường hợp, chỉ cần bỏ thêm một khoản chi phí rất nhỏ khixây dựng để nâng tần suất lũ cho phép thông xe, hoặc để xây dựng các hạng mục công trìnhđảm bảo mức độ ổn định cao hơn với những tần suất lũ đặc biệt hơn thì có thể tránh được việcphải chi phí rất lớn để xây dựng lại từ đầu các công trình đã bị phá hoại do xuất hiện lũ lớn hơnthiết kế

Không những chỉ tốn kém về kinh phí, khi công trình đã bị phá huỷ và phải xây dựng lạithì sẽ phải mất rất nhiều thời gian đề lập dự án đầu tư, thiết kế, triển khai xây dựng và do đó,chính yêu cầu đảm bảo thông xe cũng không đạt được

Thực tế này xuất phát từ chỗ chưa quan tâm đúng mức đến giai đoạn làm việc ở trạngthái nguy hiểm (về thủy lực) của công trình, và mặt khác, do không có đủ các công cụ nghiêncứu cần thiết để có thể kiểm toán hết các trạng thái nguy hiểm của công trình

Về điểm này, có thể nêu một thí dụ rõ nhất về sự bất hợp lý do đồng nhất hoá tần suất lũthiết kế để đảm bảo thông xe với tần suất lũ để kiểm toán ổn định của các hạng mục công trình

là trường hợp thiết kế các cống trên sườn dốc với tần suất lũ p = 4% Đây là một tần suất khálớn nên xác suất xảy ra các trận lũ lớn hơn lũ thiết kế khá cao Trong khi đó, khả năng thoát

nước của cống rất có giới hạn Sau khi nước chảy đầy cống (của vào bán áp) thì mặc dù mựcnước thượng lưu tăng rất nhanh nhưng khả năng thoát nước của cống hầu như không tăng vàrất dễ xảy ra tình trạng nước tràn nền, là một trạng thái thuỷ lực rất nguy hiểm Đó là chưa kểđến việc còn có rất nhiều nguyên nhân khác rất dễ gây bất lợi cho cống như: Mức độ chính xáccủa phương pháp tính lưu lượng, khả năng bồi lấp tắc thân cống do bùn sét cát cuội tảng.

Lưu ý:

Trong tính toán lũ, có hai phương pháp chính là phương pháp thống kê xác suất vàphương pháp phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy Phương pháp thống kê xác suấtdùng trong trường hợp lưu vực tính toán có tài liệu quan trắc trong nhiều năm, còn phươngpháp phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy được dùng trong trường hợp thiếu tài liệuthực đo

Vấn đề chọn dạng đường tần suất trong tính toán dòng chảy lũ là việc lựa chọn đườngphân phối xác suất thích hợp, vì trong tính toán lũ các trị số thiết kế thường ở các tần suất nhỏtrên phần ngoại suy của đường cong tần suất, việc ứng dụng các dạng đường tần suất khác nhau

sẽ cho kết quả khác nhau

2.2.4 Các tồn tại trong việc tính toán chế độ thủy lực và thủy văn.

2.2.4.1 Tách rời việc tính toán thuỷ văn với tính toán thuỷ lực

Theo các quy trình hiện nay, sau khi xác định được tần xuất lũ p sẽ tiến hành xác định Q(p)rồi dùng trị số Q(p) này để tính toán thuỷ lực Đây là cách chưa hợp lý vì giá trị Q(p) nói trên làlưu lượng của dòng chảy chưa bố trí công trình Khi bố trí công trình vào dòng chảy, bản thângiá trị Q(p) cũng biến đổi khác nhau Lý do dẫn đến sự biến đổi là sau khi bố trí công trình vàodòng chảy sẽ làm cho hình dạng đường mặt nước của dòng chảy bị thay đổi, rõ rệt nhất là phátsinh mực nước dềnh ở thượng lưu công trình Đặc biệt, với các công trình thoát nước nhỏ trênđường ô tô, do mặt cắt ngang dòng chảy sau khi đã bố trí công trình khác biệt rất nhiều so vớimặt cắt ngang dòng chảy chưa bố trí công trình, nên sự thay đổi đường mặt nước cũng sẽ rất rõrệt, sẽ kéo theo sự thay đổi về thể tích nước nằm trong lòng suối WS, sự thay đổi về chế độ thuỷlực kéo theo sự thay đổi trị số lưu lượng tức thời Q và trị số lượng nước thoát qua công trình

WQ là các 4 thông số quan trọng trong phương trình cân bằng lượng nước, có ảnh hưởng rất lớnđến trị số lưu lượng

W - Wd = WS - WQ

Trong đó:

W : Tổng thể tích dòng chảy trên lưu vực (m3)

Wd , WS , WQ: Thể tích dòng chảy ở sườn dốc lưu vực, ở lòng suối và qua côngtrình thoát nước (m3) (Tài liệu tham khảo: thiết kế đường ô tô công trình vượt sông Tập 3, côngthức 9-26, trang 183)

2.2.4.2 Không xét được quá trình diễn biến thuỷ văn và thuỷ lực theo thời gian

Các phương pháp tính toán hiện nay chỉ cho phép xác định được giá trị của các thông sốthuỷ văn và thuỷ lực (Q, V, H) mà không xác định được thời điểm xuất hiện các giá trị đó.Nªn:

Không xác định được ảnh hưởng của các cơn mưa nối tiếp nhau đến chế độ thuỷ văn củamột công trình cụ thể

