Kiến trúc xây dựng - Chương V - Tính toán thuỷ lực công trình cầu trong trường hợp đặc biệt

n có mặt cắt ngang tối thiểu đủ để thoát l−ợng n−ớc trong rãnh, có thể không cần tính toán. 301 Chiều dài rãnh biên ở khu vực m−a nhiều không nên quá 300m nhằm tránh cho đ−ờng thoát n−ớc không quá dài và l−u l−ợng quá lớn, gây xói mòn và đọng n−ớc. Với rãnh biên tiết diện tam giác th−ờng không quá 200m. Nếu rãnh quá dài thì phải làm thêm cửa thoát n−ớc hoặc thêm cống để thoát n−ớc ngang. Để chống xói mòn hoặc thấm n−ớc phải tiến hành gia cố rãnh. Các biện pháp gia cố rãnh th−ờng dùng gồm có: đầm chặt bề mặt, lát cỏ, dùng đất tam hợp gồm (vôi + xỉ than + đất) (ba kiểu gia cố trên gọi là gia cố đơn giản), lát đá khan hoặc lát đá xây vữa (hình 8 -3) - Khi chọn loại gia cố rãnh phải căn cứ vào dốc dọc đáy rãnh hoặc tốc độ n−ớc chảy, tính chất của đất, yêu cầu sử dụng tình hình vật liệu mà lựa chọn. Các kiểu gia cố ứng với các độ dốc dọc rãnh khác nhau có thể tham khảo trong bảng 8 –9. > 0 ,2 m Lát cỏ c) Gia cố bằng lát đá Lát đá dày 15 - 30 cm Lớp móng 10 - 15 cm b) Gia cố bằng đất tam hợpa) Gia cố bằng lát cỏ Lớp đất tam hợp dùng 10 -25 cm Lớp láng mặt bằng vữa xi măng 1 cm Hình 8 -3: Các kiểu gia cố r∙nh Bảng 8 – 9 Quan hệ giữa kiểu gia cố và dốc dọc của rãnh Độ dốc dọc đáy rãnh(%) 7 Kiểu gia cố Không gia cố - Đất tốt, không gia cố - Đất không tốt, gia cố đơn giản Gia cố đơn giản hoặc lát đá khan Lát đá khan hoặc lát đá miết mạch Lát đá kẽ mạch hoặc biến thành dốc n−ớc 8.3.4. Thiết kế rãnh, ống thoát n−ớc ngầm Khi thiết kế thoát n−ớc ngầm phải làm tốt việc điều tra địa chất thuỷ văn, tình hình n−ớc ngầm (chiều sâu, h−ớng chảy và l−u l−ợng), căn cứ vào đó để xác định loại, vị trí, chiều sâu, cấu tạo và kích th−ớc của kết cấu thoát n−ớc ngầm. Việc xử lý n−ớc ngầm có thể chia thành: Cắt, làm khô, hạ thấp và dẫn thoát. a. Cắt n−ớc ngầm: Khi trong phạm vi nền đ−ờng lộ ra lớp đất chứa n−ớc ngầm thì có thể bố trí rãnh nổi hoặc rãnh thấm (hình 8 - 4) để cắt và dẫn thoát khắc phục tình trạng dòng n−ớc ngầm cuốn theo các hạt nhỏ trong đất xói rỗng mái taluy khiến cho lớp đất phía trên bị lún xuống. Rãnh nổi hoặc rãnh thấm phải sâu đến lớp đất không thấm n−ớc phía d−ới lớp ngậm n−ớc. 302 b. Làm khô: khi mái đất của taluy nền đào tơi xốp dễ bị các lớp ngậm n−ớc phía trên hoặc n−ớc m−a làm ẩm −ớt có khả năng bị sụt tr−ợt thì có thể bố trí các rãnh thấm kiểu chữ y hoặc kiểu vòm (hình 8 - 5) để làm khô và thoát n−ớc ngầm trong mái taluy. Đây của rãnh thấm ở taluy phải thấp hơn mặt đáy của lớp đất ẩm −ớt, mặt tr−ợt 0,5m và cố gắng bố trí trong lớp đất cứng không thấm n−ớc. Nếu rãnh thấm của taluy đ−ợc chôn sâu (trên 2m), đáy t−ơng đối bằng phẳng thì ngoài tác dụng làm khô, rãnh thấm còn có tac dụng chống đỡ mái đất và gọi là rãnh thấm kiểu s−ờn chống. L ớp đất không thấm nƯ ớc Lớp chứa n Ư ớc Đ ắp đất đầm chặtL ỗ thoát nƯ ớc N ền đào L ớp cách ly N ền đắp Đ á xây vữa L ớp không thấm n Ư ớc L ớp lọc ngƯ ợc N ắp bản H ình 8 . 4: R∙nh nổi hoặc r∙nh thấm để cắt n Ư ớc ngầm a) R ãnh nổi hƯ ớng n Ư ớc dọc b) R ãnh thấm h Ư ớng ngang C hân ta luy I I - I Đ Ư ờng phân g iớ i lớp đấ t khô ẩm L ớ p lọc ng Ư ợc Đ á xếp khan L át đ á xây vữa Ta luy đào II -II T im rãn h b iên H ìn h 8 -5 : R ∙n h th ấ m ở m á i ta lu y c. Hạ mức n−ớc ngầm: Khi mức n−ớc ngầm ở cao phần trên của nền đ−ờng bị mềm ẩm do ảnh h−ởng của n−ớc mao dẫn thì có thể bố trí rãnh thấm dọc theo hai bên nền đ−ờng để hạ n−ớc ngầm (hình 8 -6). Chiều sâu chôn rãnh đ−ợc xác định theo mức độ hạ mực n−ớc ngầm yêu cầu. d. Dẫn thoát: Khi trong phạm vi nền đ−ờng có những chỗ lộ mạch n−ớc ngầm thì có thể dùng các ống rãnh thoát n−ớc để thoát đi. Rãnh thấm dẫn n−ớc và rãnh ngầm phải tận l−ợng đặt trên lớp đất không thấm n−ớc để bảo đảm thoát n−ớc thuận lợi, n−ớc không chảy ng−ợc đáy của cửa ra phải cao hơn mực n−ớc ở ngoài rãnh ít nhất là 20 cm. Rãnh nổi thích hợp ở chỗ mực n−ớc ngầm t−ơng đối nông (trong khoảng 1 - 2m). Mặt cắt ngang của nó có hai kiểu, hình thang và hình chữ nhật - Taluy của mặt cắt hình Hình 8 -6: R∙nh thấm hạ mực nƯớc ngầm Mực nƯớc ngầm sau khi hạ Mực nƯớc ngầm nguyên thuỷ 303 thang th−ờng từ 1 : 1 - 1 : 1,5, th−ờng gia cố bằng đá xếp khan, rãnh nổi mặt cắt ngang chữ nhật có thể làm bằng bêtông hoặc đá xây còn gọi là rãnh máng. Phía mặt đón n−ớc của rãnh nổi phải có lỗ thấm n−ớc làm theo kiểu lọc ng−ợc để chống ứ tắc. Tầng lọc ng−ợc đắp bằng các lớp đá cỡ hạt đồng đều, tỷ lệ đ−ờng kính hạt ở hai lớp gần nhau không đ−ợc nhỏ hơn 1 : 4, chiều dày mỗi lớp không nhỏ hơn 0,15m. Độ dốc dọc của rãnh nổi không đ−ợc nhỏ hơn 3%. Rãnh ngầm th−ờng dùng mặt cắt ngang chữ nhật, rãnh máng th−ờng 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 đ−ợc 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 n−ớc. Khi l−u l−ợng n−ớc ngầm t−ơng đối lớn có thể dùng rãnh thấm kiểu ống với ống thoát n−ớc đặt ở đáy rãnh (hình 8-6). Để đề phòng rãnh thấm bị bùn cát làm ứ tắc phải bố trí tầng lọc ng−ợc về phía mặt đón n−ớc. Để tránh không cho n−ớc 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 ng−ợc trên đắp bằng đất sét đầm chặt dày 0,5m hoặc bằng đá xây vữa. Kích th−ớc mặt cắt ngang của rãnh thấm đ−ợc xác định theo chiều sâu đặt rãnh, yêu cầu thoát n−ớc 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 n−ớc ngầm nguyên thuỷ và không nhỏ hơn 0,3m. Chiều sâu rãnh thấm kiểu s−ờn 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 th−ớc ống hoặc cống thì xác định theo l−u l−ợng - Th−ờng dùng ống thoát n−ớc bằng đất nung hoặc bê tông đ−ờng kính từ 0,1 - 0,3m vách có lỗ thoát n−ớc. Độ dốc dọc của đáy rãnh thấm phải đủ dốc để bảo đảm hiệu quả thoát n−ớc nh−ng không gây xói mòn đáy rãnh, thông th−ờng không đ−ợc nhỏ hơn 0.5%. Độ dốc dọc của rãnh ngầm đắp đá do lực cản lớn không đ−ợc nhỏ hơn 1%. Khi chiều dài của rãnh thấm t−ơng 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 Ch−ơng 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 đ−ờng ô tô, Công trình v−ợt 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 đ−ờng. [5]. Adolison. Phân tích bãi sông và thuỷ văn. Nhà xuất bản Wesley, 1992. [6]. H−ớng dẫn thoát n−ớc đ−ờng ôtô, AASHTO, 1982. [7]. Tính toán các đặc tr−ng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95. [8]. Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu. Công trình nền – mặt đ−ờng. Đại học Đồng Tế, Trung Quốc. 304 Ch−ơng IX - Tính toán vμ thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc đô thị Đ 9.1. Hệ thống thoát n−ớc 9.1.1. Khái niệm N−ớc 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 đ−ợc gọi là n−ớc thải. Tùy thuộc nguồn gốc hình thành ng−ời ta phân biệt các loại n−ớc thải sau: - N−ớc thải sinh hoạt: theo bản chất các chất bẩn đ−ợc chia thành; - N−ớc thải sản xuất: tạo ra từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp; - N−ớc m−a. 9.1.2. Hệ thống thoát n−ớc Thoát n−ớc bao gồm các bộ phận chủ yếu sau: - Mạng l−ới thoát n−ớc trong nhà. - Mạng l−ới thoát n−ớc ngoài sân nhà hoặc tiểu khu. - Mạng l−ới thoát n−ớc ngoài đ−ờng phố. - Các đầu mối thoát n−ớc (trạm bơm, trạm xử lý, cửa xả đầu mối, hồ, ) - Các công trình làm sạch và các cống xả n−ớc thải đã làm sạch ra nguồn. Những đoạn mạng l−ới để thu gom n−ớc thải từ một hoặc vài l−u vực gọi là cống tập trung n−ớc (cống gom). Căn cứ theo tính chất và quy mô, các loại cống gom có thể đ−ợc phân loại nh− sau: - Cống gom l−u vực: thu gom n−ớc thải từ các l−u vực riêng biệt. - Cống gom chính: thu gom và vận chuyển n−ớc thải từ nhiều cống gom l−u vực. - Cống gom chính toàn thành phố: dẫn n−ớc thải thành phố ra khỏi phạm vi thoát n−ớc tới trạm bơm chính, trạm xử lý hoặc tới cửa xả ra nguồn tiếp nhận. Phân loại các hệ thống thoát n−ớc theo tính chất và ph−ơng thức vận chuyển n−ớc thải nh− sau: - Hệ thống thoát n−ớc chung: là hệ thống, trong đó tất cả các loại n−ớc thải đ−ợc dẫn, vận chuyển trong cùng một mạng l−ới tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn. Nh− vậy những lúc m−a to, l−u l−ợng n−ớc thải sẽ rất lớn, nồng độ chất bẩn lại rất thấp. - Hệ thống thoát n−ớc riêng: là hệ thống, trong đó từng loại n−ớc thải riêng biệt chứa các chất bẩn đặc tính khác nhau, đ−ợc dẫn và vận chuyển theo các mạng l−ới thoát n−ớc độc lập. Với hệ thống thoát n−ớc riêng hoàn toàn phải xây dựng ít nhất hai mạng l−ới: một mạng để dẫn, vận chuyển n−ớc thải sinh hoạt và n−ớc sản xuất bẩn, gọi là mạng l−ới thoát n−ớc bẩn; một mạng để dẫn, vận chuyển n−ớc m−a và n−ớc sản xuất quy −ớc sạch, gọi là mạng l−ới thoát n−ớc m−a. Mỗi hệ thống thoát n−ớc nêu trên đều có các −u điểm và nh−ợc điểm nhất định. Trong các tr−ờng hợp cụ thể, cần so sánh nhiều chỉ tiêu tổng hợp để lựa chọn loại hệ thống thoát n−ớc phù hợp. 305 Đ 9.2.Tính l−u l−ợng n−ớc m−a Đặc điểm của hệ thống thoát n−ớc m−a là dòng chảy rất không điều hòa. Nếu hệ thống thoát n−ớc là riêng hoàn toàn thì cống thoát n−ớc m−a th−ờng có đ−ờng kính lớn nhất, nh−ng thời gian làm việc lại không nhiều. Trong mùa khô hoặc ít m−a, trong hệ thống cống thoát n−ớc m−a hầu nh− không có dòng chảy, tuy nhiên trong mùa m−a, đặc biệt là các trận m−a lớn, cống thoát n−ớc m−a lại phải đảm nhiệm vai trò thoát n−ớc chủ yếu. Trong mỗi trận m−a, l−u l−ợng n−ớc m−a chảy trong mạng l−ới thoát n−ớc tăng dần lên tới l−u l−ợng cực đại và sẽ duy trì l−u l−ợng này tới khi m−a ngớt, sau đó l−u l−ợng này sẽ giảm dần cho đến khi m−a tạnh hẳn và dòng chảy vẫn còn duy trì một thời gian sau đó. Nhiệm vụ của việc tính toán l−u l−ợng n−ớc m−a là xác định l−u l−ợng n−ớc m−a cực đại tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát n−ớc m−a với các tần suất yêu cầu. 9.2.1. Ph−ơng pháp và công thức tính toán Ph−ơng pháp chủ yếu để xác định l−u l−ợng tính toán đ−ợc sử dụng phổ biến hiện nay là ph−ơng pháp C−ờng độ giới hạn. L−u l−ợng n−ớc m−a tại mặt cắt xác định của hệ thống thoát n−ớc m−a đạt giá trị cực đại khi: - Thời gian m−a đủ dài để n−ớc m−a từ điểm xa nhất trên l−u vực tới đ−ợc mặt cắt tính toán (thời gian m−a tính toán: Ttt); - C−ờng độ m−a đạt cực đại (sau khi m−a với thời gian lớn hơn hoặc bằng Ttt); - Hệ số dòng chảy đạt cực đại. Ph−ơng pháp C−ờng độ giới hạn là ph−ơng pháp xác định l−u l−ợng tính toán căn cứ vào thời gian m−a và c−ờng độ m−a cực đại. Công thức cơ sở của ph−ơng pháp c−ờng độ giới hạn nh− sau: Qtt = ϕ . q . F (9 - 1) trong đó: q: c−ờng độ m−a, l/s/ha; F: diện tích l−u vực thoát n−ớc m−a, ha; ϕ: hệ số dòng chảy. 9.2.2. C−ờng độ m−a, tính toán thời gian m−a thiết kế a. Tính toán thời gian m−a Giả thiết thời gian m−a chính bằng thời gian để n−ớc m−a từ điểm xa nhất trong l−u vực chảy đến tiết diện tính toán. Thời gian m−a tính toán đ−ợc xác định nh− sau: ttt=tm + tr + to (9 - 2) trong đó: tm: thời gian tập trung n−ớc m−a trên bề mặt từ điểm xa nhất đến rãnh, phụ thuộc kích th−ớc địa hình của l−u vực, c−ờng độ m−a, loại mặt phủ. Theo L.I. Abramov (Nga): 306 ph IiZ lntm ,.. ..5,1 3,05,03,0 6,06,0 = (9 - 3) I: độ dốc bề mặt tập trung n−ớc m−a; Z: hệ số mặt phủ; n: hệ số độ nhám Maning; i: c−ờng độ m−a, mm/ph; l : chiều dài đoạn n−ớc chảy, m. Công thức trên xác định tm áp dụng cho các bề mặt tập trung n−ớc m−a đã đ−ợc san nền không có rãnh, luống. Giá trị tm với một số khu vực có thể tham khảo nh− d−ới đây: - Nếu bên trong tiểu khu không có hệ thống thoát n−ớc m−a, n−ớc m−a chảy tràn trên mặt sân, tm= 8 - 12 phút. - Nếu bên trong tiểu khu có hệ thống thoát n−ớc m−a, tm= 4 - 6 phút. - Đối với mặt đ−ờng nhựa rộng d−ới 20m mỗi phía, tm= 1 - 2 phút. - Đối với mặt đ−ờng nhựa rộng d−ới 20m và có cả vỉa hè lát gạch tự chèn rộng d−ới 10m mỗi phía, tm= 2 - 3 phút. - Tr−ờng hợp cần thoát n−ớc một phần diện tích phía ngoài vỉa hè (nhà dân, cơ quan), tm= 3 - 5 phút. tr: thời gian n−ớc chảy theo rãnh đ−ờng đến giếng thu gần nhất: r r r v l t 25,1= (phút) (9 - 4) các giá trị: lr, vr: chiều dài rãnh đ−ờng, vận tốc n−ớc m−a chảy trong rãnh; to: thời gian n−ớc chảy trong ống đến tiết diện tính