CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
8.1 THIẾT KẾ MẶT CẮT ĐẬP ĐẨT
8.1.3 Cấu tạo chi tiết của đập
a. Bề rộng đỉnh đập:
Chiều rộng đỉnh đập cần xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác, có xét đến cấp công trình, nhưng không nhỏ dưới 5m.
Theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN 157 – 2005 khi không có yêu cầu khác chiều rộng đỉnh nên chọn là 5 – 10. Trong trường hợp hồ chứa Alin do không có yêu cầu giao thông nên chọn B = 5m
b. Bảo đệ đỉnh đập:
Do đỉnh đập không yêu cầu giao thông nên ta thiết kế đường theo kiểu mặt sống trâu để dễ dàng thoát nước trên mặt đập ( do mưa hoặc do sóng ). Độ dốc mặt đập về hai phía ta chọn i = 2%. Ngoài ra trên đỉnh đập ta phủ một lớp bảo vệ bằng cát sỏi và đá dăm với chiều dày 30cm.
Kiểu dáng và kích thước chi tiết được thể hiện trên hình sau:
Hình 9 -5: Chi tiết đỉnh đập 8.1.3.2 Cấu tạo và thiết bị bảo vệ mái đập:
a. Cấu tạo mái đập:
Hình dạng và kích thước mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó có những yếu tố cơ bản như: đặc tính của chất đất đắp đập, loại đất, chiều cao đập các loại lực tác dụng lên mái dốc, điều kiện thi công và khai thác…Trong thiết kế đập đất, vấn đề xác địng mái dốc của đập hợp lý là rất quan trọng vì hệ số mái dốc lớn hay bé ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của đập như vấn đề ổn định trượt của mái dốc, ổn định thấm của thân đập lưu lượng thấm và cuối cùng là giá thành công trình.
Ta có thể tính mái dốc của đập theo công thức kinh nghiệm sau:
Mái thượng lưu: m1 = 0.05H + 2.0 Mái hạ lưu: m2 = 0.05H + 1,5 Trong đó: H là chiều cao đập
H = ∇đđ - ∇ đáy đập = 357.69 - 337.14 = 20.55 m
→ m1 = 3.01 m2 = 2.51
Chọn mái dốc của đập như sau:
Mái thượng lưu : m1t = 3,75 ; m2t = 3,25 Mái hạ lưu m1h = 3,5 ; m2h = 3.0 b. Bảo vệ mái đập:
• Mái thượng lưu:
Mái dốc thượng lưu chịu tác dụng của nhiều loại lực phức tạp do đó cần phải gia cố cần thận để đề phòng sự phá hoại của các loại lực này. Mục đích chủ yếu của việc gia cố mái dốc thượng lưu là đề phòng sự xói lở do sóng gây như dòng chảy với lưu tốc lớn vào miệng công trình lấy nước đặt trong thân
đập, đất sét trong thân đập dãn nở vì thay đổi nhiệt độ, nước mưa làm xói lở mái dốc, rễ cây ăn sâu vào thân đập, động vật đào hang….
Thông thường khi tính toán lớp gia cố mà bảo đảm được ổn định dưới tác dụng của sóng thì đồng thời cũng đã loại trừ được những nguy hiểm khác, cho nên các phương pháp xác định hình thức và kích thước các loại gia cố đều dựa trên cơ sở tác dụng của lực sóng.
Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14 TCN – 2005 ta có Giới hạn trên của lớp gia cố có thể lấy từ đỉnh đập∇đ = +356.99m
Giới hạn dưới lấy xuống dưới mực nước chết (MNC)của hồ một đoạn 2.5m đối với công trình cấp III
=> Giới hạn dưới của lớp gia cố ở cao trình = ∇ MNC – 2.5 = 344.41(m)
- Do hs= 0.915 < 1,25m, có thể dùng đá đổ hay đá lát khan. Nếu ta dùng đá đổ thì chiều dày lớp đổ khá lớn nên trong đồ án này em dùng phương pháp bảo vệ mái thượng lưu bằng đá lát khan.
* Chiều dày lớp gia cố t có thể xác định theo công thức của Sankin:
t = 1,7 .
n đ
n
γ γ
γ
− . 1( 1)
2
+ + m m
m . hs
Trong đó:
+ γ đ: là trọng lượng riêng của hòn đá γ đ = 2,65 (T/m3) + γ n : là trọng lượng riêng của nước γ n = 1 (T/m3)
+ m : là hệ số mái trung bình của mái thượng lưu, m = 3,5
+ hs : là chiều cao sóng, lấy hs = hs1% = 0,915 m(lấy ứng với tần suất 1% ) Thay vào ta có:
=> t = 1,7 .
1 65 . 2
1
− . 3,51(3,53,51)
2
+
+ . 0,915 = 0.21 (m) chọn t = 25 (cm)
Hình 9 – 6: Chi tiết chân tựa và lớp gia cố
- Giới hạn dưới của phần gia cố mái thượng lưu ta làm chân tựa bằng bê tông nhằm tăng ổn định cho tầng gia cố (hình 9 – 6)
• Mái hạ lưu:
Dưới tác dụng của gió mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng cho mái dốc hạ lưu cho nên cần phải bảo vệ
Để bảo vệ mái hạ lưu có nhiều hình thức khác nhau tùy thuộc vào tính chất của đất đắp đập và độ dốc của mái.
Trong trường hợp của hồ chứa Alin thì mái hạ lưu tương đối thoải và mái làm bằng đất hạt lớn nên ta chọn hình thức phủ một lớp đất màu rồi chia ô trồng cỏ. Kích thước mỗi ô là 3×3m và giữa các ô có rãnh thoát nước rộng 20cm.
c. Tầng đệm dưới lớp gia cố:
Để đảm bảo sự nối tiếp tốt giữa lớp gia cố và thân đập trong trường hợp lún không đều, đồng thời đóng vai trò tầng lọc ngược, nhằm đề phòng hiện tượng xói ngầm khi cột nước thấm trong thân
đập cao hơn ngoài hồ chứa do hiện tượng sóng leo rồi rút xuống, hoặc do mực nước trong hồ chưa rút xuống đột ngột. Do đó, tầng đệm phải mềm dẻo đồng thời thành phần hạt của nó phải chọn lọc để tránh được xói ngầm. Tầng đệm bao gồm một lớp cuộn sỏi dày 15cm một lớp cát lọc dày 10cm.
8.1.3.3 Cơ đập
Cơ thượng lưu nằm trong vùng chịu tác động lớn nhất của sóng, có tác dụng làm tăng ổn định của mái đập thượng lưu, đồng thời cũng là để thỏa mãn các điều kiện thi công như đặt các máy móc cần trục để thi công lớp gia cố mái dốc.
Cơ hạ lưu có tác dụng làm tăng ổn dịnh của mái đập hạ lưu, phục vụ cho quá trình thi công cơ giới, phục vụ cho công tác kiểm tra sửa chữa trong quá trình quản lý, khai thác. Ngoài ra nó còn được sử dụng vào việc tập trung dẫn nước mưa, bảo vệ mái hạ lưu khỏi bị nước mưa xói lở.
Do đập có nhiều cao lớn hơn 20m nên để tăng tính ổn định cho mái đập và thuận lơn trong quá trình thi công cũng như quản lý vận hành ta bố trí cơ đập ở mái thượng và mái hạ của đập ( mỗi mái một cơ). Bể rộng cơ ở cả mái thượng và hạ lưu là b = 3m, bề mặt cơ có độ dốc là i = 2%
- Cơ thượng và cơ hạ lưu ở cao trình : +349 m
- Trên mặt cơ hạ lưu bố trí các rãnh thoát nước dọc và ngang để hoát nước mưa cho mái dốc.
* Tóm lại ta chọn hình thức mái đập và cơ đập như sau:
Hình 9 – 7: Chi tiết bảo vệ mái hạ lưu
- Thượng lưu làm một cơ ở cao trình +349m, mái đập thay đổi từ dưới lên là m1 = 3,75 và m2 = 3,25 bề rộng cơ là 3m.
- Hạ lưu làm một cơ ở cao trình 349m mái đập thay đổi từ dưới lên là m1=3,5 và m2 = 3.0 bề rông cơ là 3m. Trên cơ thượng lưu ta bố trí rãnh thoát nước bằng đá xây dày 10cm và có kích thước như hình:
Hình 9- 8: Chi tiết cơ đập hạ lưu 8.1.3.4 Thiết bị chống thấm
Nền đập thuộc lớp 2 pha tàn tích edQ gồm á sét màu vàng nhạt trạng thái nửa cứng có hệ số thấm khá lớn. Qua tham khảo các công trình có nền thấm tương tự thì thấy rằng trong trường hợp này dùng đập có chân khay là hợp lý.
Chân khay được cắm xuống tầng không thấm thuộc hệ tầng Alin để hạn chế thấm tiếp xúc một đoạn 0.5m
Kích thước chân khay được xác định theo điều kiện
Jck ≤ [Jcp]ck Trong đó:
Jck - Gradien thấm lớn nhất ở đáy chân khay. Trị số Jck xác định theo công thức kinh nghiệm:
β
− + λ
λ
− α
= 0,617 0,4
467 , 0 665 , 0
Jck
2 1
2 2 1 1
t t H
K t K K t K H T
H K T K H
d n d
n d
n
+ +
+ +
+ = +
λ = = 79,42m
2 , 2 8 , 1 97 , 18
10 . 5
10 . 2 . 21 , 10 2 . 5
10 . 85 , 1 97 ,
18 74 76
+ = +
+
+ −− −−
(H = 18,97m - chiều cao cột nước thượng lưu ứng với mực nước lũ thiết kế)
H
= l
β l - Chiều rộng đáy chân khay
[Jcp]ck - Gradien thấm cho phép tại đáy chân khay, phụ thuộc vào cấp công trình và loại đất chân khay: tra bảng 2-16 (Thiết kế đập đất - Nguyễn Xuân Trường) được: [Jcp]ck = 0,85.
Sau khi tính toán thử dần tìm được bề rộng đáy chân khay: l = 12m
Hệ số mái đào lấy bằng 1.
8.1.3.5 Thiết bị thoát nước
Vật thoát nước là một bộ phận quan trọng của đập đất và trong nhiều trường hợp nó chiếm tỉ lệ giá thành rất lớn. Do đó việc lựa chọn một kết cấu vật thoát nước hợp lý và rẻ tiền có ý nghĩa rất lớn.
Vật thoát nước của đập đất có nhiệm vụ:
- Hạ thấp đường bão hòa trong thân đập nhằm nâng cao ổn định mái dốc hạ lưu.
- Đưa dòng thấm vào vật thoát nước nhằm đề phòng dòng thấm ra mái dốc hạ lưu làm sạt lở mái dốc đồng thời nhờ có tầng lọc ngược mà tránh được hiện tượng xói ngầm thân đập
- Đối với nền đập giảm được áp lực kẽ rỗng khi đất nền là các loại sét và giảm áp lực thấm của tầng thấm có áp dưới nền đập
Có nhiều hình thức thoát nước cho thân đập. Mỗi hình thức có ưu và nhược điểm khác nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể. Trong trường hợp của hồ chứa Alin thì ta nên chia làm 2 đoạn khác nhau là đoạn mặt cắt lòng sông và đoạn sườn đồi.
a. Đoạn lòng sông do hạ lưu có nước nên thích hợp nhất là sử dụng vật thoát nước kiểu lăng trụ vì nó có nhiều ưu điểm như:
Bảo vệ mái dốc khi hạ lưu có sóng và gió, tăng ổn định mái dốc hạ lưu và thoát nước cho cả thân đập và nền, kết cấu đơn giản. Nối tiếp giữa đập và nền với vật thoát nước ta dùng lớp đệm có cấu tạo như tầng lọc ngược. Cấu tạo của vật thoát nước như hình:
- Chiều rộng đỉnh lăng trụ : b = 2m - Mái thượng lưu lăng trụ : m = 1,5 - Mái hạ lưu lăng trụ : m = 2,0
- Nối tiếp giữa lăng trụ với thân đập và nền bằng tầng lọc ngược cấu tạo như hình sau:
- Cao trình đỉnh lăng trụ cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất 1-2 m
Hình 9 – 9: Chi tiết chân khay
Hình 9 – 10: Chi tiết thiết bị thoát nước
b. Đoạn sườn đồi:
Do không có nước hạ lưu và đường bão hòa thấp hơn so với mặt cắt lòng sông nên có thể dùng vật thoát nước kiểu áp mái vì hình thức này tốn ít vật liệu, chống xói ngầm tốt, tuy nhiên không có tác dụng hạ thấp đường bão hòa. Vật thoát nước kiểu áp mái có cấu tạo như hình:
Hình 9 - 11: Chi tiết thiết bị áp mái 8.1.3.6 Nối tiếp giữa đập với nền và bờ
a) Nối tiếp với bờ:
Vấn đề nối tiếp với bờ phải đảm bảo những yêu cầu như nối tiếp giữa đập và nền. Hai bờ thường có tàn tích và đá phong hóa thấm nước mạnh, ổn định kém, bởi vậy phải bóc boe một lớp dày 0,4 – 0,5 m cho đến đất chặt.
Ở chỗ nối tiếp với bờ thiết bị chống thấm phải được cắm sâu vào đá tốt hoặc đá ít phong hóa
Khi nối tiếp với bờ thì cần chú ý tới hiện tượng sinh lún không đều bởi vậy mặt nối tiếp cũng không nên đánh quá dốc hoặc đánh cấp
b) Nối tiếp với các công trình khác:
Khi nối tiếp đập với các công trình khác phải chú ý 2 điểm:
- Bảo đảm Gradien thấm nhỏ hơn trị số cho phép.
- Bảo đảm đất và tường liên kết chặt nên lưng tường thường làm theo mặt nghiêng