Thiết kế quy hoạch thoát nước trên tuyến

Nước là kẻ thù số một của đường. Nước có thể gây xói lỡ cầu cống, nền đường, sạt lỡ taluy. Nước thấm vào mặt đường và nền đường làm cho cường độ chịu lực của nền đất và vật l

CHƯƠNG IV :

THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC TRÊN TUYẾN

Nước là kẻ thù số một của đường Nước có thể gây xói lỡ cầu cống, nền đường, sạt lỡ taluy Nước thấm vào mặt đường và nền đường làm cho cường độ chịu lực của nền đất và vật liệu mặt đường giảm đáng kể và do đó kết cấu mặt đường dễ bị phá hỏng khi có xe nặng chạy qua Vì vậy, việc thiết kế quy hoạch thoát nước trên đường hợp lý nói chung là có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và nâng cao chất lượng khai thác đường ô tô.

I Nguyên tắc chung khi thiết kế thoát nước:

+ Dọc tuyến tuỳ theo dạng trắc ngang mà ta có thể bố trí rãnh dọc và tuỳ theo địa hình, ta có thể bố trí rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, thùng đấu, bể bốc hơi để thoát nước, kích thước có thể chọn theo cấu tạo.

+ Cầu, cống là công trình chủ yếu để thoát dòng nước, khẩu độ phụ thuộc vào lưu lượng nước cần thoát, khẩu độ này được xác định dựa vào việc tính toán thuỷ văn.

+ Ngoài những cống cần thiết để thoát nước cho công trình, ta cần đặt cống cấu tạo, khoảng cách giữa các cống cấu tạo trong nền đào cách nhau không quá 500m đối với rãnh có tiết diện hình thang và 250m đối với rãnh có tiết diện tam giác.

II Những chú ý khi thiết kế công trình thoát nước

+ Nói chung tại những vùng trũng và cắt ngang qua suối đều phải bố trí công trình thoát nước Giá thành của chúng chiếm từ 8 - 15% tổng giá thành công trình đường ô tô (mặt đường sử dụng cấp cao) Vì vậy việc chọn khẩu độ và bố trí công trình thoát nước thích hợp sẽ giảm được giá thành xây dựng một cách đáng kể

+ Công trình thoát nước nhỏ trên đường chủ yếu là cầu và cống.

+ Cống có nhiều loại: cống tròn, cống vuông, cống tròn khẩu độ từ 0,5 - 6m Số lượng và khẩu độ tuỳ thuộc vào lưu lượng nước chảy, điều kiện địa hình, chiều rộng mặt đường Cống vuông thường được dùng ở những nơi có lưu lượng nước chảy trên 15m3 và nơi hạn chế đất đắp trên cống.

+ Không nên dùng cống ở những nơi dòng chảy vùng núi có vật trôi lớn, mực nước chảy trong cống phải cách đỉnh cống một đoạn để đảm bảo các vật trôi nhỏ có thể trôi qua cống.

+ Theo quy định thiết kế đường ô tô hiện hành, chiều dài rãnh dọc tối đa là 500m đối với rãnh có tiết diện hình thang, do đó cần phải làm các công trình thoát nước từ rãnh dọc thoát qua đường và đây là các cống cấu tạo nên không cần tính toán thuỷ lực.

Tóm lại cần cân nhắc các chỉ tiêu kỹ thuật cũng như kinh tế để chọn các công trình thoát nước cho hợp lý.

III Các hệ thống thoát nước trên tuyến : Hệ thống thoát nước

trên đường gồm có các loại sau:

- Rãnh dọc được thiết kế ở những đoạn đắp thấp dưới 0,6 m, dọc nền đào, nền nữa đào nữa đắp, có thể bố trí ở 1 bên nền đường hoặc cả 2 bên nền đường.

