TIÊu chuẩn quốc gia tcvn 9143 : 2012



tải về 0.54 Mb.
trang1/7
Chuyển đổi dữ liệu07.07.2016
Kích0.54 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9143 : 2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - TÍNH TOÁN ĐƯỜNG VIỀN THẤM DƯỚI ĐẤT CỦA ĐẬP TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ



Hydraulic structures - Calculate Permeable borders of Dam on unrock Foundation

Lời nói đầu

TCVN 9143 : 2012 được chuyển đổi từ 14 TCN 58 - 88 - Đường viền dưới đất của đập trên nền không phải là đá - Quy trình thiết kế theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9143 : 2012 do Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - TÍNH TOÁN ĐƯỜNG VIỀN THẤM DƯỚI ĐẤT CỦA ĐẬP TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ

Hydraulic structures - Calculate Permeable borders of Dam on unrock Foundation

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán thiết kế đường viền dưới đất của đập bê tông và bê tông cốt thép trên nền không phải là đá, và cả trụ biên nối tiếp của đập có khoang sau lưng trụ biên được lấp đầy bằng đất loại cát hoặc đất loại sét. Tiêu chuẩn này cũng có thể được sử dụng để thiết kế các công trình dâng nước khác như âu tầu, nhà trạm thủy điện kiểu lòng sông, cống tưới, tiêu …



2. Tài liệu viện dẫn

TCVN 8422 : 2010 Công trình thủy lợi - Thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy công.

TCVN 8215 : 2009 Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế thiết bị quan trắc - Cụm công trình đầu mối.

TCVN 8216 : 2009 Thiết kế đập đất đầm nén.

TCVN 8253 : 2012 Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế.

TCVN 9137 : 2012 Công trình thủy lợi - Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép.



3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:



3.1. Đường viền thấm (Permeable borders)

Đường giới hạn phần không thấm nước ở dưới đáy, dưới nền móng đập bê tông, đập bê tông cốt thép, công trình (cống, đập, ...) xây dựng trên nền không phải là đá và đường giới hạn trên của dòng thấm.

Khi xem xét mặt cắt ngang của đập phải phân biệt đường giới hạn đập ở phía dưới và phân cách tất cả các bộ phận cấu tạo của đập (móng đập, các thiết bị tiêu nước, sân phủ, các hàng cừ, sân sau không thấm nước..v.v..) với đất nền. Đường viền này được gọi là đường viền thấm dưới đất thực của đập. Một phần của đường viền nói trên chỉ giới hạn ở phía dưới các bộ phận không thấm hoặc ít thấm nước của đập tiếp xúc trực tiếp với đất nền (Hình 1a) đường 1-2-3-a-4-5-b-6) được gọi là đường viền dưới đất riêng của đập.

3.2. Trụ ở hai bên bờ của đập (End pier)

Là các trụ biên nối tiếp của đập ở hai bên hoặc trụ nối tiếp của công trình với đập đất bên cạnh hoặc nối tiếp với bờ đất.

Khi xem xét mặt cắt nằm ngang của trụ biên nối tiếp phải phân biệt đường giới hạn trụ biên nối tiếp ở phía bên trong của nó (phía đập đất), và phân cách tất cả các bộ phận cấu tạo của nó (tường quặt hoặc tường cánh thượng lưu, tường dọc, tường răng chống thấm, thiết bị tiêu nước, tường quặt hoặc tường cánh hạ lưu) với đất bờ hoặc với đất của đập đất kề bên trụ biên nối tiếp. Đường nói trên có thể được gọi là đường viền dưới đất thực của trụ biên. Phần của đường viền thấm chỉ giới hạn ở bên hông (phía bên trong của trụ biên) các bộ phận không thấm nước của trụ biên, tiếp xúc trực tiếp với đất bờ, hoặc đất đắp của đập đất (Hình 1b) đường 1-2-3-4-5-6) được gọi đơn giản là đường viền dưới đất của trụ biên.

3.3. Đường viền dưới đất hợp lý của công trình (Reasonable Permeable borders)

Là đường viền (trong số hàng loạt các đường viền có thể định ra), mà với đường viền đó, một mặt, một công trình (đập hoặc trụ biên của đập) sẽ được đảm bảo về độ bền và độ ổn định. Mặt khác, ở dạng hợp lý nhất nghĩa là phối hợp được các điều kiện sau đây:

a) Tính kinh tế của công trình;

b) Tính đơn giản trong thi công và thi công được trong thời gian ngắn;

c) Khả năng sử dụng được các vật liệu địa phương để xây dựng công trình;

d) Vận hành công trình thuận tiện.



3.4. Tầng đất không thấm (Unpermeable layer)

Là tầng đất thực tế không thấm nước, nằm dưới lớp đất thấm nước của đập.



3.5. Đất không đồng nhất (Hecterogeneous soil)

Là đất có đặc trưng cơ - lý khác nhau ở các điểm khác nhau của khối đất (thành phần hạt, hệ số thấm…); đất có các cỡ hạt khác nhau nhưng đồng nhất về thành phần hạt; là đất có các đường cong thành phần hạt như nhau ở các điểm nêu trên.



