Chương 3. THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC SINH HOẠT 3.1. LỰA CHỌN HỆ THỐNG THOÁT NUỚC
3.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC
3.3.1. Lập bảng tính toán diện tích các tiểu khu.
Dựa vào bản đồ quy hoạch của thành phố ta có thể đo trực tiếp diện tích của các tiểu khu thoát nước. Tuỳ thuộc vào địa hình ta có thể chia ô các tiểu khu thoát nước thàmh 2,3 hoặc 4 ô. Số liệu được thể hiện cụ thể ở bảng 3-1 (xem phụ lục 2).
Xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn cống:
Lưu lượng tính toán của từng đoạn cống được coi là chảy suốt từ đầu tới cuối đoạn cống và được xác định theo công thức sau:
qntt = (qndđ + qnnhb + qnvc).Kch + qttr
Trong đó:
+/ qntt: Lưu lượng tính toán của đoạn cống thứ n.
+/ qndđ: Lưu lượng dọc đường của đoạn cống thứ n.
qndđ = F qr
Với: -/ F: Tổng diện tích tất cả các tiều khu đổ nước thải vào dọc theo tuyến cống đang xét.
-/ qr: Lưu lượng riêng của khu vực chứa tiểu khu nhánh bên.
+/ qnnhb: Lưu lượng của các nhánh bên đổ vào đầu đoạn cống thứ n.
qnnhb = F' qr
Với: -/ F': Diện tích tất cả các tiểu khu đổ nước thải vào các nhánh bên.
+/ qnvc: Lưu lượng vận chuyển qua đoạn cống thứ n, là tổng lưu lượng dọc đường, nhánh bên, vận chuyển của đoạn tính toán phía trước (Đoạn n - 1).
qnvc = qn-1dđ + qn-1nhb + qn-1vc
+/ Kch: Hệ số không điều hòa chung được xác định dựa vào tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt của đoạn cống đó (qndđ + qnnhb + qnvc)
+/ qttr: Lưu lượng tính toán của các công trình công cộng, nhà máy, xí nghiệp đổ vào đầu đoạn cống tính toán.
Dựa vào các công thức trên ta tiến hành tính toán lưu lượng cho các đoạn cống của các tuyến tính toán. Kết quả được thể hiện ở các bảng sau:
- Lưu lượng tính toán tuyến cống chính (1 - TB) phương án 1 - Bảng 3 – 2 - Lưu lượng tính toán tuyến cống chính (1 - TB) phương án 2 - Bảng 3 - 3 - Lưu lượng tính toán tuyến cống nhánh (11 - 15) phương án 2 - Bảng 3 - 4 - Lưu lượng tính toán tuyến cống nhánh (A1 - 20) phương án 1 - Bảng 3 - 5 - Lưu lượng tính toán tuyến cống nhánh (B1 - 18) phương án 1 - Bảng 3 - 6
Các bảng tính được thể hiện trong phần phụ lục 2
3.3.2. Tính toán độ sâu đặt cống đầu tiên của tuyến cống thoát nước.
Hình 3.1- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên
-Chiều sâu đặt cống đầu tiên tại tuyến cống chính được tính theo công thức:
H = h +i1L1 + i2L2 + Zd - Z0 + d (m) Trong đó:
h: Độ sâu đặt cống đầu tiên của cống trong sân nhà hay trong tiểu khu, lấy bằng (0,20,4) m +d - Với d là đường ống trong tiểu khu. Lấy h = 0,4 (m),
i : Độ dốc của cống thoát nước tiểu khu hay trong sân nhà tính bằng ‰, L1: Chiều dài đoạn nối từ giếng kiểm tra tới cống ngoài đường phố - m, L2: Chiều dài của cống trong nhà (hay tiểu khu) - m,
Z0: Cốt mặt đất đầu tiên của giếng thăm trong nhà hay trong tiểu khu,
Zd: Cốt mặt đất ứng với giếng thăm đầu tiên của mạng lưới thoát nước của khu đô thị,
d: Độ chênh giữa kích thước của cống thoát nước đường phố với cống thoát nước trong sân nhà (tiểu khu).
d = Dđường phố - Dtiểu khu = 300 - 200 = 100 (mm)= 0,1 (m) Ví dụ:
- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên của tuyến cống chính (1 – TB) – PAI H = 0.4 + 0.005 20 + 80 0.005 + (32,9 – 32,7) + (0,3 - 0,2) = 1,2 m Kiểm tra độ sâu từ đỉnh cống đến mặt đất tại điểm đặt cống:
Hđ = 1,2 - 0,3 = 0,9m > 0,7m Vậy thoả mãn điều 3.2.5-20TCVN51-84.
- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên của tuyến cống chính (1 – TB) – PAII H = h +i1L1 + i2L2 + Zd - Z0 + d (m)
Với: i1 = i2 = 0,005
L1= 20m,L2= 80 (m) h = 0,4 (m)
d = 0,1 (m) Zd = 32,9 (m) Z0 = 32,7(m)
H = 0,4 + 0,005. 20 + 0,005.80 + (32,9 - 32,7) + 0,1 (m) H = 1,2 (m)
Hđ = 1,2 - 0,3 = 0,9m > 0,7m Vậy thoả mãn điều 3.2.5-20TCVN51-84.
- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên của tuyến cống (11 – 15) – PAII
H = h +i1L1 + i2L2 + Zd - Z0 + d (m) Với: i1 = i2 = 0,005
L1= 20m,L2= 80 (m) h = 0,4 (m)
d = 0,1 (m) Zd = 28 (m) Z0 = 27,6(m)
H = 0,4 + 0.005 20 + 80 0.005 + (28 – 27,6) + (0,3 - 0,2)
H = 1,4 (m)
Kiểm tra độ sâu từ đỉnh cống đến mặt đất tại điểm đặt cống:
Hđ = 1,4 - 0,3 = 1,1m > 0,7m Vậy thoả mãn điều 3.2.5-20TCVN51-84
- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên của tuyến cống (A1 – 20) – PAI H = h +i1L1 + i2L2 + Zd - Z0 + d (m)
Với: i1 = i2 = 0,005
L1= 20m,L2= 80 (m) h = 0,4 (m)
d = 0,1 (m) Zd = 28 (m) Z0 = 27,6(m)
H = 0,4 + 0.005 20 + 80 0.005 + (28 – 27,8) + (0,3 - 0,2)
H = 1,2 (m)
Kiểm tra độ sâu từ đỉnh cống đến mặt đất tại điểm đặt cống:
Hđ = 1,2 - 0,3 = 0,9m > 0,7m Vậy thoả mãn điều 3.2.5-20TCVN51-84
- Tính toán độ sâu chôn cống đầu tiên của tuyến cống (B1 – 18) – PAI H = h +i1L1 + i2L2 + Zd - Z0 + d (m)
Với: i1 = i2 = 0,005
L1= 20m,L2= 80 (m) h = 0,4 (m)
d = 0,1 (m) Zd = 31 (m) Z0 = 30,6(m)
H = 0.4 + 0.005 20 + 80 0.005 + (31 – 29,6) + (0,3 - 0,2) = 1,4 (m) Kiểm tra độ sâu từ đỉnh cống đến mặt đất tại điểm đặt cống:
Hđ = 1,4 - 0,3 = 1,1m > 0,7m Vậy thoả mãn điều 3.2.5-20TCVN51-84 3.3.3. Tính toán thuỷ lực các phương án.
Căn cứ vào các bảng tính toán lưu lượng cho từng đoạn cống ở trên ta tiến hành tính toán thủy lực để xác định được đường kính ống (D), độ dốc thủy lực (i), độ đầy (h/d), vận tốc dòng chảy (v) sao cho phù hợp các yêu cầu về đường kính nhỏ nhất, độ đầy tính toán, tốc độ chảy tính toán, độ dốc đường ống, độ sâu chôn cống, được đặt ra trong quy phạm 20 - TCVN51-84.
