Kiến trúc xây dựng - Mạng lưới thoát nước

Chương VII. Mạng lưới thoát nước Vạch tuyến mạng lưới Bố trí cống và độ sâu chôn cống ban đầu Xác định lưu lượng cho từng đoạn cống Tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước Thiết kế trắc dọc và nguyên tắc cấu tạo mạng lưới. Đặc điểm cấu tạo các công trình trên mạng lưới. Đặc điểm cơ bản về thiết kế và cấu tạo hệ thống nước mưa. 7.1. Nguyên tắc vạch tuyến MTTN Vạch tuyến MLTN là bước quan trọng của phương án thiết kế vì giá thành xây dựng phần mạng lưới đường ống chiếm 60-70% HTTN. Khi vạch tuyến MLTN phải nghiên cứu và lợi dụng địa hình đến mức nhiều nhất. Phải giải quyết cho phù hợp với loại hệ thống thoát nước đã chọn chung hay riêng... Phải chú ý đến khả năng mở rộng và tuần tự thi công MLTN. Tình hình địa chất và thuỷ văn, chiều rộng đường phố và mật độ giao thông, hệ thống các công trình ngầm và vị trí các nhà máy xí nghiệp đều có ảnh hưởng đến MLTN về mặt cấu tạo, hình dáng. Vạch tuyến mạng lưới thoát nước tiến hành tuần tự như sau: 1- Chia diện tích thoát nước ra thành các lưu vực thoát nước. 2- Định vị trí công trình làm sạch. 3- Xác định hướng và vị trí ống góp chính. 4- Ống góp lưu vực thu nước của một lưu vực thoát nước và chảy vào ống góp chính. 5- Ống thoát nước đường phố bắt đầu từ phía đường phân thuỷ chảy vào ống góp lưu vực. Các sơ đồ vạch tuyến mạng lưới thoát nước. a) Sơ đồ tiểu khu; b) Sơ đồ đặt cống phía thấp; c) Sơ đồ bao quanh; 7.2. Bố trí ống thoát nước và độ sâu chôn cống ban đầu. Quy định khoảng cách từ ống thoát nước đến các công trình ngầm khác nhằm: - Thuận tiện cho việc thi công đặt ống và sửa chữa. - Tránh gây ra xói lở nền móng nhà và các công trình ngầm, không nhiễm bẩn đường ống cấp nước, cấp nhiệt mỗi khi đường ống thoát nước bị vỡ. Có các điều quy định cụ thể là: Khoảng cách nằm ngang kể từ mép móng nhà đến thành ngoài: (1) ống có áp - không nhỏ hơn 5m; (2) ống tự chảy- không nhỏ hơn 3m. Khi đường ống thoát nước và ống cấp nước đi song song cùng một độ cao khoảng cách giữa hai thành ống (1) Nếu ống cấp nước có d 200mm- không nhỏ hơn 1,5m; (2) Nếu ống cấp nước có d> 200mm- không nhỏ hơn 3m. Sơ đồ bố trí Hình. 1- Đường điện. 2- Đường telephone. 3- Đường gas. 4- Cấp nước. 5- Thoát nước sinh hoạt. 6- Đường ống nước nóng. 7- Thoát nước mưa. Độ sâu đặt ống TN, điểm khống chế, xác định độ sâu đặt ống nhỏ nhất ở điểm đầu ML. Mạng lưới thoát nước mà đầu nhánh của nó chỉ đặt tới các đường phố phải thu được nước thải từ các khu nhà, tiểu khu đổ ra. Khi thiết kế mạng lưới thoát nước phải chọn tuyến ống bắt đầu từ điểm xa nhất và thấp nhất để tính toán thủy lực. Nếu vì địa hình phức tạp, nhiều lưu vực phải chọn vài ba tuyến ống mà tính toán rồi chọn nhánh nào có độ sâu đặt ống lớn hơn làm tuyến ống khống chế độ sâu đặt ống. Điểm đầu của tuyến ống khống chế độ sâu gọi là điểm khống chế. Nó là điểm bất lợi trên toàn diện tích đã cho. Nếu phương pháp thi công đặt ống bằng cách đào hào thì độ sâu lớn nhất định cho các loại đất khác nhau: -         Trong đất sỏi: 4 – 5m -         Trong đất cát ướt: 5 – 6m -         Trong đất cát khô: 7-8m Khi nào tính toán thủy lực thấy độ sâu đặt ống vượt quá quy định trên đây thì phải chuyển sang phương án bơm nước. Sơ đồ xác định độ sâu chôn ống ban đầu H = h+il+z2-z1+Δd(m) 7.3. Xác định lưu lượng cho từng đoạn ống Lưu lượng tính toán cho trong đoạn ống là lưu lượng lớn nhất chảy qua. Đoạn tính toán được gọi là đoạn mà lưu lượng qua nó được coi là không đổi. a) Lưu lượng dọc