3.6. Đất có thể bị xói ngầm (Subsurface erosion)

Là đất mà ở trong đó hoặc ở mặt ngoài của nó, dưới tác động của các lực thấm, có thể sinh ra (ở các vận tốc thấm nhất định) các biến dạng thấm nguy hiểm nghĩa là sự di chuyển các hạt đất dẫn đến các biến dạng nguy hiểm của cốt đất và dẫn đến sự suy giảm không cho phép của khả năng chịu tải của nó.



3.7. Độ bền thấm của đất (Endurance of permeable)

Là khả năng của đất chống được sự phát sinh của các biến dạng thấm nguy hiểm.



3.8. Thiết kế tầng lọc ngược (Design of adverse filter)

Là thiết kế kết cấu dùng để giữ lại thành phần hạt trong dòng thấm; thu và tiêu dẫn nước ngầm (thấm) về hạ lưu đập.

Lọc ngược là kết cấu gồm một, hai hoặc vài lớp cát, sỏi hoặc hỗn hợp cát - cuội sỏi (được tạo thành bởi các hạt cát có kích cỡ khác nhau) dùng để ngăn ngừa xói lùng ra ngoài. Trong một số trường hợp lớp cát của tầng lọc ngược có thể thay bằng bê tông xốp, vải sợi thủy tinh, vải địa kỹ thuật..v.v..

3.9. Trồi đất cục bộ do thấm (Local emerge earth by permeable)

Là sự chuyển động của một thể tích đất nào đó xảy ra chủ yếu do tác dụng của áp lực thấm.



4. Một số ký hiệu chung

L: chiều dài đường viền dưới đất (hình 1a) đường 1-2-3-a-4-5-b-6);

lo: chiều dài hình chiếu của đường viền dưới đất của đập trên phương nằm ngang;

so: chiều dài hình chiếu của đường viền dưới đất của đập trên phương thẳng đứng;

z: cột nước tác dụng lên công trình nghĩa là độ chênh mức nước thượng và hạ lưu; trường hợp không có nước ở hạ lưu z - là độ chênh của mức nước ở thượng lưu so với mặt đất ở hạ lưu;

s: chiều sâu của hàng cừ đóng trong đất;

sra: độ chôn sâu của mũi ván cừ (hoặc để chân khay) ở chỗ ra ở dưới đáy hạ lưu (đáy hạ lưu là tiết diện ướt ở chỗ ra của dòng thấm);

H: cột nước ở điểm bất kỳ ở nền (ví dụ ở điểm m), tức là độ chênh mực nước trong ống đo áp tưởng tượng đặt ở điểm đang xét so với mặt phẳng tọa độ bất kỳ đã chọn O-O (gọi là mặt phẳng chuẩn);

h: tổn thất cột nước trên đoạn đường thấm đang xét:

h = H' - H" (1)

trong đó:

H': cột nước ở điểm đầu của đoạn đường thấm;

H": cột nước ở điểm cuối đoạn đường thấm.



a) Sơ đồ đường viền dưới đất đập bê tông, bê tông cốt thép

CHÚ DẪN:


1-2-3-a-4-5-b-6) đường viền dưới đất của đập; I) sân phủ ít thấm nước;

II) cừ; III) lọc ngược; IV) tầng không thấm





b) Sơ đồ đường viền dưới đất của trụ biên

CHÚ DẪN:


1-2-3-4-5-6) đường viền dưới đất của trụ biên;

I) trụ biên; II) tấm đáy; III) tầng không thấm; IV) đập tràn.



Hình 1 - Các sơ đồ đường viền đất

htt: chiều cao đo áp, chiều cao này là đại lượng áp lực ở điểm đã cho của nền và bằng tổng của hai đại lượng bằng cột nước ở điểm đã cho (H) và độ sâu (z) của điểm đó dưới mặt phẳng chuẩn.

htt = = H + z (2)

trong đó:

ynước: khối lượng thể tích của nước;

J: độ dốc đo áp (còn gọi là độ dốc thủy lực hoặc gradien thủy lực) tại điểm đã cho của vùng thấm và bằng:



(3)

Trong đó:

Δl: chiều dài phần tử cơ bản đo được ở điểm đã cho dọc theo đường dòng;

Δh: tổn thất cột nước dọc theo chiều dài nói trên;

k: hệ số thấm của đất.

5. Các nhiệm vụ cơ bản tính toán và thiết kế đường viền dưới đất của công trình thủy công có áp

5.1. Khi thiết kế các kết cấu nằm dưới đất của công trình có áp (đáy đập và các phần tương ứng của trụ biên) phải lựa chọn đường viền dưới đất hợp lý của công trình. Đường viền trên phải thỏa mãn các định nghĩa nêu trên ở Điều 3, và phải đảm bảo độ bền thấm của nền không phải là đá và của các lên kết bờ.

