TIÊU CHUẨN VIỆT NAM
TCVN 8216:2009
THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN
Design standard for compacted earth dam
1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật trong công tác thiết kế mới, thiết kế sửa chữa nâng cấp Đập đất các loại từ cấp I đến cấp V theo phân cấp đập đất trong các tiêu chuẩn hoặc quy chuẩn hiện hành, được thi công theo phương pháp đầm nén (gọi chung là Đập đất đầm nén).
Tiêu chuẩn này áp dụng trong các bước thiết kế của các giai đoạn đầu tư xây dựng công trình thủy lợi. Nội dung và mức độ thiết kế thực hiện theo các quy định có liên quan trong các tiêu chuẩn, quy chuẩn (nếu có) hiện hành về thành phần, nội dung và khối lượng lập các dự án đầu tư thủy lợi.
Tiêu chuẩn này cũng có thể sử để sơ bộ xác định các thông số cơ bản của Đập đất trong giai đoạn quy hoạch khai thác nguồn nước.
2. Định nghĩa và phân loại đập đất
Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
2.1 Định nghĩa
2.1.1 Đập đất đầm nén (compacted earth dam)
Đập đất đầm nén là đập xây dựng bằng các loại đất (kể cả vật liệu đào từ các hố móng công trình, các loại đá phong hóa mạnh, phong hóa hoàn toàn) được thi công bằng phương pháp đầm nén có tác dụng dâng và giữ nước nhưng không cho phép để nước tràn qua.
3. Phân loại đập đất
3.1 Theo kết cấu mặt cắt ngang Đập
– Đập đồng chất: Đập được đắp chủ yếu bằng một loại đất có cùng nguồn gốc có các đặc trưng cơ lý lực học gần giống nhau;
– Đập nhiều khối: Đập được đắp bằng nhiều loại đất không có cùng nguồn gốc, có đặc trưng cơ lý lực học không giống nhau được sắp xếp thành nhiều khối (từ 2 đến 3 hoặc 4 đến 5 khối);
– Đập có tường lõi chống thấm (LCT) bằng vật liệu mềm hoặc cứng;
– Đập có tường nghiêng chống thấm thượng lưu bằng vật liệu mềm hoặc cứng.
3.2 Theo yêu cầu chống thấm ở nền kết hợp chống thấm thân đập
– Đập có sân phủ kết hợp với tường nghiêng hoặc tường lõi chống thấm;
– Đập có chân khay kết hợp tường lõi chống thấm hoặc tường nghiêng chống thấm;
– Đập có màng phụt vữa chống thấm kết hợp tường lõi chống thấm;
– Đập có tường hào chống thấm (vật liệu mềm hoặc cứng), thường kết hợp với lõi chống thấm.
3.3 Theo tính chất của nền Đập
Đập đất trên nền đá.
Đập đất trên nền không phải là đá, có thể phân theo nền mềm và nền cứng như sau:
– Nền cứng là nền đã phong hóa vừa, nhẹ, tươi;
– Nền mềm là nền đá phong hóa mạnh và đất.
3.4 Theo chiều cao đập
Theo chiều cao của đập được phân ra:
– Đập rất cao;
– Đập cao;
– Đập vừa;
– Đập thấp.
Phạm vi xác định loại đập phụ thuộc chiều cao lớn nhất của đập và tính chất đất nền, các đặc tính kỹ thuật của các hạng mục công trình thủy theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành quy định phân loại đập, cấp thiết kế công trình.
4. Những yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế đập đất đầm nén
4.1 Yêu cầu chung, một số điều kiện làm việc và hiện tượng làm việc của đập đất
4.1.1 Yêu cầu chung
Đập đất phải đáp ứng yêu cầu ổn định trong mọi điều kiện làm việc, trong thời gian thi công đến khai thác sử dụng.
Đập đất phải được đảm bảo điều kiện ổn định thấm trong nền đập, thân đập, hai vai đập vùng bờ tiếp giáp và mang các công trình đặt trong đập để không gây ra thấm vượt quá lưu lượng và vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc cuốn trôi vật liệu uy hiếp tính bền vững và tuổi thọ công trình.
Đập đất phải có đủ chiều cao an toàn, chiều cao phòng lún kể cả nền và thân đập.
Khi đập đất làm nhiệm vụ dâng và giữ nước của hồ chứa thì công trình xả lũ phải có đủ năng lực, kể cả công trình dự phòng (nếu có) để khi xuất hiện lũ kiểm tra không xảy ra tình trạng nước tràn qua đỉnh đập (ĐĐ).
4.1.2 Điều kiện làm việc của Đập đất
a) Làm việc bình thường:
– Thời kỳ thấm ổn định, ứng với mực nước hồ nằm trong phạm vi từ mực nước dâng bình thường (MNDBT) đến mực nước chết (MNC);
– Hồ ở mực nước lớn nhất thiết kế (MNLTK) có xét đến điều kiện rút nước nhanh phát sinh do khai thác bình thường.
b) Làm việc không bình thường: một trong các trường hợp sau:
– Thời kỳ thi công;
– Hồ ở mực nước lớn nhất kiểm tra (MNLKT) có thể hình thành thấm ổn định;
– Mực nước hồ giảm nhanh từ MNLTK hoặc từ MNDBT xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đầu mối khi hồ có nguy cơ sự cố vỡ đập nhưng không được thấp hơn MNC;
– Các thiết bị tiêu nước trong thân đập làm việc không theo thiết kế (hư hỏng một phần) khi ở MNDBT;
– Có động đất khi ở MNDBT.
4.1.3 Các hiện tượng hư hỏng và sự cố thường gặp
– Sạt, trượt mái đập (thượng hạ lưu) và nền đập;
– Lún, sập cục bộ ở mặt đập;
– Thấm mạnh hoặc trôi đất ở nền đập, ở một phần nền tiếp giáp với hạ lưu đập;
– Thấm hoặc sủi bọt nước ở mái đập;
– Thấm hoặc sủi bọt nước ở vai đập;
– Thấm hoặc sủi bọt nước ở phần tiếp giáp giữa đập và mang công trình (Cống, Tràn xả lũ);
– Lún hoặc chênh lệch quá mức cho phép;
– Có hiện tượng chuyển vị về phía hạ lưu;
– Nứt thân đập: bao gồm các hiện tượng nứt ngang và nứt dọc;
– Vỡ đập: Đập bị phá hoại không có khả năng giữ nước được nữa.
4.2 Yêu cầu về điều kiện địa chất công trình
4.2.1 Chất lượng nền đập
Chất lượng nền đập có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn vị trí tuyến đập, loại hình kết cấu đập, phải đảm bảo các yêu cầu sau:
a) Đối với nền đá
– Cần làm rõ tình hình nứt nẻ và chất lấp nhét là hạt cát nhỏ dễ bị rửa trôi, mức độ phong hóa, độ bền chịu nén, chống cắt, độ bền thấm, tính chất hòa tan khoáng vật của nham thạch, các lớp xen kẹp mềm yếu có thể bị phá hủy do thấm hoặc bão hòa nước, các phá hủy đứt gãy, kiến tạo trong vùng nền đập; hiện tượng Cacxtơ nếu là nền đá vôi, độ dốc mái các vai bờ đập… để có biện pháp xử lý thích hợp được quy định và chỉ dẫn ở điều 6;
– Khi vai bờ là mái đá cao, để đảm bảo ổn định lâu dài và an toàn trong khi thi công cần phải xử lý để có độ dốc thoải hơn.