Không xác định được các ảnh hưởng tác động qua lại của các dòng chảy trong cùng một

hệ thống sông suối, chịu ảnh hưởng của các cơn mưa riêng rẽ lệch pha nhau về thời gian

Không xác định được một cách chính xác thời gian dềnh ứ do lũ, đặc biệt là sau khi dòngchảy đã bố trí công trình

Không khảo sát được một cách có hệ thống toàn bộ quá trình diễn biến thuỷ văn và thuỷlực theo thời gian, do đó không phát hiện được tất cả các trạng thái nguy hiểm có thể xảy ra để

có giải pháp thiết kế thích hợp

Do chỉ xác định được duy nhất một giá trị Qmax nên chỉ kiểm toán được duy nhất mộttrạng thái nguy hiểm tương ứng với Qmax Trong khi đó, có nhiều trạng thái khác, tuy lưu lượngchưa đạt đến giới hạn Qmax nhưng vẫn có thể gây nguy hiểm cho công trình và cần phải đượckiểm toán

2.2.4.3 Chưa quan tâm đầy đủ đến ảnh hưởng của thời gian mưa và cường độ mưa

Chưa quan tâm đẩy đủ đến ảnh hưởng của thời gian mưa và cường độ mưa, do đó không

có khả năng nghiên cứu ảnh hưởng các cơn mưa bất kỳ có cường độ diễn biến khác biệt

Việc tính toán thuỷ văn chưa quan tâm đẩy đủ đến ảnh hưởng của thời gian mưa (cơn mưadài hay ngắn) và mức độ biến thiên cường độ mưa

Mặc dù đã có xác định ảnh hưởng của cường độ mưa một cách gián tiếp thông qua việctính toán thông số thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs, rồi từ đó tra ra Mô đun lũ tương

đối Ap với nguyên tắc sườn dốc càng nhỏ, thì Mô đun tương đối Ap càng lớn Tuy vậy nó vẫnkhông triệt để ở chỗ: trị số Ap được rút ra bằng phương pháp thống kê, do đó nó chỉ phù hợpquy luật thống kê xác xuất mà không đảm bảo mức độ chính xác trong những trường hợp cábiệt Mặt khác, trị số Ap là hàm phụ thuộc cả vào 2 biến (τs và ΦL) Với cách thiết lập hàmthống kê theo nhiều biến và phạm vi cơ sở dữ liệu để xây dựng quy luật xác xuất thống kê quárộng (F = 0.1 Km2 đến 100 Km2 và bao gồm rất nhiều điều kiện địa hình khác nhau) thì mức độchính xác bị giảm đi Do đó, trong thực tế, có những dấu hiệu cho thấy phương pháp tính toánnày chưa thật sự phù hợp

Công thức cường độ giới hạn: Q P =A P.α.H P.δ1.F

Trong đó:

P

H : Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế P %.

F: Diện tích khu tụ nước (km2)

α: Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào loại đất cấu tạo khu vực, lượng mưa ngày(ứng với tần suất thiết kế) H P và diện tích lưu vực F

H

q A

.

α

=

(Tài liệu tham khảo: Thiết kế cống và cầu nhỏ trên đường ô tô, công thức 2-3, trang 18)

Do công trình thoát nước trên đường ô tô trên đường núi thường có đặc điểm lưu vực nhỏ,

độ dốc lưu vực lớn, thời gian tập trung dòng chảy nhỏ, nên có thể xuất hiện trường hợp thực tếlà: Cơn mưa có tổng lượng mưa nhỏ nhưng thời gian mưa ngắn, cường độ mưa lớn, thời giantập trung dòng chảy nằm trọn trong khoảng thời gian có cường độ mưa lớn sẽ cho lưu lượng

Qmax lớn hơn nhiều so với cơn mưa có tổng lượng mưa lớn nhưng thời gian mưa dài và cường

độ mưa nhỏ Trong khi đú, nếu tớnh theo tiờu chuẩn này thỡ 2 cơn mưa cú cường độ mưa khỏcnhau nhưng lượng mưa ngày giống nhau thỡ vẫn cho ra kết quả lưu lượng giống nhau.

Bản thõn thời tiết vốn mang tớnh thất thường Địa hỡnh lại đan xen nhiều dạng khỏc nhau,nờn sự khỏc biệt dị thường của thời tiết lại càng trở thành vấn đề cần phải quan tõm Do đú rấtcần phải nghiờn cứu phương phỏp tớnh lưu lượng của những cơn mưa bất kỳ và cú những điềuchỉnh nếu thấy cần thiết

2.2.4.4 Chưa quan tõm đẩy đủ đến khả năng bồi tớch bựn sột cỏt cuội tảng trong cỏc cụngtrỡnh thoỏt nước

Trong dũng chảy trờn đường ụ tụ, do điều kiện độ dốc lớn nờn lưu tốc dũng chảy cũng rấtlớn và cú khả năng cuốn theo rất nhiều bựn, sột, cỏt, cuội, dăm sạn, thậm chớ cả đá tảng lớn.Trong khi đú, do tỏc động từ phớa con người (như canh tỏc, làm giảm mức độ che phủ của rừng,đào thải đất đỏ khi xõy dựng cỏc cụng trỡnh dõn sinh kinh tế ) và cỏc tỏc động tự nhiờn nhưchu kỳ lở nỳi, lũ quột xảy ra mau hơn làm cho trữ lượng cỏc loại đất đỏ bở rời tớch tụ lại trờncỏc sườn nỳi lưu vực của cụng trỡnh ngay càng nhiều Do đú dũng chảy cuốn trụi theo bựn, sột,cỏt, cuội, dăm sạn, cuội tảng diễn ra ngày càng trầm trọng hơn, dẫn đến 2 hậu quả:

