Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 4 pot

Điều kiện làm việc của đập đất Do 2 đặc điểm cơ bản của đập đất là dâng nước và làm bằng vật liệu địa phương các loại đất nêu điều kiện làm việc của đập đất gồm những điểm chủ yếu sau đâ

Chương 4 đập đất

ò1 Khái niệm chung - Đặc điểm làm việc - Phân loại đập

đất

I Khái niệm chung

- Đập đất là loại đập được xây dựng bằng các loại đất Nó là loại đập không tràn, được xây dựng để dâng nước và giữ nước ở các hồ chứa hoặc xây dựng nhằm mục đích chỉnh trị sông

- Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng thi công cơ giới cao và rẽ tiền nên được xây dựng rộng rải trong thực tế

- Ai cập, Trung Quốc là những nước có truyền thống lâu đời và có nhiều kinh nghiệm

trong việc thiết kế xây dựng đập đất Ngày nay, cùng với sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý thuyết thấm, địa chất công trình và công nghệ thi công việc thiết kế và xây dựng đập đất ngày càng hoàn thiện và phát triển Tỷ lệ đập đất

được xây dựng từ 1960 đến nay (H>75m) chiếm trên 70%

- Đập đất thi công bằng phương pháp đầm nén cao nhất hiện nay là đập Orơvin ở Mỹ: cao 225m

- Đập đất Bồi cao nhất là đập Mighêtrauvơ ở Liên xô cũ : cao 80m

- ở Việt nam đập đất là loại công trình dâng nước phổ biến khi xây dựng các hồ chứa (>70%)

Hình 14.1 : Hồ chứa nước AYUNHạ-tỉnh Gia Lai

II Điều kiện làm việc của đập đất

Do 2 đặc điểm cơ bản của đập đất là dâng nước và làm bằng vật liệu địa phương (các loại đất) nêu điều kiện làm việc của đập đất gồm những điểm chủ yếu sau đây:

1 Phía thượng lưu đập luôn luôn ngập trong nước, tính chất cơ lý của đất bị giảm yếu, vì vậy kích thước mặt cắt đập phải bảo đảm ổn định mái dốc trong mọi trường hợp (khi mực nước hồ thay đổi)

2 Đập đất dâng nước tạo hồ chứa, khi có tác dụng của gió thì sẽ gây ra sóng xô va lên mái đập làm xói lỡ mái →cần có biện pháp gia cố chắc chắn để chống tác hại của sóng

3 Khi có mưa một phần nước thấm vào thân đập làm dâng cao đường bảo hoà do đó giảm ổn định của đập Phần còn lại chảy trên mặt đập gây xói lỡ bào mòn mái đập vì vậy cần có biện pháp thoát nước mặt để hạn chế sự xói lỡ mái dốc Ngoài ra sự thay đổi nhiệt độ môi trường cũng có thể gây nứt nẽ thân đập hoặc các bộ phận trên mái đập do đó cần có biện pháp kết cấu thích hợp và bảo hộ mái khỏi nứt nẽ

4 Do dâng cao mực nước trước đập, sẽ hình thành dòng thấm qua thân đập, nền đập

và thấm vòng quanh bờ từ thượng lưu về hạ lưu, nó gây ra :

- Dòng thấm sẽ gây mất nước trong hồ

- Phần đất dưới đường bảo hoà vừa chịu tác dụng của lực đẩy nổi, lực thấm thuỷ

động, đồng thời ϕ, c cũng bị giảm nhỏ làm cho đập có thể mất ổn định (trượt mái)

- Dòng thấm còn có thể gây xói ngầm trong thân đập, xói ngầm tiếp xúc ở mặt tiếp xúc giữa đập đất với các bộ phận bê tông, gỗ hoặc xói ngầm ở chỗ dòng thấm đi ra hạ lưu Cho nên cần có biện pháp chống thấm và thoát nước tốt

- Khi mực nước trong hồ hạ thấp đột ngột hình thành dòng thấm ngược về thượng lưu → có thể gây trượt mái thượng lưu