b) Đối với nền không phải là đá
– Cần làm rõ nguồn gốc thành tạo, chiều dày, độ nghiêng, thành phần cấp phối hạt, tính thấm nước, độ ép lún, khả năng chịu tải, khả năng sụt lở tiềm ẩn khi bão hòa, khả năng bị xói ngầm, độ bền chống cắt của các địa tầng và độ dốc các vai bờ đập,… để đánh giá độ ổn định và biến dạng của nền và có biện pháp xử lý thích hợp được quy định và chỉ dẫn ở điều 7. Khi đất nền đập có chứa các tạp chất hòa tan trong nước vượt quá tiêu chuẩn nêu tại 4.2 thì chỉ được phép xây dựng khi có các nghiên cứu chuyên đề và giải pháp phòng ngừa tin cậy, sau khi đã tiến hành công tác nghiên cứu thí nghiệm;
– Các nền cuội sỏi, nền á sét hoặc cát mịn, nền sét, nền không đồng nhất không có các khuyết tật lớn ảnh hưởng đến tính kinh tế và an toàn của công trình, đều có thể làm nền cho các loại hình đập đất đầm nén sau khi đã xử lý bằng các biện pháp thích hợp quy định và chỉ dẫn ở điều 6;
– Đối với nền cuội sỏi cần chú ý tính thấm nước lớn và khả năng lôi kéo vật liệu khối đắp của chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo các quy định ở điều 6;
– Đối với nền á sét hoặc cát mịn cần chú ý tính lún không đều, sụt lở đất tiềm ẩn khi bão hòa, tính thấm nước, khả năng xói ngầm, khả năng hóa lỏng của cát mịn và xói mòn khối đắp hạ lưu trên chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo các điều quy định và chỉ dẫn ở điều 6;
– Đối với nền không đồng nhất, cần chú ý chiều dày và các tính chất cơ lý lực học của các địa tầng để có thiết kế kết cấu đập thích hợp.
4.2.2 Vật liệu đắp đập
Vật liệu đắp đập cần phải thỏa mãn các yêu cầu làm việc của các bộ phận trong thân đập, cụ thể là:
a) Vật liệu đắp đập đất đồng chất phải là đất có các chỉ tiêu cơ lý lực học tương đối giống nhau, vật liệu làm bộ phận lọc tiêu thoát nước phải thỏa mãn cá yêu cầu quy định ở điều 4;
b) Các vật liệu dùng trong đập đất đầm nén nhiều khối, ngoài việc phải đảm bảo các yêu cầu chung về tính bền vững và tính chịu lực còn phải thỏa mãn các yêu cầu khác của từng bộ phận trong thân đập, chủ yếu các bộ phận sau:
– Bộ phận chống thấm: vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu chống thấm tốt và đảm bảo tính bền vững lâu dài;
– Bộ phận chuyển tiếp: Ngoài các yêu cầu chung, vật liệu ở các bộ phận này cần có cấp phối hạt phù hợp để không cho vật liệu của hai khối di chuyển vào các kẽ rỗng của nhau trong quá trình làm việc;
– Bộ phận gia tải: Phải đảm bảo đập ổn định không bị trượt, sạt trong quá trình làm việc dưới tác dụng của các loại lực và trọng lượng bản thân;
– Bộ phận lọc tiêu thoát nước: Phải đảm bảo lọc tiêu thoát nước thấm qua thân đập và nền đập, hạ thấp được đường bão hòa không cho thoát ra trên mái đập.
4.3 Bố trí chung đập đất đầm nén và các hạng mục công trình liên quan
4.3.1 Bố trí Đập đất trong cụm công trình đầu mối cần đạt được các yêu cầu sau:
– Đảm bảo đầy đủ các yêu cầu, nhiệm vụ của dự án và tận dụng tối đa các lợi thế tự nhiên và xã hội khu vực xây dựng công trình;
– Loại trừ dòng chảy có vận tốc lớn chảy dọc theo mái thượng lưu hoặc dòng nước xói vào chân mái hạ lưu đập;
– Khả năng tận dụng đê quai vào trong thân đập;
– Khả năng phân đoạn, phân đợt để dẫn dòng thi công một phần hay toàn bộ lưu lượng của sông khi đang xây dựng được thuận lợi.
4.3.2 Công trình tháo nước (công trình xả ở đáy, xả lưu lượng lũ thi công hoặc lũ khai thác) và công trình lấy nước (tưới, công nghiệp) nên bố trí tách rời đập. Trường hợp phải bố trí trong thân đập thì nên đặt các công trình đó trực tiếp trên nền thiên nhiên ổn định, đồng thời phải thực hiện các biện pháp kết cấu đặc biệt để phòng chống thấm dọc theo đập khi xả lũ, theo các quy định ở điều 7.
4.3.3 Khi bố trí công trình lấy nước có áp dụng trong thân đập nên áp dụng các kết cấu sau:
– Ống thép tròn bọc bê tông đối với đập thấp, lưu lượng lấy nước nhỏ;
– Ống bê tông cốt thép hoặc ống thép đặt trong hành lang kiểm tra đối với đập vừa và cao, lưu lượng lấy nước lớn.
4.3.4 Khi điều kiện tự nhiên thuận lợi, nên bố trí đường hầm tháo nước hoặc cống xả đáy để sử dụng cả trong dẫn dòng thi công và tháo lũ, xả cạn hồ khi cần thiết trong khai thác nhưng phải có biện pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn cho đập và các hạng mục công trình liền kề (nếu có).
4.3.5 Tuyến đập đất cần căn cứ điều kiện địa hình và khả năng tạo hồ, địa chất công trình vùng tuyến, loại hình đập dự kiến, biện pháp xử lý nền, bố trí các hạng mục công trình trong cụm công trình đầu mối, qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định.
4.3.6 Khi chọn loại hình đập cần xem xét đầy đủ các yếu tố sau, thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định:
– Điều kiện địa hình, địa chất: Chủ yếu xem xét địa hình vùng tuyến, đặc trưng các nham thạch nền và tầng phủ, cấp động đất;
– Vật liệu xây dựng, trữ lượng các chủng loại, vị trí và điều kiện khai thác vận chuyển nhằm tận dụng tất cả vật liệu sẵn có đặc biệt là vật liệu nằm ở lòng hồ trong đó chú ý trữ lượng và chất lượng vật liệu làm bộ phận chống thấm. Khi loại vật liệu này tương đối nhiều thì nên dùng loại đập đồng chất hoặc đập nhiều khối. Khi có ít thì dùng cho loại đập có lõi hoặc tường nghiêng, khi không có thì dùng loại đập có tường lõi hoặc tường nghiêng chống thấm bằng các vật liệu khác (bê tông cốt thép, bê tông atphan…);
– Điều kiện thi công: Dẫn dòng thi công, tháo lũ thời kỳ đầu, tiến độ và phân đợt, phân đoạn thi công, cường độ đắp đập, điều kiện khí tượng thủy văn, mặt bằng thi công và điều kiện vận chuyển của thiết bị thi công và trình độ cùng kinh nghiệm của đơn vị thi công;
– Đặc điểm bố trí cụm đầu mối, biện pháp xử lý nền móng, điều kiện liên kết thân đập và các công trình tháo nước dẫn nước;
– Điều kiện khai thác, tình hình dao động mực nước thượng hạ lưu, yêu cầu bảo vệ vùng hạ lưu;
– Tổng khối lượng, tiến độ thi công và tổng giá thành của đập đất và cụm công trình đầu mối.