- Hàm lượng sột, cỏt, cuội, dăm sạn, cuội tảng đã làm tăng lưu lượng nước thực tế, mặtkhỏc làm giảm lưu tốc dũng chảy nờn cụng trỡnh trờn thực tế khụng đủ khả năng thoỏt nước

- Khi khụng cú giải phỏp thiết kế hợp lý, dễ dẫn đến khả năng bồi tớch bựn, cỏt, đất, đỏtrong cỏc bộ phận cụng trỡnh, làm cho khả nảng thoát nớc cụng trỡnh bị giảm, thậm chớ mấthẳn khả năng thoỏt nước

Hỡnh 2.13 Hiện tượng bồi tớch cuội tảng làm giảm khả năng thoỏt nước của cống hộp

2.2.5 Các tồn tại về việc chọn phương án bố trí chung và giải pháp cấu tạo công trình chưa hợp lý

Hiện tượng này xuất phát từ chỗ chưa quan tâm đúng mức đến tầm quan trọng của côngtác thiết kế công trình thoát nước nói chung cũng như việc chọn giải pháp cấu tạo công trìnhnói riêng Mặt khác, do chưa giải quyết tốt các vấn đề về lý thuyết tính toán thuỷ văn và thuỷlực (như đã nêu trên) nên cũng không có cơ sở để phân tích và lựa chọn giải pháp cấu tạo côngtrình cho phù hợp

Đặc biệt, với các công trình thoát nước nhỏ, do kinh phí xây dựng công trình không lớn,nên càng được quan tâm đúng mức trong việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp cấu tạo hợp lý.Trong khi đó, việc giải quyết vấn đề này chứa đựng nhiều nội dung kỹ thuật phức tạp Và mặc

dù kinh phí của từng công trình không lớn, nhưng do số lượng công trình nhiều (bình quân 4-5công trình/km), nên tổng khối lượng và kinh phí xây dựng vẫn là những con số rất lớn, có ảnhhưởng quyết định đến hiệu quả đầu tư

Trong các tồn tại về vấn đề lựa chọn cấu tạo, thì tồn tại trong việc phân tích và lựa chọnphương án bố trí chung là khuyết điểm lớn nhất và thực sự đã gây tổn thất lớn và làm giảm hiệuquả đầu tư Khuyết điểm này chủ yếu thể hiện ở 2 nội dung sau:

Do chưa quan tâm đẩy đủ đến trạng thái nguy hiểm khi xuất hiện các trận lũ lớn hơn lũthiết kế, tuy xác xuất xảy ra có thể thấp, nhưng hậu quả lại rất nghiêm trọng nên các phương án

bố trí chung công trình thường chỉ được đầu tư nghiên cứu và lựa chọn tương đối phù hợp vớiđặc điểm làm việc của công trình trong trường hợp xuất hiện các trận lũ bằng và nhỏ hơn lũthiết kế Khi xuất hiện lũ lớn hơn lũ thiết kế (nước tràn nền), công trình bộc lộ nhiều nhượcđiểm mà đáng lẽ ra hoàn toàn có thể dự đoán và chủ động khắc phục ngay từ khi chọn phương

án xây dựng với yêu cầu kinh phí hoàn toàn nằm trong thời hạn có thể chấp nhận được

Do không khảo sát và phát hiện được tất cả các trạng thái nguy hiểm, thường chỉ chútrọng đến trạng thái nguy hiểm về thuỷ văn mà bỏ sót những trạng thái nguy hiểm về mặt thuỷlực, nên quyết định những biện pháp gia cố chưa thật sự phù hợp, và thường để xảy ra tìnhtrạng xuất hiện đồng thời trạng thái nguy hiểm về thuỷ văn, trùng hợp với trạng thái nguy hiểm

về mặt thuỷ lực, tổng hợp dẫn đến nguy cơ phá huỷ công trình

2.2.6 Việc lựa chọn khẩu độ và độ dốc dọc cống

Khi thiết kế nhiều công trình cống có chiều dài cống lớn và độ dốc lớn chỉ thiết kế vớimột độ và không có một đoạn chuyển tiếp cống có độ dốc cống ≤5% dẫn đến nhiều công trình

bị phá hủy kết cấu

2.2.7 Lựa chọn gia cố móng cống, gia cố thượng và hạ lưu

Nhiều công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô trên địa bản tỉnh Thái Nguyên bị xóimòn hai bên đầu thượng hạ lưu nguyên nhân chủ yếu là do trong quá trình thiết kế và thi côngchưa chú trọng đến công tác gia cố một cách tốt nhất, trong quá trình thiết kế chưa quan tâmđến quá trình tính toán chiều dài đoạn gia cố sau xói hạ lưu, do đặc thù là một tỉnh miền núinên nhiều công trình cống thoát nước ngang đường có độ dốc dọc cống lớn, nhiều công trình

độ dốc dọc lên đến 40%, tuy vậy chúng được gia cố thượng hạ lưu còn sơ sài dẫn đến nhiềucống bị hư hại phần thượng và hạ lưu do xói gây ra