Chính những lý do đó, vấn đề thấm trong đập đất có ý nghĩa quyết định đối với việc lựa chọn kích thước, cấu tạo của mặt cắt đập

5 Đập đất không cho phép nước tràn qua, vì vậy để an toàn cho hệ thống, cần phải xây dựng đập tràn bằng bê tông để tháo lũ trong mùa mưa

6 Thân và nền đập bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng bản thân Nó làm giảm chiều cao đập, nứt nẻ gây nguy hiểm cho đập

III.Phân loại đập đất

Tuỳ theo kết cấu mặt cắt, phương pháp thi công, quy mô công trình có thể phân loại

đập đất như sau:

1 Theo kết cấu mặt cắt ngang đập

Để bảo đảm yêu cầu chống thấm trong thân đập và nền đập, kết cấu mặt cắt ngang

đập đất thường có mấy loại sau đây:

a.Đập đồng chất : Là đập chỉ xây dựng bằng một loại đất, đây là loại đập phổ biến

nhất trong thực tế.Thường dùng với nền không thấm hoặc ít thấm (hình 4.2a)

b.Đập hổn hợp : Là đập được xây dựng bằng nhiều loại đất có tính cơ lý khác nhau

Trong đập này đất có tính chống thấm tốt được đặt ở phía thượng lưu hoặc ở giữa thân

đập Ngoài ra còn có loại đập hổn hợp đất đá (hình 4.2d)

c.Đập có tường nghiêng : Là đập có vật chống thấm loại dẻo (như sét, á sét ), hoặc

cứng (như bê tông, bê tông cốt thép, gỗ, kim loại) đặt ở mái thượng lưu Thường dùng khi có yêu cầu chống thấm cao đối với thân đập (hình 4.2e,g)

d.Đập có lõi giữa : Là đập có vật chống thấm loại cứng hay loại dẻo đặt giữa thân đập

(hình 4.2h,i)

Khi nền là nền thấm nước để chống thấm cho nền người ta thường dùng hình thức tường nghiêng hay lõi giữa cắm sâu xuống tầng không thấm Trên thực tế có những loại sau:

e.Đập đồng chất chân răng : Là đập đồng chất có chân răng cắm vào nền Thường

dùng khi Kđ<<Knền và tầng không thấm nằm không sâu lắm (hình 4.j )

f.Đập có lõi giữa tường răng : Kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm Dùng khi

tầng thấm không lớn (hình 4.2k)

g Đập có tường nghiêng chân răng : Kéo dài tường nghiêng xuông tận tầng không

thấm Dùng khi tầng thấm không lớn (hình 4.2l)

h.Đập có bản cọc : Dùng bản cọc đóng sâu xuống nền để chống thấm Dùng khi nền

là nền đất (hình 4.2m,n)

i.Đập có tường nghiêng sâu trước : Kéo dài tường nghiêng về phía thượng lưu

Thường dùng khi tầng không thấm nằm sâu Tránh được khối lượng đào lớn nếu dùng hình thức chân răng (hình 4.2.o)

j.Đập có màng phun xi măng : Dùng màng phun xi măng để chống thấm cho nền

trong trường hợp đập xây trên nền đá nứt nẻ (hình 4.2p,q)

Hình 4.2 : Các loại đập

đất

2 Theo phương pháp thi công: có thể chia làm 5 loại

- Đập đất đầm nén: Đắp đất từng lớp và đầm nén bằng xe máy hoặc thủ công

- Đập đất bồi: Dùng phương pháp cơ giới hoá thuỷ lực, hút đất ở dạng sệt bồi dần vào thân đập cho lắng đọng lại và tự tạo nên độ chặt

- Đập đất nửa bồi: 2 phần thượng và hạ lưu xây dựng theo kiểu đầm nén còn phần giữa thi công bằng phương pháp đất bồi

