Q P= AP α H P δ 1 F
3.3.4. Giải phỏp về cống thoỏt nước
Nhằm nõng cao chất lượng thiết kế cụng trỡnh cống thoỏt nước ngang vấn đề quan trọng đầu tiờn phải kể đến là vấn đề khảo sỏt. Hiện nay vấn đề này cũn sơ sài. Việc kỹ sư khảo sỏt đi tuyến cũn thiếu kinh nghiệm hiện trường, nhiều tuyến đường khi khảo sỏt thỡ xỏc định vị trớ đặt tuyến đường cũn chưa chớnh xỏc dẫn đến khi thiết kế tuyến đường chưa được hợp lý, đối với đường miền nỳi thỡ việc thiết kế cụng trỡnh trờn tuyến rất nhiều, việc xỏc định cỏc vị trớ đặt cống địa hỡnh cần được lưu tõm nhất do vậy để nõng cao chất lượng thiết kế cụng trỡnh cần lưu tõm đến những giải phỏp sau:
3.3.4.1. Chọn vị trớ đặt cống hợp lý
Chọn địa điểm vượt sụng và vị trớ cụng trỡnh trờn bỡnh diện và trắc dọc phải xột tới cỏc chỉ tiờu xõy dựng và khai thỏc, chế độ dũng chảy, cỏc điều kiện lũng lạch, địa chất, cỏc điều kiện địa phương, và cỏc điều kiện khỏc nhằm xỏc định một giải phỏp kinh tế kỹ thuật hợp lý nhất của đoạn đường tương ứng cú xột tới sự phỏt triển tương lai của con đường ấy. Khi cú lý do đặc biệt mới được phộp làm cầu vượt qua những dũng bựn đỏ trong khu vực cú phự sa bồi tụ.
Đề lựa chọn được vấn đề trờn thỡ khõu đầu tiờn cần phải lưu tõm đến vấn đề khảo sỏt, người khảo sỏt cần bỏm tuyến và xỏc định đỳng cỏc khe tụ thủy và vị trớ đặt cống ở đú đó phự hợp hay chưa.
Tại nơi cú dũng chảy giao nhau thường chỉ dự kiến một cụng trỡnh thoỏt nước. Làm thờm cỏc cụng trỡnh thoỏt nước trờn bói bồi phải dựa trờn cơ sở tớnh toỏn về kinh tế và thuỷ lực.
Chỉ cho phộp dự kiến tập trung thoỏt nước của vài dũng sụng liền nhau vào một cụng trỡnh khi cú cơ sở kinh tế kỹ thuật cú kể tới điều kiện khai thỏc. Chỉ được phộp dồn nước của vài kờnh tưới vào một cụng trỡnh khi cú sự thoả thuận của cỏc cơ quan hữu quan.
Việc quyết định khẩu độ và chiều dày ống cống phụ thuộc rất nhiều và cỏc yếu tốt khỏc nhau, trong những vấn đề quan trọng nhất đú là việc khoanh vựng được diện tớch lưu vực chớnh xỏc nhất. Đề làm được điều này cụng việc khảo sỏt cần được chỳ trọng nhất, vấn đề khảo sỏt trờn diện phạm vi tuyến đường sao cho xỏc định được cỏc đường phõn thủy trờn tuyến và khoanh vựng diện tớch mà nơi cú vị trớ cống đi qua, từ đú xỏc định được diện tớch lưu vực cung cấp cho bờn thiết kế.
Căn cứ vào vị trớ đặt cống và diện tớch lưu việc của cống đú từ khõu khảo sỏt cung cấp thỡ bờn thiết kế sẽ tớnh toỏn xỏc định được lưu lượng và từ đú mới quyết định được khẩu độ cống phự hợp ứng với ống cống phự hợp cho từng cống trờn tuyến.