2.2.8 Lựa chọn loại cống và chiều dày ống cống

Nhiều công trình trên đường miền núi lựa chọn kiểu cống bản tuy nhiên do độ dốc dọccống lớn dẫn đến hiện tượng trượt cống làm phá hoại kết cấu, một số công trình cống bản khithiết kế chưa chú trọng đến kiểm toán chiều dày ống cống mà lựa chọn theo kinh nghiệm vàtham khảo các đồ án cũ nên một số cống có chiều dày đất đắp trên cống cao và tải trọng xe cộtrên đường đông cũng phá hủy kết cấu cống…

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU §Ò XUÊT GI¶I PH¸P THIẾT KẾ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CñA TỈNH

THÁI NGUYÊN

3.1 Những giải pháp chung

Từ vấn đề bảo vệ môi trường, bảo vệ thảm thực vật, các công trình thượng hạ lưu, sườndốc, vấn đề kết hợp thi công và quản lý khai thác cần đưa ra được lựa chọn giải pháp khảo sátthiết kế phù hợp

Trước hết để tiến hành đi vào thiết kế các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô cầntiến hành quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước hoàn chỉnh bao gồm các loại công trình thoátnước như rãnh đỉnh, rãnh biên, rãnh tập trung nước, cầu, cống, rãnh thoát nước ngầm, thùngđấu, bể bốc hơi, v.v các công trình này phải phối hợp chặt chẽ vưới nhau Vị trí, kích thước,kết cấu của các công trình thoát nước hợp lý và phù hợp quy hoạch thoát nước chung

Việc bố trí các mương rãnh thoát nước nền đường phải đảm bảo tập trung thu đón nướckhông để nước tự do chảy về nền đường, phải kết hợp với việc bố trí cầu cống thoát nước quađường, xác định hướng thoát nước của các mương rãnh về cầu cống hoặc sông suối Ngược lạikhi bố trí cầu cống phải xét tới yêu cầu thoát nước nhanh từ các mương rãnh

Việc bố trí các công trình thoát nước trên đường phải xét tới yêu cầu tưới tiêu Đồng thờitính đến việc thoát nước lũ sau khi xây dựng đường

Đối vưới đường cấp I và cấp II có bố trí dải phân cách giữa thì tại các đoạn cong có siêucao phải thiết kế thu nước mưa ở cạnh dải phân cách Nếu dải phân cách là loại không có lướpphủ, dạng lõm thì bố trí rãnh thoát nước (loại hở hoặc có nắp) ở chỗ lõm nhất của dải phân cách(rãnh chỉ cần rộng 20 cm - 30 cm, sâu 20 cm - 30 cm) Nếu dải phân cách là loại có lớp phủ và

có bó vỉa cao hơn mặt đường thì sát bờ vỉa phải bố trí giếng thu và ống dẫn nước đường kính

20 cm đến 40 cm để dẫn nước đến các công trình thoát nước ra khỏi phạm vi nền đường, độdốc của đường ống thoát nước tối thiểu là 0,3 % Tại chỗ ống dọc nối tiếp vưới cống thoát nướcngang, bố trí giếng nối tiếp (giếng thăm)

Trường hợp dải phân cách không có lướp phủ, dạng lồi có bó vỉa thì trên đoạn thẳnghoặc đoạn cong đều phải bố trí thu nước thấm qua đất ở dải phân cách và dẫn nước thoát rangoài phạm vi nền đường Có thể bố trí lớp vật liệu thấm nước dưới cao độ đáy áo đường đặt ởgiữa dải phân cách và đặt ống thoát nước có đường kính 6cm đến 8cm xung quanh bọc vải lọc

Trờn cỏc đường cấp I và cấp II cú nhiều làn xe, lượng nước mưa trờn phần xe chạy lớnthỡ ở những đoạn đường đắp cao, mỏi taluy đường phải được gia cố chống xúi hoặc cú thể thiết

kế bờ chắn bằng bờ tụng hoặc đỏ xõy cú chiều cao 8 cm đến 12 cm dọc theo mộp ngoài củaphần lề gia cố để ngăn chặn khụng cho nước chảy trực tiếp xuống taluy đường; nước mưa từmặt đường sẽ chảy dọc theo bờ chắn và tập trung về dốc nước đặt trờn taluy đường để thoỏt rakhỏi phạm vi nền đường

Trong cỏc điều kiện lý thuyết trờn cần chỳ trọng đến giải phỏp về khảo sỏt địa hỡnh, địachất tuyến đường, lựa chọn vị trớ phõn thủy và tụ thủy để nhằm lựa chọn vị trớ đặt cống thoỏtnước hợp lý, cần chỳ trọng đến khõu tớnh toỏn thủy lựa thủy văn cụng trỡnh…

3.2 Giải phỏp nõng cao chất lượng cụng tỏc khảo sỏt

3.2.1 Cụng tỏc khảo sỏt địa hỡnh

Do đặc thự là đường miền nỳi là chớnh nờn cụng tỏc khảo sỏt địa hỡnh cực kỳ phức tạp.Khi khảo sỏt địa hỡnh cần phải khoanh vựng những vị trớ tuyến đi qua cú những đặc điểm gỡphức tạp, những điểm bất thường để từ đú đưa ra phương ỏn lựa chọn tuyến cú thể đi qua hay