5.2. Các vấn đề cơ bản khi tính toán đường viền thấm trong thiết kế công trình chịu áp trên nền không phải là đá đó là vấn đề chiều dài tối thiểu nào của đường thấm có thể chống chịu được (với các điều kiện đã cho với cột nước tác dụng lên công trình mà đất nền không có nguy cơ bị biến dạng thấm). Chiều dài của đường thấm phải đảm bảo độ tin cậy chắc chắn của công trình. Trong tính toán thiết kế cũng cần làm sáng tỏ thêm các vấn đề sau:

1) Trị số áp lực nước do dòng thấm tác dụng lên bộ phận này hoặc bộ phận khác của công trình;

2) Trị số các lực thấm có tác dụng giảm độ ổn định của đất nền hoặc của bờ;

3) Trị số lưu lượng thấm có thể sẽ có ứng với đường viền dưới đất đã chọn.



5.3. Khi xem xét toàn bộ các nhiệm vụ tính toán và thiết kế nêu trên cần phân tích các giải pháp thuần túy về kết cấu cho phép giảm ảnh hưởng xấu về thấm đến sự làm việc của công trình và cho phép giảm giá thành của công trình.

6. Thiết kế đường viền dưới đất của đập bê tông trong trường hợp thấm có áp ở dưới đáy công trình

6.1. Phân loại các sơ đồ nguyên tắc của đường viền dưới đất và trình tự chung về thiết kế đường viền dưới đất

Khi thiết kế đường viền dưới đất của đập phải phân biệt 5 sơ đồ nguyên tắc:

a) Sơ đồ 1 (hình 2): Đường viền dưới đất với sân phủ và thân đập không có thiết bị tiêu nước. Ở đây mặt đáy thượng lưu A - 1 là mặt cắt ướt ở chỗ vào của dòng thấm, mặt đáy hạ lưu 6 - B là mặt cắt ướt ở chỗ ra của dòng thấm, thông thường các mặt cắt này được phủ lên bằng lọc ngược và các lớp gia cố tương ứng;

CHÚ DẪN:


1-a-2-3-b-4-5-c-6) đường viền dưới đất;

I) hàng cừ; II) sân phủ; III) tầng không thấm; IV) lọc ngược.



Hình 2 - Sân phủ và thân đập không có thiết bị tiêu nước (sơ đồ 1)

b) Sơ đồ 2 (hình 3): Đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang. Ở đây trực tiếp dưới thân đập có bố trí thiết bị tiêu nước nằm ngang được bảo vệ ở phía dưới bằng lọc ngược. Trong các tính toán thấm mặt 6 - B (coi như không có chân khay hạ lưu của đập) có thể coi là mặt cắt ướt ở chỗ ra của dòng thấm. Đường 1-2-3-a-4-5-6 là đường viền dưới đất;



CHÚ DẪN: 1-2-3-a-4-5-6) đường viền dưới đất I) sân phủ; II) hàng cừ;

III) thiết bị tiêu nước; IV) lọc ngược; V) tầng không thấm

Hình 3 - Đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang (sơ đồ 2)

c) Sơ đồ 3 (hình 4): Đập và sân phủ có thiết bị tiêu nước nằm ngang. Ở đây mặt 5-6-B là mặt cắt ướt ở chỗ ra của dòng thấm, đường viền dưới đất là đường 1-2-3-4-5;



CHÚ DẪN: 1-2-3-4-5) đường viền dưới đất: I) sân phủ có néo bằng bê tông cốt thép;

II) thiết bị tiêu nước; III) lọc ngược

Hình 4 - Đập và sân phủ có thiết bị tiêu nước nằm ngang (sơ đồ 3)

d) Sơ đồ 4 (hình 5): Đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng. Sơ đồ này có thể là một trong các sơ đồ nêu trên nhưng có bố trí thêm một hoặc một vài hàng lỗ khoan tiêu nước sâu; các hàng lỗ khoan tiêu nước này được bố trí hoặc ở khu vực hạ lưu, hoặc dưới đập hay sân phủ. Mặt cắt ướt ở chỗ ra được tăng thêm nhờ bố trí các lỗ khoan tiêu nước và cột nước ở các vùng nhất định của nền (ở mặt bên và ở đáy của các lỗ khoan) giảm thực tế đến trị số cột nước ở hạ lưu;



CHÚ DẪN: I) Hàng có lỗ khoan tiêu nước; II) Lọc ngược



Hình 5 - Đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng (sơ đồ 4)

e) Sơ đồ 5 (hình 6): Sơ đồ đường viền dưới đất sâu. Trong trường hợp này nền thấm nước được ngăn trên toàn bộ chiều sâu xuống đến tận tầng không thấm bằng các vật ngăn ở dạng tường răng sâu bằng bê tông (hình 6, a), hàng cừ (hình 6, b), hoặc màn xi măng chống thấm, nền thấm nước có thể được ngăn bằng một hoặc vài vật ngăn.

