Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế và xây dựng để nâng cao chất lượng các công trình thoát nước nhỏ trên đường ô tô tại nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TÀO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
--------------------

SOUVANHNA VONGKHAMCHANH

NGHI N CỨU Đ

UẤT PHƯ NG PHÁP THI T

VÀ

D NG Đ N NG CAO CHẤT Ư NG CÁC CƠNG
TR NH THỐT NƯỚC NHỎ TR N ĐƯỜNG Ơ TƠ TẠI NƯỚC
CỘNG HÕA D N CHỦ NH N D N ÀO

UẬN ÁN TI N SĨ

HÀ NỘI - 2015

Ỹ THUẬT


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TÀO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
--------------------

SOUVANHNA VONGKHAMCHANH

NGHI N CỨU Đ

UẤT PHƯ NG PHÁP THI T

VÀ

D NG Đ N NG CAO CHẤT Ư NG CÁC CƠNG
TR NH THỐT NƯỚC NHỎ TR N ĐƯỜNG Ơ TƠ TẠI NƯỚC
CỘNG HÕA D N CHỦ NH N D N ÀO

Chuyên ngành : ây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số : 62580205

UẬN ÁN TI N SĨ

Ỹ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Nguyễn Quang Toản
2. PGS.TS. ã Văn Chăm

HÀ NỘI - 2015


i
ỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận án “ N
ớ
ờ

ớ Cộ

H

D

C ủN

D

L

” là cơng trình nghiên

cứu riêng của tơi.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu được sử dụng trong luận án này hồn tồn
trung thực. Nội dung trình bày trong luận án này chưa từng được công bố trong
bất kỳ cơng trình nào từ trước cho tới nay.
Tác giả luận án

SOUVANHNA VONGKHAMCHANH


ii
ỜI CẢM

N

Luận án này được thực hiện trong khuôn kh chư ng trình đào t o tiến s
chuyên ngành đư ng bộ do

ộ mơn

ư ng bộ, Khoa Cơng trình, trư ng

i

h c Giao Thông Vận Tải. Trước hết, tôi xin gửi l i cảm n tới an giám hiệu
trư ng

i h c Giao Thông Vận Tải, ộ môn

ư ng bộ, Phòng ào t o Sau đ i

h c, Giáo sư, Phó giáo sư - Tiến s , các thầy giáo, cơ giáo, các nhà Khoa h c
trong và ngồi trư ng đã t o điều kiện thuận lợi, thư ng xuyên giúp đỡ, chỉ dẫn
và đóng góp ý kiến trong suốt quá trình nghiên cứu luận án.
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết n sâu sắc đối với sự giúp đỡ to lớn,
nhiệt tình của hai thầy hướng dẫn PGS.TS. N
Lã Vă C ăm trư ng

ễ Q

T ả và PGS.TS.

i h c Giao thông Vận tải đã hết lịng t o điều kiện giúp

đỡ tác giả hồn thành luận án.
ặc biệt, tác giả xin trân tr ng gửi l i cảm n tới PGS.TS. T ầ Đ
Nghiên trư ng

i h c Giao thơng Vận tải, thầy đã có những chỉ dẫn tận tình và

quý báu giúp tác giả hồn thành luận án.
Cuối c ng tơi xin cảm n các b n b , đ ng nghiệp và các thành viên của
gia đình tơi đã đ ng hành c ng với tơi, chia s những khó kh n và giúp đỡ to lớn
về tinh thần c ng như vật chất trong suốt quá trình h c tập và nghiên cứu luận
án của tôi t i trư ng

i h c Giao thông Vận tải.
Tác giả luận án

SOUVANHNA VONGKHAMCHANH


iii
MỤC ỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯ NG 1 TỔNG QUAN V
T NH H NH MẠNG

ĐẶC ĐI M ĐI U

ƯỚI GIAO THÔNG VÀ S

IỆN T

NHI N,

PHÁ HOẠI CÁC

CƠNG TR NH THỐT NƯỚC NHỎ TR N ĐƯỜNG Ô TÔ Ở NƯỚC

CỘNG HÕA D N CHỦ NH N D N ÀO ..................................................... 4
1.1. Đ c đi m đi u iện đ a h nh và h h u ở ào .......................................... 4
1.2. Giới thiệu chung v hệ thống đường ô tô ở ào ........................................ 5
1.2.1. Giai đo n trước n m 1975 ........................................................................... 5
1.2.2. Giai đo n n m 1975-1985 ........................................................................... 6
1.2.3. Giai đo n n m 1985-2000 ........................................................................... 6
1.2.4. Giai đ an n m 2000-2015 ........................................................................... 7
1.3. . T nh tr ng hư hỏng công tr nh tho t nước nhỏ trên đường ô tô t i nước
Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân ào ................................................................... 9
1.3.1. Những hư hỏng thư ng gặp về cơng trình thốt nước trên đư ng ơ tơ và
ngun nhân gây ra ............................................................................................... 9
1.3.2. Tình hình áp dụng kết cấu cơng trình thốt nước ở Lào ........................... 12
1.4.