đi trỏnh vị trớ phức tạp đú…

Ở những nơi cần thiết kế cụng trỡnh đặc biệt phải lập bỡnh đồ cao độ tỷ lệ 1/500-1/1000,

cỏ biệt 1/200, đường đồng mức 0.50-1.00m.Tỷ lệ bỡnh đồ lớn, nhỏ tuỳ thuộc mức độ phức tạpcủa địa hỡnh và yờu cầu của cụng trỡnh thiết kế Những vị trớ đặc biệt của tuyến đường đó là:

1 Đoạn sụt trượt

2 Đoạn bị súi lở

3 Đoạn dốc nặng cú bỏn kớnh tối thiểu

4 Đoạn cần thiết kế rónh đỉnh

5 Khu vực tuyến thiết kế giao cắt (hoặc giao nhập) với cỏc đường khỏc

6 Khu vực khe súi đang hoạt động

7 Khu vực cú nún phúng vật (tức khu vực tạo bựn đỏ trụi)

8 Đoạn phải thiết kế đường cong con rắn

9 Đoạn qua vựng cỏc-tơ (hang động)

10 Đoạn qua vựng đầm lầy cần thiết kế đặc biệt

Ngoài việc lập bỡnh đồ cao độ, khi khảo sỏt địa hỡnh cần chỳ ý đến cỏc vấn đề:

o Cỏc điều kiện làm sườn nỳi mất ổn định (địa chất, địa chất - thuỷ văn )

o Xỏc định phương ỏn vũng trỏnh hợp lý

o Thu thập cỏc số liệu xỏc định loại cụng trỡnh và khối lượng cần thiết đảm bảo xe chạy

an toàn và liờn tục trờn sườn nỳi khụng ổn định

3.2.2 Cụng tỏc khảo sỏt địa chất

Cụng tỏc khảo sỏt địa chất khu vực tuyến đi qua cung cấp cho người thiết kế biết đợc:

a Điều kiện địa hỡnh, địa mạo khu vực nghiờn cứu;

b Cấu tạo địa chất;

c Đặc điểm địa tầng và tớnh chất cơ lý của cỏc lớp đất đỏ;

d Cỏc hiện tượng địa chất động lực khu vực;

e Đặc điểm Địa chất thủy văn (ĐCTV);

f Vật liệu xõy dựng và khoỏng tự nhiờn

3.2.3 Cụng tỏc khảo sỏt thủy văn

Cụng tỏc khảo sỏt thủy văn giỳp xỏc định được vị trớ, loại hỡnh cụng trỡnh thoỏt nướcnhỏ trờn đường ụ tụ hợp lý vỡ:

- Qua cụng tỏc khảo sỏt thủy văn sẽ xỏc định được cỏc vị trớ đường tụ thủy, xỏc định đượcnhững đường phõn thủy để từ đú xỏc định được từng vựng diện tớch lưu vực cho từng vị trớcụng trỡnh thoỏt nước nhỏ đi qua Khi xỏc định được diện tớch lưu vực giỳp lựa chọn loại cụngtrỡnh thoỏt nước cũng như khẩu độ của cụng trỡnh Việc khảo sỏt thủy văn giỳp thiết kế biếtđược chế độ thủy lực, thủy văn nơi tuyến đi qua

Việc phõn tớch cụng tỏc khảo sỏt nhằm nõng cao chất lượng thiết kế cỏc cụng trỡnh thoỏt nước nhỏ trờn đường ụ tụ sẽ được phõn tớch xen kẽ ở cỏc nhúm giải phỏp tiếp theo.

3.3 Giải phỏp về thoỏt nước mặt và nước ngầm

3.3.1 Đối với việc bố trớ rónh dọc thoỏt nước

Hiện nay việc thiết kế một tuyến đường thỡ thiết kế rónh dọc thoỏt nước ở cỏc đơn vị tưvấn thiết kế về cơ bản là vẫn bỏm theo một định hỡnh cú sẵn với hai loại là rónh hỡnh thang vàhỡnh tam giỏc cú kớch thước khụng đổi

Đối với những cụng trỡnh đào ớt rónh dọc chủ yếu cú chức năng thu nước từ mặt đường

đổ xuống thỡ chọn kớch thước rónh dọc là nhỏ, tuy nhiờn đối với những đoạn tuyến đào sõu thỡngoài việc rónh thu nước từ mặt đường đổ xuống cũn một phần nữa rónh thu nước từ lưu vực

đổ về đo đú kớch thước rónh cần được tớnh toỏn sao cho cú thể đỏp ứng được việc thu nước

Việc lựa chọn kích thước rãnh biên điển hình như trên mà không đi vào tính toán cụ thể

đã dẫn đến nhiều đoạn tuyến rãnh biên không đủ đáp ứng việc thoát nước mặt đường và nước

từ lưu vực rãnh đổ về

Để đảm bảo được rãnh biên hoạt động hiệu quả, đáp ứng được việc thoát nước mặtđường cũng như nước từ lưu vực rãnh đổ vÒ th× người kỹ sư trực tiếp thiết kế ra hình dạngcũng như kích thước rãnh cần phải tính toán được lưu lượng nước đổ về rãnh

Cần chú ý đến công tác khoanh vùng diện tích lưu vực rãnh nhằm tính toán được lưulượng nước từ taluy đào đổ về rãnh là bao nhiêu để từ đó tính được tổng lưu lượng nước đổ vềrãnh, khi biết được tổng lưu lượng này người kỹ sư mới quyết định được hình dạng và kíchthước của rãnh cho phù hợp