- Đập đất đổ trong nước: Dùng xe máy đổ đất ngay trong các ô chứa nước của mặt bằng đập Đất tự chìm lắng và tạo nên độ chặt

- Đập đất đắp bằng phương pháp nổ mìn định hướng: Dùng mìn định hướng đưa những khối đất hai bờ đến vị trí đắp đập mà không cần vận chuyển

3.Phân loại theo chiều cao

Theo chiều cao, đập đất được chia làm bốn loại (QPVN 11-77)

- Đập rất cao : khi cột nước lớn nhất trên 100m

- Đập cao : khi chiều cao cột nước lớn nhất từ 50 đến 100m

- Đập cao vừa : khi chiều cao cột nước lớn nhất từ 20 đến dưới 50m

- Đập thấp : khi chiều cao cột nước lớn nhất dưới 20m

Nhóm B : Nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nữa cứng

Nhóm C : Nền là đất sét bảo hoà nước

IV.Ưu nhược điểm của đập đất

- Đập đất được ứng dụng phổ biến trong xây dựng công trình thuỷ lợi vì nó có nhiều

3 Giá thành đập đất rẻ và khi thi công ít đòi hởi công nhân lành nghề

4 Có thể xây đập đất với chiều cao bất kỳ

5 Vật liệu xây dựng đập không bị thay đổi tính chất theo thời gian, ngược lại ngày càng vững chắc thêm do độ chặt tăng theo thời gian

6 Quản lý và khai thác đập đất đơn giản

7 Có thể phát triển thêm chiều cao đập mà không cần tháo cạn hồ chứa

- Bên cạnh đó đập đất có một số nhược điểm sau:

1 Đập đất không cho phép nước tràn qua nên không thể tháo lũ qua thân đập Vì vậy phải xây dựng công trình tháo lũ riêng biệt bằng bê tông kể cả trong thời gian thi công và thời gian khai thác

2 ở những vùng mưa nhiều việc thi công đập đất đầm nén gặp nhiều khó khăn vì khó khống chế được độ ẩm tốt nhất

ò2 Hình dạng kích thước, cấu tạo đập đất - Nguyên tắc

và các bước thiết kế

I.Các bộ phận của đập đất

Các bộ phận của đập đất (hình 4.3) gồm có

1 Thân đập: Là bộ phận chủ yếu bảo đảm sự ổn định của đập

2 Thiết bị chống thấm: Làm bằng vật liệu ít thấm có tác dụng giảm q, v, J của dòng thấm qua thân và nền đập

3 Thiết bị thoát nước: Thường làm bằng vật liệu không dính như cát, sỏi, đá Có tác dụng tập trung dòng thấm dẫn về hạ lưu, chống xói ngầm, hạ thấp đường bảo hoà, tăng ổn định cho đập

4 Thiết bị bảo vệ mái đập: Có tác dụng chống sóng, phòng ngừa nứt nẻ do thay đổi nhiệt độ hay xói mòn do mưa gây ra

II.Nguyên tắc chung khi thiết kế hình dạng mặt cắt đập đất

• Các nguyên tắc chung khi thiết kế đập đất

1 Thân đập và nền đập phải ổn định trong mọi trường hợp làm việc (thi công cũng như khai thác)

2 Thấm qua thân đập và nền đập là nhỏ nhất và phải <[q], có biện pháp xử lý thích hợp để tránh xói ngầm trong thân và nền đập dưới tác dụng của dòng thấm

3 Mái dốc phải được gia cố chắc chắn để đảo bảo không hư hỏng dưới tác dụng của sóng, dòng chảy dọc mái đập, mưa rào và sự thay đổi nhiệt độ cũng như do động vật đào hang

4 Đỉnh đập phải đủ độ vượt cao để nước không được tràn qua trong mọi trường hợp

Bề rộng mặt đập phải kết hợp được vói yêu cầu giao thông nếu có Đồng thời phải xây dựng công trình tràn tháo lũ để đảm bảo an toàn cho hệ thống công trình đầu mối