Phía dưới đập (theo sơ đồ 5) có thể bố trí thiết bị tiêu nước có lọc ngược bảo vệ và nối với hạ lưu.

CHÚ DẪN:


I) Tường răng bê tông; II) Cừ (chiều sâu δ được xác định bằng tính toán độ bền thấm của tầng dưới sâu nằm dưới lớp mặt của nền)

Hình 6 - Các sơ đồ đường viền dưới đất sâu (sơ đồ 5)

Khi thiết kế đường viền dưới đất trước hết phải lựa chọn sơ đồ đường viền nguyên tắc, phù hợp với các điều kiện cụ thể đã cho và dựa theo các đặc điểm chung của các sơ đồ đường viền dưới đất nêu ở Điều 6.2. Trong một số trường hợp phải dự kiến sơ bộ không chỉ một mà hai hoặc một số sơ đồ nguyên tắc.

Sau khi đã chọn được một sơ đồ nguyên tắc dựa vào sơ đồ này và bằng tính toán phải dự kiến một số phương án đường viền dưới đất có khả năng tương đương nhau về mặt bảo đảm ổn định và độ bền của đập cũng như độ bền thấm của đất nền.

Độ ổn định và độ bền của đập phải được đánh giá bằng tính toán tĩnh lực.

Các kích thước của đường viền dưới đất phải được xác định dựa trên cơ sở tính toán độ bền thấm, nói ở Điều 7 và Điều 8. Sau khi đã có một số phương án về đập được đặc trưng bằng các hệ số an toàn về ổn định và độ bền cho phép, phải xác định đường viền dưới đất hợp lý bằng phương pháp so sánh của các phương án tương đương nêu trên, có xét đến các khái niệm và ký hiệu nêu ở Điều 3 và Điều 4. Để rút bớt số lượng phương án so sánh phải sử dụng các nguyên tắc khác nhau, cho phép loại bỏ các phương án không hợp lý rõ ràng về phương diện thi công và rõ ràng là không kinh tế.

Khi thiết kế và xây dựng đường viền dưới đất cần sử dụng thêm các nguyên tắc được bảo đảm thu thập tại hiện trường, các điều kiện làm việc của công trình, mà cần chú ý đến khi tính toán tĩnh lực của đập và tính toán độ bền thấm ở đất nền. Một số nguyên tắc chính nêu trên sẽ được trình bày ở các điều dưới đây cùng với đặc điểm chung của các sơ đồ nguyên tắc.



6.2. Phạm vi áp dụng các sơ đồ nguyên tắc của đường viền dưới đất và đặc điểm chung

Hiện nay, các sơ đồ 1, 2 và 5 (Điều 6.1) được sử dụng nhiều nhất; phạm vi và nguyên tắc sử dụng các sơ đồ này được chỉ dẫn thêm dưới đây:

a) Sơ đồ 1 (không có thiết bị tiêu nước, hình 2) được sử dụng trong trường hợp không hoàn toàn tin tưởng là lọc ngược dưới công trình sẽ làm việc bình thường (sau này lúc nào đó sẽ bị bồi tắc) cũng như trong các trường hợp tương đối ít gặp. Khi đập thiết kế theo sơ đồ 1 lại kinh tế hơn so với đập thiết kế theo một trong các sơ đồ từ 2 đến 5 trong Điều 6.1. Trong các trường hợp còn lại phải sử dụng một trong các sơ đồ có thiết bị tiêu nước dưới thân đập hoặc dưới sân phủ.

Sự bồi tắc của lọc ngược chỉ có nguy cơ xảy ra trong trường hợp tầng lọc phải bảo vệ các loại đất bùn hạt mịn và hạt bụi không dính. Trong trường hợp gặp các loại đất như trên thì phải sử dụng sơ đồ 1; trong trường hợp nền là đất dính loại sét thì không được dùng sơ đồ 1.

Trong các trường hợp không rõ ràng, khi thiết kế các đập tương đối quan trọng, vấn đề khả năng gây bồi tắc lọc ngược phải được giải quyết bằng các thí nghiệm thích hợp có sử dụng các mẫu đất tự nhiên.

b) Sơ đồ 2 (đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang, hình 3) có đặc điểm là dọc theo đường 6 - B dưới đập cũng như thực tế dọc theo cả đáy khay hạ lưu đập. Cột nước có thể coi như không đổi và ứng với mực nước hạ lưu nhờ bố trí thiết bị tiêu nước dưới đập, áp lực ngược lên đáy đập giảm đi đáng kể, do đó trong nhiều trường hợp có thể giảm bớt trọng lượng đập.

c) Sơ đồ 3 (đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang dưới sân phủ, hình 4) chỉ sử dụng khi sân phủ được néo vào đập. Về mặt cấu tạo, đập có sân phủ néo là công trình phức tạp hơn so với đập thiết kế theo sơ đồ 2, điều kiện làm việc tĩnh của sân phủ, thân đập và nền đập trong trường hợp sơ đồ 3 phức tạp hơn nhiều so với trường hợp đập trong sơ đồ 2.

