01 TÍNH TOÁN hệ THỐNG THOÁT nước mặt và

Hệ thống thoát nước mặt  Mặt cắt ngang đường (Độ dốc ngang)  Các loại rãnh thoát nước: Rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, thùng đấu, bể bốc hơi  Công trình thoát nước qua đường: cầu, cống, đường thấm, đường tràn, máng vượt  Các công trình thay đổi hướng dòng nước  Các công trình phụ trợ: dốc nước, bậc nước, các biện pháp gia cố  Hệ thống thoát nước ngầm

N G U Y Ễ N V I Ệ T H Ư N G

Đường bị ngập nước

Tác hại của nước

Khái niệm chung

 Hệ thống thoát nước mặt

 Mặt cắt ngang đường (Độ dốc ngang)

 Các loại rãnh thoát nước: Rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh tập trung

nước, thùng đấu, bể bốc hơi

 Công trình thoát nước qua đường: cầu, cống, đường thấm,

đường tràn, máng vượt

 Các công trình thay đổi hướng dòng nước

 Các công trình phụ trợ: dốc nước, bậc nước, các biện pháp gia

cố

 Hệ thống thoát nước ngầm

Mặt cắt ngang đường

Dốc ngang 2 mái dạng parabol

Trắc ngang 2 mái dốc

Trắc ngang 1 mái dốc

Chọn độ dốc ngang mặt đường

 Loại vật liệu: độ dốc ngang của mặt đường tỷ lệ thuận

với hệ số thấm của vật liệu làm lớp mặt

 Độ bằng phẳng của mặt đường: độ dốc ngang tỷ lệ

nghịch với độ bằng phẳng

 Điều kiện vận hành của xe trên đường

 Sự gia tăng tải trọng do trọng tâm xe bị lệch

 Sự trơn trượt của xe khi vận hành trong thời tiết ẩm ướt

Độ dốc ngang mặt đường được quy định như sau

 Theo loại vật liệu:

 Mặt đường BTXM bố trí dạng hai mái dốc thẳng đối xứng

qua tim đường Các loại mặt đường khác bố trí theo dạng

đường cong parabol hoặc hai mái thẳng, ở giữa có đường

• Kích thước rãnh trong

điều kiện bình thường

được thiết kế theo cấu

tạo mà không cần tính

toán thủy lực Chỉ tính

toán thủy lực trong

trường hợp trong trường

Kích thước cấu tạo của rãnh phải

được chọn sao cho mực nước

trong rãnh thấp hơn mép rãnh ít

nhất là 25 cm va chiều sâu của

rãnh không được vượt quá 60 cm

Đối với rãnh hình thang cứ 500

m, đối với rãnh hình tam giác cứ

250 m phải bố trí cống cấu tạo để

thoát nước ngang

Lòng rãnh phải gia cố thích họp

Chiều sâu rãnh lớn quá ko an toàn cho xe chạy

Rãnh đỉnh

 Khi tuyến đường đi qua sườn dốc lớn thì cần phải thiết kế

rãnh đỉnh để giảm bớt lưu lượng nước chảy về nền đường

 Kích thước của rãnh đỉnh được lựa chọn dựa trên việc tính

toán lưu lượng.

 Rãnh đỉnh thông thường có tiết diện hình thang với chiều

rộng đáy tối thiểu 0.5 m Độ dốc mái taluy 1:1.5 Chiều

sâu rãnh đỉnh ko nên vượt quá 1.5 m

 Nếu 1 rãnh đỉnh ko thỏa mãn lưu lượng (hoặc để thỏa

mãn lưu lượng thì kích thước rãnh quá lớn) thì làm nhiều

rãnh đỉnh khác nhau hoặc chia thành nhiều đoạn và bố trí

thoát nước ngang

Bố trí rãnh đỉnh

Rãnh đỉnh trong nền đường đào

Rãnh đỉnh trong nền đường đắp

Rãnh tập trung nước

 Là rãnh dùng để dẫn nước từ suối nhỏ hoặc một nơi

trũng cục bộ về một công trình thoát nước gần đấy hoặc

từ rãnh dọc, rãnh đỉnh về chỗ trũng hay về cầu cống

 Rãnh tập trung nước ko chỉ dẫn nước từ nguồn nước tập trung

cục bộ về công trình thoát nước mà còn dùng để thoát nước

trên sườn dốc

 Tiết diện của rãnh phải được tính toán và kiểm tra thủy lực.

Chiều dài của rãnh tập trung nước ko nên quá 500 m để tránh

hiện tượng nước trong rãnh quá nhiều

 Đất đào từ rãnh phải được đắp thành đập phía dưới và có độ

dốc 2% về phía rãnh

 Nếu rãnh song song với nền đường thi phải cách chân taluy tối

thiểu từ 3 – 4 m Giữa rãnh và nền đường phải có đê bảo vệ

khoảng 0.5 – 0.6 m

 Hướng của rãnh nên chọn càng thẳng càng tốt Ở nhửng đoạn

vòng bán kính phụ thuộc vào kích thước của rãnh nhưng ko

được nhỏ hơn 10 – 12 m

Nối rãnh với dòng chảy ở hạ lưu

Nối rãnh với dòng chảy ở thượng lưu

Thùng đấu

•Thùng đấu là chỗ đất đào theo hình dáng thích hợp để lấy đất đắp nền đường

•Bể bốc hơi được thiết kế ỏ gần đường trong trường hợp ko có địa hình trũng

và ko thể bố trí thùng đấu

 Chiều sâu và chiều rộng thùng đấu được xác định theo khối lượng đất

đắp nền đường

 Tùy theo đk địa hình thùng đấu có thể bố trí 1 hoặc 2 bên đường

 Taluy của bờ thùng đấu có thể thiết kế nối dài theo taluy của nền đường

trong trường hợp cao độ nền đường so với đáy thùng đấu nhỏ hơn 1.5 m.

Nếu lớn hơn 1.5 m thì giữa chân nền đường và mép thùng đấu phải có

một giải đất có độ dốc 2% về phía thùng đấu

 Nếu đáy thùng đấu bé hơn 6 m thì làm dốc 1 chiều theo hướng ra ngoài

nền đường với độ dốc 2% Nếu đáy lớn hơn 6 m và độ dốc dọc nhỏ hơn

0.6% thì làm dốc 2 bên vào giữa và ở giữa có một rãnh nhỏ

 Thùng đấu phải có độ dốc liên tục ko nhỏ hơn 0.2% hướng về công trình

 Cải thiện điều kiện thi

công công trình thoát

nước vì tránh được việc

thi công trong điều kiện

có nước

 Cải thiện điều kiện làm

việc của dòng chảy, khắc

phục khả năng phá hoại,

xâm thực của đoạn sông

cong uy hiếp nền đường

Khi thiết kế nắn thẳng lòng sông cần chú ý

 Đáy sôngở hai đầu đoạn sông đào phải được nối tiếp

dần dần với lòng sông thiên nhiên

 Do chiều rộng lòng sông đào thường nhỏ hơn, chiều

rộng lòng sông phải thay đổi từ từ trong đoạn chuyển

tiếp Đoạn chuyển tiếp lấy bằng 2 lần khẩu độ cầu

hoặc cống

 Khả năng thoát nước của đoạn sông đào cho phép

nhỏ hơn khả năng thoát nước của sông tự nhiên

nhưng ko được nhỏ hơn 80%

Bậc nước

Dốc nước

Máng vượt

Phương pháp tính toán kênh rãnh thoát nước

 Những yêu cầu chung

 Công thức tính toán thủy lực rãnh

 Trình tự thiết kế rãnh

 Gia cố rãnh

Những yêu cầu chung

 Tiết diện và độ dốc của rãnh phải đảm bảo thoát được lưu lượng tính

toán với kích thước hợp lý

 Tiết diện và độ dốc của rãnh phải chọn để vận tốc nước chảy trong

rãnh ko nhỏ hơn tốc độ bắt đầu làm các hạt phù sa bị lắng đọng (quy

trình quy định độ dốc của rãnh ko được nhỏ hơn 0.5%, cá biệt là

0.3%)

