TCVN 4253:2022 NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Kỹ thuật TCVN 4253:2022 Xuất bản lần 1 NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Foundation of hydraulic projects - Requirements for design HÀ NỘI – 2022 T I Ê U C H U ẨN Q U Ố C G I A 2 T I Ê U C H U Ẩ N Q U Ố C G I A TCVN 4253:2022 Xuất bản lần 1 NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Foundation of hydraulic projects - Requirements for design 3 Lời nói đầu TCVN 4253:2022 thay thế cho TCVN 4253:2012. TCVN 4253:2022 "Nền các công trình thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế" được biên soạn trên cơ sở tham khảo "SP 23.13330.2018 - Nền các công trình thủy". TCVN 4253:2022 do Trường Đại học Thủy lợi 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. 4 Mục lục Lời nói đầu ................................................................................................................................................. 3 1. Phạm vi áp dụng .................................................................................................................................... 6 2. Tài liệu viện dẫn ..................................................................................................................................... 6 3. Thuật ngữ và định nghĩa ........................................................................................................................ 7 4. Quy định chung ...................................................................................................................................... 9 5. Phân loại đất đá và các đặc trưng cơ-lý .............................................................................................. 13 5.1. Quy định chung............................................................................................................................. 13 5.2. Các đặc trưng của đất ................................................................................................................... 18 5.3. Các đặc trưng của đá .................................................................................................................... 23 6. Sơ đồ địa chất-công trình và tính toán của nền .................................................................................. 27 7. Tính toán ổn định (khả năng chịu tải) của nền .................................................................................... 29 7.1. Quy định cơ bản ........................................................................................................................... 29 7.2. Tính toán ổn định công trình trên nền đất ................................................................................... 31 7.3. Tính toán ổn định công trình trên nền đá .................................................................................... 35 8. Tính toán thấm của nền ....................................................................................................................... 40 9. Tính toán độ bền cục bộ của nền đá ................................................................................................... 44 10. Xác định ứng suất dưới nền công trình ............................................................................................. 46 11. Tính toán nền theo biến dạng ........................................................................................................... 49 12. Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền công trình thủy công ................................................................... 56 12.1. Quy định cơ bản ......................................................................................................................... 56 12.2. Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đất ........................................................................................ 56 12.3. Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đá ......................................................................................... 57 12.4. Kiểm tra hạ mực nước thi công .................................................................................................. 57 12.5. Kiểm tra chất lượng công tác gia cố nền .................................................................................... 58 13. Các biện pháp kỹ thuật đảm bảo độ tin cậy của nền ........................................................................ 59 13.1. Đảm bảo sự liên kết của công trình với nền ............................................................................... 59 13.2. Gia cố và nén chặt đất đá nền .................................................................................................... 63 Phụ lục I (Quy định) - Phân loại khối đá .................................................................................................. 64 Phụ lục II (Quy định) - Xác định các thông số ma sát trong (tg'''', с''''), hệ số cố kết thấm cv và hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu Ku bằng phương pháp nén ba trục, áp lực cố kết trước р''''с bằng phương pháp nén không nở hông và hệ số quá cố kết OCR ............................................................................ 67 Phụ lục III (Quy định) - Xác định môđun biến dạng của nền để tính chuyển vị công trình ..................... 75 Phụ lục IV (Quy định) - Tính toán ổn định trượt của công trình trên mặt nền không đồng nhất ........... 77 Phụ lục V (Quy định) - Tính toán ổn định công trình khi trượt quay trong mặt bằng ............................ 79 Phụ lục VI (Quy định) - Tính toán ổn định công trình trên nền đất theo sơ đồ trượt sâu và trượt hỗn hợp ...................................................................................................................................................... 83 Phụ lục VII (Quy định) - Xác định ứng suất tiếp xúc bằng phương pháp nén lệch tâm .......................... 90 Phụ lục VIII (Tham khảo) - Xác định ứng suất tiếp xúc cho công trình trên nền cát đồng nhất bằng phương pháp biểu đồ thực nghiệm.................................................................................................... 91 5 Phụ lục IX (Quy định) - Xác định độ lún của nền bằng phương pháp tổng cộng từng lớp ...................... 93 Phụ lục X (Tham khảo) - Xác định độ lún của nền khi áp lực trung bình dưới đáy móng công trình vượt quá sức chống tính toán của đất ................................................................................................ 97 Phụ lục XI (Tham khảo) - Xác định độ cố kết sơ cấp của đất ................................................................... 98 Phụ lục XII (Tham khảo) - Xác định chuyển vị ngang cuối cùng của công trình trọng lực có đáy móng nằm ngang trên nền đất ...................................................................................................................... 99 Phụ lục XIII (Quy định) - Phân chia ĐN- ĐCCT và ĐN-ĐĐTT - Kiểm tra sự cần thiết phân chia bổ sung ĐN- ĐCCT và khả năng hợp nhất hai ĐN-ĐCCT trong một ĐN-ĐĐTT ...............................................101 Phụ lục XIV (Quy định) - Xác định các giá trị tiêu chuẩn và tính toán của đất đá bằng phương pháp thống kê .............................................................................................................................................105 Phụ lục XV (Tham khảo) - Xác định giá trị tiêu chuẩn và tính toán của chỉ tiêu cơ lý của đất đá thay đổi có quy luật theo chiều sâu ..........................................................................................................112 Phụ lục XVI (Tham khảo) - Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất ...................113 Phụ lục XVII (Tham khảo) - Các đặc trưng động của đất đá ..................................................................117 Phụ lục XVIII (Quy định) - Hệ số tin cậy về tải trọng khi tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất ...................................................................................................................................................123 Phụ lục XIX (Tham khảo) - Một số phương pháp thí nghiệm hiện trường xác định độ bền cắt tg và с của đất nền ........................................................................................................................................125 Phụ lục XX (Tham khảo) - Một số phương pháp thí nghiệm xác định độ bền giới hạn kéo và cắt của khối đá nền ........................................................................................................................................130 Phụ lục XXI (Chỉ dẫn) - Các ký hiệu cơ bản .............................................................................................138 Tài liệu tham khảo ..................................................................................................................................141 6 TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 4253:2022 NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Foundation of hydraulic projects - Requirements for design 1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này được áp dụng để thiết kế và nghiệm thu nền các công trình thủy công. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho việc thiết kế và nghiệm thu các công trình thủy công ngầm. 2. Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn hiện hành cũng như các bản cập nhật và nâng cấp sau này cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này, bao gồm: 1) TCVN 2737:1995 - Tải trọng tác dụng. Tiêu chuẩn thiết kế 2) TCVN 4195:2012 - Đất xây dựng. Phương pháp xác định khối lượng riêng (hạt) trong phòng thí nghiệm 3) TCVN 4196:2012 - Đất xây dựng. Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm 4) TCVN 4197:2012 - Đất xây dựng. Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm 5) TCVN 8217:2009 - Đất xây dựng công trình thủy lợi. Phân loại 6) TCVN 8421:2010 - Công trình thủy lợi. Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu 7) TCVN 8477:2018 - Công trình thủy lợi. Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế. 8) TCVN 8478:2010 - Công trình thủy lợi. Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế. 9) TCVN 8721:2012 - Đất xây dựng công trình thủy lợi. Phương pháp xác định khối lượng thể tích khô lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm 10) TCVN 8732:2012 - Đất xây dựng công trình thủy lợi. Thuật ngữ và Định nghĩa 11) TCVN 8868:2011 - Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết-không thoát nước và cố kết- thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục. 7 12) TCVN 9137:2012 - Công trình thuỷ lợi. Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép 13) TCVN 9153:2012 - Công trình thủy lợi. Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm mẫu đất 14) TCVN 10323:2014 - Đá xây dựng. Phương pháp xác định độ bền cắt trong phòng thí nghiệm 15) TCVN 10324:2014 - Đá xây dựng. Phương pháp xác định độ bền nén trong phòng thí nghiệm 3. Thuật ngữ và định nghĩa Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ kèm các định nghĩa sau đây: 3.1. Công trình thủy công (hydraulic projects): Công trình chịu tác động của môi trường nước, sử dụng và bảo vệ nguồn nước, phòng chống tác hại của nước, bao gồm đập trọng lực, đập vòm và đập trụ chống, tường chắn, âu thuyền, các công trình thềm lục địa và cảng, các sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo tại các khu vực bố trí các công trình thủy công. 3.2. Lớp không thấm nước (impermeability): Lớp đất có tính thấm nhỏ không đáng kể so với tính thấm của các lớp đất tiếp giáp. 3.3. Áp lực đất chủ động (active soil pressure): Lực tác dụng của đất lên kết cấu chắn giữ ở trạng thái cân bằng giới hạn, tương ứng giai đoạn hình thành mặt phá hoại, khi đó kết cấu chuyển dịch theo hướng ra xa đất. 3.4. Áp lực đất bị động (passive soil pressure): Lực tác dụng của đất lên kết cấu chắn giữ ở trạng thái cân bằng giới hạn, tương ứng giai đoạn hình thành mặt ép trồi, khi kết cấu chuyển dịch về phía đất 3.5. Thiết bị tiêu nước (drainage): Thiết bị dùng để thu và thoát nước thấm, hạn chế từng phần hay toàn bộ tác hại của dòng thấm trong nền và trong các khu vực tiếp giáp với công trình. 3.6. Mô hình địa chất-công trình (engineering-geological model): Thể hiện dưới dạng sơ đồ sự phân bố các đơn nguyên địa chất-công trình trong vùng ảnh hưởng của công trình, bao gồm cả các giá trị không đổi của đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán. 3.7. Đơn nguyên địa chất-công trình (ĐN-ĐCCT) (engineering-geological element): Lớp đất đá có cùng tuổi, nguồn gốc và loại, có các đặc trưng tính chất là đồng nhất về mặt thống kê và thay đổi ngẫu nhiên hoặc có tính quy luật yếu có thể bỏ qua. 3.8. Độ bền cục bộ (local strength): Tính chất của đất đá, không bị phá hoại khi chịu tải trọng và tác động trong phạm vi cục bộ của hệ "công trình-nền". 8 3.9. Độ tin cậy của hệ "công trình-nền" (structure-foundation system reliability): Khả năng của hệ thống thực hiện các chức năng theo thiết kế. 3.10. Trạng thái ứng suất-biến dạng (TTƯS-BD) của công trình và nền (stress-strain state of a structure and foundation): Sự phân bố ứng suất và biến dạng theo không gian trong hệ "công trình-nền", diễn ra trong quá trình tác động tương hỗ giữa công trình và nền. 3.11. Khả năng chịu tải của nền (bearing capacity of the foundation): Khả năng của nền chịu được tải trọng lớn nhất từ công trình mà không bị phá hoại (trươt) hoặc lún quá mức cho phép dẫn đến công trình không sử dụng được bình thường. 3.12. Sạt lở đất đá (landslide): Sự dịch chuyển của khối đất đá do tác động của các yếu tố nhân tạo hoặc tự nhiên. 3.13. Nền công trình thủy công (foundation of hydraulic projects): Tầng đất đá nằm trực tiếp dưới công trình và phạm vi bao quanh chịu tải trọng của công trình thông qua móng. 3.14. Tính từ biến của đất đá (soil creep): Tính chất của đất đá biến dạng liên tục theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi. 3.15. Cân bằng giới hạn của hệ "công trình-nền" (ultimate equilibrium of the "structure- foundation" system): Trạng thái mà khi tăng một lượng không đáng kể tải trọng ngoài hoặc giảm một lượng không đáng kể độ bền của đất sẽ dẫn đến mất ổn định của hệ thống. 3.16. Trạng thái giới hạn (độ bền) của đất đá (limit state (strength) of the soil): Trạng thái của đất đá tại một điểm, trong đó các ứng suất tiếp và pháp trong phân tố đất đá được liên kết bằng tiêu chuẩn bền (Coulomb, Coulomb-Mohr, Mises-Schleicher, v.v…), còn biến dạng trượt có thể phát triển không hạn chế. 3.17. Độ bền lâu dài của đất đá (long-term soil strength): Độ bền của đất đá khi tác dụng tải trọng lâu dài. 3.18. Đơn nguyên đất đá tính toán (ĐN-ĐĐTT) (calculated soil element): Một lớp đất đá, trong đó giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán được coi là không đổi hoặc thay đổi có quy luật theo một hướng nhất định. 3.19. Mô hình địa cơ tính toán của nền (computational geomechanical model of the foundation): Tổ hợp các đơn nguyên đất đá tính toán trong phạm vi nền, được xây dựng trên cơ sở của mô hình địa 9 chất-công trình. 3.20. Tính ổn định xói ngầm (suffusion stability): Khả năng duy trì các hạt đất ở vị trí ban đầu dưới tác động của dòng thấm. 3.21. Xói ngầm (suffusion): Sự di chuyển theo dòng thấm của các hạt riêng biệt ở bên trong đất, hoặc lôi kéo các hạt, hoặc hòa tan các khoáng chất hình thành cấu trúc bởi nước có trong đất. 3.22. Độ bền thấm (filtration strength): Khả năng của nền chống lại tác động phá hoại của dòng thấm. 3.23. Thấm (filtration): Chuyển động của nước trong đất và môi trường rỗng. 4. Quy định chung 4.1. Thiết kế nền các công trình thủy công cần được thực hiện trên cơ sở: -Tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn, hoạt động địa chấn - Kinh nghiệm xây dựng các công trình tương tự - Điều kiện kinh tế - kỹ thuật của địa phương nơi dự định xây dựng. Từ các cơ sở số liệu đó đưa ra các phương án thiết kế để so sánh lựa chọn phương án tối ưu bảo đảm tính kỹ thuật, an toàn và kinh tế. 4.2. Khi thiết kế nền các công trình thủy công cần xem xét các giải pháp đảm bảo an toàn, ổn định, bền vững và kinh tế cho công trình, bảo vệ môi trường trong tất cả các giai đoạn thi công và khai thác sử dụng công trình. Để đạt được các yêu cầu đó khi thiết kế cần thực hiện các công việc sau: - Đánh giá điều kiện địa chất-công trình trong vùng tương tác giữa công trình với môi trường địa chất và dự đoán sự thay đổi của chúng trong giai đoạn thi công và khai thác. - Tính toán khả năng chịu tải của nền và ổn định của công trình - Tính toán ổn định cục bộ của nền - Tính toán ổn định của sườn dốc tự nhiên và các mái dốc nhân tạo nơi tiếp giáp với công trình - Tính toán biến dạng của hệ nền - công trình do tác dụng của tải trọng bản thân công trình, áp lực nước, đất, tác dụng địa chấn v.v..và sự thay đổi của cấu trúc, tính chất của đất đá trong quá trình thi công và sử dung công trình. - Tính toán độ bền thấm của nền, áp lực đẩy ngược của nước lên công trình, lưu lượng thấm, và khi cần thiết phải tính lực thấm thể tích và sự thay đổi của chế độ thấm khi trạng thái ứng suất của nền thay đổi. - Đề xuất các biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo khả năng chịu tải của nền và ổn định của công trình, 10 tuổi thọ yêu cầu của công trình và nền, và khi cần thiết, làm giảm độ chuyển dịch, độ thay đổi trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền", hạ thấp áp lực đẩy ngược và lưu lượng thấm. - Đề xuất các biện pháp để bảo vệ tốt môi trường xung quanh hoặc cải thiện môi trường sinh thái so với tự nhiên. - Lập các phần trong các báo cáo về độ an toàn liên quan đến độ tin cậy của nền. 4.3. Để chứng tỏ độ tin cậy và độ an toàn của công trình thủy công cần tiến hành tính toán các chế độ thủy lực, thấm, cũng như trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền" trên cơ sở áp dụng chủ yếu phương pháp số của môi trường liên tục có xét đến tính chất thực của các vật liệu và đất đá nền. Việc đảm bảo độ tin cậy của hệ "công trình-nền" cần được chứng minh bằng kết quả tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn về độ bền (bao gồm cả độ bền thấm), độ ổn định, biến dạng và chuyển vị. Khi đó, điều kiện cơ bản để đảm bảo độ tin cậy là:0, 0c tt n m n N R K  (1) trong đó: N0,tt - giá trị tính toán của tác động tổng hợp (lực, mômen, ứng suất), biến dạng hoặc thông số khác mà theo đó đánh giá trạng thái giới hạn có xét đến hệ số tin cậy theo tải trọng Kn (xem 7.1.3); R0 - giá trị tính toán của sức chịu tải tổng quát, của biến dạng hoặc thông số khác, được xác định có xét đến hệ số tin cậy về đất Kđ (xem phần 5) Kn - hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình; nc - hệ số tổ hợp tải trọng; m - hệ số điều kiện làm việc. Những chỉ dẫn xác định Kn, nc, m cho trong mục 4.5. 