V. Cụng trỡnh thoỏt nước
5.2. Cống thoỏt nước
Cống chiếm phần lớn cỏc cụng trỡnh thoỏt nước trờn đường. Cống bao gồm cú hai loại: cống địa hỡnh, cống cấu tạo.
- Cống địa hỡnh: Được bố trớ tại cỏc vị trớ cắt qua cỏc dũng suối nhỏ hay cắt qua cỏc khe tụ thuỷ mà khi mưa sẽ hỡnh thành dũng chảy.
- Cống cấu tạo: Được bố trớ chủ yếu để thoỏt nước trờn mặt đường và trờn mỏi taluy cú lưu vực nhỏ, cống cấu tạo bố trớ theo qui trỡnh mà khụng cần phải tớnh toỏn.
5.2.1. Nguyờn tắc thiết kế cống:
- Cố gắng đi tuyến sao cho cắt vuụng gúc với dũng chảy.
- Đối với đường cấp cao, cống cũng như cỏc cụng trỡnh vượt qua dũng nước nhỏ khỏc như: cầu nhỏ, đường tràn. phải phụ thuộc vào tuyến. Khi vượt qua dũng suối mà địa chất chắc và ổn định thỡ cú thể chuyển vị trớ cống lờn lưng chừng suối để giảm bớt chiều dài và dễ thi cụng, Việc đảm bảo tuyến đi theo hướng tốt nhất cú thể làm cho giao giữa tuyến với dũng nước cú những gúc ngoặt khỏc nhau, kể cả những gúc rất nhọn. Do vậy cần cú biện phỏp thớch hợp làm những loại cửa cống đặc biệt, những cụng trỡnh điều chỉnh hoặc phải nắn lại dũng suối.
- Đối với đường cấp thấp, cho phộp kộo dài tuyến để cải thiện điều kiện giao nhau với dũng nước.
- Vai nền đường phải cao hơn mực nước dõng trước cống tối thiểu 0,5 (m) với cống khụng cú ỏp và bỏn ỏp cú khẩu độ nhỏ hơn 2 (m); 1 (m) với cống cú khẩu độ lớn hơn 2 (m). Phải đảm bảo lớp đất đắp trờn cống cú chiều dày tối thiểu 0,5 (m) hoặc phải đủ bố trớ chiều dày của kết cấu mặt đường nếu kết cấu mặt đường dày hơn 50 (cm).
- Khẩu độ cống nờn dựng từ 1 ữ 1,25 (m) trở lờn. Khụng dựng cỏc khẩu độ cống quỏ nhỏ gõy trở ngại cho cụng tỏc duy tu sửa chữa.
- Cống để thoỏt nước rónh dọc được gọi là cống cấu tạo. Cự li cống cấu tạo khụng lớn hơn 500 (m) đối với rónh hỡnh thang, khụng lớn hơn 250 (m) đối với rónh tam giỏc. Nờn dựng cống trũn là bờ tụng cốt thộp vỡ rẻ và tiện lợi cho thi cụng cơ giới. Cống vuụng dựng cho lưu lượng lớn hoặc cao độ nền đắp hạn chế.
5.2.2. Xỏc định cỏc tham số tớnh toỏn lưu lượng
Lưu lượng dũng chảy đổ về vị trớ cụng trỡnh phụ thuộc vào: diện tớch lưu vực, độ dốc lũng suối, điều kiện địa hỡnh, địa mạo, cỏc yếu tố khớ hậu, địa chất thuỷ văn, …
Lựa chọn chế độ làm việc của cống: do nền đường đắp trờn cụng là thấp và lũng lạch khụng sõu lắm, do vậy ta chọn chế độ chảy trong cống là chế độ chảy khụng ỏp.
Cỏc cống thoỏt nước được tớnh toỏn dựa theo tiờu chuẩn 22 TCN 220–95 của Bộ Giao thụng Vận tải.
Ta tiến hành tớnh toỏn cụ thể cho một cống tại cọc H2 lớ trỡnh Km2+200, cũn cỏc cống tại cỏc lớ trỡnh khỏc sử dụng cụng thức tương tự:
- Tớnh lưu lượng:
+ Cụng thức tớnh toỏn: Qp% = Ap .α . Hp . F . δ Trong đú:
Qp%: Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p %, (m3/s). F: Diện tớch lưu vực, xỏc định trờn bỡnh đồ, F = 0,23 (Km2)
Hp: Lưu lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p %, (mm), Hp = 387 (mm) (Huyện Như Xuõn– Thanh Húa).
α: Hệ số dũng chảy lũ, tuỳ thuộc loại đất cấu tạo bề mặt lưu vực (đất cấp III, lượng mưa ngày thiết kế Hp và diện tớch lưu vực F). Tra bảng phụ lục 6 cú: α = 0,57.
δ: Hệ số ảnh hưởng của hồ ao, đầm lầy, δ = 0,90 %.
Ap : Moduyn dũng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện chưa xột ảnh hưởng của hồ, ao, phụ thuộc vào :
+ Hệ số đặc trưng địa mạo lũng sụng ls= 7,56
+ Thời gian tập trung nước trờn sườn dốc τsd = 44,75 phỳt + Vựng mưa X Ta cú: 0,6 0,4 0,3 1000. . . . sd sd sd sd p b m I H
Với:
Isd: Độ dốc của sườn dốc lưu vực, Isd = 200 ‰ msd: Hệ số đặc trưng nhỏm sườn dốc, msd = 0,10
bsd: Chiều dài trung bỡnh của sườn dốc lưu vực, bsd = 0,159 (Km)
Khi đú, 0,6 0,4 0.3 1000.0,159 0,10.200 . 0,57.387 sd = 4,95 Từ đú, ta cú: Ap = 0,0773 Như vậy, Q = 0,0773 . 0,57 . 387 . 0,23 . 0,90 = 3,60 (m3/s).
