Công trình thủy lợi - Chương 6

Thi công công trình thuỷ lợi là môn khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật, tổ chức và quản lý để tiến hành thi công các công trình thuỷ lợi một cách nhanh, tốt, rẻ, an toàn

Chương 6

ĐẬP ĐÁ 6.1 Khái niệm chung

6.1.1 Khái niêm chung

Đập đá là loại đập được xây dựng bằng đá Đá được đổ tự do hoặc xếp xây khan, không cần chất dính kết Đây là một loại đập được xây dựng ở những nơi có nhiều đá giao thông thuận lợi

Những đập được xây dựng bằng đá, khai thác ở mỏ không gia công được gọi là đập

đá đổ Những đập được xây dựng bằng đá theo một trình tự nhất định gọi là đập đá xây khan

6.1.2 Phân loại đập đá

Căn cứ vào phương pháp xây dựng và những vật liệu chủ yếu làm thân đập người ta phân loại như sau:

6.1.2.1 Đập đá đổ

Đập đá đổ gồm hai bộ phận chủ yếu: khối đá đổ và thiết bị chống thấm Đập đá đổ

có hai loại: đập đá đổ có thiết bị chống thấm kiểu tường nghiêng và kiểu tường tấm 6.1.2.2 Đập đá xếp (xây khan)

So với đập đá đổ, đập đá xếp yêu cầu hình dạng, kích thước và loại đá khắt khe hơn.Thi công cần kỹ hơn, mái dốc khoảng 1:0,5 ÷1:0,7 Thiết bị chống thấm thường là loại tường nghiêng cứng

6.1.2.3 Đập đá nửa đổ, nửa xếp

Là loại đập phần thân thượng lưu là đá xếp, phần thân hạ lưu là đá đổ Trên mái đập thượng lưu bố trí thiết bị chống thấm

6.1.2.4 Đập hỗn hợp

Thường dùng nhất là loại đập đá, đất hỗn hợp, đất chiếm một nửa hoặc quá nửa thể tích đập phần thượng lưu thường làm bằng đất để tạo thành thiết bị chống thấm

Hình 6- 1: cấu tạo đập đá a: đập đá nửa đổ, nửa xếp b: đập hỗn hợp

Người ta còn dùng đập đá và bêtông hỗn hợp, khối bêtông được bố trí ở thân đập thượng lưu, có tác dụng là tường chắn, đồng thời có tác dụng chống thấm

6.1.3 Đặc điểm làm việc

Yêu cầu về nền không cao như đập bê tông trọng lực Là loại đập thoát nước tốt nên không gây áp lực đẩy ngược, không gây nguy hiểm đối với thân đập như đập đất Thi công cơ giới tốt trong tất cả các mùa Đập đá thường lún nhiều do đó có thể gây nứt nẻ hoặc phá hoại thiết bị chống thấm

6.1.3.1 Biến dạng hình lún của đập đá

Dưới tác dụng của áp lực nước và trọng lượng bản thân, nền đập và thân đập có thể

bi lún, biến hình lún của thân đập chủ yếu là do những chỗ tiếp xúc giữa các hòn đá bị phá hoại gây ra.Vì vậy kích thước và hình dạng của viên đá xác định bằng phẳng tránh các điểm và các góc tiếp xúc nhiều

Biến hình thân đập gồm 3 phần: lún thẳng đứng, di động nằm ngang về phía hạ lưu,

di động từ hai bờ vào giữa Hiện tượng lún do nhiều nguyên nhân gây ra: độ cứng cấp phối hạt hình, dạng viên đá, phương pháp thi công, địa hình và địa chất lòng sông

Theo tài liệu thực đo: độ lún của đập đá bằng 0,62 ÷5% chiều cao đập, áp lực nước thượng lưu làm đập di động ngang về phía hạ lưu bằng (0.5÷1) lần độ lún thẳng đứng 6.1.3.2 Yêu cầu đối với đá làm đập

+ Yêu cầu cơ bản: đủ cường độ, chống được tác dụng phong hoá chịu tải tốt;

+ Đập cao H<15m thì ứng suất nén của đá σn ≥ 500 ÷ 600 kg/cm2;

+ Đập cao H> 15m thì ứng suất nén của đá σn ≥ 700 ÷ 800 kg/cm2;

+ Đá chọn loại hình cầu hoặc hình tròn tốt nhất vì đá dẹt dễ gãy khi lún, khối đá càng lớn càng ít lún, mái dốc đứng nên đỡ tốn đá trọng luợng đập giảm

Quy định: - Cạnh dài nhất /cạnh nắn nhất không lớn hơn 3÷3,5

- Trọng lượng nhỏ nhất của đá hộc không bé hơn 80kg, đập cao đá

có trọng lượng ≤80kg chiếm 20÷30% Đá nhỏ nhét vào khe rỗng làm giảm biến hình thân đập nhưng nếu dùng nhiều đá nhỏ quá làm tăng lún và giảm ổn định mái đập lượng đá nhỏ bằng 3÷5% rất ít khi dùng đến 7%

6.1.3.3 Yêu cầu đối với nền đất

Nền yêu cầu cao hơn đối với nền đập đất trên các nền đá đều xây các đập đá, khi nền yếu không thích hợp xây đập đá vì sẽ hỏng thiết bị chống thấm Để đề phòng thấm khi xây dựng đập đá người ta bố trí một lớp cuội, sỏi trên mặt tiếp giáp giữa nền và đập,

có khi phải làm một tầng lọc ngược, trước khi thi công đổ đá người ta xếp một lớp đá dày 1÷1.5 m để bảo vệ nền

6.2 Hình dạng và kích thước đập đá

Cơ sở để chọn: đảm bảo về độ ổn định, chống thấm tốt đủ độ cao và giá thành hạ

6.2.1 Đỉnh đập

Chiều rộng xác định theo yêu cầu giao thông ,điều kiện thi công và quản lý khai thác Nếu không có giao thông B= 0,1H và không bé hơn 5m, với đập đá xây khan B=0.1H và không nhỏ hơn 4m

Cao trình đỉnh đập: không cho tràn nước và độ vượt cao của đập xác định giống đập đất

6.2.2 Mái dốc đập

Độ dốc mái đập phụ thuộc vào tính chất đá, chiều cao đập và cấp động đất tại vị trí

xây dựng

Đối với đập có tường nghiêng, mái hạ lưu m1 = 1:1,25÷1:1,5 Độ dốc mái trong

tường nghiêng m = 1:1÷1:1,35 mái ngoài 1:1,25

Đối với đập có tường lõi chống thấm mềm, để bảo đảm ổn định mái đập thoải hơn

+ Mái thượng lưu 1:1.75÷1:2;

+ Mái hạ lưu 1:1.75÷1:2.5

Đập đá đổ thì mái dốc xác định bằng thực nghiệm hiện trường thường 1:1,3÷1:1,4

Nếu cần tăng thêm ổn định ta làm thêm cơ ở mái dốc hạ lưu, cơ rộng 1÷2m phục

vụ cho việc đi lại, kiểm tra thi công

6.3 Thiết bị chống thấm cho đập đá

6.3.1 Tường nghiêng bằng đất

Cấu tạo giống như tường nghiêng bằng đất nhưng khác là dùng 2 tầng lọc ngược

Một tầng lọc ngược bố trí ở giữa hai khối đá và tường nghiêng có tác dụng chống xói

ngầm, một tầng lọc ngược ở giữa tường nghiêng và lớp phủ bảo vệ để chống tác dụng của

sóng và tăng ổn định của tường

Vật liệu làm tường nghiêng thường là đất thịt hoặc đất sét hỗn hợp với vật liệu hạt

thô hơn (bêtông, đất sét) Đất thấm nước ít thì chiều dày tường mỏng nhưng phải để ý

đến điều kiện thi công để bố trí máy đầm, nén và đảm bảo chống thấm tốt khi đập lún

không đều, bề dày mái tường nghiêng không bé hơn 0.1H

Hình 6- 2: Tường nghiêng bằng đất 1: đất 2: tường nghiêng 3: cát 4: đá chất 5: tầng lọc ngược

6.3.2 Tường nghiêng bằng bêtông bitum

Vật liệu làm tường nghiêng là một hỗn hợp gồm bitum và sỏi hoặc cuội theo một tỷ

lệ nhất định Nó có ưu điểm ít thấm nước rất mềm dẻo, dễ biến hình theo biến hình của

đập, tường nghiêng bằng bitum có hai loại

6.3.2.1 Loại có lớp phủ bảo vệ

Trên lớp đệm bằng bêtông hoặc đá cuội là một lớp bêtông dễ thoát nước rồi đến

tầng bêtum chống thấm.Ở mặt ngoài là lớp phủ bảo vệ gồm các bản bêtông hoặc bêtông

cốt thép, phía sau tường nghiêng là lớp đệm đá hộc

Hình 6- 3:

1.bản bêtông

2 bêt

3 lớp

4.Lớp đệm đá hộc 5.Lớp

nước

1.Bêtông bitum 2 Lớ

ợc ối đấ hộ để tạo mặt bằng dễ thi công Trong át nư ệ thống ống để tiêu nước thấm và tăng ổn định lớp bitum

m đựơc đổ trực tiếp lên lớp sỏi cuội dễ thoát nước, lớp đệm có bề dày

,4m được trải từng

lớp đệm đá xếp, khối đá xếp cần phải được thi công cẩn

ơn 0,2m và tỷ lệ chiều rộng trên bề dày khôn

ại có lớp phủ bảo vệ ại không có lớp phủ bảo vệ

ông bitum

đệm bêtông bêtông dễ thoát p đệm đá dăm

Lớp đệm bêtông đư đổ trực tiếp lên kh

lớp bêtông dễ tho

Lớp bitum đổ thành hai lớp mỗi lớp khoảng 6cm Loại bitum có độ dẻo lớn có thể đổ một lớp

6.3.2.2 Loại tường nghiêng bằng bêtông bitum không có lớp phủ bảo vệ

Bêtông bitu

0,4m với hạt cuội đường kính 2÷8cm, lớp bêtông bitum chống thấm dày 0

lớp khoảng 10cm

6.3.3 Tường nghiêng bằng bêtông cốt thép

Tường nghiêng nằm trên

thận, phải chọn đá có bề dày nhỏ nhất không bé h

g lớn hơn 3÷4 lần Độ rỗng khối đá xếp không lớn hơn 25÷ 30% Bề dày khối đá xếp lấy bằng 0.5hx (hx là độ cao từ mặt cắt tính toán đến đỉnh đập)

Có hai hình thức cấu tạo tường nghiêng

Hình 6- 4: Cấu tạo tường nghiêng đắp bằng BTCT

1 Tường nghiêng 2 Chân đanh bêtông 3 Lỗ phụt vữa

bêtông

Tầng đệm đá xây Đá đổ 6.Đá lát bảo vệ mái

Tấm bêtông cốt thép đúc tr c tiếp trên nền đá xếp, các khe nhiệt độ (thẳng góc trục đập) và các khe lún (khe ngang) chia tường thành những tấm ô vuông khoảng cách giữa

ượt dễ dàng trên mặt bitum do đó ít ảnh h

ấm dưới chân răng ,giữa tường nghiêng và răng

có kh

các khe bằng 10÷20 cm trong khe đặt tấm đồng chắn nước dày 1÷1.5 mm, chỗ nối tiếp hai tấm đồng cần bố trí dầm bêtông để đỡ bản mặt, dầm có kích thước 0,4x0,6÷0,7x1,2m được đặt trong khối đá xếp sau tường nghiêng ở chỗ tiếp giáp dầm và bản phải có bitum Chiều dày bản mặt ở đỉnh bằng 20÷30cm và tăng dần xuống dưới nhưng không lớn hơn (1/100÷2/100)hx

2 Tường nghiêng bêtông cốt thép nằm trên tầng đệm bằng bê tông, mặt có quét bitum Khi khối đá hạ lưu biến hình tường nghiêng tr

ưởng do khối đá hạ lưu biến hình

Tường nghiêng nối tiếp với nền bằng răng ,răng cắm vào đá rất sâu hơn 1m ,khi cần thiết có thể phụt vữa làm màng chống th

e phân cách đủ mềm dẻo để chỗ tiếp xúc không bị phá hoại khi bản mặt di động nhưng phải chống thấm tốt

Hình 6- 5:

1 Chân răng 2 Cốt thép 3 Khe 4 Đá xây khan 5 Bitum

6.3.4 Tư

ờng lõi

Hình 6- 6: Cấu tạo tường lõi

Tường lõi có thể dùng ốt thép, gỗ hoặc dùng hình thức mềm bằng đất, hình thức tường bị lún và chịu lực cắt

dễ sinh ra nứt nẻ

hình thức cứng: thép, bêtông c lõi cứng ít dùng vì khối đá lún

Loại tường lõi bằng đất được dùng tương đối nhiều đặc điểm là mặt trước và mặt sau tường lõi đều phải làm tầng lọc ngược để chống thấm và xói ngầm

6.4 Tính toán thấm qua đập đá

Hình 6- 7: Sơ đồ tính thấm qua đập đá

nh thấm qua đập đá là xác định lưu lượ

nghiêng hoặc tường giữa

lớn c

ần đúng theo công thức của Pvơlôpxki với sơ đồ tính toán như hình

ấm tại mặt cắt 1-1 Trong môi trường đá

ho nên sự chuỷên động của nước không tuân theo định luật Đăc xi Dòng thấm qua

đá là dòng rối có thể tính g

vẽ

Tại mặt cắt N-N cột nước thấm là y

→

= H − y

q2 3 3

x

k 3

Khi x=L : y= H ta có công thức tính l

1

2 để xác định đường bão hoà

ưu lượng thấm qua môi trường đá đổ

2

→

−

=

L

H H k

q 13 23

2

2

xác

hệ số thấm của đá, phụ thuộc vào độ rỗng p hình dạng và kích thước heo bảng 6-1/144)

Đố

trên nề ùng công thức để tính lưu lượng thấm:

3 Trong đó :

định lưu lượng thấm

q: lưu lượng thấm đơn vị k:

của đá (tra t

Tín ấm qua đập đá có tường ngh

i với đập đá hỗn hợp có tường nghiêng mềm bằng đất sét và phần hạ lưu đá đổ

n không thấm.Theo Pvơlôpxki d

α cos

2 2

h a

h

α sin 2

2 1

a k

=

Hoặc công thức đơn giản:

α sin 2

2 2

2 1

a

h h

k

=

Trong đó :

ới đường nằm ngang của đường trung bình trong tường

y trung bình của tường nghiêng, a = (a1 + a2 )/2

α: góc nghiêng so v

nghiêng

a: bề dà

k: hệ số thấm của tường nghiêng

Hình 6- 8: Sơ đồ tính thấm của đập đá có tường nghi

đập đá có lõi giữa

m qua đập đá có lõi giữa người ta giả thiết rằng mự

êng

6.4.2 Thấm qua

không đáng kể

c n

p của lõi giữa ,tức là tổn thất cột nước trong phần đá đổ trướ

Hình 6- 9: Sơ đồ tính thấm qua đập đá có tường lõi

Khi tính thấm chỉ xét dòng thấm qua lõi, dựa vào lưới thấm qua lõi để tính Khi /L < 0,5 có thể xác định theo công thức:

H1

) 2 (

1− tg π −α

65 0

0 =

h

khi ra ở mép thượng lưu:

J

J J = sinα/cosβ

m đang xét

g thấm qua lõi được xác định theo công thức:

b

Gradien của dòng thấm

t = sinα

P = sinα.tgβ →

β: góc đường dòng tạo với mặt hạ lưu tại điể

Lưu kượn

q =k1 Ω

k1: hệ số thấm của lõi;

Ω: diện tích của biểu đồ J