 Tiết diện và độ dốc của rãnh phải chọn để vận tốc nước chảy trong

rãnh nhỏ hơn vận tốc gây xói của VL làm rãnh

 Hạn chế chỗ ngoặt để tránh hiện tượng bồi lấp Góc ngoặt ko được

quá 45o và bán kính đường cong ko được nhỏ hơn 2 lần chiều rộng

Tần suất lũ tính toán rãnh

Các công thức tính toán cơ bản

Trình tự tính toán thủy lực rãnh

 Xác định lưu lượng thiết kế

 Giả thiết tiết diện của rãnh, chiều sâu nước chảy trong

rãnh và xác định các đặc trưng thủy lực: diện tích và

chu viướt, bán kính thủy lực

 Xác định khả năng thoát nước của rãnh

 Xác định tốc độ nước chảy trong rãnh, kiểm tra điều

kiện xói lở và chọn biện pháp gia cố

 Tính chiều sâu của rãnh theo công thức

h=ho+25 cm

Các hình thức gia cố rãnh

Gia cố bằng vải polymer

Gia cố bằng biện pháp trồng cỏ

Gia cố bằng VL bê tông

Công trình vượt qua dòng nước nhỏ

Khái niệm chung:

 Dòng nước nhỏ là dòng nước mà diện tích lưu vực

tính đến vị trí công trình ko lớn hơn 100 km2

 Cầu hoặc cống có khẩu độ nhỏ hơn 30 m được gọi là

công trình thoát nước nhỏ, từ 30 – 100 m gọi là trung

và lớn hơn 100 m gọi là lớn

Phân biệt giữa cầu nhỏ và cống

 Những công trình có khẩu độ nhỏ hơn 2 m (dù bên

trên có đất đắp hay không) đều gọi là cống

 Khẩu độ từ 2 – 6 m nếu cao độ đất đắp bên trên lớn

hơn 0.5 m gọi là cống Nếu cao độ đất đắp bên trên

nhỏ hơn 0.5 m gọi là cầu

 Nếu khẩu độ lớn hơn 6 m thì đều gọi là cầu

 Theo lưu lượng: cống được dùng khi lưu lượng nhỏ

hơn 25m3/s

Ưu điểm của cống

 Bảo dưỡng sửa chữa ít

 Chi phí làm cống rẻ hơn làm cầu

 Xe cộ đi lại trên cống êm thuận như xe chạy trên

đường

 Quy trình công nghệ thi công đơn giản hơn

 Có thể thuận theo phương dòng nước nên giảm khẩu

độ so với công trình cầu

 Thời gian thi công cũng nhanh hơn

Lún tại vị trí bản quá độ

Nhược điểm của cống

 Ngăn chặn lưu thông trên dòng nước của các phương

tiện vận tải

 Khó duy tu bảo dưỡng

 Chu kỳ duy tu ngắn hơn các công trình cầu

 Tuổi thọ không cao bằng các công trình cầu

 Chỉ thông dụng cho lưu lượng nhỏ hơn 25 m3/s

Phân loại cống – theo vật liệu

Theo hình thức cấu tạo

 Cống tròn

 Cống bản

 Cống hộp

 Không áp: nếu H<1.2 hcv đối với

miệng cống loại thường và 1.4 hcv đối với

miệng cống theo dạng dòng chảy

Bán áp: nếu H>1.2 hcv

 Có áp: nếu H>1.4 hcv và miệng cống

phải làm dạng dòng chảy

Cống siphone:

Trình tự tính toán thủy lực cống

 Xác định lưu lượng tương ứng với tần suất lũ thiết kế

 Chọn cấu tạo cống và chọn một số phương án khẩu độ

 Xác định chiều sâu nước dâng trước cống H và vận

tốc nước chảy v

 Dựa vào H xác định cao độ nền đường hoặc kiểm tra

lại cao độ nền đường đã thiết kế

 Xác định các biện pháp gia cố ở hạ lưu cống

Tính toán thủy lực cống

Gia cố hạ lưu cống

Các biện pháp gia cố hạ lưu cống

Đường tràn

Quy định chung

 Mực nước tràn ko được vượt quá các trị số trong bảng

 Phải bố trí hệ thống cọc tiêu báo phạm vi phần xe chạy và cọc

thủy chế để báo mức nước ngập

 Độ dốc mái taluy đường tràn phía thượng lưu là 1:1 đến 1:1.5, ở

phía hạ lưu là 1:3 đến 1:5

 Mái taluy và mặt đường tràn phải đảm bảo không bị xói (nên

làm bằng VL bê tông, gia cố nhựa hoặc lát đá)

