Đường kính nhỏ nhất. Độ đầy. Độ dốc. Tốc độ. Các đoạn ống không tính toán của mạng lưới thoát nước

Đường kính nhỏ nhất

Theo tiêu chuẩn xây dựng, đường kính nhỏ nhất của MLTN được quy định như sau:

  • MLTN đường phố: dmin = 200 mm
  • MLTN tiểu khu: dmin = 150 mm

Đối với những vùng dân cư nhỏ Qngd < 500 m3/ngđ thì cho phép dùng ống có d = 150 mm.

Lý do: thực tế quản lý MLTN cho thấy rằng số lần tắc của đường ống có d = 150 mm nhiều
gấp 2 lần của đường ống có d = 200 mm. Khi đó, vốn đầu tư để xây dựng đường ống có d =
200 mm > vốn đầu tư xây dựng đường ống có d = 150 không đáng kể.

Độ đầy

Trong đường ống thoát nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất khi thiết kế không cho nước chảy đầy trong ống vì:

  • Để phòng có lưu lượng vượt quá lưu lượng tính toán,
  • Trong quá trình vận chuyển chẩt bản trong nước thải bị phân hủy do đó tạo thành khí H, S, CH, CO, NH;,… Do đó cần có mặt thoáng, nhờ áp suất khí quyển đẩy khí này ra khỏi đường ống để tránh nổ và ăn mòn đường ống. 
  • Trong nước thải có vật nổi, cần mặt thoáng để vận chuyển đi.

Độ đầy ký hiệu là h/d (đối với ống tròn). Trong đó, h là chiều sâu lớp nước chảy trong ống và d là đường kính ống.

h/H đối với máng, rãnh. Trong đó, h là chiều sâu lớp nước trong máng, H là độ sâu xây dựng máng.

Theo tiêu chuẩn xây dựng II – 32 – 74, độ đầy tính toán được quy định như trong bảng Quy định về độ đầy tính toán sau:

độ-đầy-tính-toán

  • Đối với ống thoát nước tắm giặt d < 500 mm cho phép thiết kế chảy đầy;
  • Đường ống thoát nước mưa hoặc nước quy ước sạch cho phép thiết kế chảy đầy hoàn toàn.

Tốc độ

Tốc độ của dòng nước thải trong ống chính là tốc độ trung bình (Q/w). Trong thực tế mỗi điểm trên mặt cắt ướt có vận tốc khác nhau. Yêu cầu tốc độ dòng chảy trong MLTN:

  • Không để xảy ra hiện tượng lắng cặn. vmin là vận tốc tự làm sạch. vmin = f(R, uo) là hàm số của bán kính thủy lực và độ lớn thủy lực của chất lơ lửng trong nước thải.
  • Không phá vỡ lòng ống: vì trong ống có cát sỏi, khi vận tốc lớn gây bào mòn đường ống. vmax là vận tốc max cho phép.

Theo nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: vmin = 1,57 R1/n

Công thức này được thiết lập trong điều kiện độ lớn của hạt cặn dao động từ 0,9 – 1 mm. Vận
tốc vmin là vận tốc tự rửa sạch tính bằng m/s; R là bán kính thủy lực tính bằng m; n là chỉ số
mức độ (n = 3,5 + 0,5R).

Theo nghiên cứu của 9Kobieb: vmin = 1,25 uo.R0,2  

Trong đó, uo là độ lớn thủy lực của hạt cát và uo = 0,1 m/s. Thay vào ta có vmin = 1,25 R0,2Công thức này chỉ đúng cho một cỡ hạt nhật định.

Mapkynac đã đưa ra công thức tổng quát hơn: vmin = K.uo.R1/N

Nếu Kuo = 1,57; uo = 0,0944 => K = 16,63 => vmin = 16,63 uoR1/n (uo là độ lớn thủy lực cuat tất cả các cỡ hạt tùy thích).

