8 Thiết kế mặt cắt ngang của đập
8.7 Kết cấu tiờu thoỏt nước
8.7.1 Yờu cầu chung
8.7.1.1 Kết cấu tiờu thoỏt nước cho thõn đập và nền đập cú nhiệm vụ sau đõy:
a) Thu nước và thoỏt nước thấm qua thõn đập và nền đập xuống hạ lưu, điều chỉnh vị trớ của đường bóo hoà khụng cho mặt đường bóo hoà lộ ra trờn mỏi đập và bờ vai đập hạ lưu;
b) Ngăn ngừa cỏc biến dạng do thấm, giảm nhỏ phạm vi tỏc động của dũng thấm thụng qua việc hạ thấp đường bóo hoà thấm, làm tăng ổn định của mỏi dốc hạ lưu đập;
c) Đẩy nhanh quỏ trỡnh cố kết của đất hạt sột hay đất bựn, giảm ỏp lực kẽ rỗng trong những khu vực cần thiết của đập và nền khi cú động đất;
d) Giảm ỏp lực kẽ rỗng ở nền và thoỏt nước thấm cú ỏp từ tầng thấm nước dưới nền cú lớp phủ bờn trờn là đất khụng thấm.
8.7.1.2 Kết cấu tiờu thoỏt nước thõn đập và nền đập phải đỏp ứng cỏc yờu cầu sau: a) Đủ khả năng thoỏt được toàn bộ lượng nước thấm qua thõn đập và nền đập;
b) Đảm bảo hạ được đường bóo hoà để nú khụng thấm lộ ra mỏi dốc hạ lưu, đỏp ứng yờu cầu ổn định chõn mỏi dốc hạ lưu đập;
c) Trường hợp mực nước hạ lưu rất cao (khi thỏo lũ) và đường bóo hũa thấm xuất hiện ở mỏi hạ lưu thỡ kết cấu tiờu thoỏt nước phải loại trừ hiện tượng đựn đất ở mỏi đập;
d) Khụng để xảy ra xúi ngầm đất ở thõn đập và nền đập; e) Khụng để xảy ra xúi ngầm ở bản thõn bộ phận thoỏt nước; f) Thuận tiện cho quan trắc và sửa chữa.
8.7.1.3 Cỏc trường hợp sau đõy cú thể khụng cần bố trớ kết cấu tiờu thoỏt nước nếu kết quả tớnh toỏn ổn định thấm cho phộp:
a) Đập xõy dựng trờn nền thấm nước mạnh, mực nước ngầm thấp, đường bóo hũa trong thõn đập đi xuống nền và nền đúng vai trũ là vật thoỏt nước của đập;
b) Khối đắp phớa hạ lưu của thõn đập là vật liệu rời, kớch thước hạt lớn (cuội sỏi, đỏ hộc), cú tỏc dụng như một vật thoỏt nước (mặt đường bóo hoà thấm khụng lộ ra ở mỏi dốc hạ lưu đập);
c) Đập cú bộ phận chống thấm dạng tường nghiờng hay lừi giữa cú khả năng chống thấm lớn, lưu lượng thấm nhỏ, đường bóo hũa sau bộ phận chống thấm hạ thấp xuống ngay nền;
d) Đập cú chiều cao dưới 5 m;
e) Đập khụng thường xuyờn chịu ỏp lực nước.
8.7.1.4 Kết cấu tiờu thoỏt nước ở hạ lưu thõn đập được chia thành cỏc kiểu (loại) chớnh sau đõy: a) Kiểu lăng trụ;
b) Kiểu ỏp mỏi (cũn gọi là kiểu gối nghiờng); c) Kiểu gối phẳng;
d) Kiểu giếng giảm ỏp; e) Kiểu ống.
8.7.1.5 Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng cụng trỡnh đập như loại đập, điều kiện địa chất cụng trỡnh và địa chất thủy văn của nền đập (kể cả bờ vai đập), tớnh chất cơ lý của vật liệu làm bộ phận tiờu thoỏt nước, điều kiện thi cụng, điều kiện quản lý khai thỏc, khả năng xõm thực của nước tại khu vực cụng trỡnh... mà lựa chọn kiểu kết cấu tiờu thoỏt nước và giới hạn phạm vi bố trớ kết cấu tiờu thoỏt nước phự hợp. Tại những khu vực khỏc nhau của đập cú thể sử dụng loại kết cấu tiờu thoỏt nước khỏc nhau. Tại một khu vực của đập cũng cú thể đồng thời kết hợp hai hoặc nhiều hơn hai kiểu tiờu thoỏt nước núi trờn.
8.7.1.6 Ở hạ lưu đập, sau cỏc hệ thống tiờu thoỏt nước cần bố trớ tiếp bộ phận thu nước mưa, nước thấm qua thõn đập và nền đập bằng mương rónh, ống tiờu hay giếng tập trung nước tiờu để theo dừi, đo đạc lượng nước thấm qua đập.
8.7.2 Kết cấu tiờu thoỏt nước kiểu lăng trụ
Kết cấu tiờu thoỏt nước kiểu lăng trụ ỏp dụng cho cỏc đoạn đập nằm ở lũng sụng, nơi chõn mỏi dốc hạ lưu đập thường xuyờn bị ngập trong nước, xem sơ đồ hỡnh 7. Lăng trụ tiờu thoỏt nước cú cấu tạo chủ yếu bằng đỏ đổ, được kết hợp làm đờ quõy cú tầng lọc ngược phục vụ cụng tỏc ngăn dũng lấp sụng và chống trượt cho mỏi đập hạ lưu. Thiết kế lăng trụ tiờu thoỏt nước phải đảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật sau đõy:
a) Cao trỡnh đỉnh của lăng trụ cao hơn mực nước cao nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, cú xột đến chiều cao súng leo, với độ an toàn khụng nhỏ hơn 0,5 m;
b) Chiều rộng đỉnh lăng trụ khụng nhỏ dưới 1,50 m;
c) Mặt tiếp xỳc giữa mỏi trong của lăng trụ với thõn đập phải bố trớ lớp chuyển tiếp theo hỡnh thức tầng lọc ngược. Yờu cầu kỹ thuật thiết kế tầng lọc ngược theo TCVN 8422 : 2010;
d) Khi cần hạ thấp đường bóo hũa hơn nữa, cú thể làm lăng trụ cú tầng tiờu nước nằm ngang. Chiều dài của bộ phận chống thầm này bằng khoảng 1/3 chiều rộng ở đỏy đập.
1
2 3
MNHL
a) Tiờu thoỏt nước kiểu lăng trụ
MNmax
MNHL
1 2
3
b) Tiờu thoỏt nước kiểu hỗn hợp lăng trụ và ỏp mỏi
2 1
3
c) Tiờu thoỏt nước kiểu hỗn hợp lăng trụ và gối phẳng
CHÚ DẪN:
1 Đường bóo hoà thấm; 2 Tầng lọc ngược; 3 Lăng trụ đỏ đổ;
do Độ vượt cao của đỉnh kết cấu tiờu thoỏt nước so với mực nước thiết kế ở hạ lưu (MNHL); MNmax Mực nước lớn nhất đó xảy ra ở hạ lưu đập.
8.7.3 Tiờu thoỏt nước kiểu ỏp mỏi
Tiờu thoỏt nước kiểu ỏp mỏi thường được ỏp dụng cho cỏc đoạn đập nằm trờn thềm sụng ớt bị ngập nước hoặc chỉ bị ngập khi mực nước lũ dõng lờn. Kiểu tiờu thoỏt nước này khụng cú tỏc dụng hạ thấp đường bóo hoà nhưng lại cú tỏc dụng bảo vệ chõn mỏi dốc đập khụng bị trượt. Cao trỡnh đỉnh kết cấu ỏp mỏi phải cao hơn điểm ra của đường bóo hũa trờn mỏi hạ lưu từ 1,5 m trở lờn, xem sơ đồ a của hỡnh 8.
MNHL
1 2 1 2 4
5 6
a) Tiờu thoỏt nước kiểu ỏp mỏi b) Tiờu thoỏt nước kiểu gối phẳng
1
2 3
1
2 7
c) Tiờu thoỏt nước hỡnh ống d) Tiờu nước kiểu kết hợp gối phẳng và gối nghiờng
CHÚ DẪN:
1 Đường bóo hoà thấm; 2 Tầng lọc ngược; 3 Ống tiờu nước;
4 Dải tập trung nước thấm; 5 Ống dẫn nước thấm; 6 Rónh thoỏt nước;
7 Ống thoỏt nước dọc chõn mỏi dốc.
Hỡnh 8 – Sơ đồ cấu tạo của một số dạng kết cấu tiờu thoỏt nước cho đập 8.7.4 Tiờu thoỏt nước kiểu gối phẳng
Tiờu thoỏt nước kiểu gối phẳng (xem sơ đồ b của hỡnh 8) thường được ỏp dụng ở hạ lưu đập khụng cú nước, để hạ thấp đường bóo hũa, tiờu thoỏt nước cho cả thõn đập và nền đập nhất là ở cỏc nền sột cú xuất hiện ỏp lực kẽ rỗng. Chiều dài của bộ phận tiờu thoỏt nước gối phẳng phụ thuộc vào yờu cầu hạ thấp đường bóo hũa, đảm bảo đường bóo hũa thấm khụng xuất hiện trờn mỏi và khụng làm ướt mỏi
đập do hiện tượng mao dẫn gõy ra, nhưng khụng vượt quỏ 1/3 chiều rộng đỏy đập. Chiều dày của kết cấu gối phẳng phải đảm bảo tiờu thoỏt được lượng nước thấm qua đập và thuận lợi cho thi cụng để đảm bảo chất lượng của kết cấu.
8.7.5 Tiờu thoỏt nước kiểu ống
Tiờu thoỏt nước kiểu ống được làm bằng cỏc ống bờ tụng hoặc ống xi măng amiăng cú lỗ thu nước ở xung quanh ống (xem sơ đồ c của hỡnh 8). Xung quanh cỏc ống thu nước được đắp lớp lọc ngược. Cỏch mỗi đoạn từ 50 m đến dưới 200 m dọc theo chiều dài ống thu nước cú bố trớ một giếng quan trắc. Mặt cắt ngang của ống thu nước được xỏc định theo chế độ chảy khụng ỏp trong ống. Loại kết cấu này kết hợp với đống đỏ tiờu nước hạ lưu thường được ỏp dụng trong đập đắp hỗn hợp nhiều khối, trong đú phần ống lọc tiờu nước phải bố trớ ở phần tiếp giỏp giữa khối chống thấm và khối tựa hạ lưu, thảm đỏ bố trớ ở chõn ống và nối ống với lăng trụ đỏ hạ lưu.
8.7.6 Tiờu thoỏt nước kiểu giếng
Kết cấu tiờu thoỏt nước kiểu giếng bố trớ ở sau chõn đập hạ lưu ỏp dụng trong trường hợp cần giảm ỏp lực nước ngầm tại khu vực chõn đập khi dưới nền đập cú một tầng thấm nước mạnh được phủ trờn một tầng khụng thấm nước mỏng. Trường hợp hệ số thấm ngang của nền lớn hơn rất nhiều so với hệ số thấm theo phương thẳng đứng cũng cần bố trớ giếng giảm ỏp để giảm ỏp lực thấm phỏt sinh ở chõn đập. Căn cứ vào đặc điểm của đất nền, độ sõu tầng bồi tớch, đường viền nền đập, yờu cầu cần giảm ỏp lực và phạm vi giảm ỏp lực nước ngầm ở khu vực hạ lưu chõn đập mà tớnh toỏn xỏc định khoảng cỏch giữa cỏc giếng và chiều sõu của từng giếng giảm ỏp. Thụng thường khoảng cỏch giữa cỏc giếng theo hướng dọc theo tuyến đập từ 7,5 m đến 10 m. Yờu cầu kỹ thuật thiết kế thi cụng giếng giảm ỏp theo TCVN 9157 : 2012.