toán: o o o v l Mt = (phút) (9 - 5) trong đó: lo, vo: chiều dài, vận tốc n−ớc m−a chảy trong ống; M: hệ số tính đến sự chậm trễ của dòng chảy n−ớc m−a và đ−ợc lấy nh− sau: - M = 2,0 khi địa hình của l−u vực thoát n−ớc m−a bằng phẳng; - M = 1, 2 khi địa hình của l−u vực thoát n−ớc m−a dốc, io>0,005. b. C−ờng độ m−a tính toán Tr−ớc khi tính toán l−u l−ợng n−ớc m−a, cần lựa chọn công thức tính toán c−ờng độ m−a q. Cho đến nay vẫn tồn tại nhiều quan điểm khác nhau và khó đ−a ra một công thức phản ánh đầy đủ mọi biến động phức tạp của m−a. Để xác định công thức c−ờng độ m−a đ−ợc chính xác phải có số liệu m−a của trạm khí t−ợng l−u trữ 15-25 năm. C−ờng độ m−a tính toán là c−ờng độ m−a với tần suất xác định, t−ơng ứng với thời gian m−a tính toán. Đối với các khu vực có trạm đo m−a tự ghi, 307 chuỗi số liệu đủ dài, các thông số m−a thời đoạn ngắn 5 phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút là sẵn có để sử dụng và tính toán theo các ph−ơng pháp thống kê thông th−ờng. Tuy nhiên ở Việt Nam các trạm đo m−a thời đoạn ngắn t−ơng đối rất ít, đồng thời chuỗi số liệu phần lớn là ch−a đủ dài để đáp ứng yêu cầu tính toán. Do vậy việc xác định c−ờng độ m−a thời đoạn ngắn vẫn chủ yếu tham khảo các công thức thực nghiệm. Đối với một số khu vực đã có số liệu đo m−a thời đoạn ngắn, nh−ng chuỗi số liệu ít thì cũng cần tính toán theo công thức kinh nghiệm và nên đối chiếu với số liệu thực đo. D−ới đây là các công thức phổ biến hay dùng để xác định l−ợng m−a thời đoạn ngắn tại Việt Nam. (1) C−ờng độ m−a đ−ợc 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 l−ợng phụ thuộc đặc điểm khí hậu của từng vùng; q20: c−ờng độ m−a t−ơng ứng với thời gian m−a 20 phút của trận m−a có chu kỳ lặp lại một lần trong năm (đây là đại l−ợng không đổi với từng vùng đã biết); P: chu kỳ lặp lại trận m−a tính toán, bằng khoảng thời gian xuất hiện một trận m−a v−ợt quá c−ờng độ tính toán, năm; t: thời gian m−a tính toán, phút. Theo tài liệu: “Công thức tính c−ờng độ m−a khi thiết kế hệ thống thoát n−ớc m−a ở Việt Nam” (Tuyển tập công trình của Viện Kỹ thuật xây dựng Moskva), đã đ−a ra công thức sau: ( ) ( )n n t PCq q 15 lg135 20 + += (9 - 7) Theo tài liệu “Ph−ơng pháp và kết quả nghiên cứu c−ờng độ m−a tính toán ở Việt Nam”, với số liệu của 47 trạm theo dõi m−a, bằng ph−ơng pháp quy hồi tác giả Trần Việt Liễn đã đ−a ra công thức sau: ( ) ( ) ( )n n bt PCqb q + ++= lg120 20 (9 - 8) - Nếu b=0 ta sẽ có công thức (9 - 6). - Nếu b=15 ta sẽ có công thức (9 - 7). Giá trị của các thông số b, C, n và q20 của 47 trạm đ−ợc lấy ở bảng 9 -1 (2) Công thức của Tiến sĩ Trần Hữu Uyển: Qua kết quả chỉnh lý số liệu m−a tại các trạm trong cả n−ớc và căn cứ trên tính chất, điều kiện khí hậu từng vùng, Tiến sĩ Trần Hữu Uyển đã đ−a ra công thức tính c−ờng độ m−a cho các tỉnh, thành phố ở n−ớc ta nh− sau: nmPbt PCA q ).( )lg1( 0 0 + += (l/s/ha) (9 - 9) trong đó: P: chu kỳ tràn cống (≤20 năm), năm; t: thời gian m−a tính toán, phút; A0, b0, C, m, n: các thông số phụ thuộc vào từng vùng, xem bảng 9 -2. 308 Bảng 9 -1 Giá trị của các thông số b, C, n, q20 Các thông số TT Tên trạm b C n q20 Ghi chú 1 2 3 4 5 6 7 1 Bắc Cạn 25,66 0,2615 0,9142 256,6 2 Bắc Giang 29,92 0,2158 0,7082 423,4 3 Bảo Lộc 27,2 0,2251 1,0727 328,9 4 Ban Mê Thuột 12,09 0,2139 0,8996 224,7 5 Cửa Tùng 49,95 0,2999 0,7369 234,9 6 Cà Mau 13,29 0,2168 0,8872 310,5 7 Đô L−ơng 2,61 0,2431 0,6666 303,9 8 Đà Nẵng 2,64 0,3074 0,5749 226,5 9 Hà Giang 19,03 0,2115 0,7862 269,6 10 Hà Bắc 19,16 0,2534 0,8197 267,0 11 Hà Nội 11,61 0,2458 0,7951 289,9 12 Hồng Gai 11,13 0,2433 0,7374 303,6 13 Hòa Bình 11,3 0,2404 0,8016 295,0 14 H−ng Yên 18,32 0,2513 0,8158 280,7 15 Hải D−ơng 15,52 0,2587 0,7794 275,1 16 Hà Nam 19,66 0,2431 0,8145 274,0 17 Huế 4,07 0,2603 0,5430 239,3 18 Lào Cai 15,92 0,2528 0,8092 266,3 19 Lai Châu 11,64 0,2186 0,7446 225,4 20 Liên Kh−ơng 31,52 0,2321 1,023 240,9 21 Móng Cái 25,24 0,2485 0,7325 342,6 22 Nam Định 11,73 0,2409 0,7607 252,7 23 Ninh Bình 17,01 0,2477 0,7945 310,5 24 Nha Trang 12,90 0,2738 0,8768 156,4 25 Phủ Liễn 21,48 0,2530 0,8434 283,4 26 Plâycu 19,06 0,2329 0,899 242,2 27 Phan Thiết 20,01 0,2533 0,9064 187,0 28 Quảng Trị 6,21 0,2513 0,5843 216,3 29 Quảng Ngãi 24,51 0,2871 0,7460 259,5 30 Quy Nhơn 14,61 0,2745 0,6943 216,3 31 Sa Pa 6,58 0,1781 0,6075 173,8 32 Sơn La 12,45 0,2489 0,8677 217,3 33 Sơn Tây 8,51 0,2314 0,7403 298,0 34 Sóc Trăng 20,05 0,2291 0,9281 261,9 35 Tuyên Quang 28,87 0,2483 0,9316 274,4 36 Thái Nguyên 17,47 0,2570 0,7917 382,5 37 Tam Đảo 3,42 0,1650 0,6693 246,0 38 Thái Bình 17,85 0,2497 0,7870 305,6 39 Thanh Hóa 11,10 0,2730 0,7003 262,1 40 Tây Hiếu 13,54 0,2506 0,7785 247,7 41 Tuy Hòa 3,57 0,3400 0,6972 197,2 42 Tân Sơn Nhất 28,53 0,2286 1,075 302,4 43 Việt Trì 20,04 0,2480 0,9076 306,6 44 Vĩnh Yên 17,81 0,2451 0,8267 279,4 45 Văn Lý 19,12 0,2491 0,7708 287,3 46 Vinh 14,87 0,2827 0,6780 279,1 47 Yên Bái 21,64 0,2367 0,8362 293,4 309 Bảng 9 - 2 Thống kê các thông số khí hậu của các thành phố Thứ tự Tên thành phố A0 b0 C m n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Bắc Cạn Bảo Lộc Buôn Ma Thuột Cà Mau Đà Nẵng Hà Giang Hà Nội Hòn Gai Hải D−ơng Hòa Bình Huế Lào Cai Lai Châu Móng Cái Nam Định Ninh Bình Nha Trang Hải Phòng Plâycu Phan Thiết Quảng Trị Quảng Ngãi Quy Nhơn Sơn La Sơn Tây Tuyên Quang Thái Nguyên Thái Bình Thanh Hóa Tuy Hòa Hồ Chí Minh Việt Trì Vinh Yên Bái 8150 11100 4920 9210 2170 4640 5890 3720 4260 5500 1610 6210 4200 4860 4320 4930 1810 5950 7820 7070 2230 2590 2610 4120 5210 8670 7710 5220 3640 2820 11650 5830 3430 7500 27 30 20 25 10 22 20 16 18 19 12 22 16 20 19 19 12 21 28 25 15 16 14 20 19 30 28 19 19 15 32 18 20 29 0,53 0,58 0,62 0,48 0,52 0,42 0,65 0,42 0,42 0,45 0,55 0,58 0,50 0,46 0,55 0,48 0,55 0,55 0,49 0,55 0,48 0,58 0,55 0,42 0,62 0,55 0,52 0,45 0,53 0,48 0,58 0,55 0,55 0,54 0,16 0,24 0,14 0,18 0,15 0,20 0,13 0,14 0,17 0,18 0,12 0,18 0,22 0,16 0,18 0,16 0,15 0,15 0,16 0,16 0,23 