5 Việc lựa chọn loại đập, cấu tạo các bộ phận, thời gian và phương pháp thi công phải dựa vào tình hình cụ thể ở nơi xây dựng và thoả mản được các yêu cầu về quản lý, thi công và khai thác

6 Giá thành xây dựng và chi phí khai thác là ít nhất

Dăm lọc dày 20 cm Đá lát khan dày 30 cm

A MNC 48.5 49.0

Tấm bê tông M150

=1.75T/m3 =16 C=0.18kg/cm2 K=1*10 cm /s

−5 0

5 TÝnh khỉi lưîng, nh©n lùc, vỊt liÖu, gi¸ thµnh vµ thíi gian thi c«ng

Dùa vµo nguyªn t¾c ®ê sau ®©y ta tr×nh bµy c¸ch thiÕt kÕ mĩt sỉ bĩ phỊn c¬ b¶n cña mƯt c¾t ®Ịp ®Ít

III.ThiÕt kÕ ®Ønh ®Ịp

1 ChiÒu rĩng mƯt ®Ịp

ChiÒu rĩng mƯt ®Ịp phô thuĩc vµo yªu cÌu vÒ ưn ®Þnh, giao th«ng, thi c«ng, qu¶n lý (®Ịp cµng cao B cµng lín)

- NÕu cê yªu cÌu giao th«ng : B x¸c ®Þnh theo quy ph¹m thiÕt kÕ ®ưíng

- NÕu kh«ng cê yªu cÌu giao th«ng: Bmin = 3m ®ỉi víi ®Ịp thÍp

Bmin = 5m ®ỉi víi ®Ịp cao võa trị lªn

Ta còng cê thÓ tra Bmin theo ®ơ thÞ ®ưîc x©y dùng tõ c¸c ®Ịp trong thùc tÕ hoƯc tÝnh theo c«ng thøc: Bmin = 0,1H (víi H lµ chiÒu cao ®Ịp)

ChiÒu rĩng ®Ønh ®Ịp t¹i chì nỉi tiÕp gi÷a ®Ịp víi c«ng tr×nh kh¸c hoƯc víi bí ph¶i phï hîp víi yªu cÌu thiÕt kÕ

2 CÍu t¹o cña mƯt ®Ịp

- NÕu mƯt ®Ịp kh«ng sö dông lµm ®ưíng giao th«ng th× cê thÓ gia cỉ b»ng bª t«ng, nhùa ®ưíng, ®¸ hĩc, hay ®¸ sâi hiÖn cê ị vïng x©y dùng…nh»m phôc vô cho qu¶n lý khai th¸c vµ mü quan c«ng tr×nh

- NÕu mƯt ®Ịp n»m trªn tuyÕn ®ưíng giao th«ng th× kÕt cÍu mƯt ®Ịp phô thuĩc vµo cÍp ®ưíng

- §Ó tho¸t nưíc mưa ®ưîc tỉt mƯt ®ưíng cÌn lµm dỉc vÒ hai bªn víi i=1,5 ÷ 5% NÕu

®Ịp cê tưíng ch¾n sêng cê thÓ lµm ®ĩ dỉc mĩt phÝa vÒ h¹ lưu

- Dưíi líp gia cỉ b»ng bª t«ng, ®¸ hĩc ph¶i cê líp ®Öm b»ng c¸t sâi theo nguyªn t¾c tÌng lôc ngưîc ®Ó tỊp trung nưíc thÍm tho¸t ra r¶nh tỊp trung t©m trªn m¸i h¹ lưu C¸c ỉng tho¸t nưíc ®Ưt c¸ch nhau 4 – 5m theo chiÒu dµi ®Ịp

- Hai bªn ®Ịp ph¶i cê lan can b»ng trô bª t«ng hay thÐp, gì ®Ó tr¸nh x¶y ra tai n¹n giao th«ng

Rãnh thoát nước Lan can

b)

