11.1 Cỏc yờu cầu tớnh toỏn
11.1.1 Khi thiết kế đập đất đầm nộn từ cấp I trở lờn cần thực hiện đầy đủ cỏc tớnh toỏn cơ bản sau: 1) Thấm;
2) Ổn định thấm;
3) Lọc ngược, bộ phận tiờu thoỏt nước và cỏc tầng chuyển tiếp;
5) Ứng suất và biến dạng, chuyển vị thõn, nền đập; 6) Gia cố cỏc mỏi đập chịu tỏc dụng của súng, nhiệt;
7) Ngoài ra đối với đập cú tường lừi, tường nghiờng bằng đất sột hoặc nền đất sột, cần tớnh toỏn ỏp lực kẽ rỗng trong tớnh toỏn ổn định và kiểm tra về ổn định chống nứt trong thời gian thi cụng cú xột đến tốc độ lờn đập và thời kỳ khai thỏc.
11.1.2 Cỏc tớnh toỏn trờn cần thực hiện với cỏc mặt cắt ngang đặc trưng của đập. Ở giai đoạn thiết kế cơ sở của dự ỏn đầu tư cú thể chỉ cần tớnh toỏn cho một mặt cắt ngang lớn nhất tại lũng sụng, ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần tớnh toỏn cho cỏc mặt cắt điển hỡnh phụ thuộc chiều cao đập, chiều dài đập và điều kiện địa hỡnh địa chất vựng tuyến đập.
11.1.3 Trong mọi trường hợp tớnh toỏn đập cần thực hiện với tổ hợp tải trọng chủ yếu và đặc biệt trong thời kỳ khai thỏc và trong thời kỳ thi cụng.
11.2 Tớnh toỏn thấm
11.2.1 Yờu cầu chung
Tớnh toỏn thấm qua thõn, nền đập xỏc định cỏc thụng số chủ yếu cần thiết của dũng thấm, nhằm:
- Xỏc định ổn định thấm của thõn, nền và bờ vai đập; - Tớnh toỏn ổn định chung của mỏi đập, nền và bờ vai đập;
- Luận chứng kinh tế kỹ thuật về hỡnh dạng, kớch thước, kết cấu mặt cắt đập và cỏc bộ phận chống thấm, tiờu thoỏt nước của đập.
Khi tớnh toỏn thấm cần xem xột tới ảnh hưởng của bồi lắng lũng hồ và ở mỏi thượng lưu đập theo thời gian khai thỏc.
11.2.2 Khi tớnh toỏn thấm cần phải xem xột sự ảnh hưởng của hệ số thấm theo phương đứng (kv) và phương ngang (kh) đến cỏc kết quả tớnh toỏn thấm. Cần xem xột tớnh toỏn thấm với hai trường hợp khi kh/kv = 1 và khi kh/kv là lớn nhất thu được từ kết quả thớ nghiệm được nờu ở khoản i điều 7.3 của tiờu chuẩn này (khi khụng cú điều kiện thớ nghiệm cú thể lấy kh/kv = 5 để tớnh toỏn).
11.2.3 Nghiờn cứu tớnh toỏn thấm
1) Thụng qua việc nghiờn cứu tớnh toỏn thấm, cần xỏc định được cỏc thụng số sau của dũng thấm ở thõn đập, nền và bờ vai đập:
- Vị trớ bề mặt dũng thấm (đường bóo hũa) trong thõn đập và cỏc bờ vai đập. Cần xột đến hiện tượng mao dẫn nhất là ở cỏc phần thõn đập;
- Gradien thấm của dũng thấm trong thõn đập và nền, ở chỗ dũng thấm đi vào bộ phận tiờu nước phớa hạ lưu của đập, ở chỗ tiếp xỳc giữa cỏc lớp đất cú cỏc đặc trưng khỏc nhau, ở mặt tiếp xỳc của cỏc kết cấu chống thấm, ở vị trớ đi ra của dũng thấm.
