Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 9: Thiết kế hệ thống thoát nước mặt và thoát nước ngầm

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 9: Thiết kế hệ thống thoát nước mặt và thoát nước ngầm

1. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 9 THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG THOAÙT NÖÔÙC MAËT VAØ THOAÙT NÖÔÙC NGAÀM 3.1 Heä thoáng thoaùt nöôùc maët vaø thoaùt nöôùc ngaàm 3.1.1 Heä thoáng thoaùt nöôùc maët: 1) Ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng vaø leà ñöôøng: - Ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng doác töø tim phaàn xe chaïy veà phía leà ñöôøng. Ñoä doác ngang phuï thuoäc vaøo loaïi maët ñöôøng. Maët ñöôøng caøng ít baèng phaúng thì ñoä doác ngang phaûi thieát keá caøng lôùn ñeå ñaûm baûo nöôùc khoâng bò ñoïng thöôøng xuyeân treân maët ñöôøng, ngaám vaøo maët ñöôøng, lôùp moùng vaø neàn ñaát. Maët khaùc, ñoä doác ngang maët ñöôøng caøng lôùn thì caøng baát lôïi cho xe chaïy: xe coù theå bò tröôït khi trôøi möa ñöôøng trôn, taûi troïng xe phaân boá khoâng ñeàu xuoáng caùc baùnh xe, baùnh xe moøn khoâng ñeàu. Do vaäy khi thieát keá caàn choïn ñoä doác ngang toái thieåu ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän thoaùt nöôùc. - Ñoä doác ngang cuûa leà ñöôøng thöôøng laøm doác hôn ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng khoaûng töø 1 – 2%. Caáu taïo leà ñöôøng thöôøng laøm baèng ñaát töï nhieân hoaëc gia coá, vaät lieäu gia coá phaûi cuøng loaïi vaät lieäu laøm maët ñöôøng. 2) Raõnh doïc (raõnh bieân), raõnh ñænh, thuøng ñaáu, 3) Doác nöôùc vaø baäc nöôùc. 4) Caùc coâng trình thoaùt nöôùc qua ñöôøng: caàu, coáng, ñöôøng thaám, ñöôøng traøn. 3.1.2 Heä thoáng thoaùt nöôùc ngaàm: Taùc duïng laø ngaên chaën, taäp hôïp vaø haï thaáp möùc nöôùc ngaàm, ñaûm baûo neàn ñöôøng luoân ñöôïc khoâ raùo, do ñoù caûi thieän ñöôïc cheá ñoä thuûy nhieät cuûa neàn vaø maët ñöôøng. Toùm laïi, nöôùc laø keû thuø soá moät cuûa coâng trình ñöôøng. Nöôùc gaây xoùi lôû caàu coáng, saït lôû ta luy neàn ñöôøng. Nöôùc ngaám vaøo neàn maët ñöôøng laøm cho cöôøng ñoä chòu löïc cuûa neàn ñaát vaø vaät lieäu maët ñöôøng giaûm ñaùng keå vaø do ñoù keát caáu neàn maët ñöôøng deã bò phaù hoûng khi xe taûi troïng naëng chaïy qua. Do ñoù vieäc thieát keá heä thoáng thoaùt nöôùc treân ñöôøng hôïp lyù coù yù nghóa raát lôùn veà maët kinh teá vaø naâng cao chaát löôïng khai thaùc cuûa ñöôøng oâ toâ. 3.2 Thieát keá vaø tính toaùn raõnh thoaùt nöôùc 3.2.1 Nhöõng yeâu caàu khi thieát keá raõnh: - Tieát dieän vaø ñoä doác cuûa raõnh phaûi ñaûm baûo thoaùt ñöôïc löu löôïng tính toaùn vôùi kích thöôùc thích hôïp. Loøng raõnh khoâng phaûi gia coá baèng nhöõng vaät lieäu ñaét tieàn maø coù theå taän duïng ñöôïc vaät lieäu ñòa phöông. Trang 1
2. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Tieát dieän vaø ñoä doác cuûa raõnh phaûi thieát keá nhö theá naøo ñeå toác ñoä nöôùc chaûy trong raõnh khoâng nhoû hôn toác ñoä baét ñaàu laøm caùc haït phuø sa bò laéng ñoïng. Vì söï laéng ñoïng cuûa phuø sa seõ laøm giaûm khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa raõnh, vì vaäy phaûi thöôøng xuyeân naïo veùt raõnh. Theo quy trình thieát keá ñöôøng, ñeå loøng raõnh khoâng bò öù ñoïng buøn caùt, ñoä doác loøng raõnh khoâng ñöôïc thieát keá nhoû hôn 0,5%, trong tröôøng hôïp caù bieät laø 0,3%. - Khi thieát keá raõnh coá gaéng giaûm soá choã ngoaët ñeå traùnh hieän töôïng öù ñoïng buøn caùt vaø gaây xoùi lôû taïi nhöõng nôi naøy. - Ñeå ñaûm baûo neàn ñöôøng khoâ raùo vaø raõnh khoâng bò ñaày traøn, coá gaéng tìm caùch boá trí nhieàu choã thoaùt nöôùc töø raõnh ra khe suoái hay nhöõng choã truõng gaàn ñaáy. 3.2.2 Caùc coâng thöùc tính toaùn cô baûn: - Toác ñoä nöôùc chaûy trong raõnh: 1 1 V = R y Ri = R 5,0 +y i n r n r - Khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa raõnh: Q = ω.V - Baùn kính thuûy löïc raõnh: ω R = χ trong ñoù: n – heä soá nhaùm phuï thuoäc vaøo loaïi vaät lieäu gia coá. ω - tieát dieän nöôùc chaûy cuûa raõnh, m 2. y – heä soá trong coâng thöùc seâzi, tra baûng. ir – ñoä doác cuûa raõnh. R – baùn kính thuûy löïc, m. χ - chu vi öôùt, m. Tieát dieän nöôùc chaûy, baùn kính thuûy löïc vaø chu vi öôùt cuûa caùc loaïi raõnh ñöôïc xaùc ñònh: + Vôùi raõnh hình thang (Hình 3.1a): 1 :m 2 0 1 1:m h b b) c) a) Hình 3.1 Caùc tieát dieän raõnh thöôøng gaëp a) Tieát dieän hình thang; b) Tieát dieän hình chöõ nhaät; c) Tieát dieän hình tam giaùc. Trang 2
3. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 1 Ta coù: ω = []()b + m h + m h + b h ⇒ ω = ()b + mh h 2 1 0 2 0 0 0 0 2 2 2 2 , χ = b + h 0 + (m1h 0 ) + h 0 + (m 2 h 0 ) = b + m h 0 ω (b + mh0 )h 0 R = = , χ b + m h 0 Trong ñoù: b – chieàu roäng ñaùy raõnh, m; h0 – chieàu saâu nöôùc chaûy, m; m1 vaø m 2 – heä soá maùi doác cuûa hai ta luy bôø raõnh; 1 m = ()m + m 2 1 2 , 2 2 m = 1+ m1 + 1+ m 2 + Vôùi raõnh hình chöõ nhaät vaø raõnh hình tam giaùc (Hình 3.1b vaø Hình 3.1c): vaãn duøng caùc coâng thöùc treân vaø xem chuùng laø nhöõng tröôøng hôïp ñaëc bieät cuûa hình thang: vôùi hình chöõ nhaät cho m 1 = m 2 = 0; vôùi hình tam giaùc cho b = 0. Phaân tích coâng thöùc tính khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa raõnh ta thaáy löu löôïng nöôùc chaûy tyû leä thuaän vôùi baùn kính thuûy löïc R. Vôùi caùc tieát dieän raõnh coù ω khoâng ñoåi thì daïng raõnh coù chu vi öôùt χ nhoû nhaát seõ cho khaû naêng thoaùt nöôùc laø lôùn nhaát. Trong caùc loaïi maët caét ngang raõnh coù cuøng ω thì hình troøn coù χ laø nhoû nhaát, nghóa laø tieát dieän raõnh nöûa hình troøn seõ cho khaû naêng thoaùt nöôùc laø lôùn nhaát. Tuy nhieân ñeå thuaän tieän cho thi coâng, raõnh neàn ñöôøng thöôøng coù daïng hình thang hay hình tam giaùc. 3.2.3 Trình töï tính toaùn thuûy löïc raõnh: 1) Xaùc ñònh löu löôïng nöôùc thieát keá cuûa raõnh; 2) Giaû thieát tieát dieän cuûa raõnh, chieàu saâu nöôùc chaûy trong raõnh, sau ñoù xaùc ñònh caùc ñaëc tröng thuûy löïc: tieát dieän doøng chaûy ω, chu vi öôùt χ, baùn kính thuûy löïc R; 3) Xaùc ñònh khaû naêng thoaùt nöôùc cuûa raõnh vaø so saùnh vôùi löu löôïng nöôùc thieát keá, neáu chuùng khoâng sai nhau quaù 10% thì choïn tieát dieän vöøa giaû thieát ñeå thieát keá. Neáu sai soá lôùn thì giaû thieát laïi tieát dieän vaø tính laïi töø ñaàu. 4) Xaùc ñònh toác ñoä nöôùc chaûy trong raõnh, kieåm tra ñieàu kieän xoùi lôû vaø choïn bieän phaùp gia coá. 5) Tính chieàu saâu cuûa raõnh: h r = h 0 + 0,25m; vôùi h 0 – chieàu saâu nöôùc chaûy trong raõnh. Trang 3
4. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 3.3 Gia coá choáng xoùi raõnh 3.3.1 Nhöõng quy ñònh chung: Noùi chung vieäc gia coá choáng xoùi raõnh ñöôïc choïn treân cô sôû cuûa keát quaû tính toaùn thuûy löïc. Tuy nhieân cuõng coù theå döïa vaøo ñoä doác loøng raõnh ñeå choïn vaät lieäu gia coá. 3.3.2 Caùc hình thöùc gia coá: 1) Laùt coû: duøng khi ñaùy raõnh roäng treân 1m. Khi ñaùy raõnh nhoû hôn 1m thì loøng raõnh gia coá baèng ñaù daêm soûi, gaïch vuïn vôùi chieàu daøy lôùp gia coá 8 – 10cm; coøn coû chæ laùt 2 beân bôø ta luy. 2) Laùt ñaù: Tuøy theo côõ ñaù, chieàu daøy lôùp ñaù gia coá coù theå laáy nhö sau: 12 – 14cm vôùi ñaù loaïi nhoû; 14 – 16cm vôùi ñaù loaïi vöøa; 16 – 18cm vôùi ñaù loaïi lôùn; Khi laùt ñaù phaûi ñaûm baûo chuùng thaät khít nhau, caùc khe hôû phaûi cheøn kín baèng ñaù con vaø phaûi ñöôïc ñaàm leøn chaët. 3) Beâ toâng ñaát seùt: laøm baèng ñaát seùt deûo troän vôùi ñaù daêm, ñaù soûi hay gaïch vuïn. Chieàu daøy lôùp gia coá khoaûng 25cm. 4) Ñaát gia coá nhöïa: neân duøng vôùi ñaát caùt hoaëc caùt pha seùt. Chieàu daøy lôùp gai coá töø 5 – 10m. 5) Gia coá baèng beâ toâng: khi toác ñoä nöôùc chaûy trong raõnh lôùn, coù theå duøng taám beâ toâng kích thöôùc 50 x 50 x 8cm ñeå gia coá. Vieäc choïn bieän phaùp gia coá choáng xoùi raõnh coøn döïa vaøo toác ñoä nöôùc chaûy, yù nghóa cuûa keânh raõnh vaø ñieàu kieän vaät lieäu taïi choã. 3.4 Raõnh doïc vaø raõnh ñænh 3.4.1 Raõnh doïc (raõnh bieân): Raõnh doïc caàn laøm ôû caùc ñoaïn neàn ñöôøng ñaøo, nöûa ñaøo nöûa ñaép vaø neàn ñöôøng ñaép thaáp hôn quy ñònh. Raõnh doïc duøng ñeå thoaùt nöôùc khi möa töø maët ñöôøng vaø dieän tích hai beân ñöôøng, ñaûm baûo cho neàn ñöôøng luoân ñöôïc khoâ raùo, cöôøng ñoä cuûa neàn maët ñöôøng luoân ñöôïc oån ñònh. Kích thöôùc cuûa raõnh doïc thöôøng ñöôïc thieát keá theo caáu taïo maø khoâng yeâu caàu tính toaùn thuûy löïc. Kích thöôùc cuûa raõnh doïc coù theå laø hình thang, hình tam giaùc hoaëc hình chöõ nhaät. Raõnh tieát dieän hình tam giaùc thöôøng duøng ôû nhöõng nôi coù ñieàu kieän thoaùt nöôùc toát vaø thi coâng baèng maùy coù thieát bò ñaøo raõnh hình tam giaùc. ÔÛ nhöng nôi ñòa chaát laø ñaù thöôøng duøng raõnh tieát dieän hình vuoâng hoaëc hình tam giaùc. Trang 4
5. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Phoå bieán nhaát laø duøng raõnh coù tieát dieän hình thang coù chieàu roäng ñaùy raõnh laø 0,4m, chieàu saâu tính töø maët ñaát thieân nhieân toái thieåu laø 0,3m. Ñoä doác ta luy raõnh thöôøng laáy 1:1. ÔÛ nhöõng nôi caáu taïo ñòa chaát laø caùt, soûi, ñaù daêm neáu ñaûm baûo nöôùc coù theå thaám nhanh xuoáng phía döôùi thì coù theå khoâng laøm raõnh. Ñeå ñaûm baûo an toaøn xe chaïy, raõnh doïc khoâng neân laøm quaù saâu (saâu quaù 1m). Neáu saâu quaù thì phaûi laøm raõnh ñænh