+ Từ lưu lượng tớnh được ở trờn ta tra khẩu độ cống, và tương ứng với nú là chiều sõu dũng chảy tự nhiờn và vận tốc tại cửa ra của cống theo bảng tớnh sẵn.
Tra bảng ứng với đường kớnh của cống trũn: = 1,50 (m), ta cú:
(+) Chiều sõu mực nước dõng, H = 1,47 (m). (+) Vận tốc dũng nước, v = 2,92 (m/s3).
(+) Loại miệng cống loại II, miệng cống làm theo dạng dũng chảy.
5.2.3. Tớnh toỏn gia cố sau cống
Dũng nước khi ra khỏi cống chảy với vận tốc cao, tốc độ ấy tăng 1,5 (lần) so với vận tốc nước trong cống, làm xúi lở phớa sau cống ảnh hưởng đến nền mặt đường. Do đú, phải thiết kế hạ lưu cống theo tốc độ nước chảy v = 1,5.vra và phần cuối gia cố phải cú tường nghiờng chống xúi.
Lgc
Chiều dài phần gia cố sau cống: lgc = 3 . b (m). b: Khẩu độ cống (m).
Chiều sõu chõn tường chống xúi xỏc định theo cụng thức: ht ≥ ∆hx + 0,5 (m). Thường chọn: ht = (1,3 ữ 1,5) . ∆hx
∆hx: Chiều sõu xúi tớnh toỏn, ∆hx = 2 . H .
2,5.gc
b
b l
Trong đú:
H: Chiều cao nước dõng trước cống, (m).
5.2.4. Xỏc định chiều dài cống
Chiều dài cống được tớnh toỏn dựa vào khẩu độ cống, chiều cao nền đắp tại vị trớ đặt cống.
Hn: Cao độ nền đường, (m).
H: Chiều cao nước dõng trước cống, (m). Hc: Cao độ đỉnh cống, (m).
B: bề rộng nền đường.
- Trường hợp bảo đảm Hn ≥ H + 0,58 (m) (chiều dày kết cấu ỏo đường), ta cú: Lc = B + 2 . z = B + 2 . (Hn – Hc) . 1.5 (m).
- Trường hợp Hn < H + 0.58 (m) thỡ ta phải đào thấp mặt đất tự nhiờn sao cho: Hn = H + 0,58, khi đú: Lc = B + 2 . z = B + 2 . (H + 0,58 – Hc) . 1.5 (m).
STT Lớ trỡnh F Q H v Hn Lc Lgc Ht Khẩu độ Chế độ chảy 1 Km 0+410,87 0,27 3,85 1,54 3,00 2,75 12,63 4,5 1,48 Φ1,5 Khụng ỏp 2 Km 1+100 0,15 2,18 1,39 3,09 2,3 11,73 3 1,33 Φ1,0 Khụng ỏp 3 Km 1+700 0,24 3,58 1,55 2,92 2,54 11,98 4,5 1,49 Φ1,5 Khụng ỏp 4 Km 2+200 0,23 3,60 1,47 2,92 2,27 11,39 4,5 1,42 Φ1,5 Khụng ỏp 5 Km 2+667,77 0,21 3,17 1,47 2,79 2,43 11,89 4,5 1,41 Φ1,5 Khụng ỏp 6 Km 3+200 0,17 2,11 1,35 2,98 1,65 9,89 3 1,30 Φ1,0 Khụng ỏp 7 Km 3+676,28 0,30 4,08 1,59 3,08 2,58 11,97 4,5 1,53 Φ1,5 Khụng ỏp 8 Km 4+258,06 0,29 4,24 1,53 2,70 3,47 14,83 6 1,47 Φ2,0 Khụng ỏp 9 Km 4+908,09 0,27 3,84 1,52 3,00 2,6 12,23 4,5 1,46 Φ1,5 Khụng ỏp 10 Km 5+419,62 0,18 2,50 1,58 3,19 1,72 9,42 3 1,52 Φ1,0 Khụng ỏp 11 Km 5+695,19 0,21 3,18 1,47 2,80 4,54 18,22 4,5 1,41 Φ1,5 Khụng ỏp 12 Km 6+500 0,16 2,27 1,22 2,44 3 14,34 4,5 1,17 Φ1,5 Khụng ỏp 13 Km 7+300 0,06 0,92 0,87 2,09 6,79 26,77 4,5 0,83 Φ1,5 Khụng ỏp 14 Km 8+175,06 0,12 1,94 1,10 2,30 3,03 14,79 4,5 1,06 Φ1,5 Khụng ỏp 5.2.5. Bố trớ cống cấu tạo
Mục đớch của việc bố trớ cống cấu tạo là nhằm dẫn nước từ rónh biờn ra ngoài phạm vi của đường. Nú phụ thuộc vào khả năng thoỏt nước của rónh biờn và thường đặt ở
STT Lớ trỡnh Khẩu độ
1 Km 6+835,67 Φ1,0
2 Km 7+691,67 Φ1,0