Dựa vào giá trị lưu lượng đã tính tốn được ta lựa chọn sơ bộ cấu tạo cống và nhờ vào các bảng tra thủy lực được tính sẵn, ứng với lưu lượng và khẩu độ của loại cống lựa chọn ta tính ra được mực nước dâng trước cống H (m) và vận tốc nước chảy trong cống v (m/s). Dựa vào H và v mà ta xác định cao độ mặt đường và mép nền đường cho hợp lý đồng thời xem xét xem cĩ phải gia cố chống xĩi cho hạ lưu cống hay khơng. Chiều dày lớp đất đặt trên đỉnh cống ≥
0,5m và phải đủ để bố trí chiều dày kết cấu áo đường; cao độ mép nền đường phải cao hơn mực nước dâng ≥0,5m.
Bảng bố trí cống sơ bộ cho hai phương án tuyến: Phương án Lý trình Qp Khẩu độ Qc Số cống V H (m3/s) (m) (m3/s) (m/s) (m) I Km0+200 2.270 1.0 1.200 1 1.31 3.16 Km0+600 1.226 1.5 3.300 1 0.72 1.82 Km1+119.67 0.814 1.5 3.300 1 0.58 1.63 Km1+800 0.492 1.5 3.300 1 0.64 1.76 Km2+156.58 1.402 1.5 3.300 1 0.77 1.86 Km2+554.26 1.474 1.5 3.300 1 0.79 1.88 Km2+110 1.226 1.0 1.200 1 0.84 2.05 Km3+600 1.172 1.0 1.200 1 1.82 2.00 Km4+63.99 1.617 1.5 3.300 1 0.83 1.94 Km4+600 1.316 1.0 1.200 1 0.88 2.10 Km5+20.36 1.652 1.5 3.300 1 0.84 1.96 Km5+500 1.139 1.0 1.200 1 0.80 1.98 II Km0+200 2.487 1.0 3.300 1 1.45 3.46 Km0+600 1.898 1.0 3.300 1 1.10 2.65 Km1+5764 1.793 1.5 3.300 1 0.87 2.01 Km1+800 1.974 1.5 3.300 1 0.91 2.06 Km2+127.41 1.598 1.5 3.300 1 0.82 1.93 Km2+546.17 0.118 1.0 3.300 1 0.88 2.07 Km2+930.74 1.249 1.5 3.300 1 0.73 1.83 Km3+297.25 2.430 1.5 3.300 1 1.04 2.21 Km3+166 1.489 1.0 3.300 1 0.93 2.18 Km4+00 1.618 1.0 3.300 1 0.97 2.27 Km4+310.76 1.170 1.5 3.300 1 0.69 1.78 Km4+631.26 1.647 1.5 3.300 1 0.84 1.95 Km5+117.31 0.221 1.0 3.300 1 0.73 1.90 Km5+500 0.965 1.0 3.300 1 0.72 1.86
Bố trí cống cấu tạo: đối với rãnh tiết diện hình thang cứ cách tối đa 500 m và 250 m đối với tiết diện tam giác phải bố trí cống cấu tạo cĩ đường kính cống 0,75 m để thốt nước từ rãnh biên về sườn núi bên đường. Đối với cống cấu tạo khơng cần tính tốn thủy lực, chi tiết bố trí thể hiện trên bản vẽ trắc dọc sơ bộ.
6.4. Rãnh dọc và rãnh đỉnh:
6.4.1. Các yêu cầu chung:a) Rãnh dọc (rãnh biên): a) Rãnh dọc (rãnh biên):
- Rãnh dọc hay cịn gọi là rãnh biên dùng để thốt nước nền đường bao gồm nước mưa chảy trên một nửa chiều rộng mặt đường, phần nước mưa trên taluy
nền đào và trên phần sườn dốc từ mép taluy nền đào tới rãnh đỉnh (khoảng cách này là 5m)
- Rãnh dọc cần làm ở các nền đường đào, nửa đào nửa đắp và nền đường đắp thấp hơn qui định (dưới 0.6m), đảm bảo cho nền đường luơn được khơ ráo, cường độ của nền mặt đường luơn được ổn định.
- Tiết diện và độ dốc phải đảm bảo thốt được lưu lượng tính tốn và cĩ kích thước hợp lý. Việc gia cố lịng rãnh phụ thuộc vào tốc độ nước chảy trong rãnh, địa chất khu vực rãnh. Thường thì độ dốc rãnh theo độ dốc đường, trường hợp đặc biệt cĩ thể làm rãnh cĩ độ dốc khác với độ dốc nền đường.
- Để đảm bảo thốt nước tốt, tránh hiện tượng lắng đọng làm lấp rãnh, quy định độ dốc dọc tối thiểu của rãnh là 0.5%, trường hợp cá biệt khơng được nhỏ hơn 0.3%.