 Giải đất ven taluy phải được gia cố để phòng xói lở do nước

chảy từ mái taluy xuống Chiều rộng gia cố thượng lưu là 2 m,

hạ lưu 2.5 đến 3 lần vận tốc nước chảy

 Đường tràn có thể kết hợp với cầu tràn, cống hay đường thấm

Tính toán khả năng thoát nước của đường tràn

Khi đường tràn kết hợp với cống hoặc đường thấm thì khả năng thoát

nước bằng tổng khả năng của đường tràn với cống hoặc đường thấm

Đường thấm (Đường đắp lọc nước)

Quy định chung

 Đường thấm chỉ áp dụng trong trường hợp lưu lượng nhỏ hơn

10 m3/s

 Độ dốc công trình ko được nhỏ hơn 1%

 VL làm đường thấm phải là đá 0.2 đến 0.5 m Đá phải được xếp

cẩn thận tạo nhiều hang rỗng theo hướng nước chảy.

 Phải có lớp ngăn cách trước khi đắp nền đường nhằm ngăn đất

đắp nền đường lọt xuống làm tắc đường thấm

 Chiều cao đá phải cao hơn mực nước cao nhất là 25 cm (đường

thấm không áp) Trong trường hợp đường thấm có áp, chiều

cao nền đường phải cao hơn mực nước dâng trước công trình 1

m

 Phải làm đê quai trong trường hợp dòng chảy có nhiều bùn rác

Tính toán thủy lực đường thấm không áp

h1: chiều sâu nước chảy ở thượng

lưu công trình

h2: chiều sâu nước chảy ở hạ lưu

công trình Trong tính toán lấy

bằng 0

kt: hệ số chảy rối (tra bảng)

l, b: chiều dài và chiều rộng

đường thấm

Đặc tính dòng chảy và lưu lượng thiết kế

 Đặc tính và sự hình thành dòng chảy

 Các phương pháp xác định lưu lượng thiết kế

Dòng chảy lớn nhất do mưa rào từ lưu vực chảy về

(lưu lượng) phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Cường độ mưa và thời gian

chiều dài suối, chiều rộng

sườn lưu vực, độ dốc của

sườn núi và lòng suối, độ

nhám của lòng suối

Mô hình đơn giản của việc hình thành dòng chảy

 T1: thời đoạn mà tất cả nước

mưa ngấm đều ngấm xuống đất

hoặc bị giữ lại trên cây cỏ

 T2: dòng chảy bắt đầu hình

thành và lớn dần, thời gian để

có lưu lượng dòng chảy lớn nhất

là thời gian để một giọt nước từ

điểm xa nhất chảy về công trình

(thời gian tập trung nước)

 T3: giai đoạn dòng chảy ổn định

 T4: giai đoạn nước rút

Lưu lượng tính toán (lưu lượng thiết kế) là lưu lượng tương ứng

với tần suất thiết kế quy định Tần suất thiết kế phụ thuộc vào ý

nghĩa kinh tế chính trị của công trình và tính chất của lũ

Cơ sở lý thuyết tập

trung nước từ lưu vực

 Cường độ mưa trên toàn

lưu vực không thay đổi

 Lưu vực có dạng đều như

quyển sách mở đôi

 Thời gian tập trung nước

là thời gian để một giọt

nước xa nhất trên lưu vực

kịp chảy về công trình

Quy luật thay đổi lưu lượng qua mặt cắt công trình

Lưu lượng cực đại tại vị trí công trình

Một số công thức xác định lưu lượng

Việt Nam: Theo 22 TCN 220 - 95

Pháp:

Mỹ:

Cách xác định lưu vực

Phương pháp hình thái

Tính lưu lượng theo mặt cắt khảo sát

Tính suy ra lưu lượng thiết kế