Thiết kế quy hoạch thoát nước

Chương 4: THIẾT KẾ QUY HOẠCH THOÁT NƯỚC Một trong những vấn đề để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của công trình là cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của đường. Các nguồn nước: Nước mặt, nước ngầm, nước ngập đây là những yếu tố trực tiếp gây ra những tác động xấu cho công trình đường, chúng có thể gây sạc lỡ mái taluy nền đường làm cho cường độ nền đường giảm xuống hoặc trực tiếp ngấm qua mặt đường làm hư hỏng kết cấu áo đường và nền đường.. Chính vì vậy, khi xây dựng và thiết kế đường cần đặc biệt chú ý đến việc thiết kế các hệ thống thoát nước trên tuyến một cách hợp lý để đảm bảo tuổi thọ cho công trình và tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng. Hệ thống thoát nước trên tuyến bao gồm: -Hệ thống rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước, rãnh tập trung nước nhằm mục đích thoát nước mặt trên mặt đường và thoát nước trong khu vực. -Hệ thống các công trình vượt dòng nước như cầu nhỏ, cống. Những điều cần chú ý khi quy hoạch thoát nước: +Tần suất thiết kế của công trình thoát nước ứng với cấp kỹ thuật của tuyến đường. Với đường cấp IV chọn tần suất thiết kế cho cầu cống là: 4%. +Ưu tiên chọn kết cấu lắp ghép, cống ở chế độ chảy không áp để thoát nước tốt. 4.1. RÃNH THOÁT NƯỚC: 4.1.1. Rãnh dọc (rãnh biên): Rãnh dọc được thiết kế ở các đoạn nền đường đắp thấp, nền đường đào, nền nữa đào nữa đắp, có thể bố trí ở một bên hoặc ở cả hai bên của nền đường. Kích thước của rãnh cho phép tính theo cấu tạo mà không cần tính toán thủy lực. Chỉ yêu cầu tính toán rãnh dọc không chỉ dùng để thoát nước mặt mà còn dùng để thoát nước cho một phần đáng kể của sườn lưu vực với bề rộng đáy rãnh là: 0,4m. Tiết diện và độ dốc của rãnh được xác định phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình khu vực tuyến qua: hình thang, hình tam giác hay hình máng tròn. Với điều kiện của tuyến rãnh dọc thoát nước được chọn có tiết diện hình thang, chiều rộng đáy rãnh là 0,4m và độ dốc mái 1:1. Chiều sâu rãnh đảm bảo mức nước thấp hơn mép rãnh 20cm và không sâu quá 50cm (Theo tài liệu [4]). Độ dốc dọc của rãnh thường được qui định theo điều kiện đảm bảo không lắng đọng phù sa ở đáy rãnh, thường lấy theo độ dốc dọc của đường đỏ, nhưng tối thiểu phải lớn hơn hoặc bằng 50/00, cá biệt mới lấy 30/00. Nơi có độ dốc dọc rãnh lớn thì cần có biện pháp gia cố cho phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình nơi đó. Đối với rãnh có tiết diện hình thang đã chọn, cứ 500m chiều dài rãnh nên bố trí một cống cấu tạo ngang đường để thoát nước từ rãnh dọc chảy sang phía bên kia của nền đường. Những chổ ngoặt hay có hiện tượng ứ đọng bùn cát, do đó khi chuyển hướng ta thiết kế sao cho rãnh chuyển hướng từ từ với góc ngoặt không nên lớn hơn 450 và bán kính đường cong không được nhỏ hơn 2 lần chiều rộng mặt trên của rãnh. 0,4 m 0,4 x 3m 1:1 1:1 Hình I.4.1. Cấu tạo rãnh biên. 4.2.2. Rãnh đỉnh: Rãnh đỉnh dùng để thoát và thu nước từ sườn lưu vực không cho nước chảy về rãnh dọc. Rãnh đỉnh được bố trí ở những nơi sườn núi có độ dốc ngang khá lớn và diện