4.3.7 Khi lựa chọn mặt cắt đập, nên theo các khuyến cáo sau:
– Đập đất đồng chất chỉ nên áp dụng khi ở khu vực công trình chỉ có một loại vật liệu đất tương đối thuần nhất, đáp ứng các điều kiện quy định ở điều 4.2 và chỉ nên dùng cho đập vừa và thấp. Bộ phận tiêu nước ở đập đồng chất cần phải bố trí phù hợp theo các quy định ở điều 5;
– Đập nhiều khối là xu thế chung cho loại hình đập đất đã được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới và phổ biến ở nước ta do tận dụng triệt để các loại đất đá sẵn có tại khu vực xây dựng công trình kể cả đất đá đào thải từ các hố móng, đảm bảo ổn định và bền vững;
– Các vật liệu sử dụng trong đập đất nhiều khối cần tuân thủ các quy định ở khoản b) điều 4.2.2.
4.4 Yêu cầu đối với các công trình xây đúc có ảnh hưởng đến an toàn và kinh tế của đập đất đầm nén
Các công trình xây đúc liên kết với đập thường có: Công trình tháo nước (tràn, đường hầm, cống xả cát, âu thuyền…) công trình lấy nước (cống ngầm có áp hoặc không áp, bằng bê tông cốt thép hoặc ống thép bọc bê tông..), và đập bê tông.
Thiết kế, xây dựng các loại công trình xây đúc liên kết với đập phải đảm bảo an toàn và bền vững cho đập đất và cho cả cụm công trình đầu mối, bằng các biện pháp quy định và chỉ dẫn ở điều 7.
4.5 Các yêu cầu về môi trường, cảnh quan và thẩm mỹ
Việc thiết kế và xây dựng đập đất cùng các hạng mục trong cụm công trình đầu mối phải chấp hành các quy định có liên quan trong Luật Bảo vệ Môi trường. Cần chú ý các vấn đề sau để có biện pháp phòng tránh, khắc phục, giảm thiểu:
– Gây ô nhiễm dòng chảy quá mức cho phép của sông, suối do việc thi công các hố móng công trình, khai thác các mỏ vật liệu và đắp đất, san lấp mặt bằng và sinh hoạt ăn ở của người làm việc trên công trường. Nói chung nước thải cần được xử lý, giảm thiểu bụi và tiếng ồn trên công trường;
– Thay đổi cảnh quan khu vực xây dựng theo chiều hướng xấu đi do các hoạt động phát quang, khai thác gia công vật liệu, đào móng và các bãi thải. Cần quy hoạch và đầu tư để tái tạo thành nơi có thể trồng trọt hoặc nuôi trồng thủy sản sau khi công trình hoàn công;
– Việc khai thác mỏ vật liệu cát cuội sỏi dễ gây ra xói lở bờ, lòng sông suối sau này, cần xem xét để phòng tránh, hạn chế các diễn biến xấu do khai thác vượt quá mức cho phép;
Toàn bộ cụm công trình đầu mối sau khi hoàn thành cần đảm bảo tiêu chuẩn thẩm mỹ xây dựng và phù hợp với cảnh quan, truyền thống văn hóa của địa phương.
4.6 Thiết kế phân đợt, phân đoạn thi công và sửa chữa nâng cấp đập đất đầm nén
4.6.1 Đập đất thường có khối lượng đào đắp lớn, phải thi công trong nhiều năm, mùa mưa có thời đoạn phải ngừng thi công, do đó thiết kế cần nghiên cứu phân đợt thi công và biện pháp xử lý nhằm tránh mọi hư hỏng và sự cố tại các mặt nối tiếp hoặc các khe thi công.
4.6.2 Việc phân đợt, phân đoạn thi công cần căn cứ tình hình cụ thể của công trình như: loại hình đập, điều kiện địa chất nền đập, năng lực tổ chức thi công, các bộ phận chống thấm và tiêu thoát nước, v.v… để xác định. Nói chung, cần tuân thủ các nguyên tắc sau:
– Không được tạo ra các khe thi công đắp đất trên mặt bằng liên thông từ thượng lưu xuống hạ lưu đập;
– Khi bảo vệ mái đập thượng lưu cần thi công phù hợp với yêu cầu ngăn lũ và tích nước hồ;
– Khi cần thiết kế khối gia tải (KGT) tăng ổn định nền và chân khay (CK) hạ lưu thì cần coi nó như một bộ phận của mặt cắt đập chính thức để tiến hành thiết kế. Đỉnh của khối gia tải này phải nằm trên điểm ra của đường bão hòa mặt cắt đập thi công đợt 1.
4.6.3 Khi chặn dòng cần chú ý tính toán các vấn đề sau:
– Cần kiểm tra ổn định của đoạn đập đất thi công trong giai đoạn này, do phải thi công nhanh để vượt lũ, trong thân và nền đập có khả năng xuất hiện áp lực kẽ rỗng lớn, nhất là đối với đập đất đồng chất và đập có lõi dày và với đất có độ ẩm cao;
– Đoạn đập này nên thiết kế có mái dốc hướng ngang nhỏ hơn từ 1:3 đến 1:4 để đảm bảo tiếp giáp tốt giữa các khối tránh phát sinh nứt theo chiều ngang đập, nếu dốc bằng hoặc lớn hơn 1:3 thì phải có biện pháp đầm nén đạt độ chặt cao hơn và phải qua tính toán kiểm chứng. Khi cần, phải qua thí nghiệm hiện trường để xác định;
4.6.4 Công tác dọn sạch hố móng đập cần thực hiện phù hợp với tiến độ thi công. Các bộ phận chống thấm nền đập (sân phủ, tường chống thấm) phải hoàn thành toàn bộ phần nằm dưới mực nước tích tương ứng.
4.6.5 Tiến độ đắp đập cần phù hợp với tính chất từng loại vật liệu trong thân đập và tính chất nền đập để đảm bảo đập không bị phá hoại trong quá trình thi công do:
– Nền bị lún đột ngột đối với nền mềm yếu;
– Khối đất đắp loại sét, á sét bị nứt nẻ, nhất là ở đoạn đập giáp vai đập;
– Áp lực kẽ rỗng trong đập tăng làm giảm ứng suất hiệu quả, nhất là đất có hệ số thấm nhỏ và hệ số nén lún lớn;
– Khi thiết kế tổ chức thi công cần khống chế tốc độ lên đập đối với từng đập cụ thể.
4.6.6 Khi lập dự án đầu tư và thiết kế sửa chữa lớn hoặc nâng cấp tôn cao đập đất đầm nén cần tuân thủ các nguyên tắc sau:
– Khảo sát đánh giá hiện trạng công trình (hiện trạng địa hình, địa chất thân và nền đập, hiện trạng làm việc của đập cũ và các công trình có liên kết với đập);
– Cập nhật số liệu về lũ và tính toán lại khả năng xả lũ của công trình tháo nước hiện có, nhu cầu cấp nước và khả năng đáp ứng của công trình theo yêu cầu mới, để kiểm tra lại qui mô và kích thước đập và các hạng mục trong cụm công trình đầu mối;
– Tính toán lại về ổn định thấm và trượt, ứng suất và biến dạng của đập theo hiện trạng và theo yêu cầu của nhiệm vụ dự án nâng cấp tôn cao đập;
– Khi nâng cấp tôn cao đập đất thường dùng biện pháp tôn cao đắp dày về một phía hạ lưu hoặc thượng lưu. Không nên dùng biện pháp tôn cao kiểu đội mũ (tức ốp cả hai phía và ốp lên đỉnh đập). Khi áp dụng biện pháp này cần có tính toán luận chứng đầy đủ.
5. Vật liệu đắp và tiêu chuẩn đầm nén
5.1 Công tác điều tra, khảo sát vật liệu đắp đập
5.1.1 Điều tra khảo sát vật liệu đắp đập nhằm xác định vị trí, chất lượng, trữ lượng các mỏ vật liệu đất đá thiên nhiên bao gồm cả vật liệu đào thải từ các hố móng công trình để thiết kế loại hình đập, kết cấu mặt cắt phù hợp, thi công thuận lợi và an toàn bền vững. Công tác khảo sát và thí nghiệm đất đá cần tuân thủ các Tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành liên quan.