0,12 0,18 0,15 0,17 0,12 0,20 0,16 0,15 0,18 0,18 0,12 0,16 0,24 0,87 0,95 0,85 0,92 0,65 0,79 0,84 0,73 0,78 0,82 0,55 0,84 0,80 0,79 0,79 0,80 0,65 0,82 0,90 0,92 0,62 0,67 0,68 0,80 0,82 0,87 0,85 0,81 0,72 0,72 0,95 0,85 0,69 0,85 9.2.3. Hệ số dòng chảy Tỷ số giữa l−ợng n−ớc m−a chảy vào mạng l−ới thoát n−ớc m−a so với l−ợng n−ớc m−a rơi xuống gọi là hệ số dòng chảy. r c q q=ϕ (9 - 10) trong đó: 310 qc, qr: l−ợng n−ớc m−a rơi trên một diện tích xác định (1 ha) và l−ợng n−ớc m−a chảy vào mạng l−ới thoát n−ớc từ diện tích nêu trên. Trong mỗi trận m−a, hệ số dòng chảy tại từng thời điểm là thay đổi. Hệ số dòng chảy tính trong công thức (9 - 10) là giá trị trung bình của trận m−a. Về cơ bản hệ số dòng chảy phụ thuộc vào các yếu tố chủ yếu sau: - Địa hình khu vực: độ dốc, tính chia cắt,... - Tính chất bề mặt địa hình: loại đất, mặt n−ớc, lồi lõm,... - Lớp phủ thực vật; - C−ờng độ m−a; - Thời gian m−a. Hệ số dòng chảy đối với khu vực đô thị có thể tham khảo bảng 9 -3. Bảng 9 – 3 Dạng bề mặt Hệ số dòng chảy Mái nhà 0,95 Mặt đ−ờng bê tông nhựa 0,80 - 0,95 Mặt đ−ờng bê tông xi măng 0,85 - 0,95 Mặt đ−ờng cấp phối, gạch 0,70 - 0,85 Mặt đ−ờng đá hộc 0,45 - 0,65 Khu trung tâm thành phố 0,70 - 0,95 Khu ven thành phố 0,60 - 0,80 Khu công nghiệp 0,60 - 0,90 Khu sân ga 0,30 - 0,50 Khu sân chơI 0,25 - 0,40 Khu công viên cây xanh 0,15 - 0,30 Cần l−u ý rằng đối với các trận m−a kéo dài hoặc các trận m−a xảy ra liên tiếp trong mùa m−a, mặt đất thiên nhiên đã gần nh− bão hòa n−ớc, l−ợng tổn thất do thấm khi đó là không đáng kể. Trong những tr−ờng hợp nh− vậy, hệ số dòng chảy tại thời điểm cực đại có thể đạt giá trị 0,90 - 0,95. Do vậy khi tính toán l−u l−ợng thiết kế cần xem xét áp dụng hệ số dòng chảy phù hợp đối với các trận m−a kéo dài. 9.2.4. Hệ số m−a không đều Khi xác định l−u l−ợng tính toán n−ớc m−a trên một khu vực t−ơng đối lớn, c−ờng độ m−a cực đại có thể xảy ra không đồng thời trên toàn bộ khu vực. Nh− vậy cần phải xét đến hệ số triết giảm đối với c−ờng độ m−a cực đại. Thông th−ờng với diện tích l−u vực lớn hơn 200ha - 300ha thì phải xét đến hệ số m−a không đều trên l−u vực. Khi đó công thức (9 - 1) có dạng nh− sau: Qtt = q . F . ϕ . η (9 - 11) 311 trong đó: η: hệ số m−a không đều hay còn gọi là hệ số phân bố m−a: η = qTB/qmaz (9 -12) qTB: c−ờng độ m−a trung bình trên toàn diện tích thoát n−ớc m−a, l/s/ha; qmax: c−ờng độ m−a lớn nhất cục bộ thuộc diện tích thoát n−ớc m−a, l/s/ha. Hệ số m−a không đều η phụ thuộc vào diện tích l−u vực thoát n−ớc m−a và thời gian m−a đ−ợc lấy theo bảng 9-4. Bảng 9 - 4 Các giá trị của hệ số η Diện tích l−u vực, (ha) 200 300 500 1000 2000 3000 4000 Hệ số phân bố m−a rào 0,95 0,98 0,93 0,95 0,90 0,93 0,87 0,90 0,83 0,87 0,80 0,83 0,75 0,80 Đ 9.3. Tính l−u l−ợng n−ớc thải 9.3.1. Cơ sở chung Trong các đô thị của chúng ta hiện nay, hệ thống thoát n−ớc về cơ bản vẫn là hệ thống thoát n−ớc chung, n−ớc m−a và n−ớc thải thoát trong cùng một hệ thống cống. Với mạng l−ới nh− vậy, nếu chỉ căn cứ theo l−u l−ợng thì n−ớc m−a cực đại bao giờ cũng v−ợt trội so với n−ớc thải. Trong hệ thống thoát n−ớc chung n−ớc thải th−ờng phải thoát trong mạng l−ới cống với khẩu độ lớn hơn yêu cầu, nh−ng nhiều khi độ dốc không đảm bảo với dòng chảy có nhiều tạp chất gây ra lắng đọng trong đ−ờng ống, giảm mặt cắt thoát n−ớc. Do vậy việc phân chia hệ thống thoát n−ớc riêng không chỉ có ý nghĩa về mặt môi tr−ờng, quản lý mà còn đảm bảo yêu cầu về điều kiện dòng chảy. Trên thực tế, hệ thống thoát n−ớc thải th−ờng đ−ợc xây dựng tại các tuyến đ−ờng và khu đô thị mới hoặc cải tạo, khu nghỉ mát, điều d−ỡng hoặc xí nghiệp công nghiệp, các khu chế xuất hay khu công nghiệp tập trung. Việc tính toán và thiết kế thoát n−ớc thải đ−ợc thực hiện theo các tiêu chuẩn quy phạm và h−ớng dẫn thiết kế nh−: TCXD51-72 “Tiêu chuẩn thiết kế thoát n−ớc đô thị:, 20TCN 51-84 “Tiêu chuẩn thoát n−ớc - mạng l−ới bên ngoài và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế”. Một trong những yêu cầu quan trọng nhất là đảm bảo khả năng thoát n−ớc của hệ thống thoát n−ớc thải tới cuối giai đoạn tính toán. Nh− vậy, để xác định l−u l−ợng tính toán cần có các số liệu hiện trạng và quy hoạch về dân số và các dữ liệu chi tiết về các khu đô thị, khu th−ơng mại dịch vụ, xí nghiệp công nghiệp. 9.3.2. Tổng l−u l−ợng n−ớc thải Tổng l−ợng n−ớc thải xét về l−u l−ợng (không xét tới thành phần) có thể phân chia nh− sau: - N−ớc thải sinh hoạt (khu nhà ở, khu th−ơng mại dịch vụ, bệnh viện, tr−ờng học, cơ quan, ). Tại các khu vực này, diễn biến l−u l−ợng n−ớc thải là có quy luật chung và không có các thay đổi bất th−ờng. 312 - N−ớc thải công nghiệp là n−ớc thải từ các khu vực nhà máy, xí nghiệp. L−u l−ợng n−ớc thải công nghiệp tuỳ thuộc vào thiết kế của nhà máy và tình hình sản xuất. Các khu vực này đôi khi có các thay đổi bất th−ờng trong l−u l−ợng n−ớc thải. Tổng l−ợng n−ớc thải tại khu vực đ−ợc tính toán theo công thức sau: Wt = n0 M + WKh (9 - 13) trong đó: Wt: tổng l−ợng n−ớc thải ngày tại khu vực, m3; M: số dân trong khu vực tính toán, ng−ời. Thông số này th−ờng đ−ợc xác định căn cứ trên quy hoạch phát triển đô thị, hoặc căn cứ theo mật độ dân số quy hoạch; no: tiêu chuẩn thải n−ớc ngày đêm. Tiêu chuẩn thải n−ớc là l−ợng n−ớc thải tạo ra do một ng−ời sử dụng hệ thống thoát n−ớc hoặc tạo ra trên một đơn vị sản phẩm sản xuất ra của xí nghiệp công nghiệp. Tiêu chuẩn thải n−ớc trong nhiều tr−ờng hợp có thể lấy bằng tiêu chuẩn cấp n−ớc; WKh: tổng l−ợng n−ớc thải phát sinh từ các khu vực khác ngoài khu dân c−, m3 ; ví dụ nh− cơ sở sản xuất, th−ơng mại, dịch vụ, tr−ờng học, bệnh viện, Trong nhiều tr−ờng hợp WKh cũng đ−ợc tính t−ơng tự nh− Wt, tức là căn cứ trên tiêu chuẩn thải n−ớc đối với từng sản phẩm, gi−ờng bệnh, học sinh, hoặc m2 mặt bằng. L−u l−ợng n−ớc thải trung bình ngày đ−ợc tính từ tổng l−ợng n−ớc thải nh− sau: 400.86 t tb W Q = (9 - 14) trong đó: Qtb: l−u l−ợng n−ớc thải trung bình ngày, m3/s; Tuy nhiên l−ợng