Việc tớnh toỏn thủy lực, thủy văn cần căn cứ vào những quy định của quy trỡnh quy phạm quy định sau:
Tần suất tớnh toỏn thuỷ văn cho cỏc cụng trỡnh trờn đường được quy định theo Bảng 1: Tần suất tớnh toỏn thủy văn cỏc cụng trỡnh trờn đường ụ tụ
Tờn cụng trỡnh Cấp thiết kế của đường
Cao tốc I, II III đến VI
Nền đường, kố Theo tần suất tớnh toỏn cầu hoặc cống
Cầu lớn và trung 1 1 1
Cầu nhỏ, cống 1 2 4
Rónh đỉnh, rónh biờn 4 4 4
Chỳ thớch:
1) Đối vưới đường ụ tụ nõng cấp, cải tạo núi chung phải tuõn theo những quy định về tần suất lũ thiết kế như đối với đường mới. Trường hợp khú khăn về kỹ thuật hoặc phỏt sinh khối lợng lớn thỡ cho phộp hạ tiờu chuần về tần suất tớnh toỏn ghi trong Bảng 30, nhưng phải được cấp cú thẩm quyền phờ duyệt.
2) Nếu trong khảo sỏt điều tra được mực nước lịch sử cao hơn mực nước lũ tớnh toỏn theo tần suất quy định trong bảng trờn thỡ đối với cầu lớn phải dựng mực nước lũ lịch sử làm trị số tớnh toỏn.
3) Tại cỏc đoạn đường chạy qua khu đụ thị và cỏc khu dõn cư, cao độ thiết kế nền đường được quy định theo cao độ thiết kế quy hoạch khu dõn cư và tần suất lũ tớnh toỏn
cỏc cụng trỡnh thoỏt nước và nền đường theo tiờu chuẩn thiết kế đường đụ thị.
4) Cầu lớn cú Lc ≥ 100m, cầu trung 25 m ≤ Lc < 100 m, cầu nhỏ Lc < 25m. Lc là khẩu độ tĩnh khụng thoỏt nước.
Cống xõy dựng dưới nền đắp cú chiều dài bằng chiều rộng nền đường tại vị trớ đỉnh cống, cú tường đầu, tường cỏnh để đảm bảo ổn định của taluy nền đắp khụng bị sụt trượt và nước xúi vào thõn nền đường. Chiều dày tối thiểu đắp đất trờn cống trũn và cống vuụng khụng bố trớ cốt thộp chịu tải xe chạy cao độ mặt đường chỗ cú cống trũn phải cao hơn đỉnh cống trũn ớt nhất là 0,5 m. Khi chiều dày ỏo đường dày hơn 0,5 m, độ chờnh cao này phải đủ để thi cụng được chiều dày ỏo đường.
Độ chặt của đất đắp trờn cống phải đảm bảo độ chặt yờu cầu như đối với nền đường; đất đắp tại vị trớ cống phải cựng loại đất đắp nền đường.
Cống xõy dựng ở đường đào về phớa thượng lưu phải cú hố tụ để tập trung nước chảy từ rónh biờn và từ suối tập trung về. Trường hợp cống đặt sõu và dũng chảy lớn thỡ thay hố tụ bằng hố tiờu năng, bố trớ dốc nước dẫn dũng chảy từ suối về cống. Trường hợp nền đường đào sõu cắt qua dũng chảy cú thể xem xột phương ỏn làm cầu mỏng để dẫn dũng nước qua đường.
Khẩu độ tối thiểu quy định là 0,75 m với chiều dài khụng quỏ 15 m. Để thuận tiện cho việc duy tu sửa chữa, nờn dựng cống khẩu độ 1 m vưới chiều dài cống dưới 30 m. Cống cú khẩu độ bằng 1,25 m và 1,5 m thỡ chiều dài cống cho phộp phải trờn 30 m.
Núi chung khẩu độ cống được chọn theo chế độ khụng ỏp. Chế độ bỏn ỏp và cú ỏp chỉ dựng ở những đoạn đường đắp cao, và đất đắp nền đường là loại khú thấm nước từ thượng lưu cống vào nền đường. Dốc dọc của cống khụng lớn hơn độ dốc dũng chảy ở hạ lưu cống. Nờn lấy dốc cống từ 2 % đến 3 % để trỏnh lắng đọng bựn đất trong lũng cống.
Tại cỏc vị trớ vượt sụng, nếu chưa cú đủ điều kiện làm cầu thỡ cú thể làm cầu phao hoặc phà. Đường xuống phà cú độ dốc thường 8 % đến 12 % tuỳ theo điều kiện địa hỡnh, rộng ớt nhất là 9 m, mặt đường bờ tụng xi măng hay lỏt đỏ hộc. ở gần cỏc bến phà và cầu phao nờn bố trớ bói đỗ xe và cỏc dịch vụ khỏc.