ñeå khoâng cho nöôùc töø söôøn löu vöïc chaûy veà raõnh doïc. Khi quy hoaïch heä thoáng thoaùt nöôùc maët chuù yù khoâng ñeå nöôùc töø raõnh neàn ñöôøng ñaép chaûy sang neàn ñöôøng ñaøo, khoâng cho nöôùc chaûy töø caùc raõnh khaùc chaûy veà raõnh doïc maø phaûi tìm caùch thoaùt nöôùc töø raõnh doïc veà nhöõng choã truõng gaàn ñaáy hoaëc cho chaûy qua ñöôøng nhôø caùc coâng trình thoaùt nöôùc nhö caàu, coáng. Ñoái vôùi raõnh coù tieát dieän hình thang thì cöù 500m (toái ña) vaø hình tam giaùc laø 250m phaûi tìm caùch thoaùt nöôùc töø raõnh qua ñöôøng nhôø coáng caáu taïo. Ñoái vôùi coáng caáu taïo khoâng yeâu caàu tính toaùn thuûy löïc. 3.4.2 Raõnh ñænh: Khi dieän tích löu vöïc söôøn nuùi ñoå veà ñöôøng lôùn, raõnh doïc khoâng thoaùt heát thì phaûi boá trí raõnh ñænh ñeå ñoùn nöôùc töø löu vöïa chaûy veà phía ñöôøng vaø daãn nöôùc veà nhöõng choã truõng. Khi thieát keá raõnh ñænh caàn tuaân theo moät soá nguyeân taéc sau: - Raõnh ñænh thieát keá vôùi tieát dieän hình thang, chieàu roäng ñaùy raõnh toái thieåu laø 0,5m, maùi doác ta luy bôø raõnh laø 1:1,5. Chieàu saâu raõnh xaùc ñònh theo tính toaùn thuûy löïc, nhöng khoâng neân saâu quaù 1,5m. - Ñoä doác cuûa raõnh ñænh thöôøng choïn theo ñieàu kieän ñòa chaát (toác ñoä nöôùc chaûy trong raõnh khoâng gaây xoùi lôû loøng raõnh). Ñeå traùnh öù ñoïng buøn caùt thì ñoä doác cuûa loøng raõnh khoâng neân nhoû hôn 0,3 – 0,5%. - ÔÛ nhöõng nôi ñòa hình söôøn doác lôùn, ñòa chaát xaáu deã bò saït lôû thì phaûi thieát keá hai hoaëc nhieàu raõnh ñænh. Vò trí cuûa raõnh ñænh phaûi caùch meùp ta luy neàn ñöôøng ñaøo ít nhaát laø 5m, ñaát thöøa do ñaøo raõnh ñænh ñöôïc ñaép saùt bôø raõnh laøm thaønh con traïch (Hình 3.2). Con traïch 2% >5m Raõnh ñænh Raõnh doïc Trang 5
6. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Hình 3.2 Caáu taïo raõnh ñænh 3.5 Thieát keá coâng trình thoaùt nöôùc ngaàm 3.5.1 Taùc duïng vaø phaân loaïi raõnh ngaàm: - Nöôùc ngaàm laø phaàn nöôùc naèm döôùi ñaát vaø döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc chaûy theo doác cuûa caùc lôùp ñaát khoâng thaám nöôùc. - Taùc duïng cuûa raõnh ngaàm laø haï thaáp möùc nöôùc ngaàm. - Tuøy theo vò trí vaø taùc duïng cuûa raõnh ngaàm coù theå phaân loaïi chuùng nhö sau: 1) Raõnh ngaàm laøm döôùi ñaùy raõnh doïc hay döôùi neàn ñöôøng ñeå haï thaáp möùc nöôùc ngaàm döôùi phaàn xe chaïy 2) Raõnh ngaàm ñaët sau ta luy neàn ñöôøng ñaøo ñeå laøm cho ta luy khoâ raùo vaø ngaên chaën khoâng cho nöôùc ngaàm töø maùi doác ñöôøng ñaøo ñoå ra maët ñöôøng. 3) Raõnh ngaàm ñaët sau töôøng chaén ñaát, moá caàu. 4) Raõnh ngaàm thoaùt nöôùc döôùi caùc lôùp aùo ñöôøng (raõnh xöông caù). 3.5.2 Caáu taïo cuûa raõnh thoaùt nöôùc ngaàm: Raõnh thoaùt nöôùc ngaàm coù theå caáu taïo theo kieåu hôû hoaëc kín. Raõnh loaïi hôû chæ duøng khi möïc nöôùc ngaàm cao. Khi möïc nöôùc ngaàm naèm saâu, neáu duøng loaïi raõnh hôû thì raõnh phaûi laøm raát saâu, vì vaäy thöôøng duøng daïng kín. Caáu taïo cuûa raõnh ngaàm kieåu kín nhö hình 3.3. MN ngaàm Ñaát ñaàm chaët Lôùp coû laät ngöôïc Ñöôøng cong nöôùc thaám Lôùp caùt Lôùp ñaù Thoaùt nöôùc ngaàm OÁng thoaùt nöôùc Lôùp ñaát khoâng thaám nöôùc Hình 3.3 Caáu taïo raõnh thoaùt nöôùc ngaàm kieåu kín Trang 6
7. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Ñaù duøng ñeå laáp raõnh phaûi laø loaïi khoâng bò phong hoùa vaø tan raõ trong nöôùc. 3.5.3 Caùc tröôøng hôïp tính toaùn raõnh ngaàm: (Hình 3.4) MN ngaàm Raõnh ngaàm r h H lr Hình 3.4 Sô ñoà tính toaùn raõnh ngaàm 1) Xaùc ñònh khoaûng caùch caàn thieát giöõa hai raõnh ngaàm l r neáu bieát yeâu caàu haï möùc nöôùc ngaàm S vaø chieàu saâu raõnh tính töø möïc nöôùc ngaàm H. 2) Xaùc ñònh chieàu saâu haï möùc nöôùc ngaàm S neáu bieát khoaûng caùch giöõa hai raõnh ngaàm l r vaø chieàu saâu raõnh tính töø möïc nöôùc ngaàm H. 3) Xaùc ñònh chieàu saâu raõnh ngaàm caàn thieát neáu bieát yeâu caàu haï möùc nöôùc ngaàm S vaø cöï ly giöõa hai raõnh ngaàm l r. Ñeå thieát keá raõnh ngaàm ngöôøi ta chia caáu taïo raõnh ngaàm theo caùc sô ñoà tính toaùn sau ñaây: - Raõnh ngaàm coù ñaùy naèm saùt taàng khoâng thaám nöôùc: - Ñaùy raõnh ngaàm naèm trong taàng thaám nöôùc. - Ñaùy raõnh ngaàm naèm trong taàng khoâng thaám nöôùc. - Hai raõnh boá trí song song. a. Xaùc ñònh löu löôïng chaûy vaøo raõnh ngaàm khi ñaùy raõnh naèm saùt taàng khoâng thaám nöôùc. Baøi toaùn ñaët ra laø caàn phaûi xaùc ñònh löu löôïng q veà 1 phía raõnh vaø treân 1 chieàu daøi raõnh laø 1 ñôn vò chaûy vaøo raõnh. Nöôùc ngaàm ôû trong ñaát chaûy vaøo raõnh tuaân thuû theo ñònh luaät thaám cuûa Ñaùcxy: + Khi ñaát coù côõ haït nhoû (ñaát seùt, aù seùt), toác ñoä nöôùc thaám trong ñaát: V = K.I Trong ñoù: Trang 7
8. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ I: ñoä doác thuûy löïc. K: heä soá thaåm thaáu cuûa ñaát. + Vôùi vaät lieäu coù kích côõ lôùn nhö ñaù (soûi, ñaù daêm) thì doøng chaûy thaám qua vaät lieäu naøy seõ chaûy theo ñònh luaät chaûy roái vaø toác ñoä ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: V = K. I + Ñoái vôùi ñaát hoãn hôïp (caû haït to, haït nhoû): V = K. m I m: thay ñoåi töø 1 ñeán 2. Giaû thieát raèng taàng khoâng thaám nöôùc döôùi ñaùy raõnh laø 1 maët phaúng naèm ngang, taàng nöôùc ngaàm khoâng thaám nöôùc, chieàu roäng, chieàu daøi, löôïng nöôùc khoâng giôùi haïn, taàng nöôùc ngaàm coù chieàu daøy H. Vaäy ta coù theå xaùc ñònh q theo coâng thöùc sau: q = ω.V - Neáu xeùt taïi maët caét caùch goùc toïa ñoä x, thì q = ω.V = (yx1)(K dy )=yK dy dx dS Laáy tích phaân cuûa phöông trình treân ta coù: S y K q dS = K ydy =>qS= (y 2 − h 2 ) ∫ ∫ 2 o o H o Neáu ta cho y tieán ñeán H, x tieán ñeán L o vaø chieàu daøi ñöôøng cong S seõ tieán tôùi trò soá S o naøo ñoù. Nhö vaäy löu löôïng ñôn vò seõ ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: 2 2 K H − h0 H + h0 q= = KI 0 2 S 0 2 Vì trong thöïc teá ñöôøng cong S coù ñoä doác ít neân thöôøng laáy S o = L o H − h0 H − h0 => I 0 = Vì I 0 = h0 S 0 Trò soá I o ñaõ ñöôïc thí nghieäm vaø laäp thaønh baûng. Nhö vaäy coâng thöùc xaùc ñònh q chæ coøn phuï thuoäc h o khi ñaõ bieát chieàu daøy H. ho: ñoä saâu doøng chaûy trong raõnh. Neáu h o giaûm, löu löôïng giaûm => ngöôøi ta thöôøng xuyeân baûo döôõng naïo veùt