Hiện nay nhiều tuyến đường QL và tỉnh lộ trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã và đangxem xét những đoạn tuyến chưa tạo rãnh thoát nước chuyển thành có rãnh, hay những đoạnrãnh trước đó làm bằng rãnh đất có độ dốc dọc >3% thì đang chuyển dần thành rãnh được gia

cố bằng vật liệu bê tông xi măng kiên cố, điển hình như hình dưới 3.1 và hình 3.2 đây:

Hình 3.1 Thay rãnh đất bằng rãnh gia cố BTXM đang được hoàn thiện

Hình 3.2 Một số đoạn tuyến rãnh dọc được gia cố bằng BTXM đã được hoàn thiện

Kích thước rãnh cần được tính toán theo công thức thuỷ lực, nhưng chiều sâu rãnhkhông được quá 0,80 m Để tránh lòng rãnh không bị ứ đọng bùn cát, độ dốc lòng rãnh khôngđược nhỏ hơn 0,5 %, trong trường hợp đặc biệt, cho phép lấy bằng 0,3 %.

Khi bố trí đoạn rãnh biên thoát nước dọc quá dài Điều kiện này được quy trìnhTCVN4054-2005 quy định thì nên bố trí cống cấu tạo thoát nước dọc, điển hình như đoạntuyến đường như hình 3.3

Hình 3.3 Bố trí cống cấu tạo có hố thu khi rãnh biên dài

Khi quy hoạch hệ thống thoát nước mặt chú ý không để thoát nước từ rãnh nền đườngđắp chảy về nền đường đào, trừ tường hợp chiều dài nền đường đào ngắn hơn 100 m, khôngcho nước chảy từ các rãnh đỉnh, rãnh dẫn nước chảy về rãnh dọc và phải luôn luôn tìm cáchtháo nước rãnh dọc về chỗ trũng, ra sông suối gần đường hoặc cho thoát qua đường nhờ cáccông trình thoát nước ngang đường Đối với rãnh tiết diện hình thang cứ cách tối đa 500 m vàtiết diện tam giác cách 250 m phải bố trí cống cấu tạo có đường kính cống 0,75 m để thoátnước từ rãnh biên về sườn núi bên đường Đối vưới các cống cấu tạo không yêu cầu tính toánthuỷ lực

Nơi nước thoát từ rãnh biên nền đường đắp phải cách xa nền đường đắp Nếu bên cạnhnền đường đắp có thùng đấu thì rãnh dọc của nền đường đào được thiết kế hướng dần tới thùngđấu Nếu không bố trí thùng đấu thì rãnh dọc nền đường đào bố trí song song vưới tim đườngcho tới vị trí nền đường đắp có chiều cao nền đắp lớn hơn 0,50 m thì bắt đầu thiết kế rãnh tách

xa dần khỏi nền đường cho tới khi chiều sâu rãnh bằng không

Đối với vùng canh tác nông nghiệp, nếu kết hợp sử dụng rãnh làm kênh tưới tiêu thìtăng kích thước của rãnh dọc và có biện pháp đảm bảo nền đường không bị sụt lở và xói lở

Qua các khu dân cư, rãnh biên nên thiết kế loại rãnh xây đá hoặc bê tông và có lát cáctấm đan che kín, có bố trí hệ thống giếng thu nước mưa

Rãnh biên trong hầm nên thiết kế có kích thước lớn hơn thông thường để tăng khả năngthoát nước và sử dụng loại rãnh xây đá hoặc bằng bê tông.

3.3.2 Việc lựa chọn bố trí rãnh đỉnh

Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ về đường lớn hoặc khi chiều cao taluy đào ≥12 m thìphải bố trí rãnh đỉnh để đón nước chảy về phía đường và dẫn nước về công trình thoát nước, vềsông suối hay chỗ trũng cạnh đường, không cho phép nước đổ trực tiếp xuống rãnh biên Rãnhđỉnh phải có quy hoạch hợp lý về hướng tuyến, độ dốc dọc và mặt cắt thoát nước Rãnh đỉnhthiết kế với tiết diện hình thang, chiều rộng đáy rãnh tối thiểu là 0,50 m, bờ rãnh có taluy 1 :1.5, chiều sâu rãnh xác định theo tính toán thuỷ lực và đảm bảo mực nước tính toán trong rãnhcách mép rãnh ít nhất 20 cm nhưng không nên sâu quá 1,50 m Khi rãnh đỉnh có chiều dàiđáng kể thì cần chia rãnh thành các đoạn ngắn Lưu lượng nước chảy tính toán của mỗi đoạnlấy bằng lưu lượng nước chảy qua mặt cắt cuối cùng của mỗi đoạn, tức lưu lượng từ phần lưuvực chảy trực tiếp về đoạn rãnh tính toán cộng vưới tất cả các lưu lượng nước chảy từ lưu vực

ở các đoạn rãnh từ phía trên chảy về

Độ dốc của rãnh đỉnh thường chọn theo điều kiện địa hình để tốc độ nước chảy khônggây xói lòng rãnh Trường hợp do điều kiện địa hình bắt buộc phải thiết kế rãnh đỉnh có độ dốclớn thì phải có biện pháp gia cố lòng rãnh thích hợp, tốt nhất là gia cố bằng đá hộc xây haybằng tấm bê tông hoặc thiết kế rãnh có dạng dốc nước hay bậc nước Ở những nơi địa hìnhsườn núi dốc, diện tích lưu vực lớn, địa chất dễ sụt lở thì có thể làm hai hoặc nhiều rãnh đỉnh.Ngược lại, nếu độ dốc ngang sườn đồi nhỏ và diện tích lưu vực nước chảy về rãnh dọc khônglớn thì có thể không làm rãnh đỉnh, nhưng phải kiểm tra khả năng thoát nước rãnh biên