n−ớc thải chảy vào mạng l−ới thoát n−ớc th−ờng không điều hoà theo giờ trong ngày (cực đại là buổi sáng và buổi chiều tối), không điều hòa theo các ngày trong tuần. Để xác định l−u l−ợng tính toán đối với n−ớc thải, thông th−ờng sử dụng các hệ số không điều hòa ngày đêm (Kngđ), không điều hòa theo giờ (Kh) và hệ số không điều hòa chung (Kch) là tích của hai hệ số trên: hTB h hng đch Q QKKK . .max== (9 - 15) trong đó: Qmax.h : l−u l−ợng giờ lớn nhất trong ngày thải n−ớc lớn nhất; QTB..h : l−u l−ợng giờ trung bình trong ngày thải n−ớc trung bình. T−ơng tự nh− vậy, hệ số không điều hòa chung đối với l−u l−ợng nhỏ nhất cũng đ−ợc tính toán nh− đối với l−u l−ợng lớn nhất. Hệ số không điều hòa chung đối với n−ớc thải sinh hoạt (khu dân c−) tùy thuộc l−u l−ợng n−ớc thải trung bình lấy nh− ở bảng 9 - 5 d−ới đây. Bảng 9 - 5 Bảng giá trị của hệ số không điều hòa chung L−u l−ợng trung bình, l/s 5 10 20 50 100 300 500 1000 >5000 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 Kch min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 313 Trong tr−ờng hợp khu vực tính toán không chỉ là khu dân c−, mà có nhiều mục đích sử dụng khác, l−u l−ợng tính toán của các khu vực ngoài khu dân c− cần phải xem xét, phân tích và áp dụng các ph−ơng pháp tính toán thích hợp, ví dụ nh− căn cứ theo tiêu chuẩn cấp n−ớc. Đối với các nhà máy, khu công nghiệp có sử dụng nhiều n−ớc trong quy trình sản xuất, cần căn cứ theo biểu đồ nhu cầu n−ớc theo yêu cầu công nghệ. Đ 9 .4. Đặc điểm chuyển động của n−ớc thải đô thị Mạng l−ới thoát n−ớc thải sinh hoạt th−ờng đ−ợc tính toán với một phần độ đầy cống. Điều này cho phép: - Tạo điều kiện tốt để vận chuyển các chất bẩn lơ lửng không tan. - Đảm bảo thông hơi để loại các chất khí độc hại tách ra từ n−ớc thải. - Tạo một phần tiết diện dự phòng để vận chuyển l−u l−ợng v−ợt quá giá trị tính toán. Độ đầy cống đ−ợc đặc tr−ng bởi tỷ lệ giữa chiều cao lớp n−ớc H và đ−ờng kính d hay chiều cao toàn phần của cống (H/d). Để tính toán thủy lực mạng l−ới thoát n−ớc ng−ời ta dùng công thức dòng chảy ổn định và đều: Q = ω . v (9 - 16) RiCv = ; g v R i 2 . 4 2λ= (9 - 17) trong đó: Q: l−u l−ợng n−ớc thải, m3/s; ω: diện tích mặt cắt −ớt, m2; C: hệ số Sêdi; v: tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s; i: độ dốc thủy lực bằng độ dốc lòng ống cống khi chuyển động đều; R: bán kính thủy lực, m; R = ω/χ; χ: chu vi −ớt, m; g: gia tốc rơi tự do, 9,81m/s2. 9.4.1. Tiết diện cống và đặc tính thủy lực Các loại tiết diện cống thoát n−ớc th−ờng dùng là cống tròn, cống vòm, cống hộp vuông, cống hộp chữ nhật, kênh hình thang, rãnh hình chữ nhật. Kết cấu có thể là bê tông cốt thép, vòm gạch, đá hộc xây . yêu cầu chung nhất là: - Bảo đảm thoát n−ớc tốt, không gây lắng đọng; - Đủ sức chịu tải trọng tĩnh và động; - Giá thành hạ; - Tránh dùng nhiều loại cống khác nhau. Trên thực tế, đối với đô thị tiết diện cống hay sử dụng nhất là cống tròn do có các −u điểm về giá thành, khả năng sản xuất đồng loạt và tính dễ lắp ghép. Thông th−ờng khi thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc đô thị, các loại tiết diện cống chủ yếu đ−ợc cân nhắc là: 314 - Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát n−ớc thải (n−ớc bẩn); - Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát n−ớc m−a, đ−ờng kính lớn nhất là 2,0m; - Cống hộp bê tông cốt thép (đổ tại chỗ hoặc lắp ghép) tiết diện hình vuông hoặc hình chữ nhật, kích th−ớc nhỏ nhất nên lớn hơn 1,0m; - Rãnh thoát n−ớc hình chữ nhật. Công thức chung tính l−u l−ợng thoát n−ớc của cống nh− sau: Q=ω.V (9 - 18) iRCIRCV .. == (9 - 19) trong đó: Q: l−u l−ợng m3/s; ω: diện tích tiết diện −ớt, m2; V: tốc độ n−ớc chảy, m/s; R: bán kính thủy lực, m; I: độ dốc thủy lực, lấy bằng độ dốc cống i; C: hệ số Sê di. Theo công thức Pavlốpki: yR n C .1= (9 - 20) trong đó: n: hệ số nhám, phụ thuộc vật liệu và ph−ơng pháp chế tạo cống. Xem bảng 9 -6; y: số mũ, phụ thuộc độ nhám, hình dạng và kích th−ớc của cống: ( )1,075,013,05,2 −−−= nny (9 - 21) Trong nhiều tr−ờng hợp, công thức vận tốc có thể viết nh− sau: 2/13/21 IR n V = (9 - 22) Bảng 9 - 6 Hệ số nhám n Loại cống (kênh) Hệ số nhám n Cống: - Sành - Bê tông và bê tông cốt thép - Xi măng và a mi ăng - Gang - Thép Kênh - Gạch - Đá có trát vữa xi măng 0,013 0,014 0,012 0,013 0,012 0,015 0,017 Chú ý: Các trị số ở bảng nêu trên t−ơng ứng với điều kiện sản xuất hoàn chỉnh, nếu sản xuất bằng thủ công thì trị số nhám sẽ lớn hơn nhiều. Đặc tính thủy lực tốt nhất của tiết diện cống xác định bằng khả năng thoát n−ớc lớn nhất, khi cùng đạt một độ dốc và diện tích tiết diện −ớt bằng nhau. Nh− vậy cống tròn là tốt nhất vì có bán kính thủy lực R lớn nhất. χ ω=R (9 - 23) 315 trong đó: ω: diện tích tiết diện −ớt, m2; χ: chu vi −ớt, m; Do cống tròn thoát n−ớc tốt, dễ chế tạo hàng loạt và bền vững nên đ−ợc dùng rộng rãi, tới 90% số l−ợng trong mạng l−ới thoát n−ớc. 9.4.2. Tổn thất cục bộ trong mạng l−ới thoát n−ớc Tổn thất cục bộ th−ờng đ−ợc tính ở giếng thăm, giếng chuyển bậc với cống có d<500mm và ở cửa xả ra kênh, sông thoát n−ớc chảy qua đô thị. Do tổn thất cục bộ gây ra hiện t−ợng dềnh n−ớc, làm lắng đọng bùn rác, lâu ngày có thể làm tắc cống. Cột n−ớc tổn thất cục bộ đ−ợc tính theo công thức: g Vhr 2 2 ξ= (9 - 24) trong đó: ξ : hệ số tổn thất cục bộ; V: tốc độ dòng chảy ở mặt cắt sau chỗ tổn thất, theo chiều n−ớc chảy, m/s; g: gia tốc trọng tr−ờng, 9,81m/s2. Tại cửa xả là nơi mở rộng đột ngột, có thể tính cột n−ớc theo định luật Booc -đa: g vV H dm 2 21 += (9 - 25) Khi áp dụng công thức nêu trên có thể kết hợp tính toán với đo đạc thực tế (nh− đo tốc độ V2 của sông có nhiều cửa xả trong mùa ngập lụt). Hệ số tổn thất cục bộ ξ có thể tính cho tr−ờng hợp thu hẹp đột ngột ξ ch= 0,05 (1- Ω ω ) 2 (9 - 26) Tr−ờng hợp cửa xả: ξ cx = (1- Ω ω ) 2 (9 - 27) trong đó Ω,ω là diện tích mặt cắt. Khi Ω lớn hơn nhiều so vớiω thì ξ cx = 1. Bảng 9 – 7 Trị số ξ Vị trí gây tổn thất cục bộ ξ - Cửa thu n−ớc vào kênh m−ơng 