đường: q = q0i . Fi (l/s) b) Lưu lượng nhánh bên c) Lưu lượng vận chuyển Ngoài ra: các đoạn không tính toán. 7.4. Tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước Tiến hành tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước chỉ sau khi đã xác định được lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống của nó. Lưu lượng tính toán thường có đơn vị là l/s Nhiệm vụ tính toán thủy lực là căn cứ vào lưu lượng q chọn đường kính ống d định độ dốc đặt ống (i) hợp lý rồi xác định độ đầy (h/d) và tốc độ (v) trong khoảng cho phép. Song song với việc tính toán thủy lực tuyến ống thoát nước là vẽ sơ đồ mặt đứng tuyến ống, nó là sự thể hiện kết quả tính toán bằng hình vẽ. Tỷ lệ các kích thước lấy như sau: - Tỷ lệ ngang lấy bằng tỷ lệ trên sơ đồ mặt bằng mạng lưới thoát nước . - Tỷ lệ đứng bằng 100 lớn hơn tỷ lệ ngang. Thường gặp là tỷ lệ ngang 1:10.000, tỷ lệ đứng 1:100. 7.4.1.Trạng thái dòng chảy trong hệ thống nước thải Để kiểm soát tình trạng ống thoát nước cần phải biết 3 đặc tính: (1) Chế độ dòng chảy (2) Vận tốc tự làm sạch- là vận tốc mà các chất rắn lơ lửng không bị lắng đọng (3) Khả năng chuyển tải của dòng nước. 1.Trạng thái dòng chảy: Khoa học thuỷ lực cho biết nước chảy có hai trạng thái: (1) chảy tầng và (2) chảy rối. Trạng thái dòng chảy được đặc trưng bởi số Reinolds. Số Reinolds chỉ ra quan hệ giữa lực độ nhớt và năng lượng dòng chảy. Nước thải có độ nhớt lớn hơn nước sạch. Khi Re 2320 - dòng chảy rối 2. Chế độ dòng chảy 1) Chảy đều là dòng chảy khi tốc độ trung bình của các mặt cắt ngang trên suốt dọc dòng nước không đổi. 2) Chảy không đều: Khi ở những mặt cắt ngang khác nhau có tốc độ trung bình khác nhau. 3. Khả năng vận chuyển của dòng nước: Các xoáy nước có tác dụng làm cho các hạt ở trạng thái lơ lửng và dòng nước đưa chúng trôi theo chiều chảy. Đó là khả năng vận chuyển của dòng nước đối với các hạt. Trong phạm vi trạm xử lý nước thải tốc độ nước chảy trong các rãnh trước các bể lắng lấy với giá trị lớn (v>0,7m/s), sau các bể lắng tiếp tục có thể lấy tốc độ nhỏ. Lượng các chất lơ lửng trôi theo dòng nước phụ thuộc vào (1) độ lớn của hạt; (2) tốc độ dòng nước, (3) độ dốc và (4) độ nhám của lòng ống và (5) bán kính thuỷ lực. Bán kính thuỷ lực là tỷ số giữa diện tích mặt cắt ướt ( dòng nước) và chu vi ướt  Độ đầy là quan hệ tỷ số giữa chiều cao lớp nước chảy (H) và đường kính trong của ống tròn hoặc với chiều cao của các loại đường ống khác. Độ đầy tương đương với lưu lượng tính toán được gọi là độ đầy tính toán. Đường kính nhỏ nhất: Đối với hệ thống thoát nước sinh hoạt - đường ống trong tiểu khu 150mm, đường ống ngoài phố 200mm. Đối với hệ thống thoát nước mưa và hệ thống chung- đường ống trong tiểu khu D200mm, đường ống ngoài phố D250mm. Vận tốc tính toán được gọi là vận tốc dòng chảy khi lưu lượng tính toán lớn nhất (Max) và độ đầy tính toán và nằm trong khoảng giữa vận tốc lớn nhất (Max) và vận tốc nhỏ nhất (min). Vận tốc tính toán lớn nhất (Max) được gọi là vận tốc dòng chảy cho phép không làm giảm độ bền cơ học vật liệu ống do cát và các chất rắn vận chuyển theo dòng nước có thể gây nên. Vận tốc tính toán nhỏ nhất ( min) hay còn gọi là vận tốc tự làm sạch được gọi là vận tốc nhỏ nhất cho phép mà ống đảm bảo chuyển tải được khả năng làm sạch ống. Tóm lại, việc chọn độ dốc thiết kế mạng lưới thoát nước phải tiến hành trên cơ sở phân tích kỹ thuật và kinh tế để làm giảm giới hạn trong quy phạm thiết kế hệ thống thoát nước có quy định độ dốc nhỏ nhất theo đường