Thấm dưới đáy vμ hai bên công trình thuỷ lợi
II. Môi tr−ờng thấm dị h−ớng
Trong thực tế thường gặp trường hợp khối đất được cấu tạo từ các lớp mỏng song song với nhau. Đó lμ trường hợp nền đất thiên nhiên được hình thμnh theo kiểu trầm tích từng lớp, hay khối đất nhân tạo (đê, đập, vùng bao quanh công trình) đ−ợc đắp theo kiểu
đầm nện từng lớp. Khi đó, khối đất có hệ số thấm theo các phương lμ khác nhau (môi trường thấm dị hướng). Nếu các lớp đất lμ nằm ngang thì có:
- Hệ số thấm theo ph−ơng ngang: kn = kmax; - Hệ số thấm theo phương đứng: kđ = kmin.
Bμi toán thấm dị hướng đã được Đakhơle giải bằng phương pháp biến đổi tương
www.vncold.vn
thì lμm phép biến đổi ngược lại để biến môi trường thấm từ đẳng hướng về dị hướng để có kết quả cuối cùng. Cách biến đổi nh− sau:
Đầu tiên, ta giãn mọi thμnh phần thẳng đứng của đất nền theo tỷ số a, nh−ng vẫn
đảm bảo lưu lượng thấm không đổi. Theo phép giãn phương đứng, độ dốc thuỷ lực theo phương đứng giảm đi a lần. Để chỉnh lý lại, ta phải tăng hệ số thấm đứng lên a lần:
k'® = ak® = akmin
Xét dòng thấm theo phương ngang. Phép giãn phương đứng đã lμm tăng mặt cắt ướt của dòng thấm ngang lên a lần. Muốn bảo đảm cho lưu lượng thấm không đổi thì phải giảm hệ số thấm theo ph−ơng ngang xuống a lần, tức lμ: n kn kmax
k ' = a = a Sau phép biến đổi, nền trở thμnh đẳng hướng nên ta có: akmin = 1 max
ak , hay:
max min
a k ;
= k (2-35)
vμ: kTB = k®' = k'n = kmax.kmin (2-36)
Giải bμi toán thấm đối với nền đẳng hướng tương đương nμy sẽ tìm được biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình, lưu lượng thấm q = kmax.kmin.H.q , biểu đồ gradien r thấm ở cửa ra... Cuối cùng, dùng phép biến đổi ng−ợc lại, ta có các đặc tr−ng của dòng thÊm thùc nh− sau:
- Lưu lượng thấm: q* = =q kmax.kmin.H.qr (2-37)
- Gradien thấm ở cửa ra: *r max r
min
J k .J
= k (2-38)
Dạng biểu đồ phân bố áp lực thấm dưới đáy công trình trên nền có các lớp đất song song như trên hình 2-13a, b, c, trong đó đường nét liền lμ khi các lớp nằm ngang; đường nét đứt lμ khi các lớp nằm nghiêng.
a) b) c)
Hình 2-13: Biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình đế phẳng
www.vncold.vn
với các thế nằm khác nhau của đất nền.
Đ2.4. Các biện pháp phòng chống thấm cho nền đất I. Khái niệm chung
1. Các mục đích phòng chống thấm
Dòng thấm gây ra những ảnh hưởng bất lợi đối với công trình như đã nêu ở Đ2.1.
Các mục đích phòng chống thấm cho nền đất nh− sau:
- Hạn chế l−ợng n−ớc thấm;
- Giảm áp lực thấm dưới bản đáy để tăng ổn định cho công trình;
- Giảm gradien thấm ở cửa ra để tránh các biến hình thấm cho đất nền.
Tuỳ theo đặc điểm của công trình có thể đặt ra đồng thời cả 3 mục tiêu trên, hoặc chỉ một số trong đó. Chẳng hạn, đối với hồ chứa thì cần hạn chế lưu lượng thấm, còn đối với một số loại cống thì yêu cầu nμy lμ không bắt buộc.
Ngoμi ra, khi đề xuất các biện pháp công trình để phòng vμ chống thấm, cần phân tích các điều kiện cụ thể để thoả mãn cả 2 yêu cầu lμ kỹ thuật vμ kinh tế.
2. Các nhận xét định h−ớng
Về mặt phòng chống thấm, ta có thể chia đ−ờng viền thấm của công trình thμnh 3 đoạn:
- Đoạn giữa gồm bản đáy công trình;
- Đoạn thượng lưu: gồm các bộ phận nằm phía trước bản đáy;
- Đoạn hạ lưu: gồm các bộ phận nằm phía sau bản đáy.
Khi phân tích tác hại của dòng thấm, cần đặc biệt chú ý tới áp lực thấm dưới bản
đáy công trình vμ gradien thấm ở cửa ra. Dựa vμo một trong các phương pháp tính thấm
đã nêu, ta có thể rút ra các nhận xét sau đây:
a) Khi tăng chiều dμi đường viền thấm thì gradien thấm bình quân vμ lưu lượng thấm sẽ giảm nhỏ. Khi rút ngắn chiều dμi đ−ờng viền, ta có các kết quả ng−ợc lại.
b) Khi tăng chiều dμi đoạn thượng lưu nhưng vẫn giữ nguyên kích thước các bộ phận khác thì áp lực thấm dưới bản đáy công trình giảm nhỏ.
c) Khi giảm chiều dμi đoạn hạ lưu nhưng vẫn giữ nguyên kích thước các bộ phận khác thì áp lực thấm dưới bản đáy công trình giảm nhanh.
d) Các đoạn đường viền thẳng đứng bố trí hợp lý sẽ có tác dụng lớn trong việc tiêu hao cột nước thấm so với các đoạn nằm ngang có cùng độ dμi. Sau đây, chúng ta xem xét một số biện pháp phòng chống thấm th−ờng dùng.
www.vncold.vn
Sân trước được bố trí ở phía thượng lưu tiếp giáp với bản đáy (ví dụ như trên hình 2-14).
Nó có tác dụng nhiều mặt, nhưng chủ yếu lμ giảm lưu lượng thấm vμ giảm áp lực thấm lên bản đáy công trình.
t
t
min
Hình 2-14: Bố trí sân trước bằng đất sét
Sân trước lμ biện pháp công trình thích hợp khi tầng thấm dμy, hoặc địa chất nền không cho phép đóng cừ. Kết cấu vμ kích thước sân trước phải thoả mãn các yêu cầu cơ
bản sau: ít thấm n−ớc, có tính mềm, dễ thích ứng với biến hình của nền, dùng một loại vật liệu. Sân trước có thể lμm bằng đất sét, đất pha sét, vải chống thấm, bêtông átphan, bêtông th−ờng hoặc bêtông cốt thép. Loại sân bằng bêtông vμ bêtông cốt thép có khi
đ−ợc neo chặt vμo bản đáy để tăng ổn định chống tr−ợt của công trình (đối với công trình nhẹ trên nền đất).
Các kích th−ớc cơ bản của sân tr−ớc nh− sau:
a) Chiều dài: Chiều dμi sân (Ls) đ−ợc xác định theo các yêu cầu kinh tế vμ kỹ thuật.
Thường sơ bộ định trước Ls, sau đó tiến hμnh tính toán thấm vμ ổn định công trình, dựa vμo các kết quả tính toán nμy để điều chỉnh lại Ls cho hợp lý.
Công thức kinh nghiệm để sơ bộ định Ls nh− sau:
Ls = (3 ÷ 5)H, (2-39)
Trong đó: H - độ chênh cột nước trước vμ sau công trình.
Theo Ughintrut, chiều dμi tối đa của sân trước xác định như sau:
Lsmax = S tb
n
2 k t .T
k (2-40)
Trong đó:
ks vμ kn - hệ số thấm của vật liệu lμm sân trước vμ của đất nền;
ttb- chiều dμy trung bình của sân tr−ớc;
T - chiều dμy của nền thấm d−ới sân.
b) Chiều dày:
- Theo yêu cầu chống thấm xuyên thủng sân:
s cp
t H J
≥ Δ (2-41)
Trong đó:
ΔH - độ chênh cột nước giữa mặt trên vμ mặt dưới của sân tại mặt cắt tính toán;