Cát 10-25cm

Cuội sỏi 10-25cm Đá lát

ống thoát nước phểu thoát nướctheo nguyên tắc tầng lọc ngược Tường chắn sóng

H×nh 4.3 : KÕt cÍu

mƯt ®Ịp

3.Cao trình đỉnh đập và tường chắn sóng

a.Cao trình đỉnh đập Hình 4.4 : kiến trúc đỉnh đập, tường chắn sóng đập đất Hồ chứa nước Vạn Hội – Bình Định

Đập đất không cho phép nước tràn qua nên đỉnh đập phải nằm trên mức nước hồ một

độ cao nhất định, gọi là độ vượt cao d

Độ vượt cao d được tính theo công thức:

d = hsl + ∆ h + S + a (1)

Trong đó : hsl Chiều cao sóng leo trên mái dốc (đã tính trong chương II)

∆ h Độ dềnh của mực nước trong hồ do gió gây nên

∆h = 2.10-6.V10

2.Dg.H cosα

V10 : Lưu tốc gió tính toán tại vị trí cao hơn mực nước hồ 10m

D : Chiều dài đà gió (m)

g : Gia tốc trọng trường (m/s2)

H : Chiều sâu nước trong hồ (m)

a Độ cao an toàn phụ thuộc vào cấp công trình và trường hợp tính toán (bảng 4.2)

S : Chiều cao dự phòng lún theo thời gian

0.7 0.5

0.5 0.4

0.4 0.3

Độ vượt cao d phải được tính trong 2 trường hợp

+ Trường hợp mực nước trong hồ là MNGC (khi xã lượng lũ lớn nhất), tính độ cao sóng leo và độ dềnh mực nước ứng với tốc độ gió bình quân lớn nhất nhiều năm không

kể hướng

+ Trường hợp mực nước trong hồ là mực nước dâng bình thường, tính độ cao sóng leo và độ dềnh mực nước ứng với tốc độ gió lấy tần suất thiết kế ứng với cấp công trình (lấy theo bảng 4.3)

Bảng 4.3

Với hai trường hợp tính ra được d1 và d2 tương ứng với hai cao trình đỉnh đập :

∇1 = MNGC + d1

∇2 = MNBT + d2

∇tk = Max(∇1, ∇2) (2)

Chú ý: - Nếu d tính toán được > 0,5m thì lấy d tính toán để xác định cao trình đỉnh

- Nếu d tính toán được ≤ 0,5m thì lấy d =0,5m để xác định cao trình đỉnh

Chú ý: Khi xây tường chắn sóng thì giảm được khối lượng đất đắp đập nhưng lại

phải tăng chi phí vật liệu và nhân công xây dựng tường Việc quyết định phương án xây dựng tường hay không phải thông qua tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật hai phương án

mhạ lưu = 0,05H + 1,5 Trong đó H là chiều cao đập

- Cũng có thể chọn m theo kinh nghiệm các đập tương tự đã xây dựng (đồ thị và bảng tra)

- Trị số mái dốc được chọn như vừa nói chỉ là sơ bộ, việc quyết định m cuối cùng phải

thông qua tính toán yêu cầu kỹ thuật và tính toán kinh tế

- Mái đập có thể thay đổi theo chiều cao để giảm khối lượng đất đắp, giảm giá thành xây dựng đập và tăng ổn định cho đập Nếu thay đổi thì trong khoảng chiều cao 10 ữ 15m thay đổi một lần Trị số độ dốc mái không nên quá lớn, thường khoảng ∆m = 0.25ữ0.50 Tại chỗ mái thay đổi có thể có cơ hoặc không có cơ đập Với đập có H<10-15m thì không cần thay đổi mái dốc (hình 4.7)

- Nói chung mái thượng lưu thường xoải hơn mái hạ lưu, chủ yếu vì nó thường xuyên bão hào nước và chịu tác dụng thường xuyên của sóng, gió, mực nước rút nhanh

2.Cơ đập

- Với đập cao và trung bình người ta thường xây dựng cơ đập (hình 4.8)