Trong trường hợp cá biệt có thể bố trí sân phủ néo trong trường hợp sử dụng sơ đồ 2.

Sơ đồ đập với sân phủ néo được sử dụng chủ yếu trong điều kiện đất nền là loại đất sét. Tính kinh tế của loại đập này phải được xác định bằng cách so sánh nó với các phương án đập thiết kế theo các sơ đồ khác.

d) Sơ đồ 4 (đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng, hình 5) có đặc điểm là ở một vài vùng đất trong nền có sự phân bố lại các lực thấm, đặc biệt là nhờ bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong vùng đất nền tương ứng các lực thấm có hướng từ dưới lên trên có thể bị triệt tiêu.

Chỉ bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong các trường hợp khi các lực thấm nguy hiểm cho sự ổn định của đất nền. Những trường hợp có thể xảy ra:

- Khi ở vùng hạ lưu có lớp đất mặt ít thấm tương đối mỏng, nếu không có thiết bị tiêu nước thẳng đứng ở hạ lưu, lớp đất nêu trên có nguy cơ bị dòng thấm đẩy trồi lên;

- Khi đất nền là loại đất dị hướng, có hệ số thấm theo hướng thẳng đứng tương đối nhỏ;

- Khi tính toán ổn định của đập thấy rằng do ví dụ đất nền không đồng nhất, mặt trượt có thể không theo đáy đập mà ở một độ sâu nào đó. Trong trường hợp này, bằng cách bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng sẽ làm thay đổi tính chất phân bố của các lực thấm trong vùng đất nền nằm cao hơn mặt trượt có thể xảy ra. Do đó, có thể làm tăng thêm độ ổn định của công trình. Như vậy, nếu đất nền là đất đẳng hướng ở hạ lưu không có lớp đất mặt ít thấm nước và nếu đã chắc chắn rằng mặt trượt sẽ đi qua đáy đập thì không phải bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng nữa. Ngoài ra nếu đất nền là loại đất sẽ lún nhiều, có thể bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng để đẩy nhanh quá trình cố kết của đất nền;

- Cần tính đến trường hợp xảy ra bồi tắc lọc ngược trong thiết bị tiêu nước thẳng đứng bố trí ở dưới đập lọc ngược này khác với lọc ngược của thiết bị tiêu nước nằm ngang, thiết bị này có thể sửa chữa được trong quá trình khai thác đập nếu khi thiết kế thân đập có dự kiến bố trí các hành lang quan trắc ở trên các thiết bị tiêu nước.

e) Sơ đồ 5 (sơ đồ đường viền dưới đất ở sâu, hình 6) được sử dụng khi vị trí tầng không thấm nước ở không sâu (thường đến từ 15 m đến 20 m). Sơ đồ này phải được so sánh về kinh tế và về mặt khác (Điều 4) với các sơ đồ khác của đập. Trong trường hợp chung chỉ bằng phương pháp so sánh các phương án mới có thể xác định được tính kinh tế của sơ đồ này.

Khi cắt ngang qua tầng đất nền thấm nước bằng tường răng sâu bê tông (hình 6 a) sự chuyển động của nước ngầm dưới đập sẽ bị chặn đứng, cột nước ở vùng đất nền trước tường răng là cột nước ở thượng lưu, và cột nước ở vùng đất nền sau tường răng là cột nước ở hạ lưu (xem đường đo áp P - P - P trên hình 6 a).

Trong trường hợp cắt ngang qua tầng đất nền thấm nước bằng hàng cừ (hình 6 b), do có khe hở giữa các ván cừ trong hàng cừ mà dưới đập vẫn có sự chuyển động của nước ngầm. Do đó, cột nước ở vùng đất nền trước hàng cừ sẽ giảm đi, còn ở vùng đất nền sau hàng cừ sẽ tăng thêm một ít so với trường hợp bố trí tường răng.



6.3. Thiết kế các bộ phận đường viền dưới đất và bố trí phần ra của dòng thấm ở hạ lưu

6.3.1. Cần phân biệt các bộ phận sau đây của đường viền dưới đất của đập:

1) Sân phủ;

2) Các vật chắn chống thấm thẳng đứng (các hàng cừ, các chân khay, tường răng bê tông, màn phụt xi măng);

3) Đáy đập hoặc tấm móng.

Thông thường đường viền dưới đất của công trình không kéo dài bằng tấm tiêu năng sau đập, tấm tiêu năng này phải được tách ra khỏi đập bằng khớp nối biến dạng. Dưới tấm tiêu năng phải bố trí thiết bị tiêu nước được bảo vệ phía dưới bằng lọc ngược. Việc đưa đường viền tấm tiêu năng vào đường viền dưới đất của công trình sẽ làm tăng áp lực đẩy ngược lên đập, điều này không nên làm. Việc kéo dài đường viền dưới đất tới độ dài cần thiết để bảo đảm độ bền thấm của nền (Điều 8) thường phải được thực hiện bằng việc tăng chiều dài sân trước và chiều sâu của các vật ngăn chống thấm bố trí dưới đập.

