CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THỦY VĂN DỌC TUYẾN
6.1. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC
Cống chiếm phần lớn các công trình thoát nước trên nền đường. Cống bao gồm có hai loại: cống địa hình, cống cấu tạo.
- Cống địa hình được bố trí tại các vị trí cắt qua các dòng suối nhỏ hay cắt qua khe tụ thuỷ mà khi mưa sẽ hình thành dòng chảy.
- Cống cấu tạo được bố trí chủ yếu để thoát nước trên mặt đường và trên mái taluy có lưu vực nhỏ, cống cấu tạo bố trí theo qui trình mà không cần phải tính toán.
6.1.1. Nguyên tắc thiết kế cống
- Cố gắng đi tuyến sao cho cắt vuông góc với dòng chảy.
- Vai nền đường phải cao mực nước dâng trước cống tối thiểu 0.5m với cống không có áp và bán áp có khẩu độ nhỏ hơn 2m, cao hơn 1m với cống có khẩu độ lớn hơn 2m.
- Đường có cấp hạng cao thì hướng cống và cầu nhỏ phụ thuộc hướng tuyến.
Khi vượt qua các dòng suối mà địa chất chắc và ổn định thì có thể chuyển vị trí cống lên lưng chừng suối để giảm bớt chiều dài và dễ thi công.
- Phải đảm bảo chiều dày đất đắp trên cống tối thiểu là 0.5m hoặc phải đủ bố trí chiều dày của lớp kết cấu mặt đường nếu chiều dày kết cấu lớn hơn 0.5m.
- Cống để thoát nước rãnh dọc gọi là cống cấu tạo. Cự ly cống cấu tạo không lớn hơn 300 - 350m đối với rãnh hình thang, không > 250m đối với rãnh hình tam giác.
- Nên dùng cống tròn là BTCT vì rẻ và tiện cho thi công cơ giới. Cống vuông dùng cho lưu lượng lớn hơn cao độ nền đắp hạn chế.
-Cơ sở tính toán thuỷ lực, thuỷ văn công trình cống là lưu lượng tính toán theo tần suất lũ thiết kế Q4%.
6.1.2. Tính tần suất lũ thiết kế Qp% tại các vị trí công trình
Dựa vào lưu lượng mưa ngày và mô đun dòng chảy (22TCN220-95) Công thức xác định:
Trong đó:
- F ; Diện tích lưu vực, xác định trên bình đồ.
-Qp%: Lưu lượng tính toán ứng với tần suất lũ tính toán p%=4% đối với công trình cống thoát nước và cầu nhỏ, 2% với cầu trung và 1% với cầu lớn.
-Hp : Lượng mưa ngày ứng với tần suất lũ thiết kế p% mm, xác định theo phụ lục 5 trong sổ tay thiết kế đường tập 2 phụ thuộc vào tần suất thiết kế p% và vùng thiết kế nếu ở đó không có trạm đo mưa, nếu có trạm đo mưa thì chỉnh lý theo theo tài liệu đo mưa thực tế. Xác định theo phụ lục 5 theo vùng mưa.
Tuyến đi qua Cư M’gar- ĐẮK LẮK, thuộc vùng mưa XV
-α Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào lọa đất và cấu tạo bề mặt lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế Hp% và diện tích lưu vực. Xác định theo phụ lục 6.
- Ap%: Mô đun dòng chảy lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện chưa xét ảnh hưởng của hồ ao, phụ thuộc vào hệ số đặc trưng địa mạo lòng sông Фls, thời gian tập trung nước τsd và vùng mưa. Xác định theo phụ lục 4.
-δ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của ao hồ và đầm lầy. Xác định theo 7.2.6.
Xác định các tham số tính toán.