ết lu n chương 1 ...................................................................................... 13

CHƯ NG 2 TỔNG QUAN V
CẤP, SỨC CẢN THỦ
ĐÁ

DÕNG CHẢ

TÍNH THỦ

C Ở DỐC NƯỚC,
VÀ

C BẬC NƯỚC NHI U
HỞI ĐỘNG CỦA HẠT Ở

ĨI SAU GIA CỐ CƠNG TR NH THOÁT

NƯỚC NHỎ NGANG ĐƯỜNG ...................................................................... 15
2.1. Tổng quan nghiên cứu t nh thủy lực b c nước nhi u cấp d ng b tiêu năng.
............................................................................................................................. 15
2.1.1. Các nghiên cứu liên quan đến tính thủy lực bậc nước nhiều cấp ............. 15
2.1.2. Các cơng thức tính thủy lực cho bậc nước nhiều cấp d ng bể .................. 17
2.1.3. Nhận xét về tính thủy lực cho bậc nước nhiều cấp d ng bể ..................... 27
2.2. Tổng quan c c nghiên cứu v sức cản thủy lực ở dốc nước ................... 27


iv
2.2.1. Các nghiên cứu liên quan đến sức cản thủy lực ở dốc nước [5] ............... 27
2.2.2. Vấn đề tính sức cản thủy lực của dốc nước .............................................. 30
2.2.3. Vấn đề cần nghiên cứu .............................................................................. 32
2.3. Tổng quan v

hởi động của h t đất ở đ y dòng chảy ........................... 32

2.3.1. Vấn đề đã đ t được .................................................................................... 32
2.3.2. Nhận xét .................................................................................................... 39
2.4. Tổng quan c c nghiên cứu v t nh xói sau gia cố cơng tr nh tho t nước
nhỏ ngang đường ............................................................................................... 40
2.4.1. Các nghiên cứu liên quan đến tính xói sau gia cố cống và cầu nhỏ .......... 40
2.4.2. Vấn đề cần nghiên cứu .............................................................................. 44
2.5.

ết lu n chương 2 ...................................................................................... 45

CHƯ NG 3 NGHI N CỨU Đ

UẤT GIẢI PHÁP THI T

THỦ

C CƠNG TR NH THỐT NƯỚC NHỎ NGANG ĐƯỜNG CHO
NƯỚC CỘNG HÕA D N CHỦ NH N D N ÀO ...................................... 46
3.1.

thuyết t nh thủy lực công tr nh tho t nước nhỏ ngang đường ......... 46

3.1.1. Tính thủy lực bậc nước nhiều cấp ............................................................. 46
3.1.2. Dốc nước ................................................................................................... 51
3.1.3. Xói sau gia cố ............................................................................................ 52
3.2. Nghiên cứu xây dựng bi u đ x c đ nh b c nước nhi u cấp và nghiên
cứu sức cản trong t nh dốc nước ...................................................................... 54
3.2.1. Tính thủy lực bậc nước nhiều cấp mặt cắt chữ nhật ở d ng bể tiêu n ng 54
3.2.2. Tính thủy lực dốc nước ............................................................................. 66
3.3. Nghiên cứu tốc độ b t đầu xói đ y và xói sau gia cố công tr nh tho t
nước nhỏ ngang đường đối với đất hơng d nh ............................................. 70
3.3.1. Tính tốc độ bắt đầu xói đáy và trung bình đối với dịng chảy có địa chất là
đất khơng dính ..................................................................................................... 70
3.3.2. Tính xói sau gia cố cơng trình thốt nước nhỏ ngang đư ng .................... 77
3.3.3. Tính tốn và áp dụng cơng thức tính xói sau cống cho cơng trình cống
ngang đư ng ........................................................................................................ 85


v
3.4.

ết lu n chương 3 ...................................................................................... 88

CHƯ NG 4 GIẢI PHÁP

D NG CƠNG TR NH THỐT NƯỚC

NGANG ĐƯỜNG CĨ Đ A H NH ĐẶC TH

Ở NƯỚC CỘNG HÕA D N

CHỦ NH N D N ÀO .................................................................................... 89
4.1.

hảo s t thủy văn và c c phương ph p x c đ nh lưu lượng nước có th

p dụng đ thiết ế công tr nh tho t nước nhỏ ở CHDCND ào ................. 89
4.1.1. Nội dung công tác khảo sát thủy v n để thiết kế cơng trình thốt nước
ngang đư ng ........................................................................................................ 89
4.1.2. Các phư ng pháp xác định lưu lượng nước có thể áp dụng để thiết kế cơng
trình thốt nước nhỏ ở CHDCND Lào ................................................................ 92
4.2. Giải ph p v tho t nước m t đường và tho t nước ngang đường ...... 100
4.2.1. Nguyên tắc chung .................................................................................... 100
4.2.2. Giải pháp về thoát nước mặt đư ng và ngang đư ng ............................. 101
4.2.3. iện pháp gia cố thượng lưu cơng trình [1] ............................................ 105
4.2.4. iện pháp gia cố h lưu cơng trình [1] .................................................... 106
T UẬN VÀ

