Công tác quy hoạch chiều cao là sử dụng và cải tạo bề mặt địa hình cho phù hợp với kỹ thuật xây dựng và thẩm mỹ kiến trúc cảnh quan. Điều đó có nghĩa là từ mặt đất tự nhiên người ta tạo ra bề mặt địa hình thiết kế ở mỗi khu đất xây dựng.
Các ý tưởng thiết kế quy hoạch chiều cao có thể được biểu diễn theo nhiều phương pháp khác nhau. Tùy theo đặc điểm tự nhiên của khu đất, tùy theo tính chất của công trình và tùy thuộc vào công nghệ thể hiện mà thường có 3 phương pháp chủ yếu sau:
- Phương pháp mặt cắt
- Phương pháp đường đồng mức
- Phương pháp phối hợp (mặt cắt và đường đồng mức thiết kế).
Ngoài ra còn có phương pháp ghi độ cao hoặc sử dụng mô hình số trên công nghệ tin học.
1.5.1. Thiết kế quy hoạch chiều cao theo phương pháp mặt cắt a) Nội dung phương pháp mặt cắt
Để biểu diễn địa hình người ta có thể dùng phương pháp mặt cắt bao gồm: mặt cắt dọc và mặt cắt ngang.
Phương pháp thiết kế quy hoạch chiều cao dựa vào mặt cắt thực chất là biểu diễn địa hình tự nhiên và địa hình thiết kế trên mặt cắt. Điều đó có nghĩa là trên mỗi mặt cắt có biểu diễn cả địa hình tự nhiên và địa hình thiết kế
Các bước tiến hành như sau:
- Bố trí các mặt cắt.
Vị trí của mặt cắt dọc thường được chọn song song với trục chính (trên mặt bằng) của công trình. Mỗi công trình có thể có nhiều mặt cắt dọc. Trong các mặt cắt dọc nên bố trí một mặt cắt trùng với trục chính của công trình. Khoảng cách các mặt cắt dọc phụ thuộc vào độ phức tạp của địa hình, yêu cầu độ chính xác thiết kế và phụ thuộc đặc điểm của công trình.
Vị trí của mặt cắt ngang thường chọn vuông góc với mặt cắt dọc (trên mặt bằng). Khoảng cách các mặt cắt ngang cũng phụ thuộc vào mức độ phức tạp của địa hình, độ chính xác yêu cầu trong thiết kế và đặc điểm của công trình.
Vị trí các mặt cắt dọc và mặt cắt ngang thường tạo thành lưới ô vuông (hay chữ nhật) với cạnh ô vuông là L (m).
Giai đoạn thiết kế quy hoạch chung: thường ít sử dụng phương pháp này.
Giai đoạn quy hoạch chi tiết: có thể sử dụng phương pháp này. Khi địa hình không phức tạp thì L = 100m ÷ 200m. Với địa hình phức tạp thì L = 50m hay 40m.
Giai đoạn thiết kế kỹ thuật: thường sử dụng cạnh ô vuông có L = 20m hoặc
10m. Bởi vì ở giai đoạn này yêu cầu độ chính xác cao hơn các giai đoạn trước.
- Xác định vị trí các mặt cắt.
Vị trí mỗi mặt cắt được xác định bởi các điểm chi tiết (các cọc). Vị trí của các cọc này cần đặc trưng cho địa hình tự nhiên và địa hình thiết kế. Điều đó có nghĩa là tại những điểm địa hình tự nhiên và địa hình thiết kế thay đổi (chuyển hướng dốc, chuyển độ dốc) thì cần có điểm chi tiết. Trong trường hợp địa hình không phức tạp (dốc đều) thì các cọc cách đều nhau một khoảng là L (m) và thêm các cọc phụ khi có địa hình thay đổi.
Hình 1-6: Thiết kế quy hoạch chiều cao bằng phương pháp mặt cắt a) Mặt cắt dọc đường phố; b) Mặt cắt ngang tại cọc D3; c) Khu đất xây dựng được thiết kế quy hoạch chiều cao theo các mặt cắt 1,2,3,4,5,6,7 và a,b,c,d,e,f
Vị trí các cọc chính và phụ của mặt cắt được xác định bằng hai phương pháp:
trên bản đồ địa hình và ngoài thực địa.