Vị trí của rãnh đỉnh cách mép taluy nền đường đào ít nhất là 5 m và đất thừa do đào rãnhđỉnh được đắp thành một con trạch (đê nhỏ) về phía dốc đi xuống của địa hình (phía thấp); bềmặt con trạch có độ dốc ngang 2 % về phía rãnh và chân của nó cách mép taluy nền đường đào

Ở các đoạn đường đào sâu sử dụng taluy dạng giật cấp, để đảm bảo nước mưa khônggây xói lở taluy thì nên bố trí các rãnh thoát nước chạy dọc theo các bậc taluy và ở cuối rãnh,nước được tập trung về các dốc nước hay bậc nước để đổ ra sông suối hay các công trình cầucống dưới dạng bậc nước hay dốc nước Chi tiết xem hình 34.

Hình 3.4 Bố trí rãnh đỉnh trên

bình đồ tuyến

Rãnh đỉnh

3.3.3 Rãnh dẫn nước

Rãnh dẫn nước được thiết kế để dẫn nước từ các nơi trũng cục bộ về một công trìnhthoát nước gần nhất hoặc từ rãnh dọc, rãnh đỉnh về chỗ trũng hay về cầu cống, hoặc để nốitiếp giữa sông suối với thượng và hạ lưu cống

Rãnh dẫn nước không nên thiết kế dài quá 500 m Đất đào từ rãnh được đắp thànhcon đê nhỏ dọc theo rãnh Nếu rãnh dẫn nước bố trí dọc theo nền đường thì mép rãnh cáchchân taluy nền đường ít nhất là 3 m đến 4 m và giữa rãnh và nền đường có đê bảo vệ cao0,50 m đến 0,60 m

Hướng của rãnh nên chọn càng thẳng càng tốt ở những nơi chuyển hướng, bán kínhđường cong nên lấy bằng từ 10 lần đến 20 lần chiều rộng đáy trên của rãnh và không đượcnhỏ hơn 10 m

Tiết diện của rãnh xác định theo tính toán thuỷ lực nhưng chiều sâu của rãnh khôngnên nhỏ hơn 0,50 m và đáy rãnh không nhỏ hơn 0.40m, mép bờ rãnh phải cao hơn mực nướcchảy trong rãnh ít nhất là 0,20 m

Tần suất tính lưu lượng của rãnh dẫn nước lấy bằng tần suất của công trình thoátnước liên quan

3.3.4 Lựa chọn bố trí bậc nước

Ở những nơi rãnh thoát nước có độ dốc lớn, để đảm bảo công trình không bị xói lở dodòng nước phải làm dốc nước hoặc bậc nước Việc chọn công trình thoát nước dựa trên cơ

sở sánh các phương án phụ thuộc vào điều kiện cụ thể Dốc nước và bậc nước thường được

sử dụng ở các đoạn rãnh có dốc lướn nối tiếp giữa thượng lưu và hạ lưu cống vưới lòng suối

tự nhiên, ở những đoạn rãnh thoát nước từ các công trình thoát nước đổ dọc theo taluyđường đào hay đường đắp, đoạn nối tiếp từ rãnh đỉnh về sông suối hoặc cầu cống

Mặt cắt ngang của dốc nước thường được thiết kế có dạng hình chữ nhật, vưới chiềurộng và chiều sâu được tính toán theo thuỷ lực phụ thuộc vào lưu lượng thiết kế, độ dốc củadốc nước, tốc độ cho phép không xói của vật liệu làm dốc nước và tùy thuộc vào kích thướccông trình nối tiếp vưới dốc nước

Cấu tạo của dốc nước có thể làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, đá xây Để giảm tốc

độ nước chảy ở dốc nước, đáy dốc nước có tạo các gờ nhám và ở cuối dốc nước thường làm

bể (giếng) tiêu năng hay tường tiêu năng

Bậc nước có bể tiêu năng thường dùng khi rãnh, kênh thoát nước có độ dốc rất lớn.Bậc nước thường có tiết diện hình chữ nhật, làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, đá xây.Chiều rộng, chiều cao của bậc nước, chiều sâu, chiều dài của bể tiêu năng, chiều cao vàchiều dày của tường tiêu năng được tính toán theo các công thức thuỷ lực và tùy thuộc vàokích thước công trình nối tiếp vưới dốc nước.

