MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG THIẾT KẾ
Mục đích của đồ án
Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò quan trọng trong chương trình học, giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa kiến thức chuyên ngành và các môn liên quan Đây là cơ hội để sinh viên tiếp cận thực tế, phát triển tư duy độc lập và sáng tạo cần thiết cho sự nghiệp sau này.
Việc thực hiện đồ án môn học Mạng lưới Thoát nước giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết và liên hệ thực tế với công việc Đồ án này cho phép sinh viên áp dụng các quy chuẩn, tiêu chuẩn vào sản xuất và dự án, đồng thời tôn trọng các văn bản pháp luật trong thiết kế Trong chuyên ngành “Cấp thoát nước”, đồ án Mạng lưới Thoát nước có nhiều dạng khác nhau.
1 Thoát nước khu dân cư
2 Thoát nước cho các xí nghiệp công nghiệp, Khu công nghiệp
3 Thoát nước cho khu dân cư và xí nghiệp công nghiệp
Nội dung yêu cầu của Đồ án
Thuyết minh tính toán khoảng 20-30 trang gồm các phần sau:
Để thiết kế hệ thống thoát nước hiệu quả, cần xác định tiêu chuẩn thoát nước và chế độ xả nước phù hợp Tiếp theo, lập bảng tổng hợp chế độ xả nước cho khu vực thiết kế là bước quan trọng Tính toán module lưu lượng giúp đánh giá khả năng xử lý nước thải Đồng thời, xác định quy mô và công suất của trạm xử lý nước thải cho khu vực thiết kế hoặc đô thị là cần thiết Cuối cùng, việc xây dựng các sơ đồ mạng lưới thoát nước và lựa chọn sơ đồ phù hợp sẽ đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và bền vững.
Cống và cửa xả nước là thiết bị quan trọng dùng để vận chuyển nước thải đã được xử lý vào nguồn tiếp nhận Cửa xả thường được thiết kế với bộ phận xáo trộn nước thải với nước cấp trong nguồn tiếp nhận, có thể đặt gần hoặc xa bờ Điều kiện xả nước thải vào sông hồ phải được xác định thông qua tính toán, đảm bảo tuân thủ các nguyên tắc vệ sinh khi xả thải.
2 Tính toán thiết kế Mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt a Vạch tuyến mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt b Phân chia lưu vực thoát nước c Tính toán lưu lượng thoát nước từng đoạn ống d Xác định điều kiện tính toán thuỷ lực e Lập bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới
3 Tính toán thiết kế Mạng lưới cấp nước mưa a Vạch tuyến mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt b Phân chia lưu vực thoát nước c Tính toán lưu lượng thoát nước từng đoạn ống d Xác định điều kiện tính toán thuỷ lực e Lập bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới
4 Tính toán công trình đơn vị a Hố ga b Giếng chuyển bậc
5 Khái toán giá thành: a Chi phí vật tư xây dựng b Chi phí thiết bị c Các chi phí khác
Bản vẽ số 1 : Quy hoạch hệ thống thoát nước có thể hiện
Mạng lưới đường ống thoát nước, vị trí trạm bơm thoát nước
Bảng thống kê thiết bị phụ tùng trên mang lưới
Bản vẽ số 2: Trắc dọc tuyến công
Bản vẽ số 3: Vẽ cấu tạo chi tiết của 1 công trình hay thiết bị trên mạng lưới
Tài liệu thiết kế
Song song với quá trình giao nhiệm vụ đồ án, sinh viên được giao các tài liệu dưới đây:
1 Bản đồ địa hình khu vực: bao gồm vị trí thành phố, nguồn nước, các tuyến ống dẫn nước
2 Bản đồ qui hoạch chung và số liệu qui hoạch (tỉ lệ: 1/500; 1/2000)
3 Bản đồ qui hoạch các công trình ngầm
4 Mặt cắt ngang các đường phố
5 Tài liệu về địa chất công trình và địa chất thủy văn.
XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT THIẾT KẾ
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MLTN SINH HOẠT
Vạch tuyến mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt
3.1.1 Trình tự vạch tuyến mạng lưới thoát nước
Mạng lưới thoát nước có thể bao gồm một hoặc vài cống góp chính, phục vụ cho các lưu vực thoát nước Lưu vực thoát nước là khu vực của đô thị hoặc xí nghiệp nơi nước thải được tập trung về một cống góp chính Phân ranh lưu vực được xác định bởi các đường phân thủy, trong khi các cống góp chính thường được đặt dọc theo các đường tụ thủy.