Việc chọn khẩu độ cụng trỡnh phải thỏa món cỏc yờu cầu về kinh tế, kỹ thuật, địa chất, thuỷ văn, tiện lợi và an toàn gian thụng.
Theo những gợi ý dưới đõy của quy phạm, khi xỏc định khẩu độ cụng trỡnh phải căn cứ vào lưu lượng nước thiết kế như:
- Khi lưu lượng nước thiết kế nhỏ hơn 10 m3/s thỡ nờn làm cống trũn bờ tụng cốt thộp vỡ dễ thi cụng và giỏ thành lại rẻ. Tuy nhiờn khi khụng đủ chiều cao đắp đất trờn cống hoặc khi dũng chảy cú nhiều bựn cỏt, cõy cỏ thỡ nờn làm cống bản thay cho cống trũn.
- Khi lưu lượng nước thiết kế khoảnng 15 m3/s thỡ làm cống vuụng kinh tế hơn cống trũn. Trong đại đa số cỏc trường hợp vỡ cần phải thoỏt một lưu lượng nhỏ hơn rất nhiều do đú cống trũn bờtụng cốt thộp được sử dụng phổ biến nhất. Mặt khỏc cống trũn dễ thi cụng và rất tiện cho việc cơ giới hoỏ trong khi thi cụng. Cống vũm dựng ở những nơi gần đỏ và địa chất lũng sụng tốt. Để tiện cho sửa chữa trong thời gian khai thỏc, đối với cống cú khẩu độ dưới 1m chiều dài cống khụng nờn vượt quỏ 20m.
- Khi lưu lượng lớn hơn 25 m3/s thỡ nờn làm cầu nhỏ bờ tụng cốt thộp khẩu độ khụng nờn nhỏ hơn 3m.
Trờn cỏc đường ụ tụ cấp thấp, nếu mựa mưa lũ được phộp ngừng thụng xe. Khi lưu lượng dưới 10 m3/s thỡ cú thể làm đường tràn hay làm khẩu độ nhỏ kết hợp với đường thấm.
Trong quỏ trỡnh thiết kế phải so sỏnh cụ thể về cỏc mặt kinh tế - kỹ thuật mới cú thể quyết định một cỏch hợp lý phương ỏn làm cầu hay cống. Khi so sỏnh giữa phương ỏn cầu và cống phải ưu tiờn phương ỏn cống vỡ thi cụng cống đơn giản hơn, cú thể cụng xưởng hoỏ và cơ giới hoỏ toàn bộ, chịu được tải trọng rất lớn, ớt phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng tớnh toỏn trờn đường, v.v... Tuy nhiờn cống cản trở giao thụng đường thủy và khụng sử dựng ở những sụng cú nhiều gỗ cõy và vật trụi. Thường sử dựng nhiều nhất là cầu bờtụng cốt thộp ngoài ra cũn cú thể dựng cầu thộp, cầu vũm đỏ và cầu gỗ.
Khi tớnh toỏn lựa chọn khẩu độ cống nờn cõn nhắc đến việc quyết định việc lựa chọn giữa cống đường kớnh nhỏ nhưng bố trớ số dóy cống nhiều hơn so với việc nõng
đường kớnh lờn mà bố trớ số dóy cống ớt hơn. Trong thiết kế nờn bố trớ số dóy cống ≤ 3 dóy.
Đối với việc lựa chọn chiều dày ống cống thỡ phụ thuộc rất nhiều vào đường kớnh cống, chiều cao đất đắp trờn cống và số đốt cống.
Chiều dày ống cống điển hỡnh theo tiờu chuẩn 553-01 và 533-02 như sau :
Đường kớnh cống Chiều dày ống cống
(m) (cm) D100 10 D100 12 D150 14 D150 16 D150 22 D200 16 D200 20 D200 24
Hỡnh 3.10. Hỡnh ảnh bố trớ cống trũn 3D100 căn cứ vào tớnh toỏn lưu lượng thoỏt qua cống \
3.3.4.3. Chọn độ dốc và giải phỏp quyết định lựa chọn hỡnh thỏi cấu tạo cống
Mục đớch của việc xỏc định độ dốc sụng là để xỏc định tốc độ và lưu lượng nước chảy nếu biết mực nước tớnh toỏn, mặt cắt ngang và cỏc đặc trưng hỡnh thỏi của lũng sụng.