ñeå cho ñoä saâu h o ñaûm baûo ôû möùc quy ñònh, töø ñoù coù theå ñaûm baûo löu löôïng thoaùt vaøo raõng ngaàm nhö döï ñoaùn. => Löu löôïng toaøn boä treân 1 ñôn vò chieàu daøi raõnh: Q = 2q b. Löu löôïng nöôùc chaûy vaøo raõnh ngaàm khi ñaùy raõnh naèm trong taàng khoâng thaám: Phaân tích sô ñoà treân ta thaáy nöôùc ngaàm töø thaønh raõnh chaûy xuoáng raõnh ngaàm gaàn nhö thaúng ñöùng Ta coù: dy = dS, I = dy = 1 dS Vaäy vaän toác nöôùc chaûy töø ñöôøng xuoáng raõnh seõ laø: Trang 8
9. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Vt = K Löu löôïng treân 1 ñôn vò chieàu daøi raõnh töø 1phía: q = ωt.V t = ωt.K ωt: tieát dieän treân 1ñôn vò chieàu daøi cuûa thaønh raõnh nghóa laø ôû ñoù nöôùc chaûy thaúng ñöùng. Trò soá ωt ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: ωt = h min .1 = h min q => q = h min .K => h min = K Nhö treân ñaõ bieát trong tröôøng hôïp treân: H + hmin Q= K.I o. 2 H + hmin => h min = I o. 2 I o .H Giaûi phöông trình naøy ta tìm ñöôïc hmin = 2 − I o I Ñaët α = 0 2 − I 0 => h min = α.H α laäp thaønh baûng tra. * Xaùc ñònh ñöôøng cong nöôùc haï: Xaùc ñònh ñöôøng cong nöôùc haï ñeå ta bieát ñöôïc ñoä saâu caàn phaûi haï MNN. Ta caàn phaûi bieát K, q, h o sau ñoù söû duïng phöông trình: K = S = (y 2 − h 2 ) 2q 0 Döïa vaøo phöông trình naøy ta laàn löôït cho töøng trò soá S ñeå tìm ñöôïc trò soá y töông öùng vaø cuõng coù tröôøng hôïp ngöôøi ta laáy trò soá S gaàn ñuùng S = α. 2. Raõnh ngaàm coù ñaùy naèm trong taàng thoaùt nöôùc: (Coøn goïi laø raõnh ngaàm khoâng hoaøn chænh) Trong thöïc teá tröôøng hôïp naøy xaûy ra ôû nhöõng nôi MNN cao vaø taàng ñaát khoâng thaám nöôùc naèm ôû saâu nghóa laø chieàu daøy taàng nöôùc ngaàm laø khaù lôùn. Löu löôïng töø 1 phía cuûa raõnh vaø treân 1 ñôn vò chieàu daøi chaûy vaøo raõnh kyù hieäu q = q I + q II Trong ñoù: qI: löu löôïng treân 1 ñôn vò chieàu daøi khu vöïc I chaûy vaøo raõnh ñöôïc xaùc ñònh gioáng nhö tröôøng hôïp treân. qII : löu löôïng khu vöïc II chaûy vaøo töø phía ñaùy raõnh. Löu löôïng naøy ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc gaàn ñuùng: qII = (H – h o).K.q r Trang 9
10. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ qr: löu löôïng taàng nöôùc ngaàm coù aùp ñöôïc tính theo phöông phaùp Truraep ôû Lo Lo phöông phaùp naøy q r seõ phuï thuoäc 2 trò soá laø α vaø β vôùi: α = β = Lo − a T (H ho) Gaàn ñuùng L o = thì trò soá α vaø β ñöôïc tính nhö sau: Io H − h H − h α = o β = o H − ho − aI o I o .T Trò soá q r thöôøng ñöôïc laäp thaønh toaùn ñoà, quan heä giöõa q r vaø α, β. Khi maø taàng nöôùc ngaàm ôû phía döôùi ñaùy raõnh raát daøy thì phöông phaùp xaùc ñònh löu löôïng nöôùc chaûy vaøo raõnh ngaàm seõ khoâng söû duïng phöông phaùp treân ñöôïc nöõa maø phaûi theo phöông phaùp khaùc. => phöông phaùp maët ñaúng aùp.