4.4. Các tải trọng và tác động lên nền cần được xác định bằng tính toán dựa trên sự cùng làm việc của công trình và nền. Trị số và phương của tác động địa chấn cần được xác định có xét đến đặc tính của tác động, vị trí của nguồn và tâm chấn động đất. 4.5. Tính toán nền công trình thủy công cần tiến hành theo hai nhóm trạng thái giới hạn: - Trạng thái giới hạn thứ nhất (mất khả năng chịu tải, nền và công trình trên nó hoàn toàn không sử dụng được): Tính toán độ bền và ổn định tổng thể của hệ "công trình-nền", tính toán các chuyển vị ảnh hưởng đến độ bền và ổn định. - Trạng thái giới hạn thứ hai (công trình không sử dụng được bình thường) Tính toán tại các điểm cục bộ trong nền các vấn đề về thấm, chuyển vị và biến dạng không liên quan đến trạng thái giới hạn thứ 11 nhất. Việc phân chia các tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn xét đến đặc tính của hậu quả có thể xẩy ra khi đạt đến trạng thái giới hạn tương ứng. Giá trị nhỏ nhất của hệ số tin cậy Kn theo trạng thái gới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai được lấy như sau: - Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất: Kn bằng 1,25; 1,20; 1,15 và 1,10 tương ứng với các công trình từ cấp đặc biệt; cấp I, Cấp II và cấp III-IV; nc được lấy như sau: nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản trong giai đoạn khai thác bình thường; nc = 0,95 - với tải trọng đặc biệt, bao gồm địa chấn ở mức động đất thiết kế; nc = 0,90 - với tải trọng đặc biệt không gồm địa chấn; nc = 0,85 - với tải trọng địa chấn ở mức động đất tính toán lớn nhất; nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong các giai đoạn thi công và sửa chữa; - Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ hai trong tất cả các trường hợp, Kn và nc bằng 1. Hệ số điều kiện làm việc m được quy định tùy thuộc loại công trình, nền và các tính toán trong các mục tương ứng của tiêu chuẩn này. 4.5.1. Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất để không cho phép xảy ra xảy ra các trạng thái giới hạn làm mất khả năng khai thác của công trình trong các trường hợp sau đây: - Nền mất khả năng chịu tải, và công trình mất ổn định. - Phá hoại độ bền thấm tổng thể hoặc cục bộ của nền trong các trường hợp xuất hiện dòng chảy tập trung. - Kết cấu chống thấm trong nền bị hư hỏng hoặc làm việc kém hiệu quả, gây mất nước vượt quá giới hạn cho phép từ hồ chứa và kênh hoặc làm ngập lụt và hóa lầy vùng đất, làm bão hòa sườn dốc. - Chuyển vị không đều của những vùng nền khác nhau, gây ra phá hoại các phần riêng biệt của công trình, không đảm bảo về điều kiện sử dụng (phá hoại lõi, màn chắn và các bộ phận chống thấm, mở rộng vết nứt quá giới hạn cho phép của công trình bê tông, phá hỏng các khớp nối). Theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất cũng cần tính toán độ bền và độ ổn định của các bộ phận riêng của công trình, cũng như tính toán chuyển vị của các kết cấu có ảnh hưởng đến độ bền hoặc ổn định tổng thể của công trình hay các bộ phận chủ yếu (ví dụ các neo chống giữ tường cọc ván) . Trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất cũng bao gồm các tính toán chuyển vị của công trình hoặc các bộ phận kết cấu của công trình, có thể dẫn tới không thể vận hành các hệ thống công nghệ của công trình. 12 Mái dốc nằm kề sát với công trình và ở các chỗ tiếp giáp cuối, thường phải tính toán ổn định theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất. Nếu mái dốc này mất ổn định mà không làm công trình mất khả năng khai thác, thì việc tính toán mái dốc cần thực hiện theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai. 4.5.2. Tính toán theo nhóm thứ hai để không cho phép xảy ra các trạng thái giới hạn làm công trình và nền không thể khai thác bình thường: - Phá hoại độ bền cục bộ của các vùng riêng biệt trong nền làm tăng áp lực ngược, lưu lượng thấm, chuyển vị và độ nghiêng của công trình. - Xuất hiện từ biến và hình thành khe nứt trong đất đá. - Chuyển vị của công trình và đất đá trong nền gây khó khăn cho việc khai thác công trình, ngoài các trường hợp nêu trong mục 4.5.1. - Trường hợp mất ổn định sườn, mái dốc gây ra mất ổn định công trình hoặc bộ phận công trình thì việc tính toán ổn định các sườn, mái dốc này cần được tiến hành theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất. Trong trường hợp khi tính toán độ bền cục bộ của nền đã chứng tỏ là nền có thể mất khả năng chịu tải tổng thể, thì cần phải thực hiện các biện pháp tăng cường độ bền của nền hoặc thay đổi kết cấu của hệ "công trình-nền", để đảm bảo điều kiện (1) được thực hiện với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất. 4.6. Khi thiết kế nền công trình thủy công chịu tác dụng của tải trọng động, trong trường hợp cần thiết cần tiến hành tính toán nền có xét đến đặc tính tác dụng động tương hỗ giữa công trình với nền và sự thay đổi có thể các tính chất của đất đá khi tác dụng động (có chu kỳ). 4.7. Cùng với các phương pháp tất định để tính toán độ bền của nền và ổn định của các công trình thủy công cũng cần sử dụng phương pháp xác suất để đánh giá độ tin cậy và hư hỏng. 4.8. Trong đồ án thiết kế nền cần quy định khi mở móng công trình phải có nội dung kiểm tra địa kỹ thuật để đảm bảo sự phù hợp của nền với yêu cầu thiết kế. 4.9. Kiểm tra chất lượng đất nền và đất đắp thân công trình bằng cách quan sát trực tiếp, lấy mẫu thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý và hóa học của đất, nước ngầm theo các tiêu chuẩn hiện hành. Các đặc trưng cơ lý thiết kế của đất nền trong quá trình thi công công trình được đảm bảo sẽ quyết định độ tin cậy và tuổi thọ của công trình. Có thể đánh giá độ tin cậy và tuổi thọ của nền và công trình đất dựa vào mức độ chính xác các yếu tố sau: - Các đặc trưng cơ lý của đất được nghiên cứu trong quá trình thi công công trình và nền. - Số lượng mẫu đất (của các điểm kiểm tra). - Vị trí lấy mẫu (chỗ tiếp xúc giữa vật liệu lõi với đá). - Thể tích của mẫu đất được xác định theo cỡ hạt. 13 - Các phương pháp kiểm tra được lựa chọn từ các tài liệu tiêu chuẩn hoặc được phát triển tùy thuộc công nghệ thi công công trình. Các quy định chính để kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đất và nền đá, hạ mực nước khi thi công và công tác gia cố nền được nêu trong mục 12. 4.10. Quan trắc trạng thái của công trình và nền. Trong thiết kế nền công trình cần phải thiết kế hệ thống thiết bị quan trắc để theo dõi sự làm việc của của công trình và nền trong quá trình thi công và khai thác, nhằm phát hiện các yếu tố bất thường gây bất lợi để có biện pháp phòng ngừa, khắc phục đảm bảo an toàn công trình. Nội dung chi tiết quy định tại Tiêu chuẩn TCVN 8215. C H Ú T H Í C H 1) Các thiết bị đo kiểm tra (TBĐ-KT) được bố trí trên các công trình cấp III, IV và trong nền khi điều kiện địa chất-công trình phức tạp và khi sử dụng kết cấu công trình mới. 2) Đối với công trình cấp III, IV, cần tiến hành quan trắc thấm trong nền, lún và chuyển vị của công trình và nền. 4.11. Yêu cầu về bảo vệ môi trường. 4.11.1. Khi thiết kế nền công trình thủy công cần phải thiết kế giải pháp kỹ thuật để bảo vệ môi trường xung quanh, bao gồm: các khu vực lân cận khỏi úng ngập, ô nhiểm nước ngầm, trượt sườn dốc và các quá trình khác có thể gây ra các hiện tượng bất lợi trong vùng bờ tiếp giáp với công trình thủy công và trong lòng hồ (sóng vượt ngưỡng thiết kế, mực nước hồ dâng cao hơn thiết kế v.v.. 4.11.2. Khi thiết kế nền công trình thủy công cần có các giải pháp bảo vệ thiên nhiên khi thi công và quản lý vận hành công trình, không cho phép can thiệp quá mức vào môi trường tự nhiên, ngăn ngừa các quá trình xấu. Đồng thời cũng phải xem xét các giải pháp làm cho môi trường được cải thiện tốt hơn. Khi thiết kế nền CTTC cần tuân theo những văn bản pháp luật và những tài liệu tiêu chuẩn quy định các yêu cầu về bảo vệ môi trường tự nhiên trong hoạt động xây dựng. 5. Phân loại đất đá và các đặc trưng cơ-lý 5.1. Quy định chung 5.1.1. Các đặc trưng cơ-lý của đất đá cần được xác định để dùng trong các trường hợp: - Phân loại đất đá nền và phân chia các đơn nguyên địa chất-công trình. - Xác định chỉ tiêu này thông qua chỉ tiêu khác nhờ các quan hệ hàm số hoặc tương quan. - Giải các bài toán thiết kế nền công trình thủy công quy định trong mục 4.2. 5.1.2. Phân loại đất đá của nền công trình thủy công cần được thực hiện theo Bảng 1 và Phụ lục I, trong 14 đó các đặc trưng của đất đá được xem là các đặc trưng phân loại. Bảng 1 - Phân loại đất đá của nền công trình thủy công theo các đặc trưng cơ lý Đất đá Đặc trưng cơ-lý của đất đá Khối lượng đơn vị thể tích khô của đất đá d, тm3 Sức chống nén một trục của khối đá ở trạng thái bão hòa nước Rc,m, MPa Sức chống kéo một trục của khối đá ở trạng thái bão hòa nước Rt,m, MPa Môđun biến dạng của đất đá Е, MPa 1. Đá 1.1 Đá cứng Macma (granit, điôrit, poocphirit, v.v…). Biến chất (gơnai, quắc zit, đá phiến kết tinh, đá cẩm thạch, v.v…). Trầm tích (đá vôi, đôlomic và cát kết, v.v…). 2,5-3,0 > 5  1,0 > 20000 1.2 Đá nửa cứng Trầm tích (đá phiến sét, sét kết, bụi bột kết, cát kết, cuội kết, đá phấn, mác nơ, túp, thạch cao, v.v...) 2,2-2,65  5 < 1,0 200-2000 2. Đất Đất hạt thô (dăm, cuội, sỏi), đất cát Đất sét (á cát, á sét và sét) 1,4-2,1 1,1-2,1 < 2 - - 20-200 4-10 C H Ú T H Í C H - Trong phụ lục I đã đưa ra sự phân loại các khối đá: theo mức độ nứt nẻ, bão hòa nước, biến dạng, phong hóa, theo mức phá hoại tính liên tục (đứt gãy và nứt nẻ) và mức độ đồng nhất. 5.1.3. Để phân loại đất đá và thiết kế nền công trình thủy công cần xác định bằng thực nghiệm và tính toán các đặc trưng phân loại đất đá sau: - Thành phần cấp phối hạt. - Khối lượng đơn vị thể tích tự nhiên ; - Khối lượng đơn vị thể tích hạt s; - Khối lượng đơn vị thể tích khô d; - Trọng lượng đơn vị thể tích của đất bằng tích của khối lượng đơn vị thể tích với gia tốc trọng trường g = 9,81 ms2: trọng lượng đơn vị thể tích tự nhiên  = g; trọng lượng đơn vị thể tích khô d = d g; trọng lượng đơn vị thể tích hạt s = s g. - Độ ẩm tự nhiên w. 15 - Hệ số rỗng e . - Độ ẩm giới hạn dẻo wp và chảy wL . - Chỉ số dẻo Ip . - Chỉ số sệt IL. - Độ bão hòa nước Sr . - Khối lượng đơn vị thể tích lớn nhấtmax  và nhỏ nhấtmin  của cát. - Độ chặt tương đối của cát ID . - Hệ số không đồng nhất Cu . - Hàm lượng hữu cơ tương đối Ir . - Biến dạng trương nở tương đối không tải sw . - Biến dạng sụt lún tương đối s1. - Độ nhiễm mặn Dsal . - Độ hòa tan muối của đất trong nước qsr. - Giới hạn độ bền nén một trục Rc . - Hệ số mềm hóa trong nước Ksof . - Hệ số phong hóa Kwr . - Hệ số mài mòn của đất hạt thô Kfr . 5.1.4. Để thiết kế nền công trình thủy công cần xác định các đại lượng sau: - Áp lực cố kết trước (tiền cố kết) р''''c . - Góc ma sát trong và lực dính đơn vị theo các ứng suất hiệu quả '''', с'''' và theo các ứng suất tổng , с. - Sức chống cắt không thoát nước cu . - Chỉ số độ nhạy St . - Môđun biến dạng Е. - Hệ số nén lún a. - Hệ số biến dạng hông (tương tự hệ số Poisson) v. - Hệ số thấm k. - Hệ số cố kết сv . - Các thông số từ biến сrр và I.crр (theo lý thuyết từ biến di truyền). 16 - Các chỉ tiêu độ bền thấm của đất (gradien cột nước áp lực tới hạn cục bộ và trung bình Icr, Icr.m và vận tốc thấm tới hạn cr). - Vận tốc truyền sóng dọc p và sóng ngang s trong khối đất đá. - Sức chống cắt động không thoát nước d uc . - Môđun cắt động Gd. - Môđun nén thể tích động Kd. - Hệ số suy giảm động (hệ số giảm chấn) Dd. - Khả năng hóa lỏng dưới tác động địa chấn FL. - Chiều cao cột nước mao dẫn hc . - Lượng mất nước đơn vị q. - Các thông số nứt nẻ (môđun nứt nẻ М, góc dốc , chiều dài l , chiều rộng mở b). - Các thông số lấp nhét khe nứt (mức độ lấp nhét, thành phần, đặc trưng tính chất). - Giới hạn độ bền nén một trục của đá nguyên khối Rc . - Giới hạn độ bền kéo một trục của khối đá riêng Rt . - Giới hạn độ bền kéo Rt.m và nén Rc.m của khối đá. - Giới hạn độ bền cắt của khối Rs . - Hệ số ma sát trên mặt tiếp xúc của công trình với đất đá tg s . Khi cần thiết cũng nên xác định cả các đặc trưng khác của đất đá. 5.1.5. Thành phần các đặc trưng cần thiết (đã liệt kê tại mục 5.1.3 và 5.1.4) được xác định trong nhiệm vụ kỹ thuật về khảo sát địa chất-công trình tùy thuộc vào đặc điểm điều kiện địa chất-công trình của khu vực, mục đích, cấp công trình và các đặc trưng kỹ thuật của công trình thiết kế, đặc tính và trị số của các tải trọng và tác động, thành phần và các phương pháp tính toán. Thành phần các đặc trưng cần thiết được xác định có xét đến đặc điểm của quá trình xây dựng và điều kiện khai thác công trình có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất cơ-lý của đất đá. Trong thành phần của nhiệm vụ kỹ thuật và đề cương thực hiện khảo sát địa chất-công trình, cần phải lập một đề cương nghiên cứu hiện trường và trong phòng thí nghiệm xác định các tính chất cơ-lý của đất đá. 5.1.6. Đề cương nghiên cứu ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm phải bao gồm các phương pháp thí nghiệm đất đá và các cấp tải trọng cần cho việc xác định giá trị các thông số cơ học có xét đến thành phần, trạng thái tự nhiên của đất đá và các điều kiện tương tác giữa công trình và nền đất, các yêu cầu về thiết bị thí nghiệm. 5.1.7. Các điều kiện địa chất-công trình trong xây dựng cần phải cụ thể và chi tiết bằng cách tổng hợp 17 và phân tích các kết quả nghiên cứu đất đá ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm và xây dựng mô hình (số hoặc vật lý) địa chất-công trình và tính toán của nền có xét đến mục 6. Việc đánh giá tính không đồng nhất của đất đá nền, phân biệt ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT, việc tính toán các giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng được thực hiện bằng xử lý thống kê các kết quả thí nghiệm theo Phụ lục XIV và mục 6. 5.1.8. Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng của đất đá Atc cần được xác định dựa trên các kết quả nghiên cứu riêng ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm, được tiến hành trong điều kiện gần đúng nhất với điều kiện làm việc của đất đá trong hệ "công trình-nền" đang xét. Giá trị tiêu chuẩn của tất cả các đặc trưng được lấy bằng giá trị trung bình thống kê. Giá trị các đặc trưng tính toán của đất đá A được xác định theo công thức:c đ t A A K  (2) trong đó Kđ - hệ số tin cậy về đất đá, xác định theo Phụ lục XIV. Để phân loại đất đá, dùng giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng; khi giải các bài toán thiết kế, dùng cả giá trị tiêu chuẩn và tính toán. Khi thiết kế nền các công trình biển cố định trên thềm lục địa, các chỉ tiêu tính toán của đất cát (ID, E, ) và đất sét (OCR, E, cu) phải được xác định có tính đến các giá trị thu được từ kết quả xuyên tĩnh (theo TCVN 9352-2012). 5.1.9. Giá trị các đặc trưng tính toán của đất tg , с, cu,  và Rc để tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất được ký hiệu là tg I, сI, cuI,  I và RcI, theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai được ký hiệu là tg II, сII, cuII, II và RcII. Khi xác định các giá trị tính toán tg I, сI, cuI, I và RcI, hệ số tin cậy về đất Kđ được xác định với xác suất tin cậy một phía  = 0,95. Giá trị tính toán của các đặc trưng để tính theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai phải lấy bằng giá trị tiêu chuẩn, nghĩa là Kđ = 1. Đối với nền công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV, trong giai đoạn nghiên cứu khả thi, giá trị các đặc trưng cơ-lý tính toán của đất được phép lấy theo phương pháp tương tự dựa trên quan hệ tương quan. Trong trường hợp một đặc trưng của đất đá được xác định bằng các phương pháp hiện trường và phòng thí nghiệm khác nhau, các giá trị tính toán cần được chứng minh bằng cách tổng hợp và phân tích địa kỹ thuật của tất cả các kết quả thu được theo TCVN 9153:2012 và Phụ lục XIV, có xét đến các số liệu xuyên tĩnh, các thông số kỹ thuật của công trình và đặc tính của sự tương tác giữa công trình với nền đất. 5.1.10. Khi thiết kế hệ "công trình-nền" cần tính đến sự thay đổi có thể của các đặc trưng cơ-lý của đất đá trong quá trình xây dựng và khai thác công trình liên quan đến sự thay đổi chế độ địa chất thủy văn, trạng thái ứng suất-biến dạng của nền, trình tự và các điều kiện tiến hành thi công, tác động cải tạo 18 tính chất cơ-lý của đất đá. Đặc điểm và cường độ thay đổi có thể của các tính chất đất đá nền trong quá trình thi công và khai thác công trình phải được dự báo trong suốt thời hạn làm việc của công trình dựa trên các kết quả nghiên cứu mô hình và thực nghiệm tương ứng và hiệu chỉnh sau đó theo kết quả quan trắc hiện trường. 5.1.11. Giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của đất đá dùng để đánh giá trạng thái công trình thủy công trong quá trình khai thác cần được xác định trên cơ sở các kết quả khảo sát địa chất-công trình, các kết quả kiểm tra địa kỹ thuật khi xây dựng công trình và có xét đến số liệu quan trắc hiện trường. Trong trường hợp cần thiết, cần tiến hành nghiên cứu địa chất-công trình bổ sung theo đề cương được soạn thảo riêng. 5.1.12. Giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của đất đá khi khảo sát bổ sung để sửa chữa, cải tạo và khai thác phải được xác định theo đề cương riêng. Đề cương khảo sát phải tính đến đặc điểm của các công trình hiện có, còn các phương pháp thí nghiệm và nghiên cứu cần quy định có xét đến các phương pháp thí nghiệm và nghiên cứu trước đây. 5.2. Các đặc trưng của đất 5.2.1. Các đặc trưng độ ẩm w, khối lượng đơn vị thể tích tự nhiên ρ, khối lượng đơn vị thể tích hạt ρs, độ ẩm giới hạn dẻo wp và chảy wL được xác định theo TCVN 4195-2012, TCVN 4197-2012. Tính toán khối lượng đơn vị thể tích khô ρd, hệ số rỗng e, hệ số bão hòa nước Sr, chỉ số dẻo Ip, chỉ số chảy (độ sệt) IL theo TCVN 8217-2009, TCVN 8732-2012. Khối lượng đơn vị thể tích lớn nhất của cát ρmax và nhỏ nhất ρmin được xác định theo TCVN 8721-2012. Giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng vật lý được tính toán bằng cách xử lý thống kê các kết quả riêng theo Phụ lục XIV. Các giá trị tính toán của tất cả các chỉ tiêu (ngoại trừ ρ và ρd ) cần được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn. Giá trị tính toán của ρd được xác định thông qua giá trị tính toán của ρ và giá trị tiêu chuẩn của w. 5.2.2. Xác định các đặc trưng độ bền của đất ở trạng thái ổn định (với các ứng suất hiệu quả) tg '''' và с'''' cần được thực hiện bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ cố kết-thoát nước. Đối với nền và công trình cấp II - IV, được phép sử dụng phương pháp cắt phẳng theo sơ đồ cố kết-thoát nước và theo sơ đồ cố kết-không thoát nước có đo áp lực nước lỗ rỗng. Xác định độ bền của đất ở trạng thái không ổn định (sức chống trượt không thoát nước cu) cần thực hiện bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ không cố kết-không thoát nước (trong trường hợp đặc biệt - theo sơ đồ cố kết-không thoát nước). Đối với nền và công trình cấp II - IV được phép sử dụng phương pháp cắt phẳng theo sơ đồ không cố kết- không thoát nước (cắt nhanh). C H Ú T H Í C H 1) Các đặc trưng độ bền tg  và с ở trạng thái khômg ổn định (với các ứng suất tổng) chỉ được xác định trong các trường hợp đặc biệt đối với các sơ đồ tính toán phù hợp. 19 2) Khi xác định các giá trị tg '''', с'''' và cu đối với các sơ đồ địa chất-công trình cũng nên sử dụng các phương pháp xuyên tĩnh và cắt quay. 5.2.3. Giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng tgφ'''' và с'''' cần được xác định theo thuyết bền Coulomb hoặc Mohr-Coulomb bằng cách xử lý thống kê tất cả các cặp giá trị ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất giới hạn, nhận được bằng phương pháp nén ba trục (hoặc tất cả các cặp giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp giới hạn, nhận được bằng phương pháp cắt phẳng). 5.2.4. Giá trị tính toán của các đặc trưng tgφ''''I, c''''I và cuI cần được tính có sử dụng hệ số tin cậy về đất Kđ với xác suất tin cậy một phía  = 0,95. Nếu giá trị Kđ nhận được bằng cách trên mà lớn hơn 1,25 (đối với bùn - 1,4) hoặc nhỏ hơn 1,05, thì cần lấy tương ứng Kđ = 1,25 (đối với bùn, Kđ = 1,4) và Kđ = 1,05. Giá trị tính toán của các đặc trưng tgφ''''II, c''''II và cuII lấy bằng các giá trị tiêu chuẩn. 5.2.5. Đối với đất nền các công trình cấp đặc biệt đến cấp II, cùng với phương pháp thí nghiệm trong phòng đã nêu cần tiến hành thí nghiệm hiện trường bằng các phương pháp xuyên tĩnh và động, cắt cánh, còn đối với nền các công trình bê tông và bê tông cốt thép thì dùng phương pháp bàn đẩy trượt (xem Phụ lục XIX). Các thí nghiệm theo những phương pháp nêu trên và việc xác định (từ kết quả của các thí nghiệm đó) giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn tgφ''''n, c''''n và cuII cần được tiến hành phù hợp với các trường hợp tính toán cơ bản trong các giai đoạn thi công và khai thác công trình. 5.2.6. Khi thí nghiệm đất hạt thô cho phép thiết lập các quan hệ tương quan giữa các đặc trưng độ bền và biến dạng với các thông số của khối lượng đơn vị thể tích và thành phần cấp phối hạt. Khi thiết kế nền nhân tạo bằng đất hạt thô (đá cuội, đá tảng, v.v…), ngoài các đặc trưng nêu trên, cũng cần theo kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm tại hiện trường để xác định phạm vi thay đổi cho phép của thành phần cấp phối hạt, các giá trị kiểm tra của khối lượng đơn vị thể tích khô và độ ẩm của đất đắp trong nền. Khi xác định các đặc trưng biến dạng và phạm vi thay đổi của các thông số nêu trên, cho phép sử dụng các phương pháp chứng minh bằng thực nghiệm. 5.2.7. Xác định môđun biến dạng 5.2.7.1. Các giá trị môđun biến dạng tĩnh tiêu chuẩn Еп của đất cần xác định theo kết quả thí nghiệm bàn nén và nén hông hố khoan hiện trường, cũng như theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông và thí nghiệm nén ba trục. Đối với đất nền công trình cấp đặc biệt và cấp I, bắt buộc phải thí nghiệm bằng phương pháp nén ba trục. Đường gia tải các mẫu và phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm phải xét đến lịch sử chịu tải của khối đất (trị số áp lực cố kết trướccp và mức quá cố kết của đất), phạm vi thay đổi ứng suất trong đơn nguyên đất đá tính toán (ĐN-ĐĐTT) và phương pháp tính toán hoặc nghiên cứu mô hình có sử dụng các đặc trưng tính toán. Chú thích - Phụ lục II cung cấp phương pháp xác định các giá trị của áp lực cố kết trướccp và các hệ số quá cố kết của đất. Đối với đất thềm lục địa, cho phép sử dụng các kết quả xuyên tĩnh để đánh giá mức 20 quá cố kết. Trong trường hợp, nếu áp lực lớn nhất tác dụng lên một phân tố của nền vượt quá áp lực cố kết trướccp , thì cần xác định môđun biến dạng thứ cấpsE và cả sơ cấppE . Môđun thứ cấpsE được xác định theo đường cong nén trong phạm vi từ ứng suất hiện tại ở độ sâu nghiên cứu đếncp . Môđun sơ cấppE được xác định theo đường nén trong phạm vi ứng suất từ р''''с đến ứng suất lớn nhất ở độ sâu nghiên cứu. 5.2.7.2. Các giá trị tiêu chuẩn,p nE vàs,nE có thể được ấn định là không đổi hoặc thay đổi theo chiều sâu. Đối với nền công trình cấp III và IV, các giá trị tính toán E được phép lấy theo các bảng nêu trong Phụ lục XVI, với hệ số тсi được lấy theo Phụ lục III. Môđun biến dạng của đá trong giai đoạn nghiên cứu khả thi có thể được xác định theo phương pháp địa vật lý. Giá trị tính toán của các môđun biến dạngsE vàpE được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn. 5.2.7.3. Đối với đất không đẳng hướng của nền CTTC, trong đề cương thí nghiệm cần xác định các đặc tính biến dạng của đất dọc theo các trục chính của tính dị hướng. 5.2.8. Hệ số nén a được xác định bằng phương pháp nén không nở hông hoặc nén ba trục. Giá trị tiêu chuẩn аn được xác định theo Phụ lục XIV, giá trị tính toán của hệ số nén được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn. 5.2.9. Giá trị tiêu chuẩn của hệ số biến dạng hông n cần xác định theo các kết quả thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ cố kết thoát nước với sự đo đạc độc lập các biến dạng dọc và ngang của mẫu đất. Giá trị hệ số biến dạng hông n được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thu được trong các thí nghiệm riêng. Giá trị tính toán của hệ số biến dạng hông  cần lấy bằng giá trị tiêu chuẩn (  = n). Khi không có giá trị thực nghiệm của hệ số , giá trị tính toán của  được phép lấy theo Bảng 2. 5.2.10. Đối với thiết kế cơ sở cho nền công trình cấp đặc biệt đến cấp II và thiết kế bản vẽ thi công cho nền công trình cấp III và IV cho phép xác định các chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán của độ bền và biến dạng theo các bảng tra trong phụ lục XVI phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất. 21 Bảng 2 - Giá trị tính toán của hệ số biến dạng hông  Loại đất Hệ số biến dạng hông  Sét khi: IL < 0 0,20-0,30 0 < IL < 0,25 0,30-0,38 0,25 < IL 0,38-0,45 Á sét 0,35-0,37 Cát và Á cát 0,30-0,35 Đất hạt thô 0,27 C H Ú T H Í C H - Giá trị nhỏ của  được chọn khi khối lượng đơn vị thể tích của đất lớn hơn. 5.2.11. Để đảm bảo hệ thống "công trình-nền" làm việc an toàn và tin cậy khi chịu các tác dụng động thì cần phải xác định: - giá trị sức chống trượt động không thoát nước d uc ; - sự phát triển động lực của áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất rời và đất dính trong quá trình tác dụng động và giá trị của áp lực nước lỗ rỗng dư sau khi kết thúc tác dụng động; - giá trị độ bền sau chu kỳ của đất (độ bền của đất sau khi kết thúc tác dụng động); - môđun cắt động Gd, môđun nén thể tích Kd và hệ số chống rung Dd trong quá trình tác dụng động; các môđun này cần để xác định các biến dạng và ứng suất cắt tăng thêm xuất hiện trong đất; Tác dụng động lực là các ứng suất và biến dạng xuất hiện trong nền đất khi có tác động của các tải trọng động đất và sóng lên hệ công trình – nền. Mỗi tải trọng được đặc trưng bởi thời hạn T, tần số đặc trưng f, các giá trị đỉnh của ứng suất tiếp tuyến mах và min. 5.2.12. Chỉ tiêu độ bền động của đất là đặc tính tích hợp, phụ thuộc vào tính chất cơ-lý của đất và các tác động bên ngoài. Xác định các chỉ tiêu bền dưới tác dụng động bằng phương pháp tính toán-thực nghiệm. Độ bền của đất dưới tác dụng động phải được xác định dựa trên giả thuyết của Palmgren- Miner về khả năng tổng hợp độc lập tuyến tính các kết quả của tác động bên ngoài (hư hỏng tích lũy). Cơ sở của việc đánh giá bằng tính toán-thực nghiệm các đặc trưng động là các kết quả thí nghiệm đất hiện trường (xuyên tĩnh, thăm dò siêu âm, thăm dò địa chấn) và thí nghiệm trong phòng. 5.2.13. Nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm trong phòng là xác định mức ứng suất có chu kỳ tại một mức ứng suất tĩnh nhất định do đất chịu cho đến khi phá hoại (trong các điều kiện trạng thái ứng suất- biến dạng nhất định). Đề cương thí nghiệm phải tính đến các hình thức mất ổn định khác nhau của hệ "công trình-nền", cũng như các mức ứng suất tĩnh và chu kỳ dự đoán trong nền. Khi lập đề cương thí nghiệm trong phòng, được phép xét không phải tất cả các loại tác động bên ngoài, mà chỉ những loại tác động xấu nhất, có khả năng gây mất ổn định công trình. Đặc điểm của đề cương và phương pháp thí nghiệm động trong phòng đối với đất, phương pháp diễn giải và thể hiện kết quả được nêu trong 22 Phụ lục XVII. 5.2.14. Các đặc trưng độ bền động của đất dính đất rời được xác định chỉ bằng một phần của độ bền tĩnh, hơn nữa các đặc trưng này cần được lập riêng cho mỗi loại tác động. Các chỉ tiêu để so sánh là góc ma sát trong hiệu quả '''' đối với đất rời và sức kháng cắt không thoát nước cu đối với đất dính, thu được từ kết quả thí nghiệm tĩnh. Đối với loại đất rời, khi khả năng thoát nước của nền hạn chế và trạng thái ứng suất-biến dạng đồng nhất, thì độ bền được mô tả bằng một khái niệm gọi là góc ma sát động, được xác định theo công thức:cy 1 vo tg U tg        (3) ở đây, U - áp lực nước lỗ rỗng dư được tích lũy trong thời gian tác động tính toán; ''''vo - ứng suất hiệu quả khi cố kết. 5.2.15. Giá trị tiêu chuẩn của các chỉ tiêu từ biến δcrp,n và δ1,crp,n được xác định là trung bình cộng các giá trị riêng của những đặc trưng này, dùng để tính toán lún theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông và để tính chuyển vị ngang theo kết quả thí nghiệm cắt. Trong trường hợp này, các thí nghiệm phải thực hiện với biến dạng theo thời gian tại mỗi bước gia tải nhất định. Các giá trị riêng сrр,i và 1.crр,i được xác định theo công thức:  1. , , , 0, 1. , 1 1 ,crp it crp i t i i crp i e               (4) trong đó: t,i - các giá trị riêng của biến dạng nén lún (trong thí nghiệm nén không nở hông) hoặc biến dạng cắt (trong thí nghiệm cắt) tại thời điểm t. 0,i - giá trị riêng của biến dạng nén lún tức thời (trong thí nghiệm nén không nở hông) hoặc biến dạng cắt (trong thí nghiệm cắt). Các giá trị tính toán δcrp và δ1,crp cần lấy bằng giá trị tiêu chuẩn. 5.2.16. Giá trị tiêu chuẩn của hệ số cố kết bằng giá trị tính toán cv,n = cv được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thí nghiệm nén không nở hông (odometer - áp dụng cho bài toán một chiều) hoặc bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ cố kết-không thoát nước (CU) (xem Phụ lục II). Trong giai đoạn đầu của thiết kế, đối với nền công trình cấp II - IV và nền công trình cấp đặc biệt và cấp I phù hợp với bài toán một chiều, cho phép giá trị tiêu chuẩn của hệ số cố kết bằng giá trị tính toán cv,n = cv được xác định theo kết quả thí nghiệm thấm có xét đến áp lực lỗ rỗng của đất với điều kiện các chỉ tiêu này được xác định bằng thí nghiệm. 5.2.17. Giá trị tiêu chuẩn của hệ số thấm kn được lấy bằng giá trị trung bình cộng các kết quả thí nghiệm thấm của đất (thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường), có xét đến áp lực đất cố kết và tải 23 trọng xuất hiện sau khi xây dựng công trình và các đặc điểm cấu trúc của đất. Khi tính thấm dị hướng thể hiện rõ rệt, khi độ thấm nước của đất thay đổi lớn hơn 5 lần tùy theo phương, thì các hệ số thấm k phải được xác định theo các trục chính của dị hướng. Các giá trị tính toán của hệ số thấm k được lấy bằng các giá trị tiêu chuẩn. C H Ú T H Í C H - Đối với công trình cấp II, III và IV, giá trị hệ số thấm tính toán của đất nền được xác định theo các số liệu thí nghiệm (trong phòng hoặc hiện trường), hoặc được tính toán thông qua các đặc trưng cơ-lý khác của đất. 5.2.18. Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình Iсr,т trong nền công trình có thiết bị thoát nước được lấy theo Bảng 3. Bảng 3 - Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình Iсr,т trong nền công trình Đất nền Gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình tính toán Iсr,т Cát: - hạt nhỏ 0,32 - thô trung bình 0,42 - thô 0,48 Á cát 0,6 Á sét 0,8 Sét 1,35 Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn cục bộ Iсr cần được xác định theo các phương pháp tính toán đánh giá tính ổn định xói của đất hoặc bằng thí nghiệm về ổn định xói đất trong điều kiện phòng thí nghiệm hoặc hiện trường. Đối với đất cát không xói Iсr được phép lấy bằng 1,0 khi dòng thoát vào thiết bị tiêu nước, và lấy bằng 0,3 khi dòng thoát bên ngoài thiết bị tiêu nước. Đối với đất bụi-sét khi có thiết bị tiêu nước hoặc chất tải cứng với dòng thoát lên mặt đất Iсr được phép lấy bằng 1,5, còn khi chất tải biến dạng, Iсr =2,0. 5.2.19. Giá trị tính toán của hệ số ma sát tại mặt tiếp xúc của công trình không phải đất với đất nền, tgφ''''s trong trường hợp không có kết quả xác định trực tiếp thì lấy không lớn hơn 23 trị số tgφ'''' của lớp trên của nền tiếp xúc với mặt công trình. 5.3. Các đặc trưng của đá 5.3.1. Giá trị độ bền giới hạn tiêu chuẩn của mẫu đá chịu nén một trục Rc,n và kéo một trục Rt,n, cũng như giới hạn độ bền tiêu chuẩn của khối đá chịu nén một trục Rc,m,n và kéo một trục Rt,m,n được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thí nghiệm riêng (trong phòng và hiện trường) bằng phương pháp nén và kéo tương ứng. 5.3.2. Giá trị riêng của giới hạn độ bền nén và kéo của khối đá, cần được xác định bằng thực nghiệm trong các điều kiện hiện trường: về nén - xác định bằng phương pháp nén một trục các trụ đá, về kéo - 24 xác định bằng phương pháp kéo một trục các trụ đá (theo khối hoặc khe nứt) (tham khảo Phụ lục XX). Giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền nén Rc,I và kéo Rt,I được xác định theo Phụ lục XIV với xác suất tin cậy một phía  = 0,95. Giá trị tính toán của các đặc trưng Rc,II, Rt,II, Rc,m,II và Rt,m,II được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn. Khi giá trị tính toán của độ bền giới hạn kéo Rt,m,II theo các phương không trùng với pháp tuyến của mặt các khe nứt, được phép lấy theo Bảng 4, còn theo các phương trùng với pháp tuyến của mặt các khe nứt liên tục thì lấy bằng không. 5.3.3. Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng kháng cắt tg n và сn của khối đá chịu tác dụng tĩnh cần được xác định cho tất cả các mặt tính toán nguy hiểm có thể xảy ra hoặc các mặt trượt theo kết quả của các thí nghiệm hiện trường hoặc trong phòng, được thực hiện bằng phương pháp đẩy trượt trụ bê tông hoặc trụ đá (tham khảo Phụ lục XX). Việc thí nghiệm bằng các phương pháp nêu trên và xác định các giá trị tiêu chuẩn tgφn và сn theo kết quả thí nghiệm đó сần được thực hiện có xét đến các điều kiện, phù hợp với tất cả các trường hợp tính toán trong các giai đ

