TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9143 : 2012 CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - TÍNH TỐN ĐƯỜNG VIỀN THẤM DƯỚI ĐẤT CỦA ĐẬP TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ Hydraulic structures - Calculate Permeable borders of Dam on unrock Foundation Lời nói đầu TCVN 9143 : 2012 chuyển đổi từ 14 TCN 58 - 88 - Đường viền đất đập đá - Quy trình thiết kế theo quy định khoản Điều 69 Luật Tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật điểm a khoản Điều Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 Chính phủ quy định chi tiết thi hành số điều Luật Tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật TCVN 9143 : 2012 Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học Cơng nghệ cơng bố CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - TÍNH TỐN ĐƯỜNG VIỀN THẤM DƯỚI ĐẤT CỦA ĐẬP TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ Hydraulic structures - Calculate Permeable borders of Dam on unrock Foundation Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn sử dụng để tính tốn thiết kế đường viền đất đập bê tông bê tông cốt thép đá, trụ biên nối tiếp đập có khoang sau lưng trụ biên lấp đầy đất loại cát đất loại sét Tiêu chuẩn sử dụng để thiết kế cơng trình dâng nước khác âu tầu, nhà trạm thủy điện kiểu lịng sơng, cống tưới, tiêu … Tài liệu viện dẫn TCVN 8422 : 2010 Cơng trình thủy lợi - Thiết kế tầng lọc ngược cơng trình thủy cơng TCVN 8215 : 2009 Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế thiết bị quan trắc - Cụm cơng trình đầu mối TCVN 8216 : 2009 Thiết kế đập đất đầm nén TCVN 8253 : 2012 Cơng trình thủy lợi - Nền cơng trình thủy cơng - u cầu thiết kế TCVN 9137 : 2012 Cơng trình thủy lợi - Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép Thuật ngữ định nghĩa Trong tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Đường viền thấm (Permeable borders) Đường giới hạn phần không thấm nước đáy, móng đập bê tơng, đập bê tơng cốt thép, cơng trình (cống, đập, ) xây dựng đá đường giới hạn dòng thấm Khi xem xét mặt cắt ngang đập phải phân biệt đường giới hạn đập phía phân cách tất phận cấu tạo đập (móng đập, thiết bị tiêu nước, sân phủ, hàng cừ, sân sau không thấm nước v.v ) với đất Đường viền gọi đường viền thấm đất thực đập Một phần đường viền nói giới hạn phía phận khơng thấm thấm nước đập tiếp xúc trực tiếp với đất (Hình 1a) đường 1-2-3-a-4-5-b-6) gọi đường viền đất riêng đập 3.2 Trụ hai bên bờ đập (End pier) Là trụ biên nối tiếp đập hai bên trụ nối tiếp cơng trình với đập đất bên cạnh nối tiếp với bờ đất Khi xem xét mặt cắt nằm ngang trụ biên nối tiếp phải phân biệt đường giới hạn trụ biên nối tiếp phía bên (phía đập đất), phân cách tất phận cấu tạo (tường quặt tường cánh thượng lưu, tường dọc, tường chống thấm, thiết bị tiêu nước, tường quặt tường cánh hạ lưu) với đất bờ với đất đập đất kề bên trụ biên nối tiếp Đường nói gọi đường viền đất thực trụ biên Phần đường viền thấm giới hạn bên hơng (phía bên trụ biên) phận không thấm nước trụ biên, tiếp xúc trực tiếp với đất bờ, đất đắp đập đất (Hình 1b) đường 1-2-3-4-5-6) gọi đơn giản đường viền đất trụ biên 3.3 Đường viền đất hợp lý cơng trình (Reasonable Permeable borders) Là đường viền (trong số hàng loạt đường viền định ra), mà với đường viền đó, mặt, cơng trình (đập trụ biên đập) đảm bảo độ bền độ ổn định Mặt khác, dạng hợp lý nghĩa phối hợp điều kiện sau đây: a) Tính kinh tế cơng trình; b) Tính đơn giản thi công thi công thời gian ngắn; c) Khả sử dụng vật liệu địa phương để xây dựng cơng trình; d) Vận hành cơng trình thuận tiện 3.4 Tầng đất khơng thấm (Unpermeable layer) Là tầng đất thực tế không thấm nước, nằm lớp đất thấm nước đập 3.5 Đất không đồng (Hecterogeneous soil) Là đất có đặc trưng - lý khác điểm khác khối đất (thành phần hạt, hệ số thấm…); đất có cỡ hạt khác đồng thành phần hạt; đất có đường cong thành phần hạt điểm nêu 3.6 Đất bị xói ngầm (Subsurface erosion) Là đất mà mặt ngồi nó, tác động lực thấm, sinh (ở vận tốc thấm định) biến dạng thấm nguy hiểm nghĩa di chuyển hạt đất dẫn đến biến dạng nguy hiểm cốt đất dẫn đến suy giảm không cho phép khả chịu tải 3.7 Độ bền thấm đất (Endurance of permeable) Là khả đất chống phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm 3.8 Thiết kế tầng lọc ngược (Design of adverse filter) Là thiết kế kết cấu dùng để giữ lại thành phần hạt dòng thấm; thu tiêu dẫn nước ngầm (thấm) hạ lưu đập Lọc ngược kết cấu gồm một, hai vài lớp cát, sỏi hỗn hợp cát - cuội sỏi (được tạo thành hạt cát có kích cỡ khác nhau) dùng để ngăn ngừa xói lùng ngồi Trong số trường hợp lớp cát tầng lọc ngược thay bê tông xốp, vải sợi thủy tinh, vải địa kỹ thuật v.v 3.9 Trồi đất cục thấm (Local emerge earth by permeable) Là chuyển động thể tích đất xảy chủ yếu tác dụng áp lực thấm Một số ký hiệu chung L: chiều dài đường viền đất (hình 1a) đường 1-2-3-a-4-5-b-6); lo: chiều dài hình chiếu đường viền đất đập phương nằm ngang; so: chiều dài hình chiếu đường viền đất đập phương thẳng đứng; z: cột nước tác dụng lên cơng trình nghĩa độ chênh mức nước thượng hạ lưu; trường hợp khơng có nước hạ lưu z - độ chênh mức nước thượng lưu so với mặt đất hạ lưu; s: chiều sâu hàng cừ đóng đất; sra: độ chôn sâu mũi ván cừ (hoặc để chân khay) chỗ đáy hạ lưu (đáy hạ lưu tiết diện ướt chỗ dòng thấm); H: cột nước điểm (ví dụ điểm m), tức độ chênh mực nước ống đo áp tưởng tượng đặt điểm xét so với mặt phẳng tọa độ chọn O-O (gọi mặt