I N NGH ........................................................................ 110

DANH MỤC CƠNG TR NH Đ CƠNG BỐ CĨ I N QUAN ................ 113

DANH MỤC TÀI IỆU THAM

HẢO ....................................................... 114

PHỤ ỤC ......................................................................................................... 121


vi
DANH MỤC H NH VẼ
Hình 1.1: ản đ m ng lưới đư ng Quốc lộ CHDCND Lào ............................... 8
Hình 1.2A: Hư hỏng nền, mặt đư ng do thiếu rãnh thoát nước ......................... 10
Hình 1.2 : Hư hỏng rãnh thốt nước tuyến đư ng số 8 t i km 43+500 ............ 10
Hình 1.3A: Hư hỏng thượng lưu cống ................................................................ 11
Hình 1.3 : Hư hỏng h lưu cống ........................................................................ 11
Hình 1.3C: Hậu quả của hiện tượng xói h lưu cống, nền đư ng bị cắt đứt ...... 11
Hình 1.3D: Hậu quả xói h lưu làm đứt cả mặt đư ng nhựa tuyến đư ng 4A t i
km 55+200........................................................................................................... 11
Hình 1.4: Sự phá ho i cống do đất nền đư ng bị xói mịn ................................. 11
Hình 1.5: Hư hỏng mối nối cống ........................................................................ 12
Hình 1.6A: Cống bị b n cát lắng ........................................................................ 12
Hình 1.6 : Cống hộp bị đất đá đ ng gần hết miệng cống lớn v i lấp và xói lở 12
Hình 2.1: D ng nước nhảy .................................................................................. 16
Hình 2.2: ậc nước khơng có tư ng tiêu n ng ................................................... 16
Hình 2.3: ậc nước có tư ng tiêu n ng .............................................................. 16
Hình 2.4: Biểu đ xác định chiều dài tư ng đối của nước h trên bậc nước
(Konstantinov IU.M) ........................................................................................... 17
Hinh 2.5: Nước nhảy ........................................................................................... 25
Hình 2.6: iểu đ quan hệ giữa tg 

p

h
P
p
với t và c với t .......................... 25
L
P
P
P

Hình 2.7: S đ dốc nước.................................................................................... 28
Hình 2.8: S đ nước chảy ở đo n cửa vào dốc nước ........................................ 28
Hình 2.9: S đ dốc nước đo n thân dốc ............................................................ 29
Hình 2.10: S đ nước nhảy dâng ....................................................................... 30
Hình:2.11: S đ h t bị đẩy trượt........................................................................ 37
Hình 2.12: iểu đ ứng suất tiếp dịng chảy theo Shields (1936) ...................... 37
Hình 2.13: S đ các d ng nối tiếp sau cống khi Sh  Sc .................................... 40


vii
Hình 2.14: iểu đ quan hệ giữa

l gc
b0

với

hx
....................................................... 44
H

Hình 2.15: Xói sâu gia cố .................................................................................... 44
Hình 3.1: S đ dịng chảy êm

........................................................................ 46

Hình 3.2: S đ dịng chảy xiết đều .................................................................... 46
Hình 3.3: S đ viết phư ng trình ernoulli ...................................................... 47
Hình 3.4: Sở đ tư ng tiêu n ng ......................................................................... 48
Hình 3.5: S đ bể tiêu n ng kết hợp .................................................................. 50
Hình 3.6: S đ xác định tốc độ khởi động của h t ở đáy dòng chảy ................ 52
Hình 3.7: S đ định ngh a viết phư ng trình biến thiên động lượng cho dịng
chảy trong kênh hở .............................................................................................. 53
Hình 3.8: Giải phư ng trình bậc 3 tìm chiều sâu co h p hch ............................... 57
Hình 3.9: Khai báo Goal Seek............................................................................. 57
Hình 3.10: iểu đ quan hệ giữa P với q(m3 / s.m) ......................................... 61
Lbâc

Hình 3.11: iểu đ quan hệ giữa P với pt ..................................................... 62
P

Lbâc

h
Hình 3.12: iểu đ quan hệ giữa P với c ..................................................... 62
P

Lbâc

Hình 3.13: iểu đ quan hệ giữa

Lb
hc

với P ...................................................... 63
hc

Hình 3.14: iểu đ quan hệ giữa pt với P ..................................................... 63
hc

hc

Hình 3.15: iểu đ quan hệ giữa pt với P và Lb với P ................................... 64
hc

hc

hc

hc

Hình 3.16: iểu đ thay đ i hệ số sức cản thủy lực f theo số Re ở dịng chảy xiết
đều khơng làm hàm khí trong lịng dẫn bê tơng. ................................................. 66
Hình 3.17: Quan hệ giữa hệ số sức cản f và Re dựa vào kết quả đối với mặt cắt
hình thang ............................................................................................................ 68


viii
Hình 3.18: Quan hệ giữa hệ số sức cản f

x

và Re .105 đối với dịng chảy xiết

trong dốc nước có d ng mặt cắt chữ nhật ........................................................... 69
Hình 3.19: Quan hệ giữa hệ số sức cản f và Re dựa vào kết quả mặt cắt hình
thang và kết quả mặt cắt chữ nhật ....................................................................... 69
Hình 3.20: S đ tốc độ đáy khơng xói của h t trong dịng chảy ....................... 76
Hình 3.21: S đ xói sau cống (sau gia cố cứng) ............................................... 77
Hình 3.22: Tốc độ r i tự do của dịng nước ........................................................ 81
Hình 3.23: Màn hình chính HY-8 ....................................................................... 85
Hình 4.1: Cống thốt nước thơng thư ng ......................................................... 103
Hình 4.2: Cống kết hớp với tư ng chắn ............................................................ 103
Hình 4.3: Cống có 2 độ dốc .............................................................................. 104
Hình 4.4: ố trí cửa ra theo kiểu tư ng chắn và bể tiêu n ng phần h lưu ...... 104
Hình 4.5: Cống dốc bố trí theo kiểu bậc cấp ..................................................... 105
Hình 4.6: Gia cố cửa ra của cống có độ dốc nhỏ .............................................. 107
Hình 4.7: S đ tính chiều dài gia cố h lưu cống ............................................ 107


ix
DANH MUC BẢNG BI U
ảng 1.1: Thống kê đư ng bộ tồn quốc n m 2009 ............................................. 7
ảng 2.1: Tính đư ng mặt nước ......................................................................... 29
l gc
 lgc 
h
và x ............................................ 43
 phụ thuốc với
b0
H

 b0 

ảng 2.2: Hàm số f 

ảng 3.1: Hệ số  n phụ thuộc với hn ................................................................ 49
H1

