Sổ tay thủy văn cầu đường - Tính toán thủy văn, thủy lực công trình thoát nước dọc tuyến part 6 doc

306
Rãnh ngầm thờng dùng mặt cắt ngang chữ nhật, rãnh máng thờng xây đá,
đậy nắp bêtông. Để đề phòng bùn cát lọt vào, đỉnh của rãnh ngầm có thể rải một
lớp đá dăm trên đắp cát sỏi - độ dốc dọc của rãnh ngầm không đợc nhỏ hơn 1%.
Rãnh thấm có các kiểu: Rãnh thấm đắp đá, rãnh thấm kiểu ống, rãnh thấm
kiểu cống. Rãnh thấm đắp đá làm bằng đá hộc, đá cuội to hoặc đá phiến (hình 8-5)
- Loại rãnh này dựa vào tác dụng thẩm thấu của vật liệu hạt để thu thập và thoát
nớc. Khi lu lợng nớc ngầm tơng đối lớn có thể dùng rãnh thấm kiểu ống với
ống thoát nớc đặt ở đáy rãnh (hình 8-6).
Để đề phòng rãnh thấm bị bùn cát làm ứ tắc phải bố trí tầng lọc ngợc về
phía mặt đón nớc. Để tránh không cho nớc mặt thấm vào rãnh thấm phải bố trí
một lớp cách ly ở trên đỉnh rãnh thấm. Lớp cách ly này có thể làm bằng các vầng
cỏ đặt ngợc trên đắp bằng đất sét đầm chặt dày 0,5m hoặc bằng đá xây vữa. Kích
thớc mặt cắt ngang của rãnh thấm đợc xác định theo chiều sâu đặt rãnh, yêu cầu
thoát nớc và thi công. Chiều sâu đặt rãnh thấm đắp đá không nên sâu quá 3m,
chiều rộng từ 0,7 - 1,0m, chiều cao đắp đá không nên thấp hơn chiều cao mực nớc
ngầm nguyên thuỷ và không nhỏ hơn 0,3m. Chiều sâu rãnh thấm kiểu sờn chống
có thể đạt đến 10m, chiều rộng từ 2-4m. Chiều sâu của rãnh thấm kiểu ống hoặc
kiểu cống có thể đạt đến 5 - 6m, chiều rộng không nên nhỏ hơn 1m, kích thớc ống
hoặc cống thì xác định theo lu lợng - Thờng dùng ống thoát nớc bằng đất nung
hoặc bê tông đờng kính từ 0,1 - 0,3m vách có lỗ thoát nớc. Độ dốc dọc của đáy
rãnh thấm phải đủ dốc để bảo đảm hiệu quả thoát nớc nhng không gây xói mòn
đáy rãnh, thông thờng không đợc nhỏ hơn 0.5%. Độ dốc dọc của rãnh ngầm đắp
đá do lực cản lớn không đợc nhỏ hơn 1%.
Khi chiều dài của rãnh thấm tơng đối dài thì cứ cách từ 30 - 50m tại các chỗ
gãy góc trên mặt bằng hoặc từ độ dốc từ - dốc sang phải, phải bố trí các giếng kiểm
tra.

Tài liệu sử dụng trong Chơng VIII:
[1]. Công trình thuỷ lợi các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN 5060:1990.

[2]. Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn QP.TL.C-8-76
[3]. Nguyễn Xuân Trục. Thiết kế đờng ô tô, Công trình vợt sông (Tập 3). Nhà
xuất bản Giáo dục, 2003 (Tái bản lần thứ ba).
[4]. PGS. TS. Trần Đình Nghiên. Thiết kế thủy lực cầu đờng.
[5]. Adolison. Phân tích bãi sông và thuỷ văn. Nhà xuất bản Wesley, 1992.
[6]. Hớng dẫn thoát nớc đờng ôtô, AASHTO, 1982.
[7]. Tính toán các đặc trng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95.
[8]. Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu. Công trình nền mặt đờng. Đại học Đồng
Tế, Trung Quốc.

307
Chơng IX - Tính toán và thiết kế mạng lới thoát nớc
đô thị
Đ 9.1. Hệ thống thoát nớc
9.1.1. Khái niệm
Nớc đã sử dụng cho các nhu cầu khác nhau có lẫn thêm chất bẩn, làm thay
đổi tính chất hóa học, vật lý, sinh học so với ban đầu đợc gọi là nớc thải.
Tùy thuộc nguồn gốc hình thành ngời ta phân biệt các loại nớc thải sau:
- Nớc thải sinh hoạt: theo bản chất các chất bẩn đợc chia thành;
- Nớc thải sản xuất: tạo ra từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp;
- Nớc ma.
9.1.2. Hệ thống thoát nớc
Thoát nớc bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:
- Mạng lới thoát nớc trong nhà.
- Mạng lới thoát nớc ngoài sân nhà hoặc tiểu khu.
- Mạng lới thoát nớc ngoài đờng phố.
- Các đầu mối thoát nớc (trạm bơm, trạm xử lý, cửa xả đầu mối, hồ, )
- Các công trình làm sạch và các cống xả nớc thải đã làm sạch ra nguồn.
Những đoạn mạng lới để thu gom nớc thải từ một hoặc vài lu vực gọi là
cống tập trung nớc (cống gom).

Căn cứ theo tính chất và quy mô, các loại cống gom có thể đợc phân loại
nh sau:
- Cống gom lu vực: thu gom nớc thải từ các lu vực riêng biệt.
- Cống gom chính: thu gom và vận chuyển nớc thải từ nhiều cống gom
lu vực.
- Cống gom chính toàn thành phố: dẫn nớc thải thành phố ra khỏi phạm vi
thoát nớc tới trạm bơm chính, trạm xử lý hoặc tới cửa xả ra nguồn tiếp nhận.
Phân loại các hệ thống thoát nớc theo tính chất và phơng thức vận chuyển
nớc thải nh sau:
- Hệ thống thoát nớc chung: là hệ thống, trong đó tất cả các loại nớc thải
đợc dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng lới tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn.
Nh vậy những lúc ma to, lu lợng nớc thải sẽ rất lớn, nồng độ chất bẩn lại rất
thấp.
- Hệ thống thoát nớc riêng: là hệ thống, trong đó từng loại nớc thải riêng
biệt chứa các chất bẩn đặc tính khác nhau, đợc dẫn và vận chuyển theo các mạng
lới thoát nớc độc lập. Với hệ thống thoát nớc riêng hoàn toàn phải xây dựng ít
nhất hai mạng lới: một mạng để dẫn, vận chuyển nớc thải sinh hoạt và nớc sản

308
xuất bẩn, gọi là mạng lới thoát nớc bẩn; một mạng để dẫn, vận chuyển nớc ma
và nớc sản xuất quy ớc sạch, gọi là mạng lới thoát nớc ma.
Mỗi hệ thống thoát nớc nêu trên đều có các u điểm và nhợc điểm nhất
định. Trong các trờng hợp cụ thể, cần so sánh nhiều chỉ tiêu tổng hợp để lựa chọn
loại hệ thống thoát nớc phù hợp.
Đ 9.2.Tính lu lợng nớc ma
Đặc điểm của hệ thống thoát nớc ma là dòng chảy rất không điều hòa.
Nếu hệ thống thoát nớc là riêng hoàn toàn thì cống thoát nớc ma thờng có
đờng kính lớn nhất, nhng thời gian làm việc lại không nhiều. Trong mùa khô
hoặc ít ma, trong hệ thống cống thoát nớc ma hầu nh không có dòng chảy, tuy
nhiên trong mùa ma, đặc biệt là các trận ma lớn, cống thoát nớc ma lại phải

đảm nhiệm vai trò thoát nớc chủ yếu.
Trong mỗi trận ma, lu lợng nớc ma chảy trong mạng lới thoát nớc
tăng dần lên tới lu lợng cực đại và sẽ duy trì lu lợng này tới khi ma ngớt, sau
đó lu lợng này sẽ giảm dần cho đến khi ma tạnh hẳn và dòng chảy vẫn còn duy
trì một thời gian sau đó.
Nhiệm vụ của việc tính toán lu lợng nớc ma là xác định lu lợng nớc
ma cực đại tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát nớc ma với các tần suất yêu
cầu.
9.2.1. Phơng pháp và công thức tính toán
Phơng pháp chủ yếu để xác định lu lợng tính toán đợc sử dụng phổ biến
hiện nay là phơng pháp Cờng độ giới hạn. Lu lợng nớc ma tại mặt cắt xác
định của hệ thống thoát nớc ma đạt giá trị cực đại khi:
- Thời gian ma đủ dài để nớc ma từ điểm xa nhất trên lu vực tới đợc
mặt cắt tính toán (thời gian ma tính toán: T
tt
);
- Cờng độ ma đạt cực đại (sau khi ma với thời gian lớn hơn hoặc bằng
T
tt
);
- Hệ số dòng chảy đạt cực đại.
Phơng pháp Cờng độ giới hạn là phơng pháp xác định lu lợng tính toán
căn cứ vào thời gian ma và cờng độ ma cực đại. Công thức cơ sở của phơng
pháp cờng độ giới hạn nh sau:
Q
tt
= . q . F

(9 - 1)
trong đó:

q: cờng độ ma, l/s/ha;
F: diện tích lu vực thoát nớc ma, ha;

hệ số dòng chảy.
9.2.2. Cờng độ ma, tính toán thời gian ma thiết kế
a. Tính toán thời gian ma

309
Giả thiết thời gian ma chính bằng thời gian để nớc ma từ điểm xa nhất
trong lu vực chảy đến tiết diện tính toán.
Thời gian ma tính toán đợc xác định nh sau:
t
tt
=t
m
+ t
r
+ t
o
(9 - 2)
trong đó:
t
m
: thời gian tập trung nớc ma trên bề mặt từ điểm xa nhất đến rãnh, phụ
thuộc kích thớc địa hình của lu vực, cờng độ ma, loại mặt phủ.
Theo L.I. Abramov (Nga):
ph
I
i
Z

ln
t
m
,
.
.
5,1
3,05,03,0
6,06,0

(9 - 3)
I: độ dốc bề mặt tập trung nớc ma;
Z: hệ số mặt phủ;
n: hệ số độ nhám Maning;
i: cờng độ ma, mm/ph;
l : chiều dài đoạn nớc chảy, m.
Công thức trên xác định t
m
áp dụng cho các bề mặt tập trung nớc ma đã
đợc san nền không có rãnh, luống.
Giá trị t
m
với một số khu vực có thể tham khảo nh dới đây:
- Nếu bên trong tiểu khu không có hệ thống thoát nớc ma, nớc ma
chảy tràn trên mặt sân, t
m
= 8 - 12 phút.
- Nếu bên trong tiểu khu có hệ thống thoát nớc ma, t
m
= 4 - 6 phút.

- Đối với mặt đờng nhựa rộng dới 20m mỗi phía, t
m
= 1 - 2 phút.
- Đối với mặt đờng nhựa rộng dới 20m và có cả vỉa hè lát gạch tự chèn
rộng dới 10m mỗi phía, t
m
= 2 - 3 phút.
- Trờng hợp cần thoát nớc một phần diện tích phía ngoài vỉa hè (nhà dân,
cơ quan), t
m
= 3 - 5 phút.
t
r
: thời gian nớc chảy theo rãnh đờng đến giếng thu gần nhất:
r
r
r
v
l
t 25,1
(phút) (9 - 4)
các giá trị:
l
r
, v
r
: chiều dài rãnh đờng, vận tốc nớc ma chảy trong rãnh;
t
o
: thời gian nớc chảy trong ống đến tiết diện tính toán:

o
o
o
v
l
Mt (phút) (9 - 5)
trong đó:
l
o
, v
o
: chiều dài, vận tốc nớc ma chảy trong ống;

310
M: hệ số tính đến sự chậm trễ của dòng chảy nớc ma và đợc lấy nh sau:
- M = 2,0 khi địa hình của lu vực thoát nớc ma bằng phẳng;
- M = 1, 2 khi địa hình của lu vực thoát nớc ma dốc, i
o
>0,005.
b. Cờng độ ma tính toán
Trớc khi tính toán lu lợng nớc ma, cần lựa chọn công thức tính toán
cờng độ ma q. Cho đến nay vẫn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau và khó đa ra
một công thức phản ánh đầy đủ mọi biến động phức tạp của ma.
Để xác định công thức cờng độ ma đợc chính xác phải có số liệu ma
của trạm khí tợng lu trữ 15-25 năm. Cờng độ ma tính toán là cờng độ ma
với tần suất xác định, tơng ứng với thời gian ma tính toán. Đối với các khu vực
có trạm đo ma tự ghi, chuỗi số liệu đủ dài, các thông số ma thời đoạn ngắn 5
phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút là sẵn có để sử dụng và tính toán theo các
phơng pháp thống kê thông thờng.
Tuy nhiên ở Việt Nam các trạm đo ma thời đoạn ngắn tơng đối rất ít, đồng

thời chuỗi số liệu phần lớn là cha đủ dài để đáp ứng yêu cầu tính toán. Do vậy
việc xác định cờng độ ma thời đoạn ngắn vẫn chủ yếu tham khảo các công thức
thực nghiệm. Đối với một số khu vực đã có số liệu đo ma thời đoạn ngắn, nhng
chuỗi số liệu ít thì cũng cần tính toán theo công thức kinh nghiệm và nên đối chiếu
với số liệu thực đo. Dới đây là các công thức phổ biến hay dùng để xác định
lợng ma thời đoạn ngắn tại Việt Nam.
(1) Cờng độ ma đợc xác định theo công thức sau đây của Liên Xô:


n
n
t
PCq
q
lg120
20

(9 - 6)
trong đó:
n, C: những đại lợng phụ thuộc đặc điểm khí hậu của từng vùng;
q
20
: cờng độ ma tơng ứng với thời gian ma 20 phút của trận ma có chu
kỳ lặp lại một lần trong năm (đây là đại lợng không đổi với từng vùng đã biết);
P: chu kỳ lặp lại trận ma tính toán, bằng khoảng thời gian xuất hiện một
trận ma vợt quá cờng độ tính toán, năm;
t: thời gian ma tính toán, phút.
Theo tài liệu: Công thức tính cờng độ ma khi thiết kế hệ thống thoát nớc
ma ở Việt Nam (Tuyển tập công trình của Viện Kỹ thuật xây dựng Moskva), đã
đa ra công thức sau:

n
n
t
PCq
q
15
lg135
20



(9 - 7)
Theo tài liệu Phơng pháp và kết quả nghiên cứu cờng độ ma tính toán ở
Việt Nam, với số liệu của 47 trạm theo dõi ma, bằng phơng pháp quy hồi tác
giả Trần Việt Liễn đã đa ra công thức sau:





n
n
bt
PCqb
q

lg120
20
(9 - 8)