tích lưu vực tụ nước lớn mà rãnh dọc không thoát kip. Tiết diện rãnh được dùng dạng hình thang bề rộng đáy là 0,5m, mái rãnh có độ dốc 1:1,5 và chiều sâu rãnh phải xác định từ tính toán nhưng không được sâu quá 1,5m. Độ dốc của rãnh đỉnh xác định giống như rãnh dọc. Ở những nơi địa hình sườn dốc hai bên lớn và có địa chất không tốt, có hiện tượng trượt, sụt lở phải thiết kế hai hay nhiều rãnh đỉnh. Ngược lại nếu sườn dốc thoải, diện tích sườn núi không lớn thì có thể không cần làm rãnh đỉnh nhưng phải xem xét tăng tiết diện rãnh dọc. 4.2. CÔNG TRÌNH VƯỢT DÒNG NƯỚC. 4.2.1. Cống. 4.2.1.1. Xác định vị trí cống: Tại tất cả các nơi trũng trên bình đồ, trắc dọc và có sông suối đều phải bố trí công trình cống thoát nước. Tùy theo lưu lượng chảy về công trình mà ta chọn khẩu độ cho thích hợp. Cống đặt ở nơi đảm bảo thoát nước nhanh, tức là những nơi hình thành dòng chảy rõ ràng, các suối nhỏ, các đưòng tụ thủy. Đối với những lưu vực có lưu lượng dòng chảy lớn trên 20m3/s thì có thể xem xét làm cầu nhỏ để đảm bảo khả năng thoát nước, nhưng cũng cần có so sánh cụ thể về mặt kinh tế kỹ thuật để quyết định. Lý trình các cống được xác định như ở bảng 4.1 Bảng xác định lý trình cống phương án I và II Bảng 1.4.1 Phương án I Phương án II Cống Lý trình Cống Lý trình 1 KM0+900 1 KM0+900 2 KM2+200 2 KM2+400 3 KM2+900 3 KM3+500 4 KM4+00 4.2.1.2. Xác định lưu vực cống. Lưu vực cống được xác định như sau: Trên bản đồ địa hình khoanh lưu vực nước chảy về công trình theo ranh giới của các đường phân thủy sau đó tính diện tích của lưu vực. Diện tích lưu vực được xác định ở bảng I.4.2; I.4.3 Bảng xác định diện tích lưu vực phương án I Bảng 1.4.2 Lưu vực 1 2 3 4 Diện tích F(km2) 0,46 1,25 0,36 0,22 Bảng xác định diện tích lưu vực phương án II Bảng1.4.3 Lưu vực 1 2 3 Diện tích F(km2) 0,46 0,25 0,72 4.2.1.3. Tính toán lưu lượng nước cực đại chảy về công trình: Xác định lưu lượng cực đại chảy về công trình theo công thức tính Qmax 22TCN 220-95 của bộ giao thông vận tải Việt Nam được áp dụng cho sông suối không bị ảnh hưởng của thủy triều. Công thức tính có dạng: Qp = Ap . a . Hp . d . F (m3/s) (I.4.1). Trong đó: + F: Diện tích của lưu vực (Km2). + Hp: Lượng mưa ngày (mm) ứng với tần suất thiết kế p% theo phụ lục II tài liệu [2]. + : Hệ số dòng chảy lũ lấy theo bảng 14 tài liệu [2] tùy thuộc loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (H) và diện tích lưu vực (F). + Cấp đất xác định theo bảng 13 tài liệu [2] ta có đất cấp IV + A: Môduyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện =1 theo phụ lục II tài liệu [2] + : Hệ số chiết giảm lưu lượng do đầm, ao hồ theo bảng 17 tài liệu [2] =0.85. * Trình tự tính toán: 3.1.Dựa vào phụ lục II của [2] xác định vùng thiết kế và lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế: Tuyến đường thuộc vùng mưa XI ứng với địa danh là Quảng Trị có lượng mưa ngày ứng với tần suất lũ thiết kế lấy theo quy phạm : đường cấp IV p=4% có: H= 580mm. Ở khu vực tuyến đi qua có đất là loại đất cấp IV 3.2.Tính chiều dài sườn dốc lưu vực theo công thức: (m) (I.4.2). Trong đó: + l: Tổng chiều dài các suối nhánh (km). + L: Chiều dài suối chính (km). Đối với lưu vực có 2 mái dốc : B = F/2L ; Đối với lưu vực có 1 mái dốc : B = F/L Và b tính theo (I.4.2) nhưng thay hệ số 1.8 bằng 0.9 3.3.Xác định đặc trưng địa mạo của sườn dốc lưu vực: Fsd = (I.4.3). Trong đó: + I: Độ dốc của sườn dốc lưu vực (0/00) Xác định thực tế trên địa hình. + m: Hệ số nhám sườn dốc xác định theo bảng 15 của tài liệu [1].Trong trường hợp cỏ thưa, mặt đất thu dọn sạch, không có gốc cây, không cày xới : m= 0.25 Đối với lưu vực nhỏ, khi dòng chảy lũ không rõ ràng môduyn dòng chảy đỉnh lũ lấy theo phục lục II của tài liệu [2] ứng với = 0. 3.4.Xác định thời gian tập trung nước : Xác định thời gian tập trung nước theo phụ lục II của tài liệu [2] ứng với vùng mưa thiết kế và . 3.5.Xác định hệ số đặc trưng địa mạo của lòng sông suối: FLS = (I.4.4) Trong đó: + L: Chiều dài dòng suối chính (Km). + I: Độ dốc dòng suối chính tính theo. xác định thực tế trên địa hình + m: Hệ số nhám của lòng suối xác định theo bảng 16 của tài liệu [2]. Giả thiết với sông miền núi, lòng sông nhiều đá, mặt nước không phẳng suối chảy không thường xuyên, quanh co lòng suối tắc nghẽn lấy m = 7 3.6.Xác định A theo và , vùng mưa theo phụ lục II của tài liệu [2]. 3.7. Thay các trị số trên vào công thức.4.1 xác định Q. Kết quả tính toán: Bảng1.4.4 Pa STT LÝ TRÌNH F (Km2) α δ Hp (mm) L (Km) bsd Isd (‰) msd I 1 Km0+900 0,46 0,8 1 580 1,48 172,67 85,13 0,25 2 Km2+00 1,25 0,8 1 580 2,60 267,09 79,56 0,25 3 Km2+900 0,36 0,8 1 580 0,61 327,87 77,41 0,25 4 Km4+00 0,22 0,8 1 580 0,74 165,17 77,20 0,25 II 1 Km0+900 0,46 0,8 1 580 1,48 172,67 85,13 0,25 2 Km2+400 0,25 0,8 1 580 1,09 127,42 62,35 0,25 3 Km3+500 0,72 0,8 1 580 1,20 333,33 62,53 0,25 Bảng 1. 4.5  PHƯƠNG ÁN STT LÝ TRÌNH Φsd ζsd mLS I LS (‰) ΦLS AP Q(m3/s)  I 1 Km0+900 1,97 19,40 7 84,30 12,56 0,069 15,01 2 Km2+00 2,68 30,52 7 72,32 7,06 0,064 35,70 3 Km2+900 2,98 34,72 7 72,06 5,79 0,065 11,08 4 Km4+00 1,98 19,60 7 71,18 7,98 0,067 7,00 II 1 Km0+900 1,97 19,40 7 84,30 12,56 0,069 15,01 2 Km2+400 1,80 16,00 7 53,06 12,56 0,069 8,19 3 Km3+500 3,22 39,40 7 55,43 10,48 0,059 20,01 4.2.1.4. Chọn loại cống, khẩu độ cống: Sau khi đã xác định được lưu lưu lượng Q đưa ra một số phương án khẩu độ cống theo từng phương án, ứng với mỗi phương án xác định chiều cao mực nước dâng trước công trình - biện pháp gia cố lòng suối. Từ lưu lượng Q ta tra bảng 9-1a, bảng 9 - 1b của [6], ta được , H, V ứng với loại cống tròn loại I, chảy không áp: Khẩu độ cống của phương án I và II được xác định ở bảng 4.6: Bảng 1. 4.6  PHƯƠNG ÁN STT LÝ TRÌNH Q (m3/s) CHỌN CỐNG Hd (m) V (m/s)  I 1 Km0+900 15,01 3Ф200 1,67 2,89 2 Km2+00 35,70 2□300 2,6 3,88 3 Km2+900 11,08 2Ф200 1,78 2,98 4 Km4+00 7,00 2Ф175 1,43 2,66 II 1 Km0+900 15,01 3Ф200 1,67 2,89 2 Km2+400 8,19 2Ф200 1,518 2,69 3 Km3+500 20,01 3Ф200 1,98 3,26 4.2.2. Cầu: 4.2.2.1. Xác định vị trí xây dựng cầu: Cầu được bố trí ở những nơi tuyến đường vượt qua các con sông suối có lưa lượng nước chảy ính toán Qp lớn. Trong khu vực tuyến đi qua có bố trí công trình cầu nhỏ như sau: -Phương án I : 01 cầu. -Phương án II : 01cầu.