Doctoral thesis summary: Research proposed design mothod and construction to improve the quality of small drainage works on the road inLao People''s Democratic Republic

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INSTRODUCTION
1. Reason of research selecting 
Lao   People’s   Democratic   Republic   is   on   the   way   of 
modernization. The road networks is being renovated, upgraded and 
construction   to   serve   the   development   needed   of   the   country.   In 
recent   years,   Lao   Party   and   the   State   attach   importance   to   the 
construction   of   infrastructure.   Which   they   have   focused   on 
constructing and developing road network, especially roads.
When constructing road, we have special attention on small 
drainage   works   across   it,   although   it   is   not   large   proportion 
compared with others, but the possibility of flood drainage of small 
drainage works and influence are directly related to the life of the  
pavement, roadbed and other structures on the road.
Laos is located in the tropical monsoon climate, rainfall and 
climate   conditioning   in   the   year,   but   some   areas   have   large   and 
irregular rainfall. Laos has hilly terrain with high cliffs and network 
traffic from north to south through the mountainous route, because of 
high slope, the volume of water flow on the peak of the mountain 
flow down quickly lead to damage the samall drainage works and 
make the quality of roads is not stable over the seasons. One of the 
important reasons is the method of hydraulic calculation for small 
drainage works and a large selection of the dangerous state of the the 
road construction is irrational. To improve drainage capability across 
roads need to study some hydraulic computational problems such as: 
hydraulic   calculation   of   water   level   and   water   slopes,   estimating 
hydraulic of step cascade and steep slope, scour at culvert outlets and 
calculated velocity of soil scouring at culvert outlets. All these issues 
that   involve   to   the   research   methods   to   designed   and   increase 
possibility of flood drainage for small drainage works.

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In   Laos,   do   not   have   the   design   method   of   hydraulic 
calculations of drainage works yet, we currently use foreign methods 
such   as   (Europe,   America,   Vietnam)   for   natural   environment 
conditions and climate in Laos. 
In   fact   we   need   further   research   on   this   issue.   With 
qualification   and   experience   of   the   scientists   ­   Vietnamese 
techniques can help me a lot on my research. So that, Government 
Lao   send   me   to   research   this   topic:  “Research   proposed   design  
mothod and construction to improve the quality of small drainage  
works on the road in Lao People's Democratic Republic”.
2. Purpose of the research
The   thesis   is   focused   on   hydraulic   calculation   of   small 
drainage works across of road such as: (step cascades,  steep slope, 
velocity   of   soil   scouring   at   culvert   outlets   and   scour   at   culvert 
outlets).   So   that,   Proposed   solutions  and   selection   methods  to 
reinforced   or   choose the mitigating energy method  relevant  with 
downstream   culverts   on   the   roads.   And   find   solutions   for   small 
drainage works across the road with terrain characteristics matching 
the natural environment conditions and climate in Laos.
3. scope of the reseach
The scope of the research is the calculate the hydraulic for 
small drainage works across the road in Laos.
4. 
Research Methodology
5. 

Research methodology combines empirical theory.
Structure of the thesis

Thesis   presented   in   166   pages   and   04   chapters,
Conclusions,   Recommendations   subsequent   research,   References
and Appendixs.


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CHAPTER   1:   OVERVIEW   THE   CHARACTERISTICS 
NATURAL CONDITIONS,  ROAD   NETWORKS   AND   THE 
DESTRUCTION OF SMALL DRAINAGE SYSTEMS ON THE 
ROAD IN LAO P.D.R
1.1.

Features of terrain conditions and climate in Laos
Lao   People’s   Democratic   Republic   is   a   country   with 

relatively area of 236,800 km2. The terrain of Laos mainly rolling 
terrain with 70% and 30% of flat terrain.
­   Topography:   mountains   and   highlands   make   over   3/4   of   the 
natural area, the rest are flat terrain. Generally the mountains in Laos 
with an average elevation on the north and east, the highest peak is 
Mount Bịa (2820m), and some other high peaks such as Mount Xao  
(2690m),   Hunting   mountain   (2218m)   mountain   Huat   (2452m). 
Mountain in Northeast Provinces Xieng Khouang Laos ­ Tattooing 
Nua, which begins north of the Truong Son mountain range. Their 
general direction is northeast ­ southwest lies the entire West, not 
consecutive long and flat as in Mekong Delta.
­ Climate: tropical monsoon climate, with two seasons:
 + Rainy season: starting from May to November, The temperature is 
about 30oC, rain fall quite often, and there are some flooded overflow 

the Mekong river after several years.
+ Dry season: from November to April, less rain and temperature is 
about 15oC, Mountains sometime is 0°C.
1.2. Introduction of the road network systems in Laos
1.2.1. Period before 1975
1.2.2. Period 1975­1985
1.2.3. Period 1985­2000
1.2.4. Period 2000­2015


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In Laos there is not yet have a complete road network systems 
to connecting between provinces and districts. The Internal transport 
to   some   provinces   still   cannot   let   the   car   drive   smoothly   to   the 
provincial capital, and between districts, and to the villages are more 
difficult. Now, the road network systems in Laos is only have grade 
III, IV and V.
1.3.   Depravity   of   small   drainage   works   on   the   roads   in   Lao 
P.D.R
Laos has the tropical monsoon climate, cause of rainfall and 
climate in year, mainly some areas with lots of rain and some areas 
with irregular rainfall over the year. Laos has hilly terrain with high 
cliffs   and   road   network   systems   from   north   to   south   through   the 
mountainous route, due to the high slopes, volume of water on the 
peak   of   the   mountain   flow   down   quickly,   resulting   to   damaged 
drainage system on roads and makes the quality is not stable over the 
seasons.
Drainage systems on the roads in Laos have designed with low 
technical, and need maintenance infrequently, with the management 
and maintenance fee are limited, so it may not yet maintenance in 

time for roads in Laos.
1.3.1. Common failures of drainage systems on the roads and cause
of failures
Phenomenon damaged small drainage works on the roads in 
Lao P.D.R occurred on all the routes are exploited. Consequently, as 
they   so   often   cause   large   losses,   costs,   repair.   To   serve   thesis 
explored many roads and servey in Lao P.D.R: road No.1D, 1J, 2E, 
4A, 7, 8, 12...The survey results were presented detailed in thematic 
reports:  The   destructive   small   drainage   works   on   roads   in   Lao  
People's   Democratic   Republic   and   the   cause.   In   here   summarize 


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some typical damages directly related to the issues in the content of 
the thesis.
1. Damaged drains (hình 1.2A và 1.2B);
2.  Damage   upstream   and   downstream   of   culvert  (hình   1.3A, 
13B, 13C và 13D);
3. Damage erosion of culvert body (hình 1.4);
4. Damaged joints of culvert (hình 1.5);
5. Deposition soil, sand in culvert (hình 1.6A và 1.6B).
1.3.2. The situation applies structural drainage works in Laos
During the construction and development of transportation 
network systems, we research for shapes of culverts structures and 
small bridges on the roads, and also make new research to improve 
the   quality   of   construction,   easy   to   maintenances,   lower   fee,   and 
ensuring   the   quality   and   safety   for   cars   driving   on   the   mountain 
roads.
Generally these small drainage structures (culverts and small 
bridges) have been applied on the roads in Laos, such as: reinforced 

concrete pipe culvert, reinforced concrete box culverts, steel culverts, 
ditch on 2 side of roads, reinforced concrete bridge etc...
Currently, we not yet have research and technical solutions 
to handle the drainage structures in Laos. When the damaged roads 
sections occur, we will have organization to repairs, and choose a 
certain solutions suitable to the actual damages and depending on the 
professional competencies and experience of construction unit.
1.4. Conclusion chapter 1
After studying, the researcher have some necessary problem 
and some important conclusions below related the objectives of the 
thesis:


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1. Develop and maintain road network systems to serve the 
develop economy of Laos, the Lao Party and State were identified as 
a key task, lots of roads will be built and renovated in future. For the 
construction road works effectively need to improve the quality of 
construction. Tasks to improve quality of road construction should 
start at the planning stage to design. This thesis wants to participate 
in the first  stage  above  with  the  aim  of  improving the  quality of 
construction to extend the level service life of the project and ensure 
the quality.
2. Together with colleagues, the researcher have reviewed 
some main roads systems as mentioned above with a very common 
failure on the destructive road at positions of drainage structures like 
small bridges and culverts. Depending on varied of destructive forms 
but   the   most   common   failures   are   road­bed,   pavements   at   the 
location   of   erosion,   scour   at   the   culvert   outlets.   This   destructive 
pattern   is   absolutely   cause   of   forecast   hydrological   work   and 