Nếu nền đập là đất hạt bùn hoặc bùn hạt mịn không dính, tức là khi không loại trừ được khả năng bồi tắc thiết bị tiêu nước ở tấm tiêu năng thì cần bố trí các lỗ thoát nước để trong trường hợp xảy ra bồi tắc thiết bị tiêu nước, áp lực đẩy ngược tác dụng lên đáy đập sẽ không tăng. Các lỗ thoát nước trong tấm tiêu năng cũng có thể bố trí để thoát nước từ thiết bị tiêu nước về hạ lưu.



6.3.2. Sân phủ - phải phân biệt: 1) Các sân phủ cứng (bê tông, bê tông cốt thép), và 2) Các sân phủ mềm (bằng đất, bằng vật liệu tổng hợp ..v.v..) có khả năng biến dạng theo biến dạng của nền. Ở trường hợp sân phủ mềm không có khả năng tạo khe hở nằm ngang giữa sân phủ và nền, các loại sân phủ néo bao giờ cũng cứng.

Ngoài ra cần phân biệt:

a) Các sân phủ thực tế không thấm nước có kết cấu đặc biệt, thí dụ, sân phủ có lớp cách nước bằng nhựa đường, ..v.v.. những sân phủ này có thể cứng hoặc mềm;

b) Các sân phủ ít thấm nước bằng đất sét, những sân phủ này bao giờ cũng mềm.

Trong các trường hợp nền đất sét, việc bố trí sân phủ ít thấm nước là không hợp lý. Loại sân phủ này chỉ bố trí trên nền cát. Có thể cho rằng: hệ số thấm của sân phủ ít thấm nước có thể nhỏ hơn hệ số thấm của nền ít nhất 50 lần. Nếu tỷ lệ trên không đạt được thì phải chuyển sang loại sân phủ thực tế không thấm nước.

Khi thiết kế sân phủ phải đặc biệt chú ý đến tính thấm nước của khớp nối nối tiếp sân phủ với đập. Phải chú ý rằng sân phủ (nếu nó không néo) chỉ chịu áp lực thẳng đứng từ trên xuống còn đập thì chịu tác dụng của lực ngang hướng về phía hạ lưu, và các khớp nối nối tiếp sẽ có khuynh hướng mở ra.

Phải lấy chiều dày t của sân phủ ít thấm nước bằng đất loại sét (trong mặt cắt thẳng đứng) trong trường hợp nền là đất cát hạt mịn theo công thức

t ≥ . htổn thất (4)

trong đó:

htổn thất: tổn thất cột nước tính từ đầu đường viền dưới đất (phía thượng lưu) đến mặt cắt thẳng đứng đang xét của sân phủ;

Jcho phép: độ dốc đo áp cho phép đối với đất sét của sân phủ và lấy không lớn hơn 10 % đến 15 %.

Cũng phải lấy chiều dày cho phép nhỏ nhất của sân phủ bằng đất theo yêu cầu cấu tạo từ 0,75 m đến 1,00 m.

Rõ ràng theo công thức (4) độ dốc đo áp trong thân của sân phủ (theo hướng thẳng đứng) được tính bằng công thức htổn thất : t ≤ Jcho phép;

Chính dưới tác dụng của độ dốc này, khi xảy ra thấm thẳng đứng từ trên xuống, sẽ tạo ra khe nối tiếp giữa sân phủ bằng đất loại sét và nền đất cát. Dưới gradien này các hạt sét của sân phủ (đã đầm nện kỹ) không được xâm nhập vào các lỗ rỗng của đất nền.

Chiều dài sân phủ phải được xác định trên cơ sở tính toán độ bền thấm của nền (Điều 8) nhằm trong một số trường hợp, giảm áp lực đẩy ngược lên đáy đập. Tất cả các loại sân phủ trừ sân phủ bằng bê tông phải được phủ một lớp đất bảo vệ không mỏng hơn 0,3 m; lớp đất bảo vệ này phải được phủ lên trên bằng một lớp gia cố bảo vệ chống xói lở do dòng nước mặt.

6.3.3. Hàng cừ

Cừ là vật tiêu hao cột nước, khi có cừ trị số cột nước trên các đoạn của đường viền dưới đất sau cừ giảm đi, và các độ dốc đo áp dọc đường viền dưới đất cũng giảm đi. Ngoài ra các hàng cừ còn có tác dụng:

a) Ngăn cản sự phát triển của xói ngầm trong vùng đất nền;

b) Bảo vệ nền đập khỏi bị xói mòn do dòng chảy mặt gây ra (cừ hạ lưu);

c) Ngăn cản hiện tượng trồi đất từ phía dưới đập dưới tác dụng của trọng lượng đập (điều này chỉ có thể xảy ra trong trường hợp nền đất yếu và không đồng nhất);

d) Cho phép thực hiện việc nối tiếp thân đập với tầng không thấm nước và do đó tạo thành sơ đồ sâu của đường viền dưới đất (hình 6).