Hệ thống thoát nước được thiết kế chủ yếu theo nguyên tắc tự chảy; trong trường hợp cống đặt quá sâu, cần sử dụng máy bơm để nâng nước lên cao trước khi tiếp tục cho nước tự chảy Quy trình vạch tuyến mạng lưới cần được thực hiện theo thứ tự cụ thể.
- Phân chia lưu vực thoát nước
- Xác định vị trí trạm xử lý và vị trí xả nước vào nguồn
- Vạch tuyến cống góp chính, cống góp lưu vực, cống đường phố
3.1.2 Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước
Mạng lưới thoát nước được vạch dựa theo các nguyên tắc sau đây:
1) Phải hết sức lợi dụng địa hình đặt cống theo chiều nước chảy từ phía đất cao đến phía đất thấp của lưu vực thoát nước Đảm bảo lượng nước thải lớn nhất tự chảy theo cống, tránh đáo đắp nhiều, tránh đặt nhiều trạm bơm lãng phí
2) Phải đặt cống thật hợp lý để tổng chiều dài của cống là nhỏ nhất, tránh trường hợp nước chảy vòng vo, tránh đặt cống sâu
Phụ thuộc địa hình mặt đất và biện pháp thi công mà người ta vạch tuyến mạng lưới đường phố theo các sơ đồ:
- Sơ đồ hộp: khi cống được đặt dọc theo các đường giao thông dọc khu phố
- Sơ đồ ranh giới thấp, khi nó được đặt dọc theo các đường giao thông về phía địa hình thấp của khu phố
Sơ đồ thứ nhất được áp dụng cho địa hình bằng phẳng và không xây dựng sâu vào khu phố, trong khi sơ đồ thứ hai thường được sử dụng trong trường hợp ngược lại Thực tế cho thấy, khi so sánh các phương án vạch tuyến mạng lưới đường phố, sơ đồ thứ hai giảm tổng chiều dài mạng lưới xuống 10% so với sơ đồ thứ nhất.
Mạng lưới thoát nước trong khu phố được thiết kế với các nhánh nối giữa các tiểu khu, tạo thành một hệ thống liên kết chặt chẽ Tổng chiều dài của mạng lưới này thường ngắn hơn so với các sơ đồ trước đó, giúp tối ưu hóa việc thoát nước và nâng cao hiệu quả sử dụng.
3) Các cống góp chính đổ về trạm xử lý và cửa xả nước vào nguồn Trạm xử lý đặt ở phía đất thấp so với địa hình thành phố, nhưng không bị ngập lụt, cuối hường gió chính về mùa hè, cuối nguồn nước, đảm bảo khoảng cách vệ sinh, xa khu dân cư và xí nghiệp công nghiệp là 500m
4) Giảm tới mức tối thiểu cống chui qua sông hồ, cầu phà, đường giao thông, đê đập và các công trình ngầm Việc bố trí cống thoát nước phải biết kết hợp chặt chẽ với các công trình ngầm khác của thành phố
Việc thiết kế mạng lưới thoát nước hợp lý là một nhiệm vụ phức tạp, thường gặp khó khăn trong việc đáp ứng các yêu cầu đề ra Để nước có thể chảy tự nhiên và ít quanh co, cần phải xem xét các yếu tố như vị trí của cống khi phải đi qua đường xe lửa hay đường ô tô cao tốc Tuy nhiên, điều quan trọng là phải tuân thủ các nguyên tắc cơ bản trong việc lập sơ đồ mạng lưới, nhằm đạt được sự hợp lý tối đa trong thiết kế.