2) Khi đập xõy dựng ở vựng nỳi cao, lũng sụng hẹp, nơi cú cấu tạo địa chất nền phức tạp, khụng đồng nhất, bất đẳng hướng, loại đập nhiều khối và đối với đập từ cấp I trở lờn cỏc thụng số tớnh toỏn dũng thấm nờu trờn cần được phõn tớch tớnh toỏn cho phự hợp theo cỏc hướng dẫn ở cỏc tài liệu, tiờu chuẩn hiện hành về tớnh toỏn thấm. Đồng thời cần kiểm nghiệm bằng phương phỏp thực nghiệm theo cỏc tài liệu chỉ dẫn chuyờn ngành.
3) Tớnh toỏn ổn định thấm cú nhiệm vụ làm rừ độ bền thấm của đất trong thõn đập, đất nền và bờ vai đập ở vị trớ tiếp xỳc giữa cỏc lớp hoặc giữa thõn đập và nền, ổn định dưới tỏc dụng của gradient thấm vào cụng trỡnh cú xột đến ảnh hưởng của trạng thỏi ứng suất và biến dạng của thõn đập và nền, đặc điểm kết cấu đập, phương phỏp thi cụng và điều kiện khai thỏc.
4) Khi tớnh toỏn sơ bộ và khi khụng cú cỏc nghiờn cứu cần thiết, với đập từ cấp II trở xuống cú thể sử dụng cỏc giỏ trị gradient thấm cho phộp đối với cỏc loại đất đắp ở Bảng 6 và 7, đối với đất nền ở Bảng 8 và 9.
Bảng 6 - Trị số gradien cột nước cho phộp [ ]ra đ
J ở điểm ra trong cỏc khối đắp thõn đập
Loại đất Cấp cụng trỡnh đập Đặc biệt I II III - IV Đất sột 1,00 1,10 1,20 1,30 Đất ỏ sột 0,70 0,75 0,85 0,90 Đất cỏt trung bỡnh 0,50 0,55 0,60 0,65 Đất ỏ cỏt 0,40 0,45 0,50 0,55 Đất cỏt mịn 0,35 0,40 0,45 0,50
Nếu Jđra lớn hơn cỏc trị số quy định ở trờn thỡ phải thiết kế tầng lọc ngược.
Bảng 7 - Trị số gradien cột nước trung bỡnh tới hạn Jth ở cỏc khối đắp chống thấm
Loại đất
Giỏ trị gradien cột nước trung bỡnh tới hạn Jth đối với: Sõn phủ Tường nghiờng và tường lừi Khối đắp trong thõn Đập Đất sột, bờ tụng sột 15 12 Từ 8 đến 12 Đất ỏ sột 10 8 Từ 6 đến 8 Đất ỏ sột nhẹ 8 6 Từ 4 đến 6
CHÚ THÍCH: Gradient cột nước trung bỡnh cho phộp [J] bằng gradient cột nước trung bỡnh tới hạn Jth chia cho hệ số an toàn nhỏ nhất [K] xỏc định theo điều 5.2.2 của tiờu chuẩn này.
Việc tớnh toỏn cỏc kết cấu lọc ngược, tiờu thoỏt nước và chuyển tiếp thực hiện theo TCVN 8422 : 2010.
Bảng 8 - Trị số gradient cột nước cho phộp [ ]ra n
J ở điểm ra đối với đất nền
Loại đất Cấp đập Đặc biệt I II III IV Đất sột Phải xỏc định từ thớ nghiệm mụ hỡnh 0.70 0.80 0.90 1.08 Đất ỏ sột 0.35 0.40 0.45 0.54 Đất cỏt thụ 0.32 0.35 0.40 0.48 Đất cỏt vừa 0.22 0.25 0.28 0.34 Đất cỏt mịn 0.18 0.20 0.22 0.26
Bảng 9 - Trị số gradien cột nước trung bỡnh cho phộp [Jn] đối với đất nền
Loại đất Cấp đập Đặc biệt I II III - IV Đất sột 0.90 1.00 1.04 1.08 Đất ỏ sột 0.53 0.59 0.62 0.64 Đất cỏt pha 0.40 0.44 0.46 0.48 Đất cỏt thụ 0.32 0.36 0.37 0.38 Đất cỏt vừa 0.28 0.31 0.32 0.34 Đất cỏt mịn 0.21 0.24 0.25 0.26
5) Đối với nền đỏ phải tớnh toỏn kiểm tra độ bền thấm cục bộ theo điều 2.4.4 của tiờu chuẩn TCVN 4253 : 2012.
11.3 Tớnh toỏn ổn định
11.3.1 Yờu cầu chung
1) Tớnh toỏn ổn định mỏi đập để đảm bảo cho đập đất khụng bị phỏ hoại do cỏc ứng suất cắt gõy trượt phỏt sinh từ thõn đập hoặc từ thõn và nền đập dưới tỏc dụng của tải trọng đập, ỏp lực kẽ rỗng trong đập và cỏc ngoại lực;
2) Tớnh toỏn ổn định mỏi đập cần tiến hành theo phương phỏp mặt trượt trụ trũn;
3) Khi trong nền hoặc thõn đập cú cỏc vựng đất yếu, cỏc lớp kẹp kộm bền, và khi tớnh toỏn ổn định của tường nghiờng hoặc lớp bảo vệ v.v... cần tiến hành tớnh toỏn theo mặt trượt bất kỳ;
4) Cần sử dụng cỏc phương phỏp tớnh toỏn thỏa món cỏc điều kiện cõn bằng cỏc lăng thể trượt và cỏc bộ phận của nú theo trạng thỏi cõn bằng giới hạn, và cú xột tới trạng thỏi ứng suất của cụng trỡnh và nền của nú.
11.3.2 Trường hợp tớnh toỏn ổn định mỏi đập
1) Đập đất chịu cỏc tải trọng khỏc nhau, và đất đắp trong thõn đập cũng cú cường độ chống cắt khỏc nhau, trong cỏc thời kỳ làm việc khỏc nhau từ thi cụng, thi cụng xong, tớch nước đến xả lũ, do đú cần lần lượt tớnh toỏn cho từng mỏi đập thượng lưu và hạ lưu. Cụ thể:
- Thời kỳ thi cụng (bao gồm cả hoàn cụng): Mỏi thượng lưu, hạ lưu; - Thời kỳ thấm ổn định: Mỏi thượng lưu, hạ lưu;
- Thời kỳ mực nước hồ rỳt nhanh: Mỏi thượng lưu.
Trong tớnh toỏn cần phõn biệt điều kiện làm việc bỡnh thường và điều kiện làm việc khụng bỡnh thường theo nội dung quy định ở điều 5.1 của tiờu chuẩn này.
2) Ở cỏc vựng mưa nhiều, nờn căn cứ hệ số thấm của đất đắp và khả năng dẫn thoỏt nước của cỏc thiết bị tiờu nước mặt đập, xem xột tỡnh hỡnh cụ thể để kiểm toỏn sự ổn định của mỏi đập trong thời kỳ mưa kộo dài, đồng thời chọn hệ số an toàn theo điều kiện làm việc khụng bỡnh thường.
3) Hệ số an toàn về ổn định của mỏi đập trong cỏc điều kiện làm việc quy định ở Bảng 10 khụng được nhỏ hơn hệ số an toàn nhỏ nhất [K] quy định ở bảng 1 điều 5.2 của tiờu chuẩn này.
4) Hệ số ổn định nhỏ nhất của mỏi đập và mỏi bờ vai tớnh được trong điều kiện làm việc bỡnh thường khụng nờn vượt quỏ 15 % đối với đập từ cấp II trở xuống và 20 % đối với đập từ cấp I trở lờn so hệ số an toàn nhỏ nhất cho phộp [K].
5) Tớnh toỏn ổn định cỏc mỏi đập phải bao gồm cỏc thời kỳ làm việc khỏc nhau của mỏi đập, thời kỳ thi cụng (kể cả hoàn cụng), thời kỳ thấm ổn định, thời kỳ mực nước hồ rỳt nhanh và khi làm việc bỡnh thường gặp động đất. Nội dung tớnh toỏn theo quy định ở Bảng 10. Cỏc điều kiện làm việc bỡnh thường và làm việc khụng bỡnh thường theo quy định tại điều 5.1 của tiờu chuẩn này.
6) Đập xõy dựng ở vựng cú khả năng xẩy ra động đất từ cấp VII trở lờn, cỏc thụng số động đất dựng trong tớnh toỏn lấy theo quy định trong TCVN 9386 : 2012.
7) Cường độ khỏng cắt của đất sử dụng trong tớnh toỏn ổn định được quy định ở Phụ lục A và yờu cầu về phương phỏp thớ nghiệm xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý được quy định ở Bảng 2 điều 7.4 của tiờu chuẩn này.
Bảng 10 - Cỏc trường hợp tớnh toỏn ổn định đập đất TT
Điều kiện
làm việc Trường hợp tớnh toỏn Tổ hợp
Mỏi tớnh ổn định
1 Thi cụng
Căn cứ vào khối đắp hỡnh thành ở phần mỏi thượng, hạ lưu trong cỏc phõn đợt thi cụng trong năm kể cả khi đắp hoàn thành đập nhưng chưa đưa vào khai thỏc và chế độ mực nước bất lợi, tương ứng tiến hành kiểm tra ổn định mỏi thượng, hạ lưu. Thi cụng Thượng, hạ lưu 2 Thấm ổn định
Ở thượng lưu là MNDBT; ở hạ lưu cú nước ứng với mực nước lớn nhất cú thể xảy ra trong thời kỳ cấp nước nhưng khụng lớn hơn 0,2 Hđập.
Cơ bản Hạ lưu
3 Ở thượng lưu là MNLNTK, ở hạ lưu là mực nước ứng với Qxả
thiết kế. Cơ bản Hạ lưu
4 Ở thượng lưu là MNLNKT, ở hạ lưu là mực nước ứng với Qxả
kiểm tra. Đặc biệt Hạ lưu
5
Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bỡnh thời kỳ cấp nước. Bộ phận tiờu nước trong đập làm việc khụng bỡnh thường
Đặc biệt Hạ lưu
6
Mực nước rỳt
Ở thượng lưu là MNLNTK rỳt xuống đến mực nước khai thỏc ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả thiết kế
Cơ bản Thượng
lưu
7
Ở thượng lưu là MNLNKT rỳt xuống đến mực nước khai thỏc ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả kiểm tra.
Đặc biệt Thượng lưu
8
Ở thượng lưu là MNDBT rỳt xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đập khi cú nguy cơ sự cố; Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả max khi thỏo nước từ hồ.
Đặc biệt Thượng lưu
9 Động
đất
Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bỡnh
trong thời kỳ cấp nước, cú xột đến động đất. Đặc biệt
Thượng, hạ lưu
11.4 Tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất, biến dạng và lỳn
11.4.1 Cần tớnh toỏn xỏc định trạng thỏi ứng suất biến dạng của thõn đập và nền để đưa vào trong cỏc tớnh toỏn về:
- Ổn định cỏc mỏi đập cho đập từ cấp I trở lờn và đập trong thời gian thi cụng cú tiến độ đắp đập nhanh cú khả năng phỏt sinh ỏp lực kẽ rỗng trong đập và nền đỏng kể;
- Ổn định thấm tại vựng tiếp xỳc của cỏc bộ phận cỏch nước với nền; - Độ bền của cỏc kết cấu chống thấm khụng phải là đất.
11.4.2 Phõn tớch ứng suất và biến dạng trong đập cần dựng phương phỏp phần tử hữu hạn để tớnh toỏn, mụ hỡnh vật liệu (đất đắp và đất nền) sử dụng quan hệ ứng suất - biến dạng phi tuyến, cú xột tới biến dạng dẻo của đất trong trạng thỏi giới hạn, đối với đập từ cấp II trở xuống cú thể tớnh toỏn theo mụ hỡnh quan hệ ứng suất - biến dạng tuyến tớnh. Chiều sõu tầng chịu lỳn cần lấy đến độ sõu mà ứng suất đứng do tải trọng ngoài gõy ra khụng vượt 0,2 lần ứng suất đứng của nền tự nhiờn (phải tớnh với ứng
suất hiệu quả khi điểm tớnh toỏn nằm dưới mực nước ngầm) và khụng cần vượt quỏ lớp đỏ cứng cú mụ dun biến dạng E ≥ 1000 kg/cm2.
11.4.3 Cần phải tiến hành tớnh toỏn ứng suất và biến dạng của thõn đập, nền đập và cỏc bộ phận kiến trỳc trong thõn đập dưới tỏc dụng của tải trọng bản thõn và tải trọng bờn ngoài và điều kiện cụng tỏc khỏc nhau (tiến độ đắp đập, phõn vựng đắp đập v.v…) để kiểm tra khả năng gõy nứt trong đập do lỳn khụng đều hay do phỏt sinh và tồn tại vựng ứng suất kộo trong thõn đập ở cỏc thời kỳ thi cụng và thời kỳ vận hành, đặc biệt chỳ ý kiểm tra đối với khối đắp chống thấm đảm bảo khụng phỏt sinh hiện tượng nứt góy thủy lực (ứng suất kộo hiệu quả trong khối chống thấm đối với cỏc điều kiện làm việc của đập khụng được lớn hơn độ bền kộo một trục σt nờu ở khoản i mục 7.3 của tiờu chuẩn này, nếu khụng cú số liệu thớ nghiệm cho phộp lấy σt =0).
14.4.4 Đối với đập cao trờn 20 m cần tớnh toỏn độ lỳn tổng cộng, độ lỳn theo quỏ trỡnh thi cụng đắp đập đến khi hoàn thành để khống chế độ lỳn của Đập và Nền nhằm loại trừ rủi ro, hư hỏng trong đập do lỳn quỏ mức, lỳn nhanh và lỳn khụng đều giữa cỏc bộ phận liền kề trong đập, cụ thể như sau:
- Độ lỳn của đập trong thời gian thi cụng tối đa khụng được vượt quỏ 2.0% chiều cao đập (H). - Độ lỳn của đập sau khi kết thỳc thi cụng (thời kỳ tớch nước, vận hành đập) khụng được vượt quỏ 1 % H.
- Tốc độ lỳn của đập và nền khụng được vượt quỏ 1 cm / ngày đờm.
- Nếu tớnh toỏn lỳn khụng đảm cỏc yờu cầu trờn, cần thiết phải nghiờn cứu cỏc biện phỏp để xử lý như: 1) Đào lớp đất nền yếu thay thế bằng đất đắp tốt hơn; 2) Trỏnh sử dụng cỏc loại vật liệu đắp cú tớnh nộn lỳn lớn để đắp đập; 3) Biện phỏp 1 hoặc 2 khụng thực hiện được thỡ cần cú biện phải xử lý đất để đảm bảo yờu cầu; 4) Biện phỏp cố kết và gia tải trước; 5) Biện phỏp gia cường cốt đất v.v...
Độ lỳn trong thời gian thi cụng được đắp bự trong quỏ trỡnh đắp cần được tớnh bự khối lượng, cũn độ lỳn sau vận hành là chiều cao dự phũng lỳn cần phải kể vào cao trỡnh đỉnh đập khi nghiệm thu hoàn thành, chiều cao dự phũng lỳn tối thiểu cần lấy khụng nhỏ hơn 0,5 % chiều cao đập.
11.4.5 Đối với đập cú chiều cao dưới 20 m cú thể tiến hành tớnh toỏn độ lỳn của đập và nền theo phương phỏp cộng lỳn của bài toỏn một chiều thụng qua đường cong ộp lỳn ε, chỉ số nộn lỳn Cr và Cc, hệ số cố kết Cv. Cụng thức tớnh toỏn độ lỳn thực hiện theo cỏc tài liệu hướng dẫn địa kỹ thuật;
11.4.6 Đối với đập từ cấp I trở lờn việc tớnh ứng suất, biến dạng và độ lỳn cần tiến hành trờn cơ sở kết quả thớ nghiệm nộn lỳn của vật liệu đất cú xột đến trạng thỏi ứng suất - biến dạng của thõn đập, ỏp lực kẽ rỗng, tớnh từ biến của đất, độ lỳn ướt và trương nở khi độ ẩm tăng trong thời kỳ khai thỏc.
11.4.4 Trong quỏ trỡnh thi cụng nờn tiến hành quan trắc mức độ cố kết và độ lỳn, ỏp lực kẽ rỗng, ứng