5.1.2 Các mỏ vật liệu đất cần khảo sát chủ yếu trong lòng hồ, và hạn chế lấy đất ở hạ lưu; không được lấy các lớp đất có tác dụng chống thấm phủ trên nền cát cuội sỏi và hang động ở vùng hồ tích nước. Khi khảo sát xác định các mỏ vật liệu đắp đập cần chú ý:
– Không nên lấy ở các đồi núi có tác dụng chắn sóng bảo vệ bờ hồ thượng lưu đập;
– Không được khai thác các mỏ đất nằm gần đập, ở dưới cao trình đỉnh đập trong phạm vi 10Hmax tính từ chân đập về phía thượng hạ lưu và hai vai, trong đó Hmax là chiều cao lớn nhất của đập.
5.1.3 Khối lượng khảo sát vật liệu
Khối lượng khảo sát vật liệu theo các cấp A, B, C và hệ số dự trữ vật liệu tùy theo giai đoạn thiết kế, được quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về thành phần, nội dung và khối lượng công tác đào đắp khảo sát địa chất giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thủy lợi.
Trong quá trình khảo sát cần lấy đầy đủ các loại mẫu đất có tính chất đại biểu ở các mỏ và tại vị trí các hố móng công trình để thí nghiệm các tính chất cơ lý lực học, hóa học của đất đá. Đối với đất đặc biệt cần phải làm các thí nghiệm bổ sung nhằm xác định tính trương nở, co ngót, lún ướt, áp lực kẽ rỗng… Đối với đất có chứa vật liệu thô sỏi, dăm sạn… cần thí nghiệm trên mẫu lớn thích hợp.
5.2 Chọn các loại vật liệu dùng đắp đập
5.2.1 Về nguyên tắc chọn vật liệu đắp đập
Các vật liệu đất đá bao gồm cả sản phẩm phong hóa hoàn toàn, phong hóa vừa đều có thể dùng để đắp đập. Tuy nhiên, vật liệu đắp phải đảm bảo yêu cầu về tính bền vững, tính chịu lực và chống thấm phù hợp với điều kiện làm việc của các bộ phận trong thân đập.
Các loại đất sau không được dùng để đắp đập trừ trường hợp rất đặc biệt khi có luận chứng tin cậy và biện pháp xử lý thích hợp:
– Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan của các muối clorua lớn hơn 5 %, của các muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10 % tính theo trọng lượng;
– Đất có hàm lượng chất hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5 % hoặc có chất hữu cơ đã phân hủy hoàn toàn ở trạng thái không định hình lớn hơn 8 % tính theo trọng lượng;
– Đất cát mịn, đất bụi nặng, đất sét nặng.
5.2.2 Đất ở bộ phận chống thấm cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
– Hệ số thấm: Đối với đập đất đồng chất không được lớn hơn 1.10-4 cm/s; đối với tường lõi và tường nghiêng, sân trước không được lớn hơn 1.10-5 cm/s;
– Chỉ số dẻo và tính ổn định thấm tốt;
– Sự thay đổi thể tích khi bão hòa hoặc khô nước tương đối thấp, không ảnh hưởng đến chỉ tiêu độ bền và biến dạng của đập.
5.2.3 Khi vật liệu khan hiếm phải dùng loại đất sét có tính trương nở để đắp đập và làm vật liệu chống thấm trong đập, cần bố trí mặt cắt đập hợp lý và áp dụng một hoặc một số biện pháp sau để đảm bảo đập ổn định. Các tính chất cơ lý và đặc tính trương nở-co ngót phải thông qua chuyên đề nghiên cứu riêng để xác định và cần chú ý:
– Đắp lớp bảo vệ và gia tải lên trên tạo áp lực ngoài lớn hơn áp lực trương nở;
– Giảm nhẹ dung trọng khô (dung trọng khô của đất là khối lượng khô của đất trên đơn vị thể tích đất thường đo bằng đơn vị g/cm3 hoặc kg/m3) nhưng độ chặt không được thấp hơn 0,95; tăng độ ẩm đất đắp lên trên 2 % đến 3 % so với độ ẩm tối ưu Wop.
5.2.4 Vật liệu đắp khối gia tải bảo vệ bộ phận chống thấm và các bộ phận chuyển tiếp phải đảm bảo sự ổn định của đập và phải có cường độ chống cắt, chống nén tương đối cao. Phần ở dưới nước của mái hạ lưu và phần ở khu vực dao động mực nước của mái thượng lưu nên đắp bằng vật liệu có tính thấm nước lớn hơn so với bộ phận khối đất được bảo vệ.
5.2.5 Các loại vật liệu rời như cát, đá sỏi, sạn, đá dăm và đá khai thác từ mỏ hoặc đất đá đào thải từ các hố móng công trình đều có thể dùng làm các lớp gia tải, hoặc làm khối gia tải hạ lưu trong đập nhiều khối. Ngoài ra, căn cứ vào tính chất của chúng sử dụng thích hợp vào các bộ phận khác nhau trong thân đập nhiều khối.
5.2.6 Vật liệu làm tầng lọc ngược, tầng chuyển tiếp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
– Cấp phối hạt phù hợp, hàm lượng hạt có đường kính nhỏ dưới 0,10 mm không được lớn hơn 5 %;
– Tính thấm nước theo yêu cầu của kết cấu trong đập;
– Có độ cứng lớn, khó hòa tan và khó phong hóa;
– Vật liệu làm tầng lọc ngược nên dùng sỏi, cát sạn thiên nhiên và qua sàng tuyển, nếu thiếu có thể dùng hỗn hợp đá dăm nhưng phải dùng loại đá có tính kháng phong hóa và không hòa tan.
5.3 Các đặc trưng cơ lý của nền và vật liệu đắp
Để thiết kế đập được an toàn và kinh tế cần tiến hành khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật, địa chất thủy văn cho nền đập và vật liệu đắp đập nhằm xác định các đặc trưng liên quan đến quy trình thiết kế đập.
Các đặc trưng cơ lý của nền đập được thực hiện theo nội dung yêu cầu của các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về nền các công trình thủy công.
