Sổ tay thủy văn cầu đường - Tính toán thủy văn, thủy lực công trình thoát nước dọc tuyến part 4 pps

Các vấn đề cần lưu ý khi thiết kế công trình thoát nước: Khi thiết kế công trình thoát nước trong khu vực đồng bằng, cần quan tâm tới các yếu tố sau đây: - Đảm bảo các yêu cầu của sản x

- Khẩu độ công trình thoát nước cần phải tính đến khả năng sẽ đô thị hoá hoặc chuyển đổi mục đích sử dụng một phần diện tích lưu vực Khi đó chỉ tiêu thoát nước sẽ tăng lên đáng kể

- Thông thường công trình mới xây dựng phải có khả năng thoát nước tốt hơn các công trình hiện hữu trên tuyến kênh, mương

c Các vấn đề cần lưu ý khi thiết kế công trình thoát nước:

Khi thiết kế công trình thoát nước trong khu vực đồng bằng, cần quan tâm tới các yếu tố sau đây:

- Đảm bảo các yêu cầu của sản xuất nông nghiệp như: bố trí cửa phai hoặc khe phai để điều tiết dòng chảy (nếu cần thiết); Có các biện pháp gia cố tại cửa ra

để không gây xói kênh mương

- Cao độ đáy các công trình thoát nước cần phù hợp với cao độ đáy kênh mương sau khi nạo vét, hoặc thấp hơn cao độ dòng chảy hiện tại tối thiểu từ 20cm tới 30cm

- Trong trường hợp thiết kế công trình cống, đặc biệt là các cống hộp, cống bản không nên thiết kế cống chảy ngập, cần đảm bảo tĩnh không từ mực nước lớn nhất tới đỉnh cống để đảm bảo bèo rác trong kênh mương không bị dồn tắc tại vị trí cống

 Vận tốc dòng chảy thiết kế trong các kênh mương khu vực đồng bằng nên nhỏ hơn 1,5 - 2,0m/s Đối với kênh mương đã được bê tông hóa có thể lớn hơn, tuy nhiên không nên quá 2,5m/s

Đ8.2 Đường tràn

Giải pháp sử dụng đường tràn rất hiệu quả đối với các suối, sông nhỏ có lòng chủ tương đối cạn trong mùa khô, thời gian nước lên và xuống nhanh Công trình

đường tràn thường được áp dụng trên các tuyến đường cấp thấp, lưu lượng xe không lớn tại các sông suối miền núi và trung du Tại khu vực đồng bằng, giải pháp đường tràn đôi khi còn được kết hợp với cầu vượt qua lòng chủ tại những khu vực có bãi sông rộng, dòng chảy ổn định

Đường tràn theo khái niệm thủy lực là một dạng đập tràn đỉnh rộng với chiều cao thấp Thông thường chiều cao đường tràn chỉ từ 1,0m tới 3,0m Như vậy chiều rộng đường tràn lớn hơn chiều cao đập tràn từ 3 đến 5 lần Đường tràn thường được xây dựng kết hợp cống thoát nước Khả năng thoát nước của các cống dưới đường tràn thông thường phải lớn hơn lưu lượng trung bình mùa cạn để đảm bảo mặt

đường tràn không có nước trong mùa cạn

Các thông số thủy lực của đường tràn đã được nêu rõ trong “Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn, QP.TL.C-8-76” Trong mục này không đề cập lại chi tiết các công thức tính toán với các trường hợp cụ thể mà chỉ đưa ra các lưu ý khi tiến hành tính toán

Thiết kế đường tràn cần chú ý các điểm sau:

 Chiều sâu mực nước tràn trên mặt đường không được vượt quá các trị số ghi trong bảng dưới đây

 Đối với một số tuyến đường lượng xe ít, cho phép có thời gian tắc xe, chiều sâu nước tràn qua mặt đường tràn có thể lớn hơn các trị số trong bảng trên Tuy nhiên trong trường hợp này cần đảm bảo lưu tốc dòng chảy không phá hỏng kết cấu đường tràn;

 Trên đường tràn phải bố trí hệ thống cọc tiêu để báo phạm vi phần xe chạy và cọc thủy chí để báo mực nước ngập;

 Độ dốc ta luy đường tràn quy định là 1:11:1,5 ở phía thượng lưu và 1:31:5 ở phía hạ lưu;

 Mái ta luy và mặt tràn phải đảm bảo không bị xói, thường là kết cấu bê tông, gia cố hoặc lát đá Đặc biệt phải chú ý gia cố khu vực sát chân ta luy để phòng xói khi nước chảy từ mái ta luy xuống Chiều rộng gia cố đối với thượng lưu

là 2,05,0m, hạ lưu (2,54,0) lần vận tốc nước chảy

 Đường tràn có thể làm kết hợp với cầu tràn, cống để tăng khả năng thoát nước và phù hợp với địa hình mặt cắt sông, suối

Bảng 8 – 6

Chiều sâu nước tràn cho phép trên mặt đường tràn

Vận tốc nước

chảy (m/s)

Chiều sâu nước tràn qua đường (m)

Khả năng thoát nước qua đường tràn được xác định dựa vào công thức đập tràn đỉnh rộng

2 0

3

2 H g mb

Q Tr  ng (8-17)

trong đó ng – hệ số triết giảm do hạ lưu bị ngập, phụ thuộc vào tỷ số ,

0

H

h

n  lấy như sau:

Bảng 8 –7

Bảng tra hệ số  ng

Kn≤ 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98

ng

 1,00 0,99 0,97 0,95 0,95 0,90 0,84 0,78 0,60 0,40

hn: chiều sâu ngập ở hạ lưu tính từ mép đường tràn,

H0: chiều cao cột nước tính từ mép nền đường về phía thượng lưu,

m: hệ số lưu lượng khi đập chảy theo chế độ tự do,

b: chiều dài đường tràn hay chiều rộng của dòng chảy tràn qua đường phụ thuộc vào chiều sâu nước tràn qua đường, xác định theo trắc dọc đường;

g: gia tốc trọng trường

Chiều sâu nước chảy trên đường tràn, loại chảy tự do (hn≤0,8H0) có thể xác

định theo bảng dưới đây bằng cách nhân hệ số Kc với Ho Đối với loại chảy theo chế độ chảy ngập (hn>0,8Ho) chiều sâu nước chảy trên đường tràn

hc≈hn=h  Hnền (h : chiều sâu nước chảy lúc tự nhiên tại lòng sông ở hạ lưu đường tràn) Khả năng thoát nước qua cống của đường tràn liên hợp được xác định theo công thức sau:

 Khi hạ lưu cống không bị ngập (h < 1,3 hk):

Qc= d 2gH nenH o h d (8 -18) trong đó:

 : hệ số thu hẹp, lấy bằng 0,65;

: hệ số vận tốc, lấy bằng 0,85;

hd,  d: chiều cao và tiết diện cống có khẩu độ d;

Hnền: chiều cao đắp nền đường

 Khi hạ lưu cống bị ngập (h ≥ 1,3hk)

Qc= d 2gH nenH o h d (8-19) Vận tốc nước chảy trên đường tràn tính theo công thức:

c

tr tr bh

Q

trong đó:

hc: chiều sâu nước tràn qua đường

Vận tốc nước chảy trên mái ta luy đường tràn xác định như trên dốc nước:

5 / 3

10 / 3 5 / 2 0

a n

i q

trong đó:

q: lưu lượng chảy trên 1 mét dài đường tràn:

2 / 3 0

2 H g m

i : độ dốc mái ta luy đường tràn phía hạ lưu;

na: hệ số nhám có xét tới ảnh hưởng của bọt khí na = n.a;

n: hệ số nhám của mái ta luy;

a: hệ số lẫn khí

Bảng 8-8

Hệ số lưu lượng m và chiều sâu tương đối

0

H

H

c 

(H0 : Chiều sâu nước chảy tại mặt cắt thu hẹp trên đường tràn)



3

2

1

0,5

0,064

0,300 0,324 0,329 0,339 0,357 0,381

0,424 0,458 0,483 0,500 0,558 0,641

0,300 0,320 0,328 0,341 0,356 0,376

0,447 0,470 0,490 0,510 0,576 0,647

Đ 8.3.Thoát nước nền đường

Để bảo đảm nền đường ổn định vững chắc phải kịp thời thoát nước mặt và nước ngầm có thể gây nguy hại cho nền đường ra khỏi phạm vi của nền đường Thoát nước nền đường, nhất là thoát nước mặt là biện pháp kỹ thuật phòng ngừa hư hỏng của nền đường hữu hiệu và kinh tế Thiết kế thoát nước nền đường bao gồm việc quy hoạch toàn bộ hệ thống thoát nước và thiết kế các kết cấu thoát nước cụ thể

8.3.1 Phân loại các công trình thoát nước

Khi thiết kế thoát nước nền đường phải ngăn chặn các dòng nước mặt phía thượng lưu (sườn núi phía trên), nhanh chóng thu thập nước mưa rơi trên bề mặt nền đường, cắt, làm khô và hạ thấp nước ngầm gây nguy hại nền đường, dẫn các nguồn nước trên đây đến vị trí thích hợp hoặc thông qua cầu cống chảy vào các dòng chảy phía hạ lưu, không để cho các nguồn nước này ảnh hưởng xấu đến sự ổn

định của nền đường

Để hoàn thành nhiệm vụ thoát nước nền đường, cần sử dụng các công trình thoát nước khác nhau Có thể phân loại các công trình thoát nước nền đường thành:

a Các mương rãnh thoát nước mặt thường gồm có: rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước, bậc nước và dốc nước

Rãnh biên được bố trí ở các đoạn đào hoặc đắp thấp song song với tim đường

để thu nước mưa rơi xuống mặt đường, vai đường, mái taluy và thoát đi nhằm giảm bớt độ ẩm của nền mặt đường

Rãnh đỉnh còn gọi là rãnh ngăn nước được bố trí ở sườn núi phía trên taluy

nền đào để ngăn và thoát nước mặt không cho chảy vào nền đường gây xói mòn và

ẩm ướt taluy nền đào, và chân taluy nền đắp, làm giảm lưu lượng nước chảy vào rãnh biên, từ đó giảm độ ẩm ướt của nền mặt đường Các đoạn đường có lượng mưa nhỏ, mặt đất thoải khó bị xói mòn hoặc có cây cỏ mọc dày thì có thể không làm rãnh đỉnh, trường hợp ngược lại khi cần có thể bố trí vài rãnh đỉnh song song nhau

Thùng đấu hai bên đường thường được thiết kế kết hợp thành công trình thoát nước nền đường, có tác dụng như rãnh biên hoặc rãnh đỉnh

Rãnh thoát nước còn gọi là rãnh dẫn nước có tác dụng dẫn nước từ rãnh biên,

rãnh đỉnh, thùng đấu hoặc các chỗ trũng hai bên đường cho chảy vào cầu cống, sông suối thiên nhiên hoặc một vị trí quy định nào đó ở xa nền đường Bậc nước và dốc nước là hình thức đặc biệt của mương rãnh thoát nước mặt được bố trí ở các

đoạn dốc lớn (dốc dọc của đáy rãnh lớn hơn 7%) thường dùng kết cấu xây đá hoặc

bê tông và có biện pháp phòng hộ gia cố thích ứng Bậc nước là rãnh hình máng mà

đáy có bậc cấp, chia thành bậc nước một cấp và bậc nước nhiều cấp, dòng nước chảy qua bậc nước được tiêu năng, giảm tốc độ hoặc đổi hướng: Dốc nước là rãnh hình máng có độ dốc dọc rất dốc, dòng nước chảy xiết dọc đáy máng Bậc nước và dốc nước thường được bố trí ở phần nối tiếp các mương rãnh thoát nước có độ chênh mực nước tương đối lớn hoặc ở cửa vào ra của đường hầm

b ống rãnh thoát nước ngầm, là các thiết bị thoát nước ngầm gồm rãnh nổi, rãnh ngầm, rãnh thấm

Rãnh nổi: bố trí ở phía trên hoặc hai bên nền đường để ngăn nước, dẫn thoát

nước hoặc hạ thấp nước ngầm ở nông và có thể kiêm tác dụng ngăn và thoát nước mặt

Rãnh ngầm: chôn ngầm dưới mặt đất dùng để dẫn thoát nước ngầm hoặc các

dòng chảy ngầm tập trung, thường xây đá hoặc đổ bêtông

Rãnh thấm: trong rãnh đắp bằng các vật liệu có độ thấm lớn dùng để cắt các

dòng chảy của tầng chứa nước ngầm, hạ mực nước ngầm, làm khô và dẫn thoát nước ngầm trong mái đất, khi lượng nước tương đối lớn thì đáy rãnh thấm có thể

đặt thêm ống thoát nước hoặc rãnh ngầm

Lớp cách ly bố trí ở phần trên của nền đường cũng là một thiết bị thoát nước, lớp này làm bằng vật liệu thấm nước hoặc vật liệu không thấm nước, có thể dùng để

điều chỉnh tình hình thuỷ nhiệt của nền đường

c Các công trình thoát nước qua đường: như cầu, cống, cống xiphông,

máng dẫn nước, nền đường lọc nước, đường tràn

d Công trình tích nước: gồm có đê ngăn nước và hồ chứa nước, chủ yếu để

chứa nước từ sườn núi hoặc từ rãnh biên, rãnh đỉnh chảy về tại một địa điểm nhất

định để cho bốc hơi hoặc thấm xuống đất

Ngoài ra khi mương rãnh có sẵn cong queo hay giao nhau nhiều chỗ với

đường, để cải thiện tình hình dòng chảy đề phòng xói lở nền đường, giảm số lượng cống có thể dùng các biện pháp chỉnh trị dòng chảy như đập dẫn nước, kênh đào

8.3.2 Thiết kế hệ thống thoát nước

Thiết kế thoát nước nền đường, trước hết phải tiến hành quy hoạch tổng thể

và thiết kế tổng hợp, đối với một nguồn nước nào đó và thoả mãn một yêu cầu nào

đó, mà bố trí một hệ thống thoát nước thống nhất hoàn chỉnh gồm các công trình thoát nước (mương rãnh, đường ống, cầu cống ) phối hợp chặt chẽ với nhau, bố trí thích hợp, dòng chảy thuận lợi, tăng hiệu quả và hạ giá thành, hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thoát nước

Khi bố trí hệ thống thoát nước nền đường phải liên hệ với bình đồ, trắc dọc, trắc ngang của tuyến đường, với tình hình địa hình, địa chất, khí hậu và thuỷ văn dọc tuyến để tiến hành xem xét một cách tổng hợp Trước hết phải điều tra rõ các