Luận văn Thiết kế đường miền núi (phần thuyết minh)

CHƯƠNG 5 CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NGANG ((( 5.1. TÍNH TOÁN THỦY VĂN. Công trình thoát nước ngang bao gồm các cầu và cống trên tuyến đường thiết kế. Kết quả tính toán thủy văn và thủy lực dùng để xác định kích thước và quy mô của các công trình này. Từ đó, ta bố trí chúng hợp lí để thoát nước tốt cho mặt đường và nền đường. Việc xác định các đặc trưng thủy văn và xác định qui mô công trình cầu cống là hết sức cần thiết vì hầu như nền đường và kết cấu áo đường bị phá hoại là do hệ thống thoát nước không đảm bảo. Xử lí tốt vấn đề này sẽ hạn chế chi phí duy tu bảo dưỡng trong suốt quá trình sử dụng tuyến đường. Việc xác định đúng các đặc trưng thủy văn của khu vực và qui mô cầu hay cống trên tuyến đường giúp xác định chi phí đầu tư xây dựng tuyến đường. Tuyến đường thiết kế thuộc khu vực Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận thuộc vùng mưa XIII. Diện tích lưu vực thực tế tính theo công thức sau: F = 41.029139 km2 Ta nhận thấy diện tích lưu vực F < 100km2 là lưu vực nhỏ, vì vậy việc xác định lưu lượng lũ tính toán theo tài liệu mưa rào và thực hiện xác định lưu lượng thiết kế theo “ Qui trình tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ 22TCN220 – 95” do Bộ Giao thông vận tải ban hành và có hiệu lực từ 11/3/1995. Nội dung tính toán thực hiện như bên dưới. 5.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU. 5.2.1. Xác định các thông số ban đầu. 5.2.1.1. Lưu lượng đỉnh lũ tính toán (theo 22TCN 220 – 95). Đối với lưu vực nhỏ có diện tích F < 100 km2 lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất p% được tính theo công thức: Qp = Ap.(.Hp%.F.(1 (m3/s) Trong đó: Hp = 159mm lượng mưa ngày ứng với tần suất p = 4% p% = 4% : đối với cống đường ô tô cấp III, IV, V và VI p = 1% : đối với đường cao tốc p = 2% : đối với đường cấp I, II φ = 0.85 : hệ số dòng chảy lũ ứng với loại đất cấp II. ([1]bảng 2.1) Ap: Module đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế phụ thuộc vào địa mạo thủy văn ΦL , thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs (phút) và vùng mưa. δ1= 1 hệ số xét đến làm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao hồ, rừng cây trong lưu vực. Vùng đặt tuyến không có hồ ao hay đầm lầy. ([1]bảng 2.7) 5.2.1.2. Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs (phút): Thời gian tập trung nước trên sườn dốc phụ thuộc vào hệ số địa mạo Φs và vùng mưa. Vùng Phan Thiết - tỉnh Bình Thuận thuộc vùng mưa XIII. Hệ số địa mạo thủy văn của sườn dốc, Φs được tính như sau:
Trong đó: bs: chiều dài bình quân của lưu vực (m).
F(km2) : diện tích lưu vực L(km) : chiều dài sông chính (l(km) : tổng chiều dài các dòng sông nhánh; chỉ tính cho những dòng sông nhánh có chiều dài lớn hơn 0.75 chiều rộng bình quân lưu vực B như sau:
Với n = 1 ÷ 2 số sườn của lưu vực. Đối với lưu vực 1 sườn ta thay hệ số 1.8 bằng 0.9 trong công thức tính bs ms = 0.15 thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tính chất bề mặt của sườn dốc lưu vực không có gốc cây, không bị cày xới, nhà cửa thưa thớt, mặt đá xếp và cỏ trung bình, nhiều gốc bụi. ([1]bảng 2.5) Js(‰) là độ dốc trung bình của sườn dốc, tính theo trị số trung bình của 4 – 6 điểm xác định độ dốc theo hướng dốc lớn nhất.