Các đặc trưng cơ lý của đất đắp đập bằng đất dính, đất hạt rời cần xác định bao gồm:
a) Thành phần hạt;
b) Độ ẩm tự nhiên của đất ở mỏ ứng với các mùa điển hình trong năm W0;
c) Độ ẩm đất đắp Wđ;
d) Dung trọng khô của đất đắp g; với đất hạt rời cần xác định thêm các hệ số rỗng: emax tương ứng với trạng thái xốp nhất và emin tương ứng với trạng thái chặt nhất;
e) Khối lượng thể tích khô của đất đắp gd (dung trọng khô);
f) Khối lượng riêng của đất đắp gs (» tỷ trọng);
g) Độ ẩm tối ưu của đất đắp Wđ.opt và khối lượng thể tích khô tối ưu của đất đắp gđ.opt. Với đất có sét thí nghiệm xác định các đại lượng này có xét đến công năng của thiết bị đầm sẽ sử dụng;
h) Giới hạn chảy WL và giới hạn dẻo Wp của đất có sét. Khi cần thiết còn phải xác định độ ẩm phân tử lớn nhất Wm cũng như thành phần khoáng vật của sét;
i) Các đặc trưng độ bền bao gồm ma sát trong j, lực dính đơn vị C cũng như độ bền chịu kéo một trục st (cho trường hợp cần kiểm tra độ bền nứt của bộ phận chống thấm của đập bằng đất sét) được xác định từ kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp cho các đập từ cấp III trở xuống (trừ đất nền hoặc đất đắp có tính chất đặc biệt) và bằng các thí nghiệm cắt tương ứng khác được nêu trong Bảng 1 dưới đây cho các đập từ cấp II trở lên. Với các khối đập sử dụng vật liệu hạt thô có d nhỏ hơn 4,76 mm: Đất dăm sạn, đất vụn hạt lớn, vật liệu đất đá khai thác từ hố móng, vật liệu đá cần phải tiến hành các thí nghiệm trên các mẫu lớn và thí nghiệm hiện trường để xác định các chỉ tiêu nói trên (theo Bảng 1). Tùy thuộc vị trí của khối đắp trong thân đập mà xác định các đặc trưng bền theo các trạng thái ẩm sau:
– Với khối đất đắp luôn nằm trên đường bão hòa cần phải xác định các chỉ tiêu cơ lý ứng với độ ẩm lớn nhất có thể phát sinh trong khối này;
– Với khối đắp luôn nằm dưới đường bão hòa thì cần phải xác định chỉ tiêu cơ lý đối với trạng thái đất đắp bị bão hòa hoàn toàn.
Bảng 1 – Xác định phương pháp thí nghiệm chỉ tiêu kháng cắt của đất đắp (có d < 4,76 mm)
Thời gian khống chế ổn định
Phương pháp tính ứng suất
Loại đất đắp
Máy sử dụng
Phương pháp thí nghiệm và ký hiệu
Chỉ tiêu cường độ
Trạng thái ban đầu của mẫu
Thời kỳ thi công
Phương pháp ứng suất hữu hiệu
Đất không dính
Cắt trực tiếp
Cắt chậm
C’, f’
Đất đắp dùng mẫu đất có độ ẩm và g khô thiết kế. Đất nền là đất nguyên thổ
3 trục
Cắt cố kết – thoát nước (CD)
Đất dính
Độ bão hòa nhỏ hơn
80 %
Cắt trực tiếp
Cắt chậm
3 trục
Cắt không cố kết – không thoát nước (UU), đo áp lực kẽ rỗng
Độ bão hòa lớn hơn
80 %
Cắt trực tiếp
Cắt chậm
3 trục
Cắt cố kết – không thoát nước (CU), đo áp lực kẽ rỗng
Phương pháp tổng ứng suất
Đất dính
Hệ số thấm <10-7 cm/s
Cắt trực tiếp
Cắt nhanh
C, f
Hệ số thấm bất kỳ
3 trục
Cắt không cố kết – không thoát nước (UU), đo áp lực kẽ rỗng
Thời kỳ dòng thấm ổn định và thời kỳ mực nước hồ thấp
Phương pháp ứng suất hữu hiệu
Đất không dính
Cắt trực tiếp
Cắt chậm
C’, f’
Như trên nhưng mẫu cần phải cho bão hòa trước
3 trục
Cắt cố kết – thoát nước (CD)
Thời kỳ mực nước hồ chứa rút nhanh
Đất dính
Cắt trực tiếp
Cắt chậm
3 trục
Cắt cố kết – không thoát nước, đo áp lực kẽ rỗng (CU)
– Với khối đất đắp có khi nằm trên, có khi lại nằm dưới đường bão hòa thì phải xác định lại chỉ tiêu cơ lý ứng với cả hai trạng thái ẩm nêu trên. Trạng thái ẩm của các khối đắp căn cứ vào chế độ làm việc thực tế sẽ xảy ra trong quá trình xây đập và khai thác lâu dài để quyết định;
k) Tính biến dạng của đất đắp: Hệ số nén lún a, mođuyn biến dạng E và hệ số nở hông (ngang);
l) Hệ số thấm kv; với đập đồng chất đắp đập bằng đất có sét với hàm lượng trên 25 % cần thí nghiệm hệ số theo phương đứng kv (vuông góc với lớp đắp) và theo phương ngang kh (song song với lớp đắp);
m) Chỉ số độ bền thấm của đất đắp bao gồm građient cột nước tới hạn trồi đất Icr,u građient cột nước tới hạn xói ngầm Icr,p, građient cột nước tới hạn xói tiếp xúc Icr,c và vận tốc giới hạn Vcr,s;
n) Chỉ tiêu lún sụt của đất lún ướt;
o) Các đặc trưng trương nở co ngót của đất có sét.
Ngoài các đặc trưng nêu trên (độ bền, tính biến dạng, tính thấm) với các đập cấp I, II cần xét đến diễn biến của trạng thái ứng suất trong thân đập trình tự lún đập và khai thác sau này.
Để thiết kế đập cấp I, II ngoài các đặc trưng đất đá đắp đã nếu ở khoản b) và d) điều 5.3, đồng thời cần phải xác định thêm các đặc trưng sau:
– Khi sử dụng vật liệu thô: dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đá để đắp đập cần phải xác định độ bền chịu nén tính toán của khối đắp và hệ số biến mềm của nham thạch gốc;
– Hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang của đất đắp có tính sét với hàm lượng trên 15 %.
Giá trị tính toán và giá trị tiêu chuẩn, các đặc trưng của đất đắp cần được xác định bằng phương pháp xử lý thống kê các kết quả nghiên cứu trong phòng và hiện trường theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về thiết kế nền các công trình thuỷ công.
5.4 Lựa chọn các chỉ tiêu thiết kế đầm nén
5.4.1 Chỉ tiêu đầm nén thiết kế
Chỉ tiêu đầm nén thiết kế phải được xác định căn cứ theo kết quả nghiên cứu tổng hợp các yếu tố sau:
a) Loại hình đập và vị trí các bộ phận khác nhau trong thân đập;
b) Đặc trưng đầm chặt của vật liệu và thiết bị đầm nén được sử dụng;
c) Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩm với các tính chất lực học của đất đắp, và các yêu cầu của thiết kế đối với các tính chất lực học của vật liệu;
d) Dung trọng khô thiên nhiên, độ ẩm thiên nhiên của vật liệu đất, và khả năng xử lý làm khô hoặc tăng ẩm tại hiện trường;
e) Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đối với thi công;
f) Cấp đập đất thiết kế và tác dụng của các tải trọng khác;
g) Cường độ và tính ép lún của đất nền đập;
h) Ảnh hưởng của tiêu chuẩn đầm nén đối với giá thành và mức độ khó dễ cho thi công.
5.4.2 Tiêu chuẩn đầm nén của đất dính
5.4.2.1 Đối với đất dính có d ≤ 4,76 mm
Đối với đất dính có d ≤ 4,76 mm thể hiện ở 3 chỉ tiêu chủ yếu là độ chặt, dung trọng khô thiết kế và độ ẩm thích hợp như sau:
a) Độ chặt (còn gọi là hệ số đầm nén) là tỉ số của dung trọng khô thiết kế yêu cầu đất đắp ở thân đập (gKTK) với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm nén thí nghiệm proctor trong phòng (gKmax):
– Đối với đập cấp III trở lên, và đập xây dựng ở vùng có động đất cấp VII trở lên, cần chọn K ≥ 0,97. Đất có nhiều dăm sạn K được chọn với giá trị thấp hơn;
– Đập dưới cấp III cần lấy K ≥ 0,95;
– Khi quyết định lựa chọn độ chặt K cần xét đến các nội dung sau:
Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu đất và vị trí của nó trong thân đập;
Tải trọng ngoài;
Trạng thái ứng suất – biến dạng;
Phương pháp đắp và đầm chặt vật liệu, cường độ đắp;
Điều kiện thời tiết.
b) Dung trọng khô thiết kế là dung trọng yêu cầu cần phải đầm nén đạt được đồng đều trong đất đắp ở thân đập, được xác định sau khi đã lựa chọn độ chặt theo khoản a điều này:
trong đó
K là độ chặt được quy định theo khoản a điều này;
gKmax là dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm proctor trong phòng ứng với độ ẩm tối ưu;
c) Độ ẩm đất đắp (Wd) là một chỉ tiêu rất quan trọng để đắp đất đạt dung trọng khô thiết kế, được xác định cho mỗi loại đất trên cơ sở độ ẩm tốt nhất (Wopt) tương ứng với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm Proctor và giá thành khối đắp. Trên đường cong đầm nén gd ~ W, độ ẩm nằm trong biên độ từ Wmin, ở nhánh khô (bên trái) đến Wmax ở nhánh ướt (bên phải) có đỉnh ứng với Wopt và gKmax.
Việc lựa chọn độ ẩm thích hợp còn tùy thuộc tính chất của đất, mùa thi công, và các vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau, có thể sơ bộ xác định như sau:
Độ ẩm thích hợp nằm trong khoảng Wd ± (từ 2 % đến 3 %) so với trị số độ ẩm tốt nhất;
Đối với các đất bình thường không có tính chất gì đặc biệt, khi thi công vào mùa khô, chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh trái, còn vào mùa mưa, chọn ở nhánh phải.
Khi biện pháp hạ hoặc tăng độ ẩm có khó khăn, không kinh tế hoặc làm chậm tiến độ thi công có thể phải đắp đất có độ ẩm cao hoặc thấp hơn 3 % so với độ ẩm tối ưu nhất trên cơ sở luận chứng tin cậy vẫn đảm bảo được độ ổn định, độ bền, biến dạng nằm trong giới hạn cho phép. Cụ thể là:
– Ở các vùng, thường xuyên có độ ẩm không khí cao, số giờ nắng ít, độ ẩm thiên nhiên của đất khá cao, nên chọn bên nhánh phải;
– Ở các vùng có số giờ nắng nhiều, độ ẩm không khí cao, độ ẩm thiên nhiên của đất thấp, nên chọn ở nhánh trái;
– Riêng đối với một số loại đất ở duyên hải Nam Trung Bộ, có một số đặc trưng bất lợi như lún ướt, tan rã hoặc chứa nhiều dăm sạn,… thì nên chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh phải.
Về nguyên tắc, trong mọi trường hợp, khi thi công cần có các biện pháp đảm bảo đất đắp có độ ẩm thích hợp, để đạt độ chặt theo thiết kế quy định, và phải tuân thủ các quy định hiện hành trong các tiêu chuẩn, quy chuẩn về thi công đập đất bằng phương pháp đập đất đầm nén.
Khi thiết kế trong đồ án cần ghi hai chỉ tiêu là độ chặt và dung trọng khô gKTK (còn gọi là gCKT là chỉ tiêu dễ kiểm tra được tại hiện trường thi công). Chỉ tiêu gKTK cần quy định cụ thể cho các loại vật liệu trong các bộ phận của thân đập.
5.4.2.2 Đối với đất dính lượng dăm sạn có d > 4,6 mm không quá 30 %
Khi trong đất dính lượng dăm sạn có d > 4,76 mm nhưng không quá 30 % trọng lượng cần xác định dung trọng khô lớn nhất thông qua thí nghiệm đầm Proctor cải tiến.
5.4.3 Xác định dung trọng khô thiết kế của các vật liệu rời
Xác định dung trọng khô thiết kế của vật liệu rời gồm cát, sỏi, dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đất khai thác từ hố móng, vật liệu đá cần tiến hành thí nghiệm ở hiện trường. Dung trọng khô thiết kế được quyết định sau khi xem xét, cân nhắc các nội dung nêu ở khoản a) điều 5.4.2.1.
Độ rỗng và độ chặt tương đối của các vật liệu rời trong khối đắp sơ bộ nằm trong giới hạn sau:
– Khối đắp làm lọc, tầng đệm n từ 12 % đến 15 %;
– Khối đắp trong vùng chuyển tiếp n từ 18 % đến 22 %;
– Khối đắp bằng đá n từ 20 % đến 25 %;
– Khối đắp bằng cuội sỏi n từ 0,75 % đến 0,85 %.
5.4.4 Lựa chọn chỉ tiêu thiết kế đất đắp đập
Trong việc lựa chọn chỉ tiêu thiết kế của đất đắp đập khi lập đồ án thiết kế và khi tổ chức thi công cần tuân thủ các nguyên tắc sau:
a) Khi sử dụng nhiều loại đất để đắp, nhất thiết không được chọn chỉ tiêu trung bình áp dụng chung cho các loại đất đắp mà phải chọn chỉ tiêu tương ứng cho từng loại đất. rường hợp thiết kế có quy định trộn một số loại đất có sẵn để đắp đập thì phải có quy trình trộn đất và các chỉ tiêu thiết kế tương ứng của vật liệu đất trộn đó;
b) Khi khối đắp trong đập của một loại vật liệu là đất dính có khối lượng trên 200 000 m3, cần tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường trước khi thi công để xác định công nghệ đắp thích hợp đảm bảo chất lượng đắp đập theo yêu cầu thiết kế, bao gồm:
– Độ ẩm thích hợp và các biện pháp xử lý độ ẩm;
– Chiều dày thích hợp của lớp đất rải để đầm;
– Thiết bị đầm nén;
– Số lần đầm tối thiểu và tốc độ đầm phù hợp để đạt chỉ tiêu đầm nén thiết kế thì phải tiến hành các thí nghiệm bổ sung và nếu cần phải hiệu chỉnh đồ án thiết kế.
Đất đắp có chứa trên 10 % hàm lượng dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đất đá hố móng, đá đất trộn thêm sạn sỏi có khối lượng trên 100 000 m3 nhất thiết phải tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định các thành phần pha trộn, công nghệ đắp và các chỉ tiêu lực học tương ứng. Khi thi công phải có quy trình tuyển chọn, trộn đất (nếu cần) trước khi đưa vật liệu lên đắp đập.
5.4.5 Vật liệu làm tầng lọc ngược
Vật liệu làm tầng lọc ngược phải phù hợp các điều kiện sau:
a)
15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc
>5
15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ
b)
15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc
<5
85 % cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ
c) Đường cong của cỡ hạt vật liệu lọc là một đường gần song song với đường cong của cỡ hạt vật liệu được bảo vệ.
Thiết kế tầng lọc ngược phải tuân theo tiêu chuẩn, quy chuẩn có liên quan hiện hành.
6. Thiết kế mặt cắt ngang của đập đất
6.1 Xác định cao trình đỉnh đập
6.1.1 Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp của công trình.
6.1.2 Độ vượt cao của đỉnh đập xác định theo công thức:
hđ = Dh + hsl + a
trong đó
Dh là chiều cao nước dềnh do gió, tính bằng mét;
hsl là chiều cao sóng leo lên mái, tính bằng mét;
a là chiều cao an toàn, xác định theo điều 6.1.3, tính bằng mét.
Tần suất tính toán sóng leo xác định theo điều 6.1.3;
Độ vượt cao của đập quy định khác nhau cho 3 trường hợp:
Mực nước dâng bình thường;
Mực nước lũ thiết kế;
Mực nước lũ kiểm tra.
6.1.3 Chiều cao an toàn và tần suất gió tính toán:
– Chiều cao an toàn của đập căn cứ cấp của đập và điều kiện làm việc, chọn theo quy định ở Bảng 2;
– Tần suất gió tính toán theo cấp của Đập và chọn theo quy định ở Bảng 3.
Bảng 2 – Chiều cao an toàn của đập
Điều kiện làm việc của hồ chứa
Chiều cao an toàn a theo cấp của Đập (m)
I
II
III
IV
V
Ở mực nước dâng bình thường
1,5
1,2
0,7
0,5
0,5
Ở mực nước lũ thiết kế
1,0
1,0
0,5
0,5
0,5
Ở mực nước lũ kiểm tra
0,5
0,3
0,2
0,2
0,0
Bảng 3 – Tần suất gió thiết kế
Điều kiện làm việc của hồ chứa
Tần suất gió thiết kế theo cấp của Đập (%)
I-II
III-IV
V
Ở mực nước dâng bình thường
2
4
10
Ở mực nước lũ thiết kế
25
50
50
CHÚ THÍCH:
1) Trường hợp mức nước lũ kiểm tra không xét đến sóng leo do gió gây ra.
2) hương pháp tính toán các yếu tố sóng, chiều cao sóng leo áp dụng theo các tiêu chuẩn ngành hiện hành.
6.1.4 Cao trình đỉnh đập
Cao trình đỉnh đập là tổng của cao trình mực nước tính toán của hồ chứa và độ vượt cao của đỉnh đập tương ứng xác định theo điều 6.1.1 và điều 6.1.2, chọn giá trị lớn nhất.
Nếu trên đỉnh đập dự kiến xây dựng tường chắn sóng (TCS) loại thẳng đứng, được liên kết với bộ phận chống thấm của thân đập thì độ vượt cao của đỉnh đập được tính từ cao trình mực nước tính toán đến đỉnh tường chắn sóng. Trường hợp này cao trình đỉnh đập phải cao hơn mực nước gia cường kiểm tra tối thiểu 0,30 m.
Việc xây tường chắn sóng thẳng hoặc cong để hạ thấp đỉnh đập, giảm khối lượng đắp đập, phải thực hiện thông qua tính toán, so sánh kinh tế – kỹ thuật.
6.1.5 Độ vượt cao đỉnh đập khi có động đất
Khi xây dựng đập đất đầm nén ở vùng động đất cấp VII trở lên, độ vượt cao của đỉnh đập cần tính toán đến chiều cao của sóng trọng lực phát sinh trong hồ chứa và độ lún đỉnh đập do động đất, theo các quy định, tiêu chuẩn, quy chuẩn riêng hiện hành về công trình thủy công ở vùng có động đất.
6.2 Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập
6.2.1 Xác định chiều 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 nên nhỏ dưới 5,0 m, đồng thời cần xét đến các trường hợp:
a) Khi không có yêu cầu khác, chiều rộng đỉnh đập nên từ 5 m đến 10 m đối với đập cấp III trở xuống, từ 10 m trở lên đối với đập cấp I, II;
b) Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường giao thông. Nếu tiêu chuẩn đường giao thông nhỏ hơn thì phải theo quy định của tiêu chuẩn này.
6.2.2 Chiều rộng đỉnh đập ở vị trí nối tiếp với công trình khác
Chiều rộng đỉnh đập ở vị trí nối tiếp với công trình khác cần xác định phù hợp với kết cấu nối tiếp và thường nên tạo ra một mặt bằng rộng hơn.
Phần đỉnh ở hai đầu vai đập cần được làm loe ra để có chiều rộng đỉnh đập tại đây rộng hơn, đồng thời tạo mái thoải hơn, có lợi cho ổn định cũng như chống thấm ở vai đập giúp cho việc đi lại của xe máy thuận lợi hơn và tăng tính thẩm mỹ của công trình. Việc bố trí mở rộng đỉnh hai đầu đập tạo thành mái loe phụ thuộc chủ yếu điều kiện địa hình khu vực vai đập.
6.2.3 Kết cấu và bố trí mặt đỉnh đập
Kết cấu và bố trí mặt đỉnh đập cần đảm bảo bền vững, an toàn, thuận lợi trong khi khai thác và thẩm mỹ.
Mặt đỉnh đập cần phải dốc nghiêng về một phía hoặc hai phía với độ dốc từ 2 % đến 3 %, đồng thời làm tốt hệ thống thoát nước xuống mái đập, không được để nước mưa đọng trên mặt đỉnh đập.
6.2.4 Lớp bảo vệ đỉnh đập
Lớp bảo vệ đỉnh đập cần căn cứ, yêu cầu quản lý và các mục đích sử dụng, khả năng đầu tư để chọn một trong các loại vật liệu bảo vệ sau:
– Đất cấp phối cát cuội sỏi đầm chặt;
– Dăm sỏi xâm nhập nhựa đường;
– Bê tông nhựa đường.
Khi có kế hoạch nâng cao đập trong tương lai gần thì chưa nên làm lớp bảo vệ bằng bê tông.
6.2.5 Đỉnh đập kết hợp đường giao thông
Khi đỉnh đập có kết hợp đường giao thông cần bố trí cọc tiêu, thanh chắn, hoặc gờ lề đường để đảm bảo an toàn. Nếu không kết hợp giao thông cũng cần có các cọc tiêu chỉ dẫn cho xe công vụ đi lại.
Ở các công trình đầu mối có nguồn điện thì trên mặt đỉnh đập có thể bố trí hệ thống đèn cao áp chiếu sáng vừa phục vụ quản lý khai thác vừa nâng cao thẩm mỹ công trình.
6.3 Mái và bảo vệ mái đập
6.3.1 Mái đập
Mái đập:
– Được thể hiện hệ số mái m hoặc tỷ số giữa chiều cao đứng và chiều ngang của mái, ví dụ: m = 1 : 2,0; 1 : 2,5; 1 : 3,0;
– Mái thượng lưu ký hiệu là mt, mái hạ lưu ký hiệu là mh.
Mái đập phải đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi điều kiện làm việc của đập. Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, tính chất vật liệu của thân đập và nền đập, các lực tác động lên mái (như trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực mao dẫn, lực động đất, lực thủy động, tải trọng ngoài trên đỉnh đập và mái đập …), điều kiện thi công và khai thác công trình.
Khi sơ bộ xác định độ dốc mái được phép sử dụng tài liệu của các đập tương tự đã xây dựng trong khu vực hoặc dùng phương pháp gần đúng, sau đó kiểm tra bằng tính toán theo các quy định ở điều 6.7.
Khi ở phía thượng lưu đập có tường nghiêng đắp bằng vật liệu có các chỉ tiêu chống trượt (j, c) thấp hơn các chỉ tiêu tương ứng của đất đắp thân đập thì độ dốc mái thượng lưu cần xác định trên cơ sở đánh giá khả năng trượt mái nói chung và khả năng trượt của tường nghiêng theo mặt tiếp xúc với thân đập cũng như trượt của lớp bảo vệ trên mặt tường nghiêng.
6.3.2 Trên mái đập
Trên mái đập, nên bố trí các cơ đập do yêu cầu thi công, kiểm tra sửa chữa trong quá trình khai thác do sử dụng đê quai thi công ở thượng lưu và đống đá tiêu nước ở hạ lưu vào thân đập. Số lượng cơ phụ thuộc vào chiều cao đập, điều kiện thi công kiểu gia cố mái và khả năng ổn định toàn thân đập.
6.3.3 Mái thượng lưu, hạ lưu
Ở mái thượng lưu, việc bố trí cơ đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và hình thức bảo vệ mái, nên bố trí cơ đập ở giới hạn dưới của lớp gia cố chính để tạo thành gối đỡ cần thiết, hoặc lợi dụng đỉnh đê quai mái thượng lưu nằm trong thân đập để làm cơ sở. Số cơ ở mái thượng lưu thường ít hơn số cơ ở mái hạ lưu.
Ở mái hạ lưu, nên bố trí cơ để sử dụng vào việc tập trung và dẫn nước mưa, làm đường công tác, và để tăng độ ổn định mái đập khi cần thiết. Trường hợp có kết hợp đường giao thông trên cơ sở đập hạ lưu thì cơ phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường. Khoảng 10 m đến 15 m theo chiều cao đập nên bố trí một cơ. Chiều rộng của cơ không được nhỏ dưới 3 m.
Trên mái hạ lưu không nên kết hợp làm kênh dẫn nước và các công trình khác (trừ đường giao thông khi có yêu cầu kết hợp).
Trường hợp cần bố trí kênh dẫn trên mái đập thì phải có luận chứng kinh tế – kỹ thuật, các biện pháp chống thấm, chống rò nước từ kênh ra, phải đảm bảo có độ tin cậy cao.
6.3.4 Gia cố mái đập
Mái đập phải được gia cố bảo vệ chống lại tác động phá hoại của sóng, mưa và các yếu tố phá hoại khác.
Hình thức kết cấu bảo vệ mái đập được chọn một trong các hình thức quy định ở 6.3.5 và phần cuối 6.3.7, trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật, đảm bảo các yêu cầu:
– Kiên cố ổn dịnh, chống đỡ mọi loại phá hoại đối với mái đập, tiêu thoát nước mặt tốt;
– Tận dụng vật liệu tại chỗ và sử dụng các vật liệu công nghệ mới, giá thành hợp lý;
– Thi công đơn giản, quản lý duy tu thuận lợi;
– Tính thẩm mỹ cao, nhất là ở mái hạ lưu và phần lộ thường xuyên bên trên mực nước ở mái thượng lưu.
6.3.5 Mái đập thượng lưu
Mái đập thượng lưu thường áp dụng các hình thức bảo vệ sau:
a) Đá đổ;
b) Đá lát khan;
c) Đá xây vữa từng ô nhỏ có khe co giãn và lỗ thoát nước;
d) Tấm bê tông hoặc cốt thép đổ tại chỗ hoặc tấm đúc sẵn có khe có giãn và lỗ thoát nước;
e) Bê tông nhựa đường từng ô có khe co giãn và lỗ thoát nước;
f) Thực vật áp dụng cho đập thấp, hồ có sóng nhỏ. Cần có biện pháp phòng chống mối.
Kích thước lớp bảo vệ xác định theo các quy định và hướng dẫn tính toán hiện hành.
6.3.6 Lớp gia cố mái thượng lưu
Lớp gia cố mái đập thượng lưu cần phải phân thành đoạn gia cố chính ở vùng chịu tác dụng của sóng lớn nhất thường xảy ra trong thời kỳ khai thác, và đoạn gia cố phụ bố trí ở các vùng còn lại, dọc theo chân mái của phần gia cố chính cần có chân tựa bằng đá xây hoặc bê tông.
Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước khai thác thấp nhất (thường là mực nước chết) 2,5 m đối với đập cấp III trở lên, và dưới 1,5 m đối với đập cấp IV.
6.3.7 Hình thức gia cố mái đập thượng lưu
Khi chọn hình thức gia cố mái đập thượng lưu, cần xét các yêu tố sau:
– Chiều cao sóng leo do gió và tàu thuyền tác dụng lên mái;
– Đặc tính của vật liệu thân đập và mức độ xâm thực của nước hồ;
– Trữ lượng các loại vật liệu gia cố có ở khu vực xây dựng và điều kiện sản xuất chúng;
– Cấp và tính chất đa mục tiêu của công trình.
Hình thức gia cố bằng đá đổ có thể áp dụng trong tất cả các trường hợp khi tại khu vực xây dựng có đầy đủ khối lượng đá sử dụng được, và thuận lợi cho việc thi công bằng cơ giới.
Hình thức tấm gia cố bằng đá lát khan hoặc đá xây vữa áp dụng khi không có điều kiện thi công bằng cơ giới.
Hình thức tấm bê tông cốt thép và bê tông nhựa đường chỉ nên áp dụng ở vùng hiếm đá và tỏ ra ưu việt về kinh tế hơn so với các hình thức gia cố khác.
Dưới lớp gia cố bảo vệ mái cần bố trí tầng đệm có tác dụng nối tiếp giữa lớp gia cố với thân đập và có tác dụng của tầng lọc ngược để phòng chống xói trôi đất do sóng và khi nước hồ hạ thấp đột ngột.
Cấp phối và chiều dày các lớp đệm cần thiết kế theo các quy định và hướng dẫn thiết kế tầng lọc ngược hiện hành. Thông thường tầng đệm dưới bảo vệ bằng đá xây khan hoặc đá xây vữa gồm hai lớp: dăm sỏi và cát, chiều dày mỗi lớp tối thiểu 15 cm. Với những vùng khan hiếm cát có thể nghiên cứu sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc.
Khi dùng tấm bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường đổ tại chỗ và đá xây vữa để bảo vệ mái cần bố trí lỗ thoát nước để giảm áp lực nước bên trong khi mực nước hồ rút nhanh hoặc do các nguyên nhân khác. Với lớp gia cố bằng bê tông, bê tông nhựa đường bảo vệ kết hợp nhiệm vụ chống thấm cho thân đập thì không được bố trí lỗ thoát nước.
6.3.8 Bảo vệ mái hạ lưu
Mái đập hạ lưu thường áp dụng các hình thức bảo vệ sau:
– Trồng cỏ trên lớp đất màu được phủ trên mái đắp;
– Rải đá dăm hoặc sỏi dày 0,2 m lên toàn bộ mái đập;
– Đá xây khan;
– Khuôn bê tông cốt thép trong đổ đá;
– Các hình thức khác.
Hình thức bảo vệ cần lựa chọn phù hơp với tính chất vật liệu đắp ở hạ lưu đập, điều kiện khí hậu và đảm bảo các yêu cầu quy định ở điều 6.3.4.
Khi chọn hình thức trồng cỏ cần tránh dùng loại cỏ cây cao ảnh hưởng đến quan sát các hiện tượng xói lở, rò rỉ trên mái đập hoặc tạo cơ hội cho động vật làm hang hốc trong các đập. Nên chọn loại cỏ có khả năng chịu hạn thích hợp điều kiện khí hậu ở địa phương.
Mái đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến chân đập hoặc đến đỉnh của lăng trụ đá tiêu nước (nếu có).
Đối với đập vừa và cao, cần bố trí hệ thống rãnh thoát nước mưa trên toàn bộ mái đập hạ lưu.
Hệ thống rãnh này nên đặt xiên với mặt đập một góc 45o để giảm hiện tượng rãnh bị xói do nước chảy. Rãnh được xây bằng đá hoặc bê tông.
Cần bố trí đầy đủ các hạng mục tiêu thoát nước mặt bên trên toàn bộ mái đập, bao gồm việc tập trung, dẫn thoát nước trên đỉnh đập, mái đập. Việc bố trí hệ thống tiêu nước mặt kích thước và độ dốc các rãnh tiêu nước được xác định qua tính toán. Khi trên mái đập có cơ thì cần bố trí rãnh tiêu dọc cơ, các rãnh tiêu đứng trên mái đập nên cách nhau từ 50 m đến 100 m dọc đập bố trí một rãnh.
Cần bố trí rãnh tiêu nước ở các vị trí tiếp giáp mái đập với sườn vai núi. Diện tích tập trung nước tính toán cần kể cả diện tích tập trung nước từ sườn vai núi.