-Hệ số đặc trưng địa mạo lòng sông Trong đó:
L: Chiều dài suối chính tính từ điểm bắt đầu dòng chảy tới vị trí công trình Ils: Độ dốc lòng suối chính tính theo ‰
mls: Hệ số nhám lòng suối phụ thuộc vào tình hình lòng sông từ thượng nguồn tới cửa ra:
Sông vùng núi, lòng sông nhiều sỏi đá, mặt nước không phẳng, suối chảy không thường xuyên, quanh co=> mls=7
α: Hệ số dòng chảy lũ, phụ thuộc loại đất, cấu tạo bề mặt lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế Hp% và diện tích lưu vực F.
Hp: Lượng mưa ngày theo tần suất thiết kế p%=4% đối với thiết kế cống và cầu nhỏ, 2% với cầu trung và 1% với cầu lớn.
-Xác định dựa vào vùng mưa và hệ số đặc trưng địa mạo sườn dốc Фsd Фsd=
Trong đó
msd : Hệ số nhám sườn dốc phụ thuộc vào đặc trưng địa mạo sườn dốc, lớp phủ thực vật thưa => msd=0.2
Isd: Độ dốc sườn dốc lưu vực ‰
bsd: Chiều dài trung bình sườn dốc lưu vực xác định theo công thức sau:
Σl: Tổng chiều dài suối nhánh.
-Xác định được thời gian tập trung nước trên sườn dốc τsd dựa vào Фsd và vùng mưa theo phụ lục 4 trong sổ tay thiết kế đường tập 2.
-Xác định mô đun dòng chảy theo phụ lục 3 trong sổ tay thiết kế đường tập 2, dựa vào thời gian tập trung nước trên sườn dốc τsd và hệ số đặc trưng địa mạo lòng suối Фls
Kết quả tính toán được lập thành bảng như sau :
TT Lý trình Q(m3/s) Cống
Chế độ nước chảy
Loại Khẩu độ(m)
H(m) V(m/s)
C1 Km0+141 0.6 Tròn Không
áp
I 1 0.67 1.77
C2 Km0+300 0.6 Tròn Không
áp
I 1 0.67 1.77
C3 Km0+613 3.3 Tròn Không
áp
I 1.5 1.5 2.84
C4 Km0+900 1.8 Tròn Không
áp
I 1.5 1.06 2.25
C5 Km1+500 1.6 Tròn Không
áp
I 1.5 0.99 2.14
C6 Km1+800 2 Tròn Không
áp
I 1.5 1.12 2.33
C7 Km2+460 2 Tròn Không
áp
I 1.5 1.12 2.33
C8 Km3 1.4 Tròn Không
áp
I 1.5 0.91 2.06
C9 Km3+500 1.2 Tròn Không
áp
I 1 1 2.32
C10 Km3+900 1.6 Tròn Không
áp
I 1.5 0.99 2.14
C11 Km4+094 1.6 Tròn Không
áp
I 1.5 0.99 2.14
C12 Km4+400 1.6 Tròn Không
áp
I 1.5 0.99 2.14
C13 Km4+957 1.6 Tròn Không
áp
I 1.5 0.99 2.14
C14 Km5+600 1 Tròn Không
áp
I 1 0.99 2.14
C15 Km7+113 0.6 Tròn Không
áp
I 1 0.67 1.77
6.1.3. Cống cấu tạo
Cống cấu tạo là cống dùng để thoát nước nền mặt đường, nước ở hai bên taluy nền đường trong đoạn đường đào chảy theo rãnh dọc ra tới vị trí cống cấu tạo.
Cống cấu tạo được thiết kế với đường kính cống nhỏ nhất là 75cm, tối đa 500m rãnh phải bố trí 1 cống để thoát nước nền mặt đường.
Cống cấu tạo không cần phải tính toán thủy văn cống.
Cống cấu tạo được bố trí ở nền nửa đào nửa đắp, đào chữ L, hoặc đắp thấp.
Khi thiết kế đường đỏ người thiết kế cần chú ý tới điểm này để nước mưa, nước mặt không ảnh hưởng tới chất lượng khai thác nền mặt đường, và bảo vệ tuổi thọ của đường.