Sổ tay thủy văn cầu đường - Tính toán thủy văn, thủy lực công trình thoát nước dọc tuyến part 6 doc

Kích thước mặt cắt ngang của rãnh thấm được xác định theo chiều sâu đặt rãnh, yêu cầu thoát nước và thi công.. Chiều sâu của rãnh thấm kiểu ống hoặc kiểu cống có thể đạt đến 5 - 6m, chiề

Rãnh ngầm thường dùng mặt cắt ngang chữ nhật, rãnh máng thường xây đá,

đậy nắp bêtông Để đề phòng bùn cát lọt vào, đỉnh của rãnh ngầm có thể rải một lớp đá dăm trên đắp cát sỏi - độ dốc dọc của rãnh ngầm không được nhỏ hơn 1%

Rãnh thấm có các kiểu: Rãnh thấm đắp đá, rãnh thấm kiểu ống, rãnh thấm kiểu cống Rãnh thấm đắp đá làm bằng đá hộc, đá cuội to hoặc đá phiến (hình 8-5)

- Loại rãnh này dựa vào tác dụng thẩm thấu của vật liệu hạt để thu thập và thoát nước Khi lưu lượng nước ngầm tương đối lớn có thể dùng rãnh thấm kiểu ống với ống thoát nước đặt ở đáy rãnh (hình 8-6)

Để đề phòng rãnh thấm bị bùn cát làm ứ tắc phải bố trí tầng lọc ngược về phía mặt đón nước Để tránh không cho nước mặt thấm vào rãnh thấm phải bố trí một lớp cách ly ở trên đỉnh rãnh thấm Lớp cách ly này có thể làm bằng các vầng

cỏ đặt ngược trên đắp bằng đất sét đầm chặt dày 0,5m hoặc bằng đá xây vữa Kích thước mặt cắt ngang của rãnh thấm được xác định theo chiều sâu đặt rãnh, yêu cầu thoát nước và thi công Chiều sâu đặt rãnh thấm đắp đá không nên sâu quá 3m, chiều rộng từ 0,7 - 1,0m, chiều cao đắp đá không nên thấp hơn chiều cao mực nước ngầm nguyên thuỷ và không nhỏ hơn 0,3m Chiều sâu rãnh thấm kiểu sườn chống

có thể đạt đến 10m, chiều rộng từ 2-4m Chiều sâu của rãnh thấm kiểu ống hoặc kiểu cống có thể đạt đến 5 - 6m, chiều rộng không nên nhỏ hơn 1m, kích thước ống hoặc cống thì xác định theo lưu lượng - Thường dùng ống thoát nước bằng đất nung hoặc bê tông đường kính từ 0,1 - 0,3m vách có lỗ thoát nước Độ dốc dọc của đáy rãnh thấm phải đủ dốc để bảo đảm hiệu quả thoát nước nhưng không gây xói mòn

đáy rãnh, thông thường không được nhỏ hơn 0.5% Độ dốc dọc của rãnh ngầm đắp

đá do lực cản lớn không được nhỏ hơn 1%

Khi chiều dài của rãnh thấm tương đối dài thì cứ cách từ 30 - 50m tại các chỗ gãy góc trên mặt bằng hoặc từ độ dốc từ - dốc sang phải, phải bố trí các giếng kiểm

tra

Tài liệu sử dụng trong Chương VIII:

[1] Công trình thuỷ lợi – các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN 5060:1990 [2] Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL.C-8-76

[3] Nguyễn Xuân Trục Thiết kế đường ô tô, Công trình vượt sông (Tập 3) Nhà xuất bản Giáo dục, 2003 (Tái bản lần thứ ba)

[4] PGS TS Trần Đình Nghiên Thiết kế thủy lực cầu đường

[5] Adolison Phân tích bãi sông và thuỷ văn Nhà xuất bản Wesley, 1992

[6] Hướng dẫn thoát nước đường ôtô, AASHTO, 1982

[7] Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95

[8] Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu Công trình nền – mặt đường Đại học Đồng

Tế, Trung Quốc

Chương IX - Tính toán và thiết kế mạng lưới thoát nước

đô thị

Đ 9.1 Hệ thống thoát nước 9.1.1 Khái niệm

Nước đã sử dụng cho các nhu cầu khác nhau có lẫn thêm chất bẩn, làm thay

đổi tính chất hóa học, vật lý, sinh học so với ban đầu được gọi là nước thải

Tùy thuộc nguồn gốc hình thành người ta phân biệt các loại nước thải sau:

- Nước thải sinh hoạt: theo bản chất các chất bẩn được chia thành;

- Nước thải sản xuất: tạo ra từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp;

- Nước mưa

9.1.2 Hệ thống thoát nước

Thoát nước bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Mạng lưới thoát nước trong nhà

- Mạng lưới thoát nước ngoài sân nhà hoặc tiểu khu

- Mạng lưới thoát nước ngoài đường phố

- Các đầu mối thoát nước (trạm bơm, trạm xử lý, cửa xả đầu mối, hồ, )

- Các công trình làm sạch và các cống xả nước thải đã làm sạch ra nguồn Những đoạn mạng lưới để thu gom nước thải từ một hoặc vài lưu vực gọi là cống tập trung nước (cống gom)

Căn cứ theo tính chất và quy mô, các loại cống gom có thể được phân loại như sau:

- Cống gom lưu vực: thu gom nước thải từ các lưu vực riêng biệt

- Cống gom chính: thu gom và vận chuyển nước thải từ nhiều cống gom lưu vực

- Cống gom chính toàn thành phố: dẫn nước thải thành phố ra khỏi phạm vi thoát nước tới trạm bơm chính, trạm xử lý hoặc tới cửa xả ra nguồn tiếp nhận

Phân loại các hệ thống thoát nước theo tính chất và phương thức vận chuyển nước thải như sau:

- Hệ thống thoát nước chung: là hệ thống, trong đó tất cả các loại nước thải

được dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng lưới tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn Như vậy những lúc mưa to, lưu lượng nước thải sẽ rất lớn, nồng độ chất bẩn lại rất thấp

- Hệ thống thoát nước riêng: là hệ thống, trong đó từng loại nước thải riêng biệt chứa các chất bẩn đặc tính khác nhau, được dẫn và vận chuyển theo các mạng lưới thoát nước độc lập Với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn phải xây dựng ít nhất hai mạng lưới: một mạng để dẫn, vận chuyển nước thải sinh hoạt và nước sản

xuất bẩn, gọi là mạng lưới thoát nước bẩn; một mạng để dẫn, vận chuyển nước mưa

và nước sản xuất quy ước sạch, gọi là mạng lưới thoát nước mưa

Mỗi hệ thống thoát nước nêu trên đều có các ưu điểm và nhược điểm nhất

định Trong các trường hợp cụ thể, cần so sánh nhiều chỉ tiêu tổng hợp để lựa chọn loại hệ thống thoát nước phù hợp

Đ 9.2.Tính lưu lượng nước mưa

Đặc điểm của hệ thống thoát nước mưa là dòng chảy rất không điều hòa Nếu hệ thống thoát nước là riêng hoàn toàn thì cống thoát nước mưa thường có

đường kính lớn nhất, nhưng thời gian làm việc lại không nhiều Trong mùa khô hoặc ít mưa, trong hệ thống cống thoát nước mưa hầu như không có dòng chảy, tuy nhiên trong mùa mưa, đặc biệt là các trận mưa lớn, cống thoát nước mưa lại phải

đảm nhiệm vai trò thoát nước chủ yếu

Trong mỗi trận mưa, lưu lượng nước mưa chảy trong mạng lưới thoát nước tăng dần lên tới lưu lượng cực đại và sẽ duy trì lưu lượng này tới khi mưa ngớt, sau

đó lưu lượng này sẽ giảm dần cho đến khi mưa tạnh hẳn và dòng chảy vẫn còn duy trì một thời gian sau đó

Nhiệm vụ của việc tính toán lưu lượng nước mưa là xác định lưu lượng nước mưa cực đại tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát nước mưa với các tần suất yêu cầu

9.2.1 Phương pháp và công thức tính toán

Phương pháp chủ yếu để xác định lưu lượng tính toán được sử dụng phổ biến hiện nay là phương pháp Cường độ giới hạn Lưu lượng nước mưa tại mặt cắt xác

định của hệ thống thoát nước mưa đạt giá trị cực đại khi:

- Thời gian mưa đủ dài để nước mưa từ điểm xa nhất trên lưu vực tới được mặt cắt tính toán (thời gian mưa tính toán: Ttt);

- Cường độ mưa đạt cực đại (sau khi mưa với thời gian lớn hơn hoặc bằng

Ttt);

- Hệ số dòng chảy đạt cực đại

Phương pháp Cường độ giới hạn là phương pháp xác định lưu lượng tính toán căn cứ vào thời gian mưa và cường độ mưa cực đại Công thức cơ sở của phương pháp cường độ giới hạn như sau:

Qtt =  q F    (9 - 1)

trong đó:

q: cường độ mưa, l/s/ha;

F: diện tích lưu vực thoát nước mưa, ha;

 hệ số dòng chảy

9.2.2 Cường độ mưa, tính toán thời gian mưa thiết kế

a Tính toán thời gian mưa

Giả thiết thời gian mưa chính bằng thời gian để nước mưa từ điểm xa nhất trong lưu vực chảy đến tiết diện tính toán

Thời gian mưa tính toán được xác định như sau:

ttt=tm + tr + to (9 - 2) trong đó:

tm: thời gian tập trung nước mưa trên bề mặt từ điểm xa nhất đến rãnh, phụ thuộc kích thước địa hình của lưu vực, cường độ mưa, loại mặt phủ

Theo L.I Abramov (Nga):

ph I

i Z

l n

.

5 , 1

3 , 0 5 , 0 3 , 0

6 , 0 6 , 0

I: độ dốc bề mặt tập trung nước mưa;

Z: hệ số mặt phủ;

n: hệ số độ nhám Maning;

i: cường độ mưa, mm/ph;

l : chiều dài đoạn nước chảy, m

Công thức trên xác định tm áp dụng cho các bề mặt tập trung nước mưa đã

được san nền không có rãnh, luống

Giá trị tm với một số khu vực có thể tham khảo như dưới đây:

- Nếu bên trong tiểu khu không có hệ thống thoát nước mưa, nước mưa chảy tràn trên mặt sân, tm= 8 - 12 phút

- Nếu bên trong tiểu khu có hệ thống thoát nước mưa, tm= 4 - 6 phút

- Đối với mặt đường nhựa rộng dưới 20m mỗi phía, tm= 1 - 2 phút

- Đối với mặt đường nhựa rộng dưới 20m và có cả vỉa hè lát gạch tự chèn rộng dưới 10m mỗi phía, tm= 2 - 3 phút

- Trường hợp cần thoát nước một phần diện tích phía ngoài vỉa hè (nhà dân, cơ quan), tm= 3 - 5 phút

tr: thời gian nước chảy theo rãnh đường đến giếng thu gần nhất:

r

r r

v

l

t  1 , 25 (phút) (9 - 4) các giá trị:

lr, vr: chiều dài rãnh đường, vận tốc nước mưa chảy trong rãnh;

to: thời gian nước chảy trong ống đến tiết diện tính toán:

o

o o

v

l M

trong đó:

l o , v o: chiều dài, vận tốc nước mưa chảy trong ống;

M: hệ số tính đến sự chậm trễ của dòng chảy nước mưa và được lấy như sau:

- M = 2,0 khi địa hình của lưu vực thoát nước mưa bằng phẳng;

- M = 1, 2 khi địa hình của lưu vực thoát nước mưa dốc, io>0,005

b Cường độ mưa tính toán

Trước khi tính toán lưu lượng nước mưa, cần lựa chọn công thức tính toán cường độ mưa q Cho đến nay vẫn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau và khó đưa ra một công thức phản ánh đầy đủ mọi biến động phức tạp của mưa

Để xác định công thức cường độ mưa được chính xác phải có số liệu mưa của trạm khí tượng lưu trữ 15-25 năm Cường độ mưa tính toán là cường độ mưa với tần suất xác định, tương ứng với thời gian mưa tính toán Đối với các khu vực

có trạm đo mưa tự ghi, chuỗi số liệu đủ dài, các thông số mưa thời đoạn ngắn 5 phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút là sẵn có để sử dụng và tính toán theo các phương pháp thống kê thông thường

Tuy nhiên ở Việt Nam các trạm đo mưa thời đoạn ngắn tương đối rất ít, đồng thời chuỗi số liệu phần lớn là chưa đủ dài để đáp ứng yêu cầu tính toán Do vậy việc xác định cường độ mưa thời đoạn ngắn vẫn chủ yếu tham khảo các công thức thực nghiệm Đối với một số khu vực đã có số liệu đo mưa thời đoạn ngắn, nhưng chuỗi số liệu ít thì cũng cần tính toán theo công thức kinh nghiệm và nên đối chiếu với số liệu thực đo Dưới đây là các công thức phổ biến hay dùng để xác định lượng mưa thời đoạn ngắn tại Việt Nam

(1) Cường độ mưa được xác định theo công thức sau đây của Liên Xô:

n n

t

P C q

q 20 20 1 lg

trong đó:

n, C: những đại lượng phụ thuộc đặc điểm khí hậu của từng vùng;

q20: cường độ mưa tương ứng với thời gian mưa 20 phút của trận mưa có chu

kỳ lặp lại một lần trong năm (đây là đại lượng không đổi với từng vùng đã biết);

P: chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán, bằng khoảng thời gian xuất hiện một trận mưa vượt quá cường độ tính toán, năm;

t: thời gian mưa tính toán, phút

Theo tài liệu: “Công thức tính cường độ mưa khi thiết kế hệ thống thoát nước mưa ở Việt Nam” (Tuyển tập công trình của Viện Kỹ thuật xây dựng Moskva), đã

đưa ra công thức sau:

 n

n

t

P C q

q

15

lg 1





Theo tài liệu “Phương pháp và kết quả nghiên cứu cường độ mưa tính toán ở Việt Nam”, với số liệu của 47 trạm theo dõi mưa, bằng phương pháp quy hồi tác giả Trần Việt Liễn đã đưa ra công thức sau:

 n

n

b t

P C q

b q







 20 201 lg (9 - 8)