ử dụng bản mặt bê tông chống thấm kết hợp với bảo vệ mái đập đất là một giải pháp hợp lý khi tại khu vực xây dựng đập, đất đắp có hệ số thấm lớn và không có vật liệu đất sét để làm bộ phận chống thấm. Tham khảo bài viết Một số kết quả nghiên cứu sử dụng bản mặt bê tông để chống thấm kết hợp với bảo vệ mái đập đất, ứng dụng cho đập nước ngọt Ninh Thuận để hiểu hơn về vấn đề này.
MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BẢN MẶT BÊ TÔNG ĐỂ CHỐNG THẤM KẾT HỢP VỚI BẢO VỆ MÁI ĐẬP ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO ĐẬP NƯỚC NGỌT NINH THUẬN GS.TS Nguyễn Chiến - ĐHTL ThS Luyện Thành Thắng – ĐHTL Tóm tắt: Sử dụng mặt bê tơng chống thấm kết hợp với bảo vệ mái đập đất giải pháp hợp lý khu vực xây dựng đập, đất đắp có hệ số thấm lớn khơng có vật liệu đất sét để làm phận chống thấm Khi áp dụng giải pháp cần tiến hành phân tích ứng suấtbiến dạng thân đập tính tốn kết cấu mặt để kiểm tra điều kiện bền bố trí cốt thép hợp lý Trong giới thiệu số kết nghiên cứu bước đầu tính tốn áp dụng cho đập Nước Ngọt – Ninh Thuận Đặt vấn đề: Trong năm qua, giải pháp chống thấm kết hợp với bảo vệ mái mặt bê tông ứng dụng thành công cho nhiều đập đá đắp giới Việt Nam Ở nhiều nước, chẳng hạn Trung Quốc, ban hành tiêu chuẩn riêng thiết kế đập đá có mặt bê tơng [2] Những kinh nghiệm áp dụng mặt bê tông để chống thấm cho đập đá tham khảo thiết kế đập đất, đặc biệt đất đắp đập có hệ số thấm lớn vị trí xây dựng khơng có đất sét để làm tường chống thấm Tuy nhiên, kinh nghiệm áp dụng mặt bê tông chống thấm cho đập đất chưa nhiều chưa tổng kết cách có hệ thống Khi áp dụng kết cấu chống thấm loại cho đập đất điểm khác biệt với đập đá tính chất biến dạng thân đập có ảnh hưởng đến độ bền, độ dày kết cấu bố trí cốt thép mặt bê tơng Sau xem xét tốn phân tích ứng suất-biến dạng thân đập tính tốn kết cấu mặt Phân tích ứng suất - biến dạng thân đập 2.1 Phương pháp tính tốn Ngày nay, việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phương tiện máy tính phân tích ứng suất biến dạng loại cơng trình trở thành phổ biến Để phân tích ứng suất thân đập nền, sử dụng phần mềm khác GEO-SLOPE (Modul Sigma/W), PLAXIS, SAP … Trong nghiên cứu sử dụng Modul Sigma/W phần mềm GEO-SLOPE để tận dụng kết tính thấm từ modul seep/W phận mềm 2.2 Mặt cắt đập điển hình Tiến hành tính tốn cho đập có chiều cao khác nhau, biến đổi phạm vi thường gặp cho đập đất Việt Nam Hđ = 20m; 30m; 40m Hệ số mái đập chọn trị số đại biểu: mái thượng lưu m1 = 3,0; mái hạ lưu m2 = 2,75; khơng xét bố trí Bề rộng đỉnh b = 5,0m Bản mặt bê tơng có chiều dày thay đổi dần theo chiều cao theo công thức [1]: t = t1 + 0,0035H (m) (1) Trong đó: t - chiều dày mặt (m) H - chiều cao thẳng đứng từ đỉnh đập đến vị trí tính tốn (m) Với đập có chiều cao Hđ = 20, 30, 40m chiều dày mặt đỉnh t1 = 0,2m; chân tương ứng t2 = 0,27; 0,30; 0,34m Về đập, tiến hành tính tốn với sơ đồ điển hình: - Sơ đồ 1: Nền đá (xem tuyệt đối cứng) - Sơ đồ 2: Nền đất, tính với chiều dày T = Hđ, sơ đồ mặt cắt đập hình 2.3 Trường hợp tính tốn Trong nghiên cứu tiến hành tính tốn cho trường hợp điển sau: - Trường hợp 1: Đập thi công xong, hồ chưa tích nước - Trường hợp 2: Hồ tích nước đến 63 2.4.1 Tài liệu mực nước: Lấy theo kinh nghiệm đập thiết kế, với độ lưu không từ MNDBT đến đỉnh đập lấy 3m MNDBT, hạ lưu khơng có nước Tổng số tổ hợp tính tốn 12 2.4 Tài liệu tính tốn Bảng 1: Thơng số mực nước cao trình đập tính tốn TT Thơng số Hđ = 20m Hđ = 30m Hđ = 40m Cao trình đỉnh đập (m) 20 30 40 MNDBT (m) 17 27 37 2.4.2 Chỉ tiêu lý vật liệu: Lấy theo tài liệu đập nước (Ninh Thuận) [4] Bảng 2: Chỉ tiêu lý vật liệu đập tt (KN/m2) 19,5 18,5 25,0 Loại tiêu TT Đất Đất đắp đập Bản mặt bê tông EH (KPa) (độ) C (KN/m2) 30.000 42.000 26.500.000 0,45 0,45 0,22 20 22 - 24 18 - 2.5 Kết phân tích ứng suất 2.5.1 Đập đá 200 6.000 H=20m 4.000 H=30m 2.000 H=40m 100 KN/m2 KN/m2 8.000 H=20m -100 50 100 150 H=30m H=40m -200 0 50 100 -300 150 KC (m) b) KC (m) a) 1.000 3.000 500 H=20m H=30m H=40m 1.000 -1.000 KN/m2 KN/m2 2.000 -500 50 100 150 H=20m -1.000 H=30m -1.500 H=40m -2.000 50 100 150 -2.500 -3.000 KC (m) KC (m) d) c) 50 50 40 H=20m 30 H (m) H (m) 40 H=30m 20 H=40m H=20m 30 H=30m 20 H=40m 10 10 0 200 400 600 800 200 400 600 800 KN/m2 KN/m2 e) Hình Tổng hợp kết tính ứng suất, sơ đồ đập đá a) US max mặt BT - thi công xong b) US mặt BT - thi công xong c) US max mặt BT - hồ tích nước d) US mặt BT - hồ tích nước e) US thân đập phương y- thi công xong f) US thân đập phương y- hồ tích nước 64 f) Bảng 3: Trị số US max, mặt bê tông (KN/m2) (Quy ước: dấu +: US nén; dấu -: US kéo) max Thi cơng xong Hồ tích nước 1900 1000 3600 2000 6500 2600 Mặt cắt đập H = 20m H = 30m H = 40m min Thi cơng xong Hồ tích nước -100 -500 -200 -1.200 -300 -2.400 - Trị số ứng suất kéo lớn min xuất chiều cao khoảng 0,75H đến mặt nền, hồ tích đầy nước Với đập có H = 20m, min=500KN/m2 < RK = 750 KN/m2 (BT M20), tức khơng cần bố trí cốt thép Còn đập có H=30m,H=40m Trị số min vượt RK, bắt buộc phải bố trí cốt thép mặt - Ứng suất thân đập điểm với trường hợp tính tốn khác ứng suất nén nằm giới hạn bền chịu tải thân đập 2.5.2 Đập đất (với T = Hđ) Nhận xét: - Từ hình cho thấy có chênh lệch lớn ứng suất y mặt tiếp giáp mặt bê tông thân đập, thay đổi modul đàn hồi E vật liệu, ứng suất phần chân mặt có thay đổi đáng kể hai trường hợp tính tốn - Ứng suất nén lớn max mặt xuất chiều cao khoảng 0,2H đến mặt Đập cao trị số max lớn Ở đập có H = 40m, trị số max = 65000 KN/m2 < Rn = 9000 KN/m2 (BTM20) Description: DAP CAO 20M-THI CONG XONG Comments: XET ANH HUONG CUA NEN 45 40 50 35 100 150 30 200 250 20 200 300 100 50 50 300 350 15 10 -5 -10 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Khoang cach (m) SIGMA Y (KN/m2) a) Description: DAP CAO 20M-HO TICH NUOC Comments: XET ANH HUONG NEN 45 40 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 35 30 0.014 25 0.016 0 18 20 15 -0.006 10 -0.004 0.0 02 -0.002 0.004 Cao (m) Cao (m) 25 -5 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Khoang cach (m) BIEN DANG Y (M) b) Hình 2: Phân bố ứng suất y đập a) Trường hợp thi công xong; b) Khi hồ tích đầy nước 65 H=20M KN/m2 KN/m2 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 -500 H=30M H=40m 50 100 150 200 -200 -400 -600 -800 -1.000 -1.200 50 100 150 H=20 H=30 H=40 KC (m) KC (m) b) a) 800 -500 -1.000 600 H=30m -200 50 100 150 100 150 -1.500 H=20m 200 KN/m2 KN/m2 400 50 H=40m H=20m -2.000 H=30m -2.500 H=40m -3.000 -3.500 -400 -4.000 -4.500 -600 KC (m) KC (m) d) c) 100 40 80 H (m) 20 H=20m -20 H (m) 60 H=30m 500 1.000 1.500 H=20m 60 H=30m 40 H=40m 20 H=40m -40 -60 500 1.000 1.500 2.000 KN/m2 KN/m2 e) Hình 3: Tổng hợp kết tính ứng suất, sơ đồ đập đất (T = Hđ) f) a) US max mặt BT - thi công xong b) US mặt BT - thi công xong c) US max mặt BT - hồ tích nước d) US mặt BT - hồ tích nước e) US thân đập phương y -thi cong xong f) US thân đập phương y- hồ tích nước Bảng 4: Trị số US max, mặt bê tông (KN/m2) Mặt cắt đập H = 20m H = 30m H = 40m max Thi công xong Hồ tích nước 1.200 200 1.800 400 3.100 600 Nhận xét: - Ứng suất phần chân mặt thay đổi nhiều trường hợp tính; ứng suất mặt tiếp giáp mặt thân đập đất có bước nhảy giá trị (tương tự trường hợp trên) - Trị số ứng suất kéo lớn mặt bê tông biến đổi tăng dần theo chiều cao đập giá trị Kmax hồ tích đầy nước lớn nhiều so với thi công xong - Khi đất ứng suất kéo lớn mặt bê tơng có trị số lớn nhiều so với đá, biến dạng làm gia tăng biến dạng thân đập mặt bị uốn nhiều 66 Thi công xong Hồ tích nước -200 -100 -500 -2.600 -1000 -4.000 - Trong đập không phát sinh ứng suất kéo; ứng suất nén lớn nằm giới hạn bền chịu tải thân đập Tính tốn kết cấu mặt 3.1 Sơ đồ tính toán -Bản mặt giữ ổn định mái (phần tính tốn ổn định khơng trình bày này) Bản mặt kết nối với chân khe chu vi (xem [2]) - Dưới tác dụng tải trọng biến dạng thân đập, mặt bê tông làm việc kết cấu chịu uốn chủ yếu Khi tính tốn, xét dải mặt có bề rộng b = 1m theo chiều trục đập Sơ đồ tính tốn dầm đàn hồi với đầu khớp (nối với chân) đầu tự - Chiều dày mặt lấy theo công thức kinh nghiệm [1] Đối với đập đá, theo quy phạm Trung Quốc [2] lấy t1 = 0,3m Đối với đập đất, theo tiêu chuẩn Việt Nam [1] khuyến cáo lấy t1=0,3m Tuy nhiên thực tế xây dựng cho thấy với đập thấp thường lấy t thiên nhỏ Ví dụ, đập Nước Ngọt (Ninh Thuận) lấy chiều dày mặt t1 = 0,2m sau 10 năm khai thác đập làm việc tốt Vì vậy, tính tốn cho phương án có t1 = 0,2m t1 = 0,3m để so sánh - Vật liệu mặt: tài liệu [1], [2] khuyến cáo chọn vật liệu mặt bê tơng M25 trở lên Trong nghiên cứu tính với vật liệu bê tông M25 (Rn = 11.000 KN/m2) - Cốt thép: sử dụng thép cán nóng CII có Ra = 270.000 KN/m2 Theo kết tính ứng suất mặt có điểm chịu kéo mặt mặt dưới, cốt thép bố trí mặt - Kích thước đập: tính với phương án trường hợp làm việc mục 3.2 Phương pháp tính tốn Với kết cấu chịu uốn, điều kiện bền cường độ đảm bảo khi: ncKnM ≤ Mgh, (2) đó: - nc: hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp có nc = [3] - Kn: hệ số tin cậy với cơng trình cấp III có Kn = 1,15 - M: trị số momen uốn tính tốn - Mgh: trị số momen uốn giới hạn, xác định theo kích thước mặt cắt, cường độ vật liệu, hàm lượng thép Mặt cắt tính tốn chữ nhật với b = 1m; ho = t-a, t-chiều dày bản; achiều dày bảo vệ, lấy a = 0,03m Với trường hợp đặt cốt thép đơn, ta có [5]: mRF a a a (3) mb Rnbh0 Ở đây, hệ số lấy sau [5]: ma = 1,15; mb = 1,0 Hệ số chiều cao vùng nén giới hạn lấy o = 0,6 Nếu ≤ o thì: Mgh = mbRn bho2.A, (4) A phụ thuộc vào , tra bảng theo [5] - Nếu > o lấy A = Ao = o (1-0,5o), đó: Mgh = mbRnbho2Ao (5) Trị số momen uốn tính tốn M xác định theo sơ đồ dầm đàn hồi, sử dụng phần mềm SAP 2000 3.3.Kết tính tốn Bảng 5: Kết tính M (Tm) cho phương án Trường hợp Thi công xong Hồ có MNDBT Trị số Mmax tính tốn H=20m t1=0,2 t1=0,3 0,51 0,5 8,06 8,15 8,06 8,15 H=30m t1=0,2 t1=0,3 0,78 0,64 12,17 12,39 12,17 12,39 H=40m t1=0,2 t1=0,3 1,07 0,92 16,33 16,68 16,33 16,68 Bảng 6: Kết tính Mgh cho phương án Thông số Chiều dày t Chiều cao h0 Fa Bố trí thép A Mgh Đơn vị cm cm cm2 T.m H=20m t1=0,2 t1=0,3 24 34 21 31 15,71 24,54 520 525 0,211 0,223 0,189 0,198 9,16 20,98 H=30m t1=0,2 t1=0,3 26 36 23 33 15,71 24,54 520 525 0,193 0,210 0,174 0,188 10,14 22,51 H=40m t1=0,2 t1=0,3 28 38 25 35 15,71 24,54 520 525 0,177 0,198 0,162 0,178 11,11 24,03 67 Nhận xét: - Làm mặt mỏng có momen uốn tính toán nhỏ Tuy nhiên, chênh lệch trị số M maxtt trường hợp có t = 0,2m t = 0,3m không lớn - So sánh M maxtt với Mgh cho thấy mặt có t = 0,2m thích hợp với đập có chiều cao khơng q 20m; mặt có t1 = 0,3m thích hợp với đập có chiều cao đến 30m - Khi đập có chiều cao vượt giới hạn nêu cần tăng chiều dày mặt để đảm bảo khả chịu lực Tuy nhiên giá thành mặt chống thấm tăng lên cần phải luận chứng thông qua so sánh với phương án chống thấm khác Kết áp dụng đập Nước Ngọt (Ninh Thuận) 4.1 Giới thiệu đập Nước Ngọt - Vị trí: xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận - Nhiệm vụ: Tạo hồ chứa Nước Ngọt để cung cấp nước tưới cho 208ha đất canh tác nước sinh hoạt cho nhân dân xã Vĩnh Hải - Mặt cắt đập: Hmax = 22,8m, đá; mái thượng lưu m1 = 3,0; mái hạ lưu: m2 = 2,75 3,0 (có cơ); đỉnh đập có tường chắn sóng đá xây cao 0,8m - Bảo vệ mái thượng lưu kết hợp chống thấm bê tông cốt thép M20, dày t1 = 0,2m; t2 = 0,24m - Năm hoàn thành xây dựng: 2001 Tỡnh trng hin nay: lm vic bỡnh thng mặt cắt Đ15 & Đ16 PHầN ĐậP ĐắP MớI PHầN ĐậP Đã §¾P Hình 4- Mặt cắt đập nước (mặt cắt Đ16) 4.2 Một số kết tính tốn Sử dụng phương pháp số liệu tính tốn nêu mục 3, ta kết sau: - Ứng suất thân đập: khơng có ứng suất kéo; ứng suất nén max = 380KN/m2 - Momen uốn lớn mặt: Mmax = 8,03 (Tm) - Bố trí thép chịu lực mặt: 520/m - Khả chịu uốn mặt: Mgh = 8,89 (Tm) Như mặt đảm bảo điều kiện bền un Hình 5- Toàn cảnh mái thượng lưu đập với mặt bê tông 68 Kt lun 5.1 Khi xây dựng đập đất khu vực mà vật liệu đắp đập có hệ số thấm lớn khơng có đất sét để làm tường chống thấm giải pháp sử dụng mặt bê tông để chống thấm kết hợp với bảo vệ mái thượng lưu hợp lý 5.2 Khi bố trí mặt bê tơng mái đập, cần tiến hành phân tích ứng suất – biến dạng thân đập mặt để kiểm tra điều kiện bền tính tốn bố trí cốt thép mặt 5.3 Với trường hợp làm việc khác nhau, mặt thường chịu uốn với vị trí căng căng khác Do cần đặt cốt thép mặt để đảm bảo an toàn 5.4 Phương pháp nêu áp dụng để tính tốn cho mặt bê tông đập Nước Ngọt (Ninh Thuận) Kết làm việc bình thường đập Nước Ngọt 10 năm qua cho thấy điều kiện bền mặt đảm bảo 5.5 Các vấn đề cấu tạo chi tiết thi công mặt đề cập khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Nông nghiệp PTNT (2005) Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén - 14TCN 1572005, Bộ Thủy lợi nước Cộng hòa nhân dân Trung Hoa (1999) Quy phạm thiết kế đập đá đổ mặt bê tông - SL/228-98 (bản dịch) Bộ Xây dựng (2002) Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam - Cơng trình Thủy lợi - quy định chủ yếu thiết kế - TCXDVN 285-2002, Hà Nội Công ty Tư vấn chuyển giao công nghệ Đại học Thủy lợi - Chi nhánh miền Trung (2001) - Hồ sơ thiết kế đập Nước Ngọt (Ninh Thuận) Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Hữu Lân, Nguyễn Hồng Hà (2009) Kết cấu bê tơng cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội Abstact: SOME RESULTS OF THE RESEARCH CONCRETE FACE SOLUCTION FOR ANTI-SEEPAGE WITH PROTECTED FRONT SLOPE OF EARTH DAMS AND APPLICATION FOR NUOC NGOT DAM IN NINH THUAN PROVINCE The application concrete face for anti-seepage with protected front slope of earth dams is effective soluction when in dams construction place there is not soil materials for anti-seepage structures When application this soluction must to analize streeses of the dam and face structure for control strength and choosing rail-forced content.In this pape presented some intial research results and application to Nuoc Ngot dam in Ninh Thuan province 69 ... cảnh mái thượng lưu đập với mặt bê t«ng 68 Kết luận 5.1 Khi xây dựng đập đất khu vực mà vật liệu đắp đập có hệ số thấm lớn khơng có đất sét để làm tường chống thấm giải pháp sử dụng mặt bê tông để. .. phải luận chứng thông qua so sánh với phương án chống thấm khác Kết áp dụng đập Nước Ngọt (Ninh Thuận) 4.1 Giới thiệu đập Nước Ngọt - Vị trí: xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận - Nhiệm... sử dụng mặt bê tông để chống thấm kết hợp với bảo vệ mái thượng lưu hợp lý 5.2 Khi bố trí mặt bê tơng mái đập, cần tiến hành phân tích ứng suất – biến dạng thân đập mặt để kiểm tra điều kiện bền