phẳng chuẩn); h: tổn thất cột nước đoạn đường thấm xét: h = H' - H" (1) đó: H': cột nước điểm đầu đoạn đường thấm; H": cột nước điểm cuối đoạn đường thấm a) Sơ đồ đường viền đất đập bê tông, bê tông cốt thép CHÚ DẪN: 1-2-3-a-4-5-b-6) đường viền đất đập; II) cừ; III) lọc ngược; I) sân phủ thấm nước; IV) tầng không thấm b) Sơ đồ đường viền đất trụ biên CHÚ DẪN: 1-2-3-4-5-6) đường viền đất trụ biên; I) trụ biên; II) đáy; III) tầng không thấm; IV) đập tràn Hình - Các sơ đồ đường viền đất htt: chiều cao đo áp, chiều cao đại lượng áp lực điểm cho tổng hai đại lượng cột nước điểm cho (H) độ sâu (z) điểm mặt phẳng chuẩn htt = = H + z (2) đó: ynước: khối lượng thể tích nước; J: độ dốc đo áp (còn gọi độ dốc thủy lực gradien thủy lực) điểm cho vùng thấm bằng: J= ∆h ∆l (3) Trong đó: Δl: chiều dài phần tử đo điểm cho dọc theo đường dòng; Δh: tổn thất cột nước dọc theo chiều dài nói trên; k: hệ số thấm đất Các nhiệm vụ tính tốn thiết kế đường viền đất cơng trình thủy cơng có áp 5.1 Khi thiết kế kết cấu nằm đất cơng trình có áp (đáy đập phần tương ứng trụ biên) phải lựa chọn đường viền đất hợp lý cơng trình Đường viền phải thỏa mãn định nghĩa nêu Điều 3, phải đảm bảo độ bền thấm đá lên kết bờ 5.2 Các vấn đề tính tốn đường viền thấm thiết kế cơng trình chịu áp khơng phải đá vấn đề chiều dài tối thiểu đường thấm chống chịu (với điều kiện cho với cột nước tác dụng lên cơng trình mà đất khơng có nguy bị biến dạng thấm) Chiều dài đường thấm phải đảm bảo độ tin cậy chắn cơng trình Trong tính tốn thiết kế cần làm sáng tỏ thêm vấn đề sau: 1) Trị số áp lực nước dòng thấm tác dụng lên phận phận khác cơng trình; 2) Trị số lực thấm có tác dụng giảm độ ổn định đất bờ; 3) Trị số lưu lượng thấm có ứng với đường viền đất chọn 5.3 Khi xem xét toàn nhiệm vụ tính tốn thiết kế nêu cần phân tích giải pháp túy kết cấu cho phép giảm ảnh hưởng xấu thấm đến làm việc cơng trình cho phép giảm giá thành cơng trình Thiết kế đường viền đất đập bê tông trường hợp thấm có áp đáy cơng trình 6.1 Phân loại sơ đồ nguyên tắc đường viền đất trình tự chung thiết kế đường viền đất Khi thiết kế đường viền đất đập phải phân biệt sơ đồ nguyên tắc: a) Sơ đồ (hình 2): Đường viền đất với sân phủ thân đập khơng có thiết bị tiêu nước Ở mặt đáy thượng lưu A - mặt cắt ướt chỗ vào dòng thấm, mặt đáy hạ lưu - B mặt cắt ướt chỗ dịng thấm, thơng thường mặt cắt phủ lên lọc ngược lớp gia cố tương ứng; CHÚ DẪN: 1-a-2-3-b-4-5-c-6) đường viền đất; I) hàng cừ; II) sân phủ; III) tầng khơng thấm; IV) lọc ngược Hình - Sân phủ thân đập khơng có thiết bị tiêu nước (sơ đồ 1) b) Sơ đồ (hình 3): Đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang Ở trực tiếp thân đập có bố trí thiết bị tiêu nước nằm ngang bảo vệ phía lọc ngược Trong tính tốn thấm mặt - B (coi khơng có chân khay hạ lưu đập) coi mặt cắt ướt chỗ dòng thấm Đường 1-2-3-a-4-5-6 đường viền đất; CHÚ DẪN: 1-2-3-a-4-5-6) đường viền đất III) thiết bị tiêu nước; IV) lọc ngược; I) sân phủ; II) hàng cừ; V) tầng khơng thấm Hình - Đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang (sơ đồ 2) c) Sơ đồ (hình 4): Đập sân phủ có thiết bị tiêu nước nằm ngang Ở mặt 5-6-B mặt cắt ướt chỗ dòng thấm, đường viền đất đường 1-2-3-4-5; CHÚ DẪN: 1-2-3-4-5) đường viền đất: II) thiết bị tiêu nước; I) sân phủ có néo bê tơng cốt thép; III) lọc ngược Hình - Đập sân phủ có thiết bị tiêu nước nằm ngang (sơ đồ 3) d) Sơ đồ (hình 5): Đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng Sơ đồ sơ đồ nêu có bố trí thêm một vài hàng lỗ khoan tiêu nước sâu; hàng lỗ khoan tiêu nước bố trí khu vực hạ lưu, đập hay sân phủ Mặt cắt ướt chỗ tăng thêm nhờ bố trí lỗ khoan tiêu nước cột nước vùng định (ở mặt bên đáy lỗ khoan) giảm thực tế đến trị số cột nước hạ lưu; CHÚ DẪN: I) Hàng có lỗ khoan tiêu nước; II) Lọc ngược Hình - Đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng (sơ đồ 4) e) Sơ đồ (hình 6): Sơ đồ đường viền đất sâu Trong trường hợp thấm nước ngăn tồn chiều sâu xuống đến tận tầng khơng thấm vật ngăn dạng tường sâu bê tơng (hình 6, a), hàng cừ (hình 6, b), xi măng chống thấm, thấm nước ngăn vài vật ngăn Phía đập (theo sơ đồ 5) bố trí thiết bị tiêu nước có lọc ngược bảo vệ nối với hạ lưu CHÚ DẪN: I) Tường bê tông; II) Cừ (chiều sâu δ xác định tính tốn độ bền thấm tầng sâu nằm lớp mặt nền) Hình - Các sơ đồ đường viền đất sâu (sơ đồ 5) Khi thiết kế đường viền đất trước hết phải lựa chọn sơ đồ đường viền nguyên tắc, phù hợp với điều kiện cụ thể cho dựa theo đặc điểm chung sơ đồ đường viền đất nêu Điều 6.2 Trong số trường hợp phải dự kiến sơ không mà hai số sơ đồ nguyên tắc Sau chọn sơ đồ nguyên tắc dựa vào sơ đồ tính tốn phải dự kiến số phương án đường viền đất có khả tương đương mặt bảo đảm ổn định độ bền đập độ bền thấm đất Độ ổn định độ bền đập phải đánh giá tính tốn tĩnh lực Các kích thước đường viền đất phải xác định dựa sở tính tốn độ bền thấm, nói Điều Điều Sau có số phương án đập đặc trưng hệ số an toàn ổn định độ bền cho phép, phải xác định đường viền đất hợp lý phương pháp so sánh phương án tương đương nêu trên, có xét đến khái niệm ký hiệu nêu Điều Điều Để rút bớt số lượng phương án so sánh phải sử dụng nguyên tắc khác nhau, cho phép loại bỏ phương án không hợp lý rõ ràng phương diện thi công rõ ràng không kinh tế Khi thiết kế xây dựng đường viền đất cần sử dụng thêm nguyên tắc bảo đảm thu thập trường, điều kiện làm việc cơng trình, mà cần ý đến tính tốn tĩnh lực đập tính tốn độ bền thấm đất Một số ngun tắc nêu trình bày điều với đặc điểm chung sơ đồ nguyên tắc 6.2 Phạm vi áp dụng sơ đồ nguyên tắc đường viền đất đặc điểm chung Hiện nay, sơ đồ 1, (Điều 6.1) sử dụng nhiều nhất; phạm vi nguyên tắc sử dụng sơ đồ dẫn thêm đây: a) Sơ đồ (khơng có thiết bị tiêu nước, hình 2) sử dụng trường hợp khơng hồn tồn tin tưởng lọc ngược cơng trình làm việc bình thường (sau lúc bị bồi tắc) trường hợp tương đối gặp Khi đập thiết kế theo sơ đồ lại kinh tế so với đập thiết kế theo sơ đồ từ đến Điều 6.1 Trong trường hợp lại phải sử dụng sơ đồ có thiết bị tiêu nước thân đập sân phủ Sự bồi tắc lọc ngược có nguy xảy trường hợp tầng lọc phải bảo vệ loại đất bùn hạt mịn hạt bụi khơng dính Trong trường hợp gặp loại đất phải sử dụng sơ đồ 1; trường hợp đất dính loại sét khơng dùng sơ đồ Trong trường hợp không rõ ràng, thiết kế đập tương đối quan trọng, vấn đề khả gây bồi tắc lọc ngược phải giải thí nghiệm thích hợp có sử dụng mẫu đất tự nhiên b) Sơ đồ (đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang, hình 3) có đặc điểm dọc theo đường - B đập thực tế dọc theo đáy khay hạ lưu đập Cột nước coi khơng đổi ứng với mực nước hạ lưu nhờ bố trí thiết bị tiêu nước đập, áp lực ngược lên đáy đập giảm đáng kể, nhiều trường hợp giảm bớt trọng lượng đập c) Sơ đồ (đập có thiết bị tiêu nước nằm ngang sân phủ, hình 4) sử dụng sân phủ néo vào đập Về mặt cấu tạo, đập có sân phủ néo cơng trình phức tạp so với đập thiết kế theo sơ đồ 2, điều kiện làm việc tĩnh sân phủ, thân đập đập trường hợp sơ đồ phức tạp nhiều so với trường hợp đập sơ đồ Trong trường hợp cá biệt bố trí sân phủ néo trường hợp sử dụng sơ đồ Sơ đồ đập với sân phủ néo sử dụng chủ yếu điều kiện đất loại đất sét Tính kinh tế loại đập phải xác định cách so sánh với phương án đập thiết kế theo sơ đồ khác d) Sơ đồ (đập có thiết bị tiêu nước thẳng đứng, hình 5) có đặc điểm vài vùng đất có phân bố lại lực thấm, đặc biệt nhờ bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng vùng đất tương ứng lực thấm có hướng từ lên bị triệt tiêu Chỉ bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng trường hợp lực thấm nguy hiểm cho ổn định đất Những trường hợp xảy ra: - Khi vùng hạ lưu có lớp đất mặt thấm tương đối mỏng, khơng có thiết bị tiêu nước thẳng đứng hạ lưu, lớp đất nêu có nguy bị dòng thấm đẩy trồi lên; - Khi đất loại đất dị hướng, có hệ số thấm theo hướng thẳng đứng tương đối nhỏ; - Khi tính tốn ổn định đập thấy ví dụ đất khơng đồng nhất, mặt trượt không theo đáy đập mà độ sâu Trong trường hợp này, cách bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng làm thay đổi tính chất phân bố lực thấm vùng đất nằm cao mặt trượt xảy Do đó, làm tăng thêm độ ổn định cơng trình Như vậy, đất đất đẳng hướng hạ lưu khơng có lớp đất mặt thấm nước chắn mặt trượt qua đáy đập khơng phải bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng Ngồi đất loại đất lún nhiều, bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng để đẩy nhanh trình cố kết đất nền; - Cần tính đến trường hợp xảy bồi tắc lọc ngược thiết bị tiêu nước thẳng đứng bố trí đập lọc ngược khác với lọc ngược thiết bị tiêu nước nằm ngang, thiết bị sửa chữa q trình khai thác đập thiết kế thân đập có dự kiến bố trí hành lang quan trắc thiết bị tiêu nước e) Sơ đồ (sơ đồ đường viền đất sâu, hình 6) sử dụng vị trí tầng khơng thấm nước khơng sâu (thường đến từ 15 m đến 20 m) Sơ đồ phải so sánh kinh tế mặt khác (Điều 4) với sơ đồ khác đập Trong trường hợp chung phương pháp so sánh phương án xác định tính kinh tế sơ đồ Khi cắt ngang qua tầng đất thấm nước tường sâu bê tơng (hình a) chuyển động nước ngầm đập bị chặn đứng, cột nước vùng đất trước tường cột nước thượng lưu, cột nước vùng đất sau tường cột nước hạ lưu (xem đường đo áp P - P - P hình a) Trong trường hợp cắt ngang qua tầng đất thấm nước hàng cừ (hình b), có khe hở ván cừ hàng cừ mà đập có chuyển động nước ngầm Do đó, cột nước vùng đất trước hàng cừ giảm đi, vùng đất sau hàng cừ tăng thêm so với trường hợp bố trí tường 6.3 Thiết kế phận đường viền đất bố trí phần dòng thấm hạ lưu 6.3.1 Cần phân biệt phận sau đường viền đất đập: 1) Sân phủ; 2) Các vật chắn chống thấm thẳng đứng (các hàng cừ, chân khay, tường bê tông, xi măng); 3) Đáy đập móng Thơng thường đường viền đất cơng trình khơng kéo dài tiêu sau đập, tiêu phải tách khỏi đập khớp nối biến dạng Dưới tiêu phải bố trí thiết bị tiêu nước bảo vệ phía lọc ngược Việc đưa đường viền tiêu vào đường viền đất công trình làm tăng áp lực đẩy ngược lên đập, điều không nên làm Việc kéo dài đường viền đất tới độ dài cần thiết để bảo đảm độ bền thấm (Điều 8) thường phải thực việc tăng chiều dài sân trước chiều sâu vật ngăn chống thấm bố trí đập Nếu đập đất hạt bùn bùn hạt mịn khơng dính, tức khơng loại trừ khả bồi tắc thiết bị tiêu nước tiêu cần bố trí lỗ thoát nước để trường hợp xảy bồi tắc thiết bị tiêu nước, áp lực đẩy ngược tác dụng lên đáy đập khơng tăng Các lỗ nước tiêu bố trí để thoát nước từ thiết bị tiêu nước hạ lưu 6.3.2 Sân phủ - phải phân biệt: 1) Các sân phủ cứng (bê tông, bê tông cốt thép), 2) Các sân phủ mềm (bằng đất, vật liệu tổng hợp v.v ) có khả biến dạng theo biến dạng Ở trường hợp sân phủ mềm khả tạo khe hở nằm ngang sân phủ nền, loại sân phủ néo cứng Ngoài cần phân biệt: a) Các sân phủ thực tế khơng thấm nước có kết cấu đặc biệt, thí dụ, sân phủ có lớp cách nước nhựa đường, v.v sân phủ cứng mềm; b) Các sân phủ thấm nước đất sét, sân phủ mềm Trong trường hợp đất sét, việc bố trí sân phủ thấm nước khơng hợp lý Loại sân phủ bố trí cát Có thể cho rằng: hệ số thấm sân phủ thấm nước nhỏ hệ số thấm 50 lần Nếu tỷ lệ khơng đạt phải chuyển sang loại sân phủ thực tế không thấm nước Khi thiết kế sân phủ phải đặc biệt ý đến tính thấm nước khớp nối nối tiếp sân phủ với đập Phải ý sân phủ (nếu khơng néo) chịu áp lực thẳng đứng từ xuống cịn đập chịu tác dụng lực ngang hướng phía hạ lưu, khớp nối nối tiếp có khuynh hướng mở Phải lấy chiều dày t sân phủ thấm nước đất loại sét (trong mặt cắt thẳng đứng) trường hợp đất cát hạt mịn theo công thức t ≥ htổn thất (4) đó: htổn thất: tổn thất cột nước tính từ đầu đường viền đất (phía thượng lưu) đến mặt cắt thẳng đứng xét sân phủ; Jcho phép: độ dốc đo áp cho phép đất sét sân phủ lấy không lớn 10 % đến 15 % Cũng phải lấy chiều dày cho phép nhỏ sân phủ đất theo yêu cầu cấu tạo từ 0,75 m đến 1,00 m Rõ ràng theo công thức (4) độ dốc đo áp thân sân phủ (theo hướng thẳng đứng) tính cơng thức htổn thất : t ≤ Jcho phép; Chính tác dụng độ dốc này, xảy thấm thẳng đứng từ xuống, tạo khe nối tiếp sân phủ đất loại sét đất cát Dưới gradien hạt sét sân phủ (đã đầm nện kỹ) không xâm nhập vào lỗ rỗng đất Chiều dài sân phủ phải xác định sở tính tốn độ bền thấm (Điều 8) nhằm số trường hợp, giảm áp lực đẩy ngược lên đáy đập Tất loại sân phủ trừ sân phủ bê tông phải phủ lớp đất bảo vệ không mỏng 0,3 m; lớp đất bảo vệ phải phủ lên lớp gia cố bảo vệ chống xói lở dịng nước mặt 6.3.3 Hàng cừ Cừ vật tiêu hao cột nước, có cừ trị số cột nước đoạn đường viền đất sau cừ giảm đi, độ dốc đo áp dọc đường viền đất giảm Ngồi hàng cừ cịn có tác dụng: a) Ngăn cản phát triển xói ngầm vùng đất nền; b) Bảo vệ đập khỏi bị xói mịn dịng chảy mặt gây (cừ hạ lưu); c) Ngăn cản tượng trồi đất từ phía đập tác dụng trọng lượng đập (điều xảy trường hợp đất yếu không đồng nhất); d) Cho phép thực việc nối tiếp thân đập với tầng khơng thấm nước tạo thành sơ đồ sâu đường viền đất (hình 6) Việc bố trí cừ hạ lưu gây tăng áp lực đẩy ngược lên đáy đập Để tránh nhược điểm cừ hạ lưu trường hợp phải có đục lỗ Khi tính tốn thấm, hàng cừ có đục lỗ khơng tính đến Trong đất cát đóng cừ (khơng có đá, cuội lớn) thơng thường phải dự kiến hàng cừ phía thượng lưu đập sơ đồ (hình hình 3) Ván cừ (hoặc chân khay) thượng lưu sân phủ phải bố trí trường hợp sân phủ cứng sân phủ cứng lún nền, khe nằm ngang sân phủ mở rộng Nếu khơng có cừ (hoặc chân khay) thượng lưu sân phủ nước thấm trực tiếp từ thượng lưu vào khe này, vai trò chống thấm sân phủ Khi có hàng cừ này, cửa vào khe nói bịt kín lại vai trị chống thấm sân phủ thực tế tồn khơng có khe nằm ngang Trong trường hợp sân phủ mềm thấm nước, việc mở rộng khe nằm ngang sân phủ xảy Do với loại sân phủ này, đa số trường hợp khơng nên bố trí ván cừ (hoặc chân khay) thượng lưu sân phủ giá thành m dài (theo chiều sâu) hàng cừ (hoặc chân khay) thường lớn giá thành m dài phần đầu sân phủ thấm nước Trong trường hợp sơ đồ (hình 2), chân khay ván cừ hạ lưu đập (khơng đục lỗ) phải bố trí với chiều sâu bằng: Sra = (0,05 đến 0,10) T (5') không lớn hơn: Sra = (0,05 đến 0,10) lo (5") - Trong trường hợp sơ đồ (hình 3), chiều sâu cho phép nhỏ hàng cừ (hoặc chân khay) nên lấy theo công thức (5'); - Trường hợp giảm Sra tính theo cơng thức (5'), độ dốc đo áp lớn mặt đáy hạ lưu (ở điểm 6) tăng vọt tới vô tận; - Trường hợp tăng Sra tính tốn theo cơng thức (5"), độ dốc đo áp lớn mặt đáy hạ lưu giảm tương đối không đáng kể đồng thời áp lực đẩy ngược tác dụng lên đáy đập lại tăng lên (trong trường hợp sơ đồ 1); - Khi bố trí hàng cừ, khơng dùng loại cừ ngắn (thí dụ nhỏ m đến m) Tổ chức thi cơng đóng ván cừ q ngắn không kinh tế Phải định chiều dài ván cừ sẵn có, phải tính đến số trường hợp hàn cừ thép (theo chiều dài) để tăng chiều sâu ván cừ (có thể tới 30 m đến 40 m) - Trong trường hợp không đồng có lớp kẹp thấm nước nằm ngang tùy theo khả mà hàng cừ phải cắt qua lớp kẹp Khơng cho phép để mũi cừ mặt lớp khơng thấm có khoảng cách tương đối nhỏ (thí dụ, nhỏ 0,5T đến 0,10T) Trong trường hợp để tránh xảy tốc độ thấm lớn mũi cừ tầng không thấm nước, hàng cừ phải đóng sâu vào tầng khơng thấm chuyển thành sơ đồ sâu (hình b) Khi sử dụng sơ đồ sâu (hình b) với tầng không thấm đá (đất loại sét) phải đóng sâu hàng cừ vào tầng khơng thấm nước với độ sâu δ Trong trường hợp này, xuất phát từ trị số cột nước trước sau ván cừ, tính tốn xác định trị số δ Khi tính tốn phải xét hàng cừ đơn có chiều sâu δ chịu tác dụng cột nước Z Đối với hàng cừ theo số liệu Điều xác định gradien lớn (gradien điểm a, hình b); cịn theo số liệu Điều kiểm tra độ bền thấm đất loại sét vùng tiếp xúc với đất cát Khi lớp khơng thấm đá, việc nối tiếp ván cừ với đá khó khăn Trong trường hợp phải chuyển, thí dụ sang sơ đồ hình a (hoặc loại bỏ hoàn toàn sơ đồ sâu) Khi đập hàng cừ treo khoảng cách cừ khơng nhỏ 2s, s chiều sâu cừ đóng đất Ở cần ý vấn đề sau: - Nếu cột nước tổn thất hàng cừ có chiều dài s h t hai hàng cừ có chiều dài bố trí hàng cách hàng với khoảng cách lớn 2s, cột nước tổn thất 2ht (với lưu lượng q); - Nếu khoảng cách hai hàng cừ nhỏ (1,5s đến 2s), tổn thất tổng cộng cột nước hai hàng cừ nhỏ 2ht tức trường hợp mặt thấm hàng cừ sử dụng khơng hồn tồn Á sét Jo = 0,65 Cát hạt lớn Jo = 0,45 Cát hạt trung bình Jo = 0,38 Cát hạt nhỏ Jo = 0,29 Giá trị (Jk)cp lấy trực bảng sau (các số liệu tính sẵn theo điều nêu trên) Bảng G1 - Độ dốc đo áp cho phép kiểm tra ổn định thấm đất (J k)cp Tên đất lớp nằm phía Cấp cơng trình I II III IV Sét 0,96 1,00 1,04 1,09 Á sét 0,52 0,54 0,57 0,59 Cát hạt lớn 0,36 0,38 0,39 0,41 Cát hạt trung bình 0,30 0,32 0,33 0,35 Cát hạt nhỏ 0,23 0,24 0,25 0,26 G.4 Quyết định sơ kích thước đường viền đất đập, xuất phát từ việc xem xét độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) đất Thông thường, đường viền đất thỏa mãn điều kiện (104) phải xác định phương pháp lựa chọn: tự cho hình dạng kích thước đường viền, sau kiểm tra theo điều kiện (104) Việc chọn sơ kích thước đường viền thuận lợi thực theo dẫn sau đây: 1) Trường hợp sơ đồ đường viền nơng, có điều kiện (110) (49) đồng thời trị số J k tính theo cơng thức (111) Trong trường hợp này, ta lấy chiều dài cho phép nhỏ đường viền L (theo quan điểm độ bền ngẫu nhiên (bất thường) đất nền) ứng với hệ thức (84) theo công thức: Lmin = (s : (Jk)cp) - 0,88T’tb (121) Trong đó: Z - cột nước tính tốn tác dụng lên cơng trình (theo Điều 8.1); T’tb - độ sâu trung bình tầng khơng thấm tính tốn, vị trí xác định T’ tt (điều A.1; điều A.2 phụ lục A): T’tb = (T1 + T2 +…+ Tm)/m (121)’ Trong đó: T1, T2… dẫn hình (51); M - số lượng trị số T công thức (121)’; (Jk)cp - trị số cho phép gradien kiểm tra, lấy theo dẫn khoản 3) điều G4 phụ lục G Khi sử dụng công thức (121)’ phải xét điều đây: - Mặt tầng khơng thấm tính tốn ln ln phải trùng với mặt tầng không thấm thực trường hợp tầng không thấm thực tế nằm không sâu, Tthực ≤ 0,50I0 (122) - Trong kích thước I0 xem (hình G6); - Tthực - độ sâu tầng không thấm thực phía điểm nằm cao đường viền đất CHÚ DẪN: I) Tầng không thấm tính tốn II) Thiết bị tiêu nước với lọc ngược Hình G6 - Sơ đồ để xác định sơ kích thước đường viền đất đập Như biết, trường hợp đơn giản nêu trị số T tb công thức (121) xác định cách đơn giản Khi tầng không thấm nằm tương đối sâu không thỏa mãn điều kiện (122) mặt tầng khơng thấm tính tốn phải trùng với mặt vùng hoạt động thấm áp lực (điều A.2 phụ lục A); chiều sâu vùng thấm mạnh xác định theo hệ thức (11) Khi nên sử dụng hệ thức sau để xác định trị số Lmin thay cho công thức (121): Lđ + 1,5 Lng = Z : (Jk)cp (123) Lđ + Lng = Lmin (124) Trong Lđ Lng tổng chiều dài phận thẳng đứng nằm ngang đường viền Tất nhiên, vài trường hợp đó, xác định L theo cơng thức (121) (123) phải chọn dần, lúc đầu tính tốn khơng có số liệu trị số L o để xác định vị trí tầng khơng thấm tính tốn 2) Trường hợp chung sơ đồ đường viền đất (khác với hàng cừ đơn không thảo mãn điều kiện (110): Trong trường hợp này, ta biến đổi cơng thức (106), có xét đến (104) biểu thức: Σξ = Z T'tt ( J k ) cp (125) Trong trường hợp tầng khơng thấm thực nằm tương đối khơng sâu trị số T’ tt lấy Tthực hệ thức (125) có dạng: Σξ = Z Tthuc ( J k ) cp (126) Theo công thức này, dùng bảng để tìm (Jk)cp, tính trị số ∑ξ nhỏ cho phép sau chọn đường viền đất cho tổng hệ số sức kháng khơng nhỏ trị số cho phép nhỏ ∑ ξ (về trị số ξ xem phụ lục A) Trong trường hợp tầng không thấm thực nằm tương đối khơng sâu trị số T’ tt lấy Tthực hệ số (125) phải viết lại a) Với điều kiện Io/So > (127) (xem công thức 10 11 phụ lục A) Dưới dạng: Io ∑ ξ = Z/0,5 (Jk)cp (128) b) Với điều kiện ≥ Io/So ≥ 3,4 (129) (Xem công thức 12 13 phụ lục A) Dưới dạng: So ∑ ξ = Z/(2,5 (Jk)cp (130) Khi xác định số lo ∑ ξ trị số So ∑ ξ theo công thức (128) làm (130), ta chọn đường viền đất cho đặc trưng trị số lo ∑ ξ So ∑ ξ trị số tìm 3) Trường hợp hàng cừ đơn đối xứng (hình G4,b): Trong trường hợp tiến hành tính tốn theo cách sau: a) Với điều kiện: S/T < 0,4 đến 0,5 (131) Thì chiều sâu đóng cừ nhỏ cho phép (theo điều kiện độ bền chung đất) tính theo cơng thức: Smin = Z/(3 (Jk)cp) (132) Trong (Jk)cp - lấy theo bảng điều G.3 phụ lục b) Với điều kiện: S/T > 0,4 đến 0,5 (133) Thì trị số Smin tìm theo biểu đồ hình A12 (theo đường cong T2/T1 = 1) Sau chấp nhận trị số Jra = (Jk)cp ta tính biểu thức (T/Z) Jra sau xuất phát từ biểu thức theo biểu đồ dẫn tìm S/T, sau xác định Smin theo công thức: Smin = (S/T) T (134) Khi sử dụng biểu đồ hình A12 cần xem S2 = S1 T1 = T2 = T, đó: T độ sâu tầng khơng thấm thực Trị số Smin tìm qua tính tốn trường hợp đất đồng đẳng hướng coi xong, khơng phải hiệu chỉnh nữa, có xem xét độ bền cục đất (phụ lục H) Phụ lục H (Quy định) Tính tốn ổn định thấm cục đất đập H.1 u cầu tính tốn kiểm tra Đường viền đất định quan điểm độ ổn định chung đất (phụ lục G), phải kiểm tra về: a) Sự trồi đất cục thấm hạ lưu phía sau hàng cừ (hoặc chân khay) hạ lưu; b) Sự xói lùng ngồi mặt đáy hạ lưu bên có phủ tầng lọc ngược; c) Sự xói lùng bên (xói ngầm) xảy mặt tiếp giáp đất to hạt đất nhỏ hạt (ở chỗ này, đất nhỏ hạt bị dòng nước thấm vào lỗ hổng đất to hạt xảy lún bất lợi đất nằm trên) H Kiểm tra trồi đất cục thấm đường viền đất theo phương pháp V.S.Beumgart R.N.Đaviđankôp Việc kiểm tra tiến hành với điều kiện, nếu: Jra > 0,50 đến 0,70 (135) Trong đó: Jra - độ dốc đo áp lớn chỗ mặt đáy hạ lưu: (xác định theo dẫn phụ lục A phụ lục B) Trong trường hợp đất khơng dính việc tính tốn trồi đất cục thấm thực sau: 1) Dùng ký hiệu: Sra - độ sâu mũi cừ (hoặc đế chân khay khơng có cừ ra); t - chiều dày lớp gia tải hạ lưu có dạng vật liệu hạt lớn (của lọc ngược lớp tiêu nước), có dạng bê tông tiêu 2) Xác định trị số áp lực hmc mũi cừ (hoặc đế chân khay) hạ lưu dẫn phụ lục A phụ lục B, sau viết hệ thức: (Yn x hmc) ≤ (Sra ydn + t ydn) m/KH (136) Trong đó: Kn - hệ số độ tin cậy, lấy 1,0; m - hệ số điều kiện làm việc, lấy 0,8, để xét đến dạng trạng thái giới hạn yếu tố khác Nếu coi yn ≈ ydn ≈ 1T/m3 cơng thức (136) có dạng sau: hmc ≤ (Sra + t) / 1,25 (136)’ 3) Nếu bất đẳng thức (136) thỏa mãn khơng có khả trồi đất cục thấm gây nên; không đảm bảo bất đẳng thức (136) trồi đất xảy ra; để tránh trồi đất phải tăng thêm chiều dày lớp gia tải t, tăng kích thước S Cần phải thấy rằng, đất phía sau đập bị xói mịn cục (do dòng chảy mặt) nên độ ổn định đất thấm vùng hạ lưu bị giảm xuống H.3 Kiểm tra xói lùng ngồi mặt đáy hạ lưu Việc kiểm tra cần thực thiết kế tầng lọc ngược phủ lên đáy hạ lưu H.4 Kiểm tra xói lùng bên (xói ngầm) đất Việc kiểm tra phải tiến hành hợp không đồng nhất, chỗ xảy đất hạt nhỏ vào lỗ hổng đất hạt to Khi xét đến chỗ nguy hiểm nền, phải bảo đảm điều kiện sau: Jb ≤ (Jb)cp (137) Trong đó: Jb - độ dốc đo áp thực chỗ tiếp giáp đất hạt nhỏ đất hạt to; (Jb)cp - trị số độ dốc đo áp cho phép chỗ tiếp giáp nêu Trị số Jb phải xác định sở tính tốn thấm sơ đồ đường viền đất xét (các Điều 7.1 đến Điều 7.5) Trị số (Jb)cp phải xác định theo số liệu liên quan đến việc thiết kế lọc ngược có xét đến đường phân tích hạt loại đất Khi lập thiết kế kỹ thuật đập cấp I II phải xác minh xác trị số (J b)cp cách thí nghiệm mẫu đất thiên nhiên phịng thí nghiệm Phụ lục K (Quy định) Tính tốn thấm vịng quanh trụ biên theo phương pháp R.R Trugaev K.1 Mơ tả dịng chảy nước ngầm thấm vòng quanh trụ biên Trong trường hợp chung, móng trụ biên khơng đặt tầng khơng thấm (tầng khơng thấm nằm sâu), có thấm vịng quanh trụ biên, chuyển động nước ngầm có dạng khơng gian Khi đó, với dịng thấm có áp đập, cịn có dịng thấm khơng áp thấm vòng quanh trụ biên CHÚ DẪN: I) Đập tràn; II) Tường dọc trụ biên; III) Tầng không thấm; IV) Các đường dịng; V) Đường đẳng áp Hình K1 - Trụ biên có tường quặt Ở hình K1.b vẽ đường dịng phần dịng chảy khơng áp đường đẳng áp dòng thấm Tiết diện ướt dòng vào mái dốc đáy thượng lưu; dòng mái dốc đáy hạ lưu Nếu móng trụ biên khơng tiếp giáp với tầng khơng thấm nằm sâu, xuất thêm thấm bán áp trường trụ biên Trong số trường hợp, xảy dòng nước thấm bổ sung, từ bờ phía hạ lưu Có thể coi đường bão hòa bao quanh mặt trụ biên (đường viền đất 1-2-3-45-6; hình K1.b): phần đường bão hịa chạy theo tường dọc trụ biên biểu thị (hình K1.a) (đường 3-4) Rõ ràng phần đường bão hòa định trị số áp lực nước ngầm lên tường dọc trụ biên Nếu vẽ đường dòng thấm theo đường 1-2-3-4-5-6 (K1.b) triển khai mặt phẳng ta nhận hình ảnh hình K2 Hình ảnh tương tự hình ảnh dịng thấm qua đập đất thấm nước Hình K2 - Đường bão hịa bao quanh trụ biên - Như vậy, tính tốn thấm vịng quanh trụ biên, ta áp dụng phương pháp giống tính tốn thấm qua đập đất thấm nước (xem điều K.2 sau đây) K.2 Tính tốn dịng thấm qua đập đất thấm nước (theo phương pháp N.S.Numêrôp) 1) Trường hợp đập đất đồng nhất: Khi trình bày phương pháp tính tốn này, ta sử dụng hình K3 biểu thị mặt cắt ngang đập đất khơng có thiết bị tiêu nước, thấm nước Hình K3 - Sơ đồ tính tốn thấm đập đất Ta ký hiệu vị trí mép nước tương ứng thượng lưu hạ lưu A B Đặt phía trái phía phải A B đoạn tương ứng 0,4 h 0,4 h2, h1 h2 chiều cao mực nước thượng lưu hạ lưu so với mặt tầng không thấm MN Kết ta nhận khối đất hình chữ nhật 4’-4”-3”-3’ nằm tầng không thấm MN Biết chiều sâu nước thượng lưu, hạ lưu khối đất (h1,h2) tìm lưu lượng đơn vị dịng thấm qua đập đất xét theo công thức Đuy-puy: q = (h12 - h22) / 2Lo K đó: (138) Lo = Lyp + 0,4h1 + 0,4h2 (139) Với: Lyp - khoảng cách theo mặt nằm ngang điểm mép nước A B; Lo - chiều rộng khối đất chữ nhật mà ta thay cho đập đất Như biết, thay trên, coi tổn thất cột nước nêm thượng lưu đập tổn thất cột nước khối đất hình chữ nhật 1’-2’, 3’-4’ có chiều rộng 0,4 h 1; tổn thất cột nước nêm hạ lưu đập tổn thất khối đất hình chữ nhật 1”-2”3”-4”, rộng 0,4 h2 Biết lưu lượng q - xác định theo công thức (138) - ta thiết lập đường bão hòa A’-B’ khối đất hình chữ nhật quy ước 4’-4”-3”-3’ cách dùng công thức Đuy-puy: h = h1 − ∆ (h1 − h ) Lo (14) đó: x h - kích thước biểu thị hình K3 Cuối cùng, ta lựa mắt để uốn theo đoạn cong chưa biết A-a B-b cho A-a vng góc với mái dốc thượng lưu A, b - B tiếp tuyến với mái dốc hạ lưu B (ở bỏ qua đoạn dòng thấm mái dốc hạ lưu) Kết ta có đường bão hịa A-a-b-B đập thấm nước Khi phần nêm hạ lưu đập có bố trí thiết bị tiêu nước theo quan điểm thủy lực, ta có đập đất có mái dốc hạ lưu thẳng đứng a-b đặt theo trục thiết bị tiêu nước Khi quy đổi đập đất loại thành khối đất chữ nhật, ta có hình dạng đường bão hịa hình K4 Ghi chú: Trong trường hợp nêm hạ lưu khơng có thiết bị tiêu nước, trị số 0,4h khơng phải tính từ đường thẳng đứng 1”- 2” qua mép nước hạ lưu hình K3, mà từ đường thẳng đứng kẻ qua điểm đoạn dòng thấm mái dốc hạ lưu Chiều cao So đoạn dòng chảy ra, mái dốc hạ lưu trường hợp mái dốc hạ lưu khơ (khi h2 = T) xác định theo công thức: So = (0,7 + m2) qo/K đó: h1 − T qo = K 2(L' o − 0,4h1 ) Ở L’o - khoảng cách nằm ngang từ mép nước mái thượng lưu tới chân mái dốc hạ lưu Hình K4 - Sơ đồ để tính tốn thấm đập đất có “mái dốc” hạ lưu thẳng đứng 2) Trường hợp đập có lõi giữa: Ở trường hợp trên, nêm thượng lưu hạ lưu đập (cùng với nó) thay khối đất hình chữ nhật (hình K5, chỗ gạch chéo Kết nhận khối đất hình chữ nhật 4’-4”-3”-3’ có lõi Hình K5 - Sơ đồ để tính tốn thấm đập đất có lõi Ta xét khối đất hình chữ nhật theo phương pháp quy ước mà nhiều người biết N.N Pavlơpski Sau ta hiệu chỉnh đường bão hòa nhận từ khối đất hình chữ nhật tìm đường bão hịa cần thiết CHÚ DẪN: Ở không xét trường hợp mà lõi không đạt tới tầng không thấm 3) Vùng hoạt động thấm đập: Áp dụng phương pháp nêu trên, dựng đường bão hịa đập đất theo phương trình Đuy-puy điều kiện tầng không thấm độ sâu hữu hạn Tuy nhiên, tầng khơng thấm thực tế nằm độ sâu vô hạn Trong trường hợp này, để dựng đường bão hòa, phải sử dụng khái niệm vùng hoạt động thấm đập Nếu tầng không thấm nằm sâu chiều dày vùng hoạt động thấm lấy bằng: Thđộng = 0,5L’ (141) Trong L’ - chiều rộng đập mặt nền; Thđộng - chiều sâu vùng hoạt động thấm mặt đáy hạ lưu Sau tính Thđộng theo (141), ta xác định vị trí tính tốn tầng khơng thấm (để vẽ đường bão hịa) sau: a) Nếu Tthực ≤ Thdđộng (142) Thì trị số Ttt lấy Ttt = T (143) b) Nếu Tthực > Thđộng (144) Thì trị số Ttt lấy bằng: Ttt = Thđộng = 0,5L’ (145) Trong đó: Tthực - chiều sâu thực tầng không thấm; Ttt - chiều sâu tính tốn tầng khơng thấm; Các trị số Tthực Ttt đo từ mặt đáy hạ lưu Cần xét đến trường hợp sau: a) Khi Tthực > Thđộng vị trí đường bão hịa thực tế khơng phụ thuộc vào vị trí tầng khơng thấm; b) Khi < Tthực < Thđộng (146) Thì Tthực tăng đường bão hòa đập đất giảm chút; c) Khi thỏa mãn điều kiện (146) vị trí đường bão hịa phụ thuộc vào vị trí tầng không thấm Do đó, tính tốn sơ bộ, để thiên an tồn Trị số T đơi lấy 0, tức đường bão hòa đập xây dựng thấm nước với giả thiết khơng thấm nước (lúc tất nhiên phải áp dụng phương pháp trình bày trên) K.3 Đơn giản hóa việc lập đường bão hịa thấm vòng quanh trụ biên Để chuyển dòng thấm, mơ tả điểm 1, sang dạng gọi “dịng thấm phẳng” (khi để tính tốn áp dụng phương pháp giải toán thấm phẳng F.Forkhgâymer), ta thực giả thiết đơn giản hóa sau 1) Phù hợp với điểm 2, nêu, tự coi rằng: Khi: Tthực ≤ 0,5l’o (147) Thì tầng khơng thấm tính tốn trùng với tầng khơng thấm thực: Nếu như: Tthực > 0,5l’o (148) Thì tầng khơng thấm tính tốn nằm đáy hạ lưu bằng: Ttt = 0,5l’o (149) 2) Phù hợp với điểm bên ta thay mái dốc thượng lưu, hạ lưu khối đất tiếp giáp với trụ biên mái dốc thẳng đứng chạm tầng không thấm Ta vẽ mái dốc thẳng đứng tính tốn cách mép nước khoảng sau (hình K6) a) Đối với mái dốc thượng lưu: a1 = 0,4h1; (150) b) Đối với mái hạ lưu: (151) a2 = 0,4h đó: h1 h2 - độ vượt cao mực nước thượng lưu hạ lưu tầng khơng thấm tính tốn Bằng kết đơn giản này, tùy theo hình dạng kết cấu trụ biên, ta nhận sơ đồ khác dòng thấm mặt hình K6 (giới thiệu vài ví dụ sơ đồ) 3) Quy ước tất tường trụ biên chôn sâu tới mặt tầng khơng thấm tính tốn 4) Đất đắp sau lưng trụ biên coi đồng đẳng hướng 5) Bỏ qua dòng thấm ngầm chảy từ bờ ra, xét nước thấm từ thượng lưu hạ lưu (hình K1) 6) Cuối cùng, bỏ qua đoạn nước chảy mái dốc thẳng đứng (tính tốn) hạ lưu; trị số trường hợp nhỏ Khi sử dụng giả thiết nêu, ta nhận dịng thấm tính tốn đặc trưng cách gần tiết diện ướt hình trụ với đường sinh thẳng đứng; đường dẫn hướng tiết diện ướt đường đẳng áp mặt giảm áp (mặt bão hịa) Hình K6 - Đơn giản hóa dạng hình học trụ biên K.4 Lập đường bão hòa quanh trụ biên theo phương pháp F.Forkhgâymer, đáy tưởng tượng Theo phương pháp F.Forkhgâymer, để xác định chiều sâu h (tính từ đường bão hịa đến tầng khơng thấm tính tốn) điểm m đường bão hịa (hình K1) theo V.I.Aravin, viết phương trình sau: h2 = (h12 - h22) hr + h22 (152) đó: hr - cột nước tính đổi điểm tương ứng đáy tưởng tượng có đường viền đất trụ biên (hình K6) tầng không thấm sâu vô hạn T = ∞ mặt chuẩn O-O nằm ngang với mực nước hạ lưu Tấm đáy tưởng tượng dùng cho sơ đồ trụ biên hình K1 hình K6.a, trình bày hình K7 Hình K7 điểm m tương ứng mặt chuẩn O-O Hình K7 - Tấm đáy tưởng tượng (có độ bền thấm tương đương với trụ biên xét) Ứng với mặt chuẩn nêu, trị số hr điểm m sơ đồ (hình K7) (được đặc trưng dòng thấm áp lực), bằng: hr = hf/Z (153) Trong đó: Z - cột nước trước đáy tưởng tượng, lấy cột nước Z trụ biên (bằng chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, hình K1); hf - cột nước điểm m đáy tưởng tượng tổn thất cột nước từ điểm m đến hạ lưu (hình K7) Xét (hình K1): h1 - h = Z (154) từ (152) (153), ta cơng thức tính tốn dùng để vẽ đường bão hịa bao quanh trụ biên sau: h = (h1 + h ) h f + h 2 (155) Ở đây, trị số hf điểm m cho phải xác định từ xem xét đáy tưởng tượng tương ứng với cột nước Z cột nước tác dụng lên trụ biên Trị số hf điểm m sơ đồ trụ biên nêu hình K7, tìm theo phương pháp hệ số sức kháng (phụ lục A phụ lục B) Biết hf điểm khác đường viền đất trụ biên, theo công thức (155), tìm chiều sâu h điểm theo vẽ đường bão hịa quanh trụ biên K.5 Các nhận xét bổ sung cách lập đường bão hòa quanh trụ biên 1) Giả thiết chủ yếu số giả thiết nêu điều K.3 nêu giả thiết thay phần móng “treo” trụ biên (nếu có) phần móng quy ước cần cắm xuống tới tầng khơng thấm tính tốn (khoản điều K.3) Giả thiết khơng thiên an tồn tính tốn Vì lý trên, xét ảnh hưởng tầng không thấm tính tốn vị trí đường bão hịa (điều K.2) có phần móng trụ biên khơng cắm xuống tới tầng không thấm, nên để bảo đảm an tồn, ta ấn định tầng khơng thấm tính tốn nằm ngang mực đáy hạ lưu (giả thiết T = 0) Làm việc tính tốn đơn giản phần 2) Khi tính trụ biên, gặp trường hợp tường dọc AB trụ biên tiếp xúc với lõi đất sét thấm nước với hàng (hình K8) đó, để tính tốn, trụ biên cần thay “trụ biên quy ước” Hình K8 - Trường hợp trụ biên nối tiếp với lõi đất sét màng ngăn dạng hàng cừ Khi chuyển từ trụ biên sang trụ biên quy ước cần bỏ lõi (hoặc hàng cừ thẳng đứng) kéo dài tường dọc trụ biên thêm đoạn ls sau: a) Trường hợp bỏ lõi giữa: ls =(l - t) + t K/K1; b) Trường hợp bỏ tường cừ: ls = l + Φ (156) (157) đó: l’ - chiều dài thực tường dọc trụ biên; t - chiều dày trung bình lõi giữa; K1 - hệ số thấm đất làm lõi giữa; K - hệ số thấm đất lại; Φ - chiều dày quy đổi hàng cừ (phụ lục F) 3) Trong Điều 11 nêu: giai đoạn tính tốn định, sơ đồ trụ biên (hình K6), cần xem sơ đồ đáy tưởng tượng với T = ∞ với cột nước chúng Z cột nước tác dụng vào trụ biên Chính từ việc xem xét sơ đồ mà ta xác định trị số h f công thức (155) Trên hình K7 trình bày đáy tưởng tượng ứng với sơ đồ trụ biên hình K6.a Sơ đồ đáy tưởng tượng dễ dàng giải theo phương pháp hệ số sức kháng Ta giải thích thêm cách tiến hành giải số sơ đồ cụ thể trình bày hình K6.b, c, d, e, g theo phương pháp hệ số sức kháng theo sơ đồ sau: a) Sơ đồ hình K6 b: Khi xét sơ đồ này, ta cần biết hệ số sức kháng đoạn đáy tưởng tượng I II bị giới hạn thượng, hạ lưu đường nằm ngang (như nêu phụ lục A) mà đường cong A1B1 A2B2 Vì đoạn vậy, ta khơng có trị số hệ số sức kháng ξ, nên tiến hành sau trường hợp Vạch tiết diện thẳng đứng I - II (hình K6 b) Trong tiết diện ta nhận khối đất hình chữ nhật Tính tốn đường bão hịa cho khối đất theo phương trình Đuy-quy (với giả thiết toán phẳng), ta dễ dàng tìm tổn thất cột nước ∆h1 chiều dài 1-2 khối đất tổn thất cột nước ∆h đoạn 3-4 Sau đó, tính tốn trị số hf ta xét đáy tưởng tượng vậy, ta định trị số hf điểm khác đường viền đất theo phương pháp hệ số kháng Hiển nhiên hệ số sức kháng đoạn I’ II’ 0,5ξ c, ξc hệ số sức kháng hàng cừ thông thường bên b) Sơ đồ hình K6 c: Các sơ đồ tính tốn theo phương pháp hệ số sức kháng cách giải nêu điểm Đối với sơ đồ hình K6.c làm sau Ấn định tiết diện ướt quy ước chỗ vào - tiết diện nằm ngang thẳng đứng (đường nét đứt hình vẽ) Dựa theo phụ lục A, tiết diện vào nằm ngang, ta tìm trị số ξ vào tiết diện ướt vào thẳng đứng, ta tìm hệ số sức kháng 0,5ξ c (ở ξc xác định theo phụ lục A) Trị số chưa biết ξ tiết diện ướt vào thực (tiết diện nghiêng) tìm cách nội suy trị số ξvào 0,5ξc c) Sơ đồ (hình K6 d): Ở đây, ta cần xác định trị số ξ phận nghiêng (không phải nằm ngang) đường viền, ví dụ phận 1-2 đường viền Rõ ràng xác định ξ trường hợp cần phải sử dụng công thức hệ số sức kháng phận đường viền nằm ngang ξng, sau thay I hình chiếu đường 1-2 đường nằm ngang thay T giá trị trung bình trị số GHI CHÚ: Ở trường hợp công thức nêu, đại lượng S = d) Sơ đồ hình K6 f: Trong trường hợp cần vẽ thêm đường thẳng, đường 1-2-3 Đối với đoạn nằm bên trái đường 1-2-3, hệ số sức kháng phải lấy nửa trị số hệ số sức kháng hàng cừ đơn (0,5ξc), coi chiều sâu hàng cừ chiều dài đoạn 1-2 Trị số ξ cđth xác định theo phụ lục A Bộ phận nghiêng 2-4 đường viền đất cần xét nêu điểm trước e) Sơ đồ hình K9 b: Sơ đồ trụ biên biến đổi thành đáy tưởng tượng, đặc trưng đường viền đất BED; tiết diện ướt chỗ vào đường thẳng đứng AB, chỗ đường thẳng đứng vạch theo trục thiết bị tiêu nước trụ biên Tổng hệ số sức kháng sơ đồ bằng: Σξ = ξ c − ξ ng (158) Trong ξc - hệ số sức kháng hàng cừ thông thường bên trong; ξng - hệ số sức kháng đoạn nằm ngang, tính theo cơng thức: ξ ng = l − s.2 T 'hdong (159) kích thước l S hình vẽ; T’hđộng - chiều sâu vùng hoạt động thấm (phụ lục A) f) Sơ đồ hình K9 c: Sơ đồ trụ biên biến đổi thành đáy tưởng tượng đặc trưng đường viền đất AEFC; tiết diện ướt chỗ vào AB, chỗ CD (vạch theo trục thiết bị tiêu nước trụ biên) Trị số ∑ ξ sơ đồ bằng: Σξ = ξ c + l − s.2 + 0,44 T 'hdong (16) Ở đây, ký hiệu I S hình vẽ, ký hiệu cịn lại trình bày MỤC LỤC Lời nói đầu Phạm vi áp dụng Tài liệu viện dẫn Thuật ngữ định nghĩa Một số ký hiệu chung Các nhiệm vụ tính tốn thiết kế đường viền đất cơng trình thủy cơng có áp Thiết kế đường viền đất đập bê tông trường hợp thấm có áp đáy cơng trình 6.1 Phân loại sơ đồ nguyên tắc đường viền đất trình tự chung thiết kế đường viền đất 6.2 Phạm vi áp dụng sơ đồ nguyên tắc đường viền đất đặc điểm chung 6.3 Thiết kế phận đường viền đất bố trí phần dịng thấm hạ lưu 6.4 Những biện pháp chống thấm tiếp xúc 6.5 Các dẫn bổ sung Tính tốn thấm đường viền đất cho đập với mức nước thượng hạ lưu biết 7.1 Các nhiệm vụ tính thấm 7.2 Tính thấm trường hợp đất đồng nhất, đẳng hướng 7.3 Trường hợp đất đồng nhất, bất đẳng hướng 7.4 Trường hợp đất khơng đồng 7.5 Tính tốn tính chống thấm sân phủ hàng ván cừ Tính toán độ bền thấm đập 8.1 Các qui định chung 8.2 Hai dạng phá hoại độ bền thấm đất xảy 8.3 Xác định dạng kích thước đường viền đất thân đập Thiết kế đường viền đất trụ biên nối tiếp 9.1 Chỉ dẫn chung 9.2 Lựa chọn đường viền đất trụ biên 10 Tính toán thấm đường viền đất cho trụ biên với cao trình đáy lịng sơng mức nước thượng hạ lưu xác định 10.1 Các nhiệm vụ tính tốn 10.2 Phương pháp tính tốn thấm 11 Tính tốn độ bền thấm đất đắp sau lưng trụ biên 11.1 Qui định chung 11.2 Phương pháp tính tốn độ bền thấm đất đắp sau lưng trụ biên ... thép CHÚ DẪN: 1-2 -3 -a- 4-5 -b-6) đường viền đất đập; II) cừ; III) lọc ngược; I) sân phủ thấm nước; IV) tầng không thấm b) Sơ đồ đường viền đất trụ biên CHÚ DẪN: 1-2 - 3-4 - 5-6 ) đường viền đất trụ biên;... ngược Trong tính tốn thấm mặt - B (coi khơng có chân khay hạ lưu đập) coi mặt cắt ướt chỗ dòng thấm Đường 1-2 -3 -a- 4-5 -6 đường viền đất; CHÚ DẪN: 1-2 -3 -a- 4-5 -6 ) đường viền đất III) thiết bị tiêu nước;... viền đất (hình 1a) đường 1-2 -3 -a- 4-5 -b-6); lo: chiều dài hình chiếu đường viền đất đập phương nằm ngang; so: chiều dài hình chiếu đường viền đất đập phương thẳng đứng; z: cột nước tác dụng lên công