Cấu tạo của dốc nước và bậc nước được thiết kế theo các thiết kế điển hình Trườnghợp không có các thiết kế điển hình phù hợp thì có thể tham khảo theo các quy định sau đây:

+ Chiều cao dốc nước và bậc nước cao hơn mực nước tính toán tối thiểu là 0,20 m;+ Để chống trượt, mặt dưới của đáy dốc nước cứ cách 2,5 m – 4,0 m phải thiết kếchân khay cắm sâu vào đất 0,30 m – 0,50 m;

+ Độ dốc của dốc nước không nên dốc quá 1 : 1,5 Nếu lớn hơn độ dốc trên thì phảithiết kế bậc nước;

+ Bậc nước thường thiết kế có chiều cao mỗi bậc 0,30 m – 0,60 m và độ dốc mặt bậc

Hình 3.5 Điển hình bậc nước loại 1

Hình 3.6 Điển hình bậc nước loại 2

Hình 3.7 Bố trí bậc nước trên bình đồ tuyến

Bậc nướcRãnh cơ

3.4 Giải pháp về cống thoát nước

Nhằm nâng cao chất lượng thiết kế công trình cống thoát nước ngang vấn đề quantrọng đầu tiên phải kể đến là vấn đề khảo sát Hiện nay vấn đề này còn sơ sài Việc kỹ sưkhảo sát đi tuyến còn thiếu kinh nghiệm hiện trường, nhiều tuyến đường khi khảo sát thì xácđịnh vị trí đặt tuyến đường còn chưa chính xác dẫn đến khi thiết kế tuyến đường chưa đượchợp lý, đối với đường miền núi thì việc thiết kế công trình trên tuyến rất nhiều, việc xác địnhcác vị trí đặt cống địa hình cần được lưu tâm nhất do vậy để nâng cao chất lượng thiết kếcông trình cần lưu tâm đến những giải pháp sau:

3.4.1 Chọn vị trí đặt cống hợp lý

Chọn vị trí công trình trên bình diện và trắc dọc phải xét tới các chỉ tiêu xây dựng vàkhai thác, chế độ dòng chảy, các điều kiện lòng lạch, địa chất, các điều kiện địa phương, vàcác điều kiện khác nhằm xác định một giải pháp kinh tế kỹ thuật hợp lý nhất của đoạn đườngtương ứng có xét tới sự phát triển tương lai của con đường ấy Khi có lý do đặc biệt mớiđược phép làm cầu vượt qua những dòng bùn đỏ trong khu vực có phù sa bồi tụ

§Ó kh¾c phôc được vấn đề trên thì khâu đầu tiên cần phải lưu tâm đến vấn đề khảosát, người khảo sát cần bám tuyến và xác định đúng các khe tụ thủy và vị trí đặt cống ở đó

đã phù hợp hay chưa

Nơi có dòng chảy giao nhau thường chỉ dự kiến một công trình thoát nước Làm thêmcác công trình thoát nước trên bãi bồi phải dựa trên cơ sở tính toán về kinh tế và thuỷ lực Chỉ cho phép dự kiến tập trung thoát nước của vài dòng sông liền nhau vào một côngtrình khi có cơ sở kinh tế kỹ thuật có kể tới điều kiện khai thác Chỉ được phép dồn nước củavài kênh tưới vào một công trình khi có sự thoả thuận của các cơ quan hữu quan

3.4.2 Chọn khẩu độ, số dãy cống và chiều dày ống cống

Việc quyết định khẩu độ và chiều dày ống cống phụ thuộc rất nhiều và các yếu tố khácnhau, trong những vấn đề quan trọng nhất đó là việc khoanh vùng được diện tích lưu vựcchính xác nhất Đề làm được điều này công việc khảo sát cần được chú trọng nhất, vấn đềkhảo sát trên diện phạm vi tuyến đường sao cho xác định được các đường phân thủy trêntuyến và khoanh vùng diện tích mà nơi có vị trí cống đi qua, từ đó xác định được diện tíchlưu vực cung cấp cho bên thiết kế

Căn cứ vào vị trí đặt cống và diện tích lưu việc của cống đó từ khâu khảo sát cung cấpthì bên thiết kế sẽ tính toán xác định được lưu lượng và từ đó mới quyết định được khẩu độcống phù hợp ứng với ống cống phù hợp cho từng cống trên tuyến.

Việc tính toán thủy lực, thủy văn cần căn cứ vào những quy định của quy trình quyphạm quy định sau:

Tần suất tính toán thuỷ văn cho các công trình trên đường được quy định theo

Tên công trình Cấp thiết kế của đường

2) Nếu trong khảo sát điều tra được mực nước lịch sử cao hơn mực nước lũ tính toán theotần suất quy định trong bảng trên thì đối với cầu lớn phải dùng mực nước lũ lịch sử làmtrị số tính toán

3) Tại các đoạn đường chạy qua khu đô thị và các khu dân cư, cao độ thiết kế nền

đường được quy định theo cao độ thiết kế quy hoạch khu dân cư và tần suất lũ tính toáncác công trình thoát nước và nền đường theo tiêu chuẩn thiết kế đường đô thị

4) Cầu lớn có Lc ≥ 100m, cầu trung 25 m ≤ Lc < 100 m, cầu nhỏ Lc < 25m Lc là khẩu độtĩnh không thoát nước

Cống xây dựng dưới nền đắp có chiều dài bằng chiều rộng nền đường tại vị trí đỉnhcống, có tường đầu, tường cánh để đảm bảo ổn định của taluy nền đắp không bị sụt trượt vànước xói vào thân nền đường Chiều dày tối thiểu đắp đất trên cống tròn và cống vuôngkhông bố trí cốt thép chịu tải xe chạy cao độ mặt đường chỗ có cống tròn phải cao hơn đỉnhcống tròn ít nhất là 0,5 m Khi chiều dày áo đường dày hơn 0,5 m, độ chênh cao này phải đủ

để thi công được chiều dày áo đường

Độ chặt của đất đắp trên cống phải đảm bảo độ chặt yêu cầu như đối với nền đường;đất đắp tại vị trí cống phải cùng loại đất đắp nền đường