Quy định vận tốc tính toán trong MLTN là tốc độ ứng với lưu lượng tính toán lớn hơn vmin và nhỏ hơn vmax

Bảng quy định tốc độ tính toán

BẢNG-1

Lưu ý: v = f(R) mà R = f(h/d) >v= f t4). Vận tốc có trong bảng quy định tốc độ tính toán chỉ có giá trị khi tuân theo độ đầy tính toán và độ dốc tiêu chuẩn.

Vận tốc lớn nhất cho phép:

  • Đối với ống phi kim loại: vmax ≤ 4 m/s
  • Đối với ống kim loại: vmax ≤ 8 m/s

Độ dốc

Trong MLTN, nước tự chảy được là do có độ dốc.

Xét công thức v = C.(Ri)1/2

  • Nếu R tăng => v tăng => Khả năng thoát nước tăng (chỉ xảy ra khi h/d = 0,6 – 0,8)
  • Nếu i tăng => v tăng.

Với một cỡ ống nhất định thì v đã được quy định muốn tăng v nữa thì chỉ có cách tăng i. Nếu i tăng thì v tăng nhưng đường ống thoát nước lại sớm bị đặt sâu và ngược lại thì v < vmin gây lắng cặn. Từ 2 trường hợp trên dẫn đến quy định về độ dốc. Trong xây dựng, độ đốc quy
định theo bảng sau:

bảng-2

Ngoài thực địa chỉ thi công với imin = 0.0005. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu Nga thì:

imin = 1/d

Những đoạn ống không tính toán

Xuất phát từ đường kính nhỏ nhất mà có những đoạn ống có Q nhỏ mà vẫn phải dùng đường
ống có dmin. Chú ý rằng ở đầu những đường ống này có xây dựng những giếng rửa vì không
tính toán nên không biết v là bao nhiêu để rửa sạch.

Độ sâu đặt ống thoát nước. Điểm khống chế độ sâu đặt ống đầu tiên. Cách nối ống

Độ sâu đặt ống thoát nước

Độ sâu đặt ống thoát nước được quy định để có thể thu được nước thải từ những nguồn khác nhau:

  • Độ sâu tính toán thủy lực: chính là độ sâu từ cốt mặt đất đến cốt của lòng ống.
  • Độ sâu thi công: là độ sâu tính toán thủy lực + bề dày của thành ống.

hình-1

Từ đó có hai nhóm yêu cầu khác nhau:

  • Yêu cầu đặt đủ sâu để bảo vệ đường ống khỏi bị tác dụng cơ học làm vỡ:
    • Để thu được nước thải từ các nhánh xa chảy tới;
    • Ở xứ lạnh, đặt đủ sâu để tránh bị đóng băng.
  • Yêu cầu đặt càng nông càng tốt: để giảm chi phí xây dựng.

Ở những địa hình phức tạp, hai yêu cầu trên càng mâu thuẫn. Từ hai yêu cầu này, người ta quy định độ sâu đặt ống để phù hợp điều kiện địa hình địa phương và trung hòa 2 yêu cầu trên. Trong đó, chú ý đến độ sâu đặt ống đầu tiên.

Điểm khống chế

Điểm khống chế là điểm thoát nước bất lợi nhất trong toàn lưu vực thoát nước, thông thường là điểm xa nhất, thấp nhất so với trạm xử lý.

Nếu nước thải từ điểm khống chế có thể tự chảy đến trạm bơm hoặc trạm xử lý nước thải thì
tất cả các điểm khác có thể tự chảy. Tìm điểm khống chế do trực giác hoặc tính toán sơ bộ. Ta thường dùng phương pháp sau để so sánh tìm ra điểm khống chế:

hình-2

Trong đó: CA, CB, CC, CD là cao trình của các điểm A, B, C, D.