(Coát chiacop) ÔÛ phöông phaùp naøy thì löu löôïng ñöôcï xaùc ñònh baèng caùch chia caùc maët phaúng coù aùp suaát baèng nhau goïi laø maët ñaúng aùp coù daïng hình truï troøn vaø luùc ñoù coi ñöôøng cong nöôùc haï laø 1 ñöôøng thaúng coù ñoä doác trung bình laø I o ñeå maø tính toaùn. Döïa vaøo sô ñoà ta coù : 2 ϕ = π + 2 α H tg α = = I o Lo Löu löôïng nöôùc chaûy vaøo töø moät phía cuûa raõnh ngaàm treân moät ñôn vò chieàu daøi ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc gaàn ñuùng theo Sezy : q = 10 V Trong ñoù : V : vaän toác nöôùc thaám vaøo raûnh V= k. dy dx W : tieát dieän ñöôïc giôùi haïn bôûi ñöôøng ñaúng aùp -> w = ϕ . x Thay trò soá v vaø w vaøo ct tính q thì ta coù : Q= k ϕ x . dy -> dy = q ϕ . dx dx k x y q ∫ o = k Söû duïng phöông phaùp naøy ñeå xaùc ñònh ñöôøng cong nöôùc cuûa raõnh ngaàm. Döïa vaøo phöông trình naøy neáu cho ta x = L o . r o thì y = H -> H = Ñöôøng ñi qua vuøng ñoàng baèng bao giôø cuõng coù raõnh naøy BAØI 4 : HAI RAÕNH NGAÀM ÑAËT SONG SONG Trong tröôøng hôïp naøy löu löôïng moãi raõnh baèng toång soá cuûa vuøng A vaø vuøng B => q = q A + q B Trang 10
11. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Trong ñoù : löu löôïng q A seõ tính gioáng nhö tröôøng hôïp 3 Löu löôïng q B = q B1 +q B2 qB1 : löu löôïng giaù thaønh raõnh chaûy vaøo raõnh qB2 : löu löôïng ôû phía ñaùy raõnh ngaàm chaûy vaøo raõnh Tröôøng hôïp naøy cuõng xaùc ñònh gioáng nhö tröôøng hôïp 3-> caàn xaùc ñònh q B1 Nhö vaäy theo sô ñoà naøy ta caàn xaùc ñònh q B1 laø coù theå giaûi quyeát ñöôïc baøi taäp. Ñeå xaùc q B1 taêng ta coi ñöôøng cong nöôùc haï naèm trong 2 raõnh coù daïng hình chíp maø phöông trình chính taéc cuûa noù coù daïng sau : x + a 2 3.6 Thieát keá doác nöôùc vaø baäc nöôùc ÔÛ nhöõng söôøn nuùi coù ñoä doác lôùn, ñeå ñaûm baûo caàu, coáng vaø neàn ñöôøng khoâng bò xoùi lôû do doøng nöôùc, ngöôøi ta thöôøng laøm doác nöôùc hoaëc baäc nöôùc coù gieáng tieâu naêng. 3.6.1 Doác nöôùc: laø raõnh, keânh coù ñoä doác lôùn hôn ñoä doác phaân giôùi (i > i k). Maët caét ngang doác nöôùc thöôøng duøng coù daïng hình chöõ nhaät. Ñaùy vaø töôøng doác nöôùc thöôøng laøm baèng beâ toâng, ñaù, gaïch xaây, Ñeå giaûm toác ñoä nöôùc chaûy ôû cuoái doác nöôùc thöôøng laøm töôøng tieâu naêng hay gieáng tieâu naêng (Hình 3.5). Trình töï tính toaùn doác nöôùc nhö sau: 1) Xaùc ñònh chieàu roäng cuûa doác nöôùc: Qi 4/3 b = 2/3 2/5 n a v. 0 trong ñoù: n a – heä soá nhaùm cuûa doác nöôùc coù xeùt ñeán hieän töôïng laãn khí: na = n.a H hk i ik hδ h2=h 0'' d i < i k lg Hình 3.5 Sô ñoà tính doác nöôùc coù gieáng tieâu naêng Trang 11
12. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ n – heä soá nhaùm, laáy theo vaät lieäu laøm doác nöôùc (tra baûng); a – heä soá laãn khí (tra baûng); i – ñoä doác cuûa doác nöôùc; v0 – toác ñoä cho pheùp khoâng xoùi cuûa vaät lieäu laøm doác nöôùc; 2) Xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc chaûy ôû cuoái doác nöôùc: Q h 0 = b.v0 3) Xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc chaûy ôû ñaàu doác nöôùc: ñöôïc laáy baèng chieàu saâu nöôùc chaûy phaân giôùi h k: 2/3  Q  h = 0,47  k  b  4) Xaùc ñònh ñieàu kieän ngaäp ôû haï löu doác nöôùc: Caàn tính chieàu saâu lieân hôïp sau böôùc nhaûy thuûy löïc: 2h h = h '' = v 0 = 0,45.v .h1/2 2 0 0 g 0 0 h0 – chieàu saâu nöôùc chaûy trong doác nöôùc Xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc chaûy cuûa suoái sau doác nöôùc h δ döïa vaøo coâng thöùc cuûa Seâdi-Maning. '' Neáu h δ >1,1h0 thì coù hieän töôïng chaûy ngaäp vaø toác ñoä sau doác nöôùc xaùc ñònh theo h δ '' Neáu h δ <1,1h 0 thì sau doác nöôùc phaûi laøm gieáng tieâu naêng ñeå giaûm toác ñoä nöôùc chaûy. Chieàu saâu cuûa gieáng tieâu naêng xaùc ñònh theo coâng thöùc: '' d =1,1h0 − hδ Chieàu daøi cuûa gieáng tieâu naêng tính töø cuoái doác nöôùc tôùi thaønh bieân cuoái '' tính theo coâng thöùc: lg = 3(h0 − h0 ) Döïa vaøo toác ñoä nöôùc chaûy tính toaùn ñeå choïn vaät lieäu laøm doác nöôùc. 3.6.2 Baäc nöôùc: Baäc nöôùc coù gieáng tieâu naêng thöôøng duøng khi raõnh, keânh raát doác. Baäc nöôùc thöôøng coù tieát dieän hình chöõ nhaät, laøm baèng beâ toâng, ñaù xaây, Trình töï tính toaùn baäc nöôùc nhö sau (Hình 3.6): Trang 12
13. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ lT hk hk P H lg d Hình 3.6 Sô ñoà tính toaùn baäc nöôùc coù gieáng tieâu naêng 1) Choïn chieàu roäng baäc nöôùc b: thöôøng laáy baèng khaåu ñoä coâng trình thoaùt nöôùc, hoaëc laáy theo tieâu chuaån löu löôïng 0,5 – 1m 3/s cho 1 meùt chieàu roäng baäc nöôùc. 2) Ñònh soá baäc nöôùc vaø xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc ñoå xuoáng baèng caùch chia chieàu cao nöôùc ñoå toaøn boä trong ñoaïn thieát keá baäc nöôùc cho soá baäc nöôùc ñaõ giaû thieát. 3) Xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc chaûy taïi cöûa vaøo baäc nöôùc: laáy baèng chieàu saâu nöôùc chaûy phaân giôùi h k: 2/3  Q  h = 0,47  k  b  4) Xaùc ñònh chieàu saâu sau böôùc nhaûy thuûy löïc: '' '' h c = εch k '' εc - xaùc ñònh theo ñoà thò. 5) Xaùc ñònh chieàu saâu nöôùc tröôùc töôøng tieâu naêng: h = H + d = 1,7h k + d 6) Kieåm tra ñieàu kieän nöôùc chaûy ngaäp: '' h ≥ h1,1 c Neáu ñieàu kieän naøy khoâng ñöôïc thoûa maõn thì phaûi giaû ñònh laïi d vaø laäp laïi tính toaùn cho ñeán khi thoûa maõn. 7) Xaùc ñònh chieàu daøi toái thieåu cho pheùp cuûa gieáng: lg = l 1 + l 2 l1 – ñoä xa cuûa doøng nöôùc ñoå xuoáng ñaùy: 2y l = v . 1 k g vk – toác ñoä nöôùc chaûy taïi cöûa vaøo: Trang 13
14. Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Q v k = h.b k g – gia toác rôi töï do; y – chieàu cao nöôùc ñoå xuoáng cuûa doøng chaûy: h y = P + d + k 2 l2 – chieàu daøi böôùc nhaûy thuûy löïc: '' l 2 = 3(h c − h c ) hc – chieàu saâu taïi tieát dieän thaét heïp trong gieáng ñöôïc xaùc ñònh theo ñoà thò '' töông töï nhö khi xaùc ñònh h c : h c = εc.h k 8) Xaùc ñònh chieàu daøy töôøng tieâu naêng theo coâng thöùc: lT = 3h k 9) Kieåm tra ñieàu kieän boá trí baäc nöôùc taïi nôi thieát keá: baèng caùch xaùc ñònh ñoä doác ñaët baäc nöôùc. P i b = lT + lg Ñoä doác i b khoâng ñöôïc nhoû hôn ñoä doác ñòa hình nôi laøm baäc nöôùc, neáu khoâng thoûa maõn thì phaûi giaû thieát laïi soá baäc, xaùc ñònh laïi kích thöôùc cuûa baäc nöôùc. Coøn neáu i b lôùn hôn ñoä doác ñòa hình thì taêng chieàu daøi baäc nöôùc, nhö vaäy caûi thieän ñieàu kieän ngaäp cuûa doøng chaûy vaø xem nhö caùc böôùc tính toaùn treân laø thoûa maõn. Chieàu daøi cuûa gieáng xaùc ñònh laïi theo ñoä doác i cuûa ñòa hình: P l' = − l g i T Trang 14