0,1 - Cửa thu n−ớc vào ống gờ nhọn 0,5 - Cửa thu n−ớc vào ống ở d−ới mực n−ớc 1,0 - Van khóa ở mức độ hở: Hoàn toàn 0,50 3/4 0,26 1/2 2,06 - Van ng−ợc chiều 5,0 - Khuỷu ống 90O, ỉ100 - 1000mm 0,39 – 0,50 316 9.4.3. Đ−ờng kính tối thiểu và độ đầy tối đa Ng−ời ta quy định đ−ờng kính tối thiểu tùy theo loại n−ớc thải, phạm vi sử dụng là để tránh bị tắc cống, giảm bớt chi phí quản lí. Độ đầy a = h/d, h/H đ−ợc quy định th−ờng nhỏ hơn 1 để bảo đảm điều kiện chảy không ngập của cống và còn để thông hơi, nhất là với cống n−ớc thải sinh hoạt, loại n−ớc bẩn. Riêng với cống thoát n−ớc m−a, thoát n−ớc chung thì có thể đ−ợc dùng h/d = 1 khi đạt l−u l−ợng tối đa. a. Đường kính nhỏ nhất của ống: Kích th−ớc nhỏ nhất của cống thoát n−ớc là một trong những tiêu chí bắt buộc khi thiết kế. Kích th−ớc nhỏ nhất đ−ợc quy định để đảm bảo công tác duy tu, bảo d−ỡng và vận hành. Thông th−ờng kích th−ớc nhỏ nhất phụ thuộc vào chiều dài cống, l−u l−ợng và tính chất dòng chảy. Đối với cống thoát n−ớc ngầm, các cống có kích th−ớc nhỏ th−ờng là cống tròn. D−ới đây là đ−ờng kính nhỏ nhất của cống khi đặt ngầm. - Cống tròn thoát n−ớc thải sinh hoạt đặt ở đ−ờng phố 300mm. - Cống tròn trong sân, ống thoát n−ớc thải sản xuất 200mm. - Cống tròn thoát n−ớc m−a và thoát n−ớc chung đặt ở đ−ờng phố 400mm, đặt trong sân 300mm. - Cống tròn dẫn bùn có áp 150mm. - Cống tròn nối từ giếng thu n−ớc m−a đến đến đ−ờng cống 300mm. Ghi chú: − Các khu dân cư có lưu lượng n−ớc thải d−ới 500m3/ngày cho phép dùng ống φ200mm đặt ở đ−ờng phố. − Trong các tr−ờng hợp đặc biệt, ống thoát n−ớc thải sản xuất cho phép có đ−ờng kính d−ới 200mm. b. Độ đầy tính toán của cống, ph−ơng pháp nối cống Độ đầy tính toán của cống phụ thuộc vào đ−ờng kính cống và quy định nh− sau: - Cống tròn 200 -300mm không quá 0,6d; - Cống tròn 350 - 450mm không quá 0,7d; - Cống tròn 500 - 900mm không quá 0,75d; - Cống tròn trên 900mm không quá 0,80d. Ghi chú: - Đối với m−ơng có chiều cao H từ 0,9m trở lên và tiết diện ngang có hình dáng bất kỳ, độ đầy không đ−ợc quá 0,8H. - Đ−ờng ống thoát n−ớc m−a và đ−ờng ống thoát n−ớc chung đ−ợc thiết kế đầy hoàn toàn. - M−ơng thoát n−ớc m−a xây dựng trong phạm vi các nhóm nhà ở, chiều sâu dòng n−ớc không v−ợt quá 1,0m và bờ m−ơng phải cao hơn mức n−ớc cao nhất từ 0,2m trở lên. - Tốc độ chảy nhỏ nhất của n−ớc thải lấy phụ thuộc thành phần và độ thô của các hạt lơ lửng có trong n−ớc thải, bán kính thuỷ lực hoặc độ đầy của ống hay m−ơng. - Khi cần thay đổi kích th−ớc của cống thoát n−ớc, cần thực hiện tại các ga nối cống. Thông th−ờng kích th−ớc các cống đ−ợc tăng dần từ đầu nguồn tới cửa xả. Việc nối 317 các tuyến cống có kích th−ớc khác nhau cần phải đảm bảo để cả hai cống cùng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ, độ đầy dòng chảy. Thông th−ờng các cống đ−ợc nối trùng cao độ đỉnh, trong một số tr−ờng hợp cho phép nối trùng cao độ tim cống. Việc nối trùng cao độ đáy cống chỉ đ−ợc thực hiện khi có các lý do cụ thể và phải đảm bảo khả năng thoát n−ớc của cống phía kích th−ớc nhỏ không bị ảnh h−ởng. 9.4.4. Tốc độ và độ dốc Công thức V = C iR. thể hiện rõ tốc độ phụ thuộc vào độ dốc, bán kính thủy lực, độ nhám Khi thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc đô thị, tốc độ phải đảm bảo không lắng đọng, không xói lở, xói mòn. Nh−ng khó khăn th−ờng gặp nhất ở đô thị vùng đồng bằng là bảo đảm vận tốc không lắng (còn gọi là vận tốc tự làm sạch), V> [Vkl]. Trong các tr−ờng hợp khó khăn khi không đảm bảo đ−ợc vận tốc tự làm sạch, cần xem xét việc tăng số l−ợng ga thăm, để đảm bảo công tác nạo vét đ−ợc dễ dàng hơn. Đối với n−ớc thải sinh hoạt và n−ớc m−a, tốc độ chảy nhỏ nhất ứng với độ đầy tính toán lớn nhất của ống quy định nh− sau: Cống tròn có đ−ờng kính 150 – 250 mm: Vmin = 0,7m/s 300 – 400 mm 0,8 m/s 450 – 500 mm 0,9 m/s 600 – 800 mm 1,0 m/s 900 – 1200 mm 1,15 m/s 1300 – 1500 mm 1,3 m/s > 1500 mm 1,5 m/s Đối với n−ớc thải sản xuất tốc độ chảy nhỏ nhất nên lấy theo quy định của cơ quan chuyên ngành hoặc theo tài liệu nghiên cứu. Ghi chú: − Đối với các loại n−ớc thải sản xuất mà tính chất của các chất lơ lửng gần giống với n−ớc thải sinh hoạt thì tốc độ chảy nhỏ nhất lấy nh− n−ớc thải sinh hoạt. − Đối với n−ớc m−a có chu kỳ tràn cống P nhỏ hơn hay bằng 0,33 năm, tốc độ nhỏ nhất lấy 0,6m/s. − Đối với các đoạn cống đầu mạng l−ới không đảm bảo tốc độ nhỏ nhất đó quy định hoặc độ đầy tính toán d−ới 0,2d thì nên xây dựng các giếng rửa. Tốc độ lớn nhất trong m−ơng dẫn n−ớc m−a và n−ớc thải sản xuất đ−ợc phép xả vào sông, hồ lấy theo bảng 9 – 8. Bảng 9 – 8 Tên loại đất hay kiểu gia cố Tốc độ chảy lớn nhất ứng với chiều sâu dòng n−ớc h = 0,4 -1m, m/s Gia cố bằng các tấm bê tông Đá vôi sa thạch Đá lát khan Đá lát có vữa Cát nhỏ, cát vừa, pha sét Cát thô, pha sét gầy Pha sét Sét Lớp cỏ xếp ở đáy m−ơng Lớp cỏ xếp ở thành m−ơng 4,0 4,0 2,0 3,0 – 3,5 0,4 0,8 1,0 1,2 1,0 1,6 318 Ghi chú: Khi chiều sâu dòng n−ớc h nằm ngoài khoảng trị số h = 0,4 – 1,0m, tốc độ ở bảng trên phải với hệ số điều chỉnh: - Nếu h d−ới 0,4 m, hệ số 0,85. - Nếu h trên 1,0m, hệ số 1,25. Độ dốc đ−ờng ống m−ơng và r∙nh thoát n−ớc - Độ dốc nhỏ nhất đ−ờng ống, m−ơng và rãnh phải chọn trên sơ sở bảo đảm tốc độ chảy nhỏ nhất quy định . - Đối với tất cả các hệ thống thoát n−ớc độ dốc nhỏ nhất ứng với độ đầy tính toán quy định nh− sau: Đối với cống: φ 150mm imin = 0,008 φ 200mm imin = 0,005 φ 300mm imin = 0,004 φ 400mm imin = 0,0025 φ 500mm imin = 0,002 φ 600mm imin = 0,0017 φ 700mm imin = 0,0014 φ 800mm imin = 0,0013 φ 900mm imin = 0,0011 φ 1000mm imin = 0,0010 φ 1250mm imin = 0,0008 φ 1500mm imin = 0,0007 φ 1750mm imin = 0,0006 φ 2000mm imin = 0,0005 Ghi chú: - Trong một số tr−ờng hợp đặc biệt cho phép lấy độ dốc 0,004 đối với ống φ 200mm; 0,007 đối với ống φ 150mm. - Độ dốc đoạn nối từ giếng thu n−ớc m−a đến đ−ờng ống 0,02 - Theo công thức kinh nghiệm, đối với cống tròn, độ dốc nhỏ nhất lấy tỷ lệ nghịch với đ−ờng kính cống. Độ dốc của rãnh, m−ơng thoát n−ớc m−a lấy theo bảng 9 - 9 d−ới đây. Bảng 9 - 9 Các hạng mục Độ dốc nhỏ nhất của rãnh đ−ờng, m−ơng Rãnh đ−ờng mặt phủ át phan Nh− trên – khi mặt phủ bằng đá dăm hoặc đá tảng Nh− trên - rải cuội, sỏi Các rãnh riêng biệt M−ơng tiêu n−ớc 0,003 0,004 0,005 0,005 0,005 319 Đ 9.5. Thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc 9.5.1. Một số nguyên tắc thiết kế Khi phân l−u vực thoát n−ớc và vạch tuyến đ−ờng ống cần chú ý đến điều kiện địa hình và quy hoạch chung của đô thị, phải tận dụng tối đa điều kiện địa hình để xây dựng hệ thống thoát n−ớc tự chảy. Đối với công tác cải tạo mạng l−ới thoát n−ớc thì cần nghiên cứu mạng l−ới hiện có và biện pháp đấu nối với hệ thống hiện có. Khi thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc cho tuyến đ−ờng cần căn cứ theo quy hoạch thoát n−ớc của toàn khu vực. Quá trình phát triển một khu vực, thông th−ờng tuyến đ−ờng sẽ đ−ợc xây dựng đầu tiên. Nh− vậy hệ thống thoát n−ớc của tuyến đ−ờng vừa phải đảm bảo phù hợp với quy hoạch thoát n−ớc trong t−ơng lai, đồng thời phải đảm bảo thoát n−ớc trong giai đoạn tr−ớc mắt, khi các khu vực đô thị ch−a hoàn thành xây dựng theo quy hoạch. Trong một số tr−ờng hợp khi không dung hoà đ−ợc cả hai nhiệm vụ thoát n−ớc tr−ớc mắt và lâu dài, cần xem xét thiết kế hai hệ thống thoát n−ớc, trong đó hệ thống để thoát n−ớc tr−ớc mắt là hệ thống tạm. Trong tr−ờng hợp này, hệ thống thoát n−ớc tạm nếu cần thiết có thể phải sử dụng cả hình thức thoát n−ớc c−ỡng bức hoặc đào hồ chứa. Trên mạng l−ới thoát n−ớc cần xây dựng các miệng xả dự phòng để xả n−ớc thải vào hệ thống thoát n−ớc m−a, hoặc vào hồ khi xảy ra sự cố. Trong phạm vi các khu dân c−, không đ−ợc đặt các đ−ờng ống thoát n−ớc m−a, n−ớc thải nổi trên mặt đất. Nếu đi qua hồ sâu, sông, kênh t−ới cần phải có biện pháp xử lý thích hợp. Khoảng cách trên mặt bằng và mặt đứng của công trình thoát n−ớc tới các công trình khác cần tuân thủ theo các tiêu chuẩn hiện hành. Khi thay đổi h−ớng hoặc độ dốc của tuyến cống cần phải thực hiện tại vị trí các giếng thăm của tuyến cống. Góc nối cống trên mặt bằng không đ−ợc nhỏ hơn 90o. Khi nối rãnh với cống kín phải qua giếng thăm có hố khử cặn và song chắn rác. 9.5.2. Thiết kế mạng l−ới thoát n−ớc a. Giếng thăm. Trong các hệ thống thoát n−ớc, giếng thăm trên mạng l−ới cống cần đặt tại các vị trí nh− sau: - Vị trí nối các tuyến cống. - Tuyến cống chuyển h−ớng, thay đổi độ dốc hoặc thay đổi kích th−ớc. - Đảm bảo khoảng cách để duy tu, bảo d−ỡng và vận hành. Khoảng cách này phụ thuộc vào kích th−ớc tuyến cống. Đối với cống tròn có thể tham khảo theo bảng 9 -10. Bảng 9 -10 Khoảng cách tối đa giữa các giếng thăm Đ−ờng kính ống (mm) Khoảng cách giữa các giếng thăm (m) 150 - 300 400 - 600 700 - 1000 > 1000 20 40 60 100 Ghi chú: Thông th−ờng khoảng cách giữa các giếng thăm lấy nhỏ hơn giá trị trong bảng nêu trên và còn phụ thuộc vào l−u l−ợng tính toán, độ đầy và vận tốc tính toán. Ví 320 dụ nh− đối với cống đ−ờng kính 400 – 600mm nếu độ đầy d−ới 0,5d và tốc độ tính toán bằng tốc độ nhỏ nhất thì khoảng cách giữa các giếng là 25m - 30m. - Đáy giếng thăm trong hệ thống thoát n−ớc m−a cần có hố thu cặn. Tuỳ theo mức độ hoàn thiện các khu vực đ−ợc thoát n−ớc, chiều sâu hố thu cặn lấy khoảng 0,3 – 0,5m. b. Giếng thu nước mưa - Giếng thu n−ớc m−a đặt ở rãnh đ−ờng theo những khoảng cách xác định thông qua tính toán. Ngoài ra còn phải bố trí giếng thu tại các vị trí trũng trên trắc dọc, tr−ớc các ngã rẽ và tr−ớc dải đi bộ qua đ−ờng. - Khoảng cách giữa các giếng thu n−ớc cần đ−ợc xác định để đảm bảo các tiêu chí bao gồm: (1) Tính chất của tuyến đ−ờng. (2) Chiều rộng phần mặt đ−ờng đ−ợc phép ngập n−ớc. (3) Thời gian cho phép ngập n−ớc trên mặt đ−ờng. Khi đ−ờng phố rộng d−ới 30m (mỗi bên rãnh nhận n−ớc từ giữa đ−ờng), khoảng cách lớn nhất giữa các giếng có thể tham khảo bảng 9-11. Chiều dài của đoạn cống nối từ giếng thu đến giếng thăm không lớn hơn 40m. Bảng 9 -11 Khoảng cách lớn nhất giữa các giếng thu Độ dốc dọc đ−ờng phố Khoảng cách giữa các giếng thu (m) Nhỏ hơn hoặc bằng 0,004 Trên 0,004 – 0,006 Trên 0,004 – 0,01 Trên 0,01 – 0,03 50 60 70 80 Ghi chú: - Quy định này không áp dụng đối với kiểu giếng thu cửa thu bó vỉa (giếng thu hàm ếch). - Khi chiều rộng đ−ờng phố lớn hơn 30m thì khoảng cách giữa các giếng thu không lớn hơn 60m. - Đáy của giếng thu n−ớc m−a phải có hố thu cặn, chiều sâu từ 0,3 – 0, 5m và cửa thu phải có song chắn rác. Mặt trên song chắn rác đặt thấp hơn rãnh đ−ờng khoảng 20mm - 30mm. - Nối m−ơng hở với đ−ờng ống kín bằng giếng phải có hố thu cặn, phía miệng hố phải đặt song chắn rác có khe hở không quá 50mm; đ−ờng kính đoạn ống nối xác định bằng tính toán nh−ng không nhỏ hơn 300mm. Ví dụ tính toán: • Số liệu đầu vào Tính khẩu độ cống thoát n−ớc dọc cho tuyến đ−ờng đô thị. Chiều rộng mặt cắt ngang (phạm vi chỉ giới đỏ) là 68m. Phạm vi thoát n−ớc tính toán theo quy hoạch là 100m tính từ mép ngoài vỉa hè (đối với cả n−ớc m−a và n−ớc thải). Chiều dài đoạn tuyến từ điểm đầu tới vị trí cửa 321 xả là 1500m. Hệ thống thoát n−ớc dự kiến là hệ thống chảy riêng hoàn toàn (thoát n−ớc m−a và thoát n−ớc bẩn theo hai hệ thống riêng biệt). • Yêu cầu tính toán − Xác định l−u l−ợng thoát n−ớc m−a dọc theo chiều dài đoạn tuyến. Dự kiến khẩu độ cống thoát n−ớc m−a dọc tuyến. − Xác định l−u l−ợng thoát n−ớc thải dọc theo chiều dài tuyến. Kiểm tra khả năng thoát n−ớc chung khi n−ớc thải đ−ợc thoát tạm thời trong hệ thống thoát n−ớc m−a. • Các b−ớc tính toán Hệ thống thoát n−ớc m−a Đối với hệ thống thoát n−ớc m−a dọc tuyến, các b−ớc tính toán cần thực hiện nh− d−ới đây. Trong bảng tính phía d−ới sẽ trình bày toàn bộ các nội dung tính toán. − Xác định diện tích thoát n−ớc của hệ thống cống dọc. Trong ví dụ này, dự kiến dọc tuyến sẽ có 2 hệ thống thoát n−ớc dọc hai bên đ−ờng. Nh− vậy, mỗi hệ thống cống dọc sẽ thoát n−ớc cho phạm vi 34m trong mặt cắt ngang và 100m phía ngoài vỉa hè (cột 2, 3, 4). − Xác định thời