+ Xác định mặt cắt trên bản đồ địa hình (ứng dụng khi quy hoạch ô đất xây dựng, khi yêu cầu độ chính xác không cao).
Xác định vị trí tim mặt cắt (trùng với tim công trình, song song hay vuông góc với trục chính…). Trên mặt cắt này đo và xác định vị trí các cọc chính cách đều nhau một khoảng L (m) và các điểm đặc biệt của công trình (điểm chuyển hướng của công trình trên mặt bằng, trên mặt đường…).
Ngoài ra trên mặt cắt, tìm những điểm có địa hình thay đổi, những điểm có khe cạn, sông, suối, gò cao… để làm cọc phụ. Tóm lại, các yếu tố về tọa độ (một cực), độ cao của các điểm chi tiết được xác định trên bản đồ.
+ Xác định mặt cắt trên mặt đất (ứng dụng khi thiết kế đường sá) khi yêu cầu độ chính xác cao. Xem hình 1-25.
Hình 1-7: Cắm cọc phụ khi địa hình đi qua có những điểm đặc biệt
Vị trí các cọc chính và cọc phụ cũng biểu diễn những điểm có đặc tính như trên nhưng để xác định nó người ta tiến hành xác định sơ bộ trên bản đồ, sau đó đo đạc và cắm cọc chính phụ ở thực địa và cuối cùng là đo lại vị trí, cao độ các điểm đó ở mặt cắt để biểu diễn địa hình tự nhiên trên các mặt cắt.
- Vẽ mặt cắt:
Trên lưới mặt cắt thể hiện: cao độ thiên nhiên, cao độ thiết kế và cao độ thi công của từng cọc, khoảng cách, độ dốc của tuyến thiết kế, tên cọc…
- Tính khối lượng đào đắp đất.
+ Tại mỗi mặt cắt ngang tính diện tích tiết diện đào và đắp dựa vào cao độ thi công và khoảng cách các cọc.
FRiR = hRtcR.LRiR (3-3) Trong đó:
hRtcR – cao độ thi công (đào hoặc đắp đất) trung bình trên mặt cắt ngang.
LRiR – chiều rộng mặt cắt ngang thứ i
+ Khối lượng đào đắp đất nằm ở giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp được tính như sau:
VRnR = Fi Fi Li 2
+1
+ (3-4) Trong đó:
FRiR – diện tích đào hoặc đắp ở mặt cắt ngang thứ i FRi+1 R – diện tích đào hoặc đắp ở mặt cắt ngang thứ i + 1 LRiR – khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang i và i +1
VRnR – khối lượng đất đào hoặc đắp ở khoảng giữa 2 mặt cắt ngang i và i + 1.
b) Ưu nhược điểm của phương pháp mặt cắt.
Ưu điểm:
- Bằng trực quan có thể thấy được sự thay đổi của địa hình tự nhiên đặc biệt đó là độ dốc địa hình được phóng đại lên 10 lần do chọn tỷ lệ đứng lớp gấp 10 lần tỷ lệ ngang. Từ đó việc lựa chọn bề mặt địa hình thiết kế đơn giản hơn.
- Độ chính xác tương đối cao khi mặt cắt được đo vẽ trực tiếp ở hiện trường, đặc biệt với trường hợp đo đặc với độ chính xác cao
- Theo phương pháp này chuyển các điểm chi tiết (thiết kế) ra thực địa dễ dàng vì ở thực địa đã có cọc.
Nhược điểm:
- Khi áp dụng phương pháp mặt cắt cho khu vực rộng thì không mô tả được mặt nghiêng của địa hình thiết kế, không thấy được đường phân lưu, đường tụ thủy.
- Khối lượng cụng tỏc đào đắp đất chỉ thấy rừ khi hoàn thành toàn bộ cụng tỏc
thiết kế quy hoạch chiều cao. Nếu vì lý do nào đó càn điều chỉnh (khối lượng quá lớn, không cân bằng…) thì phải làm lại từ đầu. Do vậy, muốn có phương án tối ưu cần thiết kế lại nhiều lần để chọn một trong những phương án thiết kế.