Độ sâu đặt ống đầu tiên

Độ sâu đặt ống đầu tiên cần phải xác định khi tiến hành thiết kế MLTN thường tại các điểm khống chế.

hình-3

  • H: độ sâu đặt ống đầu tiên của đường ống thoát nước đường phố;
  • hd: độ sâu đặt ông ban đầu của MLTN sân nhà và tiểu khu;
  • L, i1: chiều dài và độ dốc đặt ống của MLTN tiểu khu;
  • l, i2: chiều dài và độ dốc đặt ống của đoạn ống chuyển tiếp từ tiểu khu ra đường phố;
  • Δd :độ chênh về cốt của 2 lịng ống:
  • ZC: cốt mặt đất tại điểm đầu tiên của MLTN bên ngoài; 
  • ZO: cốt mặt đất tại điểm ban đầu của MLTN trong nhà và tiểu khu.

Quy định: Độ sâu H không được quá lớn sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ ống phía sau cho nên ta
phải có biện pháp đề giảm H này:

  • Xy dựng trạm bơm cục bộ,
  • Thay thế vật liệu làm ống: Thay thế vật liệu từ trước điểm có độ cao H (tức là thay thế từ
    tiểu khu). Phương pháp này chỉ áp dụng khi H hơi sâu còn khi H lớn thì phải dùng bơm.
  • hd được quy định như sau:
    • Ống phi kim loại, hd = 0,7 m để tác động cơ học không phá vỡ ống
    • Ống kim loại hd = 0,4 m

Cách nối ống

Cách nối ống quyết định đối với việc đưa dòng chảy của nước thải về chảy đều. Có hai cách:

  • Khi ống nối có dùng đường kính d1 = d2, h1 > h2, khi này cần đổ thêm nước thải vào ống 2 để có thêm độ đầy và chảy đều. Do đó cần phải nối theo mực nước, cốt 2 mực nước phải bằng nhau.

hình-4

  • Khi d2 > d1, h2 > h1, cũng nối theo mực nước

hình-5

  • Khi d2 > d1, h2 < h1, có thể nối theo 3 cách:
    • Nối theo vòng ống
    • Nối theo mực nước
    • Nối theo lòng ống

Nối theo vòng ống sẽ có lợi về thủy lực nhưng lại có hại về độ sâu đặt ống. Cách nối này thường áp dụng cho MLTN chung và có địa hình thuận lợi.

hình-6

Nối theo lòng ống làm giảm tốc độ, gây lãng phí ống, chỉ có lợi về độ dốc đặt ống.

hình-7

Tóm lại, thường áp dụng 2 kiểu nối ống:

  • Nối theo mực nước là cách nối thông dụng nhất;
  • Nối theo vòng ống là cách nối áp dụng cho MLTN mưa và MLTN chung với địa hình thuận tiện có độ dốc lớn.
  • Nối theo lòng ống rất ít gặp, chỉ dùng khi cần phải tiết kiệm độ sâu đặt ống.

Xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống 

Sau khi đã vạch tuyến MLTN xong, xác định được điểm khống chế, tiếp theo là xác định lưu lượng tính toán cho tuyến ống khống chế.

Tuyến ống khống chế là tuyến ống nối từ điểm khống chế đến trạm xử lý nước thải hoặc trạm bơm chính.

Lưu lượng tính toán của đoạn ống được coi như chảy vào đầu của đoạn ống ấy và gồm 4 thành phần:

  • Lưu lượng dọc đường: q = ∑Fi.qri
  • Lưu lượng nhánh bên: qrbn = ∑Fi.qrI
  • Lưu lượng vận chuyển: qvcn = qn-1 + qrbn-1 + qcvn-1
  • Lưu lượng tập trung: Lưu lượng tập trung là lưu lượng từ các khu công cộng và các xí nghiệp. Một cách tổng quát, lưu lượng tính toán được xác định như sau:
    • qttn = (q + qrb+ qvcn ). Kch + ∑qttr

Chú ý lưu lượng dọc đường thực tế không phải chảy vào đầu của đường ống mà nó được thu dọc suốt chiều dài của đoạn ống. Như vậy, quy ước lưu ượng dọc đường chảy vào đầu đường ống sẽ gây sai số trong quá trình tính toán. Khi tỷ số giữa q/qtt lớn thì độ chính xác của kết qủa tính toán sẽ thấp. Điều này có thể khắc phục bằng cách chia đoạn tính toán ngắn lại.