Hình 5.1 Độ dốc dòng sông chính Độ dốc trung bình của lòng sông chính tính theo công thức:
Trong đó: h1, h2, …, hn: chênh cao những điểm gãy khúc trên trắc dọc so với giao điểm của 2 đường. l1, l2, …, ln: cự li giữa các điểm gãy. Độ dốc trung bình của sườn dốc của 4 – 6 cặp điểm tính theo công thức:
Trong đó: các đại lượng hi, li có ý nghĩa tương tự như trong công thức tính JL nhưng ở đây là đối với sườn dốc tại vị trí có độ dốc sườn lớn nhất. Chiều dài dòng sông chính và độ dốc sườn dốc đối với mỗi phương án như sau: PHƯƠNG ÁN 1: Các đại lượng li, hi (m) khi tính JL (‰). Cọc  l1  l2  l3  l4  l5  l6  l7  l8  l9  l10  l11  l12  l13  l14  L  L(Km)   C1  57.98  60.14  59.94  81.39  119.16  79.15  50.73                       508.49  0.508   C2  506.24  421.46                                      927.7  0.928   C3  14.42  33.54  34.98  39.07  42.91  51.20  44.62  43.64                    304.38  0.304   C4  342.38  1765  777.10  430.91  536.13  318.37  463.75  244.86  532.63                 5411.16  5.411   C5  42.87  50.24  62.49  70.15  65.83  53.88  48.39                       393.85  0.394   C6  37.21  57.72  55.90  54.12  58.68  85.43  104.90  114.37  111.33                 679.66  0.680   C7  36.36  46.50  54.15  58.32  55.13  73.32  71.62                       395.4  0.395   C8  27.54  42.39  31.44  49.17  47.52  45.75  44.05                       287.86  0.288   C9  40.53  42.11  41.35  47.05  54.05  67.45  76.46  92.18  142.73  120.19  88.09  76.06  100.36  67.47  1056.08  1.056   Cọc  Cao độ  H1  H2  H3  H4  H5  H6  H7  H8  H9  H10  H11  H12  H13  H14  JL   C1  26.707  3.29  8.29  13.29  18.29  23.29  28.29  33.29                       65.41   C2  21.862  3.14  6.14                                      6.39   C3  31.419  3.58  8.58  13.58  18.58  23.58  28.58  33.58  38.58                    139.17   C4  27.034  2.97  7.97  12.97  17.97  22.97  27.97  32.97  37.97  39.97                 5.98   C5  35.721  4.28  9.28  14.28  19.28  24.28  29.28  34.28                       87.16   C6  40.821  4.18  9.18  14.18  19.18  24.18  29.18  34.18  39.18  44.18                 76.76   C7  45.554  4.45  9.45  14.45  19.45  24.45  29.45  34.45                       96.12   C8  45.004  5.00  10.00  15.00  20.00  25.00  30.00  35.00                       130.32   C9  55.197  4.80  9.80  14.80  19.80  24.80  29.80  34.80  39.80  44.80  49.80  54.80  59.80  64.80  66.80  75.43   Các đại lượng li, hi (m) khi tính JS (‰). Cọc  L1  L2  L3  L4  L  Jsi  Js   C1  79.5  50.73  41.39  51.37  222.99  80.27  70.66    76.57  10.56  71.25  81.71  240.09  89.90     75.31  225.05  54.15  40.98  395.49  41.81    C2  41.05  48.28  55.79  48.86  193.98  107.21  95.27    46.26  45.03  44.11  44.46  179.86  110.22     46.28  50.97  57.73  62.1  217.08  97.88     64.13  70.46  86.07  129.54  350.2  65.75    C3  157.12  82.51  55.13  45.54  340.3  43.14  108.78    46.8  59.06  59.51  50  215.37  93.95     14.42  33.54  34.98  39.07  122.01  189.24    C4  28.59  29.02  31.37  35.07  124.05  168.31  103.45    90.60  182.14  122.43  77.47  472.64  40.10     123.09  94.94  84.58  93.62  396.23  47.33     33.42  30.79  29.46  29.43  123.1  158.08    C5  246.03  67.96  51.92  48.39  414.3  30.54  64.75    64.50  72.21  102.70  86.86  326.27  65.88     42.87  50.24  62.49  70.15  225.75  97.82    C6  85.43  104.90  114.37  111.33  416.03  50.59  70.99    82.57  86.21  89.12  80.20  338.1  58.97     37.21  57.72  55.90  54.12  204.95  103.41    C7  73.94  73.71  76.90  75.02  299.57  67.12  77.86    65.40  128.93  97.09  75.86  367.28  54.44     36.36  46.50  54.15  58.32  195.33  112.03    C8  51.55  72.75  102.90  72.39  299.59  71.92  98.99    62.71  60.93  61.21  68.66  253.51  80.30     27.54  42.39  31.44  49.17  150.54  144.76    C9  100.36  76.06  88.09  120.19  384.7  54.40  77.99    96.52  83.31  59.18  53.07  292.08  59.42     40.53  42.11  41.35  47.05  171.04  120.14    Cọc  H1  H2  H3  H4   C1  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C2  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C3  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C4  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C5  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C6  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C7  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C8  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C9  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   PHƯƠNG ÁN 2: Các đại lượng li, hi (m) khi tính JL (‰) Cọc  l1  l2  l3  l4  l5  l6  l7  l8  L  L(Km)   C1  58.0  60.1  59.9  81.4  119.2  79.2  50.7     508.5  0.508   C2  506.2  421.5                    927.7  0.928   C3  14.4  33.5  35.0  39.1  42.9  51.2  44.6  43.6  304.4  0.304   C4  30.6  100.8  78.4  63.9  52.7  45.1  46.2  47.5  465.1  0.465   C5  123.8  683.0  429.1  318.0  143.8           1697.6  1.698   C6  17.3  78.0  77.8  71.7  59.7  54.6  53.6     412.7  0.413   C7  1133.2  1226.6  380.4                 2740.2  2.740   C8  667.3  430.9  536.1  318.5  463.8  244.9  532.6     3194.1  3.194   C9  51.8  52.2  47.1  45.4  45.8  41.3  35.1  31.4  350.1  0.350   Cọc  Cao độ  H1  H2  H3  H4  H5  H6  H7  H8  JL   C1  26.707  3.29  8.29  13.29  18.29  23.29  28.29  33.29     65.42   C2  21.862  3.14  6.14                    6.39   C3  30.519  4.48  9.4808  14.481  19.481  24.48  29.48  34.481  39.48  144.95   C4  34.807  0.19  5.19  10.19  15.19  20.19  25.19  30.19  35.19  59.86   C5  31.613  3.39  8.39  13.39  15.39  3.39           10.29   C6  43.814  1.19  6.19  11.19  16.19  21.19  26.19  31.19     69.30   C7  36.384  3.62  8.62  13.62                 3.67   C8  35.617  4.38  9.38  14.38  19.38  24.38  29.38  31.38     9.62   C9  60.249  4.75  9.75  14.75  19.75  24.75  29.75  34.75  39.75  102.92   Các đại lượng li, hi (m) khi tính JS (‰). Chieàu daøi  L1  L2  L3  L4  L  Jsi  Js   C1  76.57  10.56  71.25  81.71  240.09  89.90  70.66    75.31  225.05  54.15  40.98  395.49  41.81     79.50  50.73  41.39  51.37  222.99  80.27    C2  41.05  48.28  55.79  48.86  193.98  107.21  95.27    46.26  45.03  44.11  44.46  179.86  110.22     46.28  50.97  57.73  62.1  217.08  97.88     64.13  70.46  86.07  129.54  350.2  65.75    C3  157.12  82.51  55.13  45.54  340.3  43.14  108.78    46.8  59.06  59.51  50  215.37  93.95     14.42  33.54  34.98  39.07  122.01  189.24    C4  211.20  91.81  68.81  58.41  430.23  33.48  54.10    101.83  118.14  63.40  55.49  338.86  50.58     30.62  100.77  78.43  63.85  273.67  78.24    C5  27.22  26.91  28.51  32.62  115.26  180.22  94.82    45.44  47.26  44.80  43.01  180.51  109.30     113.35  97.98  293.88  134.09  639.3  34.44     91.58  92.45  88.00  76.88  348.91  55.33    C6  77.80  71.71  59.74  54.55  263.8  69.94  118.40    33.59  39.24  42.35  59.17  174.35  127.85     35.22  29.20  28.56  29.26  122.24  157.42    C7  31.70  29.61  30.80  36.76  128.87  160.12  97.07    61.91  67.12  66.51  46.11  241.65  78.65     45.34  59.85  79.09  148.14  332.42  74.99     72.99  67.57  56.73  41.06  238.35  74.53    C8  51.80  52.20  47.13  45.43  196.56  98.62  61.43    123.09  94.94  84.58  93.62  396.23  47.33     182.14  122.43  90.60  77.46  472.63  34.57     61.84  71.31  78.99  154.40  366.54  65.18    C9  62.39  43.14  34.96  30.98  171.47  99.22  128.76    44.64  39.38  39.28  40.19  163.49  119.82     31.37  29.02  28.59  27.62  116.6  167.23    Cao ñoä  H1  H2  H3  H4   C1  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C2  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C3  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C4  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C5  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C6  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C7  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C8  