Hình 1-8: Tính khối lượng bằng phương pháp mặt cắt (cho đất xây dựng) c) Phạm vi ứng dụng
Thiết kế quy hoạch chiều cao theo phương pháp mặt cắt có thể ứng dụng cho mọi trường hợp địa hình. Tuy nhiên, nó chỉ có hiệu quả khi thiết kế quy hoạch chiều
cao ở dải đất hẹp, chạy dài, công trình có dạng hình tuyến (giao thông, thủy lợi, kênh mương, cống rãnh, đường dây ngầm và nổi….).
1.5.2. Thiết kế quy hoạch chiều cao theo phương pháp đường đồng mức thiết kế
a) Nội dung phương pháp đường đồng mức thiết kế
Đặc trưng cho sự lồi lừm bề mặt đất thường được biểu diễn trờn bản đồ địa hình. Các đường đồng mức và các điểm ghi độ cao thể hiện sự cao thấp của mặt đất so với mực nước biển (chọn làm gốc).
Để biểu diễn bề mặt địa hình thiết kế, phương pháp này cũng biểu thị độ cao thấp của mặt đất (thiết kế) bằng các đường đồng mức thiết kế (đường đồng mức đỏ). Nói cách khác là thông qua đường đồng mức thiết kế thì biết được độ cao thiết kế của các điểm và độ dốc thiết kế theo bất kỳ hướng nào. Cùng một địa hình, người ta có thể vạch ra nhiều phương án quy hoạch chiều cao với các mái dốc khác nhau, các hướng dốc khác nhau và cao độ khác nhau.
Hình 1-9: Biểu diễn địa hình thiết kế theo phương pháp đường đồng mức thiết kế
Khoảng cao đều Δh giữa các đường đồng mức thiết kế liền kề thường là 0,1m ; 0,2m ; 0,5m hay 1,0m. Chẳng hạn như khi Δh = 0,1m thì vẽ các đường đồng mức 24,7m; 24,8m; 24,9m; … hoặc khi Δh = 0,2m thì có các đường đồng mức là 24,6m;
24,8m; 25,0m … Khoảng cách (d) giữa 2 đường đồng mức liền kề là:
d = i
∆H
(3-5)
vì theo công thức (3-2) thì:
i = tgα = d
∆H
Khi thiết kế quy hoạch chiều cao, người ta cần chọn trước giá trị i sao cho hợp lý, sau đó tính d để vạch các đường đồng mức thiết kế cách nhau những đoạn là d.
Nếu muốn thiết kế địa hình là mặt nghiêng với độ dốc i thì các đường đồng mức đỏ cách đều nhau(một đoạn là d) .Cũng có nhiều trường hợp mặt thiết kế không bằng phẳng thì giá trị d thay đổi theo độ dốc.
Ví dụ: trên bản đồ 1/500, tại điểm A có cốt khống chế (thiết kế) là 15,13m và điểm B có cốt khống chế là 14,49m (xem hình 3-16). Khoảng cách trên thực địa của AB là 80,0m. Thiết kế đường đồng mức đỏ với Δh = 0,2m.
Vậy là trên đoạn AB sẽ có 3 đường đồng mức đi qua với giá trị 14,6m; 14,8m và 15,0m.
Hình 1-10
i = 80 49 , 14 13 , 15 L
H H
AB B
A − = −
= 0,008
d = 0,008 2 , 0 i
h =
∆ = 25,0m
a = 0,008
00 , 15 13 , 15 i
H
H1− A = −
= 16,25m
b = 0,008
49 , 14 60 , 14 i
H
Hn − B = −
=13,75m
Các giá trị trên là độ dài (nằm ngang) của các điểm ở trên thực địa. Vậy trên bản đồ có tỷ lệ:
500 1 T 1 =
thì các khoảng cách trên bản đồ là:
dP’P = 500
0 ,
25 =0,05m
aP’P = 500
25 ,
16 = 0,033m
bP’P = 500
75 ,
13 = 0,028m
Như vậy, khi thiết kế quy hoạch chiều cao theo phương pháp đường đồng mức thiết kế, người ta cần xác định khoảng cách dP’Pgiữa 2 đường đồng mức thiết kế liền kề dựa vào độ dốc thiết kế. Giá trị dP’Pđược tính như sau:
dP' = P T i
h .