Lưu lượng thoát nước
Lưu lượng đơn vị hay môđul lưu lượng gọi là lưu lượng trung bình tính toán qo
Trong đó: n: Tiêu chuẩn thoát nước, l/người.ngày đêm
P: Mật độ dân số, người/ha
Mô đun dòng chảy của từng khu vực phụ thuộc vào mật độ dân số và tiêu chuẩn thoát nước Trong trường hợp tiện nghi không đồng đều, cần sử dụng giá trị trung bình Đối với các đô thị lớn, phương pháp xác định lưu lượng theo mô đun dòng chảy là chính xác, nhưng với các khu dân cư nhỏ, phương pháp này có thể dẫn đến giá trị lưu lượng quá cao hoặc quá thấp.
Tiêu chuẩn thoát nước bao gồm nước thải từ các cơ sở công cộng như nhà tắm, xí nghiệp giặt là, trường học, câu lạc bộ, nhà hát, rạp chiếu bóng, nhà hàng và bệnh viện Để đảm bảo tính toán chính xác, đặc biệt khi kiểm tra khả năng chuyển tải của các đoạn cống sau điểm đầu nguồn, cần lưu ý đến lưu lượng nước thải từ những cơ sở này.
30 cần tính toán như tổng lưu lượng tập trung QTT Khi đó lưu lượng đơn vị hay mô đun dòng chảy có thể tính theo công thức:
Trong đó: no: Tiêu chuẩn thoát nước còn lại (l/người.ngày đêm) n o = n-n cc p
Q: Lưu lượng trung bình ngày của khu vực thoát nước, m 3 /ngày đêm
Fp: diện tích khu vực thoát nước có cùng mức độ tràn bị tiện nghi, ha
3.2.2 Xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn cống
Căn cứ vào từng giai đoạn quy hoạch, cống thoát nước chính được chia thành các đoạn có độ dài khác nhau Đoạn cống tính toán là khoảng cách giữa hai giếng thăm, trong đó lưu lượng tính toán quy ước là không đổi Để xác định lưu lượng tính toán, cần hiểu một số khái niệm cơ bản liên quan.
1 Lưu lượng dọc đường – lượng nước đổ vào cống từ các khu nhà thuộc lưu vực nằm dọc hai bên đoạn cống
2 Lưu lượng chuyển qua – lượng nước đổ vào cống tại điểm đầu của đoạn đó
Lượng nước này là từ các khu nhà nằm ở phía trên
3 Lưu lượng cạnh sườn – lượng nước chảy vào tại điểm đầu của đoạn cống từ cống nhánh cạnh sườn
4 Lưu lượng tập trung – lượng nước chảy qua đoạn cống từ các đơn vị thoát nước lớn nằm riênh biệt )xí nghiệp công nghiệp, trường học, nhà tắm công cộng…)
Lưu lượng đơn vị dọc đường là đại lượng biến đổi, bắt đầu từ 0 và tăng dần đến giá trị tối đa ở cuối đoạn cống Trong khi đó, lưu lượng chuyển qua, lưu lượng cạn sườn và lưu lượng tập trung vào đầu đoạn cống giữ giá trị không đổi Để đơn giản hóa tính toán, lưu lượng dọc đường được xác định bằng tích số môđun lưu lượng qo với diện tích F của lưu vực thoát nước trực tiếp tại điểm đầu đoạn cống.
Bảng 3-1: Bảng tính toán lưu lượng tuyến công
Lưu lượng trung bình từ các tiều khu, l/s
Cạnh sườn Dọc đường Cạnh sườn
Hệ số không điều hoà
Cơ sở lý thuyết tính toán thuỷ lực mạng lưới
3.3.1 Công thức tính toán thủy lực mạng lưới
Tính toán thủy lực trong mạng lưới thoát nước bao gồm việc xác định điều kiện của cống, tốc độ dòng chảy và mức độ đầy của hệ thống Để thực hiện điều này, người ta thường áp dụng các công thức lưu lượng phù hợp.
- diện tích tiết diện ướt, m 2 v – tốc độ chuyển động, m/s
I – Độ dốc thủy lực, lấy bằng độ dốc của ống
C – Hệ số Sezi, tính đến ảnh hưởng của độ nhám trên bề mặt trong của ống, Hình 3hức tiết diện ống và thành phần tính chất của nước thải
Hệ số Sezi có thể xác định theo công thức:
Trong đó: n – Hệ số nhám y – Chỉ số mũ, phụ thuộc độ nhám, hình dáng và kích thước của ống
1 y Độ dốc thủy lực xác định theo công thức Dacxi – Vaysbakhơ: g
Trong đó: g- Gia tốc trọng trường, m/s 2
- Hệ số ma sát dọc đường, có thể xác định theo công thức:
Ở đây: e: Độ nhám tương đương, cm a2:Hệ số tính đến đặc tính của độ nhám thành cống và thành phần chất lơ lửng của nước thải
Re: Hệ số Raynol, đặc trưng cho chế độ dòng chảy
Các giá trị e và a2 của các loại cống làm từ các loại vật liệu khác nhau tham khảo Bảng 4.1
Bảng 3-2: Giá trị e và a2 trong công thức …
Loại ống e, cm a2 N trong công thức … Cống:
Gạch Đá có trát vữa ximăng
Hệ số nhám của các loại cống phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và nhiều yếu tố khác như phương pháp sản xuất, quá trình sử dụng v.v…
Các giá trị trong Bảng 4.2 phản ánh điều kiện sản xuất cống theo phương pháp hoàn chỉnh, trong khi sản xuất thủ công sẽ có hệ số độ nhám lớn hơn nhiều Chẳng hạn, cống gang sản xuất bằng khuôn cát có độ nhám khoảng 0.2-0.3cm Để thuận tiện cho tính toán mạng lưới thoát nước, người ta đã lập Bảng 3 tính sẵn hoặc sử dụng đồ thị Kết quả cho thấy sự chênh lệch khi sử dụng bảng, đồ thị hay đồ giải không vượt quá 3-10%, chủ yếu do khác biệt trong hệ số độ nhám Do đó, có thể sử dụng Bảng tính toán thủy lực của N.F Pheđôrôp, A A Lukhinuc hoặc đồ thị tọa độ mạng lưới theo công thức của viện sĩ Pavlopski với n=0,011-0,017.
3.3.2 Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước
Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước xảy ra tại các vị trí như giếng chuyển hướng dòng chảy, giếng nối cống nhánh và giếng chuyển bậc Hiện tượng này thường dẫn đến tình trạng dềnh nước, khiến nước trong cống không thể thoát tự chảy Khi tốc độ dòng chảy giảm, các chất lơ lửng sẽ lắng đọng xuống đáy cống Tình trạng giảm nhanh tốc độ dòng chảy thường xảy ra tại những điểm chuyển hướng dòng chảy và trước các vị trí cống nhánh nối vào cống chính.
Khi tính toán thủy lực cho cống tự chảy với điều kiện d > 500mm, cần lưu ý rằng tại những điểm chuyển hướng dòng chảy và nơi dòng nhánh (cống nhánh không nhỏ hơn 350mm có hạ bậc trên cống chính) vào cống chính, cần phải tính đến tổn thất cục bộ.
- Hệ số kháng cục bộ v- Tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s g- Gia tốc trọng trương, m/s 2
Bảng 3-3: Hệ số tổn thất cục bộ đối với cống dẫn áp lực
Vị trí gây tổn thất cục bộ Giá trị của hệ số
Cửa thu nước vào kênh mương
Cửa thu nước vào ống gờ nhọn
Cửa thu nước vào ống ở dưới mực nước
Van khóa với mức độ mở:
Tổn thất cục bộ tại các giếng chuyển hướng dòng chảy có thể đạt từ 1,5 đến 3 cm, trong khi ở các giếng hội lưu có thể lên tới 6 cm Để khắc phục tổn thất áp lực tại các giếng đổi hướng, cần tăng độ dốc của lòng máng dẫn Đối với các giếng hội lưu, cần hạ lòng máng xuống một độ sâu tương ứng với độ tăng chiều dày của dòng chảy tại đó.
3.3.3 Đường kính tối thiểu và độ đầy tối đa
Trong mạng lưới thoát nước, lưu lượng tính toán thường không lớn ở các đoạn đầu, cho phép sử dụng cống có đường kính nhỏ Tuy nhiên, cống d150mm có khả năng bị tắc gấp đôi so với cống d200mm, dẫn đến chi phí quản lý cao hơn mặc dù giá xây dựng không chênh lệch nhiều Điều này cho thấy rằng cống nhỏ không phải lúc nào cũng kinh tế, mà cần có giới hạn nhất định Để thuận tiện quản lý, đường kính tối thiểu được quy định cho từng hệ thống: 150mm cho thoát nước trong sân nhà, 200mm cho tiểu khu và đường phố, và 300mm cho hệ thống thoát nước mưa.
Nước thải chảy trong cống, ngay cả khi đạt lưu lượng tối đa, vẫn không làm đầy cống Tỉ lệ giữa chiều cao lớp nước trong cống và đường kính của nó được gọi là độ đầy tương đối.
Người ta cũng không cho cống chảy đầy còn lý do nữa là cần khoảng trống để thông hơi Độ đầy tối đa lấy như sau:
Bảng 3-4: Độ đầy tối đa Đường kính (mm) Đối với nước thải
Riêng đối vơi hệ thống thoát nước mưa và thoát nước chung thì cống được tính chảy đầy hoàn toàn 1
d h , khi đạt lưu lượng tối đa
3.3.4 Tốc độ và độ dốc
Tốc độ dòng chảy được xác định bởi độ dốc và bán kính thủy lực (v = C RI), và tốc độ này phân bố không đều trên mặt cắt ướt của ống, với tốc độ cao hơn ở trung tâm dòng chảy Trong tính toán thủy lực của mạng lưới, chúng ta thường sử dụng tốc độ trung bình của mặt cắt ướt, nằm trong khoảng tốc độ không gây xói mòn vật liệu làm cống và tốc độ không lắng cặn.
Tốc độ cho phép không xói mòn là tốc độ tối đa mà dòng chảy có thể đạt tới mà không gây xói lở lòng cống, đảm bảo việc sử dụng bình thường Đối với cống kim loại, tốc độ này là vmax = 8,0 m/s, trong khi đối với cống không kim loại, vmax = 4 m/s Đối với kênh và mương đất, có thể tham khảo các giá trị trong bảng tương ứng.
Bảng 3-5: Tốc độ không xói mòn của dòng chảy đối với đất Đường kính trung bình hạt, d, mm
Tốc độ trung bình (m/s) đối với các độ sâu của dòng chảy
Tốc độ giới hạn không lắng, hay còn gọi là tốc độ tự làm sạch, là tốc độ cần thiết để dòng chảy có thể vận chuyển lượng cặn lắng với thành phần xác định Để đảm bảo cống không bị bồi lấp, cần phải đáp ứng điều kiện này.
Công thức (4.14) chỉ có giá trị lý thuyết trong thực tế, vì nó không xem xét các yếu tố quan trọng như lượng chất lơ lửng và thành phần hạt.
Gọi tốc độ lắng của hạt trong nước tĩnh là W, muốn cho hạt đó không bị lắng xuống dòng chảy rối thì cần có:
Uy là tốc độ lơ lửng, được xác định bởi tốc độ mạch động đứng, và có trị số gần đúng tỉ lệ thuận với tốc độ trung bình, thể hiện qua công thức Uy = αV Khi áp dụng công thức (4.15) cho hạt có kích thước lớn nhất, chúng ta có thể tính toán được giá trị của Uy.
Theo số liệu thực tế max=0,065i 1/4
Từ sđó rút ra biểu thức không lắng:
Các hạt rắn lắng xuống không chỉ do kích thước lớn mà còn do nồng độ cao Do đó, cần kiểm tra thêm điều kiện liên quan đến Vkl được xác định theo (4.16) để đảm bảo thỏa mãn điều kiện (4.14).