Cũng có thể áp dụng phương pháp chiều dài, dựa vào lưu lượng tính cho 1m dài của đường
ống q (l/s-m): 

1

Tính toán thủy lực MLTN

Nhiệm vụ

  • Biết qtt tìm đường kính, h/d, v, i trong khoảng hợp lý;
  • Biết d, h/d, i tìm q, v.

Để tiện cho việc tính toán, người ta lập bảng có đầy đủ 5 thông số trên trong điều kiện cho phép.

Một số lưu ý

Chọn độ dốc đặt đường ống nên lấy tương đương với io. Trong trường hợp địa hình quá dốc, i0 ≥ 0,005, khi này nên vạch tuyến theo kiểu chữ chi. Trong trường hợp địa hình bằng phẳng i ≥ 0,003, nên lấy i = imin = 1/d.

Trong khi bảng số không có giá trị ta đang dùng đến thì phải dùng phép nội suy.

Tính toán tổn thất cục bộ trên MLTN 

Tổn thất theo chiều dài ống: h = Ι.I. Trong đó, I là tổn thất đối với 1m chiều dài ống.

Ngoài tổn thất theo chiều dài, trong MLTN còn có tồn thất cục bộ ở những vị trí đổi hướng,
nối ống nhánh, thay đổi độ dốc…. Khi lưu lượng hoặc tiết diện bị thay đổi sẽ làm cho vận tốc
dòng chảy thay đổi, dòng chảy trong ống không chảy đều. Nêu vận tốc quá nhỏ sẽ gây lắng cặn trong đường ống. Tổn thất cục bộ được tính toán theo công thức sau: 

công-thức-1

Trong đó: v là vận tốc dòng chảy (m/s); Tổng tổn thất: H =h + hcb

Bảng giá trị hệ số cục bộ

bảng-giá-trị-tổn-thất-cục-bộ

Tính toán đường ống áp lực

Trong MLTN, chủ yếu là tự chảy nhưng cũng có một số đường ống làm việc có áp như ống luồn.

Nhiệm vụ tính toán: 

  • Biết qtt xác định d, v, h: Dựa vào Q = w.vd = căn bậc 2 của 4Q/πv
  • Q là lưu  lượng tính bằng m3/s
  • v là vận tốc dòng chảy lấy trong khoảng kinh tế, v = 1,0-2,5 m/s

Sau khi tính được d, ta phải kiểm tra lại v ứng với Qmin. Nếu v > vmin thì đạt yêu cầu (vmin= H = h1 + hcb)

hình-1

Š là hệ số tên thất cục bộ của các chỉ tiết và phụ tùng khi v > 1,5 m/s – 2,5 m/s. Giá trị Š lấy
theo bảng giá trị tổn thất cụn bộ. Trong tính toán, người ta lấy hcb = 10-15% hi, do đó:
H = (1,1 – 1,15) h1

Những nghiên cứu về chuyển động của nước thải H.Φ.Φegopob đã nghiên cứu về chuyển động của nước thải tự chảy, có áp với đường kính ống d = 68 – 300 mm đặc biệt chú ý đến nồng độ, thành phần, nhiệt độ của nước thải cho thấy:

  • Đối với dòng tự chảy:
    • Khi nước thải chuyển động trong ống thì nó ở trạng thái chảy rối trong cả ba vùng: vùng trơn, vùng nhám và vùng chuyển tiếp.
    • Khi nước thải chuyển động có nồng độ bẩn < 500 mg/L và hàm lượng chất hữu cơ >50% thì tổn thất áp lực trong vùng nhám có nhỏ hơn so với nước sạch.

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !