TIÊu chuẩn ngành 14tcn 56: 1988

THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

1.1. Khi thiết kế mới hoặc sửa chữa các đập bê tông và bê tông cốt thép trong thành phần của các hệ thống thủy nông, thủy điện, vận tải thủy, cấp nước, cũng như công trình chống lũ, cần phải tuân theo những quy định trong tiêu chuẩn này.

1.2. Các đập bê tông và bê tông cốt thép tùy thuộc vào kết cấu và nhiệm vụ của chúng được phân thành các loại chủ yếu nêu ở bảng 1.

- Đập trọng lực: a - kiểu khối lớn: b - kiểu có khớp nối mở rộng: c - có khoang rộng dọc nền; d - có lớp chống thấm ở mặt chịu áp; đ - neo vào nền.

- Đập bản chống: c - kiểu to đầu: g kiểu liên vòm, h - kiểu mặt chịu áp phẳng.

- Đập vòm: i - cổ chân vòm ngàm với nền; k - có khớp nối theo đường chu vi gồm các dải có 3 khớp; m - có mố bờ trọng lực.

1- Khớp nối mở rộng: 2 - khoang dọc; 3 - lớp chống thấm; 4 - neo ứng suất trước; 5 - tường chống; 6 - phần đầu to; 7 - tường vòm; 8 - tường ngăn phẳng; 9 - khớp theo chu vi; 10 - các đai 3 khớp; 11 - khớp; 12 - mố bờ trọng lực.



Hình 2. Các loại đập xả nước chủ yếu trên nền không phải là đá

a) Kiểu tràn; b) Với các lỗ xả sâu; c) Kiểu hai tầng

1.3. Việc chọn loại đập bê tông hay bê tông cốt thép phải dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án, tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn và điều kiện khí hậu, có xét đến độ động đất của vùng đập, sự bố trí của cụm công trình đầu mối; sơ đồ tổ chức thi công, khả năng có vật liệu xây dựng tại chỗ, thời hạn xây dựng và các điều kiện quản lý đập.

1.4. Những đập trên nền đá phải thiết kế theo các loại sau:

- Với các công trình xả ở tuyến áp lực: ưu tiên dùng loại đập bê tông, đập bản chống và đập kết cấu nhẹ bằng bê tông cốt thép.

- Trong điều kiện có khe núi cao và hẹp: dùng loại đập vòm và vòm trọng lực.

Thông thường, đập bê tông và bê tông cốt thép trên nền không phải là đá được dùng làm đập xả nước, chỉ dùng đập bê tông và bê tông cốt thép làm đập không xả nước trong tuyến chịu áp khi có luận cứ chắc chắn.

1.5. Cấp của đập bê tông và bê tông cốt thép cần được xác định theo tiêu chuẩn chung về thiết kế các công trình thủy công trên sông.

Đối với các đập cấp I và II thông thường phải tiến hành nghiên cứu thí nghiệm để bổ sung cho tính toán. Đối với đập cấp III và IV thì cho phép thực hiện những nghiên cứu đó khi có luận chứng thỏa đáng.

1.6. Các tải trọng và tác động lên đập bê tông và bê tông cốt thép phải được xác định phù hợp với tiêu chuẩn về các tải trọng và tác động lên công trình thủy công và tiêu chuẩn về xây dựng trên các vùng có động đất.

1.7. Khi tính toán thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép chịu các tải trọng và tác động của tổ hợp cơ bản cần xét:

* Các tải trọng thường xuyên:

1. Trọng lượng bản thân công trình bao gồm cả trọng lực của các thiết bị hoạt động thường xuyên (cửa van, máy nâng, v.v…) có vị trí không thay đổi trong quá trình khai thác.

2. Áp lực thủy tĩnh từ phía thượng lưu ứng với mực nước dâng bình thường (MNDBT).

3. Áp lực thủy tĩnh từ phía hạ lưu ứng với:

- Mực nước hạ lưu thấp nhất.

- Mực nước hạ lưu khi xả lưu lượng lớn nhất qua đập ở trường hợp MNDBT.

4. Áp lực thấm ứng với MNDBT và khi các thiết bị chống thấm và tiêu nước làm việc bình thường.

5. Trọng lượng đất trượt cùng với đập, và áp lực bên của đất ở phía thượng, hạ lưu.

* Các tải trọng tạm thời dài hạn:

6. Áp lực bùn cát bồi lắng trước đập.

7. Tác động nhiệt (chỉ đối với đập bê tông) xác định đối với năm có biên độ dao động trung bình của nhiệt độ trung bình tháng.

* Các tải trọng tạm thời ngắn hạn.

8. Áp lực sóng ứng với tốc độ gió trung bình nhiều năm.

9. Tải trọng do các thiết bị nâng, đỡ và vận tải và do các kết cấu và máy móc khác (cầu trục lăn, máy trục treo…).

10. Tải trọng do các vật nổi.

11. Tải trọng động khi xả lũ qua đập xả nước ứng với MNDBT.

Khi tính toán thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép với tổ hợp tải trọng và tác động đặc biệt, cần xét các tải trọng của tổ hợp cơ bản và một khi có luận chứng thỏa đáng thì hai trong những tải trọng sau đây:

12. Áp lực thủy tĩnh ở phía thượng và hạ lưu ứng MNGC ở thượng lưu (thay cho điểm 2, 3).

13. Áp lực nước thấm xuất hiện khi có một trong những thiết bị chống thấm hoặc một trong những thiết bị tiêu nước bị hư hỏng (thay cho điểm 4).

14. Tác động nhiệt xác định đối với năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ trung bình tháng (thay cho điểm 7).

15. Áp lực sóng ứng với tốc độ gió lớn nhất nhiều năm (thay cho điểm 8).

16. Tải trọng động khi xả lũ qua đập xả nước, ứng với MNGC ở thượng lưu (thay cho điểm 11).

17. Tác động của động đất.

Các tải trọng và tác động trong thời kỳ thi công và trường hợp sửa chữa đập cần lấy theo các tổ hợp cơ bản và đặc biệt, và trị số của chúng phải được xác định tùy theo các điều kiện cụ thể khi thi công và sửa chữa công trình.

Các tải trọng và tác động phải lấy theo những tổ hợp bất lợi nhất có thể xảy ra ở từng thời kỳ khai thác và thi công.

YÊU CẦU ĐỐI VỚI VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.8. Vật liệu xây dựng dùng cho các đập bê tông và bê tông cốt thép và các bộ phận của chúng phải thỏa mãn những yêu cầu của các tiêu chuẩn quy phạm quy trình kỹ thuật. Việc lựa chọn những vật liệu này cần được tiến hành theo các chỉ dẫn của tiêu chuẩn thiết kế các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công.

1.9.1. Trong các đập bê tông, bê tông cốt thép và các bộ phận của chúng, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của bê tông ở các phần riêng biệt của đập trong thời kỳ khai thác, cần phải chia ra 4 vùng sau (hình 10):

I - Vùng ngoài của đập và các bộ phận của chúng chịu tác động của khí quyển, nhưng không ngập nước.

II - Vùng ngoài của đập nằm trong phạm vi dao động của mực nước thượng, hạ lưu, cũng như các phần và các bộ phận của đập bị ngập nước từng thời kỳ như phần tràn, phần tháo, phần xả nước, bể tiêu năng .v.v…

III - Vùng ngoài cũng như các phần tiếp giáp với nền, nằm dưới mực nước khai thác nhỏ nhất ở thượng lưu và hạ lưu.

IV - Vùng trong thân đập, giới hạn bởi vùng I, II, III, kể cả phần bê tông của kết cấu nằm kề các khoang rỗng kín của đập bản chống.

Bê tông của các vùng trong đập bê tông và bê tông cốt thép thuộc tất cả các cấp phải đạt những yêu cầu nêu trong bảng 2.

1.10. Cần căn cứ vào kiểu và loại đập, độ lớn của cột nước tác dụng, điều kiện khí hậu của vùng xây dựng và kích thước các bộ phận của đập, để định chiều dày của vùng ngoài của đập, nhưng không được lấy nhỏ hơn 2m.

1.11. Thông thường khi thiết kế đập, không được dùng quá 4 loại mác bê tông. Chỉ cho phép tăng số mác bê tông khi có luận chứng thỏa đáng.

1.12. Đối với xi măng dùng cho đập cấp I, II và III, trong trường hợp cần thiết, phải lập những quy trình sản xuất riêng với sự thỏa thuận của các cơ quan có liên quan và được trình duyệt theo quy định chung.

1.13. Vị trí đập bê tông hoặc bê tông cốt thép trong tuyến công trình đầu mối cần được quyết định tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn, điều kiện nối tiếp đập với bờ và với các công trình khác, vào sơ đồ tổ chức và biện pháp thi công, và phải được luận chứng bằng cách so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án nghiên cứu.

1.14. Các thiết bị chống thấm và tiêu nước ở nền đập cần được nối tiếp với các thiết bị tương tự ở bên bờ và ở các công trình đầu mối tiếp giáp với đập.

Các thiết bị chống thấm cần phải được dự kiến trong tất cả các trường hợp mà đất nền thuộc loại đất thấm kém ổn định và hòa tan nhanh trong nước. Đối với đất không có khả năng bị xói ngầm cơ học và hóa học thì việc bố trí các thiết bị chống thấm phải được luận chứng.

Màng chống thấm phải được dự tính đạt đến tầng đất ít thấm hoặc thực tế không thấm nước. Khi chống có tầng không thấm thì chiều sâu của màng cho phép lấy bằng nửa trị số cột nước toàn phần của đập.

1.15. Khi nối tiếp các bộ phận riêng của đập (phần xả nước với phần không xả nước), các mặt chịu áp phải bố trí trên một mặt phẳng.

1.16. Chiều rộng và cấu tạo đỉnh của đập không xả nước cần được chọn tùy theo kiểu đập, điều kiện thi công, việc sử dụng đỉnh đập để cho người và xe cộ qua lại trong thời kỳ khai thác và tùy theo các mục đích khác, nhưng không được nhỏ hơn 2m.

1.17. Độ vượt cao của đỉnh đập không xả nước trên mực nước thượng lưu cần xác định theo yêu cầu của quy phạm thiết kế đập đất và tiêu chuẩn về các tải trọng và tác động lên công trình thủy công (sóng, tàu thuyền).

Trị số dự trữ về chiều cao đập (có kể cả tường chắn sóng) lấy như sau:

- Đối với đập cấp I: a = 0,8m

- Đối với đập cấp II: a = 0,6 m

- Đối với đập cấp III và IV: a = 0,4m.

1.18. Kích thước trụ pin của đập xả nước cần được quy định tùy thuộc vào kiểu và kết cấu cửa van, kích thước của các lỗ xả, của các cửa ra vận hành và sự cố của hành lang dọc, kích thước và cấu tạo của nhịp cầu. Trong tất cả các trường hợp. Chiều dày của trụ pin tại chỗ có khe cửa không được nhỏ hơn 0,8m.

1.19. Khi định cao trình đỉnh trụ pin của đập tràn về phía thượng lưu cần xét đến cao trình đỉnh đập không xả nước, kiểu cửa van, thiết bị nâng chuyển, điều kiện thao tác chung, kích thước theo chiều cao của cầu đặt trên trụ pin nếu có. Cao trình đỉnh trụ pin cần lấy theo trị số lớn nhất trong số các trị số xác định theo các điều kiện nêu trên.

1.20. Trong trường hợp cần thiết phải đưa trụ pin về phía thượng lưu theo điều kiện cần bố trí các cửa van hoặc cầu ở phần trên của trụ pin phải xét đến việc tạo phần nhô ra kiểu công son ở phía trên các trụ pin.

1.21. Hình dạng trên mặt bằng của trụ pin ở phía thượng lưu phải bảo đảm cho dòng nước chảy vào khoang tràn được thuận và sự co hẹp dòng chảy nhỏ nhất.

1.22. Hình dạng trên mặt bằng và chiều cao của trụ pin phía hạ lưu được xác định theo những yêu cầu cấu tạo chung, xuất phát từ điều kiện bảo đảm độ bền, sự bố trí cầu qua lại và các công trình khác, cũng như điều kiện không cho nước ngập đỉnh trụ pin.

1.23. Mặt ngoài của các trụ phân dòng và trụ biên trong phạm vi công trình xả cần được thiết kế tương tự như bề mặt của các trụ pin.

1.24. Khi thiết kế cầu ô tô hoặc cầu đường sắt trên các trụ pin và trụ biên các trụ này phải thỏa mãn các yêu cầu như đối với các trụ cầu.

1.25. Ống dẫn áp lực vào tuốc bin của trạm thủy điện bố trí ở bên trong hoặc bên ngoài thân đập tùy thuộc kết quả so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án nêu ra.

1.26. Để ngăn nước thấm qua khối đập, cần trù tính bố trí hệ thống tiêu nước dưới dạng các giếng tiêu nước dọc theo mặt thượng lưu đập, ăn thông với hành lang dọc.

1.27. Khoảng cách b_t từ mặt chịu áp của đập đến trục giếng tiêu nước, cũng như đến mặt thượng lưu của hành lang dọc cần lấy không nhỏ hơn 2m và thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:

h - cột nước trên mặt cắt tính toán.

J_cp - Gradien cột nước cho phép của bê tông đập.

Trị số gradien cột nước cho phép của bê tông (không phụ thuộc vào mác chống thấm của nó) cần lấy như sau:

- Đối với các đập trọng lực và đập bản chống kiểu to đầu:

J_CP = 20

- Đối với đập vòm, vòm trọng lực và các mặt trực tiếp chịu áp lực mới của đập liên vòm:

J_CP = 40

Chú thích:

Những yêu cầu của điều này không áp dụng đối với những đập có lớp chống thấm ở mặt chịu áp.

1.28. Đường kính của các giếng tiêu nước cần lấy trong khoảng 15 - 30cm, khoảng cách giữa các trục giếng tiêu nước 2 - 3m.

1.29. Để giảm áp lực ngược tác dụng lên đế móng đập, cần trù tính bố trí các thiết bị tiêu nước nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, cũng như các thiết bị tiêu nước khác ở trong nền đập.

1.30. Khi thiết kế phải dự kiến bố trí những hành lang dọc và ngang để tháo nước tiêu, để kiểm tra sự làm việc của các giếng tiêu nước và trạng thái bê tông đập, đặt các đường ống, các thiết bị kiểm tra đo lường, để tiến hành phun xi măng vào các khớp nối, để thi công màn chống thấm, cũng như để tiến hành các công tác phục hồi sửa chữa.

1.31. Theo chiều cao của đập, các hành lang cần bố trí cách nhau 15-20m. Về nguyên tắc phải thiết kế hành lang dọc thấp nhất cao hơn mực nước kiệt hạ lưu để bảo đảm có thể tháo nước tự chảy. Nếu như không bố trí được như vậy thì cần dự kiến việc bơm nước ra.

1.32. Kích thước của hành lang dùng để phun xi măng nền và các khớp nối thi công đập, để tạo và khôi phục các giếng tiêu nước thẳng đứng cần chọn nhỏ nhất, đủ bảo đảm được sự vận chuyển và làm việc của các thiết bị khoan, phun xi măng ...

Những hành lang dùng để tập trung và tháo nước, kiểm tra trạng thái bê tông đập và làm kín nước cho các khớp nối, để bố trí các thiết bị kiểm tra đo lường và các loại đường ống cần có các kích thước như sau:

- Chiều rộng không nhỏ hơn 1,2 m.

- Chiều cao không nhỏ hơn 2 m.

Sàn của hành lang tập trung và tháo nước cần được thiết kế với độ dốc không lớn hơn 1 : 50 về hướng máng tràn.

1.33. Trong những đập có nhiều tầng hành lang, cần dự kiến có sự liên thông giữa các hành lang bằng thang máy hoặc cầu thang thi công.

Khi thiết kế cũng cần phải trù tính những lối ra sự cố từ hành lang dưới lên hành lang trên. Các lối ra sự cố từ hành lang dọc cần đặt cách nhau không quá 300 m, và mỗi hành lang phải có không ít hơn 2 lối ra.

Cần xét bố trí các lối ra quản lý và sự cố từ những hành lang dọc ở trong các mố trụ phân cách và mố trụ tiếp giáp giữa đập và công trình kề bên, khi chiều dài đập lớn các lối ra nói trên còn phải đặt ở các trụ pin trung gian của đập xả nước.

1.34. Trong vùng chịu kéo ở mặt chịu áp của đập bê tông, và của cả đập bê tông cốt thép khi có luận cứ để ngăn ngừa sự thấm qua bê tông làm cho vôi bị rửa lùa ra khỏi bê tông và để bảo vệ bê tông khỏi bị phá hủy do nước có tính xâm thực v.v…, cần trù tính bố trí lớp cách nước (bằng lớp trát nhựa đường, hoặc bằng các tấm nhựa đường, tẩm bitum, lớp trát khoáng vật, lớp sơn pôlime và pôlime-bitum).

1.35. Khi thiết kế các đập bê tông và bê tông cốt thép cần dự kiến bố trí các khớp nối biến dạng lâu dài (giữa các đoạn) và các khớp nối biến dạng (khớp nối thi công) tạm thời.

Kích thước các đoạn đập và các khối đổ bê tông cần được xác định tùy thuộc vào:

- Chiều cao và loại đập.

- Kích thước các đoạn của nhà máy thủy điện cũng như vị trí các lỗ xả nước (kể cả ống dẫn nước vào ra tua bin) ở trong đập.

- Phương pháp thi công đập.

- Hình dạng lòng dẫn, các điều kiện khí hậu của vùng xây dựng, cấu tạo địa chất, tính biến dạng của nền đập.

1.36. Khi chọn loại khớp nối biến dạng và khoảng cách giữa chúng với nhau, cần tuân theo các yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công.   

1.37. Phải định chiều rộng của các khớp nối biến dạng lâu dài trên cơ sở so sánh những số liệu tính toán dự toán về biến dạng của các đoạn đập kề nhau, có xét đến phương pháp thi công khớp nối, tính chất biến dạng của vật liệu làm kín nước đổ vào khớp nối và sự bảo đảm chuyển vị độc lập giữa các đoạn đập với nhau.

Khi ấn định sơ bộ kết cấu của khớp nối biến dạng lâu dài chiều rộng của chúng cần lấy như sau:

- Khớp nối nhiệt ở khoảng cách mặt chịu áp thượng lưu không quá 5m: lấy bằng 0,5-1 cm, còn ở bên trong thân đập lấy bằng 0,1 - 0,3 cm.

- Khớp nối nhiệt lún: lấy bằng 1-2cm trong phạm vi tấm móng của đập và bể tiêu năng với mọi loại nền không phải là đá và bán đá.

- Ở cao hơn tấm móng đập khi nền không phải là đá, lấy không nhỏ hơn 5 cm.

1.38. Trong kết cấu của các khớp nối biến dạng lâu dài cần dự kiến bố trí:

- Vật chắn nước, bảo đảm không cho nước thấm qua khớp nối.

- Thiết bị tiêu nước để tháo nước thấm qua vật chắn nước hoặc thấm vòng lên nó.

- Giếng và hành lang kiểm tra để quan trắc tình trạng của khớp nối và sửa chữa vật chắn nước.

1.39. Vật chắn nước của khớp nối biến dạng lâu dài của đập cần chia ra:

- Theo vị trí trong khớp nối: khớp nối thẳng đứng, khớp nối nằm ngang và khớp nối theo đường viền (Hình 3).

- Theo cấu tạo và vật liệu: màng ngăn bằng kim loại, cao su và chất dẻo (Hình 4a).

- Nêm và lớp đệm bằng vật liệu atfan (Hình 4b).

- Phun xi măng và bitum (Hình 4c).

- Dầm hoặc tấm bê tông, bê tông cốt thép (Hình 4d).



Hình 3. Sơ đồ bố trí vật chắn nước trong các khớp nối biến dạng cố định của đập trên nền đá (a,b) và nền không phải là đá (c,d)

1- Khớp nối,  = 0,5 - 1 cm; 3- Khớp nối,  = 1 - 2 cm; 5, 6, 7. Vật chắn nước thẳng đứng, nằm ngang và theo đường viền.

2- Khớp nối,  = 0,1 - 0,3 cm. 4- Khớp nối,   5cm. 8- Thiết bị tiêu nước 9- Lỗ quan trắc 10- Hành lang quan trắc

Hình 4. Các sơ đồ vật chắn nước cơ bản ở khớp nối biến dạng của đập bê tông và bê tông cốt thép.

a) Lá chắn bằng kim loại, cao su và chất dẻo. c) Vật chắn nước do phun (xi măng và bitum) 1- Tấm kim loại, 2- Tấm cao su, 3- Mat tit atphan, 4- Tấm bê tông cốt thép

b) Nêm và lớp đệm bằng vật liệu at-phan d) Thanh hoặc tấm bê tông và bê tông cốt thép 5 - Lỗ khoan để phun xi măng, 6 - Van phun xi măng, 7 - Thành bê tông cốt thép 8 - Lớp đệm cách nước bằng atphan.

1.40. Khi thiết kế kết cấu vật chắn nước của khớp nối biến dạng ở đập, cần tuân theo những quy định sau:

- Vật liệu chắn nước phải áp trực tiếp vào bê tông của khớp nối.

- Trị số ứng suất ở chỗ tiếp giáp giữa vật liệu atphan của vật chắn nước với bê tông trong mặt cắt đang xét, không được nhỏ hơn trị số áp lực thủy tĩnh bên ngoài ở chính mặt cắt đó.

Gradien cột nước của dòng thấm qua bê tông theo đường viền của vật chắn nước không được vượt quá trị số nêu trong điều 1.27 của tiêu chuẩn này.

1.41. Khi thiết kế cần trù tính việc làm liền khối (đổ bê tông chèn vào) các khớp nối thi công thẳng đứng tạm thời trước khi dâng nước trước đập.

Cho phép thay đổi thời hạn làm liền khối các khớp nối thi công thẳng đứng khi có luận chứng thích đáng.

1.42. Để giảm ứng suất nhiệt lún trong kết cấu của đập, cũng như ảnh hưởng của lún không đều ở nền, cho phép bố trí các khớp nối mở rộng tạm thời, và sẽ được lấp đầy bằng bê tông (các khối chèn) sau khi nhiệt độ đã cân bằng và lún đã ổn định.