hydraulic modeling calculation are not suitable,    resulting the water 
speed, water pressure on the pavement is too strong that can damage 
road construction and reduced security of safety traffic. 
These   predictions   explain   the   thesis   that   focused   on   hydraulic 
calculation for small drainage systems. Thus, hope that later road less 
swept away by water, less culverts damage, and less bridges damage 
after flood season. This destructive pattern is different from bridges 
collapsed or culverts failures under the impact of vehicle weight and 
embankment weight itself. These types of failures are caused by poor 
construction quality, this thesis does not solve that problem. 
3. Climatic conditions, temperature, rain and wind are very 
harsh.   Later   when   applying   the   general   formula   for   hydraulic 


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calculation   for   small   drainage   systems   across   the   road   needed 
attention to this characteristic. But this is a very complex problem 
requires  more  research,  and more construction experience.   So my 
thesis wanted to have the general granted theory and experience of 
scientists, technicians to achieved with desire problems are resolved 
more quickly.
To   response  the  objectives   and  contents   of   the   thesis,   the 
following issues will be studied in the next chapter:
a. The main contents of hydraulic calculation of pooled step 
cascade,   hydraulic   resistance   at   steep   slope,   scouring   of   the 
downstream river bed and scour at culvert outlets of small drainage 
works across the road;
b. Research proposed design method of hydraulic calculation 
for   small   drainage   structures   across   the   roads   in   Lao   People’s 
Democratic Republic.

c.   Construction   solution   for   small   drainage   works   across 
specific terrain in Lao People’s Democratic Republic.
CHAPTER   2:   OVERVIEW   OF   HYDRAULIC   PROPERTIES 
WITH   POOLED   STEP   CASCADES,   HYDRAULIC 
RESISTANCE   AT   STEEP   SLOP   SCOURING   OF   THE 
DOWNSTREAM   RIVER   BED   AND   SCOUR   AT   CULVERT 
OUTLETS  OF  SMALL  DRAINAGE WORKS  ACROSS  THE 
ROAD
2.1. Overview of hydraulic properties with pooled step cascades 
in hydraulic type stilling basin
2.1.1. The studies hydraulic property of pooled step cascades
Pooled step cascades were studied by lots of authors with 
different   approach like:  Velocity  coefficient   for  rectangular   cross­


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sections of the water layer of (Alekxeev IU.S, 1965), the forms of 
flow current through the step cascades of (IU.M Konstantinov, 1966, 
1969),   the   speed   and   depth   of   flow   on   upstream   of   (Popov   VN, 
1957)... 
Pooled   step   cascades   include   many   step   cascades   link 
together   in   serial   with   cascade   types   are   applied   for   the   rolling 
terrain,   to   reduce   volume   of   earthworks,   less   environmental 
destruction.   Thus,   each   step   cascade   must   be   calculated   for   the 
minimum length of hydraulic properties, while ensuring the specific 
terrain conditions that is the average local slope must be satisfied: 
Scb=∑Pi/∑Li [5]. 
When   calculate   pooled   step   cascades,   we   often   only 
calculate   first   cascade   and   second   cascade,   the   next   cascade   is 
calculated as second cascade, the last cascade we calculate include 

the   influence   of   water   current   on   downstream   flow,   usually   in 
hydraulic type stilling basin.
2.1.2.   The formulas  for  hydraulic  pooled  step cascades   in basin  
type
2.1.2.1. Determine the length of the water fall in the step cascade 
inlets [5]
Length   of   water   fall   in   the   rectangular   channel   can   be 
calculated by the formula [5].
2.1.2.2. Length of water fall along the water current at stepped weir 
[5]
Water current flow on  stepped weir  when the cascades are 
not flooded include two parts are the free fall part in the air and  
nother submerged on stepped weir can be determined according the 
research of (Kostantinov IU.M, 1988) [80].


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­ For the rectangular section:
Pavlovski N.N

(2.9)   
        
Chertouxov M.D     (trung bình) 
(2.10)
   
   or         
(2.10a)
        
Bradley and Peterka    (2.11)
  

Ohtsu et al
         
(2.12)
2.1.2.3. Experimental study on the inlet cascades hydraulic jump [5]
Figures measure pressure changes along the depth  at inlets, 
according to research (Rajaratnam and Muralidha, 1968) [54]. Excess 
pressure at the top and bottom water flow is zero, in the scope which 
value of curvature is greater than atmospheric pressure, but always 
less than the statically hydrostatic pressure.
Research and semi experimental indicated h b / hc = 0715 for 
rectangular sections.
2.1.2.4. Determine the depth on narrowing sectional [2], [5]
Depth on narrowing sectional on stepped weir determined by 
the   equation   of   (Bernoulli)   for   the   cross   upstream   channel   and 
narrowed section on stepped weir for rectangular sections.
Eo=hch+(q2/2g 2h2ch)

(2.14)

1). Research of (Agroskin I.I, 1964) [2], [5]:
q= hch(2g(Eo­hch))0.5
For:  ch=hch/Eo and 

2ch

(2.18)

=h2ch/Eo

F( ch)=q/( E3/2o)

(2.19)

Through   the   relations   of   function  F( ch)=q/( E3/2o) 
corresponding   to   the   coefficients   ratio   value   of   different   speed 
(Appendix   1)   we   can   calculate    and     corresponding   coefficients 
ratio .
2). Research of (Rakhamanov A.N) [5]:


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Using equation (2.14) write the equation in the form of ratio 
relative to the critical depth :
Eo/hc=(hch/hc)+(1/2 2)(hc/hch)3
For: 

Eo

=Eo/hc; 

ch

=hch/hc and 

2ch

(2.20)

=h2ch/hc

Relationship   curve   between   ,     with     corresponding 
coefficients ratio  (Appendix 2).
 
2.1.2.5. Calculated depth of stilling basin [5]
Determine depth of stilling basin can follow the diagrams of 
(Chertouxov M.D, 1962) that diagrams have built through relations 
between  z=f(

, ) (Appendix 3).

Eo

The graph shows the value d corresponding to the hydraulic 
jump in place determined by the formula (2.32) as follows:
d=

h ­Eo

Eo c

(2.32)

Research of (Detlef Aigner) [23]:
Calculated the pooled step cascades at hydraulic type stilling 
basin [23] by known flow unit     and step cascade height   can find 
tg =P/L, after that find the relation between p t/P with hc/P and can 
calculate the size of pooled step cascade such as: height of stilling 
wall, length of step cascade ...
2.1.3. Evaluation of hydraulic type stilling basin
This   study,   authors   focused   on   solving   equations   to   find 

depth of narrow section on the stepped weir, large combines depth of 
hydraulic jump with the depth of narrow section  on stepped weir is, 
calculate  wall   height  of  pooled step  cascade  and  depth  of   stilling 
basin   on   final   cascade   follow   the   analysis   method   and   numerical 
method, charting to define the relationship between p t/hc  with P/hc 
and Lbc/hc with P/hc define pt and Lbc.
2.2. Overview of research on hydraulic resistance at steep slope


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2.2.1. The studies related to hydraulic resistance at steep slope [5]
Calculated  hydraulic at  steep  slope,  are  divided  into  three 
sections:   culvert   inlets,   steep   slope   and   culvert   outlets   sections 
(Figure 2.7).
2.2.1.1. Calculate culvert inlets hydraulic at stepped chutes
bb=Q/(m(2g)0.5(Ho3/2))

(2.40)

2.2.1.2. Calculate steeped slopes hydraulic
Slopes length:

Ld=(P2+L2)0.5

(2.41)

Slopes of water slopes:

id=P/Ld

(2.42)

Flow modulus of channel:

Ko=Q/(id)

0.5

(2.43)

2.2.1.3. Calculate culvert outlets hydraulic at steep slope
h2=(h21+2h3c(1/h1­1/hcr))0.5

(2.44)

2.2.2. The issue of hydraulic resistance calculation of steep slope
To determine the flow ability of drainage structures across 
the   road   such   as   culverts,   steep   slope,   step   cascades   are   also 
important to determine the correct average speed of water current 
and   correspondent   of   flow   volume,   speed   and   volume   of   water 
current depends on defining  resistance friction coefficient f , (Darcy­
Weisbach) [79].
1). Research of (Pavlovski N.N) [79]:
Define Sedi factor used for 0.1C=(1/n)Ry

(2.49)

Exponent

 
In fact, sometimes calculate with values y in constant, often 
taking y=1/6.
2).  Research   of   (Aivazian,   1977,   1984,   1985,   1987,   1992, 
1996, 2001) [73], [74], [75], [76], [77]
f=a+bixRy

(2.51)


­ 12 ­
Analysis results for calculating the coefficient f in concrete 
bed (Kosichenko IU.M, 08/1993) [81]:
a) For uniform flow (Fr<1):
fe=0.245/Re0.158

(2.52)

b) For tumbling flow (Fr>1):
fx=0.0187Re0.0384

(2.53)

2.2.3. The Issues should be studied
This research focused on analysis of f coefficient in concrete 
bed   through   the   use   of   real   data   [73],   [74],   [75],   [76],   [77],   in 
(appendix 5) [89].
2.3. Overview of oil scouring at bottom of flow current
2.3.1. The gained issue
Now, have 4 research ways of startup soil scouring: 

1.  Velocity  of  soil  scouring,  which puts  relations  between 
soil   diameter  d  and   velocity   of   soil   scouring   or   medium 
velocity at bottom of flow current to make the soil elements 
moved.
2. Lift force, which lift the soil elements excess of itself­
weight of the soil in water current.
3.   Critical   stress,   which   is   based   on   the   perception   of 
tangential force applied to the soil elements at the bottom of 
the flow current, is the main cause the soil elements moved.
4.  Probability method is applied to solve problems.
2.3.1.1. Velocity of soil elements
2.3.1.2. Perceptions about lift force impact on soil elements Py
2.3.1.3. Tangential stress of flow current
2.3.1.4. Probability method
2.3.2. Reviews


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In this study, the authors want to show out a simple model for 
uniform   sand   elements   are   impact   with   hydrodynamic   forces   and 
move by sliding along the flow, account to the turbulent regime and 
pulsating flow velocity under law of  and using the results of recent 
studies.
2.4. Overview of researches on scour at culvert outlets on small 
drainage works across the road
2.4.1. Studies concerning the scour at culvert outlets and scour at  
small bridge
Research of (Andreev O.V, 1963):
(2.74)
2.4.2. The issue should be studied

Authors studied the issue using equation for momentum change to 
settle the theoretical calculation formula for scour at culvert outlets, 
small bridges to compare and check the results of experiments over.
2.5. Conclusion Chapter 2
Chapter   2   has   overview   of   research   on   the   pooled   step 
cascades,   hydraulic   resistance   on   the   steep   slope,   scouring   of   the 
downstream river bed and scour at culvert outlets of small drainage 
structures   across   the   road,   research   to   choose   the   formula   for 
hydraulic calculation of small drainage works across the road.
CHAPTER   3:   RESEARCH   PROPOSED   DESIGN   METHOD 
AND   CONSTRUCTED   TO   IMPROVE   THE   QUALITY   OF 
SMALL DRAINAGE WORKS ON ROADS IN LAO PEOPLE’S 
DEMOCRATIC REPUBLIC
3.1. Theoretical hydraulic calculation for drainage works across 
the road


­ 14 ­
As described in Chapter 2 we have the following theory to 
calculate hydraulic for small drainage structures across the road:
3.1.1. Calculate pooled step cascades
3.3.1.1. Determining the depth of pooled step cascades 
(3.1)
3.1.1.2. Determining the narrowing length of stepped weir 
Write the Bernoulli equation through two sections (1­1) and 
(c­c) Compare section and write equation like (Figure 3.3).
(3.2)
3.1.1.3. Calculated the height of stilling wall of stepped chutes 
pt= h2ch­H1

(3.8)

3.1.1.4. Combined stilling basin
To   have  hydraulic  jump   submerged  in  basin   (Figure   3.5), 
stilling basin depth should add from 5% to 10% (), we have:
(3.11)
3.1.1.5. Cac b
́ ươc chi tiêt tinh bâc n
́
́ ́
̣ ước nhiêu câp dang bê tiêu năng
̀ ́ ̣
̉
3.1.2.  Steep slope
Hydraulic Calculations of steep slope as outlined in Chapter 2. So 
hydraulic resistance coefficient can be in general form, for a specific 
type in steady flow regime using dimensional equation, we have:
(3.15)
where:

gravitational constant;
 ­ 
 ­ absolute roughness;
 ­ 

hydraulic radius

 ­ reynolds number
 ­ froude number

­ 15 ­
3.1.3.

Scour at culvert outlets

3.1.3. Scour at culvert outlets
3.1.3.1. Determine velocity of scouring of downstream river bed
3.1.3.2. Momentum equation of steady flow
3.2. Research drawing chart to determine pooled step cascades 
and resistance in steep slope
3.2.1. Hydraulic calculation of pooled step cascades in rectangular  
cross section at hydraulic type stilling basin
3.2.1.1. Calculation steps for pooled step cascades by Excel 
3.2.1.2. Solving step cascades calculated by Excel
Hydraulic   calculation   for   pooled   step   cascades   with 
discharge per unit width of the crest overfall is  when step cascades 
height are , slopes between upstream and downstream is  and .
3.2.1.3.  Bluding diagram  to calculate  the  pooled step cascades  by 
relation between discharge per unit width of the crest overfall   and 
step cascades height  on excel program (Figure­3.15)

Hình: 3.15
(3.24)
 (3.25)
3.2.2. Calculate hydraulic steep slope


­ 16 ­
3.2.2.1. Building the relation experimental of hydraulic resistance f

To   see   more   clearly   the   change   of   resistance   coefficient 
between tumbling flow and uniform flow, the author uses the actual 
data (table PL5.1, appendix 5) [89] and build relations between the f 
and Re as (Figure 3.16 and Figure 3.19 ).

Figure 3.16

Figure 3.19
3.2.2.2. Conclusion  Building the relation experimental of hydraulic 
resistance f
For trapezoidal section: 
fHTH=0.0182Re0.0381

(3.26a)

For rectangular section:
fCN=0.00045Re0.3123

(3.26b)

3.3. Research velocity of scouring of the downstream riverbed 
and scour at the culvert outlet for drainage structures across the 
road with for cohesionless soil 


­ 17 ­
3.3.1. Calculate velocity of scouring on the downstream river bed  
and average velocity for flow current on cohesionless soil
 3.3.1.1. Build equation [6], [7], [8], [87]
(3.35)

3.3.1.2. The result of the velocity scouring of downstream reverbed
Velocity scouring of downstream reverbed, equation (3.35) 
was compared with formulations of Goncharov and [6] for the soil 
dimensions   (table 3.6). 
Table 3.6. The result of  velocity with no scouring of 
downstream reverbed
Author

Goncharov

[6]

1

0.140

0.136

0.20

2.5

0.222

0.215

0.25

5

0.313

0.304

0.35

10

0.443

0.430

0.50

15

0.543

0.527

0.60

25

0.701

0.680

0.80

40

0.886

0.860

1.00

75

1.213

1.180

1.35

3.3.2. Estimating scour at culvert outlets of drainage works across 
         on road
3.3.2.1. Scour culvert outlets at downstream for momentum equations 
of uniform flow [7]
For  culvert   under  the   road,  if   there   is  not  enough 
reinforcement  length,   erosion   scour   hole   will  occurred  and  flow 
structure is shown in (Figure 3.21).


­ 18 ­
(3.55)
3.3.2.2.  Scour   culvert   outlets   at   downstream   for   Federal  Highway 
Administration (FHWA)  [7], [86], [88]
(3.58)

where:

 ­ depth of scour (m);
 ­ width of scour (m);
 ­ length of scour (m);
 ­ volume of scour (m);
 ­ hydraulic radius at the end of the culvert 
(assuming full flow)
 ­ discharge ; 
 ­ acceleration of gravity 9,81 ;
  ­ thời gian lũ (phút);
 ­ material standard deviation;
, và  ­ are coefficients (bảng 3.7);
 ­  drop height adjustment coefficient (bảng 3.8)

 ­  slope correction coefficient (bảng 3.9);
3.3.2.3. Scour culvert outlets at downstream for HY­8 software  [85] 
HY8 is a Window interactive program with a DOS engine 
that allows the user to : 
­ Design and analyze a culvert or a system of culvert. 
­ Consider and analyze roadway overtopping. 
­ Generate and route hydrographs through a culvert. 
­ Design and analyze energy dissipators.
3.3.3.  Apply formula for calculate Scour culvert outlets for small  
drainage structures across on road.


­ 19 ­
3.3.3.1. Introduction of the regional natural conditions routes
Through   the   current   state   of   construction   and   analysis   on 

failure   cause   to   ensure   drainages   are   stable,   the   author   will   offer 
method   to   repair   the   downstream   culvert   outlets   by   calculating 
erosion method of (Andreev OV),  equation  (2.74) and momentum 
equations for uniform flow [7] and check with HY­8 software [85].
3.3.3.2. Research results achieved
Table 3.10. The result of calculate scour culvert outlets with HY­8 
software at two culverts placement (Appendix 10 and Appendix 11)
Station
km 0+934.43
km 5+500.00

Diameter
D (m)
1.00
1.50

Scour hole Dimensions
Depth
Width
Length
hx (m)
Bx (m)
Lx (m)
0.961
5.345
4.607
2.194
13.076
10.723

Volume
 (m)
17.713
193.817

Table 3.11. The result of calculate scour culvert outlets with Federal 
Highway Administration (FHWA) at two culverts placement (Appendix 12 

Station
km 0+934.43
km 5+500.00

and Appendix 13)
Scour hole Dimensions
Diameter
Depth
Width
Length
D (m)
hx (m)
Bx (m)
Lx (m)
1.00
0.792
3.808
6.007
1.50
1.798
10.358
13.238

Volume
 (m)
12.427
144.122

Table 3.12: Summary results for depth of scour
Calculation method
Depth of scour
Depth of scour 
 km 0+934.43
km 5+500.00
Reinforced, equation (2.74)
0.49 (m)
1.63 (m)
Not reinforced, equation (2.74)
0.98 (m)
2.82 (m)
Momentum equations [7] (Appendix 
0.76 (m)
1.51 (m)
15 and Appendix 16)
HY­8 software [85] (Appendix 10 
0.961 (m)
2.194 (m)
and Appendix 11)
Federal Highway Administration 
0.792 (m)
1.798 (m)
(FHWA)  [7], [86], [88] (Appendix 

12 and Appendix 13)


­ 20 ­
3.4. Conclusion Chapter 3
After studying and analyzing specific calculations above, it 
is   possible   to   apply   the   formula   to   calculate   for   small   drainage 
structures in Laos. When we use it, we needs to pay attention on the  
limitations  of   each  method described in the  comment  section and 
conclusions.
CHAPTER   4:   CONSTRUCTION   SOLUTIONS   FOR   SMALL 
DRAINAGE   WORKS   ON   THE   ROAD   WITH   SPECIFIC 
TERRAIN IN LAO PEOPLE’S DEMOCRATIC REPUBLIC
4.1. Hydrographic surveys and can be applied to design drainage 
works in Lao P.D.R
4.1.1.   Content   hydrographic   survey   work   to   design   drainage  
systems
4.1.2.   The   hydrological   calculation   methods   can   be   applied   to  
design small drainage system in Laos
4.1.2.1. Methods for determination of water flow in Laos
(4.1)
where:

Q  ­ Peak discharge,  m 3 / s ;

I  ­  rainfall intensity,  mm / h ;
2
A  ­ drainage area,  km ;
C  ­ rational method runoff coefficient, (bảng 4.1).

4.1.2.2. Methods for determination of water flow of Design Institute 
of Transport Science and Technology in Vietnam [1], [9]
where:

(4.4)
Q P ­ design flow at frequency P%;
H P ­ calculated daily rainfall at the frequency P%, 


­ 21 ­
  ­  flow coefficient with regard to the amount of 
lost rain water, daily rainfall  H P  and catchment area 
F;
AP ­  relative   flood   peak   flow   module   at   the 
frequency 
­ factor with regard to effects of ponds, lakes, and 
swamps (table 4.2);
F ­ catchment area, km2;
4.1.2.3. Methods for determination of water flow of  Prof. Ph.D of 
Science. Nguyen Xuan Truc [9]
(4.11)
  ­  flow   reduction   coefficient   depending   on   the 
basin area (table 4.5); 
ap
 ­ calculated rainfall intensity, mm/ph. 

where:

4.2. Solutions for pavement drainage and cross drainage 
4.2.1. General principles

4.2.2. Pavement surface drainage and drainage across the road
4.2.2.1. Selection of steep slope
4.2.2.2. Selection of pooled step cascade
4.2.2.3. Selection of drainage structures 
4.3.3. Strengthen method for upstream structures 
When designing to drain water into the slope we  need to 
take notice:
1. To make the water flow into the drain smoothly. If the 
stream is too crooked, we must handle the flow and warranty with 
no sinuous flow, not shorten the inlets structures.
2. The length of flume section need to excavate to irrigation 
streams of water into the drain as short as possible. If the geology of 


­ 22 ­
the flume on upstream is porous soil type, we are not recommended 
to excavate the flume to avoid the water stream damage roadbed.
3.   If   the   culvert   is   located   on   bedrock,   based   on   terrain 
conditions to handles entrance. Slope in cutting section at upstream 
usually take from 1.0: 1.0 or 1.0: 2.0.
4. When the flume at upstream are small gravel stone, they 
must built a small retaining wall to protect the slices segment at the 
culvert outlets.
4.3.4. Strengthen method for downstream structures
4.3.4.1. Some cause to result downstream structures failures
4.3.4.2.   Handling   method   to   against   erosion   on   downstream 
structures
CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
On the basis of the research results presented in Chapters 1, 
2, 3, 4, we have some conclusions and propose below:

I. REVIEW OF CONTRIBUTIONS TO THE DEVELOPMENT
    OF SCIENCE AND PRACTICE OF THE THESIS
Thesis has made a small contribution to the development and 
practice below:
1).   Failure of  drainage  systems  on  the  roads  in  Laos,  is  common 
phenomenon failure of the road, presented in chapter 1. Damage of 
small drainage structures are very serious to impact the traffic and 
causing economic losses. To Improving the quality of service ability 
of small drainage works on road is a real demand and have great 
significance for economic and technical assistance to the Lao.  To 
process   to   build   high   quality   road,   to   make   the   economic 
development for country.


­ 23 ­
2). To improve the service ability of the drainage  works  on  roads, 
need   to   improve   the   basic   construction   design:   construction   and 
inspection   of   the   construction   process,   damage   failures   survey   of 
small drainage  systems  presented in Chapter 1. We found that, the 
main reason causing damage are the selected structures is not the 
right   structures   type,   right   spans.   These   causes   occur   during   the 
design process was no survey methods for flow current, for select the 
location of structures, for selected hydraulic calculation methods for 
the particular type of structures.
3).   In   terms   of   hydraulic,   The   research   focused   on   hydraulic 
calculation methods for common projects and should use hydraulic 
type stilling basin widely in Laos.
4).   When   hydraulic   calculations   of   pooled   step   cascades   the 
variability  data  of   water   flows   with  different   height   step,   we   can 
build chart to determine pooled step cascades, equation: 

(3.24)
 (3.25)
5).   Research   hydraulic   resistance   steep   slope,   the   research   results 
indicate, equation:
For trapezoidal section: 
fHTH=0.0182Re0.0381

(3.26a)

For rectangular section:
fCN=0.00045Re0.3123

(3.26b)

6).   Research   velocity   of   scouring   on   the   downstream   river   bed, 
equation:
 (3.35)


­ 24 ­
7). In terms of hydrology as presented in Chapter 4, we see that in 
Laos should choose hydrological calculation method such as rainfall 
intensity method of Laos and (22 TCN 220­95) Vietnam. Then select 
the highest flow values to design.
8). The types of structures and their structural detail in chapter 4, we 
recommend using with the purpose of improving the service quality 
of the drainage systems in Laos.
9). For better serve to product and scientific development, we should 
draw relative length charts of stepped weir and relative wall height to 
find the  wall   height  and  length of  the stepped  weir,  allowing  the 

designer   can   use,   consult   and   compare   the   results   with   other 
formulations for use in the design process in Laos.
10). Survey checks, using HY­8 software to calculate depth of scour 
in the different geological conditions. Ensure for quick calculation 
and reliable results on erosion such as: width of scour bx, length of 
scour   Lx   and   volume   of   scour   .   Help   to   strengthen   downstream 
accurately,   saving   fee,   and   also   can   predict   fairly   accurately   the 
actual operational status of structures.
II. NEXT RESEARCH PLANS 
Study in essence, cause erosion on downstream culverts and 
small bridges on roads. Based on the experimental data with multi 
case, then use the mathematical method to calculate the different data 
in different structures.