XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TUYẾN
CHƯƠNG 10 CÁC GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ
10.1. Giải pháp thiết kế phương án tuyến
10.1.6. Công trình thoát nước
10.1.6.1. Cơ sở thiết kế:
- Dựa trên cơ sở các công trình của tuyến cũ đã có hoặc các công trình phía thượng lưu và hạ lưu của chính dòng chảy chính.
- Dựa vào số liệu khảo sát, kết quả tính toán để quyết định khẩu độ cống trên tuyến.
- Tần xuất thiết kế đường, cầu và cống P = 4%;
- Tải trọng thiết kế cầu cống HL-93 (TCN211-06) 10.1.6.2. Giải pháp thiết kế:
A-Thoát nước ngang :
- Thiết kế mới hệ thống thoát nước ngang với tần suất tính toán 4%, tải trọng thiết kế HL-93.
- Cống ngang đường: Thiết kế vĩnh cửu đủ khẩu độ thoát nước cống tròn KĐ 1m và 1.5m;
- 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 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.
Cống: thường được sử dụng với lưu lượng nước chảy qua công trình 15m3/s và thông thường sử dụng loại cống tròn BTCT đường kính 1m do dễ chế tạo và tiện cho việc cơ giới hoá xây dựng. Nên đặt cống vuông góc với tim đường để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Khẩu độ cống phải được tính toán để thoát được lưu lượng thiết kế và nên chọn khẩu độ sao cho nước chảy trong cống ở chế độ không áp. Thông thường khẩu độ cống không nên dùng <0.75m để đảm bảo cho việc thoát nước và việc duy tu bảo dưỡng sau này. Mực nước chảy trong cống phải cách đỉnh cống một đoạn đủ lớn để đảm bảo những vật trôi có thể thoát ra ngoài. Bề dày lớp đất đắp trên cống không được nhỏ hơn 0.5m để đảm bảo cống không bị vỡ dưới tác dụng của tải trọng xe, riêng đối với cống bán áp phải xác định được mực nước dềnh trước cống để thiết kế nền đường. Cố gắng dùng kết cấu định hình như: cống BTCT lắp ghép, cống tròn và phải làm sao cho đơn giản, thi công dễ dàng, áp dụng được các phương pháp thi công cơ giới tiên tiến.
a. 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 hoặc 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%.
b.Xác định lưu lượng tính toán:
Theo quy trình 4054 - 05 tần suất lũ với đường cấp III là 4%.
Công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo phương pháp gián tiếp từ mưa ra
Để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, sử dụng công thức cường độ giới hạn để tính toán: QP AP HP F
Trong đó:
Qp: lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P%, m3/s.Hp: Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế P= 4%. Tuyến thiết kế thuộc vùng mưa X, tra bảng luợng mưa ngày theo bản đồ phân khu mưa rào Buôn Ma Thuật , Đăk Lăk ta có: Hp = 138(mm)
: hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 1, tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo nên lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (HP) và diện tích lưu vực (F);
AP: mô đun dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế là tỷ số giữa mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P% với ,HP. Khi = 1 trị số AP biểu thị bằng tỷ số:
P P
P H
A q
AP: (tra bảng), tuỳ thuộc vào đặc trưng địa mạo thuỷ văn của lòng sông ls, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc sd và vùng mưa;
: hệ số xét tới ảnh hưởng làm giảm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ xác định theo bảng 2-3 hoặc xác định theo công thức
cfa
1
1
fa: tỷ lệ diện tích ao hồ;
c: hệ số phụ thuộc vào lớp dòng chảy lũ. Đối với các vùng mưa lũ kéo dài hệ số c có thể lấy bằng 0,10. Trong trường hợp thời gian mưa lũ ngắn có thể lấy c bằng 0,20;
F: diện tích lưu vực, km2;
Trình tự tính toán QP
+ Xác định diện tích lưu vực;
Dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000, khoanh lưu vực và tính diện tích lưu vực.
+ Tính lượng mưa ứng với các tần suất thiết kế;
+ Xác định dòng chảy lũ (tra bảng), tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo nên lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (HP) và diện tích lưu vực (F);
+ Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc sd ;
Thời gian tập trung nước trên sườn dốc sd (tra bảng), phụ thuộc vào hệ số địa mạo thuỷ văn của sườn dốc sd và vùng mưa.
4 , 0 3
,
0 ( )
) 1000 (
P sd sd
sd
sd m J H
L
trong đó:
Lsd: chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực, km;
-Đối với lưu vực hai sườn dốc thì: 1,8(Ll)
Lsd F
-Đối với lưu vực một sườn dốc thì: 0,9(Ll)
Lsd F L: chiều dài lòng chính, km;
l: tổng chiều dài các sông nhánh trên lưu vực, km;
msd: hệ số nhám sườn dốc, phụ thuộc vào đặc điểm bề mặt sườn lưu vực (tra bảng);
Jd: độ dốc sườn dốc tính theo %o;
+ Xác định hệ số đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông ls theo công thức sau: 1/3 1/4( )1/4
1000
P ls
ls
ls m J F H
L
trong đó:
mls: hệ số nhám lòng sông, phụ thuộc vào đặc điểm sông suối lưu vực xác (tra bảng)
Jls: độ dốc lòng sông chính (%o);
+ Xác định trị số AP (tra bảng), tuỳ thuộc vào đặc trưng địa mạo thuỷ văn của lòng sông ls, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc sd và vùng mưa đã xác định được ở trên. Đối với các lưu vực nhỏ, khi lòng sông không rõ ràng, môđuyn dòng chảy lũ AP (tra bảng) ứng với ls = 0;
+ Thay các trị số tính được ở trên vào công thức (1) xác định được QP trong bảng sau:
Lưu lượng nước theo tần suất thiết kế được tính đại diện cho 1 cống H4% = 210; ; mls =7; msd = 0,15
Tính lưu lượng 1 cống thoát nước
Lý trình F km2 L km �l km
Isd
%o Ils
%o Bsd
km sd Tsd
phút ls Ap 4% p% Q
4%
m3
Km0+ 348.13 0,125 0,225 0 44 62 0,308 7,68 66,4 4,23 0,108 2,325
Cống còn lại được lấy theo tỉ lệ dựa vào địa hình và lưu vực:
Kết quả tính lưu lượng cống thoát nước
STT
Phương án đặt cống
Lý trình F km2 Q 4% (m3)
1 Km0+348.13 0.125 2.325
2 Km1+37.86 0,235 4,32
c. Xác định khẩu độ cống và chiều dài cống.
*Cống địa hình:
Trong phần thiết kế sơ bộ này, quy trình cho phép sử dụng bảng tra định hình, từ lưu lượng tại mỗi vị trí cống ta xác định khẩu độ cống và các yếu tố thuỷ lực của cống dựa vào việc tra bảng.
* Cống cấu tạo:
Bố trí thêm cống cấu tạo có đường kính 1m để thoát nước mặt và nước đổ từ lưu vực với lưu lượng nhỏ.Trên tuyến không có cống cấu tạo.
Sau khi chọn được khẩu độ cống, căn cứ vào chiều cao nền đắp tại vị trí đặt cống ta xác định chiều dài cống .
Có cống do tuyến không địa hình mà chỉ sử dụng cống cấu tạo để thoát nước mặt đường và khu vực xung quanh
Cống được lắp ghép từ các ống cống có chiều dài định hình 1m.Chiều dài cống được tính thông qua số ống cống .Ta có bảng tính sau
Khẩu độ và chiều dài cống thoát nước