ảng 3.2: Nhập số liệu đầu vào .......................................................................... 56
ảng 3.3 Tính thử H1 .......................................................................................... 58
ảng 3.4: Tính thử dần tìm H1 ............................................................................ 58
ảng 3.5: Kết quả tính tốn bậc nước nhiều cấp ................................................ 61
ảng 3.6: Tính tốc độ khơng xói ở đáy dịng chảy ............................................. 76
ảng 3.7: Hệ số và số m tính xói cho đất r i r c .............................................. 83
ảng 3.8: Hệ số Ch cho cửa ra cống đặt cao h n đấy dòng chảy ....................... 84
ảng 3.9: Hệ số điều chỉnh độ dốc đặt cống Cs ................................................. 84
ảng 3.10: Kết quả tính xói sau cống theo phần mềm HY-8 t i hai vị trí đặt cống
(phụ lục 10 và phụ lục 11)................................................................................... 87
ảng 3.11: Kết quả tính xói sau cống theo phư ng pháp của Hội cầu đư ng Mỹ
t i hai vị trí đặt cống (phụ lục 12 và phụ lục 13) ................................................ 87
ảng 3.12: T ng kết quả tính chiều sâu xói gia cố ............................................. 87
ảng 4.1: Hệ số dòng chảy C ............................................................................. 93
ảng 4.2: Hệ số điều tiết lưu lượng (do ao h , đầm lầy)  ............................... 95
ảng 4.3: Hệ số nhám của sư n dốc msd ............................................................ 96
ảng 4.4: ặc số nhám của lịng sơng mls .......................................................... 97
ảng 4.5: Hệ số dịng chảy phụ thuộc vào diện tích lưu vực  ......................... 98
ảng 4.6: Tính

18.6
t y thuộc với độ dốc của sư n dốc lưu vực i sd ............ 98
f (isd )0.4

ảng 4.7: T a độ đư ng cong mưa  ................................................................ 98
ảng 4.8: Số liệu khảo sát 4 vị trí cơng trình ...................................................... 99
ảng 4.9: Kết quả tính tốn lưu lượng t i vị trí cơng trình ............................... 100


x
DANH MỤC CÁC

Ý HIỆU, CHỮ VI T TẮT

hiệu

Ý nghĩa

1

a

Hệ số hàm khí

2

b

Chiều rộng mặt cắt

3

bcv

Chiều rộng cửa vào bậc nước

4

bd

Chiều rộng đáy dịng chảy

5

bx

Chiều rộng xói

6

C

Chiều cao tư ng

7

CHDCND Lào

8

d

Chiều sâu bể tiêu n ng

9

D

ư ng kính cống trịn

10

Eo

N ng lượng dòng chảy

11

f

Sức cản thủy lực

12

fCN

Sức cản thủy lực ở mặt cắt ngang hình chữ nhật

13

fHTH

Sức cản thủy lực ở mặt cắt ngang hình thang

14

fe

Sức cản thủy lực đối với dòng chảy êm

15

fx

Sức cản thủy lực đối với dòng chảy xiết

16

Fr

Số froude

17

G

Tr ng lượng của h t trong nước

18

g

Gia tốc tr ng lực

19

H

Chiều cao cột nước t nh

20

ha

Chiều sâu dòng hàm khí

21

hb

Chiều sâu cửa vào

22

hc

Chiều sâu phân giới

23

hcd

Chiều sâu cuối dốc

24

h2cd

Chiều sâu liên hợp n i cuối dốc

25

hch

Chiều sâu mặt cắt co h p trên sân bậc

26

h2ch

Chiều sâu liên hợp lớn với chiều sâu mặt cắt co h p

27

hđd

Chiều sâu đầu dốc

TT

Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào

xi
28

hr

Chiều sâu t i cửa ra của bể tiêu n ng

29

hx

Chiều sâu xói

30

i

ộ dốc đáy dịng chảy

31

id

ộ dốc của dốc nước

32

J

ộ dốc thủy lực

33

K

Mô đun lưu lượng của kênh

34

ktđ

Chiều cao nhám tư ng đư ng

35

Lb

Chiều dài bể tiêu n ng

36

Ld

Chiều dài dốc nước

37

Lđh

Chiều dài địa hình

38

lgc

Chiều dài gia cố

39

Ln

Chiều dài nước nhảy

40

Lx

Chiều dài xói

41

m

Hệ số lưu lượng của đập tràn

42

n

Hệ số nhám dòng chảy

43

p

Chiều cao bậc

44

Px

Lực đẩy trượt theo phư ng chảy

45

Py

Lực nâng tác động vào h t đất

46

Q

Lưu lượng nước

47

R

Bán kính thủy lực của mặt cắt ngang

48

Re

Số Reynolds

49

uc

Tốc độ khơng xói ở đáy dịng chảy

50

V

Tốc độ trung bình mặt cắt

51

Vagh

Tốc độ phân chia dịng hàm khí và khơng hàm khí

52

Vch

Tốc độ trung bình t i mặt cắt co h p

53

Vb

Tốc độ dòng chảy t i cửa vào

54



Hệ số tốc độ dòng chảy

55



Hệ số co h p

56

t

Chiều dày tư ng


xii
57



Hệ số nhớt động của chất lỏng

58



Diện tích mặt cắt ngang

59

x

Thể tích xói


1
MỞ ĐẦU
1.

do chọn đ tài
Nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào đang trên đư ng hiện đ i hóa.

M ng lưới đư ng ô tô đang được cải t o, nâng cấp và xây dựng mới để phục vụ
yêu cầu phát triển ngày càng cao của đất nước. Trong những n m qua

ảng và

Nhà nước Lào đã coi tr ng việc xây dựng c sở h tầng. Trong đó đã chú tr ng
đến việc xây dựng và phát triển m ng lưới đư ng giao thông, đặc biệt là đư ng

bộ.
Khi xây dựng đư ng ô tô đã chú ý đặc biệt đến việc xây dựng cơng trình
thốt nước nhỏ ngang đư ng ô tô, mặc d lo i cơng trình này chiếm t tr ng
khơng lớn so với các cơng trình khác, nhưng khả n ng tiêu thốt l của cơng
trình thốt nước nhỏ l i ảnh hưởng và liên quan trực tiếp đến tu i th của áo
đư ng, nền đư ng và các cơng trình khác trên đư ng.
Nước Lào nằm trong v ng khí hậu nhiệt đới gió m a, lượng mưa và khí
hậu điều hịa trong n m, song một số v ng có lượng mưa lớn và khơng đều. Lào
có địa hình đ i núi có vách đá cao và m ng lưới giao thơng từ miền ắc xuống
Nam có tuyến đư ng qua v ng núi, do độ dốc lớn, lưu lượng nước trên đỉnh núi
chảy xuống nhanh dẫn đến những hư hỏng cơng trình thốt nước trên đư ng ơ tơ
làm cho chất lượng của tuyến đư ng không n định theo các m a trong n m.
Một trong số các nguyên nhân quan tr ng là phư ng pháp tính tốn thủy lực cho
cơng trình thốt nước nhỏ và sự lựa ch n tr ng thái nguy hiểm của công trình có
thể cịn chưa hợp lý.

ể nâng cao khả n ng thốt nước ngang đư ng ơ tơ cần

phải nghiên cứu một số bài tốn tính tốn thủy lực như: tính thủy lực bậc nước
và dốc nước, tính xói sau cống, tính tốc độ bắt đầu xói đáy dịng chảy. Tất cả
những vấn đề trên điều liên quan đến việc nghiên cứu phư ng pháp thiết kế để
nâng cao khả n ng thốt nước nhỏ trên đư ng ơ tơ.
T i CHDCND Lào, để tính tốn thủy lực cho cơng trình thốt nước này,
nước Lào hiện nay đang d ng các phư ng pháp của nước ngoài (chủ yếu là châu
Âu, Mỹ, Việt Nam) trong điều kiện tự nhiên và khí hậu của Lào.


2
Thực tế đó địi hỏi phải có những nghiên cứu sâu h n về vấn đề này. Với
trình độ và kinh nghiệm của các nhà khoa h c – kỹ thuật Việt Nam có thể giúp

tơi rất nhiều trong khi thực hiện đề tài. Chính vì vậy Nhà Nước Cộng Hịa Dân
Chủ Nhân Dân Lào cử tơi sang đây làm nghiên cứu sinh với đề tài : “N
ớ

ờ

ớ Cộ

Hòa D

C ủN

Dân Lào”.
2. Mục đ ch nghiên cứu
Luận án nghiên cứu đề xuất phư ng pháp thiết kế và xây dựng để nâng
cao chất lượng các cơng trình thốt nước nhỏ trên đư ng ơ tơ t i nước Cộng Hịa
Dân Chủ Nhân Dân Lào, trong đó tập trung vào tính thủy lực cơng trình thốt
nước nhỏ ngang đư ng ơ tơ và giải quyết một số tính tốn thủy lực (bậc nước,
dốc nước, tốc độ khơng xói đáy dịng chảy và xói sau gia cố) d ng trong thiết kế
cơng trình thốt nước nhỏ ngang đư ng để từ đó đề xuất được các giải pháp thiết
kế và lựa ch n phư ng pháp gia cố hoặc biện pháp tiêu n ng thích hợp ở h lưu
cống trên đư ng ơ tơ, giải pháp xây dựng cơng trình thốt nước nhỏ ngang
đư ng có địa hình đặc th ph hợp với các đặc điểm điều kiện tự nhiên và đặc
điểm khí hậu t i nước Cộng Hịa Dân Chủ Nhân Dân Lào.
3. Ph m vi nghiên cứu
Ph m vi nghiên cứu là tính thủy lực cho hệ thống cơng trình thoát nước
nhỏ ngang đư ng ở nước Lào.
4. Phương ph p nghiên cứu
Phư ng pháp lý thuyết kết hợp với thực tế.
5. Bố cục của lu n n

Luận án trình bày trong 166 trang g m phần Mở đầu, Phần nội dung luận
án trong 04 chư ng, Phần kết luận và kiến nghị, Hướng nghiên cứu tiếp theo,
Tài liệu tham khảo và Phụ lục.
Luận án g m những phần sau:


3
M
Mở ầ
C

1: T ng quan về đặc điểm điều kiện tự nhiên, tình hình m ng
lưới giao thơng và sự phá ho i các cơng trình thốt nước nhỏ
trên đư ng ơ tơ ở Cộng Hịa Dân Chủ Nhân Dân Lào.