kính như sau. D=150mm thì imin=0,007 D=200mm thì imin=0,005 D1250mm thì imin=0,0005 Độ dốc nhỏ nhất phụ thuộc vào đường kính ống, có thể tính theo công thức: imin=1/D.k Các bước thực hiện tính toán thuỷ lực Các số liệu đầu vào để tính toán thuỷ lực: (1) lưu lượng Q, (2) độ dốc địa hình Idh, chiều dài ống. Cần phải xác định: (1) đường kính ống D, (2) độ đầy H/D, (3) vận tốc V và độ dốc thuỷ lực của ống I. Trong mạng lưới thoát nước, ngoài các tuyến ống tự chảy, còn mhiều trường hợp phải dùng ống áp lực, đó là những đoạn ống sau trạm bơm, ống điu ke. Tính toán ống áp lực là căn cứ vào lưu lượng tính toán (lưu lượng lớn nhất ) xác định đường kính ống và tổn thất áp lực. Đường kính ống được xác định theo v công thức thủy của dòng chảy đều: Q=ω.v, l/s Thường người ta xác định D, i, v theo các bảng tính toán thủy lực đường ống Hình dạng mặt cắt ngang ống thoát nước Thiết kế trắc dọc: Nhiệm vụ: xác định vị trí cống trên trắc dọc đường phố, độ sâu chon cống ban đầu, độ dốc và cao độ tại các điểm nối tiếp cống trong các hố ga và giếng thăm. Các bước tiến hành: - Thiết lập trắc dọc theo tuyến thiết kế với tỉ lệ qui định - Mang các điểm tính toán từ mặt bằng qui hoạch vạch tuyến lên trắc dọc -  Xác định chiều dài của các đoạn tính toán đồng thời tiến hành tính toán thuỷ lực. -  Xác định độ sâu chôn cống ban đầu -  Xác định các đoạn cống có độ sâu lớn nhất và nhỏ nhất, Thiết kế trắc dọc mạng lưới thoát nước cần đạt được tốc độ tự làm sạch và độ sâu chôn cống hợp lý. 7.6. Đặc điểm cấu tạo công trình trên mạng lưới (TCN 53:84; TCVN 53:2004) - Ống -Các mối nối - Hố ga, giếng thăm - Giếng chuyển bậc - Dui-ke - Đối với hệ thống thu nước mưa: giếng thu nước mưa - Hồ điều hoà - TB - Giếng xả tràn Yêu cầu đối với ống thoát nước Ống thoát nước nằm sâu dưới đất với những điều kiện địa chất thuỷ văn khác nhau. Vậy nên vật liệu ống phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản như độ bền, chắc, không thấm nước, không rỉ, trơn, có khả năng công nghiệp hoá khi sản xuất, khi thi công và thuận tiện trong quá trình quản lý. Các loại ống thoát nước Trong hệ thống thoát nước, để đặt đường ống tự chảy (không có áp) thì người ta dùng ống sành, ống phibrôximăng, ống bê tông cốt thép, ống chất dẻo . Đặt các đường ống có áp thì dùng ống phibrôximăng, ống bê tông cốt thép ống gang, ống thép và ống chất dẻo. 7.7. HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA BÊN NGOÀI VÀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA BÊN TRONG Hệ thống thoát nước mưa bên ngoài: Chức năng: để tổ chức thoát nhanh chóng đầy đủ nước mưa rơi trên diện tích thành phố và khu công nghiệp. Ngăn ngừa sự ngập lụt đường phố và ngăn sự nâng cao nước ngầm trong khu dân cư Hệ thống thoát nước mưa có thể là: 1- Mương hở ; 2- Hệ thống ngầm, và 3- Hệ thống hỗn hợp; Trong tất cả các trường hợp kể trên, nước mưa chảy trong cống theo chế độ tự chảy. Trạm bơm thoát nước mưa chỉ được xây dựng trong điều kiện cá biệt khi địa hình rất là phức tạp. Hệ thống thoát nước mưa từ các mái nhà của khu dân cư, khu công nghiệp gọi là hệ thống thoát nước mưa bên trong. Vạch tuyến MLTNM: - Tận dụng địa hình - Chiều dài ngăn nhất - Diện tích phục vụ nhiều nhất Các chỉ tiêu kỹ thuật cần lưu ý:   - Chiều sâu lớn nhất trong kênh mương: 1m   - Tốc độ chảy nhỏ nhất: 0,6-1,0 m/s   -  Độ dốc tối thiểu đối với ống nhánh i=0,015 có thể giảm xuống 0,008   -  Cống đặt trong tiểu khu D=200, i=0,01; D=300, i=0,007. - Độ dốc tối thiểu lấy máng hở lấy theo qui phạm.