Trong đó: o – số lượng chất lơ lửng trong đơn vị thể tích của dòng chảy, ta gọi ở đây là nồng độ nước thải
Nồng độ phân giới của dòng chảy, ký hiệu là k, được xác định bởi các yếu tố thủy lực và các đặc điểm của thành phần cặn lắng.
Trong tính toán thủy lực cho mạng lưới thoát nước, tốc độ tối thiểu được quy định phải bằng hoặc lớn hơn tốc độ không lắng, áp dụng cho các loại cống khác nhau.
Bảng 3-6: Tốc độ tối thiểu
Cống với đường kính: d mm Tốc độ tối thiểu, V min (m/s)
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MLTN MƯA
Vạch tuyến Mạng lưới thoát nước mưa
Vạch tuyến mạng lưới thoát nước mưa cần tuân theo nguyên tắc cơ bản nhưng cũng có những đặc điểm riêng Đường ống thoát nước mưa nên hướng tới các điểm xả nước gần nhất như hồ, sông, hoặc các khu vực trũng để giảm kích thước ống Thông thường, đường ống nước mưa được lắp đặt theo các tuyến đường phố, nhưng chủ yếu phải đi qua các vệt trũng Nếu đường phố quá rộng hoặc ống quá lớn, nên lắp đặt hai ống song song ở hai bên đường.
Thiết kế mặt cắt dọc của đường ống nước mưa và nước thải không yêu cầu chế độ thủy lực quá nghiêm ngặt Trong giếng thăm, không cần phải làm lòng máng, mà có thể thiết kế các hố thu cặn sâu từ 0,3 - 0,5 m Điều này đặc biệt phù hợp cho những khu vực xây dựng chưa hoàn chỉnh, nơi có nhiều đất cát có khả năng chảy vào ống.
TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TRÊN MẠNG LƯỚI
TRẠM BƠM
- Lưu lượng nước thải lớn nhất qua bơm;
- Vận tốc nước trong ống;
Từ định luật Bernuli ta có thể xác định cột áp của bơm:
H1-cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học
H2 : cột áp để khắc phục chênh lệch cột áp ở hai đầu ống p1 , p2 : áp suất ở hai đầu ống ( p1=p2 )
: khối lượng riêng của nước thải, kg/m 3 = 998
H3 : cột áp để khắc phục trở lực trong ống
H3=( *l/d+ )v 2 /2g (m) l , d : chiều dài và đường kính ống (m)
: tổng trở lực cục bộ
Hệ số ma sát trong ống Đối với ống làm bằng PVC độ nhám của thành ống =0,15m
Chế độ chảy của lưu chất được đặc trưng bởi chuẩn số Re
Vì Regh < Re < Ren nên có thể xác định hệ số ma sát trong ống theo công thức:
Xác định tổng trở lực cục bộ
Trở lực của một coude 90 0 : x = 1,1
Trở lực khi vào ống: x = 0,5
Vậy tổng trở lực cục bộ của đường ống:
- Hiệu suất chung của bơm, 0,7
- Chọn 3 bơm nước thải nhúng chìm, hai bơm hoạt động, một bơm dự phòng
- Công suất một bơm là: (kw)
- Chọn môtơ bơm là: HP
- Thể tích chứa nước của trạm bơm : m 3
KHÁI TOÁN GIÁ THÀNH
Căn cứ pháp lý
- Nghị định …… Về quản lý chất lượng công trình xây dựng
- Nghị định …… Về quản lý chi phí đầu tư xây dựng
- Nghị định ……….Về Quản lý dự án đầu tư xây dựng
- Quyết định ……… về việc công bố định mức chi phí quản lý dự án và tư vấn đầu xây dựng công trình
- Thông tư ……… về Hướng dẫn xác định và quản lý chi phí đầu tư xây dựng.
Khối lượng và giá thành
STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC
STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC
STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC -
KHỐI LƯỢNG ĐƠN GIÁ SAU THUẾ
1 Chi phí cắt bê tông
2 Đào rãnh bằng máy đào