gian tập trung n−ớc tới các mặt cắt yêu cầu. Thời gian tập trung n−ớc bao gồm cả thời gian chảy tới cống và thời gian chảy trong cống. Trong ví dụ này xác định thời gian n−ớc chảy tới cống là 10 phút. Thời gian chảy trong cống đ−ợc xác định trên cơ sở chiều dài đoạn cống và vận tốc n−ớc chảy trong cống (cột 5, 6, 7). − Xác định c−ờng độ m−a tính toán t−ơng ứng với tần suất tính toán và thời gian tập trung n−ớc (cột 8). − Xác định hệ số dòng chảy tính toán. Hệ số dòng chảy căn cứ theo tính chất bề mặt phủ của đô thị và tính chất m−a khu vực (cần l−u ý với những trận m−a dài ngày thì hệ số thấm giảm đi đáng kể). Trong ví dụ này hệ số dòng chảy xác định là 0,85. − Tính toán l−u l−ợng tại các mặt cắt yêu cầu (cột 9). − Thông số khẩu độ cống đ−ợc dự kiến tại cột 10. Tuy nhiên việc xác định khẩu độ cống đối với từng đoạn còn phụ thuộc vào độ dốc đặt cống. Khẩu độ cống đề xuất tại cột 10 chỉ là cơ sở để xác định trắc dọc cống. Việc kiểm toán khẩu độ cống đối với từng đoạn cần thực hiện trên cơ sở trắc dọc cống thực tế. Tính toán l−u l−ợng cống thoát n−ớc m−a dọc tuyến Thời gian tập trung n−ớcChiều dài đoạn cống Chiều rộng thoát n−ớc Diện tích thoát n−ớc Đến cống Trong cống Tổng C−ờng độ m−a L−u l−ợng thiết kế Khẩu độ cống đề xuất L B A t1 t2 t I QTK D Tr−ờng hợp tính toán ( m ) ( m ) (ha) ( ph ) ( ph ) ( ph ) ( l/s/ha ) ( m3/s ) (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 100 134 1,34 10,0 1,7 11,7 419 0,48 D1000 2 200 134 2,68 10,0 3,3 13,3 404 0,92 D1000 3 250 134 3,35 10,0 4,2 14,2 396 1,13 D1000 4 300 134 4,02 10,0 5,0 15,0 389 1,33 D1000 5 350 134 4,69 10,0 5,8 15,8 382 1,52 D1250 6 400 134 5,36 10,0 6,7 16,7 376 1,71 D1250 322 7 450 134 6,03 10,0 7,5 17,5 370 1,90 D1250 8 500 134 6,70 10,0 8,3 18,3 364 2,07 D1250 9 550 134 7,37 10,0 9,2 19,2 358 2,24 D1250 10 600 134 8,04 10,0 10,0 20,0 352 2,41 D1500 11 650 134 8,71 10,0 10,8 20,8 347 2,57 D1500 12 700 134 9,38 10,0 11,7 21,7 342 2,72 D1500 13 750 134 10,05 10,0 12,5 22,5 337 2,87 D1500 14 800 134 10,72 10,0 13,3 23,3 332 3,02 D1500 15 850 134 11,39 10,0 14,2 24,2 327 3,16 D2000 16 900 134 12,06 10,0 15,0 25,0 322 3,30 D2000 17 950 134 12,73 10,0 15,8 25,8 318 3,44 D2000 18 1000 134 13,40 10,0 16,7 26,7 313 3,57 D2000 19 1050 134 14,07 10,0 17,5 27,5 309 3,70 D2000 20 1100 134 14,74 10,0 18,3 28,3 305 3,82 D2000 21 1150 134 15,41 10,0 19,2 29,2 301 3,94 D2000 22 1200 134 16,08 10,0 20,0 30,0 297 4,06 D2000 23 1250 134 16,75 10,0 20,8 30,8 294 4,18 D2000 24 1300 134 17,42 10,0 21,7 31,7 290 4,29 D2000 25 1350 134 18,09 10,0 22,5 32,5 286 4,40 D2000 26 1400 134 18,76 10,0 23,3 33,3 283 4,51 D2000 27 1450 134 19,43 10,0 24,2 34,2 279 4,62 D2000 28 1500 134 20,10 10,0 25,0 35,0 276 4,72 D2000 29 1600 134 21,44 10,0 26,7 36,7 270 4,92 D2000 30 1700 134 22,78 10,0 28,3 38,3 264 5,11 D2000 Hệ thống thoát n−ớc thải L−u l−ợng thoát n−ớc thải phụ thuộc rất lớn vào tính chất, loại hình và quy mô đô thị, quy mô dân số dọc tuyến. Thông th−ờng các thông số này đ−ợc xác định thông qua bài toán quy hoạch đô thị. Việc dự kiến khẩu độ công trình thoát n−ớc thải phải đ−ợc thực hiện bởi đơn vị lập quy hoạch vì vấn đề này có liên quan tới vị trí, quy mô các trạm bơm n−ớc thải, các nhà máy xử lý. Thời điểm hoàn thành hệ thống thoát n−ớc thải với đầy đủ các công trình đầu mối nh− trạm bơm, nhà máy xử lý, ... th−ờng chậm hơn khá nhiều so với tuyến đ−ờng. Nh− vậy trong giai đoạn đầu n−ớc thải th−ờng thoát chung với hệ thống thoát n−ớc m−a. Các b−ớc tính toán l−u l−ợng n−ớc thải d−ới đây mang tính sơ bộ để kiểm tra khả năng thoát n−ớc của hệ thống thoát n−ớc m−a khi có n−ớc thải thoát cùng. Các b−ớc tính toán bao gồm: − Xác định phạm vi thoát n−ớc thải. Trong ví dụ này phạm vi thoát n−ớc thải sẽ là 100m tính từ mép ngoài vỉa hè. − Căn cứ trên quy hoạch, xác định loại hình đô thị và quy mô dân số trong phạm vi tính toán. Trong ví dụ này xác định là khu dân c−, mật độ dân số 800 (ng−ời/ha). − Xác định chỉ tiêu n−ớc thải n0. Trong ví dụ này chỉ tiêu n−ớc thải là 200(lít/ng−ời/ngày đêm). − Xác định tổng l−ợng n−ớc thải Wt và l−u l−ợng n−ớc thải trung bình QTB tại các mặt cắt yêu cầu tính toán. 323 − Xác định hệ số không điều hòa chung Kch. − Xác định l−u l−ợng thải lớn nhất Qmax = Kch * QTB tại các mặt cắt yêu cầu tính toán. − Trong ví dụ này, tại mặt cắt cuối cùng các thông số tính toán l−u l−ợng n−ớc thải nh− sau: + Tổng l−ợng n−ớc thải: Wt = (15*800)*200 = 2400 (m 3/ngày) + L−u l−ợng trung bình: QTB = 2400*1000/86400 = 27,8(l/s) + Hệ số không điều hòa chung: Kch = 1,85 + L−u l−ợng thải lớn nhất: QMax = 1,85x27,8 = 51,4 (l/s) − Nh− vậy l−u l−ợng n−ớc thải lớn nhất tại mặt cắt cuối cùng chỉ t−ơng đ−ơng 1,1% l−u l−ợng n−ớc m−a lớn nhất. Các vấn đề l−u ý khi thiết kế − Việc chọn khẩu độ cống dọc thoát n−ớc m−a cần căn cứ trên l−u l−ợng tính toán đối với từng đoạn tuyến. Khả năng thoát n−ớc của cống còn phụ thuộc vào độ dốc đặt cống, tuy nhiên yếu tố này có liên quan tới trắc dọc cống, trắc dọc đ−ờng và các khống chế cao độ khác. Nh− vậy, sau khi tiến hành bố trí cống (khẩu độ, trắc dọc) cần kiểm toán khả năng thoát n−ớc của cống trên cơ sở các thông số trắc dọc cụ thể. − Trong tr−ờng hợp này khẩu độ cống thoát n−ớc m−a đủ đảm bảo thoát n−ớc cả n−ớc m−a và n−ớc thải. Do đó trong giai đoạn đầu, n−ớc thải có thể thoát cùng với n−ớc m−a mà vẫn không cần tăng khẩu độ cống. Tài liệu sử dụng trong Ch−ơng IX: [1]. Cấp thoát n−ớc. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1988. [2]. Thoát n−ớc, Tập 1: Mạng l−ới thoát n−ớc. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2001. [3]. Thoát n−ớc đô thị, một số vấn đề về lý thuyết và thực tiễn ở Việt Nam. Nhà xuất bản Xây dựng, 2002. [4]. Adolison. Phân tích bãi sông và thuỷ văn. Nhà xuất bản Wesley, 1992. [5]. H−ớng dẫn thoát n−ớc đ−ờng ôtô, AASHTO, 1982. [6]. Thoát n−ớc mặt đ−ờng ôtô. Thông tin thuỷ lực công trình No.12-1984 [7]. Tính toán các đặc tr−ng dòng chảy lũ, 22TCN 220-95.