∆ (3-6) trong đó: T – mẫu số tỷ lệ bản đồ
∆h – độ chênh cao giữa 2 đường đồng mức thiết kế.
b) Ưu nhược điểm của phương pháp đường đồng mức thiết kế
Ưu điểm:
- Phương phỏp đường đồng mức thiết kế giỳp ta biết rừ được cỏc trị số độ dốc, các hướng dốc của nền khu đất xây dựng.
- Phương pháp này biết được cao độ của các điểm đặc biệt như: góc nhà, ngả giao nhau… và có thể biết độ cao thiết kế của mọi điểm theo phương pháp nội suy tuyến tính.
- Phương pháp đường đồng mức thiết kế cho biết độ dốc theo các hướng (dọc, ngang) của đường, quảng trường, sân bãi hay khu đất xây dựng. Khoảng cách d càng lớn thì độ dốc càng nhỏ và ngược lại khoảng cách d càng nhỏ thì độ dốc càng lớn. Xem ví dụ ở hình 1-11.
Hình 1-11: Phương pháp đường đồng mức thiết kế
- Bằng trực quan, phương pháp này cho biết mối tương quan về cao độ giữa các bộ phận đất xây dựng (sự chênh lệch độ cao giữa nền và đường, giữa nền các khu đất xây dựng)
- Thiết kế theo phương pháp này tương đối đơn giản.
- Muốn điều chỉnh khối lượng đào đắp, điều chỉnh cân bằng đào đắp không phải làm lại từ đầu mà chỉ cần điều chỉnh ở một số khu vực.
- Nhìn vào bản thiết kế, xác định chính xác đường phân lưu và dễ dàng tính được diện tích lưu vực thoát nước mưa.
Nhược điểm:
- Độ chính xác của bản vẽ thiết kế phụ thuộc vào độ chính xác của bản đồ địa hình.
- Khối lượng đào đắp đất chứa sai số do nội suy cao độ giữa các đường đồng mức. Vì vậy, ở nơi có địa hình phức tạp thì phương pháp này sẽ có nhiều sai số.
c) Phạm vi ứng dụng
Phương pháp này có nhiều ưu điểm. Cho nên người ta thường sử dụng để quy hoạch chiều cao khu đất xây dựng thành phố như: đường phố, khu nhà ở, khu công nghiệp, sân bãi, quảng trường, vườn hoa công viên…
1.5.3. Phương pháp phối hợp
Hai phương pháp trên đều có những ưu nhược điểm riêng. Trong nhiều trường hợp, để tận dụng những ưu điểm của từng phương pháp trên, trong cùng một khu đất xây dựng đô thị sử dụng cả phương pháp mặt cắt và phương pháp đồng mức thiết kế. Sẽ có 3 trường hợp ứng dụng chủ yếu sau:
- Trên khu đất xây dựng, có khu vực sử dụng phương pháp mặt cắt và có khu vực sử dụng phương pháp đường đồng mức thiết kế. Chẳng hạn như ở nơi địa hình phức tạp, nơi cần thiết kế đường phố thì sử dụng phương pháp mặt cắt; ở nơi địa hình đơn giản, nơi cần quy hoạch chiều cao ô đất xây dựng thì sử dụng phương pháp đường đồng mức thiết kế.
- Trên khu đất xây dựng sử dụng cả 2 phương pháp trên, trường hợp này ứng dụng khi thiết kế cả tuyến đường và nền đất xây dựng (liền kề với đường), thiết kế ngả giao nhau của đường phố, thiết kế quảng trường và đặc biệt khi thiết kế ngả giao nhau khác mức thì một trong hai phương pháp trên không thể giải quyết đầy đủ yêu cầu kỹ thuật.
- Trên khu đất xây dựng tương đối rộng lớn và có nhiều dạng địa hình, nhiều loại công trình từ đơn giản đến phức tạp thì có thể sử dụng phương pháp đơn lẻ ở các khu vực khác nhau và cũng có khu vực sử dụng cả phương pháp mặt cắt và phương pháp đường đồng mức đỏ.
Chương II.
ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC LỚN NHẤT TRONG HỆ THỐNG PHỤC VỤ XÁC ĐỊNH
CAO TRÌNH SAN NỀN
2.1. VÀI NÉT VỀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC MƯA, TÍNH TOÁN