Độ dốc dọc về nguyờn tắc được xỏc định theo tài liệu đo mực nước đồng thời giữa 3 mặt cắt thượng lưu, mặt cắt tớnh lưu lượng và mặt cắt hạ lưu về mựa lũ. Tuy nhiờn trong điều kiện khú khăn khụng tổ chức đo đạc được về mựa lũ thỡ cú thể đo độ dốc mặt nước ở thời điểm khảo sỏt hay đo đạc độ dốc sụng dọc theo trục động lực của dũng chảy (dọc theo đỏy sõu nhất của sụng) và cho phộp sử dụng chỳng làm trị số độ dốc dũng chảy tớnh toỏn.
Đối với cống thỡ cú nhiều loại cống như cống trũn, cống bản, và cống hộp. Tuy nhiờn khi núi đến cống thoỏt nước trờn đường miền nỳi cần phải chỳ ý đến loại cống dốc. Hầu hết cỏc cụng trỡnh thoỏt nước ngang đường trờn đường miền nỳi đầu thiết kế với độ dốc lớn do đặc điểm địa hỡnh của tỉnh thỏi nguyờn cú độ dốc lớn.
Khi thiết kế cống dốc cần chỳ ý đến vấn đề quyết định lựa chọn độ dốc dọc của cống và giải phỏp gia cố thượng hạ lưu cống.
Đối với những cống khi thiết kế cú độ dốc dọc ≤5% do độ dốc nhỏ nờn khi thiết kế chỉ cần bố trớ múng cống cú chiều dày tối thiểu 30cm mà khụng cần giật cấp múng cống, tuy nhiờn khi độ dốc dọc cống > 5% thỡ được gọi là cống dốc, để đảm bảo cống khụng bị trượt và xụ dọc cần bố trớ múng cống kiểu giật cấp múng với chiều dày tối thiểu tại vị trớ thấp nhất là 30 cm.
Khi thiết kế cống dốc cần bố trớ dốc dọc cống tối thiểu đổi dốc một lần và tại vị trớ đổi dốc đú cần bố trớ mối nối hợp lý nhất, mục đớch của việc bố trớ một đoạn đổi dốc là nhằm chuyển tiếp từ vận tốc dày chảy xiết về dũng chảy ờm nhằm giảm hiện tượng xúi lở hạ lưu cụng trỡnh, như hỡnh 3.11 và hỡnh 3.12 bờn dưới.
Hiện nay để tận dụng được vật liệu địa phương cũng như nguồn xi măng sẵn cú trờn địa bàn, hầu hết cống thoỏt nước ngang đường đều được xõy dựng bằng vật liệu
BTXM và cống được dựng với mỏc cao, thường mỏc BTXM dựng cho cống trờn địa bàn tỉnh Thỏi Nguyờn f’c>16Mpa.
Nhiều cụng trỡnh cống thoỏt nước ngang đường cũ xõy dựng bằng vật liệu bằng đỏ hộc sau thời gian đó bị hư hỏng do xúi mũn bởi độ dốc dọc cống lớn bờn cạnh đú cường độ cống bằng vật liệu đỏ xõy nhỏ nờn dễ hư hỏng. Do đú đối với những cống này hiện nay điều được chuyển sang xõy mới đổ tại chỗ, liền khối bằng cống vật liệu là BTXM cú mỏc cao đảm bảo chất lượng thiết kế.
Phạm Đức Thành Page 100
Hỡnh 3.11. Cắt dọc cống dốc được thiết kế với hai độ dốc i1=32.64% và i2=2%, hạ lưu cú gia cố gờ tiờu năng
Hỡnh 3.12. Cắt dọc cống dốc được thiết kế với thượng lưu là hố thu và hạ lưu là tường chắn vai Hỡnh 3.12. Cắt dọc cống dốc được thiết kế với thượng lưu là hố thu và hạ lưu là tường chắn vai
Phạm Đức Thành Page 102