TCVN 4253:2022

Xuất bản lần 1

NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Foundation of hydraulic projects - Requirements for design

HÀ NỘI – 2022

T IÊ U CHU ẨN Q UỐ C GIA

2

T I Ê U C H U Ẩ N Q U Ố C G I A

TCVN 4253:2022 Xuất bản lần 1

NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Foundation of hydraulic projects - Requirements for design

3

Lời nói đầu

TCVN 4253:2022 thay thế cho TCVN 4253:2012

TCVN 4253:2022 "Nền các công trình thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế" được biên soạn trên cơ sở tham khảo "SP 23.13330.2018 - Nền các công trình thủy"

TCVN 4253:2022 do Trường Đại học Thủy lợi 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

6 Sơ đồ địa chất-công trình và tính toán của nền 27

7 Tính toán ổn định (khả năng chịu tải) của nền 29

7.1 Quy định cơ bản 29

7.2 Tính toán ổn định công trình trên nền đất 31

7.3 Tính toán ổn định công trình trên nền đá 35

8 Tính toán thấm của nền 40

9 Tính toán độ bền cục bộ của nền đá 44

10 Xác định ứng suất dưới nền công trình 46

11 Tính toán nền theo biến dạng 49

12 Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền công trình thủy công 56

12.1 Quy định cơ bản 56

12.2 Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đất 56

12.3 Kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đá 57

12.4 Kiểm tra hạ mực nước thi công 57

12.5 Kiểm tra chất lượng công tác gia cố nền 58

13 Các biện pháp kỹ thuật đảm bảo độ tin cậy của nền 59

13.1 Đảm bảo sự liên kết của công trình với nền 59

13.2 Gia cố và nén chặt đất đá nền 63

Phụ lục I (Quy định) - Phân loại khối đá 64

Phụ lục II (Quy định) - Xác định các thông số ma sát trong (tg', с'), hệ số cố kết thấm cv và hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu Ku bằng phương pháp nén ba trục, áp lực cố kết trước р'с bằng phương pháp nén không nở hông và hệ số quá cố kết OCR 67

Phụ lục III (Quy định) - Xác định môđun biến dạng của nền để tính chuyển vị công trình 75

Phụ lục IV (Quy định) - Tính toán ổn định trượt của công trình trên mặt nền không đồng nhất 77

Phụ lục V (Quy định) - Tính toán ổn định công trình khi trượt quay trong mặt bằng 79

Phụ lục VI (Quy định) - Tính toán ổn định công trình trên nền đất theo sơ đồ trượt sâu và trượt hỗn hợp 83

Phụ lục VII (Quy định) - Xác định ứng suất tiếp xúc bằng phương pháp nén lệch tâm 90

Phụ lục VIII (Tham khảo) - Xác định ứng suất tiếp xúc cho công trình trên nền cát đồng nhất bằng phương pháp biểu đồ thực nghiệm 91

5 Phụ lục IX (Quy định) - Xác định độ lún của nền bằng phương pháp tổng cộng từng lớp 93 Phụ lục X (Tham khảo) - Xác định độ lún của nền khi áp lực trung bình dưới đáy móng công trình

vượt quá sức chống tính toán của đất 97 Phụ lục XI (Tham khảo) - Xác định độ cố kết sơ cấp của đất 98 Phụ lục XII (Tham khảo) - Xác định chuyển vị ngang cuối cùng của công trình trọng lực có đáy móng

nằm ngang trên nền đất 99 Phụ lục XIII (Quy định) - Phân chia ĐN- ĐCCT và ĐN-ĐĐTT - Kiểm tra sự cần thiết phân chia bổ sung

ĐN- ĐCCT và khả năng hợp nhất hai ĐN-ĐCCT trong một ĐN-ĐĐTT 101 Phụ lục XIV (Quy định) - Xác định các giá trị tiêu chuẩn và tính toán của đất đá bằng phương pháp

thống kê 105 Phụ lục XV (Tham khảo) - Xác định giá trị tiêu chuẩn và tính toán của chỉ tiêu cơ lý của đất đá thay

đổi có quy luật theo chiều sâu 112 Phụ lục XVI (Tham khảo) - Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất 113 Phụ lục XVII (Tham khảo) - Các đặc trưng động của đất đá 117 Phụ lục XVIII (Quy định) - Hệ số tin cậy về tải trọng khi tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm thứ Phụ lục XXI (Chỉ dẫn) - Các ký hiệu cơ bản 138 Tài liệu tham khảo 141

6

NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Foundation of hydraulic projects - Requirements for design

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này được áp dụng để thiết kế và nghiệm thu nền các công trình thủy công

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho việc thiết kế và nghiệm thu các công trình thủy công ngầm

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn hiện hành cũng như các bản cập nhật và nâng cấp sau này cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này, bao gồm:

1) TCVN 2737:1995 - Tải trọng tác dụng Tiêu chuẩn thiết kế

2) TCVN 4195:2012 - Đất xây dựng Phương pháp xác định khối lượng riêng (hạt) trong phòng thí nghiệm

3) TCVN 4196:2012 - Đất xây dựng Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm 4) TCVN 4197:2012 - Đất xây dựng Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm

5) TCVN 8217:2009 - Đất xây dựng công trình thủy lợi Phân loại

6) TCVN 8421:2010 - Công trình thủy lợi Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu

7) TCVN 8477:2018 - Công trình thủy lợi Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế

8) TCVN 8478:2010 - Công trình thủy lợi Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế

9) TCVN 8721:2012 - Đất xây dựng công trình thủy lợi Phương pháp xác định khối lượng thể tích khô lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm

10) TCVN 8732:2012 - Đất xây dựng công trình thủy lợi Thuật ngữ và Định nghĩa

11) TCVN 8868:2011 - Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố không thoát nước và cố kết-thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục

7 12) TCVN 9137:2012 - Công trình thuỷ lợi Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép

13) TCVN 9153:2012 - Công trình thủy lợi Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm mẫu đất 14) TCVN 10323:2014 - Đá xây dựng Phương pháp xác định độ bền cắt trong phòng thí nghiệm 15) TCVN 10324:2014 - Đá xây dựng Phương pháp xác định độ bền nén trong phòng thí nghiệm

3 Thuật ngữ và định nghĩa

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

3.1 Công trình thủy công (hydraulic projects):

Công trình chịu tác động của môi trường nước, sử dụng và bảo vệ nguồn nước, phòng chống tác hại của nước, bao gồm đập trọng lực, đập vòm và đập trụ chống, tường chắn, âu thuyền, các công trình thềm lục địa và cảng, các sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo tại các khu vực bố trí các công trình thủy công

3.2 Lớp không thấm nước (impermeability):

Lớp đất có tính thấm nhỏ không đáng kể so với tính thấm của các lớp đất tiếp giáp

3.3 Áp lực đất chủ động (active soil pressure):

Lực tác dụng của đất lên kết cấu chắn giữ ở trạng thái cân bằng giới hạn, tương ứng giai đoạn hình thành mặt phá hoại, khi đó kết cấu chuyển dịch theo hướng ra xa đất

3.4 Áp lực đất bị động (passive soil pressure):

Lực tác dụng của đất lên kết cấu chắn giữ ở trạng thái cân bằng giới hạn, tương ứng giai đoạn hình thành mặt ép trồi, khi kết cấu chuyển dịch về phía đất

3.5 Thiết bị tiêu nước (drainage):

Thiết bị dùng để thu và thoát nước thấm, hạn chế từng phần hay toàn bộ tác hại của dòng thấm trong nền và trong các khu vực tiếp giáp với công trình

3.6 Mô hình địa chất-công trình (engineering-geological model):

Thể hiện dưới dạng sơ đồ sự phân bố các đơn nguyên địa chất-công trình trong vùng ảnh hưởng của công trình, bao gồm cả các giá trị không đổi của đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán

3.7 Đơn nguyên địa chất-công trình (ĐN-ĐCCT) (engineering-geological element):

Lớp đất đá có cùng tuổi, nguồn gốc và loại, có các đặc trưng tính chất là đồng nhất về mặt thống kê và thay đổi ngẫu nhiên hoặc có tính quy luật yếu có thể bỏ qua

3.8 Độ bền cục bộ (local strength):

Tính chất của đất đá, không bị phá hoại khi chịu tải trọng và tác động trong phạm vi cục bộ của hệ "công trình-nền"

8

3.9 Độ tin cậy của hệ "công trình-nền" (structure-foundation system reliability):

Khả năng của hệ thống thực hiện các chức năng theo thiết kế

3.10 Trạng thái ứng suất-biến dạng (TTƯS-BD) của công trình và nền (stress-strain state of a structure and foundation):

Sự phân bố ứng suất và biến dạng theo không gian trong hệ "công trình-nền", diễn ra trong quá trình tác động tương hỗ giữa công trình và nền

3.11 Khả năng chịu tải của nền (bearing capacity of the foundation):

Khả năng của nền chịu được tải trọng lớn nhất từ công trình mà không bị phá hoại (trươt) hoặc lún quá mức cho phép dẫn đến công trình không sử dụng được bình thường

3.12 Sạt lở đất đá (landslide):

Sự dịch chuyển của khối đất đá do tác động của các yếu tố nhân tạo hoặc tự nhiên

3.13 Nền công trình thủy công (foundation of hydraulic projects):

Tầng đất đá nằm trực tiếp dưới công trình và phạm vi bao quanh chịu tải trọng của công trình thông qua móng

3.14 Tính từ biến của đất đá (soil creep):

Tính chất của đất đá biến dạng liên tục theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi

3.15 Cân bằng giới hạn của hệ "công trình-nền" (ultimate equilibrium of the "structure-foundation" system):

Trạng thái mà khi tăng một lượng không đáng kể tải trọng ngoài hoặc giảm một lượng không đáng kể độ bền của đất sẽ dẫn đến mất ổn định của hệ thống

3.16 Trạng thái giới hạn (độ bền) của đất đá (limit state (strength) of the soil):

Trạng thái của đất đá tại một điểm, trong đó các ứng suất tiếp và pháp trong phân tố đất đá được liên kết bằng tiêu chuẩn bền (Coulomb, Coulomb-Mohr, Mises-Schleicher, v.v…), còn biến dạng trượt có thể phát triển không hạn chế

3.17 Độ bền lâu dài của đất đá (long-term soil strength):

Độ bền của đất đá khi tác dụng tải trọng lâu dài

3.18 Đơn nguyên đất đá tính toán (ĐN-ĐĐTT) (calculated soil element):

Một lớp đất đá, trong đó giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán được coi là không đổi hoặc thay đổi có quy luật theo một hướng nhất định

3.19 Mô hình địa cơ tính toán của nền (computational geomechanical model of the foundation):

Tổ hợp các đơn nguyên đất đá tính toán trong phạm vi nền, được xây dựng trên cơ sở của mô hình địa

9 chất-công trình

3.20 Tính ổn định xói ngầm (suffusion stability):

Khả năng duy trì các hạt đất ở vị trí ban đầu dưới tác động của dòng thấm

3.21 Xói ngầm (suffusion):

Sự di chuyển theo dòng thấm của các hạt riêng biệt ở bên trong đất, hoặc lôi kéo các hạt, hoặc hòa tan các khoáng chất hình thành cấu trúc bởi nước có trong đất

4.1 Thiết kế nền các công trình thủy công cần được thực hiện trên cơ sở:

-Tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn, hoạt động địa chấn - Kinh nghiệm xây dựng các công trình tương tự

- Điều kiện kinh tế - kỹ thuật của địa phương nơi dự định xây dựng Từ các cơ sở số liệu đó đưa ra các phương án thiết kế để so sánh lựa chọn phương án tối ưu bảo đảm tính kỹ thuật, an toàn và kinh tế

4.2 Khi thiết kế nền các công trình thủy công cần xem xét các giải pháp đảm bảo an toàn, ổn định, bền

vững và kinh tế cho công trình, bảo vệ môi trường trong tất cả các giai đoạn thi công và khai thác sử dụng công trình Để đạt được các yêu cầu đó khi thiết kế cần thực hiện các công việc sau:

- Đánh giá điều kiện địa chất-công trình trong vùng tương tác giữa công trình với môi trường địa chất và dự đoán sự thay đổi của chúng trong giai đoạn thi công và khai thác

- Tính toán khả năng chịu tải của nền và ổn định của công trình - Tính toán ổn định cục bộ của nền

- Tính toán ổn định của sườn dốc tự nhiên và các mái dốc nhân tạo nơi tiếp giáp với công trình - Tính toán biến dạng của hệ nền - công trình do tác dụng của tải trọng bản thân công trình, áp lực nước, đất, tác dụng địa chấn v.v và sự thay đổi của cấu trúc, tính chất của đất đá trong quá trình thi công và sử dung công trình

- Tính toán độ bền thấm của nền, áp lực đẩy ngược của nước lên công trình, lưu lượng thấm, và khi cần thiết phải tính lực thấm thể tích và sự thay đổi của chế độ thấm khi trạng thái ứng suất của nền thay đổi

- Đề xuất các biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo khả năng chịu tải của nền và ổn định của công trình,

10

tuổi thọ yêu cầu của công trình và nền, và khi cần thiết, làm giảm độ chuyển dịch, độ thay đổi trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền", hạ thấp áp lực đẩy ngược và lưu lượng thấm

- Đề xuất các biện pháp để bảo vệ tốt môi trường xung quanh hoặc cải thiện môi trường sinh thái so với tự nhiên

- Lập các phần trong các báo cáo về độ an toàn liên quan đến độ tin cậy của nền

4.3 Để chứng tỏ độ tin cậy và độ an toàn của công trình thủy công cần tiến hành tính toán các chế độ

thủy lực, thấm, cũng như trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền" trên cơ sở áp dụng chủ yếu phương pháp số của môi trường liên tục có xét đến tính chất thực của các vật liệu và đất đá nền Việc đảm bảo độ tin cậy của hệ "công trình-nền" cần được chứng minh bằng kết quả tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn về độ bền (bao gồm cả độ bền thấm), độ ổn định, biến dạng và chuyển vị Khi đó, điều kiện cơ bản để đảm bảo độ tin cậy là:

N0,tt - giá trị tính toán của tác động tổng hợp (lực, mômen, ứng suất), biến dạng hoặc thông số khác

mà theo đó đánh giá trạng thái giới hạn có xét đến hệ số tin cậy theo tải trọng Kn (xem 7.1.3);

R0 - giá trị tính toán của sức chịu tải tổng quát, của biến dạng hoặc thông số khác, được xác định có

xét đến hệ số tin cậy về đất Kđ (xem phần 5)

Kn - hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình;

4.5 Tính toán nền công trình thủy công cần tiến hành theo hai nhóm trạng thái giới hạn:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất (mất khả năng chịu tải, nền và công trình trên nó hoàn toàn không sử dụng được): Tính toán độ bền và ổn định tổng thể của hệ "công trình-nền", tính toán các chuyển vị ảnh hưởng đến độ bền và ổn định

- Trạng thái giới hạn thứ hai (công trình không sử dụng được bình thường) Tính toán tại các điểm cục bộ trong nền các vấn đề về thấm, chuyển vị và biến dạng không liên quan đến trạng thái giới hạn thứ

11 nhất

Việc phân chia các tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn xét đến đặc tính của hậu quả có thể xẩy ra khi đạt đến trạng thái giới hạn tương ứng

Giá trị nhỏ nhất của hệ số tin cậy Kn theo trạng thái gới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai được lấy như sau:

- Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất:

Kn bằng 1,25; 1,20; 1,15 và 1,10 tương ứng với các công trình từ cấp đặc biệt; cấp I, Cấp II và cấp III-IV;

nc được lấy như sau:

nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản trong giai đoạn khai thác bình thường;

nc = 0,95 - với tải trọng đặc biệt, bao gồm địa chấn ở mức động đất thiết kế;

nc = 0,90 - với tải trọng đặc biệt không gồm địa chấn;

nc = 0,85 - với tải trọng địa chấn ở mức động đất tính toán lớn nhất;

nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong các giai đoạn thi công và sửa chữa;

- Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ hai trong tất cả các trường hợp, Kn và nc bằng 1

Hệ số điều kiện làm việc m được quy định tùy thuộc loại công trình, nền và các tính toán trong các mục

tương ứng của tiêu chuẩn này

4.5.1 Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất để không cho phép xảy ra xảy ra các trạng thái giới

hạn làm mất khả năng khai thác của công trình trong các trường hợp sau đây: - Nền mất khả năng chịu tải, và công trình mất ổn định

- Phá hoại độ bền thấm tổng thể hoặc cục bộ của nền trong các trường hợp xuất hiện dòng chảy tập trung

- Kết cấu chống thấm trong nền bị hư hỏng hoặc làm việc kém hiệu quả, gây mất nước vượt quá giới hạn cho phép từ hồ chứa và kênh hoặc làm ngập lụt và hóa lầy vùng đất, làm bão hòa sườn dốc

- Chuyển vị không đều của những vùng nền khác nhau, gây ra phá hoại các phần riêng biệt của công trình, không đảm bảo về điều kiện sử dụng (phá hoại lõi, màn chắn và các bộ phận chống thấm, mở rộng vết nứt quá giới hạn cho phép của công trình bê tông, phá hỏng các khớp nối)

Theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất cũng cần tính toán độ bền và độ ổn định của các bộ phận riêng của công trình, cũng như tính toán chuyển vị của các kết cấu có ảnh hưởng đến độ bền hoặc ổn định tổng thể của công trình hay các bộ phận chủ yếu (ví dụ các neo chống giữ tường cọc ván)

Trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất cũng bao gồm các tính toán chuyển vị của công trình hoặc các bộ phận kết cấu của công trình, có thể dẫn tới không thể vận hành các hệ thống công nghệ của công trình

12

Mái dốc nằm kề sát với công trình và ở các chỗ tiếp giáp cuối, thường phải tính toán ổn định theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất Nếu mái dốc này mất ổn định mà không làm công trình mất khả năng khai thác, thì việc tính toán mái dốc cần thực hiện theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai

4.5.2 Tính toán theo nhóm thứ hai để không cho phép xảy ra các trạng thái giới hạn làm công trình và

nền không thể khai thác bình thường:

- Phá hoại độ bền cục bộ của các vùng riêng biệt trong nền làm tăng áp lực ngược, lưu lượng thấm, chuyển vị và độ nghiêng của công trình

- Xuất hiện từ biến và hình thành khe nứt trong đất đá

- Chuyển vị của công trình và đất đá trong nền gây khó khăn cho việc khai thác công trình, ngoài các trường hợp nêu trong mục 4.5.1

- Trường hợp mất ổn định sườn, mái dốc gây ra mất ổn định công trình hoặc bộ phận công trình thì việc tính toán ổn định các sườn, mái dốc này cần được tiến hành theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất Trong trường hợp khi tính toán độ bền cục bộ của nền đã chứng tỏ là nền có thể mất khả năng chịu tải tổng thể, thì cần phải thực hiện các biện pháp tăng cường độ bền của nền hoặc thay đổi kết cấu của hệ "công trình-nền", để đảm bảo điều kiện (1) được thực hiện với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất

4.6 Khi thiết kế nền công trình thủy công chịu tác dụng của tải trọng động, trong trường hợp cần thiết

cần tiến hành tính toán nền có xét đến đặc tính tác dụng động tương hỗ giữa công trình với nền và sự thay đổi có thể các tính chất của đất đá khi tác dụng động (có chu kỳ)

4.7 Cùng với các phương pháp tất định để tính toán độ bền của nền và ổn định của các công trình thủy

công cũng cần sử dụng phương pháp xác suất để đánh giá độ tin cậy và hư hỏng

4.8 Trong đồ án thiết kế nền cần quy định khi mở móng công trình phải có nội dung kiểm tra địa kỹ

thuật để đảm bảo sự phù hợp của nền với yêu cầu thiết kế

4.9 Kiểm tra chất lượng đất nền và đất đắp thân công trình bằng cách quan sát trực tiếp, lấy mẫu thí

nghiệm xác định các tính chất cơ lý và hóa học của đất, nước ngầm theo các tiêu chuẩn hiện hành Các đặc trưng cơ lý thiết kế của đất nền trong quá trình thi công công trình được đảm bảo sẽ quyết định độ tin cậy và tuổi thọ của công trình

Có thể đánh giá độ tin cậy và tuổi thọ của nền và công trình đất dựa vào mức độ chính xác các yếu tố sau:

- Các đặc trưng cơ lý của đất được nghiên cứu trong quá trình thi công công trình và nền - Số lượng mẫu đất (của các điểm kiểm tra)

- Vị trí lấy mẫu (chỗ tiếp xúc giữa vật liệu lõi với đá) - Thể tích của mẫu đất được xác định theo cỡ hạt

13 - Các phương pháp kiểm tra được lựa chọn từ các tài liệu tiêu chuẩn hoặc được phát triển tùy thuộc công nghệ thi công công trình

Các quy định chính để kiểm tra chất lượng chuẩn bị nền đất và nền đá, hạ mực nước khi thi công và công tác gia cố nền được nêu trong mục 12

4.10 Quan trắc trạng thái của công trình và nền

Trong thiết kế nền công trình cần phải thiết kế hệ thống thiết bị quan trắc để theo dõi sự làm việc của của công trình và nền trong quá trình thi công và khai thác, nhằm phát hiện các yếu tố bất thường gây bất lợi để có biện pháp phòng ngừa, khắc phục đảm bảo an toàn công trình Nội dung chi tiết quy định tại Tiêu chuẩn TCVN 8215

C H Ú T H Í C H

1) Các thiết bị đo kiểm tra (TBĐ-KT) được bố trí trên các công trình cấp III, IV và trong nền khi điều kiện địa chất-công trình phức tạp và khi sử dụng kết cấu công trình mới

2) Đối với công trình cấp III, IV, cần tiến hành quan trắc thấm trong nền, lún và chuyển vị của công trình và nền

4.11 Yêu cầu về bảo vệ môi trường

4.11.1 Khi thiết kế nền công trình thủy công cần phải thiết kế giải pháp kỹ thuật để bảo vệ môi trường

xung quanh, bao gồm: các khu vực lân cận khỏi úng ngập, ô nhiểm nước ngầm, trượt sườn dốc và các quá trình khác có thể gây ra các hiện tượng bất lợi trong vùng bờ tiếp giáp với công trình thủy công và trong lòng hồ (sóng vượt ngưỡng thiết kế, mực nước hồ dâng cao hơn thiết kế v.v

4.11.2 Khi thiết kế nền công trình thủy công cần có các giải pháp bảo vệ thiên nhiên khi thi công và

quản lý vận hành công trình, không cho phép can thiệp quá mức vào môi trường tự nhiên, ngăn ngừa các quá trình xấu Đồng thời cũng phải xem xét các giải pháp làm cho môi trường được cải thiện tốt hơn

Khi thiết kế nền CTTC cần tuân theo những văn bản pháp luật và những tài liệu tiêu chuẩn quy định các yêu cầu về bảo vệ môi trường tự nhiên trong hoạt động xây dựng

5 Phân loại đất đá và các đặc trưng cơ-lý 5.1 Quy định chung

5.1.1 Các đặc trưng cơ-lý của đất đá cần được xác định để dùng trong các trường hợp:

- Phân loại đất đá nền và phân chia các đơn nguyên địa chất-công trình

- Xác định chỉ tiêu này thông qua chỉ tiêu khác nhờ các quan hệ hàm số hoặc tương quan - Giải các bài toán thiết kế nền công trình thủy công quy định trong mục 4.2

5.1.2 Phân loại đất đá của nền công trình thủy công cần được thực hiện theo Bảng 1 và Phụ lục I, trong

14

đó các đặc trưng của đất đá được xem là các đặc trưng phân loại

Bảng 1 - Phân loại đất đá của nền công trình thủy công theo các đặc trưng cơ lý

Đất đá

Đặc trưng cơ-lý của đất đá Khối lượng đơn

C H Ú T H Í C H - Trong phụ lục I đã đưa ra sự phân loại các khối đá: theo mức độ nứt nẻ, bão hòa nước, biến

dạng, phong hóa, theo mức phá hoại tính liên tục (đứt gãy và nứt nẻ) và mức độ đồng nhất

5.1.3 Để phân loại đất đá và thiết kế nền công trình thủy công cần xác định bằng thực nghiệm và tính

toán các đặc trưng phân loại đất đá sau: - Thành phần cấp phối hạt

- Khối lượng đơn vị thể tích tự nhiên ; - Khối lượng đơn vị thể tích hạt s; - Khối lượng đơn vị thể tích khô d;

- Trọng lượng đơn vị thể tích của đất bằng tích của khối lượng đơn vị thể tích với gia tốc trọng trường g

= 9,81 m/s2: trọng lượng đơn vị thể tích tự nhiên  = g; trọng lượng đơn vị thể tích khô d = dg;

trọng lượng đơn vị thể tích hạt s = sg - Độ ẩm tự nhiên w

- Độ bão hòa nước Sr

- Khối lượng đơn vị thể tích lớn nhất max và nhỏ nhất min của cát

- Độ chặt tương đối của cát ID

- Hệ số không đồng nhất Cu

- Hàm lượng hữu cơ tương đối Ir

- Biến dạng trương nở tương đối không tải sw - Biến dạng sụt lún tương đối s1

- Hệ số mài mòn của đất hạt thô Kfr

5.1.4 Để thiết kế nền công trình thủy công cần xác định các đại lượng sau:

- Áp lực cố kết trước (tiền cố kết) р'c

- Góc ma sát trong và lực dính đơn vị theo các ứng suất hiệu quả ', с' và theo các ứng suất tổng , с - Sức chống cắt không thoát nước cu

16

- Các chỉ tiêu độ bền thấm của đất (gradien cột nước áp lực tới hạn cục bộ và trung bình Icr, Icr.m và vận tốc thấm tới hạn cr)

- Vận tốc truyền sóng dọc p và sóng ngang s trong khối đất đá

- Sức chống cắt động không thoát nước cud - Môđun cắt động Gd

- Môđun nén thể tích động Kd

- Hệ số suy giảm động (hệ số giảm chấn) Dd

- Khả năng hóa lỏng dưới tác động địa chấn FL

- Chiều cao cột nước mao dẫn hc

- Lượng mất nước đơn vị q

- Các thông số nứt nẻ (môđun nứt nẻ М, góc dốc , chiều dài l , chiều rộng mở b)

- Các thông số lấp nhét khe nứt (mức độ lấp nhét, thành phần, đặc trưng tính chất)

- Giới hạn độ bền nén một trục của đá nguyên khối Rc

- Giới hạn độ bền kéo một trục của khối đá riêng Rt

- Giới hạn độ bền kéo Rt.m và nén Rc.m của khối đá

- Giới hạn độ bền cắt của khối Rs

- Hệ số ma sát trên mặt tiếp xúc của công trình với đất đá tgs Khi cần thiết cũng nên xác định cả các đặc trưng khác của đất đá

5.1.5 Thành phần các đặc trưng cần thiết (đã liệt kê tại mục 5.1.3 và 5.1.4) được xác định trong nhiệm

vụ kỹ thuật về khảo sát địa chất-công trình tùy thuộc vào đặc điểm điều kiện địa chất-công trình của khu vực, mục đích, cấp công trình và các đặc trưng kỹ thuật của công trình thiết kế, đặc tính và trị số của các tải trọng và tác động, thành phần và các phương pháp tính toán Thành phần các đặc trưng cần thiết được xác định có xét đến đặc điểm của quá trình xây dựng và điều kiện khai thác công trình có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất cơ-lý của đất đá Trong thành phần của nhiệm vụ kỹ thuật và đề cương thực hiện khảo sát địa chất-công trình, cần phải lập một đề cương nghiên cứu hiện trường và trong phòng thí nghiệm xác định các tính chất cơ-lý của đất đá

5.1.6 Đề cương nghiên cứu ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm phải bao gồm các phương pháp

thí nghiệm đất đá và các cấp tải trọng cần cho việc xác định giá trị các thông số cơ học có xét đến thành phần, trạng thái tự nhiên của đất đá và các điều kiện tương tác giữa công trình và nền đất, các yêu cầu về thiết bị thí nghiệm

5.1.7 Các điều kiện địa chất-công trình trong xây dựng cần phải cụ thể và chi tiết bằng cách tổng hợp

17 và phân tích các kết quả nghiên cứu đất đá ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm và xây dựng mô hình (số hoặc vật lý) địa chất-công trình và tính toán của nền có xét đến mục 6 Việc đánh giá tính không đồng nhất của đất đá nền, phân biệt ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT, việc tính toán các giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng được thực hiện bằng xử lý thống kê các kết quả thí nghiệm theo Phụ lục XIV và mục 6

5.1.8 Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng của đất đá Atc cần được xác định dựa trên các kết quả nghiên cứu riêng ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm, được tiến hành trong điều kiện gần đúng nhất với điều kiện làm việc của đất đá trong hệ "công trình-nền" đang xét Giá trị tiêu chuẩn của tất cả các đặc trưng được lấy bằng giá trị trung bình thống kê

Giá trị các đặc trưng tính toán của đất đá A được xác định theo công thức:

trong đó Kđ - hệ số tin cậy về đất đá, xác định theo Phụ lục XIV

Để phân loại đất đá, dùng giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng; khi giải các bài toán thiết kế, dùng cả giá trị tiêu chuẩn và tính toán

Khi thiết kế nền các công trình biển cố định trên thềm lục địa, các chỉ tiêu tính toán của đất cát (ID, E, ) và đất sét (OCR, E, cu) phải được xác định có tính đến các giá trị thu được từ kết quả xuyên tĩnh (theo TCVN 9352-2012)

5.1.9 Giá trị các đặc trưng tính toán của đất tg, с, cu,  và Rc để tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất được ký hiệu là tgI, сI, cuI,  I và RcI, theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai được ký hiệu là tgII, сII, cuII, II và RcII Khi xác định các giá trị tính toán tgI, сI, cuI, I và RcI, hệ số tin cậy về

đất Kđ được xác định với xác suất tin cậy một phía  = 0,95 Giá trị tính toán của các đặc trưng để tính

theo trạng thái giới hạn nhóm thứ hai phải lấy bằng giá trị tiêu chuẩn, nghĩa là Kđ = 1

Đối với nền công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV, trong giai đoạn nghiên cứu khả thi, giá trị các đặc trưng cơ-lý tính toán của đất được phép lấy theo phương pháp tương tự dựa trên quan hệ tương quan

Trong trường hợp một đặc trưng của đất đá được xác định bằng các phương pháp hiện trường và phòng thí nghiệm khác nhau, các giá trị tính toán cần được chứng minh bằng cách tổng hợp và phân tích địa kỹ thuật của tất cả các kết quả thu được theo TCVN 9153:2012 và Phụ lục XIV, có xét đến các số liệu xuyên tĩnh, các thông số kỹ thuật của công trình và đặc tính của sự tương tác giữa công trình với nền đất

5.1.10 Khi thiết kế hệ "công trình-nền" cần tính đến sự thay đổi có thể của các đặc trưng cơ-lý của đất

đá trong quá trình xây dựng và khai thác công trình liên quan đến sự thay đổi chế độ địa chất thủy văn, trạng thái ứng suất-biến dạng của nền, trình tự và các điều kiện tiến hành thi công, tác động cải tạo

18

tính chất cơ-lý của đất đá

Đặc điểm và cường độ thay đổi có thể của các tính chất đất đá nền trong quá trình thi công và khai thác công trình phải được dự báo trong suốt thời hạn làm việc của công trình dựa trên các kết quả nghiên cứu mô hình và thực nghiệm tương ứng và hiệu chỉnh sau đó theo kết quả quan trắc hiện trường

5.1.11 Giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của đất đá dùng để đánh giá trạng thái công trình

thủy công trong quá trình khai thác cần được xác định trên cơ sở các kết quả khảo sát địa chất-công trình, các kết quả kiểm tra địa kỹ thuật khi xây dựng công trình và có xét đến số liệu quan trắc hiện trường Trong trường hợp cần thiết, cần tiến hành nghiên cứu địa chất-công trình bổ sung theo đề cương được soạn thảo riêng

5.1.12 Giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của đất đá khi khảo sát bổ sung để sửa chữa, cải

tạo và khai thác phải được xác định theo đề cương riêng Đề cương khảo sát phải tính đến đặc điểm của các công trình hiện có, còn các phương pháp thí nghiệm và nghiên cứu cần quy định có xét đến các phương pháp thí nghiệm và nghiên cứu trước đây

5.2 Các đặc trưng của đất

5.2.1 Các đặc trưng độ ẩm w, khối lượng đơn vị thể tích tự nhiên ρ, khối lượng đơn vị thể tích hạt ρs,

độ ẩm giới hạn dẻo wp và chảy wL được xác định theo TCVN 4195-2012, TCVN 4197-2012 Tính toán

khối lượng đơn vị thể tích khô ρd, hệ số rỗng e, hệ số bão hòa nước Sr, chỉ số dẻo Ip, chỉ số chảy (độ sệt)

IL theo TCVN 8217-2009, TCVN 8732-2012

Khối lượng đơn vị thể tích lớn nhất của cát ρmax và nhỏ nhất ρmin được xác định theo TCVN 8721-2012 Giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng vật lý được tính toán bằng cách xử lý thống kê các kết quả riêng

theo Phụ lục XIV Các giá trị tính toán của tất cả các chỉ tiêu (ngoại trừ ρ và ρd ) cần được lấy bằng giá trị

tiêu chuẩn Giá trị tính toán của ρd được xác định thông qua giá trị tính toán của ρ và giá trị tiêu chuẩn của w

5.2.2 Xác định các đặc trưng độ bền của đất ở trạng thái ổn định (với các ứng suất hiệu quả) tg' và с'

cần được thực hiện bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ cố kết-thoát nước Đối với nền và công trình cấp II - IV, được phép sử dụng phương pháp cắt phẳng theo sơ đồ cố kết-thoát nước và theo sơ đồ cố kết-không thoát nước có đo áp lực nước lỗ rỗng

Xác định độ bền của đất ở trạng thái không ổn định (sức chống trượt không thoát nước cu) cần thực hiện bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ không cố kết-không thoát nước (trong trường hợp đặc biệt - theo sơ đồ cố kết-không thoát nước) Đối với nền và công trình cấp II - IV được phép sử dụng phương pháp cắt phẳng theo sơ đồ không cố kết- không thoát nước (cắt nhanh)

C H Ú T H Í C H

1) Các đặc trưng độ bền tg và с ở trạng thái khômg ổn định (với các ứng suất tổng) chỉ được xác định

trong các trường hợp đặc biệt đối với các sơ đồ tính toán phù hợp

19

2) Khi xác định các giá trị tg', с' và cu đối với các sơ đồ địa chất-công trình cũng nên sử dụng các phương pháp xuyên tĩnh và cắt quay

5.2.3 Giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng tgφ' và с' cần được xác định theo thuyết bền

Coulomb hoặc Mohr-Coulomb bằng cách xử lý thống kê tất cả các cặp giá trị ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất giới hạn, nhận được bằng phương pháp nén ba trục (hoặc tất cả các cặp giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp giới hạn, nhận được bằng phương pháp cắt phẳng)

5.2.4 Giá trị tính toán của các đặc trưng tgφ'I, c'I và cuI cần được tính có sử dụng hệ số tin cậy về đất Kđ

với xác suất tin cậy một phía  = 0,95

Nếu giá trị Kđ nhận được bằng cách trên mà lớn hơn 1,25 (đối với bùn - 1,4) hoặc nhỏ hơn 1,05, thì cần

lấy tương ứng Kđ = 1,25 (đối với bùn, Kđ = 1,4) và Kđ = 1,05

Giá trị tính toán của các đặc trưng tgφ'II, c'II và cuII lấy bằng các giá trị tiêu chuẩn

5.2.5 Đối với đất nền các công trình cấp đặc biệt đến cấp II, cùng với phương pháp thí nghiệm trong

phòng đã nêu cần tiến hành thí nghiệm hiện trường bằng các phương pháp xuyên tĩnh và động, cắt cánh, còn đối với nền các công trình bê tông và bê tông cốt thép thì dùng phương pháp bàn đẩy trượt (xem Phụ lục XIX) Các thí nghiệm theo những phương pháp nêu trên và việc xác định (từ kết quả của

các thí nghiệm đó) giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn tgφ'n, c'n và cuII cần được tiến hành phù hợp với các trường hợp tính toán cơ bản trong các giai đoạn thi công và khai thác công trình

5.2.6 Khi thí nghiệm đất hạt thô cho phép thiết lập các quan hệ tương quan giữa các đặc trưng độ bền

và biến dạng với các thông số của khối lượng đơn vị thể tích và thành phần cấp phối hạt

Khi thiết kế nền nhân tạo bằng đất hạt thô (đá cuội, đá tảng, v.v…), ngoài các đặc trưng nêu trên, cũng cần theo kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm tại hiện trường để xác định phạm vi thay đổi cho phép của thành phần cấp phối hạt, các giá trị kiểm tra của khối lượng đơn vị thể tích khô và độ ẩm của đất đắp trong nền Khi xác định các đặc trưng biến dạng và phạm vi thay đổi của các thông số nêu trên, cho phép sử dụng các phương pháp chứng minh bằng thực nghiệm

5.2.7 Xác định môđun biến dạng

5.2.7.1 Các giá trị môđun biến dạng tĩnh tiêu chuẩn Еп của đất cần xác định theo kết quả thí nghiệm bàn nén và nén hông hố khoan hiện trường, cũng như theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông và thí nghiệm nén ba trục Đối với đất nền công trình cấp đặc biệt và cấp I, bắt buộc phải thí nghiệm bằng phương pháp nén ba trục Đường gia tải các mẫu và phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm phải xét đến lịch sử chịu tải của khối đất (trị số áp lực cố kết trước pc và mức quá cố kết của đất), phạm vi thay đổi ứng suất trong đơn nguyên đất đá tính toán (ĐN-ĐĐTT) và phương pháp tính toán hoặc nghiên cứu mô hình có sử dụng các đặc trưng tính toán

Chú thích - Phụ lục II cung cấp phương pháp xác định các giá trị của áp lực cố kết trước pc và các hệ số quá cố kết của đất Đối với đất thềm lục địa, cho phép sử dụng các kết quả xuyên tĩnh để đánh giá mức

20

quá cố kết

Trong trường hợp, nếu áp lực lớn nhất tác dụng lên một phân tố của nền vượt quá áp lực cố kết trước

p, thì cần xác định môđun biến dạng thứ cấp Es và cả sơ cấp Ep Môđun thứ cấp Es được xác định theo đường cong nén trong phạm vi từ ứng suất hiện tại ở độ sâu nghiên cứu đến pc Môđun sơ cấp

Đối với nền công trình cấp III và IV, các giá trị tính toán E được phép lấy theo các bảng nêu trong Phụ lục XVI, với hệ số тсi được lấy theo Phụ lục III

Môđun biến dạng của đá trong giai đoạn nghiên cứu khả thi có thể được xác định theo phương pháp địa vật lý

Giá trị tính toán của các môđun biến dạng Esvà Ep được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

5.2.7.3 Đối với đất không đẳng hướng của nền CTTC, trong đề cương thí nghiệm cần xác định các đặc

tính biến dạng của đất dọc theo các trục chính của tính dị hướng

5.2.8 Hệ số nén a được xác định bằng phương pháp nén không nở hông hoặc nén ba trục Giá trị tiêu

chuẩn аn được xác định theo Phụ lục XIV, giá trị tính toán của hệ số nén được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

5.2.9 Giá trị tiêu chuẩn của hệ số biến dạng hông n cần xác định theo các kết quả thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ cố kết thoát nước với sự đo đạc độc lập các biến dạng dọc và ngang của mẫu đất Giá trị hệ số biến dạng hông n được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thu được trong các thí nghiệm riêng

Giá trị tính toán của hệ số biến dạng hông  cần lấy bằng giá trị tiêu chuẩn ( = n)

Khi không có giá trị thực nghiệm của hệ số , giá trị tính toán của  được phép lấy theo

Bảng 2

5.2.10 Đối với thiết kế cơ sở cho nền công trình cấp đặc biệt đến cấp II và thiết kế bản vẽ thi công cho

nền công trình cấp III và IV cho phép xác định các chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán của độ bền và biến dạng theo các bảng tra trong phụ lục XVI phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất

21

Bảng 2 - Giá trị tính toán của hệ số biến dạng hông 

- sự phát triển động lực của áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất rời và đất dính trong quá trình tác dụng động và giá trị của áp lực nước lỗ rỗng dư sau khi kết thúc tác dụng động;

- giá trị độ bền sau chu kỳ của đất (độ bền của đất sau khi kết thúc tác dụng động);

- môđun cắt động Gd, môđun nén thể tích Kd và hệ số chống rung Dd trong quá trình tác dụng động; các môđun này cần để xác định các biến dạng và ứng suất cắt tăng thêm xuất hiện trong đất;

Tác dụng động lực là các ứng suất và biến dạng xuất hiện trong nền đất khi có tác động của các tải

trọng động đất và sóng lên hệ công trình – nền Mỗi tải trọng được đặc trưng bởi thời hạn T, tần số đặc trưng f, các giá trị đỉnh của ứng suất tiếp tuyến mах và min

5.2.12 Chỉ tiêu độ bền động của đất là đặc tính tích hợp, phụ thuộc vào tính chất cơ-lý của đất và các

tác động bên ngoài Xác định các chỉ tiêu bền dưới tác dụng động bằng phương pháp tính toán-thực nghiệm Độ bền của đất dưới tác dụng động phải được xác định dựa trên giả thuyết của Palmgren-Miner về khả năng tổng hợp độc lập tuyến tính các kết quả của tác động bên ngoài (hư hỏng tích lũy) Cơ sở của việc đánh giá bằng tính toán-thực nghiệm các đặc trưng động là các kết quả thí nghiệm đất hiện trường (xuyên tĩnh, thăm dò siêu âm, thăm dò địa chấn) và thí nghiệm trong phòng

5.2.13 Nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm trong phòng là xác định mức ứng suất có chu kỳ tại một

mức ứng suất tĩnh nhất định do đất chịu cho đến khi phá hoại (trong các điều kiện trạng thái ứng suất-biến dạng nhất định) Đề cương thí nghiệm phải tính đến các hình thức mất ổn định khác nhau của hệ "công trình-nền", cũng như các mức ứng suất tĩnh và chu kỳ dự đoán trong nền Khi lập đề cương thí nghiệm trong phòng, được phép xét không phải tất cả các loại tác động bên ngoài, mà chỉ những loại tác động xấu nhất, có khả năng gây mất ổn định công trình Đặc điểm của đề cương và phương pháp thí nghiệm động trong phòng đối với đất, phương pháp diễn giải và thể hiện kết quả được nêu trong

22

Phụ lục XVII

5.2.14 Các đặc trưng độ bền động của đất dính đất rời được xác định chỉ bằng một phần của độ bền

tĩnh, hơn nữa các đặc trưng này cần được lập riêng cho mỗi loại tác động Các chỉ tiêu để so sánh là góc

ma sát trong hiệu quả ' đối với đất rời và sức kháng cắt không thoát nước cu đối với đất dính, thu được từ kết quả thí nghiệm tĩnh Đối với loại đất rời, khi khả năng thoát nước của nền hạn chế và trạng thái ứng suất-biến dạng đồng nhất, thì độ bền được mô tả bằng một khái niệm gọi là góc ma sát động, được xác định theo công thức:

ở đây, U - áp lực nước lỗ rỗng dư được tích lũy trong thời gian tác động tính toán; 'vo - ứng suất hiệu quả khi cố kết

5.2.15 Giá trị tiêu chuẩn của các chỉ tiêu từ biến δcrp,n và δ1,crp,n được xác định là trung bình cộng các giá

trị riêng của những đặc trưng này, dùng để tính toán lún theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông và để tính chuyển vị ngang theo kết quả thí nghiệm cắt Trong trường hợp này, các thí nghiệm phải thực hiện với biến dạng theo thời gian tại mỗi bước gia tải nhất định Các giá trị riêng сrр,i và 1.crр,i

được xác định theo công thức:

t,i - các giá trị riêng của biến dạng nén lún (trong thí nghiệm nén không nở hông) hoặc biến dạng cắt

(trong thí nghiệm cắt) tại thời điểm t

0,i - giá trị riêng của biến dạng nén lún tức thời (trong thí nghiệm nén không nở hông) hoặc biến dạng cắt (trong thí nghiệm cắt)

Các giá trị tính toán δcrp và δ1,crp cần lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

5.2.16 Giá trị tiêu chuẩn của hệ số cố kết bằng giá trị tính toán cv,n = cv được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thí nghiệm nén không nở hông (odometer - áp dụng cho bài toán một chiều) hoặc bằng phương pháp nén ba trục theo sơ đồ cố kết-không thoát nước (CU) (xem Phụ lục II)

Trong giai đoạn đầu của thiết kế, đối với nền công trình cấp II - IV và nền công trình cấp đặc biệt và cấp

I phù hợp với bài toán một chiều, cho phép giá trị tiêu chuẩn của hệ số cố kết bằng giá trị tính toán cv,n

= cv được xác định theo kết quả thí nghiệm thấm có xét đến áp lực lỗ rỗng của đất với điều kiện các chỉ tiêu này được xác định bằng thí nghiệm

5.2.17 Giá trị tiêu chuẩn của hệ số thấm kn được lấy bằng giá trị trung bình cộng các kết quả thí nghiệm thấm của đất (thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường), có xét đến áp lực đất cố kết và tải

23 trọng xuất hiện sau khi xây dựng công trình và các đặc điểm cấu trúc của đất Khi tính thấm dị hướng

thể hiện rõ rệt, khi độ thấm nước của đất thay đổi lớn hơn 5 lần tùy theo phương, thì các hệ số thấm k

phải được xác định theo các trục chính của dị hướng Các giá trị tính toán của hệ số thấm k được lấy bằng các giá trị tiêu chuẩn

C H Ú T H Í C H - Đối với công trình cấp II, III và IV, giá trị hệ số thấm tính toán của đất nền được xác định theo các số liệu thí nghiệm (trong phòng hoặc hiện trường), hoặc được tính toán thông qua các đặc trưng cơ-lý khác của đất

5.2.18 Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình Iсr,т trong nền công trình có thiết bị thoát nước được lấy theo Bảng 3

Bảng 3 - Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình Iсr,т trong nền công trình

Đất nền Gradien cột nước áp lực tới hạn trung bình tính toán Iсr,т

Giá trị tính toán của gradien cột nước áp lực tới hạn cục bộ Iсr cần được xác định theo các phương pháp tính toán đánh giá tính ổn định xói của đất hoặc bằng thí nghiệm về ổn định xói đất trong điều kiện phòng thí nghiệm hoặc hiện trường

Đối với đất cát không xói Iсr được phép lấy bằng 1,0 khi dòng thoát vào thiết bị tiêu nước, và lấy bằng 0,3 khi dòng thoát bên ngoài thiết bị tiêu nước Đối với đất bụi-sét khi có thiết bị tiêu nước hoặc chất

tải cứng với dòng thoát lên mặt đất Iсr được phép lấy bằng 1,5, còn khi chất tải biến dạng, Iсr =2,0

5.2.19 Giá trị tính toán của hệ số ma sát tại mặt tiếp xúc của công trình không phải đất với đất nền,

tgφ's trong trường hợp không có kết quả xác định trực tiếp thì lấy không lớn hơn 2/3 trị số tgφ' của lớp

trên của nền tiếp xúc với mặt công trình

5.3 Các đặc trưng của đá

5.3.1 Giá trị độ bền giới hạn tiêu chuẩn của mẫu đá chịu nén một trục Rc,n và kéo một trục Rt,n, cũng

như giới hạn độ bền tiêu chuẩn của khối đá chịu nén một trục Rc,m,n và kéo một trục Rt,m,n được xác định bằng trung bình cộng các kết quả thí nghiệm riêng (trong phòng và hiện trường) bằng phương pháp nén và kéo tương ứng

5.3.2 Giá trị riêng của giới hạn độ bền nén và kéo của khối đá, cần được xác định bằng thực nghiệm

trong các điều kiện hiện trường: về nén - xác định bằng phương pháp nén một trục các trụ đá, về kéo -

24

xác định bằng phương pháp kéo một trục các trụ đá (theo khối hoặc khe nứt) (tham khảo Phụ lục XX)

Giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền nén Rc,I và kéo Rt,I được xác định theo Phụ lục XIV với xác

suất tin cậy một phía  = 0,95 Giá trị tính toán của các đặc trưng Rc,II, Rt,II, Rc,m,II và Rt,m,II được lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

Khi giá trị tính toáncủa độ bền giới hạn kéo Rt,m,II theo các phương không trùng với pháp tuyến của mặt các khe nứt, được phép lấy theo Bảng 4, còn theo các phương trùng với pháp tuyến của mặt các khe nứt liên tục thì lấy bằng không

5.3.3 Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng kháng cắt tgn và сn của khối đá chịu tác dụng tĩnh cần được xác định cho tất cả các mặt tính toán nguy hiểm có thể xảy ra hoặc các mặt trượt theo kết quả của các thí nghiệm hiện trường hoặc trong phòng, được thực hiện bằng phương pháp đẩy trượt trụ bê tông hoặc trụ đá (tham khảo Phụ lục XX)

Việc thí nghiệm bằng các phương pháp nêu trên và xác định các giá trị tiêu chuẩn tgφn và сn theo kết quả thí nghiệm đó сần được thực hiện có xét đến các điều kiện, phù hợp với tất cả các trường hợp tính toán trong các giai đoạn thi công và khai thác công trình

5.3.4 Việc xử lý các kết quả thí nghiệm để xác định giá trị tiêu chuẩn và tính toán của tgφ và с сần

được thực hiện tương tự như đối với đất (xem 5.2.4 và 5.2.5)

5.3.5 Đối với nền công trình cấp II đến IV, công trình cấp đặc biệt và cấp I trong giai đoạn nghiên cứu

khả thi, các giá trị tính toán tgφI,II và cI,II dự định dùng cho các sơ đồ tính toán được phép lấy theo Bảng

4 có sử dụng các cách tương tự, các quan hệ tương quan Giá trị tgφI,II và cI,II đối với nền công trình cấp đặc biệt và cấp I trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công khi có luận cứ thích hợp thì cũng được phép lấy theo Bảng 4, nếu các tính toán sử dụng các đặc trưng này không để xác định kích thước công trình

Số liệu của bảng này được phép sử dụng trong mọi trường hợp khi xác định giá trị tgφ và c , dùng để

lập các mô hình địa chất công trình

5.3.6 Để xác định tgφn, сn và từ đó xác định tgφI,II, cI,II dưới tác dụng của tải trọng động (bao gồm địa

chấn) cần tiến hành thí nghiệm theo các phương pháp đặc biệt Cho phép các giá trị tgφI,II, cI,II, ứng với các ứng suất hiệu quả bằng các giá trị khi tác dụng tĩnh

5.3.7 Các đặc trưng biến dạng của khối đá (En, n) được xác định theo kết quả thí nghiệm bằng phương

pháp gia tải tĩnh của đá (Еn và n), cũng như bằng phương pháp động lực (âm chấn hoặc siêu âm) theo kết quả đo vận tốc sóng dọc р.n và sóng ngang s.n

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, khi không thể đo trực tiếp vận tốc sóng, cho phép sử dụng thông tin tổng quát về các đặc trưng động của đất ở phần trên của mặt cắt trong điều kiện tự nhiên

và các vùng trượt trong khối, trùng với những khe nứt, được lấp đầy đất cát và đất sét, với bề rộng khe nứt, mm

1) Trong các cột 5-14 cần lấy Kđ = 1,25; khi đủ cơ sở có thể lấy tgI = tgII /1,15 và cI = cII /1,8

2) Đối với các mặt trượt trùng với các khe nứt gián đoạn và nối xiên, giá trị của các đặc trưng tgφI, tgφII/Kđ trong các cột

7-14, phải nhân với hệ số 1,1, các đặc trưng cI, cII/Kđ - nhân với hệ số 1,2

3) Các đặc trưng được nêu trong bảng tương ứng với trạng thái bão hòa nước của khối đất đá

26

Để xác định giá trị riêng của các đặc trưng biến dạng tĩnh cần sử dụng các quan hệ, thu được bằng phép giải các bài toán biên của lý thuyết đàn hồi có các điều kiện biên tương ứng với các điều kiện gia tải khi thí nghiệm Các giá trị riêng của vận tốc sóng đàn hồi được xác định theo thời gian truyền sóng giữa nguồn và máy thu xung lượng được ghi lại trong thí nghiệm

5.3.8 Các đặc trưng biến dạng và các đặc trưng động đàn hồi của các ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT được xác

định bằng cách lấy trung bình cộng của các giá trị thí nghiệm riêng Các đặc trưng tiêu chuẩn Еп và n

cho phép xác định từ quan hệ tương quan giữa các đặc trưng tĩnh (Еn và n) và động (p,n hoặc s,n) Quan hệ tương quan được thiết lập khi so sánh các giá trị riêng của các đặc trưng tại cùng những điểm của khối đá trong các ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT của nền

Đối với nền công trình cấp II - IV, cũng như đối với nền công trình cấp đặc biệt và cấp I trong giai đoạn nghiên cứu khả thi khi xác định các giá trị tiêu chuẩn, khi đủ luận cứ được phép lập quan hệ tương quan với các đặc trưng động trên cơ sở tổng hợp các số liệu thí nghiệm đối với các điều kiện địa chất-công trình tương tự

Giá trị v сủa khối đá được phép xác định theo cách tương tự

Đối với ĐN-ĐĐTT, các giá trị tiêu chuẩn Еп, n, p.n, s.n cũng có thể được xác định theo quan hệ tiêu chuẩn duy nhất của đặc trưng đã biết theo tọa độ

5.3.9 Giá trị tính toán của các môđun biến dạng cần được xác định theo các chỉ dẫn trong Phụ lục XIV

Trong đó giá trị ЕII dùng để đánh giá chuyển vị của công trình và nền cần được xác định với xác suất tin

cậy một phía  = 0,85, còn giá trị ЕI, dùng trong đánh giá ổn định cần xác định với  = 0,9

Khi tiến hành các thí nghiệm động cũng như tĩnh phải xét các yếu tố ảnh hưởng có thể đến các chỉ tiêu cần tìm, như các biện pháp xây dựng khác nhau (đào đá, phụt gia cường), các yếu tố do nứt nẻ gây ra (tính dị hướng, tính không đồng nhất, tính biến dạng phi tuyến của đá, tính từ biến), cũng như những đặc điểm cấu tạo và tính chất của đá đã được phát hiện

Xét các yếu tố có thể ảnh hưởng đến các chỉ tiêu, thì giá trị riêng của các đặc trưng, thu được theo kết quả thực nghiệm cần được hiệu chỉnh tính toán bằng cách sử dụng các hệ số điều kiện làm việc phù hợp Giá trị các hệ số này phải được xác định dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hoặc lý thuyết được thực hiện riêng hoặc đã được thực hiện trước đó (đối với các điều kiện tương tự)

Trong giai đoạn nghiên cứu khả thi, giá trị mô đun biến dạng tính toán của khối đá E được phép xác

định dựa trên các quan hệ tương quan tương tự của các đặc trưng này với các đặc trưng tính chất khác - như tính thấm nước, tính thông khí và các đặc trưng khác, được thiết lập theo kết quả thí nghiệm trong khối đá nghiên cứu

Các giá trị tính toán của hệ số biến dạng hông v phải được lấy bằng các giá trị tiêu chuẩn

5.3.10 Giá trị tiêu chuẩn của hệ số thấm kn và lượng mất nước đơn vị qn cần được xác định là giá trị

27 trung bình nhân của các kết quả thu được trong các thí nghiệm bằng cùng một phương pháp Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp (tính thấm dị hướng thể hiện rõ rệt, hiện tượng cactơ, các điều

kiện biên không xác định) giá trị tiêu chuẩn kn cần xác định theo kết quả thí nghiệm trong cụm

giếng Khi xác định kn và qn, cần tính đến trạng thái ứng suất của đất đá trong vùng nền nghiên cứu và ảnh hưởng của trạng thái ứng suất đến đặc trưng thấm của khối đá

Các giá trị tính toán của hệ số thấm k và lượng mất nước đơn vị q lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

5.3.11 Giá trị tiêu chuẩn của vận tốc thấm tới hạn của nước trong các kẽ nứt (kẽ nứt mặt lớp, kẽ nứt

trong đới dập vỡ kiến tạo) cr,j,n, thường được xác định theo kết quả thí nghiệm xói ngầm chất lấp nhét và chính đá của khối đá đó

Giá trị tính toán cr,j lấy bằng giá trị tiêu chuẩn

Đối với nền công trình cấp II - IV, và khi có luận cứ thích hợp thì kể cả với nền công trình cấp đặc biệt và cấp I, các giá trị cr,j được phép xác định bằng tính toán tùy thuộc vào đặc trưng hình học của nứt nẻ, độ nhớt của nước thấm và đặc trưng cơ-lý của chất lấp nhét khe nứt

Các giá trị tính toán (bằng với giá trị tiêu chuẩn) của gradien cột nước áp lực tới hạn Icr,j của dòng thấm theo hướng đường phương của hệ thống khe nứt đang xét cũng cần được xác định bằng cách tính toán tùy thuộc vào đặc trưng hình học của khe nứt, độ nhớt của nước và đặc trưng cơ-lý của chất lấp nhét khe nứt

5.3.12 Theo tính biến dạng, độ bền và tính thấm trong các phương khác nhau, khối đá được coi là

đẳng hướng khi hệ số dị hướng không lớn hơn 3 và coi là dị hướng khi hệ số dị hướng lớn hơn 3

5.3.13 Đối với đá và đá nửa cứng biến dạng lớn (khi E < 1000 MPa), phong hóa nhẹ, nứt nẻ mạnh, tan

rã và trương nở dưới tác dụng của nước thì cần áp dụng các phương pháp xác định các đặc trưng cơ lý và phương pháp tính toán phù hợp với cả đá, cũng như với đất

6 Sơ đồ địa chất-công trình và tính toán của nền

6.1 Việc thiết kế nền và dự báo những thay đổi trạng thái của nền trong quá trình khai thác các công

trình thủy công cần thực hiện trên cơ sở các mô hình địa chất-công trình và địa cơ tính toán, địa thấm và các mô hình khác

Các mô hình địa chất-công trình được dùng để lựa chọn vùng, khu vực và mặt bằng hợp lý cho bố trí một đối tượng, bố trí các công trình của đối tượng, lựa chọn các loại công trình, thiết kế công trình, lập mô hình tính toán và nghiên cứu khả thi về an toàn sinh thái

Các mô hình tính toán được sử dụng để tính toán độ bền cơ học và thấm của nền, độ ổn định và trạng thái ứng suất-biến dạng (độ lún, chuyển vị) của hệ "công trình-nền", thiết kế kết cấu công trình, chứng minh độ tin cậy kỹ thuật, độ an toàn về sinh thái và hợp lý về kinh tế

6.2 Mô hình (sơ đồ) địa chất-công trình tổng hợp thông tin về cấu trúc và tính chất của nền, phải là

một kết hợp các ĐN-ĐCCT, mỗi đơn nguyên cần được đặc trưng bởi các đặc điểm địa chất-công trình

28

và địa chất thủy văn và được cung cấp giá trị các chỉ tiêu phân loại tiêu chuẩn và tính toán không đổi, và nếu cần, thì được cung cấp cả các chỉ tiêu cơ-lý khác của đất đá

Mô hình địa chất-công trình phải được trình bày dưới dạng một bộ các bản đồ và lát cắt theo các tiết diện đặc trưng khác nhau, phản ánh các đặc điểm và các chỉ tiêu của khối đất đá nền cần thiết cho thiết kế công trình

Ngoài ĐN-ĐCCT, mô hình địa chất-công trình cần có sự mô tả về các quá trình địa chất tự nhiên và địa chất công trình nguy hiểm, bao gồm sự phân bố không gian, những quy luật phát triển và cường độ biểu hiện

6.3 Mô hình địa chất-công trình cần đảm bảo cho việc xây dựng các mô hình nền chuyên biệt, trước

hết là mô hình địa cơ và địa thấm Sự thiếu chính xác và sai sót trong việc xác định các đường biên của ĐN-ĐCCT trong mô hình địa chất-công trình cũng sẽ làm giảm độ tin cậy của mô hình địa cơ và địa thấm Do đó, mô hình địa chất-công trình cần nhiều thông tin chi tiết nhằm phát hiện "khâu yếu" trong nền đất

Đối với một mô hình địa cơ, các "khâu yếu" là các yếu tố sau: - Trong nền tồn tại các loại đất có khả năng biến dạng mạnh

- Dưới các phần khác nhau của móng tồn tại các loại đất đá có các giá trị mô đun biến dạng khác nhau - Chiều dày của các lớp có biến dạng khác nhau thay đổi trong phạm vi của một móng

- Sự tồn tại của các lớp và lớp xen kẽ có khả năng bị cắt nguy hiểm (thường gặp nhất là đất có thành phần sét, ướt hoặc ngậm nước: đất sét, đất á sét, á cát)

Đối với một mô hình địa thấm, các "khâu yếu" là các yếu tố sau: - Tồn tại của các lớp thấm nước mạnh:cát, sỏi, cuội

- Tồn tại của đất không ổn định xói

- Tồn tại của nước khoáng hóa, xâm thực các kết cấu bê tông và kim loại

6.4 Kích thước của ĐN-ĐCCT trong mô hình địa chất-công trình không được nhỏ hơn đáng kể so với

kích thước các phần tử kết cấu của móng công trình Trường hợp ngoại lệ là: ĐN-ĐCCT là vùng yếu của nền như: các lớp đất sét mỏng (các mặt trượt có thể xảy ra), trong nền thấm yếu, sự tồn tại của các thấu kính cát kích thước nhỏ khi có liên hệ thủy lực với nhau (các đường thấm)

Các tài liệu ban đầu cần dùng để xây dựng mô hình địa chất-công trình là:

- Các mặt cắt địa chất-công trình thu được từ kết quả khoan và nghiên cứu địa vật lý cùng với chỉ dẫn của ĐN-ĐCCT

- Cơ sở số liệu khoan với riêng từng ĐN-ĐCCT, cao trình tuyệt đối của đỉnh và đáy của các đơn nguyên - Cơ sở số liệu xác định các đặc trưng tính chất cơ-lý của đất trong riêng từng ĐN-ĐCCT

29 - Cơ sở số liệu về các kết quả thí nghiệm thấm với chỉ dẫn của ĐN-ĐCCT

- Bảng các đặc trưng tính chất tiêu chuẩn của riêng từng ĐN-ĐCCT - Xu hướng biểu hiện các đặc trưng tính chất của đất theo độ sâu

6.5 Các mô hình địa cơ, địa thấm tính toán của nền phải là tổng hợp của các đơn nguyên đất đá tính

toán (ĐN-ĐĐTT), mỗi đơn nguyên được xác định bởi một bộ các đặc trưng cần thiết cho tính toán (hoặc cho thực nghiệm) Việc xây dựng các mô hình tính toán cần dựa trên các sơ đồ địa chất-công trình Đối với cùng một đối tượng, khi cần thiết có thể thành lập một số sơ đồ tính toán, mỗi sơ đồ phải được gắn với một phương pháp và loại tính toán (hoặc thực nghiệm) cụ thể

6.6 Việc gộp hoặc phân tách ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT cần được thực hiện theo các yêu cầu được nêu

trong Phụ lục XIII Để xác định ranh giới các ĐN-ĐCCT, cùng với kết quả thí nghiệm trong phòng của đất cần sử dụng các số liệu nghiên cứu hiện trường bằng các phương pháp xuyên tĩnh và xuyên động, cắt cánh và bằng các phương pháp khác Tiến hành kiểm tra độ chính xác của việc phân tách ĐN-ĐCCT bằng cách so sánh các giá trị thực tế của hệ số biến động các đặc trưng với các giá trị cho phép theo Phụ lục XIII

Khi gộp hoặc phân tách ĐN-ĐĐTT cần sử dụng tất cả các đặc trưng trong sơ đồ tính toán được xét

6.7 ĐN-ĐCCT và ĐN-ĐĐTT nhận giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng cơ lý của đất đá được

xác định theo Phụ lục XIV

7 Tính toán ổn định (khả năng chịu tải) của nền 7.1 Quy định cơ bản

7.1.1 Tính toán ổn định (khả năng chịu tải) của hệ "công trình-nền" cần được tiến hành theo trạng thái

giới hạn nhóm thứ nhất cho tất cả các cấp công trình; tính toán ổn định sườn dốc cần được tiến hành tùy thuộc vào kết quả phá hoại theo trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất hoặc nhóm thứ hai phù hợp với

Ở đây, Ntt và R - là các giá trị tính toán tương ứng của lực gây trượt và lực chống giới hạn hoặc mô men

của các lực có xu hướng làm dịch trượt (quay) và giữ ổn định hệ "công trình-nền" hoặc sườn dốc Khi

xác định Ntt và R , cần sử dụng các hệ số tin cậy về tải trọng Kf và về đất Kđ, được quy định theo các mục 7.1.3 và 5

Các hệ số Kn, nc lấy theo 4.5, hệ số điều kiện làm việc m lấy theo Bảng 5

30

Bảng 5 - Hệ số điều kiện làm việc m

Loại công trình và nền Hệ số điều kiện làm việc m

Công trình trọng lực:

bê tông, bê tông cốt thép, kim loại và các công trình khác trên nền đất và đá nửa cứng

1,0 Công trình trọng lực bê tông, bê tông cốt thép trên nền đá (trừ các công

trình chắn giữ) đối với các mặt trượt tính toán:

Mái dốc tự nhiên và sườn dốc Mái dốc nhân tạo

1,0 0,95 C H Ú T H Í C H - Trong Bảng 5:

Т - lực gây trượt bằng hình chiếu của tổng tải trọng tính toán theo phương trượt E - lực chống trượt cùng phương với T

7.1.3 Khi xác định các tải trọng tính toán, các hệ số tin cậy về tải trọng Kf lấy theo Phụ lục XVIII C H Ú T H Í C H

1) Trong những trường hợp khi các tính toán không dùng hợp lực, mà dùng hình chiếu của hợp lực, các hệ số tin cậy về tải trọng cần áp dụng cho hợp lực hoặc lấy như nhau (tăng hoặc giảm) cho tất cả các hình chiếu

2) Tất cả các tải trọng do đất (áp lực thẳng đứng do trọng lượng của đất, áp lực hông của đất), cần

được xác định theo giá trị các đặc trưng tính toán của đất tgφI,II, cI,II, I,II, trong đó các hệ số tin cậy theo tải trọng được lấy bằng một Trong trường hợp này, giá trị các đặc trưng tính toán được lấy lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị tiêu chuẩn của đất, tùy thuộc vào giá trị nào dẫn đến các điều kiện tải trọng bất lợi cho hệ thống "công trình-nền"

3) Tổ hợp các tải trọng và tác động cần được xác định tùy thuộc vào khả năng tác dụng đồng thời của chúng trong thực tế lên công trình Khi đó bất kỳ tải trọng ngắn hạn nào cũng không được đưa vào tổ hợp nếu tải trọng đó làm tăng ổn định của công trình

4) Nếu khi xác định trị số tính toán của các tải trọng mà không thể biết giá trị Kf nào (lớn hơn hay nhỏ

hơn) sẽ dẫn đến trường hợp tác dụng tải trọng bất lợi nhất lên công trình, thì cần phải tiến hành tính toán so sánh với cả hai giá trị hệ số tin cậy về tải trọng

7.1.4 Tính toán ổn định của hệ "công trình-nền" và mái dốc được thực hiện bằng các phương pháp có

xét đến tất cả các điều kiện cân bằng ở trạng thái giới hạn

Cho phép áp dụng cả các phương pháp tính toán khác có kết quả được kiểm tra bằng kinh nghiệm thiết kế, thi công và khai thác công trình

Trong tính toán ổn định, cần xem xét tất cả các sơ đồ vật lý và động học có thể xảy ra về mất ổn định

31 công trình, hệ "công trình-nền", sườn dốc

7.1.5 Việc tính toán cần được thực hiện đối với các điều kiện của bài toán phẳng hoặc không gian Các

điều kiện bài toán không gian được thỏa mãn nếu l < 3b hoặc l < 3h (đối với công trình ván cừ và sườn dốc) hoặc nếu mặt cắt ngang công trình, các tải trọng, điều kiện địa chất thay đổi theo chiều dài l < 3b (<3h), trong đó l và b tương ứng là chiều dài và chiều rộng của công trình, h - chiều cao của công

trình, có xét đến độ chôn sâu của công trình hoặc của cọc ván trong đất nền

Đối với hệ "công trình-nền" và sườn dốc làm việc trong điều kiện không gian, được phép sử dụng phép giải bài toán không gian hoặc phép giải bài toán phẳng có xét đến lực ma sát và lực dính dọc theo các mặt bên của khối đất trượt và công trình Khi đó đối với các công trình có mặt bên cố định, song song với phương trượt, áp lực lên mặt bên được lấy bằng áp lực tĩnh

7.2 Tính toán ổn định công trình trên nền đất

7.2.1 Trong tính toán ổn định công trình trọng lực trên nền đất, cần xét đến khả năng mất ổn định

theo các sơ đồ trượt phẳng, trượt hỗn hợp và trượt sâu Việc lựa chọn sơ đồ tùy thuộc loại công trình, đặc trưng phân loại nền, sơ đồ tải trọng và các yếu tố khác Cần lưu ý rằng các sơ đồ trượt kể trên có thể xảy ra cả với dạng trượt tịnh tiến, cũng như với trượt quay trong mặt bằng

Đối với các công trình có nền là mái dốc tự nhiên hay nhân tạo hoặc nền là đỉnh của mái dốc, cũng cần xét đến sơ đồ phá hoại chung của mái dốc cùng với công trình

Đối với các công trình cấp đặc biệt, ngoài các tính toán ổn định nêu trên, cần tiến hành đánh giá mức độ ổn định dựa trên cơ sở phân tích kết quả tính toán trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền"

7.2.2 Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng cần được tiến hành cho tất cả các công

trình chịu lực đứng và ngang

Chỉ tiến hành tính toán ổn định đối với công trình theo sơ đồ trượt phẳng trong các trường hợp sau:

1) Nền công trình được cấu tạo bởi đất cát, đất hạt thô, đất bụi-sét trạng thái cứng IL< 0 và nửa cứng 0

 IL  0,25 khi thỏa mãn điều kiện:

a) Đối với các trường hợp tải trọng đều và lệch tâm về phía thượng lưu công trình:

2) Nền công trình được cấu tạo bởi các đất dính dẻo cứng (0,25 < IL  0,5) và dẻo mềm (0,5 < IL  0,75) khi thỏa mãn điều kiện (6) hoặc (7) và các điều kiện dưới đây:

 - ứng suất pháp trung bình tương ứng với chiều rộng b và b*;

b - chiều rộng đáy móng chữ nhật của công trình song song với lực cắt (không kể chiều dài của lớp phủ

dạng neo); b* = b - 2ер;

еp - độ lệch tâm về phía hạ lưu công trình của lực pháp tuyến P tại mặt phẳng đáy, bằng khoảng cách từ

điểm giao với đáy móng của hợp lực của tất cả các lực đến trục công trình;

 I - trọng lượng riêng của đất nền được lấy dưới mực nước có xét đến tác dụng đẩy nổi;

N0 - chỉ số không thứ nguyên, lấy N0 = 1 đối với cát chặt; N 0 = 3 đối với các loại đất còn lại

IL - chỉ số sệt (độ sệt);

tgI - giá trị tính toán của hệ số kháng cắt;

tgφI, cI, cu,I - giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền của đất nền có xét đến độ cố kết dưới tải trọng công trình vào thời điểm tính toán;

c - hệ số độ cố kết của đất;

k - hệ số thấm của đất;

е - hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên; t0 - thời gian xây dựng công trình;

а - hệ số nén lún, được xác định có xét đến biến đổi của e và σ trên toàn bộ phạm vi biến đổi tải trọng

lên nền;

w - trọng lượng riêng của nước;

h0 - chiều dày tính toán của lớp cố kết; đối với công trình có chiều rộng đáy là b và trên phần bd được

bố trí thiết bị tiêu nước, chiều dày h0 được lấy như sau:

b) Đối với nền hai lớp với chiều dày các lớp là h1 và h2:

- Khi có lớp không thấm và khi k1  k2 (h1 + h2  Нс)

1) Mặt thượng lưu công trình được xem là mặt chịu tác dụng của lực gây trượt; mặt hạ lưu công trình là mặt ở phía mà khả năng dịch chuyển đang được tính toán kiểm tra

2) Mục này không áp dụng cho các trường hợp, khi các đặc điểm của kết cấu hoặc công trình và cấu tạo địa chất nền, cũng như sự phân bố tải trọng đã định trước được hình thức trượt sâu

7.2.3 Khi tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng phải lấy mặt trượt tính toán như sau:

- Khi công trình có đáy phẳng, mặt trượt tính toán là mặt phẳng tựa của công trình lên nền, và nhất thiết phải kiểm tra ổn định theo mặt trượt nằm ngang đi qua cạnh đáy móng thượng lưu (việc lựa chọn đáy ngang phẳng của công trình cần phải có luận cứ rõ ràng)

- Khi đáy móng công trình có chân khay thượng và hạ lưu:

▪ Khi chiều sâu đặt chân khay thượng lưu bằng hoặc lớn hơn chiều sâu đặt chân khay hạ lưu, mặt phẳng trượt tính toán là mặt phẳng đi qua đáy các chân khay, cũng như mặt phẳng nằm ngang đi qua đáy chân khay thượng lưu

▪ Khi chiều sâu đặt chân khay hạ lưu lớn hơn chiều sâu đặt chân khay thượng lưu, mặt trượt tính toán là mặt phẳng nằm ngang đi qua đáy chân khay thượng lưu (khi đó tất cả các lực phải được tính ứng với mặt phẳng đó, riêng áp lực nước và áp lực bị động của đất từ phía hạ lưu phải được xác định theo mặt phẳng đi qua đáy chân khay hạ lưu)

- Khi trong nền công trình có lớp đệm đá, mặt trượt tính toán là mặt tiếp xúc giữa công trình với lớp đệm và giữa lớp đệm với đất; khi có lớp đệm đá đặt sâu trong đất thì cũng cần xét đến các mặt phẳng nghiêng hoặc các mặt gẫy khúc đi qua đệm

- Khi trong nền có các vùng, các lớp hoặc các lớp xen kẹp là đất yếu thì cần đánh giá mức ổn định của công trình đối với các mặt phẳng tính toán đi qua các vùng hoặc các lớp đất này

34

7.2.4 Khi tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng (không quay) với mặt trượt nằm ngang,

các giá trị R = Rph và Ntt trong điều kiện (5) phải xác định theo các công thức:

Rph - giá trị tính toán của lực chống giới hạn khi trượt phẳng;

Р - tổng các thành phần tải trọng đứng tính toán (bao gồm áp lực ngược);

tgφI, cI, cu,I - các đặc trưng độ bền của đất trên mặt trượt tính toán, trong đó cI, cu,I chỉ được tính trên phần diện tích nền không có ứng suất kéo;

m - hệ số điều kiện làm việc, xét đến quan hệ giữa phản áp lực đất từ phía hạ lưu công trình với

chuyển vị ngang của công trình, lấy theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm hoặc lý thuyết; khi không có

kết quả nghiên cứu, giá trị m' được lấy bằng 0,7;

Еb,hl, Еc,tl - tương ứng là giá trị tính toán của các thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động từ phía

hạ lưu công trình và áp lực đất chủ động từ phía thượng lưu;

А - diện tích hình chiếu trên mặt trượt đáy công trình có xét đến lực dính; Rg - thành phần lực chống ngang của cọc, neo, v.v ;

Ntt - giá trị tính toán của lực gây trượt;

Ttl , Thl - tổng các giá trị tính toán của thành phần lực chủ động nằm ngang tác dụng từ phía mặt thượng lưu và hạ lưu công trình, trừ áp lực chủ động của đất

CHÚ THÍCH - Đối với nền phân lớp theo hướng thẳng đứng và xiên, các giá trị tgφI và сI cần được xác định theo Phụ lục IV là giá trị trung bình có trọng số các đặc trưng của các lớp đất, có xét đến sự phân

bố lại ứng suất pháp tiếp xúc giữa các lớp tỷ lệ với các môđun biến dạng E của các lớp

7.2.5 Nếu lực gây trượt tính toán Ntt có độ lệch tâm trong mặt đáy móng eF 0,05 lb, thì cần tính

toán ổn định của công trình theo sơ đồ trượt phẳng có quay trong mặt bằng (l và b là kích thước các

cạnh đáy móng hình chữ nhật)

Độ lệch tâm eF và lực chống giới hạn khi trượt phẳng có quay trong mặt bằng Rph,q = t Rph cần được xác

định đối với trọng tâm của biểu đồ phân bố ứng suất cắt giới hạn τgh = σ tgφI + сI dọc theo đáy móng công trình (xem Phụ lục V)

7.2.6 Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt sâu cần được tiến hành cho các trường hợp sau:

- Đối với tất cả các loại công trình chỉ chịu tải trọng thẳng đứng

- Khi không thỏa mãn các điều kiện nêu trong mục 7.2.2 - đối với các công trình chịu tải trọng đứng và

35 ngang và được đặt trên nền không đồng nhất

7.2.7 Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt hỗn hợp cần được tiến hành đối với các công trình

chịu tải trọng đứng và ngang và được đặt trên nền đồng nhất, nếu các điều kiện trong mục 7.2.2 không thỏa mãn

7.2.8 Tính toán ổn định công trình trên nền đồng nhất theo sơ đồ trượt sâu và trượt hỗn hợp được

phép thực hiện bằng các phương pháp của lý thuyết cân bằng giới hạn (xem Phụ lục VI), còn trên nền không đồng nhất thì được phép sử dụng phương pháp phân chia thành các phần tử lăng thể phá hoại theo các mặt trượt dạng gẫy khúc hoặc dạng trụ tròn

7.2.9 Độ ổn định của công trình cấp đặc biệt cũng cần được đánh giá bằng cách mô phỏng số sự phá

hoại của nền Trạng thái ứng suất-biến dạng (TTƯS-BD) của hệ "сông trình-nền" trong mô phỏng này được xác định theo mô hình đất phi tuyến để tạo ra các trường ứng suất tĩnh cho phép Giá trị các tham số mô hình đất phi tuyến được xác định theo giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng biến dạng và theo giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền của đất nền

Để mô phỏng số sự phá hoại khi tính toán TTƯS-BD của hệ thống, các tải trọng tác dụng lên công trình

được tăng lên theo một tỷ lệ hoặc các chỉ tiêu chống cắt tgφI và сI được giảm theo một tỷ lệ Sự bắt đầu hiện tượng phá hoại trong các tính toán như vậy có thể được suy đoán theo thời điểm gia tăng mạnh các chuyển vị tính toán, đạt đến biến dạng tới hạn hoặc quá trình giải lặp bài toán phi tuyến không hội tụ Hệ số vượt tải hoặc hệ số giảm độ bền cắt đạt được tại thời điểm phá hoại được lấy làm hệ số ổn định

7.2.10 Khi tính toán ổn định của công trình trên nền đất sét-bụi có độ bão hòa nước Sr  0,85 và hệ số cố kết cv0 4, cần xét đến trạng thái không ổn định của đất nền theo một trong các phương pháp sau:

- Dùng các đặc trưng độ bền tgφI và сI, tương ứng với độ cố kết của đất nền vào thời điểm tính toán

(nghĩa là ứng suất tổng) hoặc cu,I , trong đó không xét đến sự tồn tại của áp lực nước lỗ rỗng dư gây ra

do cố kết của đất

- Xét đến tác dụng trên mặt trượt của áp lực nước lỗ rỗng dư xuất hiện khi cố kết đất (được xác định

bằng thực nghiệm hoặc tính toán), và sử dụng giá trị các đặc trưng độ bền tgφI' và сI', tương ứng với

trạng thái cố kết hoàn toàn của đất (nghĩa là ứng suất hiệu quả)

7.2.11 Khi tính toán ổn định công trình trên nền đất bão hòa nước, ngoài chịu tải trọng tĩnh còn chịu

tải trọng động, cần xét ảnh hưởng của tải trọng động đến khả năng chịu tải của đất, làm giảm sức chống trượt không thoát nước của đất dính (ngược với kết quả được xác định trong điều kiện tĩnh) và xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất rời Áp lực nước lỗ rỗng dư khi đó được xác định bằng tính toán hoặc theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm

7.3 Tính toán ổn định công trình trên nền đá

7.3.1 Tính toán ổn định của công trình trên nền đá, các mái dốc và sườn dốc đá cần thực hiện theo sơ

36

đồ trượt trên các mặt phẳng hoặc gẫy khúc Khi đó kết quả tính toán theo sơ đồ cho độ tin cậy nhỏ nhất của công trình (mái dốc, sườn dốc) là quyết định

Đối với các công trình chắn giữ bằng bê tông và bê tông cốt thép trên nền đá cũng cần xét đến sơ đồ quay (lật) giới hạn

Với mặt trượt tính toán là phẳng cần xét hai sơ đồ phá hoại ổn định có thể xảy ra sau đây: - Trượt tịnh tiến

- Trượt quay trong mặt bằng

Với mặt trượt tính toán gẫy khúc cần xét ba sơ đồ tính toán có thể xảy ra: - Trượt dọc theo các cạnh của mặt gẫy khúc (trượt dọc)

- Trượt ngang các cạnh của mặt gẫy khúc (trượt ngang) - Trượt xiên góc với các cạnh của mặt trượt gẫy khúc

Khi lựa chọn sơ đồ tính toán cần xuất phát từ các sơ đồ tĩnh và động có thể xảy ra mất ổn định công trình và phá hoại độ bền của nền, và cần xét đến các mặt nguy hiểm là các mặt gắn kết với các ranh giới suy yếu khác nhau (như mặt tiếp xúc của công trình và nền, hệ thống khe nứt hoặc các khe nứt riêng rẽ, các đứt gãy, các vùng phân cắt trong khối đá), cũng như các mặt đi qua bên trong khối đá nứt nẻ theo các hướng không trùng với các khe nứt

Tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể, cần xem xét khả năng mất ổn định của công trình có kèm hoặc không kèm một phần của nền

7.3.2 Khi tính toán ổn định, các mặt nguy hiểm có thể xảy ra là các mặt trượt đi qua:

- Vùng tiếp xúc của công trình và nền - Bên trong nền

- Một phần theo mặt tiếp xúc và một phần bên trong nền

Khi đó cần lưu ý rằng, dạng đầu tiên trong số các dạng mặt trượt kể trên thường xảy ra nhiều nhất đối với các công trình trên nền có mặt nằm ngang (hoặc gần ngang) trong phạm vi tiếp xúc với công trình, cũng như bên ngoài (đối với các đập trọng lực và đập trụ chống, tường chắn) Dạng mặt trượt thứ hai và ba thường xảy ra nhiều nhất đối với công trình xây dựng trong khe lũng hẹp hoặc có móng đặt sâu trong nền, kể cả đối với đập trọng lực, đập vòm hoặc tường chắn đất, trên sườn dốc đứng, cũng như công trình có móng bậc thang

7.3.3 Việc lựa chọn sơ đồ phá hoại ổn định của công trình hoặc mái dốc (sườn dốc) và việc xác định

mặt trượt tính toán cần được thực hiện có sử dụng các số liệu phân tích mô hình cấu trúc địa chất-công trình phản ánh những yếu tố cơ bản về tính nứt nẻ của khối đá (hướng, chiều dài, bề dày, độ nhám bề mặt kẽ nứt, mật độ nứt nẻ) và sự tồn tại các lớp xen kẹp và các vùng yếu

37 Khi đánh giá tính ổn định của mái dốc đá, cần xét đến bản chất phá hoại được xác định phần lớn bởi cấu tạo (cấu trúc) địa chất và các đặc trưng địa cơ của khối đá, trên cơ sở phân tích này có thể tiến hành chọn sơ đồ tính toán và phương pháp tính toán

Đối với các mái dốc đá, các mặt yếu của khối đá (các khe nứt, các lớp xen kẹp yếu, các đới kiến tạo v,v…) có khả năng gây nguy hiểm

7.3.4 Khi đánh giá ổn định của các khối tựa bờ của công trình thủy công (ví dụ, của đập vòm) hoặc bất

kỳ khối đá nào khác có mặt trượt gẫy khúc, trong đó sự dịch chuyển của khối có thể được xem là bao gồm các chuyển động theo hai hướng giao nhau, thì cần phải xét sự trượt xiên góc với các cạnh của mặt gẫy khúc (trượt dọc-ngang)

Phương pháp đánh giá ổn định của khối tựa bờ phải dựa trên các giả định ban đầu sau đây: - Khối đá tựa tính toán được coi là vật rắn không biến dạng

- Chỉ xét đến các lực mà không xét đến các mômen của chúng

- Vectơ chính của các lực chủ động tác dụng lên khối được phân thành các thành phần theo phương vuông góc với các mặt trượt và phương của đường giao nhau

- Điều kiện xác định động học của chuyển vị của một khối, bao gồm các chuyển vị ảo theo hai phương giao nhau, là phương của vectơ chính của các lực tác dụng xiên góc với các cạnh của mặt trượt gẫy khúc (trượt dọc-ngang)

- Điều kiện để chuyển từ trượt theo các mặt của góc nhị diện dọc theo đường giao nhau sang trượt theo một trong các mặt phẳng là, thành phần vectơ chính (của các lực tác dụng) vuông góc với một mặt trượt khác có giá trị bằng không hoặc âm

- Độ tin cậy của mố tựa bờ được xác định bằng kết quả tính toán khối có tính ổn định nhỏ nhất trong các khối được chọn

7.3.5 Đánh giá ổn định của công trình trên nền đá, mái dốc và sườn dốc đá cũng nên tiến hành trên cơ

sở phân tích các kết quả mô phỏng số trạng thái ứng suất-biến dạng của hệ "công trình-nền" Để đánh giá ổn định theo TTƯS-BD của hệ "công trình-nền" đối với nền đá, nên sử dụng phương pháp mô phỏng số sự phá hoại tương tự như trình bày trong mục 7.2.9

7.3.6 Khi tính toán ổn định công trình và sườn đá dốc theo sơ đồ trượt dọc theo biên mặt gẫy khúc,

thường gặp nhất là trường hợp khối tính toán trượt trên hai mặt phẳng (tạo thành góc nhị diện) theo phương dọc theo biên Sơ đồ tính toán này áp dụng cho khối đá hoặc công trình được xem là một thể cứng thống nhất Các lực tác dụng lên khối lăng thể phá hoại tính toán tại bất kỳ điểm hoặc vùng nào, được coi là tác động lên toàn bộ khối Khi đánh giá ổn định của khối tựa bờ các công trình thủy công (ví dụ đập vòm) theo sơ đồ đã cho thì chuyển vị có thể xảy ra của khối tính toán theo chiều ngang mặt trượt lăng thể (ngang với biên) không được xét đến

7.3.7 Khi tính toán ổn định của công trình và mái dốc (sườn dốc) đá theo sơ đồ trượt tịnh tiến và trượt

Т - lực gây trượt chủ động (hình chiếu của hợp lực tính toán theo phương trượt);

Pi – hợp lực của các ứng suất (lực) pháp tuyến trên phần thứ i của mặt trượt do tải trọng tính toán gây ra;

Rg - lực cản ngược hướng trượt do lực neo, v.v gây ra;

n - số phần mặt trượt được xác định có xét đến tính không đồng nhất của nền về độ bền và biến dạng;

tgφI,II,i và сI,II,i - giá trị tính toán các đặc trưng của đá cho các phần thứ i của mặt trượt tính toán được

xác định theo yêu cầu của mục 5;

Ai - diện tích phần thứ i của mặt trượt tính toán;

Ed - lực chống tính toán của khối tựa (khối đắp) được xác định theo mục (7.3.8)

7.3.8 Giá trị lực chống tính toán của khối tựa hay khối đắp được xác định theo công thức

, ,

dcp d

trong đó:

Еp,d - giá trị tính toán của lực chống bị động

Đối với khối tựa có chứa các mặt yếu theo đó khối này có thể bị trượt, gía trị Еp,d cần được xác định

không xét tới các đặc trưng tgφ và с tại mặt tựa theo công thức

Qg - trọng lượng của lăng thể ép trồi;

А - diện tích mặt trượt của lăng thể ép trồi;

 - góc nghiêng của mặt trượt (mặt yếu) của lăng thể ép trồi với đường nằm ngang;

φI,II, сI,II - giá tri các đặc trưng tính toán của đất theo mặt trượt (ép trồi);

 - hệ số điều kiện làm việc, được lấy tùy thuộc vào tỷ lệ giữa mô đun biến dạng của khối tựa (đất

  c được xác định theo nội suy tuyến tính;

Еr - áp lực đất tĩnh được xác định theo công thức

 - trọng lượng riêng của đất khối tựa (đất đắp);

v - hệ số biến dạng hông của đất khối tựa;

h - chiều cao tựa tại nơi tiếp giáp với công trình hoặc mái dốc

C H Ú T H Í C H

1) Sức chống của khối tựa chỉ được xét đến trong trường hợp công trình hoặc mái dốc đảm bảo tiếp xúc chặt chẽ với khối tựa

2) Lực Еp,d cần được coi là nằm ngang không phụ thuộc vào độ nghiêng của mặt khối tựa

7.3.9 Tính toán ổn định của công trình và mái dốc (hoặc sườn dốc) đá theo sơ đồ trượt ngang được

thực hiện bằng cách chia lăng thể phá hoại (trượt) thành những phần tử tương tác nhau

Việc chia lăng thể phá hoại (trượt) thành các phần tử được tiến hành theo đặc tính của mặt trượt, cấu trúc của lăng thể khối đá và sự phân bố của lực tác dụng Trong phạm vi của mỗi phần tử dọc theo mặt trượt các đặc trưng độ bền của đá xem như không đổi

Việc lựa chọn các hướng để phân chia lăng thể phá hoại thành các phần tử và phương pháp tính toán cần được tiến hành tùy theo cấu trúc địa chất của khối Khi có các mặt yếu đi qua lăng thể phá hoại (trượt), làm lăng thể có thể đạt cân bằng giới hạn thì các mặt tương tác giữa các phần tử cần được bố trí dọc theo các mặt yếu này

Việc tính toán ổn định công trình và mái dốc (sườn dốc) đá theo sơ đồ trượt ngang trong các điều kiện bài toán phẳng được tiến hành tùy thuộc vào hướng lựa chọn để phân chia lăng thể phá hoại (trượt) thành những phần tử tương tác theo phương pháp tính toán bất kỳ, thỏa mãn các điều kiện cân bằng giới hạn cho mỗi phần tử tính toán (nhóm các phần tử) của lăng thể, cũng như cho toàn bộ lăng thể phá hoại (trượt) nói chung Cho phép sử dụng các phương pháp tính toán ổn định không đáp ứng đầy

40

đủ các điều kiện trên, tuy nhiên các phương pháp này cần được xác nhận bằng thực tế và được sử dụng trong phạm vi khi có kết quả tính toán đồng nhất với kết quả tính toán ổn định theo các phương pháp thỏa mãn mọi điều kiện cân bằng giới hạn

7.3.10 Để đánh giá ổn định công trình trên nền đá và mái dốc đá thuộc cấp đặc biệt, khi điều kiện địa

chất-công trình phức tạp, ngoài việc tính toán nên tiến hành nghiên cứu trên mô hình

Khi nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình nền công trình hoặc sườn dốc đá, để phù hợp với điều kiện tương tự về cơ học (của đá tự nhiên và vật liệu mô hình) cũng cần tái tạo những đặc điểm quan trọng nhất của khối tự nhiên: cấu trúc của khối đá, tính không đồng nhất và không đẳng hướng của các đặc tính cường độ và biến dạng Khi đó trước hết cần phản ánh những phá hoại có thể gây nguy hiểm (khe nứt, đứt gẫy) của khối đá tự nhiên

7.3.11 Khi tính toán ổn định công trình và mái dốc (sườn dốc) đá theo sơ đồ trượt quay trên mặt bằng

cần xét tới khả năng suy giảm sức chống trượt R so với giá trị lực được xác định theo giả định chuyển động tịnh tiến (xem Phụ lục V )

8 Tính toán thấm của nền

8.1 Khi thiết kế nền các công trình thủy công cần đảm bảo độ bền thấm của đất, xác lập lưu lượng

thấm cho phép theo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật và áp lực đẩy nổi của nước thấm lên đáy công trình Tùy thuộc vào sự bố trí kết cấu của đường biên dưới đất của công trình và các đặc trưng địa chất thủy văn của nền cần xác định:

- Sự phân bố cột nước áp lực của dòng thấm dọc theo đường biên dưới đất của công trình tại mỗi mặt cắt lựa chọn (tuyến định hướng) của vùng nền tính toán

- Lưu lượng và gradien cột nước áp lực của dòng thấm trong vùng nền tính toán, đặc biệt tại chỗ nối tiếp của các đơn nguyên đất đá tính toán (ĐN-ĐĐTT) có sự khác biệt rõ rệt về tính thấm, và tại khu vực xả dòng (khi rò ra mái, vào các thiết bị thoát nước)

- Tác dụng lực của dòng thấm lên khối đất nền

- Độ bền thấm tổng thể và cục bộ của đất trong nền, trong đó độ bền thấm tổng thể cần được đánh giá đối với đất nền, còn độ bền thấm cục bộ được đánh giá đối với tất cả các loại đất đá

- Hàm lượng ôxít mangan hoặc sắt ở dạng hòa tan trong nước ngầm để ngăn chặn việc xả nước này vào các thiết bị tiêu nước hoặc để lựa chọn các kết cấu tiêu nước đặc biệt có khả năng chống lại sự ứ đọng hóa chất gồm các hợp chất mangan hoặc sắt không hòa tan

- Độ ổn định về xói ngầm hóa học của đất được xi măng hóa bởi thạch cao và các khoáng chất khác chứa trong đất có thành phần hòa tan trong nước

- Kết cấu và đặc điểm bố trí hệ thống tiêu nước và chống thấm của nền công trình, cũng như sơ đồ bố trí các thiết bị đo và ghi, nhờ đó có thể kiểm soát các thông số của dòng (trường) thấm và sự ổn định