Việc bố trí cừ hạ lưu sẽ gây ra sự tăng áp lực đẩy ngược lên đáy đập. Để tránh nhược điểm trên cừ hạ lưu trong các trường hợp này phải có đục lỗ. Khi tính toán thấm, các hàng cừ có đục lỗ không được tính đến.

Trong đất cát có thể đóng được cừ (không có đá, cuội lớn) thông thường phải dự kiến hàng cừ phía thượng lưu dưới đập trong các sơ đồ 1 và 2 (hình 2 và hình 3).

Ván cừ (hoặc chân khay) thượng lưu dưới sân phủ phải được bố trí trong trường hợp sân phủ cứng vì dưới sân phủ cứng do lún của nền, khe nằm ngang giữa sân phủ và nền có thể mở rộng. Nếu không có cừ (hoặc chân khay) thượng lưu dưới sân phủ nước sẽ thấm trực tiếp từ thượng lưu vào khe này, và vai trò chống thấm của sân phủ sẽ mất đi. Khi có hàng cừ này, cửa vào khe nói trên sẽ được bịt kín lại và vai trò chống thấm của sân phủ thực tế vẫn tồn tại như khi không có khe nằm ngang.

Trong trường hợp sân phủ mềm ít thấm nước, việc mở rộng khe nằm ngang giữa sân phủ và nền không thể xảy ra. Do đó với loại sân phủ này, trong đa số trường hợp không nên bố trí ván cừ (hoặc chân khay) thượng lưu dưới sân phủ vì giá thành 1 m dài (theo chiều sâu) của hàng cừ (hoặc chân khay) thường lớn hơn giá thành 2 m dài của phần đầu sân phủ ít thấm nước.

Trong trường hợp sơ đồ 1 (hình 2), chân khay hoặc ván cừ hạ lưu dưới đập (không đục lỗ) phải được bố trí với chiều sâu bằng: Sra = (0,05 đến 0,10) T (5')

nhưng không lớn hơn: Sra = (0,05 đến 0,10) lo (5")

- Trong trường hợp sơ đồ 2 (hình 3), chiều sâu cho phép nhỏ nhất của hàng cừ (hoặc chân khay) nên lấy theo công thức (5');

- Trường hợp giảm Sra tính theo công thức (5'), độ dốc đo áp lớn nhất ở mặt đáy hạ lưu (ở điểm 6) sẽ tăng vọt tới vô tận;

- Trường hợp tăng Sra tính toán theo công thức (5"), độ dốc đo áp ra lớn nhất ở mặt đáy hạ lưu giảm tương đối không đáng kể đồng thời áp lực đẩy ngược tác dụng lên đáy đập lại tăng lên (trong trường hợp sơ đồ 1);

- Khi bố trí các hàng cừ, không được dùng loại cừ quá ngắn (thí dụ nhỏ hơn 2 m đến 3 m). Tổ chức thi công đóng các ván cừ quá ngắn sẽ không kinh tế. Phải định chiều dài ván cừ sẵn có, phải tính đến trong một số trường hợp có thể hàn cừ thép (theo chiều dài) để tăng chiều sâu ván cừ (có thể tới 30 m đến 40 m).

- Trong trường hợp nền không đồng nhất có các lớp kẹp thấm nước nằm ngang thì tùy theo khả năng mà hàng cừ phải cắt qua các lớp kẹp đó.

Không cho phép để giữa mũi cừ và mặt của lớp không thấm có một khoảng cách tương đối nhỏ (thí dụ, nhỏ hơn 0,5T đến 0,10T). Trong trường hợp này để tránh xảy ra tốc độ thấm lớn giữa mũi cừ và tầng không thấm nước, hàng cừ phải đóng sâu vào tầng không thấm và chuyển thành sơ đồ sâu (hình 6 b).

Khi sử dụng sơ đồ sâu (hình 6 b) với tầng không thấm không phải là đá (đất loại sét) phải đóng sâu hàng cừ vào tầng không thấm nước với độ sâu δ. Trong trường hợp này, xuất phát từ các trị số cột nước trước và sau ván cừ, bằng tính toán có thể xác định được trị số δ. Khi tính toán phải xét hàng cừ đơn thuần có chiều sâu δ chịu tác dụng của cột nước Z. Đối với hàng cừ trên theo các số liệu của Điều 7 sẽ xác định được gradien ra lớn nhất (gradien ở điểm a, hình 6 b); còn theo các số liệu ở Điều 8 có thể kiểm tra được độ bền thấm của đất loại sét ở vùng tiếp xúc của nó với đất cát.

Khi lớp không thấm là đá, việc nối tiếp giữa ván cừ với nền đá sẽ rất khó khăn. Trong trường hợp này phải chuyển, thí dụ sang sơ đồ trên hình 6 a (hoặc loại bỏ hoàn toàn sơ đồ sâu).