Khơng để rãnh nền đường đắp chảy về nền đường đào, khơng cho nước từ các rãnh khác chảy về rãnh dọc và luơn luơn tìm cách tháo nước rãnh dọc. Đối với rãnh tiết diện hình thang cứ 500m, tiết diện tam giác cứ 250m, phải tìm cách tháo nước từ rãnh ra chỗ trũng, suối gần đấy hay làm cống thốt nước.
- Rãnh dọc thường sử dụng phổ biến nhất là rãnh cĩ dạng hình thang hay hình tam giác. Rãnh dọc cĩ dạng hình tam giác thường dùng cho các đoạn đường qua đá hoặc chỗ đất cứng khĩ đào. Đối với tuyến đường đang thiết kế kiến nghị chọn rãnh dọc cĩ dạng hình thang là loại rãnh đang được sử dụng phổ biến và cĩ khả năng thốt nước tốt.
b) Rãnh đỉnh :
* Khi diện tích lưu vực sườn núi đổ về đường lớn, rãnh dọc khơng thốt hết thì phải bố trí rãnh đỉnh để đĩn nước từ lưu vựa chảy về phía đường và dẫn nước về những chỗ trũng. Khi thiết kế rãnh đỉnh cần tuân theo một số nguyên tắc sau:
- Rãnh đỉnh thiết kế với tiết diện hình thang, chiều rộng đáy rãnh tối thiểu là 0,5m, mái dốc ta luy bờ rãnh là 1:1,5. Chiều sâu rãnh xác định theo tính tốn thủy lực, nhưng khơng nên sâu quá 1,5m.
- Độ dốc của rãnh đỉnh thường chọn theo điều kiện địa chất (tốc độ nước chảy trong rãnh khơng gây xĩi lở lịng rãnh). Để tránh ứ đọng bùn cát thì độ dốc của lịng rãnh khơng nên nhỏ hơn 0,3 – 0,5%.
- Ở những nơi địa hình sườn dốc lớn, địa chất xấu dễ bị sạt lở thì phải thiết kế hai hoặc nhiều rãnh đỉnh. Vị trí của rãnh đỉnh phải cách mép ta luy nền đường đào ít nhất là 5m, đất thừa do đào rãnh đỉnh được đắp sát bờ rãnh làm thành con trạch >5m 2% Con trạch Rãnh dọc Rãnh đỉnh
Cấu tạo rãnh đỉnh
6.4.2.Các đặc trưng thủy lực của rãnh:
Diện tích rãnh : ω=(b m h+ × 0)×h0
Chu vi ướt của rãnh: 2
0
2 1
b h m
χ = + × × +
Trong đĩ: b : Chiều rộng của đáy rãnh (m). m: Hệ số mái dốc taluy cơng trình. h0: Độ sâu của nướ chảy trong rãnh.
Bán kính thủy lực của nước chảy trong rãnh: 0 0 2
0 ( ) 2 1 b m h h R b h m ω χ + × × = = + × × +
Vận tốc nước chảy trong rãnh. V 1 Ry R i
n
= × × ×
Trong đĩ: n : hệ số nhám lịng rãnh. y : hệ số Sêdy.
i : độ dốc dọc lịng rãnh
Cơng thức tính tốn lưu lượng thốt nước của rãnh dọc: Q= ×ω V
6.4.3. Tính tốn rãnh:
Để tính thuỷ lực rãnh phải xác định chiều dài rãnh, trên hình cắt dọc tuyến chọn rãnh cĩ chiều dài lớn nhất để tính. Căn cứ vào hình cắt dọc đã thiết kế, căn cứ vào khoảng cách giữa hai cống cấu tạo xa nhất cĩ rãnh dài nhất là 500m.
Bước 1 : Chọn kích thước của rãnh cĩ tiết diện hình thang :
Với: b = 0,4m, m = 1, h0 = 0,4m
B = b + 2mh0 = 0,4 + 2 x1 x 0,4 = 1,2 m (B: đáy lớn hình thang). Kiểm tra khả năng thốt nước của rãnh, nước mặt tập trung về rãnh trên suốt chiều dài rãnh, dựa vào bình đồ và trắc dọc xác định được diện tích khu vực tụ nước bằng cách khoanh đường phân thủy với đoạn dài nhất.
Bước 2 : Xác định nước từ lưu vực chảy về rãnh
Xác định lưu lượng thực tế nước chảy qua mặt cắt ngang của rãnh: Q = Q1 + Q2
Trong đĩ: Q1: phần lưu lượng nước đến rãnh từ ½ mặt đường. Q2: phần lưu lượng nước đến rãnh từ taluy nền đào. Ap dụng cơng thức gần đúng để xác định Q. Q = 0,56 x (h-z) x F 1/1 hr ho b = 0,4m 1/1 0 , 2 m
Trong đĩ:
h: Chiều dày dịng chảy do mưa trong thời gian 30’ nhận được h = 30mm Z: Đặc trưng cho khả năng quyện nước bề mặt, z = 5.
F: Diện tích bề mặt dồn nước tới rãnh dọc. Theo thiết kế dọc tuyến tại các đoạn nền đào cứ 300 ÷ 500m ta đặt 1 cống thốt nước ngang đường. Xét trường hợp bất lợi nhất với chiều dài 500m đặt một cống thốt nước ngang đường
Ta cĩ: F = F1 + F2.
Trong đĩ: F1 : Diện tích phần mặt đường tích nước.
2 1 9 500 2250 2 2 Bn F L= × = × = m
F2 : Diện tích phần mặt taluy nền đào.
Ta cĩ: F2 = L x h = 500 x 5 = 2500 m2 (chọn chiều cao taluy nền đào 5 m)
Vậy lưu lượng thực tế là:
Q1 = 0,56 x (35-5) x 2250 x 10-6 = 0,0378 m3/s Q2 = 0,56 x (35-5) x 2500 x 10-6 = 0,0420 m3/s Suy ra: Qtt = Q1 + Q2 = 0,0378 + 0,0420 = 0,0798 m3/s
Xác định khả năng thốt nước của rãnh: Qtk = ϖ x V
Trong đĩ:
Diện tích rãnh thốt nước: ω = (b+m×h0)× h0 = (0,4+1× 0,4)×0,4 = 0,32m2
Vận tốc nước chảy trong rãnh. V 1 Ry R i n = × × × Chu vi ướt : χ = b+2×m/×h0 = 0,4 + 2× 0,4× 1 1+ =2 1,53m R= 0.32 0.209 1.53 m ω χ = = n: Hệ số nhám lịng rãnh, chọn gia cố lịng rãnh bằng lát cỏ hay lát đá hộc cĩ hệ số nhám trong lịng rãnh : 1 1 0,02 n =
y: hệ số trong cơng thức Sêzy, y = 1/6 Vậy vận tốc thiết kế nước chảy trong rãnh:
1/61 1 0,209 0,209 0,005 1,245 1 1 0,209 0,209 0,005 1,245 0.02 y V R R i n = × × × = × × × = (m/s)
⇒ Lưu lượng thốt qua rãnh: Qrk = 0,32 x 1,245 =0,398 m3/s Ta thấy Qtk = 0,398 > Qtt = 0,0798
Kết luận: Vậy với độ dốc rãnh là 0,5% và kích thước rãnh đã chọn như trên thì đảm bảo thốt hết nước.
CHƯƠNG VII
THIẾT KẾ TRẮC DỌC TUYẾN7.1. Khái quát chung : 7.1. Khái quát chung :
Thiết kế trắc dọc đường ơtơ tức là vạch đường đỏ nối các cao độ thi cơng trên mặt cắt dọc tự nhiên vẽ theo trục đường. Đường đỏ thiết kế vạch khác nhau thì độ cao thi cơng ở các cọc cũng khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác nhau, và giải pháp kĩ thuật thiết kế các cơng trình chống đỡ, các cơng trình cầu cống cũng cĩ thể khác nhau. Vì thế khi thiết kế đường đỏ, ngồi việc trước hết cần đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật đối với các yếu tố trắc dọc quy định trong quy phạm thiết kế cịn cần phải chú ý cải thiện hơn nữa điều kiện xe chạy và chất lượng vận doanh, khai thác.
Để đạt được tối ưu về kinh tế kĩ thuật như vậy, trong quá trình thiết kế cần chú ý cân nhắc kĩ khi bố trí mỗi đoạn dốc, mỗi đường cong đứng ở các chỗ đổi dốc, chú ý phối hợp với các yếu tố bình đồ, trắc ngang, với các rặng cây trồng ven đường… để tạo được sự phối hợp khơng gian đều đặn, chú ý thiết kế tạo thuận lợi cho các cơng trình nền mặt đường, cơng trình chống đỡ và thốt nước. Tương tự như đối với bình đồ tuyến, việc thiết kế trắc dọc liên quan và cĩ ảnh hưởng đến hầu hết các yếu tố và các cơng trình khác trên đường, vì thế khơng thể dễ dàng biết và đánh giá một phương án thiết kế đường đỏ vạch thế nào là hợp lý.
7.2. Phương pháp thiết kế đường đỏ:
Hiện nay cĩ hai phương pháp kẻ đường đỏ trên trắc dọc: đường cắt và đường bao. Mỗi phương pháp thường phù hợp với loại địa hình nhất định.
Phương pháp kẻ bao Phương pháp kẻ cắt