- Kích thước của rãnh cho phép tính theo cấu tạo mà không cần tính toán thủy lực Chỉ tính toán khi nó tham gia đáng kể vào việc thoát nước của sườn lưu

vực Bề rộng đáy rãnh nhỏ nhất là 40 cm (Hình vẽ)

- Tiết diện của rãnh, độ dốc dọc của rãnh được xác định phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình khu vực tuyến đi qua Thông thường ta chọn loại rãnh hình thang có chiều rộng đáy rãnh bằng 0,4m, độ dốc dọc của rãnh trùng với độ dốc đường đỏ, độ dốc taluy từ 1:1 ÷ 1:1,5

- Chiều sâu rãnh đảm bảo mực nước tính toán thấp hơn mép rãnh 20 cm và

♦ Khi qui hoạch thoát nước mặt phải tuân thủ theo nguyên tắc không để nước từ rãnh nền đường đắp chảy về nền đường đào trừ trường hợp nền đường đào có chiều dài <100m Không cho nước từ các rãnh khác nhất là rãnh đỉnh chảy về rãnh dọc Ngược lại, trong mọi trường hợp phải tìm cách thoát

nước từ rãnh dọc về suối hay về chỗ trũng cách xa nền đường càng nhanh càng tốt, về hai phía của nền đường nếu có thể làm được

- Đối với rãnh hình thang cứ 500 m phải bố trí một cống cấu tạo ngang đường có đường kính ≤ 100cm để thoát nước từ rãnh dọc chảy sang phía hạ lưu của nền đường.

- Các cống cấu tạo không cần tính toán thủy lực nhưng phải nghiên cứu kỹ địa hình , địa chất để quyết định vị trí đặt cống cấu tạo cho phù hợp, tránh việc xây dụng rãnh quá dài từ cửa ra của cống mà không cần thiết.

2 Rãnh đỉnh :

- Rãnh đỉnh dùng để thoát nước và thu nước từ sườn lưu vực không cho nước chảy về rãnh dọc, rãnh đỉnh được bố trí ở những nơi có sườn dốc lớn và diện tích lưu vực nước cần thoát lớn, rãnh dọc không thể thoát kịp

- Tiết diện rãnh thường dùng dạng hình thang và bề rộng của rãnh tối thiểu của rãnh là 0,5 m, bờ rãnh có dốc ta luy 1:1,5 còn chiều sâu của rãnh phải xác định từ tính toán thủy lực nhưng không nên sâu quá 1,5m Phân chia rãnh từng đoạn ngắn và khoanh lưu vực tụ nước trên bình đồ, xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn.

- Độ dốc dọc của rãnh đỉnh xác định giống như rãnh dọc : idmin= 3 ÷ 5%o

Ởí những nơi địa hình sườn dốc hai bên lớn, có địa chất không tốt, có hiện tượng trượt, sụt lỡ hai bên sườn dốc thì phải thiết kế hai hay nhiều rãnh đỉnh, ngược lại sườn dốc thoải, diện tích sườn dốc không lớn thì có thể không cần làm rãnh đỉnh nhưng phải tính toán tăng rãnh dọc lên.

- Vị trí rãnh đỉnh cách mép ta luy nền đường đào ít nhất là 5 m.

Đối với tuyến thiết kế có sườn dốc không lớn nên không cần thiết kế rãnh đỉnh.

IV Xác định vị trí cần bố trí công trình vượt qua dòng nước.

Tất cả các vùng trũng trên bình đồ mà tại đó tuyến đi qua, trắc dọc và chỗ có sông, suối đều phải bố trí các công trình thoát nước Dựa trên bình đồ ta thấy cần bố trí cầu, cống ở các vị trí sau:

V Tính toán lưu lượng của các công trình:

* Tuyến thiết kê úthuộc khu vực Thị xã Hội An, vùng mưa số XII Tra phụ lục II ứng với tần suất P=4% → ta có H4% = 353 mm/ngày.

-Tần suất lũ thiết kế lấy theo qui trình qui phạm đối với đường cấp IV ta lấy p = 4%

-Xác định lưu lượng cực đại chảy về công trình ta dùng công thức tính Qmax

theo TCN 220-95 : Qmax= Ap..Hp.F.IV.3.1)

Trong đó :

Hp : lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p = 4%

 : hệ số dòng chảy lũ phụ, tra bảng phụ thuộc vào loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày và diện tích lưu vực F.

Ap : môđuyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện xác định theo phụ lục phụ thuộc vào hệ số đặc trưng địa mạo của lòng suốiφls và thời gian tập trung nước τs

 : hệ số triết giảm lưu lượng do đầm lầy ao hồ =1 F :diện tích lưu vực, được xác định trên bình đồ ( km2)

Cụ thể diện tích lưu vực được xác đình như sau: Trên bản đồ địa hình (đường đồng mức) khoanh khu vực nước chảy về công trình, theo ranh giới của các đường phân thuỷ Tính diện tích của khu vực tính toán (trong thiết kế sơ bộ cho phép dùng giấy kẻ ly để xác định diện tích lưu vực) Tuyến thiết kế có thể gặp các trường hợp địa hình sau:

+ Địa hình lưu vực thoáng ít cây cối, đường phân thuỷ rõ ràng:Đường phân thuỷ suối

- Tính chiều dài sườn dốc lưu vực theo công thức sau :

bs =

)( )(

Trong đó:

L - chiều dài lòng suối chính (km)

l - tổng chiều dài các lòng suối nhánh (km), trong đó chỉ tính những lòng suối nhánh có độ dài > 0,75 chiều dài rộng bình quân B của lưu vực.

B = F/2L đối với lưu vực có hai sườn B =F/L đối với lưu vực có một sườn.

Khi dùng công thức tính bs nếu lưu vực 1 sườn lấy 0,9

- Xác định đặc trưng địa mạo của sườn dốc lưu vực theo công thức:

sd = mI ( .H ) b

Trong đó:

Is - độ dốc của sườn dốc lưu vực (%o) xác định thực tế trên địa hình

mS - hệ số nhám sườn dốc xác định theo bảng 15 Hướng dẫn thiết kế đường ôtô → mS = 0,2

- Xác định thời gian tập trung nước τS: tra bảng phụ thuộc vào hệ số đặc trưng địa mạo của sườn dốc φsd và vùng mưa thiết kế

- Xác định hệ số đặc trưng địa mạo của lòng sông suối theo công thức:

Ls = m I F ( H )

Trong đó:

+ L : chiều dài suối chính

+ IL : độ dốc lòng suối chính tính %o xác định thực tế

+ mL : hệ số nhám của lòng suối : mL = 9

*Thay cá giá trị vừa tính vào công thức (IV.3.1) ta tính được Qmax

⇒ Kết quả tính toán cụ thể cho các phương án được thể hiện theo Bảng IV.1, IV.2 trang 49

VI Chọn khẩu độ cống và loại cống:

Sau khi tính toán được lưu lượng cực đại chảy về các công trình tính toán, ta chọn loại cống, khẩu độ cống theo lưu lượng Qmax dựa trên quan điểm ưu tiên chọn loại cống tròn bêtông cốt thép định hình, thi công theo kiểu lắp ghép, chế độ nước chảy không áp nhằm mục đích thoát được vật trôi dễ dàng và dự trữ được lưu lượng của công trình Khi lưu lượng nước cần thoát lớn không thể dùng được cống tròn thì có thể dùng cống vuông để thay thế Khẩu độ cống của các phương án được xác

định như Bảng IV.3, Bảng IV.4

Bảng IV.3: Bảng chọn khẩu độ cống của phương án ISTTLý trìnhQ

max(m3/s)Loại cống, khẩu độ cốngHd (m)V (m/s)

1 KM0 + 400 1,1 1 Cống tròn BTCT d=100 0,94 2,202 KM0 + 800 7 2 Cống tròn BTCT d=175 1,43 2,663 KM1 + 700 6 2 Cống tròn BTCT d=175 1,31 2,514 KM2 + 100 3,4 1 Cống tròn BTCT d=175 1,43 2,665 KM2 + 600 1,1 1 Cống tròn BTCT d=100 0,94 2,206 KM3 + 200 7,6 2 Cống tròn BTCT d=175 1,53 2,77

Bảng IV.4: Bảng chọn khẩu độ cống của phương án IISTTLý trìnhQ

Loại cống, khẩu độ

1 KM0 + 300 3,2 1 Cống tròn BTCT d=175 1,38 2,582 KM0 + 700 3,9 1 Cống tròn BTCT d=175 1,56 2,803 KM1 + 300 5,3 1 Cống tròn BTCT d=200 1,77 2,974 KM2 + 0,00 3,1 1 Cống tròn BTCT d=175 1,38 2,585 KM2 + 600 8,7 2 Cống tròn BTCT d=175 1,68 2,976 KM2 + 900 12,6 2 Cống tròn BTCT d=200 1,96 3,217 KM3 + 500 7 2 Cống tròn BTCT d=175 1,43 2,66