Khi dưới đập là hàng cừ treo thì khoảng cách giữa các cừ không được nhỏ hơn 2s, trong đó s là chiều sâu cừ đóng trong đất. Ở đây cần chú ý vấn đề sau:

- Nếu cột nước tổn thất ở một hàng cừ có chiều dài bằng s là ht thì ở hai hàng cừ có cùng chiều dài như vậy bố trí hàng nọ cách hàng kia với khoảng cách lớn hơn 2s, cột nước tổn thất sẽ bằng 2ht (với cùng một lưu lượng q);

- Nếu khoảng cách giữa hai hàng cừ trên nhỏ hơn (1,5s đến 2s), thì tổn thất tổng cộng về cột nước trên hai hàng cừ trên sẽ nhỏ hơn 2ht tức là trong trường hợp này về mặt thấm hàng cừ sẽ được sử dụng không hoàn toàn.

Khi bố trí cừ ở nền đập, cần phải xét đến tính thấm nước của cừ do sự liên kết không kín của các ván cừ. Khi thi công đóng cừ vào trong đất phải nhét đất dính vào các ngàm cừ để khe hở ở liên kết giữa các ván cừ là nhỏ nhất.

Khi thiết kế nối tiếp đầu cừ với phần bê tông của đập, phải dự kiến hình thức kết cấu của phần nối tiếp này sao cho các lực thẳng đứng từ thân đập không truyền xuống cừ. Khi xem xét khả năng truyền lực ngang lên đầu cừ từ phía công trình cần chú ý các điều sau đây:

a) Lực ngang hướng về phía hạ lưu có thể đẩy nghiêng đầu cừ về phía hạ lưu, và ở phần trên của cừ về phía mặt thượng lưu đường thấm có thể ngắn đi;

b) Lực ngang truyền lên đầu cừ trong thời gian khai thác công trình có thể có giá trị thay đổi tùy theo cột nước tác dụng lên công trình;

c) Khi các hàng cừ có chiều dài khá lớn (cừ sâu) và ngàm nối giữa các ván cừ được giải quyết kín nước tốt, việc truyền lực ngang lên đầu cừ không nguy hiểm như trường hợp cừ ngắn;

d) Trong một số trường hợp để không truyền lực ngang lên đầu cừ thượng lưu dưới đập, không nên nối trực tiếp hàng cừ này với chân khay thượng lưu đập mà nên nối với phần cuối của sân phủ nối tiếp với chân khay nói trên.

Việc sử dụng cừ kim loại ở môi trường ăn mòn phải được luận chứng riêng.

Chiều dài (chiều sâu đóng cừ) của cừ dưới sân phủ và cừ thượng lưu dưới đập khi chúng là cừ treo phải được xác định trên cơ sở tính toán độ bền thấm của nền (Điều 8). Khi tính toán phải so sánh các phương án đường viền có khả năng chống thấm tương đương nhau, nhưng có các chiều dài của sân phủ và cừ khác nhau (thí dụ các phương án có sân phủ tương đối dài và hàng cừ ngắn và các phương án với sân phủ tương đối ngắn và hàng cừ dài).

Đối với loại đường viền dưới đất nông trong trường hợp đất nền đồng nhất và đẳng hướng, khi một trong các điều kiện sau được thỏa mãn:

S ≤ (0,40 đến 0,50)T

S ≤ (0,20 đến 0,25)lo (6)

Có thể sử dụng nguyên tắc gần đúng sau đây: 1 m chiều dài sân phủ tương đương (về mặt tiêu hao cột nước trong vùng sau hàng cừ thượng lưu dưới đập) với 0,5 m chiều sâu của hàng cừ thượng lưu dưới đập hoặc hàng cừ dưới sân phủ.

Các sơ đồ đường viền nông về mặt kinh tế thường có lợi hơn so với đường viền sâu. Tuy nhiên khi chọn phương án đường viền cần tính đến các điều bổ sung sau đây:

- Các nghiên cứu địa chất nền không phải bao giờ cũng đủ độ chính xác, không loại trừ khả năng ở chỗ này hoặc chỗ khác trong nền có thể có lớp đất xen kẹp nằm ngang với hệ số thấm tương đối lớn chưa được phát hiện;

- Trong thực tế, khi tính toán có thể đã không xét đến tính không đẳng hướng của đất nền mà hệ số thấm theo hướng ngang lớn hơn nhiều so với hệ số thấm theo hướng thẳng đứng;

- Do lún không đều của nền (trong quá trình khai thác công trình) hoặc do thi công không đảm bảo chất lượng, dọc theo các bộ phận nằm ngang của đường viền ở mặt cắt ngang nào đó của đập có thể mở ra đường thấm tập trung ..v.v..

- Do các tình hình nêu trên thường phải gạt bỏ giải pháp có lợi đơn thuần về mặt kinh tế và để bảo đảm an toàn, ngoài các bộ phận nằm ngang của đường viền còn phải bố trí thêm các bộ phận thẳng đứng như cừ (hoặc chân khay).


  1   2   3   4   5   6   7


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương