Đồ án Thiết kế kỹ thuật, tổ chức thi công đoạn tuyến Km2+700–Km3+700 Buôn Đrai EAhleo - Đắc Lắk

Ch­¬ng 4 - ThiÕt kÕ tho¸t n­íc N­íc lu«n ®­îc coi lµ “kÎ thï sè 1 cña ®­êng”. N­íc x©m nhËp vµo nÒn ®­êng lµm cho nÒn ®­êng bÞ Èm ­ít, c­êng ®é cña nÒn ®­êng bÞ gi¶m xuèng nhanh vµ ®­êng nhanh chãng bÞ h­ háng. N­íc cã thÓ x©m nhËp vµo nÒn ®­êng tõ nhiÒu nguån kh¸c nhau: n­íc mÆt (n­íc m­a, n­íc ®äng 2 bªn taluy ®­êng), n­íc ngÇm ( n­íc tõ phÝa d­íi x©m nhËp vµo nÒn ®­êng). C¶ hai nguån n­íc trªn ®Òu cÇn ph¶i ®­îc xem xÐt mét c¸ch kü l­ìng vµ cÇn cã gi¶i ph¸p ®Ó chóng kh«ng g©y h¹i cho ®­êng, ®¶m b¶o æn ®Þnh cña nÒn ®­êng vµ tÝnh bÒn v÷ng l©u dµi cña toµn bé con ®­êng. Tuy nhiªn trong ph¹m vi ®å ¸n nµy, em chØ ®Ò cËp c¸c gi¶i ph¸p ®Ó tho¸t n­íc mÆt ®ã lµ hÖ thèng cèng vµ r·nh tho¸t n­íc mÆt, cßn c¸c gi¶i ph¸p vÒ tho¸t n­íc ngÇm kh«ng ®­îc ®Ò cËp ®Õn trong ®å ¸n nµy. IV.1. ThiÕt kÕ r·nh däc IV.1.1. Nguyªn t¾c bè trÝ r·nh däc R·nh däc (r·nh biªn) dïng ®Ó tho¸t n­íc nÒn ®­êng ë nh÷ng ®o¹n ®­êng ®µo vµ nh÷ng ®o¹n ®­êng ®¾p thÊp (d­íi 0,6 m). ViÖc bè trÝ r·nh däc cÇn tu©n theo c¸c nguyªn t¾c sau: + Kh«ng cho phÐp n­íc tõ tÊt c¶ c¸c r·nh ch¶y vÒ r·nh däc. + Trong mäi tr­êng hîp thuËn tiÖn, ph¶i t×m c¸ch th¸o n­íc r·nh däc ra c¸c chç thÊp xa nÒn ®­êng hay ra suèi gÇn nhÊt. + §Ó tr¸nh t×nh tr¹ng n­íc ®äng l©u ngµy trong r·nh lµm nÒn ®­êng Èm ­ít, cø c¸ch mét ®o¹n nhá h¬n 250m (®èi víi r·nh tam gi¸c) vµ 500 m (®èi vèi r·nh h×nh thang) ph¶i ®Æt cèng cÊu t¹o ®Ó th¸o n­íc trong r·nh ra ngoµi. + §Ó ®¶m b¶o an toµn giao th«ng, r·nh däc kh«ng nªn thiÕt kÕ s©u qu¸. ChiÒu s©u tèi ®a cña r·nh phô thuéc vµo lo¹i ®Êt. + Kh«ng nªn ®Ó n­íc ë r·nh cña nÒn ®­êng ®¾p ch¶y vµo r·nh cña ®o¹n ®­êng ®µo. ChØ trong tr­êng hîp chiÒu dµi ®o¹n ®­êng ®µo nhá h¬n 100 m míi cho phÐp n­íc ë r·nh däc ®o¹n ®­êng ®¾p ch¶y qua ®o¹n ®­êng ®µo. IV.1.2 Tr×nh tù thiÕt kÕ r·nh. Néi dung tÝnh to¸n thuû lùc r·nh lµ dùa vµo l­u l­îng thiÕt kÕ ®Ó chän kÝch th­íc hîp lý, x¸c ®Þnh tèc ®é n­íc ch¶y trong r·nh vµ chän biÖn ph¸p gia cè. R·nh th­êng ®­îc lµm víi ®é dèc b»ng ®é dèc däc theo h­íng ®Æt r·nh. Tr×nh tù tÝnh to¸n tr­êng hîp nµy nh­ sau: X¸c ®Þnh l­u l­îng thiÕt kÕ cña r·nh. Gi¶ thiÕt tiÕt diÖn cña r·nh, chiÒu s©u n­íc ch¶y trong r·nh vµ sau ®ã x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr­ng thuû lùc: tiÕt diÖn dßng ch¶y w, chu vi ­ít c, b¸n kÝnh thuû lùc R. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tho¸t n­íc cña r·nh (Q) vµ so s¸nh víi l­u l­îng thiÕt kÕ (Qtk). NÕu chóng sai kh¸c nhau kh«ng qu¸ 10% th× tiÕt diÖn r·nh võa chän lµ tiÕt diÖn ®­îc chän ®Ó thiÕt kÕ. NÕu sai sè lín th× ph¶i gi¶ thiÕt l¹i kÝch th­íc cña r·nh. X¸c ®Þnh tèc ®é n­íc ch¶y trong r·nh, kiÓm tra ®iÒu kiÖn xãi lë vµ chän biÖn ph¸p gia cè. TÝnh chiÒu s©u cña r·nh theo c«ng thøc hr = h0 + 0,25 Trong ®ã: h0 – chiÒu s©u n­íc ch¶y trong r·nh (m). IV.1.2.1. X¸c ®Þnh l­u l­îng thiÕt kÕ L­u l­îng n­íc tõ khu tô thuû tËp trung vÒ r·nh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc ®¬n gi¶n gÇn ®óng dïng cho tr­êng hîp l­u vùc F < 0,3 km2: Q=0,56.( H-Z ).F Trong ®ã: H - chiÒu dµy dßng ch¶y (mm), x¸c ®Þnh phô thuéc vµo khu vùc m­a rµo, tÇn suÊt lò thiÕt kÕ , thêi gian tÝnh to¸n, lo¹i ®Êt, cÊu t¹o l­u vùc. Z - l­îng tæn thÊt do thÊm ­ít vµ c©y cá gi÷ l¹i F - diÖn tÝch l­u vùc tÝnh b»ng km2 : F = F1+ F2 F1- DiÖn tÝch cña nöa phÇn ®­êng bªn r·nh (km2) F2- DiÖn tÝch m¸i taluy phÝa bªn r·nh (km2) IV.1.2.2. Chän tiÕt diÖn r·nh TiÕt diÖn cña r·nh lÊy theo ®Þnh h×nh nh­ sau: - R·nh tam gi¸c kÝch th­íc cña r·nh nh­ h×nh vÏ: - R·nh h×nh thang kÝch th­íc cña r·nh nh­ h×nh vÏ: §Ó tiÖn cho thiÕt kÕ vµ thi c«ng ë ®©y ta chØ sö dông r·nh h×nh thang víi kh¶ n¨ng tho¸t n­íc tèt h¬n r·nh tam gi¸c. IV.1.3.3.KiÓm tra tiÕt diÖn ®· chän X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tho¸t n­íc cña r·nh theo c«ng thøc: Trong ®ã: w : TiÕt diÖn ngang dßng ch¶y trong r·nh; w = ( b+mho )ho C - hÖ sè, phô thuéc vµo ®é nh¸m cña lßng kªnh vµ b¸n kÝnh thuû lùc. C ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña Pa-v¬-lèp-sky: R - b¸n kÝnh thuû lùc; R = w/c c- chu vi ­ít ; c = b=m'.ho n - hÖ sè nh¸m lßng kªnh i - ®é dèc däc cña r·nh Chän chiÒu s©u n­íc ch¶y trong r·nh h = 0,3m. Khi ®ã ta tÝnh ®­îc w, c. IV.1.2. Chän h×nh thøc gia cè r·nh TiÕt diÖn cña r·nh lÊy theo ®Þnh h×nh kh«ng qua tÝnh to¸n thuû lùc nªn ta chän h×nh thøc gia cè r·nh c¨n cø vµo ®é dèc cña lßng r·nh ®Ó chän vËt liÖu gia cè. Khi ®é dèc r·nh lín h¬n ®é dèc g©y xãi cña mçi lo¹i ®Êt th× lßng r·nh hoÆc ph¶i nhiÒu bËc cã ®é dèc nhá h¬n ®é dèc g©y xãi vµ gia cè ë ®Çu vµ cuèi mçi bËc n­íc hoÆc vÉn gi÷ nguyªn ®é dèc nh­ng lßng r·nh ph¶i ®­îc gia cè suèt chiÒu dµi. IV.2. thiÕt kÕ cèng Cèng chiÕm phÇn lín c¸c c«ng tr×nh tho¸t n­íc trªn ®­êng. Cèng bao gåm 2 lo¹i: cèng ®Þa h×nh vµ cèng cÊu t¹o. Cèng ®Þa h×nh ®­îc bè trÝ t¹i c¸c vÞ trÝ tuyÕn c¾t qua c¸c dßng suèi nhá hay c¾t qua c¸c khe tô thuû mµ khi m­a sÏ h×nh thµnh dßng ch¶y. Cèng cÊu t¹o ®­îc bè trÝ chñ yÕu nh»m tho¸t n­íc trªn mÆt ®­êng vµ trªn m¸i ta luy cã l­u vùc nhá, cèng cÊu t¹o th­êng ®­îc bè trÝ theo quy ph¹m mµ kh«ng cÇn ph¶i tÝnh to¸n thuû lùc c«ng tr×nh. IV.2.1. Nguyªn t¾c thiÕt kÕ cèng §èi víi ®­êng cÊp cao, cèng còng nh­ c¸c c«ng tr×nh v­ît qua dßng n­íc nhá kh¸c nh­ cÇu nhá, ®­êng trµn…ph¶i phô thuéc vµo tuyÕn. ViÖc ®¶m b¶o tuyÕn ®i theo h­íng tèt nhÊt cã thÓ lµm cho giao gi÷a tuyÕn víi dßng n­íc cã nh÷ng gãc ngoÆt kh¸c nhau, kÓ c¶ nh÷ng gãc rÊt nhän. Do vËy cÇn ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp lµm nh÷ng lo¹i cöa cèng ®Æc biÖt, nh÷ng c«ng tr×nh ®iÒu chØnh hoÆc ph¶i n¾n l¹i dßng suèi. §èi víi ®­êng cÊp thÊp, cho phÐp kÐo dµi tuyÕn ®Ó c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn giao nhau víi dßng n­íc. VÊn ®Ò nµy ®­îc gi¶i quyÕt trªn c¬ së so s¸nh kinh tÕ kü thuËt Vai ®­êng ph¶i cao h¬n mùc n­íc d©ng tr­íc cèng tèi thiÓu 0,5m (víi cèng kh«ng ¸p vµ b¸n ¸p cã khÈu ®é nhá h¬n 2m) vµ 1,0m (víi cèng cã khÈu ®é lín h¬n 2m). Ph¶i b¶o ®¶m líp ®Êt ®¾p trªn cèng dµy tèi thiÓu 0,5 m. KhÈu ®é cèng nªn dïng tõ m trë lªn. Kh«ng dïng c¸c khÈu ®é cèng qu¸ nhá g©y trë ng¹i cho c«ng t¸c duy tu söa ch÷a. Theo quy tr×nh, khÈu ®é cèng tèi thiÓu lµ 0,5m Nªn dïng cèng trßn lµ BTCT v× rÎ vµ tiÖn cho thi c«ng c¬ giíi. cèng vu«ng dïng cho khi l­u l­îng lín hoÆc khi cao ®é nÒn ®¾p h¹n chÕ. Khi x¸c ®Þnh l­u l­îng tÝnh to¸n ®Ó thiÕt kÕ cÇu cèng ph¶i tu©n theo tÇn suÊt lò quy ®Þnh. ë n­íc ta quy ®Þnh tÇn suÊt lò dïng ®Ó thiÕt kÕ cèng lµ 4%. IV.2.2. X¸c ®Þnh l­u l­îng tÝnh to¸n cña dßng ch¶y L­u l­îng thiÕt kÕ kiÕn nghÞ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña GS-TSKH NguyÔn Xu©n Trôc- Tr­êng §HXD Hµ Néi. QTK = 16,67. ap . F . d .j .a (m3/s) Víi Trong ®ã: F - diÖn tÝch l­u vùc (km2); - hÖ sè dßng ch¶y lò ( tra b¶ng phô thuéc vµo lo¹i ®Êt, diÖn tÝch l­u vùc, chiÒu dµy l­îng m­a); d - hÖ sè ®iÒu tiÕt do c¸c ao hå vµ ®Çm lÇy trªn l­u vùc (tra b¶ng); j - hÖ sè triÕt gi¶m l­u l­îng theo ®é lín nhá cña l­u vùc (tra b¶ng); y - täa ®é ®­êng cong triÕt gi¶m m­a ap- c­êng ®é m­a tÝnh to¸n tÝnh b»ng mm/phót; tc – thêi ®o¹n m­a thiÕt kÕ øng víi thêi gian tËp trung n­íc . Sau khi tra b¶ng ta cã b¶ng tÝnh sau:  B¶ng tÝnh l­u l­îng cèng TT Lý tr×nh yt t H4% a4% a d j F Q C1 Km0+100 0.506 31.25 178 2.88 0.82 0.65 0.69 0.198 3.21 C2 Km1+300 0.509 29.88 178 3.03 0.68 0.65 0.677 0.189 2.42 C3 Km1+721.37 0.525 34.44 178 2.71 0.81 0.65 0.66 0.302 4.02 C4 Km2+300 0.518 33.89 178 2.72 0.82 0.65 0.82 0.185 3.11 C5 Km2+478.68 0.514 32.48 178 2.82 0.82 0.65 0.68 0.15 2.19 C6 Km3+500 0.326 30.87 178 1.88 0.82 0.65 0.69 0.11 2.38 C7 Km4+100 0.515 32.44 178 2.83 0.69 0.65 0.69 0.097 1.20 IV.2.3. X¸c ®Þnh khÈu ®é cèng Lùa chän chÕ ®é lµm viÖc cña cèng: Do chiÒu cao nÒn ®¾p kh«ng cao nªn ta chän chÕ ®é lµm viÖc cña tÊt c¶ c¸c cèng lµ chÕ ®é ch¶y kh«ng ¸p. C¨n cø vµo l­u l­îng thiÕt kÕ vµ chÕ ®é ch¶y trong cèng ta chän ®­êng kÝnh cèng theo b¶ng phô lôc 16 (Gi¸o tr×nh ThiÕt kÕ ®­êng « t« tËp 3), tõ ®ã tra b¶ng ®­îc chiÒu cao n­íc d©ng tr­íc cèng(H) vµ vËn tèc dßng n­íc (V). KÕt qu¶ tra b¶ng ®­îc lËp thµnh b¶ng: B¶ng chän ®­êng kÝnh cèng TT Q §K cèng H n­íc d©ng (m) V (m/s) C1 3.21 1.5 1.37 2.90 C2 2.42 1.5 1.26 2.79 C3 4.02 1.5 1.48 2.90 C4 3.11 1.5 1.42 2.59 C5 2.19 1.5 1.2 1.96 C6 2.38 1.5 0.93 2.15 C7 1.20 1 0.93 2.43 IV.2.4.TÝnh to¸n c¸c biÖn ph¸p gia cè sau cèng Trong tr­êng hîp n­íc ch¶y tù do, dßng n­íc ra khái cèng cã tèc ®é cao ë vïng sau c«ng tr×nh. Tèc ®é t¨ng kho¶ng 1,5 lÇn. Do ®ã ph¶i thiÕt kÕ h¹ l­u c«ng tr×nh theo tèc ®é n­íc ch¶y vtt =1,5.vo ChiÒu dµi phÇn gia cè lgc sau cèng nªn lÊy b»ng 3 lÇn khÈu ®é cèng lgc = 3.F ChiÒu s©u ch©n t­êng chèng xãi chän theo c«ng thøc: (m) hx- ChiÒu s©u xãi tÝnh to¸n, phô thuéc vµo chiÒu s©u n­íc d©ng tr­íc c«ng tr×nh H vµ tû sè lgc/b. hx- ChiÒu s©u xãi tÝnh to¸n, ®­îc tÝnh nh­ sau : b : khÈu ®é cèng trßn H : chiÒu cao n­íc d©ng tr­íc cèng IV.2.5. TÝnh chiÒu dµi cèng X¸c ®Þnh chiÒu dµi cèng theo s¬ ®å sau:   Trong ®ã: B - chiÒu réng nÒn ®­êng Bt, Bd – chiÒu réng tõ tim ®­êng ®Õn vai nÒn ®­êng vÒ th­îng l­u vµ h¹ l­u, khi nÒn ®­êng kh«ng më réng lµ 0,5B (m); H- tæng chiÒu cao ®Êt ®¾p nÒn ®­êng tõ ®¸y tim cèng ®Õn cao ®é vai nÒn ®­êng (m); ht, hd - chiÒu cao kiÕn tróc cña cöa cèng phÝa th­îng l­u vµ h¹ l­u (m); m- ®é dèc m¸i ta luy nÒn ®­êng (1:m); Lt, Ld- chiÒu dµi cèng phÝa th­îng l­u vµ phÝa h¹ l­u. ChiÒu dµi cèng tÝnh b»ng c«ng thøc: L = Lt + Ld Trong ®ã: BẢNG TÍNH CHIỀU DÀI CỐNG Cèng Lý tr×nh cèng Φ(m) Hd©ng(m) v (m/s) HnÒn(m) L(m) Co1 Km0+100 1.5 1.37 2.81 2.11 12.83 Co2 Km1+300 1.5 1.26 2.49 1.99 12.47 Co3 Km1+721.37 1.5 1.48 3.07 1.99 12.47 Co4 Km2+300 1.5 1.42 3.01 2.53 12.09 Co5 Km2+478.68 1.5 1.2 2.64 1.28 10.34 Co6 Km3+500 1.5 1.16 2.72 3.46 16.88 Co7 Km4+100 1 0.93 2.32 1.99 13.97