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   C9  5  10  15  20    5  10  15  20    5  10  15  20   Các đặc trưng thủy văn : PHƯƠNG ÁN 1: Cọc  F (Km2)  L (Km)  l (Km)  bs (m)  Jl (%o)  Js (%o)   C1  0.214  0.730  0.000  162.64  65.41  70.66   C2  1.481  0.928  0.000  886.65  6.39  95.27   C3  0.202  0.688  0.000  163.32  139.17  108.78   C4  19.656  5.411  6.792  894.83  5.98  103.45   C5  0.266  0.760  0.000  194.60  87.16  64.75   C6  0.415  1.554  0.000  148.35  76.76  70.99   C7  0.269  1.226  0.000  121.87  96.12  77.86   C8  0.430  1.110  0.000  215.08  130.32  98.99   C9  0.902  1.056  0.000  474.70  75.43  77.99   PHƯƠNG ÁN 2: Cọc  F (Km2)  L (Km)  l (Km)  bs (m)  Jl (%o)  Js (%o)   C1  0.214  0.730  0.000  162.64  65.42  70.66   C2  1.481  0.928  0.000  886.65  6.39  95.27   C3  0.258  0.688  0.000  208.28  144.95  108.78   C4  0.584  1.433  0.000  226.42  59.86  54.10   C5  2.826  1.698  1.046  572.27  10.29  94.82   C6  0.297  0.766  0.000  215.03  69.30  118.40   C7  4.540  2.740  0.000  920.53  3.67  97.07   C8  8.171  3.194  2.354  818.16  9.62  61.43   C9  0.994  0.731  0.000  755.00  102.92  128.76   Thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs PHƯƠNG ÁN 1: Cọc  bs (m)  ms  Js (%o)    Hp(mm)  s  Vuøng  s             C1  162.64  0.15  70.66  0.899  159  5.42  XIII  46.30   C2  886.65  0.15  95.27  0.848  159  14.03  XIII  116.92   C3  163.32  0.15  108.78  0.899  159  4.77  XIII  37.70   C4  894.83  0.15  103.45  0.748  159  14.47  XIII  120.58   C5  194.60  0.15  64.75  0.898  159  6.20  XIII  57.00   C6  148.35  0.15  70.99  0.897  159  5.12  XIII  41.80   C7  121.87  0.15  77.86  0.898  159  4.43  XIII  34.30   C8  215.08  0.15  98.99  0.896  159  5.80  XIII  52.00   C9  474.70  0.15  77.99  0.891  159  10.04  XIII  90.20   PHƯƠNG ÁN 2: Cọc  bs (m)  ms  Js (%o)    Hp(mm)  s  Vuøng  s             C1  162.64  0.15  70.66  0.899  159  5.42  XIII  46.30   C2  886.65  0.15  95.27  0.848  159  14.03  XIII  116.92   C3  208.28  0.15  108.78  0.898  159  5.52  XIII  47.80   C4  226.42  0.15  54.10  0.895  159  7.17  XIII  65.85   C5  572.27  0.15  94.82  0.842  159  10.83  XIII  94.15   C6  215.03  0.15  118.40  0.898  159  5.49  XIII  47.35   C7  920.53  0.15  97.07  0.834  159  14.36  XIII  119.67   C8  818.16  0.15  61.43  0.818  159  15.47  XIII  133.23   C9  755.00  0.15  128.76  0.890  159  11.41  XIII  97.05   5.2.1.3. Hệ số địa mạo thủy văn của lòng sông ΦL:
Trong đó: ml = 7 thông số tập trung nước trong sông ở vùng núi, lòng sông có nhiều đá, quanh co, mặt nước không bằng phẳng. ([1]bảng 2.6) JL: độ dốc của dòng sông chính (‰) L: chiều dài dòng sông chính (km) Hệ số địa mạo thủy văn của lòng sông ΦL PHƯƠNG ÁN 1: Cọc  F (Km2)  L (Km)  Hp  ml  Jl (%o)    l            C1  0.2138  0.7302  159  7  65.41  0.90  11.01   C2  1.4806  0.9277  159  7  6.39  0.85  19.00   C3  0.2024  0.6885  159  7  139.17  0.90  8.18   C4  19.6556  5.4112  159  7  5.98  0.75  61.23   C5  0.2661  0.7598  159  7  87.16  0.90  9.86   C6  0.4150  1.5542  159  7  76.76  0.90  18.84   C7  0.2690  1.2261  159  7  96.12  0.90  15.36   C8  0.4297  1.1100  159  7  130.32  0.896  11.18   C9  0.9024  1.0561  159  7  75.43  0.891  10.62   PHƯƠNG ÁN 2: Cọc  F (Km2)  L (Km)  Hp  ml  Jl (%o)    l            C1  0.213778  0.73023  159  7  65.42  0.899  11.01   C2  1.480587  0.9277  159  7  6.39  0.848  19.00   C3  0.258118  0.68848  159  7  144.95  0.898  7.60   C4  0.584068  1.43307  159  7  59.86  0.895  17.33   C5  2.826146  1.6976  159  7  10.29  0.842  25.28   C6  0.296665  0.76646  159  7  69.30  0.898  10.45   C7  4.54035  2.74018  159  7  3.67  0.834  51.23   C8  8.170576  3.1941  159  7  9.62  0.818  37.57   C9  0.993982  0.73141  159  7  102.92  0.890  6.47   5.2.1.4. Xác định trị số module đỉnh lũ Ap: Ap% phụ thuộc vào vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc τs và hệ số địa mạo thủy văn lòng sông ΦL. Giá trị AP% tra trong