Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cấp thoát nước bên trong công trình (Mã môn học: MH18) là tài liệu đào tạo chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước / Cấp thoát nước, do Bộ môn Cấp nước thuộc Khoa Cấp thoát nước & Môi trường – Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 (CTC1) biên soạn. Giáo trình được ban hành chính thức kèm theo Quyết định số 389/QĐ-CĐXD1 ngày 30 tháng 09 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Xây dựng số 1.

Trong chương trình đào tạo, môn học được phân bổ vào năm thứ 2 với tổng thời lượng thực hiện là 75 giờ, bao gồm: 15 giờ lý thuyết; 56 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập; và 4 giờ kiểm tra định kỳ. Học phần có tính chất bắt buộc, được giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành hai học phần tiên quyết là Cấu tạo công trình cấp thoát nước và Công trình thu - Máy bơm - Trạm bơm.

Mục tiêu học tập (learning outcomes) của giáo trình được thiết lập trên ba phương diện cụ thể:

  • Kiến thức: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, công tác quản lý kỹ thuật của hệ thống cấp nước sinh hoạt, hệ thống cấp nước đặc biệt, hệ thống thoát nước sinh hoạt và thoát nước mưa trong công trình; nắm vững đặc điểm dùng nước, nước thải và các công thức tính toán thủy lực, tính toán công trình đơn vị cho công trình dân dụng cấp III.
  • Kỹ năng: Đọc và hiểu bản vẽ thiết kế, bản vẽ thi công hệ thống cấp thoát nước; tự thực hiện quy trình thiết kế, thi công và vận hành hoàn chỉnh hệ thống cấp thoát nước trong các công trình xây dựng dân dụng cấp III.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Nhận thức rõ vai trò của môn học chuyên ngành và duy trì tác phong làm việc khoa học, chuẩn xác trong các thao tác kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình được phân chia thành 3 chương chuyên môn chính:

  • Chương 1: Hệ thống cấp nước sinh hoạt.
  • Chương 2: Các hệ thống cấp nước đặc biệt.
  • Chương 3: Hệ thống thoát nước sinh hoạt.

Điểm đặc thù của giáo trình là việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán thủy lực với quy trình thực hiện đồ án thiết kế kỹ thuật gồm 13 bước và 9 hạng mục hồ sơ bản vẽ - thuyết minh thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai theo tiến trình logic từ hệ thống cấp nước cơ bản, các hệ thống cấp nước chuyên dụng cho đến hệ thống thu gom và xử lý thoát nước:

  1. Chương 1: Hệ thống cấp nước sinh hoạt
    Cung cấp cấu tạo và phân loại mạng lưới cấp nước theo chức năng (sinh hoạt ăn uống, sản xuất, chữa cháy, kết hợp) và theo cách bố trí đường ống (mạng lưới cụt, mạng lưới vòng, bố trí ống chính phía trên hoặc phía dưới). Trình bày 7 sơ đồ cấp nước theo áp lực nguồn cấp ngoài nhà:

    • SĐ 1: Hệ thống cấp nước đơn giản ($H_{ngoàimin} > H_{ctnh}$).
    • SĐ 2: Hệ thống cấp nước có két nước trên mái (áp lực ngoài bảo đảm nhưng không thường xuyên).
    • SĐ 3: Hệ thống cấp nước có trạm bơm.
    • SĐ 4: Hệ thống cấp nước kết hợp két nước và trạm bơm.
    • SĐ 5: Hệ thống gồm két nước, trạm bơm và bể chứa ngầm ($H_{ngoài} < 6\text{ m}$, thiếu lưu lượng).
    • SĐ 6: Hệ thống sử dụng trạm khí ép ($P_{min} = H_{nh}^{ct}, P_{max}$).
    • SĐ 7: Sơ đồ cấp nước phân vùng áp lực (cho nhà cao tầng, phân chia 4–5 tầng/vùng).
      Nội dung chương đi sâu vào cấu tạo đường ống dẫn nước vào nhà, 3 phương pháp đấu nối (dùng tê/thập chờ sẵn, cưa ống lắp tê EUB, dùng đai khởi thủy khoan trực tiếp), cấu tạo và vị trí cụm nút đồng hồ đo nước (loại cánh quạt chạy khô/ướt $d=10\text{–}40\text{ mm}$, loại tuabin $D=50\text{–}200\text{ mm}$, loại phối hợp), phụ tùng nối ống (măng sông, côn, tê, thập, cút, nút bu-sông), thiết bị đóng mở (van trục đứng, van trục xiên), thiết bị điều chỉnh (van một chiều, van phao hình cầu, van an toàn, van giảm áp), công trình trạm bơm, bể chứa ngầm và két nước. Chương 1 khép lại bằng công tác quản lý kỹ thuật: thử áp lực ống ($P_{thử} = P_{công tác} + 5\text{ at} \le 10\text{ at}$ trong 10 phút, độ sụt $\le 0{,}5\text{ at}$), thau rửa, khử trùng bằng Clo/Javen ($5\text{ ml Javen/ml nước}$ trong 24 giờ), kiểm soát thất thoát nước (chiếm 36–50%) và xử lý tiếng ồn đường ống.

  2. Chương 2: Các hệ thống cấp nước đặc biệt

    • Hệ thống cấp nước chữa cháy: Phân loại hệ thống đơn giản, tự động, bán tự động. Quy chuẩn áp dụng cho từng loại hình công trình: nhà ở gia đình $\ge 4$ tầng, khách sạn/tập thể/nhà ăn $\ge 5$ tầng, trường học/hành chính $\ge 3$ tầng, công trình công cộng/bệnh viện $\ge 5000\text{ m}^3$, rạp hát $\ge 300$ chỗ, khán đài $\ge 5000$ chỗ. Cấu tạo hộp chữa cháy kích thước $620 \times 856\text{ mm}$ đặt cách sàn $1{,}25\text{ m}$, bao gồm van chữa cháy, cuộn ống vải gai, lăng phun ($q_v = 2{,}5\text{ l/s}$). Quy trình tính toán thủy lực chữa cháy với vận tốc cho phép $v \le 2{,}5\text{ m/s}$.
    • Hệ thống cấp nước công nghiệp, cấp nước nóng: Tiêu chuẩn, chế độ dùng nước nóng, sơ đồ mạng lưới, thiết bị đun và dự trữ nước nóng.
    • Hệ thống cấp nước uống và cấp nước trang trí.

  3. Chương 3: Hệ thống thoát nước sinh hoạt
    Trình bày nhiệm vụ, phân loại hệ thống thoát nước chung và riêng. Cấu tạo chi tiết các thiết bị thu nước thải, cấu tạo bẫy nước xi phông (tấm chắn thủy lực), giếng thăm, hệ thống thoát nước mưa trên mái và thoát nước sân nhà. Trình tự tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước và các biện pháp quản lý kỹ thuật gồm tẩy rửa, thông tắc, sửa chữa đường ống.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết thủy lực công trình: Phương pháp xác định áp lực tự do tại thiết bị vệ sinh ($H_{td} = 2\text{ m}$ cho vòi rửa thường, $\ge 3\text{ m}$ cho sen tắm, $\ge 4\text{ m}$ cho vòi rửa xí, $\ge 10\text{ m}$ cho xí không thùng); công thức tính áp lực cần thiết của ngôi nhà: $$H_{nh}^{ct} = H_{hh} + H_{td} + h_{dh} + \sum h_{dd} + \sum h_{cb}$$ (trong đó $\sum h_{cb}$ sơ bộ lấy bằng $20\text{–}30% \sum h_{dd}$ với cấp nước sinh hoạt, $10%$ với cấp nước chữa cháy). Sơ bộ theo số tầng: $H_{ctnh} = (\text{số tầng} + 1) \times 4\text{ (m)}$ (nhà 1 tầng lấy $10\text{ m}$).
  • Nguyên lý đương lượng cấp nước ($N$): Khái niệm 1 đương lượng tương ứng lưu lượng $0{,}2\text{ l/s}$ của vòi chậu rửa $D=15\text{ mm}$ tại áp lực $2\text{ m}$. Công thức xác định lưu lượng tính toán theo loại hình công trình:
    • Nhà ở gia đình: $q = 0{,}2 \alpha \sqrt{N} + K \cdot N$ (tra theo Bảng 1-6 giáo trình).
    • Nhà công cộng: $q = \alpha \sqrt{N}$ (tra theo Bảng 1-8 giáo trình).
    • Nhà đặc biệt: $q = \sum \frac{q_0 \cdot n \cdot \omega}{100}$.
  • Nguyên lý tính toán công trình đơn vị:
    • Dung tích két nước: $W_k = K (W_{dh} + W_{cc})$ với $K = 1{,}1\text{–}1{,}3$; chiều cao đặt két: $H_k = h_{dd} + h_{cb} + H_{td}$.
    • Dung tích bể chứa ngầm: $W_b = W_{dh} + W_{cc}^{3h}$ (dự trữ chữa cháy trong 3 giờ).
    • Trạm khí ép: Xác định áp lực làm việc $P_{min} = H_{nh}^{ct}$ và $P_{max}$.
    • Chọn đồng hồ đo nước: Theo điều kiện $Q_{ngdnh} < 2 Q_{dtr}$, $Q_{min} < Q_{tt} < Q_{max}$, tổn thất $h_{dh} = S \cdot Q_{tt}^2$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Bố trí mạng lưới đường ống ngầm và ống đứng; lập sơ đồ hình chiếu trục đo cấp nước và thoát nước; tra cứu bảng thủy lực để lựa chọn đường kính ống ($D$), xác định vận tốc dòng chảy kinh tế ($v = 0{,}5\text{–}1{,}5\text{ m/s}$, khi có cháy $v \le 2{,}5\text{ m/s}$) và độ dốc nhánh thoát nước ($i = 0{,}002\text{–}0{,}005$).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): So sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án vạch tuyến; phân tích biểu đồ dao động áp lực ngoài mạng lưới để lựa chọn 1 trong 7 sơ đồ cấp nước tối ưu; tính toán phân vùng áp lực và chọn vị trí lắp đặt van giảm áp để triệt tiêu áp lực dư tại các tầng dưới của nhà cao tầng.
  • Năng lực thực hành chuyên môn (Practical competencies): Đọc, bóc tách khối lượng và lập 9 bản vẽ đồ án thiết kế thi công công trình dân dụng cấp III; thao tác lắp đặt cụm nút đồng hồ, thử áp lực, kiểm tra sai số đồng hồ (ngưỡng $2\text{–}3%$, đồng hồ cũ $\le 5%$), quy trình mồi và vận hành trạm bơm trục ngang, bảo dưỡng và xử lý các sự cố rò rỉ, rung chấn tiếng ồn mạng lưới.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình thiết lập cơ cấu phân bổ thời lượng hướng mạnh vào đào tạo kỹ năng thực hành nghề:

  • Lý thuyết: 15 giờ ($20%$).
  • Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 56 giờ ($74{,}7%$).
  • Kiểm tra: 4 giờ ($5{,}3%$).
pie title Phân bổ thời lượng môn học (Tổng 75 giờ)
    "Thực hành, bài tập, thảo luận (56 giờ)" : 56
    "Lý thuyết (15 giờ)" : 15
    "Kiểm tra định kỳ (4 giờ)" : 4

Phương pháp sư phạm và quy trình đồ án thiết kế

Giảng dạy lý thuyết cấu tạo kết hợp trực tiếp với quá trình thực hiện đồ án thiết kế hệ thống cấp thoát nước trong nhà theo chu trình 13 bước chuẩn mực:

  1. Thu thập tài liệu quy hoạch, kiến trúc, địa chất thủy văn; vạch tuyến mạng lưới cấp thoát nước trên mặt bằng tỷ lệ $1/100$.
  2. Lập sơ đồ không gian hình chiếu trục đo hệ thống cấp nước; xác định tuyến tính toán bất lợi nhất.
  3. Xác định tổng số đương lượng ($N$) và lưu lượng tính toán ($q$) từng đoạn ống.
  4. Lựa chọn cỡ và loại đồng hồ đo nước.
  5. Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước theo bảng tra.
  6. Xác định $H_{ctnh}$, so sánh với $H_{ngmin}$ để quyết định thông số trạm bơm ($Q_b, H_b$).
  7. Thiết kế hệ thống cấp nước chữa cháy kết hợp hoặc riêng; chọn bơm chữa cháy.
  8. Tính toán dung tích bể chứa ($W_b$), két nước mái ($W_k$) và chiều cao đặt két ($H_k$).
  9. Vẽ sơ đồ hình chiếu trục đo hoặc mặt cắt dọc tuyến thoát nước.
  10. Tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước bên trong và hệ thống thoát nước sân vườn.
  11. Vẽ mặt cắt dọc đường ống thoát nước sân nhà qua các giếng thăm.
  12. Thể hiện chi tiết cấu tạo thi công, khu vệ sinh, mối nối móng tường.
  13. Lập thuyết minh kỹ thuật, bảng thống kê phụ tùng thiết bị và bảng dự toán giá thành.

Đánh giá và tự học

  • Phương pháp đánh giá: Đánh giá thông qua bài kiểm tra định kỳ (4 giờ), chấm điểm tiến độ bài tập lớn/đồ án thiết kế 13 bước và kỹ năng bảo vệ giải pháp kỹ thuật trước hội đồng môn học.
  • Hướng dẫn tự học: Cuối mỗi chương đều tích hợp hệ thống câu hỏi ôn tập (như bộ 10 câu hỏi tổng hợp tại Chương 1) yêu cầu người học tự hệ thống hóa nguyên tắc vạch tuyến, cấu tạo van điều chỉnh, tính toán dung tích bể chứa, két nước và phân tích các trường hợp áp dụng sơ đồ cấp nước.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Quy chuẩn hóa phạm vi thiết kế an toàn PCCC: Giáo trình cập nhật các định mức cụ thể về quy mô công trình bắt buộc phải bố trí hệ thống chữa cháy (nhà ở gia đình $\ge 4$ tầng, công trình tập thể $\ge 5$ tầng, trường học/cơ quan $\ge 3$ tầng, công trình công cộng $\ge 5000\text{ m}^3$, hội trường $\ge 300$ chỗ), tích hợp chi tiết thông số hộp chữa cháy tiêu chuẩn ($620 \times 856\text{ mm}$), tiêu chuẩn lưu lượng vòi phun ($2{,}5\text{ l/s}$) và vận tốc giới hạn khi có cháy ($v \le 2{,}5\text{ m/s}$).
  • Cập nhật công nghệ vật liệu đường ống hiện đại: Phân tích toàn diện quy cách, áp lực làm việc ($P = 5\text{–}10\text{ atm}$) và phương pháp nối của ống chất dẻo thế hệ mới (PE, PPR, HDPE - hàn nhiệt tiếp xúc, ren, gioăng cao su) song song với các loại ống kim loại truyền thống (ống thép tráng kẽm nối ren $P = 5\text{–}7\text{ atm}$, ống thép đen hàn mặt bích $P = 10\text{–}25\text{ atm}$, ống gang, ống đồng).
  • Hệ thống hóa các giải pháp thi công thực tế: Trình bày chi tiết 3 kỹ thuật đấu nối đường ống ngoài nhà, đặc biệt là kỹ thuật dùng đai khởi thủy (chụp ngồi, đệm cao su, khoan tạo lỗ $d < 1/3 D_{ống}$) giúp đấu nối trực tiếp mà không phải ngừng cấp nước toàn mạng lưới; giải pháp luồn ống qua móng tường bằng ống bao kim loại đường kính lớn hơn $200\text{ mm}$ chèn sợi gai tẩm bitum chống lún sụt nứt vỡ.
  • Quy trình quản lý kỹ thuật và xử lý sự cố: Đưa ra thông số kiểm soát hao hụt nước trong công trình (thất thoát $36\text{–}50%$ chủ yếu từ xí bệt), giải pháp khắc phục tiếng ồn do vận tốc $v > 3\text{ m/s}$, rung chấn máy bơm (đặt bệ cát, đệm cao su, khớp nối mềm) và quy chuẩn thử áp lực, khử trùng đường ống nghiệm thu.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên: Học sinh, sinh viên năm thứ 2 hệ Cao đẳng chính quy hoặc Cao đẳng nghề thuộc ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, ngành Cấp thoát nước, Công nghệ Kỹ thuật Môi trường và Xây dựng Dân dụng.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm: Cấu tạo công trình cấp thoát nước, Công trình thu - Máy bơm - Trạm bơm, cùng kỹ năng đọc bản vẽ kiến trúc và vẽ kỹ thuật xây dựng.
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm đề cương bài giảng khung, chuẩn hóa tiến trình giảng dạy 15 giờ lý thuyết, tổ chức hướng dẫn 56 giờ bài tập/thực hành thiết kế đồ án môn học và xây dựng ngân hàng đề thi đánh giá năng lực.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ quản lý công trình: Tài liệu tra cứu thực địa phục vụ công tác bóc tách khối lượng, lập biện pháp thi công, lắp đặt cụm đồng hồ, kiểm tra thử áp lực đường ống và quản lý vận hành mạng lưới cấp thoát nước tại các công trình xây dựng dân dụng cấp III.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với những ngành học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước và Cấp thoát nước, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Kỹ thuật Môi trường.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?

Sinh viên cần học xong môn Cấu tạo công trình cấp thoát nước và môn Công trình thu - Máy bơm - Trạm bơm, đồng thời có khả năng đọc hiểu bản vẽ mặt bằng, mặt cắt kiến trúc công trình ở tỷ lệ $1/100$.

3. Giáo trình tập trung vào phân cấp công trình xây dựng nào?

Giáo trình trang bị đầy đủ cơ sở lý thuyết, công thức tính toán và quy trình lập hồ sơ thiết kế, thi công, vận hành hoàn chỉnh cho các công trình xây dựng dân dụng cấp III.

4. Nội dung thực hành trong giáo trình được phân bổ và thực hiện ra sao?

Thời lượng thực hành, bài tập và thảo luận chiếm tới $56/75$ giờ ($74{,}7%$). Sinh viên được hướng dẫn trực tiếp thực hiện đồ án thiết kế kỹ thuật cấp thoát nước qua quy trình chuẩn 13 bước, hoàn thiện 9 loại bản vẽ và thuyết minh dự toán.

5. Giáo trình có cung cấp các bảng tra cứu tính toán thủy lực phụ trợ không?

Có. Giáo trình cung cấp hệ thống các bảng tra cứu kỹ thuật đồng bộ gồm: Bảng xác định trị số hệ số $\alpha$ và $K$ theo tiêu chuẩn dùng nước, Bảng 1-6 tra cứu lưu lượng tính toán nhà ở ($q$), Bảng 1-8 tra cứu lưu lượng nhà công cộng, bảng tra thủy lực chọn đường kính ống theo đương lượng ($N$), và biểu mẫu tính toán thủy lực tuyến ống bất lợi nhất.

Kết luận

Giáo trình Cấp thoát nước bên trong công trình (Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 – CTC1, 2021) là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, chuẩn hóa hệ thống kiến thức từ cấu tạo thiết bị, phân loại mạng lưới, tính toán thủy lực cho đến quản lý kỹ thuật hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt và công trình đặc thù.

graph LR
    A["Kiến thức tiên quyết<br/>(Máy bơm, Cấu tạo CT)"] --> B["Chương 1: Cấp nước SH<br/>(7 sơ đồ, thủy lực, trạm bơm/két)"]
    B --> C["Chương 2: Cấp nước đặc biệt<br/>(PCCC, Nước nóng, Công nghiệp)"]
    C --> D["Chương 3: Thoát nước SH<br/>(Thiết bị thu, xi phông, trắc dọc)"]
    D --> E["Đồ án thiết kế 13 bước<br/>(9 hạng mục bản vẽ & dự toán)"]

Lộ trình học tập được thiết kế mạch lạc: tiếp cận nguyên lý và 7 sơ đồ cấp nước sinh hoạt $\rightarrow$ thực hành tính toán thủy lực, chọn máy bơm, két nước $\rightarrow$ nghiên cứu hệ thống cấp nước chữa cháy, cấp nước nóng $\rightarrow$ tính toán mạng lưới thoát nước và hoàn thiện đồ án thiết kế 13 bước. Để tối ưu hóa hiệu quả tiếp thu, người học nên kết hợp tra cứu các bảng thủy lực (Bảng 1-6, Bảng 1-8 trong giáo trình) và hệ thống quy chuẩn thiết kế cấp thoát nước hiện hành.