Tính toán công trình thoát nước

CHÖÔNG VI TÍNH TOAÙN COÂNG TRÌNH THOAÙT NÖÔÙC 6.1.NGUYEÂN TAÉC VAØ YEÂU CAÀU THIEÁT KEÁ Treân tuyeán ngoaøi caùc coâng khaùc thì coâng trình thoaùt nöôùc cuõng ñoùng moät vai troø raát quan troïng. Neáu giaûi quyeát toát coâng vieäc thoaùt nöôùc thì ñaûm baûo ñöôïc cho cöôøng ñoä neàn ñöôøng vaø maët ñöôøng, traùnh gaây suït lôû xoùi moøn do nöôùc gaây ra. Moät trong nhöõng yeâu caàu cuûa neàn ñöôøng laø phaûi giöõ cho neàn ñöôøng luoân ñöôïc khoâ raùo ñeå naâng cao ñoä oån ñònh, chính vì theá vieäc giaûi quyeát vaán ñeà thoaùt nöôùc trong xaây döïng neàn ñöôøng coù taàm quan troïng raát lôùn. Coáng laø coâng trình thoaùt nöôùc chính treân ñöôøng. Coáng coù theå laø coáng caáu taïo hoaëc laø coáng ñòa hình. Coáng caáu taïo duøng ñeå thoaùt nöôùc qua ñöôøng, traùnh öù ñoïng nöôùc laøm phaù hoaïi neàn ñöôøng.Vò trí ñaët coáng caáu taïo phuï thuoäc vaøo löu löôïng cuaû raõnh, moãi khi doøng nöôùc thoaùt trong raõnh ñeán möïc nöôùc thieát keá thì choå ñoù ta phaûi boá trí coáng caáu taïo ñeå thoaùt nöôùc qua ñöôøng. Coáng ñòa hình laø coáng boá trí taïi caùc vò trí coù ñòa hình bò loûm treân traéc doïc vaø coáng ñòa hình ñaët taïi nhöõng nôi coù ñöôøng tuï thuyû treân bình ñoà. Coáng ñòa hình phaûi tính toaùn caùc yeáu toá kyõ thuaät phuï thuoäc vaøo löu löôïng ñoå veà. Caùc coâng trình thoaùt nöôùc treân tuyeán goàm : - Coáng : 1 coáng ñòa hình. Chieàu cao ñaép nhoû nhaát ñoái vôùi coáng ñöôïc choïn töø giaù trò lôùn trong hai giaù trò tính theo hai ñieàu kieän sau: Ñieàu kieän 1 : = + 0.5m. 0.5 : chieàu daøy lôùp ñaát toái thieåu treân ñænh coáng. : möïc nöôùc daâng tröôùc coâng trình ( keå caû chieàu cao nöôùc deành vaø soùng voã vaøo maët maùi doác cuûa neàn ñöôøng) öùng vôùi taàng suaát luõ p%. Ñieàu kieän 2 : cao ñoä ñöôøng ñoû taïi vò trí coâng trình phaûi ñaûm baûo ñieàu kieän xe vaän chuyeån vaät lieäu vaø thieát bò thi coâng ñi treân coáng khoâng laøm vôõ coáng, muoán vaäy phaûi ñaûm baûo 0,5m ñaát ñaép treân ñænh coáng (töùc laø khoaûng caùch töø ñænh coáng ñeán ñaùy keát caáu aùo ñöôøng ≥ 0,5m. Trong tröôøng hôïp ñieàu kieän naøy khoâng thoûa maõn thì phaûi giaûm khaåu ñoä coáng (ñöôøng kính trong cuûa coáng) vaø taêng soá cöûa coáng, neáu bieän phaùp naøy cuõng khoâng thoûa maõn thì phaûi duøng coáng baûn (loaïi coáng cho pheùp xaây döïng maët ñöôøng xe chaïy ngay treân coáng maø khoâng caàn coù lôùp ñaát treân ñænh coáng). = f + 2xd + å hañ f : ñöôøng kính trong cuûa coáng (m). d = 0.1 m: chieàu daøy thaønh coáng åhañ : toång chieàu daøy keát caáu aùo ñöôøng (m). 6.2.TÍNH TOAÙN THUYÛ LÖÏC COÁNG 6.2.1.Tính toaùn khaåu ñoä coáng: 6.2.1.1.Tính toaùn caùc ñaëc tröng thuûy vaên Dieän tích löu vöïc F (Km2) - Döïa vaøo hình daïng ñöôøng ñoàng möùc treân bình ñoà , ta tìm ñöôïc ñöôøng phaân thuyû giôùi haïn cuûa löu vöïc nöôùc chaûy vaøo tuyeán ñöôøng. Chia löu vöïc thaønh nhöõng hình ñôn giaûn ñeå tính dieän tích löu vöïc treân baûn ñoà ñòa hình (Fbñ), tö ñoù tìm tìm ñöôïc dieän tích löu vöïc thöïc teá theo coâng thöùc sau : Trong ñoù : + Fbñ : Dieän tích cuûa löu vöïc treân baûn ñoà ( cm2) + M = 10000 : heä soá tyû leä baûn ñoà. + 1010 : heä soá ñoåi töø cm2 ra Km2 Chieàu daøi loøng chính L (Km) Chieàu daøi loøng soâng chính ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : Trong ñoù : + Lbñ : chieàu daøi cuûa loøng soâng chính treân bình ñoà + 105 : heä soá ñoåi töø cm ra Km Chieàu daøi bình quaân cuûa söôøn doác löu vöïc: Chieàu daøi bình quaân cuûa söôøn doác löu vöïc ñöôïc tính theo coâng thöùc : Trong ñoù : + F : dieän tích löu vöïc + L : chieàu daøi loøng chính + ål : toång chieàu daøi cuûa caùc loøng soâng nhaùnh (chæ tính nhöõng loøng soâng nhaùnh coù chieàu daøi lôùn hôn 0.75 chieàu roäng bình quaân B cuûa löu vöïc). Chieàu roäng B ñöôïc tình nhö sau : Ñoái vôùi löu vöïc coù 2 söôøn : B = F/2L (Km) Ñoái vôùi löu vöïc coù 1 söôøn : B = F/L (Km) Ñoä doác trung bình cuûa doøng soâng chính J1 (‰) : Trong ñoù : h1,h2,…,hn Ñoä cao cuûa caùc ñieåm gaõy treân traéc doïc so vôùi giao ñieåm cuûa 2 ñöôøng. l1,l2,...,ln Cöï ly giöõa caùc ñieåm gaõy Ñoä doác trung bình cuûa söôøn doác Js (‰) Ñoä doác trung bình cuûa söôøn doác ñöôïc tính theo trò soá trung bình cuûa 4 ÷ 6 ñieåm xaùc ñònh theo höôùng doác lôùn nhaát. Baûng tính toaùn caùc ñaëc tröng thuyû vaên: Lyù trình F(Km2) L(Km) B(Km) ål(Km) bs(Km) Jl(0/00) Js(0/00) Km3+ 978 5.87 3.10 0.762 1.34 0.991 125.35 192.35 6.2.1.2Xaùc ñònh löu löôïng tính toaùn Theo quy trình tính toaùn doøng chaûy luõ (tieâu chuaån 22TCN 220-95) ñoái vôùi löu vöïc nhoû coù dieän tích < 100 Km2. Thì löu löôïng tính toaùn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : Qp = Ap .a.Hp .d .F Trong ñoù : Ap : Moñun ñænh luõ öùng vôùi taàn suaát thieát keá choïn phuï thuoäc vaøo ñòa maïo thuyû vaên Ф1, thôøi gian taäp trung doøng chaûy treân söôøn doác τs ,vuøng möa (Tra baûng 2.3) a: heä soá doøng chaûy luõ laáy trong baûng (9-7) tuyø thuoäc vaøo loaïi ñaát caáu taïo khu vöïc coù löôïng möa (ngaøy) thieát keá (Hp) vaø dieän tích löu vöïc F. Hp : Löôïng möa ngaøy öùng vôùi taàn suaát thieát keá . P = 4% ñoái vôùi coáng vaø caàu nhoû. P = 1% ñoái vôùi caàu lôùn. δ : Heä soá xeùt ñeán laøm nhoû löu löôïng ñænh luõ do ao hoà ,röøng caây trong löu vöïc theo baûng (2.7). F : Dieän tích löu vöïc. 6.2.1.3.Xaùc ñònh thôøi gian taäp trung nöôùc treân söôøn doác ts Thôøi gian taäp trung nöôùc treân söôøn doác ts ñöôïc xaùc ñònh theo baûng 2.2 phuï thuoäc vaøo heä soá ñòa maïo thuyû vaên fs vaø vuøng möa. Heä soá ñòa maïo thuyû vaên cuûa söôøn doác fs ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : Trong ñoù : bs : Chieàu daøi söôøn doác cuûa löu vöïc (km) ms : Heä soá nhaùm cuûa söôøn doác , phuï thuoäc vaøo tình traïng beà maët cuûa söôøn doác. Js : Ñoä doác trung bình cuûa söôøn doác. j : Heä soá doøng luõ (laáy theo baûng 2.1), phuï thuoäc vaøo loaïi caáu taïo ñaát cuûa löu vöïc , löôïng möa caàn thieát ngaøy Hp vaø dieän tích löu vöïc F. Vuøng tuyeán thieát keá coù ñaát caáp II. Hp : Löôïng möa ngaøy thieát keá (vôùi caàu nhoû vaø coáng p = 4%). Vuøng tuyeán thieát keá thuoäc tænh Bình Phước neân Hp = H4% = 150mm. Baûng xaùc ñònh thôøi gian taäp trung nöôùc ts Lyù trình bs(Km) ms Js (%0) j Hp fs V.möa ts(phuùt) Km3+ 978 0.991 0.3 192.35 0.90 150 12.95 XVI 65.15 6.2.1.4.Xaùc ñònh heä soá ñòa maïo thuyû vaên fl Trong ñoù : ml : Thoâng soá taäp trung nöôùc trong soâng , phuï thuoäc vaøo tình hình soâng suoái cuûa löu vöïc ( Laáy theo baûng 2.6). Jl : Doä doác loøng soâng chính (%). L : Chieàu daøi cuûa loøng soâng chính (Km). Baûng xaùc ñònh heä soá ñòa maïo fl: Lyù trình F(Km2) L(Km) Ji (%0) j Hp ml fl Km3+ 978 5.87 3.10 125.35 0.90 150 9 16.37 6.2.1.5.Xaùc ñònh trò soá Ap% Ap% xaùc ñònh baèng caùch tra baûng 2.3, tuyø thuoäc vaøo vuøng möa, thôøi gian taäp trung doøng chaûy treân suoøn doác ts vaø heä soá ñòa maïo thuyû vaên fl. Baûng xaùc ñònh heä soá Ap% Lyù trình Vuøng möa ts fl Ap% Km3+ 978 XVI 65.15 16.37 0.205 Baûng xaùc ñònh löu löôïng Qp Lyù trình Ap j Hp F(Km2) d Qp(m3/s) Km3+ 978 0.205 0.90 150 5.23 0.10 11.78 Duøng 2 coáng troøn f 1.5m, mieäng coáng laøm theo daïng bình thöôøng. Chieàu cao nöôùc daâng tröôùc coáng H = 1.5m, ic = 1% vôùi vaän toác v = 2.84(m/s) 6.2.2Tính toaùn khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa coáng ñaõ choïn Ta coù : Chieàu saâu nöôùc daâng tröôùc coáng H = 1.5m Chieàu saâu cöûa vaøo hcv = 1.5m 1.2hcv = 1.2*1.5 = 1.8m vaäy H coáng chaûy theo cheá ñoä khoâng aùp. Khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa coáng khoâng aùp nhö sau : Yc = 0.85: heä soá vaän toác khi coáng laøm vieäc khoâng aùp. hc = 0.9hk: chieàu saâu nöôùc chaûy trong coáng taïi choå thu heïp. wc : tieát dieän coáng taïi choå thu heïp. H = 1.5m : chieàu cao nöôùc daâng tröôùc coáng . 6.2.2.1.Xaùc ñònh chieàu saâu phaân giôùi Löu löôïng tính toaùn cho moät coáng : Q = 5.81/2 = 2.905 (m3/s) Ta coù tæ soá: = 0.113 = > = 0.587 = > hk = 0.587 x d = 0.587 x 1.5 = 0.881 (m). 6.2.2.2.Xaùc ñònh tieát dieän vaø vaän toác nöôùc chaûy trong coáng taïi vò trí thu heïp wc : dieän tích maët caét ngang doøng chaûy taïi vò trí thu heïp trong coáng. Chieàu saâu nöôùc chaûy trong coáng taïi choå thu heïp : hc = 0.6hcv = 0.6*1.5 = 0.9m = > hc /d = 0.9/1.5 = 0.6 = > wc /d2 = 0.46 Vaäy dieän tích tieát dieän doøng chaûy taïi choå thu heïp : wc = 0.46 x 1.52 = 1.035 (m2). = > = 2.806 (m/s). 6.2.2.3.Tính toaùn khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa coáng Khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa coáng khoâng aùp nhö sau : = 3.018 (m3/s) Vaäy : ta coù Qc = 3.018(m3/s) > Qtk = 2.905(m3/s) neân coáng ñaûm baûo ñieàu kieän thoaùt nöôùc. 6.2.2.4.Vaän toác nöôùc chaûy trong coáng taïi vò trí cöûa ra Vo = wo ÖÙng vôùi Q2 /gd5 = 0.113 tra baûng ta ñöôïc wo/wd = 1.072 Maø wd = 30.5 x d2/3 = 30.5*1.52/3 = 39.966 = > wo = 1.072 x 39.966 = 42.844 Vaäy : Vo = 42.844* = 4.284 (m/s). 6.2.2.5.Tính toaùn gia coá sau coáng Khi tính toaùn gia coá sau coáng caàn chuù yù ñeán vaän toác nöôùc chaûy sau coáng taêng leân vì khi xaây döïng caùc coâng trình thoaùt nöôùc thì doøng chaûy töï nhieân bò thu heïp laïi. Do vaäy seõ gaây xoùi lôû ôû haï löu. Vì vaäy muoán ñaûm baûo an toaøn cho coâng trình thoaùt nöôùc thì ta phaûi gia coá. Chieàu daøi ñoaïn gia coá sau coáng laø : Lgc = 3 x d = 3*1.5 = 4.5(m). Chieàu saâu xoùi lôû laø : (m). Trong ñoù : b = 1.5m : khaåu ñoä coáng. H = 1.5m : chieàu saâu nöôùc daâng tröôùc coáng. = > = 1.028 m. = > chieàu saâu töôøng choáng xoùi h ≥ hx + 0.5 = 1.028 + 0.5 = 1.528 m. Choïn chieàu saâu töôøng choáng xoùi sau coáng : h = 1.55m Chieàu daøi coáng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc Lc = Bn + 2m(Hnñ – d - 2d) Trong ñoù: Bn = 9 m (chieàu roäng neàn ñöôøng). Hnñ = 2.8 : chieàu cao ñaép neàn ñöôøng taïi vò trí ñaët coáng. d = 1.5 m (ñöôøng kính coáng). d = 0.1 m (chieàu daøy coáng). m = 1.5 (ñoä doác maùi taluy). Lc = 9 + 2*1.5*(2.8 – 1.5 – 2*0.1) = 12.28 m Choïn Lc = 12m (4 ñoát coáng ñònh hình 3m).