Tinh toàn thâm

11 Tính tốn thiết kế đập

11.2 Tinh toàn thâm

11.2.1 Yêu cầu chung

Tính tốn thấm qua thân, nền đập xác định các thông số chù yếu cần thiết của dòng thấm, nhằm: Xác định ổn định thấm và lưu lượng thấm của thân, nền và bở vai đập;

Xác định ổn định chung của mái đập, nền và bờ vai đập;

Luận chứng kinh tế - kỹ thuật về hình dạng, kích thước, kết cấu mặt cắt đập và các bộ phận chống thấm, tiêu thoát nước của đập.

11.2.2 Khi tinh toán thấm cần phài xem xét đến sự ảnh hưởng cùa hệ số thấm theo phương đứng (kv) và phương ngang (kh) đến các kết q tính tốn thấm, cần xem xét tính tốn thấm với hai trường hợp khi kh/kv = 1 và khi kh/kv là lớn nhất thu được từ kết quà thí nghiệm được nêu ờ điều 7.3.3 của tiêu chuẩn này (khi khơng có điều kiện thí nghiệm có thể iấy kh/kv = 5 để tính tốn).

'11.2.3 Nghiên cứu tính tốn thấm

Vị trí bề mặt dịng thẩm (đường băo hịa) trong thân đập và các bở vai đập. cần xét đến hiện tượng mao dẫn nhất là ở các phần thân đập;

Lưu lượng nước thấm qua thân, nền và các bờ vai đập;

Gradient thấm của dòng thầm trong thân đập và nền, ờ chỗ dịng thấm đi vào bộ phận tiêu nước phía hạ lưu cùa đập, ở chỗ tiếp .xúc giữa các lớp đất có các đặc trưng khác nhau, ờ mặt tiếp xúc cùa các kết cấu chống thấm, ở vị trí đi ra của dòng thấm.

2) Khi xây dựng đập ở vùng núi cao, lịng sơng hẹp, nơi có cấu tạo địa chất nền phức tạp, khơng đồng nhất, bất đẳng hướng, loại đập nhiều khối và đối với đập từ cắp I trờ lên các thơng số tính tốn dịng thấm nêu trên cần được phân tích tính tốn cho phù hợp theo các hướng dẫn ờ các tài liệu, quy định hiện hành về tinh tốn thấm.

3) Tính tốn ổn định thấm có nhiệm vụ làm rõ độ bền thấm của đất trong thân đập, đất nền và bờ vai đập ờ vị trí tiếp xúc giữa các lớp hoặc giữa thân đập và nền, ồn định dưới tác dụng cùa gradient thấm vào cơng trình có xét đến ảnh hường của trạng thái ứng suất và biển dạng cùa thân đập và nền, đặc điểm kết cấu đập, phương pháp thi công và điều kiện khai thác.

4) Khi tính tốn sơ bộ và khi khơng có các nghiên cứu cần thiết, với đập từ cấp II trở xuống cỏ thể sử dụng các giá tri gradient thấm cho phép đối với các loại đất đắp ờ Bảng 6 và 7, đối với đất nền ờ Bàng 8 và 9.

Bàng 6 - Trị số gradient cột nước cho phép ở điểm ra trong các khối đắp thân đập Loại đất cáp cơng trình đập Đặc biệt 1 II III, IV Đất sét 1,00 1,10 1,20 1,30 Đất á sét 0,70 0,75 0,85 0,90 Đẩt cát trung bình 0,50 0,55 0,60 0,65 Đất á cát 0,40 0,45 0,50 0,55 Đất cát mịn 0,35 0,40 0,45 0,50

Loại đất

Giá trị gradient cột nước trung bình tới hạn Jth đối với: Sân phủ Tường nghiêng và

tường lõi

Khối đắp trong thân đập

Đất sét, bê tông - sét 15 12 Từ 8 đến 12

Đát á sét 10 8 Từ 6 đến 8

Đất á sét nhẹ 8 6 Từ 4 đến 6

CHÚ THÍCH: Gradient cột nước trung binh cho phép [J] bằng gradient cột nước trung binh tới hạn Jth chia cho hệ số an toàn nhỏ nhất [K] xác định theo điều 5.2.2 cùa tiêu chuần này.

Việc tính tốn các kết cấu lọc ngược, tiêu thoát nước và chuyền tiếp thực hiện theo TCVN 8422.

Bảng 8 - Trị số gradient cột nước cho phép [j™ ] ờ điểm ra đôi với đât nền

Loại đất Cấp đập Đặc biệt 1 II III IV Đất sét Phải xác định thơng qua thí nghiệm mơ hình 0,70 0,80 0,90 1,08 Đất á sét 0,35 0,40 0,45 0,54 Đất cát thô 0,32 0,35 0,40 0,48 Đất cát vừa 0,22 0,25 0,28 0,34 Đất cát mịn 0,18 0,20 0,22 0,26

Bàng 9 - Trị số gradient cột nước trung bình cho phép đối với đất nền

Loại đất Cấp đập Đặc biệt 1 II III, IV Đất sét 0,90 1,00 1,04 1,08 Đất á sét 0,53 0,59 0,62 0,64 Đất cát pha 0,40 0,44 0,46 0,48 Đất cát thô 0,32 0,36 0,37 0,38 Đất cát vừa 0,28 0,31 0,32 0,34 Đất cát mịn 0,21 0,24 0,25 0,26

5) Đối với nền đá phải tính tốn kiểm tra độ bền thấm cục bộ theo điều 2.4.4 cùa tiêu chuẩn TCVN 4253.

11.3.1 Yêu cầu chung

1)Tính tốn ổn định mái đập để đảm bảo cho đập đất không bị phá hoại do các ứng suất cắt gây trượt phát sinh từ thân đập hoặc từ thân và nền đập dưới tác dụng cùa tải trọng đập, áp lực kẽ rỗng trong đập và các ngoại lực;

2)Tính tốn ổn định mái đập cần tiến hành theo phương pháp mặt trượt trụ tròn;

3)Khi trong nền hoặc thân đập có các vùng đất yếu, các lớp kẹp kém bền và khi tính tốn ổn định cùa tường nghiêng hoặc lớp bảo vệ cần tiến hành tính tốn theo mặt trượt bất kỳ;

4)Cần sừ dụng các phương pháp tính tốn thỏa mãn các điều kiện cân bằng các lăng thể trượt và các bộ phận cùa nó theo trạng thái cân bằng giới hạn, và có xét tới trạng thái ứng suất của cơng trinh và nền cùa nó.

11.3.2 Trường hợp tính tốn ốn định mái đập

1)Đập đất chịu các tải trọng làm việc khác nhau và đất đắp trong thân đập cũng có cường độ chống cắt khác nhau trong các thời kỳ làm việc khác nhau từ thi cơng, thi cơng xong, tích nước đến xà lũ, do đó cần lần lượt tính tốn cho từng mái đập thượng lưu và hạ lưu. Cụ thể:

Thời kỳ thi cơng (bao gồm cả hồn cơng); Mái thượng lưu, hạ lưu; Thời kỳ thấm ổn định: Mái thượng lưu, hạ lưu;

Thời kỳ mực nước hồ rút nhanh: Mái thượng lưu.

Trong tính tốn cần phân biệt điều kiện làm việc bình thường và điều kiện làm việc khơng bình thường theo nội dung quy định ở điều 5.1 của tiêu chuẩn này.

2)ở các vùng mưa nhiều, nên căn cứ hệ số thấm cùa đất đắp và khả năng dẫn thoát nước cùa các thiết bj tiêu nước mặt đập, xem xét tình hình cụ thể để kiểm tốn sự ổn định của mái đập trong thời kỳ mưa kéo dài, đồng thời chọn hệ số an toàn theo điều kiện làm việc khơng bình thường.

3)Hệ số an tồn về ổn định của mái đập trong các điều kiện làm việc quy định ờ Bàng 10 không được nhỏ hơn hệ số an toàn nhỏ nhất [K] quy định ở bàng 1 điều 5.2 của tiêu chuẩn này.

4)Hệ số ổn định nhỏ nhất của mái đập và mái bờ vai tính được trong điều kiện làm việc bình thường khơng nên vượt q 15 % đổi với đập từ cáp II trở xuống và 20 % đối với đập từ cấp I trờ lên so hệ số an tồn nhỏ nhất cho phép [K],

5)Tính toán ổn định các mái đập phải bao gồm các thời kỳ làm việc khác nhau, thời kỳ thi công (kể cà hồn cơng), thời kỳ thấm ồn định, thời kỳ mực nước hồ rút nhanh và khi làm việc bình thường gặp động đất. Nội dung tính tốn theo quy định ỡ Bảng 10. Các điều kiện làm việc bình thường và làm việc khơng bình thường theo quy định tại điều 5.1 của tiêu chuẩn này.

trong tính tốn lấy theo quy định trong TCVN 9386.

7)Cường độ kháng cắt của đất sử dụng trong tính tốn ổn định được quy định ờ Phụ lục A và yêu cầu về phương pháp thí nghiệm xác định các chì tiêu cơ lý được quy định ờ Bảng 2 điều 7.3 của tiêu chuẩn này. Ngồi ra có thể tham khảo Phụ lục B để đề xuất sử dụng số liệu tính tốn phù hợp.

Bảng 10 - Các trường hợp tính tốn ổn định đập đất

TT Điều kiệnlàm việc Trường hợp tính tốn Tổ hợp Mái tính ổnđịnh

1

Thi công (kể cà hồn

cơng)

Căn cứ vào khối đắp hlnh thành ờ phần mãi thượng, hạ lưu trong các phân đợt thi cơng trong năm kể cà khi đắp hồn thành đập nhưng chưa đưa vảo khai thác và chế độ mực nước bất lợi, tương ứng tiến hành kiểm tra ổn định mái thượng, hạ lưu.

Thi công Thượng,hạ lưu

2

Thấm ỗn định

ở thượng lưu là MNDBT; ở hạ lưu có nước ứng với mực nước lớn nhất có thẻ xảy ra trong thời kỳ cấp nước nhưng không lớn hơn 0,2 Hđặp.

Cơ bản Hạ lưu

3

ở thượng lưu là MNLNTK, ở hạ lưu là mực nước ững với

Qxà thiết kế. Cơ bàn Hạ lưu

4

ở thượng lưu là MNLNKT, ờ hạ lưu là mực nước ứng với

Qxâ kiểm tra. Đặc biệt Hạ lưu

5

ở thượng lưu là MNDBT, ờ hạ lưu là mực nước trung bình thời kỳ cấp nước. Bộ phận tiêu nước trong đập lảm việc

không binh thường. Đặc biệt Hạ lưu

6

Mực nước hồ rút nhanh

ở thượng lưu là MNLNTK rút xuống đến mực nước khai thác ồn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxá thiết kế

Cơ bàn Thượng lưu

7

ở thượng lưu là MNLNKT rút xuống đển mực nước khai thác ồn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxà kiểm tra.

Đặc biệt Thượng lưu

8

ở thượng lưu là MNDBT rút xuống đến mực nước đảm bảo an tồn cho đập khi có nguy cơ sự cố; Mực nước hạ lưu tương ứng với Qxảmax khi tháo nước tử hô.

Đặc biệt Thượng lưu

9 Động đất

ở thượng lưu là MNDBT, ỡ hạ lưu là mực nước trung binh

trong thời kỳ cấp nước, có xét đến động đất. Đặc biệt

Thượng, hạ lưu

I- 1.4 Tính tốn trạng thái ứng suất, biến dạng và lún

II- 4.1 Cần tính tốn xác định trạng thái ứng suất biển dạng của thân đập và nền để đưa vào trong các tính tốn về:

có khả năng phát sinh áp lực kẽ rỗng trong đập và nền đáng kể;

ổn định thấm tại vùng tiếp xúc của các bộ phận cách nước với nền; Độ bền của các kết cẩu chống thấm khơng phải là đất.

11.4.2 Phân tích ứng suất và biến dạng trong đặp cần dùng phương pháp phần từ hữu hạn để tính tốn, mơ hình vật liệu (đất đắp và đất nền) sử dụng quan hệ ứng suất - biến dạng phi tuyến, có xét tới biển dạng dẻo củạ đất trong trạng thái giới hạn (đối với đập từ cấp III trờ xuống có thể tính tốn theo mơ hình quan hệ ứng suất - biến dạng tuyến tính). Chiều sâu tầng chịu lún cần lấy đến độ sâu mà ứng suất đứng do tài trọng ngồi gây ra khơng vượt 0,2 lần ứng suất đứng cùa nền tự nhiên (phải tính với ứng suất hiệu quà khi điểm tính tốn nằm dưới mực nước ngầm) và không cần vượt quá lớp đá cứng có mơ đun biến dạng E > 1000 kg/cm2.

11.4.3 Cần phải tiến hành tính tốn ửng suất và biến dạng của thân đập, nền đập và các bộ phận kiến trúc trong thân đập dưới tác dụng của tải trọng bàn thân, tải trọng bên ngoài và điều kiện công tác khác nhau (tiến độ đắp đập, phân vùng đắp đập và các yếu tố khác) để kiểm tra khả năng gây nứt trong đập do lún không đều hay do phát sinh và tồn tại vùng ứng suất kéo trong thân đập ờ các thời kỳ thi công và thời kỳ vận hành, đặc biệt chú ý kiểm tra đối với khối đắp chống thấm đàm bào không phát sinh hiện tượng nứt gãy thủy lực (ứng suất kéo hiệu quà trong khối chống thấm đối với các điều kiện làm việc của đập không được lớn hơn độ bền kéo một trục ơt nêu điều 7.3 cùa tiêu chuẩn này, nếu khơng có số liệu thí nghiệm cho phép lấy ơt =0).

11.4.4 Đối với đập cao trên 20 m cần tính tốn độ lủn tổng cộng, độ lún theo q trình thi cơng đắp đập đến khi hoàn thành để khống chế độ lún của đập và nền nhằm loại trữ rủi ro, hư hỏng trong đập do lún quá mức, lún nhanh và lún không đều giữa các bộ phận liền kề trong đập, cụ thể như sau: Độ lún của đập trong thời gian thi công tối đa không được vượt quá 2%H (H là chiều cao đập).

Độ lún cùa đập sau khi kết thúc thi cơng (thời kỳ tích nước, vận hành đập) không được vưọt quá 1 %H.

Tốc độ lún của đập và nền không được vượt quá 1 cm / ngày đêm.

Nếu tính tốn lún khơng đàm bào các u cầu trên, cần thiết phải nghiên cứu các biện pháp để xừ lý như: (1) Đào lớp đất nền yếu thay thế bằng đất đắp tốt hơn; (2) Tránh sử dụng các loại vật liệu đắp có tính nén lún lớn đề đắp đập; (3) Nếu biện pháp (1) hoặc (2) khơng thực hiện được thì cần có biện pháp xử lý đất để đàm bảo yêu cầu (biện pháp cố kết và gia tải trước, biện pháp gia cường cốt đất hoặc các biện pháp phù hợp khác).

Độ lún trong thời gian thi cơng được đắp bù trong q trình đắp cần được tính bù khối lượng, cịn độ lún khi vận hành là chiều cao dự phịng lún cần phải kể vào cao trình đình đập khi nghiệm thu hoàn thành, chiều cao dự phịng lún tối thiểu cần lấy khơng nhị hơn 0,5%H.

Khi tính tốn lún trong q trình thi cơng cần tính tốn và phân rõ theo thời gian thi công ở hai vai đập và phần cửa chặn dòng, để đưa ra lựa chọn chiều cao đắp phịng lún khi thi cơng hoàn thành cho từng đoạn

11.4.5 Đối với đập có chiều cao dưới 20 m cỏ thể tiến hành tính tốn độ lún cùa đập và nền theo phương pháp cộng lún cùa bài tốn một chiều thơng qua đường cong ép lún 8, chỉ số nén lún Cr và Cc, hệ sổ cố kết Cv. Cơng thức tính tốn độ lún thực hiện theo các tài liệu hướng dẫn địa kỹ thuật; 11.4.6 Đối với đập từ cấp I trở lên việc tính tốn ứng suất, biến dạng và độ lún cần tiến hành trên

cơ sở kết quả thí nghiệm nén lún của vật liệu đất có xét đến trạng thái ứng suất - biến dạng của thân đập, áp lực kẽ rỗng, tính từ biến của đất, độ lún ướt và trương nờ khi độ ẩm tăng trong thời kỳ khai thác.

11.4.7 Trong q trình thi cơng nên tiến hành quan trắc mức độ cố kết và độ lún, áp lực kẽ rỗng, ứng suất tổng và chuyển vị để kịp thời phân tích số liệu quan trắc và hiệu chỉnh nhằm cài tiến mơ hình và các thơng số tính tốn, tính tốn chính xác lại kết quả để kịp thời chọn biện pháp hoặc điều chỉnh thiết kể nếu cần thiết.