C

2: T ng quan về tính thủy lực bậc nước nhiều cấp, sức cản thủy
lực ở dốc nước, khởi động của h t ở đáy dịng chảy và xói
sau gia cố cơng trình thốt nước nhỏ ngang đư ng.

C

3: Nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế thủy lực công trình
thốt nước nhỏ ngang đư ng cho nước Cộng Hịa Dân Chủ
Nhân Dân Lào.

C

4: Giải pháp xây dựng cơng trình thốt nước ngang đư ng có

địa hình đặc th ở nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào.

K

ậ

ị

C
T
P

ọ
ệ

m

ả

ã


4
CHƯ NG 1
TỔNG QUAN V ĐẶC ĐI M ĐI U
MẠNG ƯỚI GIAO THÔNG VÀ S

IỆN T

NHI N, T NH H NH

PHÁ HOẠI CÁC CƠNG TR NH

THỐT NƯỚC NHỎ TR N ĐƯỜNG Ơ TƠ Ở NƯỚC
CỘNG HỊA D N CHỦ NH N D N ÀO
Đ c đi m đi u iện đ a h nh và h h u ở ào

1.1.

Nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào là một nước có diện tích tư ng
đối rộng với diện tích 236.800 km2.

ịa hình của Lào chủ yếu là đ i núi cao

chiếm t lệ 70% và đ ng bằng chiếm 30% của diện tích cả nước.
- Đ a h nh: miền núi và cao nguyên chiếm tới h n 3/4 diện tích tự nhiên, cịn l i
là một số v ng đ ng bằng. Nói chung là v ng núi ở Lào có độ cao trung bình
chiếm phần lớn phía

ắc và phía

ơng, đỉnh cao nhất là núi

ịa (2820m), và

một số đỉnh cao khác như: núi Xao (2690m), núi S n (2218m), núi Hu t
(2452m). Núi ở hai tỉnh ông ắc Lào là Xiêng Khoảng - X m Nưa, n i bắt đầu
của dãy núi Trư ng S n ắc. Hướng chung của chúng là

ơng ắc - Tây Nam

nằm tồn bộ ở phía Tây, khơng liền dài và khơng phẳng như ở châu th sơng Mê
Kơng.
-

h h u: khí hậu nhiệt đới gió m a, với 2 m a rõ rệt:
+ Mù m

: bắt đầu từ tháng 05 đến tháng 11, nhiệt độ vào khoảng 30 oC,

mưa khá thư ng xuyên, một vài n m thậm chí bị l lụt tràn dịng sông Mê Kông.
+ Mùa khô: từ tháng 11 đến tháng 04, ít mưa h n và nhiệt độ khoảng 15oC,
v ng núi có th i điểm là 0oC.
- ượng mưa trong năm:
Lượng mưa trung bình hàng n m 3500 mm, lượng mưa phân bố không
đều giữa các v ng và thất thư ng giữa các n m. V ng có lượng mưa cao nhất
như ở cao nguyên o Li Vên từ 3800 mm đến 5000 mm. V ng có lượng mưa
thấp nhất như ở đ ng bằng Viêng Ch n và tỉnh Xa V n Na Khệt chỉ từ 1100 mm


5
đến 1500 mm. Trong m a mưa, lượng mưa tập trung 80% cịn trong m a khơ,
lượng mưa chỉ chiếm khoảng 20% của cả n m.
Theo tr m đo mưa Viêng Ch n cho biết trung bình trong nhiều n m, từ
n m 1900 - 1988 có khoảng 224mm/ngày-đêm và lớn nhất trong chu trình gió
mưa là 400 - 800mm. Nhưng trong n m 1971 số lượng nước mưa nhiều nhất
trong n m là tháng 8 có tới 625mm/ngày-đêm, tháng 9 là 421mm/ngày-đêm.
1.2.

Giới thiệu chung v hệ thống đường ô tô ở ào

1.2.1. G

ớ

ăm 1975

Vấn đề giao thông vận tải liên l c là một trong những vấn đề quan tr ng
nhất mà Lào phải tiếp thu l i di sản của chế độ thuộc địa. Việc khơng có đư ng
sắt và lối thông ra biển c ng như một hệ thống đư ng bộ thống nhất trong cả
nước, sự phân bố không đều các tuyến đư ng theo lãnh th đã kìm hãm sự phát
triển của quan hệ kinh tế giữa những v ng khác nhau trong nước, cản trở sự hình
thành một thị trư ng chung trong tồn quốc và phát triển những quan hệ kinh tế
quốc tế. Chi phí vận chuyển rất cao đã làm t ng thêm giá thành những hàng hoá
lư ng thực và các hàng hố tiêu d ng khác, điều đó đã tác động nghiêm tr ng
đến đ i sống của nhân dân.
Những tuyến đư ng quốc lộ chỉ nối liền các thành phố lớn nhất của đất
nước, trong khi nhiều v ng nông thôn, đặc biệt là v ng miền núi vẫn hoàn toàn
bị cách ly. Trong th i kỳ 1963-1974 độ dài đư ng sá đã t ng từ 4300-7400 km,
trong đó có đư ng rải nhựa t ng từ 1200-2900 km. Song mật độ đư ng bộ ở Lào
vẫn là một trong những mức thấp nhất ở Châu á có 2,6 km/100 km2 lãnh th .
Chỉ có 4 thành phố như: Luông Pha

ang, X m Nửa, Ph ng Xả Ly và

Luông N m Tha đi tới biên giới Thái Lan, Trung Quốc và Việt Nam. Th i kỳ
1965-1974, ở đây đã xây dựng một vài tuyến đư ng rải nhựa, có thể sử dụng
trong bất kỳ m a nào, chúng ch y từ Ph ng Xả Ly đến biên giới phía

ắc và

phía ơng của Lào. ư ng quốc lộ số 13 ch y d c toàn bộ nước Lào từ ắc tới
Nam qua các thành phố Luông Pha ang, Viêng Ch n, Pak S n, Kh m Muôn,
Xa V n Na Khệt, Pak Sê và biên giới C m Pu Chia. Những đo n đư ng ngắn


6
thích hợp cho việc đi l i của ơtơ cả trong m a mưa đã nối liền Viêng Ch n với
Pak S n và Luông Pha ang c ng như đo n nối từ cầu qua sông Mê Kông trên
đất Lào với thành phố Nong Khai trên đất Thái Lan, đ i bộ phận hàng xuất và
nhập khẩu của Lào đi qua đó.
Ngồi ra cịn có 2 nhánh của đư ng số 13 nối liền Lào và Việt Nam qua
các đ o trên dãy núi Trư ng S n.
Giao thông vận tải vốn là một khó kh n ách tắc đối với sự phát triển. Do
điều kiện địa hình, chiến tranh và n ng lực nội t i về kinh tế - xã hội, giao thông
vận tải không được phát triển càng làm cho đất nước l c hậu và trì trệ.

ảng và

Nhà Nước Cộng Hịa Dân Chủ Nhân Dân Lào đã có nhiều nỗ lực trong chính
sách đối nội và đối ngo i để cải thiện c sở h tầng về giao thông vận tải. Tranh
thủ sự viện trợ giúp đỡ của các nước xã hội chủ ngh a.
1.2.2. G

ăm 1975-1985

Giao thơng vận tải có nhiều chuyển biến. Lào đã sửa chữa nâng cấp
đư ng mới với chiều dài 3496 km, trong đó xây dựng đư ng rải nhựa là 1420
km, xây dựng cầu thép (cầu Belley) có 61 cầu dài 1,844 m, cầu bê tông cốt thép
lớn và trung bình có 109 cầu dài 6159.5 m và nhiều cống thốt nước... Tới n m

1985 nước Lào có 12500 km đư ng, trong đó đư ng nhựa 2400 km, đư ng rải
đá d m 3300 km, đư ng cấp phối 6800 km.
1.2.3. G

ăm 1985-2000

Trong giai đo n này ngành giao thông vận tải của Lào đã phát triển một
số tuyến đư ng nối tới nông thôn, v ng sâu, v ng xa, các tuyến đư ng đi ra các
nước láng giềng Việt Nam, Thái Lan, Campuchia, Trung Quốc, các tuyến đư ng
đi tới biển phía ơng Việt Nam và phía Nam Campuchia và một số tuyến đư ng
d c theo biên giới phía Tây Thái Lan. Cải t o và phục h i các tuyến đư ng từ
trung ư ng đến các tỉnh và các tỉnh đi tới một số huyện lỵ (chưa có đư ng). ặc
biệt đã thành công xây dựng đư ng mới trong thủ đô và xây dựng được hai
chiếc cầu lớn vượt qua sông Mê kông Tha
Phôn Thong.

ưa - Nông Khai; Pak Sê - Mư ng


7
1.2.4. G

ọ

ăm 2000-2015

Những n m gần đây, thực hiện chính sách đ i mới, Chính phủ Lào đã tập
trung đầu tư m nh mẽ cho c sở h tầng giao thông vận tải đư ng bộ. Nhiều
tuyến đư ng đã xây dựng mới hoặc nâng cấp theo hướng công nghiệp hoá - hiện
đ i hoá, với tiêu chuẩn kỹ thuật cao, với công nghệ tiên tiến. C sở h tầng giao

thông vận tải được coi là khâu tr ng tâm nên cần phải đi trước một bước, t o
điều kiện thúc đẩy phát triển kinh tế.
ược sự đầu tư của Chính phủ bằng ngu n vốn trong nước, vốn vay của
nước ngoài và các t chức quốc tế, hệ số c sở h tầng đư ng bộ của nước Lào
đã có những bước phát triển đáng kể: xây dựng mới 24000 km trong đó có tuyến
đư ng rải nhựa 3800 km.
Nói chung Lào chưa có hệ thống đư ng bộ hoàn chỉnh như m ng lưới nối
liền giữa các tỉnh, huyện. Giao thông vận tải nội bộ một số tỉnh chưa đảm bảo
cho ơ tơ có thể ch y thơng suốt tỉnh lỵ đến huyện lỵ, giao thông giữa các huyện
và các làng l i càng khó kh n. Hiện nay, hệ thống đư ng ô tô ở Lào chỉ đ t cấp
đư ng III, IV, V.
C n cứ theo bảng thống kê của

ộ Giao thơng và Cơng chính Lào n m

2009 đư ng bộ các lo i có t ng chiều dài 39568 km.
Bảng 1.1: Thống kê đường bộ toàn quốc năm 2009
TT

Kết cấu mặt đư ng

Chiều dài (km)

1

ư ng bê tông

2

ư ng bê tông Asphalt

3

ư ng nhựa

4

ư ng cấp phối

13864

5

ư ng đất

20292

Tổng cộng

34
496
4882

39568


8

Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới đường Quốc lộ CHDCND Lào

9
1.3.

T

ớ
ớ Cộ

Hịa D

C ủN

D

ờ

L

Nước Lào có v ng khí hậu nhiệt đới gió m a, do lượng mưa và khí hậu
trong n m, chủ yếu là một số v ng có lượng mưa lớn và khơng đều trong n m.
Lào có địa hình đ i núi có vách đá cao và m ng lưới giao thơng từ miền

ắc

xuống Nam có tuyến đư ng qua v ng núi, do độ dốc lớn thì lưu lượng nước trên
đỉnh núi chảy xuống nhanh dẫn đến những hư hỏng cơng trình thốt nước trên
đư ng ô tô và làm cho chất lượng của tuyến đư ng không n định theo các m a
trong n m.
Cơng trình thốt nước trên đư ng ơ tơ ở Lào có thiết kế - kỹ thuật cịn

thấp, cơng tác duy tu bảo dưỡng không thư ng xuyên, công tác quản lý và chi
phí cịn h n chế, chưa đáp ứng được kịp th i cho việc duy tu bảo dưỡng đư ng
ô tô ở Lào.
1.3.1. Nhữ

ờ

ặ

ớ

ờ

và nguyên nhân gây ra
Hiện tượng hư hỏng cơng trình thốt nước nhỏ trên đư ng ô tô ở nước
CHDCND Lào xảy trên tất cả các tuyến đư ng đang khai thác. Hậu quả do
chúng để l i thư ng gây ra t n thất lớn, tốn phí nhiều chi phí sửa chữa, khơi
phục, gián đo n giao thông nhiều ngày sau mưa l , đe d a nghiêm tr ng an tồn
giao thơng. ể phục vụ cho luận án NCS đã khảo sát nhiều tuyến đư ng ở nước
CHDCND Lào như: đư ng 1D, đư ng số 1J, đư ng số 2E, đư ng số 4A, đư ng
số 7, đư ng số 8, đư ng số 12... Các kết quả khảo sát NCS đã trình bày chi tiết ở
báo cáo chuyên đề : Sự phá hoại các cơng trình thốt nước nhỏ trên đường ô tô
của nước CHDCND Lào và các nguyên nhân gây ra. Dưới đây NCS xin tóm tắt
một số hư hỏng điển hình liên quan trực tiếp đến những vấn đề trong nội dung
của luận án.
1. Hư hỏng rãnh thoát nước
Rãnh thốt nước đóng vai trị quan tr ng đảm bảo chất lượng khai thác
các đư ng ô tô t i Lào, lượng mưa hàng n m lớn, địa hình dốc, nếu khơng có

10
rãnh nền mặt đư ng bị phá ho i rất nhanh (xem hình 1.2A). Tuy vậy, rãnh thốt
nước rất hay bị hư hỏng, d ng hư hỏng đặc trưng (xem hình 1.2B). T i đây đo n
rãnh thượng lưu bị b i lấp, đo n cuối rãnh bị xói rất sâu, ph m vi xói t ng dần
theo th i gian, ta luy rãnh c ng bị xói, phá ho i một phần nền đư ng. Nguyên
nhân hư hỏng là do xác định lưu lượng thiết kế không đúng (chiều dài rãnh quá
dài) và chủ yếu do cấu t o rãnh không đúng, làm t ng vận tốc nước chảy ở cuối
rãnh. Nếu cấu t o rãnh theo hình thức bậc nước nhiều cấp (nội dung nghiên cứu
ở chư ng 2) thì hiện tượng hư hỏng này sẽ được khắc phục.

Hình 1.2A: Hư hỏng nền, mặt đường do

Hình 1.2B: Hư hỏng rãnh thoát nước

thiếu rãnh thoát nước

tuyến đường số 8 tại km 43+500

2. Hư hỏng thượng lưu và h lưu cơng trình cống thóat nước
Ngun nhân: do độ dốc của lòng suối lớn, tốc độ dòng chảy lớn th i gian
l nhanh.

ộ dốc đặt cống khơng thích hợp. Hai yếu tố này làm thay đ i quá

nhiều vận tốc nước vào và ra khỏi cống. Khắc phục nó giải pháp hữu hiệu là làm
cống dốc kết hợp với cấu t o bậc nước nhiều cấp (nội dung nghiên cứu ở
chư ng 2).


11

Hình 1.3A: Hư hỏng thượng lưu cống

Hình 1.3B: Hư hỏng hạ lưu cống

Hình 1.3C: Hậu quả của hiện tượng

Hình 1.3D: Hậu quả xói hạ lưu làm

xói hạ lưu cống, nền đường bị cắt đứt

đứt cả mặt đường nhựa tuyến đường
4A tại km 55+200

3. Hư hỏng xói lở thân cống, nền đư ng t i vị trí cống bị cắt đứt
Nguyên nhân: do lưu lượng nước chảy quá lớn, thiết kế khẩu độ cống
khơng thích hợp (khơng đủ khả n ng thoát nước). Khi mưa l một phần lớn
lượng nước tràn trên nền đư ng, gây xói và cắt đứt nền đư ng t i vị trí cống.
Cống bị phá hủy hoàn toàn. Khắc phục hiện tượng này phải chủ ý đến phư ng
pháp xác định lưu lượng nước thiết kế và các công thức xác định khẩu độ cống
(nội dung trình bày trong chư ng 4).

Hình 1.4: Sự phá hoại cống do đất nền đường bị xói mịn