Ví dụ: (Tính toán đoạn cống cho phương án I) - Đoạn cống 1-2:
Với lưu lượng q = 7,73(l/s), chiều dài L = 400m. Tra bảng tính toán thuỷ lực ta chọn D = 300mm; i = 0,0037; h/D = 0,25; v = 0,56 (m/s)
Tổn thất: h = i l = 0,0037 400 = 1,48m Lớp nước trong cống: h = h/D D = 0,075m
Với cốt mặt đất tại điểm 1 là: 33m; điểm 2 là: 32,8m; độ sâu chôn cống đầu tiên được xác định là: 1,2m, ta có kết quả sau:
Cốt đáy cống tại điểm 1: = 32,9 – 1,2 = 31,7m;
Cốt mặt nước tại điểm 1: = 31,7 + 0,075 = 31,775m;
Độ sâu chôn cống tại điểm 2 là: = 31,6 – 30,22 = 1,38m;
Cốt đáy cống tại điểm 2: = 31,7 – 1,8 = 30,22m;
Cốt mặt nước tại điểm 2: = 30,22 + 0,075 = 30,295m;
Ở đây ta tính toán theo trường hợp các đoạn cống đều được nối theo mặt nước.
Độ đầy trước giếng 2 là 0,075m, đọan sau là 0,094m. Nối cống bằng cách cho ngang mặt nước thì cốt đáy cống cũng tại giếng 2 nhưng thuộc đọan (2 – 3):
30,295 – 0,094 = 30,201m Như vậy tổn thất áp lực trên đọan cống 2 – 3:
h = i.l = 0,0045300 = 1,35m Cốt đáy cống tại giếng 3:
30,201 – 1,35 = 28,851m.
Độ sâu chôn cống tại giếng 2 thuộc đọan 2-3:
30,6 – 28,851= 1,4m
Độ sâu chôn cống tại giếng 3 là hiệu số giữa cao độ mặt đất tại giếng 3 và cốt đáy cống tại giếng 3:
30,6 – 28,851 = 1,75m.
Tính toán hoàn toàn tương tự cho các đoạn cống khác, cụ thể được thể hiện trong các bảng sau:
Tính toán thuỷ lực tuyến cống chính (1…TB) phương án I- Bảng 3-7 Tính toán thuỷ lực tuyến cống nhánh (A1…20) phương án I- Bảng 3-8 Tính toán thuỷ lực tuyến cống nhánh (B1…18) phương án I- Bảng 3-9 Các bảng tính được thể hiện trong phần phụ lục 2.
* Chú ý:
Các đoạn cống đầu của mạng lưới thoát nước vì phải theo qui định về đường kính nhỏ nhất, nên mặc dù lưu lượng không lớn cũng phải dùng ống cỡ D300. Trường hợp
này sẽ không đảm bảo được các điều kiện về độ dốc (i 0,0005), và vận tốc (v 0,7m/s) của dòng nước .Do vậy ta có thể coi các đoạn ống này là các đoạn không
tính toán, chỉ cần đặt ống theo độ dốc nhỏ nhất. Vì vậy nên các đoạn ống này không đảm bảo được vận tốc, cho nên muốn đảm bảo cho đoạn ống không bị lắng cặn thì phải thường xuyên tẩy rửa muốn vậy ta có thể thiết kế thêm các giếng tự rửa ở đầu các đoạn cống không tính toán.
Khi tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước tại một số điểm tính toán ta phải đặt trạm bơm cục bộ. Nếu đặt trạm bơm cục bộ ta sẽ lấy độ sâu chôn ống tại điểm đó bằng độ sâu chôn ống tại điểm đầu tiên của mạng lưới, để làm tăng khả năng tự chảy của nước thải trong cống, tránh phải đặt nhiều trạm bơm phía sau đó. Tuy nhiên trường hợp này sẽ gặp bất lợi là lưu lượng lớn vì phải cộng thêm cả lưu lượng của nhánh bên..
Nhưng nếu chọn độ sâu chôn cống tại điểm đó bằng với độ sâu chôn cống của nhánh bên thì sẽ rất tốn kém do phải thi công với độ sâu chôn cống cao, lại phải đặt nhiều trạm bơm cục bộ. Do vây ta sẽ chọn phương án lấy độ sâu chôn cống tại điểm đặt trạm bơm bằng độ sâu chôn cống đầu tiên nếu có.