- Mục đích xây dựng: + Tăng ổn định của mái đập

+ Thu và thoát nước mưa trên mái dốc

+ Phục vụ đi lại kiểm tra trong thời gian khai thác và thi công

- Kích thước cấu tạo của cơ phụ thuộc vào mục đích phục vụ:

+ Nếu không có yêu cầu giao thông và thi công chiều rộng cơ = 1,5 ữ 2m

+ Nếu cơ dùng để thi công lớp gia cố mái thì bề rộng cơ phải đủ để đặt cần trục

+ NÕu c¬ x©y dùng ị m¸i h¹ lưu ®Ó tho¸t nưíc mưa th× trªn c¬ ph¶i cê r¶nh tho¸t nưíc dôc vµ ngang R¶nh ph¶i ®ưîc gia cỉ b»ng ®¸ x©y, bª t«ng ®Ó tr¸nh xêi lì do dßng ch¶y C¬ ph¶i cê ®ĩ dỉc ngang i= 2 ÷ 4% (h×nh 4.8)

3.Gia cỉ m¸i ®Ịp thưîng lưu

- M¸i thưîng lưu thưíng xuyªn chÞu t¸c dông cña sêng, lùc thụ ®ĩng cña dßng ch¶y dôc theo m¸i dỉc vµ lùc x« va cña vỊt nưi, v× vỊy cÌn cê biÖn ph¸p b¶o vÖ ®Ó tr¸nh sù xêi lì m¸i dỉc – b¶o ®¶m an toµn cho ®Ịp

bản bêtông

cao

đá xếp đá đổ

đá xây

H×nh 4.9

- Th«ng thưíng cê thÓ b¶o hĩ m¸i dỉc b»ng c¸c h×nh thøc sau ®©y (h×nh 4.9):

+ B¶o hĩ b»ng ®¸ (®¸ ®ư, ®¸ xÕp, ®¸ x©y)

+ B¶o hĩ b»ng b¶n bª t«ng cỉt thÐp (l¾p ghÐp hoƯc ®ư t¹i chì)

+ B¶o hĩ b»ng bª t«ng nhùa ®ưíng

+ B¶o hĩ b»ng c¸c lo¹i cµnh c©y

- ViÖc lùa chôn h×nh thøc gia cỉ phô thuĩc vµo h sêng, vỊt liÖu hiÖn cê vµ ®iÒu kiÖn thi c«ng

- Ph¹m vi gia cỉ: Trong ph¹m vi sêng t¸c dông ph¶i cê gia cỉ chÝnh phÌn cßn l¹i cña m¸i ®Ịp cÌn cê gia cỉ nhÑ

+ Gia cỉ chÝnh :

• Giíi h¹n trªn : nªn lÍy ®Õn cao tr×nh ®Ønh ®Ịp, trưíng hîp ®ĩ vưît cao n»m trªn mùc nưíc gia cưíng tư¬ng ®ỉi lín th× giíi h¹n trªn ị cao tr×nh : MNGC+ hsl1%(hoƯc cao h¬n mĩt Ýt) vµ tõ ®ê cho ®Õn ®Ønh ®Ịp gia cỉ nhÑ

• Giíi h¹n dưíi : lÍy dưíi mùc nưíc lµm viÖc thÍp nhÍt cña hơ chøa mĩt chiÒu s©u 2h1% (h1% : chiÒu cao sêng víi møc ®¶m b¶o 1%)

+ Gia cỉ nhÑ :

Gia cỉ tõ giíi h¹n h¹n dưíi cña gia cỉ chÝnh ®Õn chiÒu s©u mµ t¹i ®ê t¸c dông cña sêng kh«ng cßn ®ñ kh¶ n¨ng lµm c¸c h¹t ®Ít cña m¸i ®Ít dÞch chuyÓn

- Mĩt sỉ yªu cÌu khi thiÕt kÕ gia cỉ m¸i thưîng lưu:

+ §Ó b¶o ®¶m ưn ®Þnh cho líp gia cỉ, t¹i chì giíi h¹n dưíi cÌn cê gỉi tùa b»ng ®¸ hoƯc b»ng bª t«ng

+ Lớp bảo hộ phải được đặt trên một tầng đệm nhằm nối tiếp tốt giữa lớp gia cố với nền, ngoài ra còn đóng vai trò của tầng lọc ngược khi mực nước thượng lưu hạ đột ngột

+ Với loại bảo hộ bằng đá đổ, xây khan, tầng đệm phải trải trên toàn diện tích gia

cố Với loại bảo hộ bằng bê tông, bê tông lắp ghép: tầng đệm chỉ cần bố trí tại các khe nối hoặc lỗ thoát nước

- Việc tính toán thành phần hạt và chiều dày tầng đệm theo nguyên tắc thiết kế tầng lọc ngược

4.Gia cố mái hạ lưu

- Để tránh sự phá hoại do mưa gió và động vật sống trong đất cần có biện pháp bảo vệ mái hạ lưu

- Thường có mấy hình thức bảo hộ sau đây:

+ Rải một lớp đá dăm, cuội sỏi dày 0,2m lên toàn bộ mái

+ Phủ một lớp đất màu dày 0.2ữ0.3m rồi trồng cỏ lên trên Nếu mái đập dốc và bằng đất sét cần làm tường răng cho đất màu cắm xuống mái đập để chống trượt + Ngoài ra để vừa thoát nước mưa vừa chống trượt cho lớp cỏ người ta chia mái cỏ

ra các ô bằng những rãnh xiên 450 Trong rảnh rải vật liệu chống trượt và thoát nước tốt (như cuội, sỏi) Kích thước các ô: 0,8 x 0,8 ữ1,5 x 1,5 m

- Khi ở hạ lưu có nước, việc gia cố phần dưới của mái nên kết hợp với bộ phận tiêu nước

đập bằng các vật liệu chống thấm nhằm mục đích :

+ Giảm lưu lượng thấm bảo đảm q < [q]

+ Hạ thấp đường bảo hoà tăng ổn định mái hạ lưu

+ Đề phòng các hiện tượng xói ngầm đùn đất trong thân, nền đập và nhất là chỗ dòng thấm đi ra hạ lưu

- Vật liệu chống thấm :

+ Vật liệu dẻo : sét, á sét nặng, bêtông sét, than bùn, nhựa đường, thảm sét địa kỹ thuật…

+ Vật liệu cứng : kim loại, bêtông cốt thép gỗ…

Lưu ý : Vật liệu chống thấm chỉ có hiệu quả trong trường hợp hệ số thấm cử nó nhỏ

hơn hệ số thấm của đất thân hay nền đập chừng 50 lần trở lên

1 Chống thấm cho thân đập

- Để chống thấm cho thân đập người ta xây dựng lỏi giữa hoặc tường nghiêng Với

đập đất, lỏi giữa và tường nghiêng thường được cấu tạo bằng vật liệu dẻo (hình 10)

- Lõi giữa có dạng đứng nằm ở chính giữa hoặc gần chính giữa thân đập (hình 4.10a)

Để tăng cường khả năng chống thấm và hạ thấp đường bão hoà vị trí lỏi giữa có thể chuyển về phía thượng lưu, trường hợp này lõi giữa có dạng gãy khúc (hình 4.10b) Còn tường nghiêng nằm dọc theo mái dốc thượng lưu (hình 4.10c) và đóng vai trò chống thấm cho toàn thân đập

- Khi thiết chống thấm tường nghiêng hoặc lõi giữa cần đảm bảo các yêu cầu :

+ Đỉnh lõi và tường bằng đất (sau khi đã lún xong) phải cao hơn MNDBT có kể đến sóng gió và độ dềnh của nước và không thấp hơn MNGC

+ Kích thước lõi giữa có thể tăng dần từ đỉnh xuống đáy và đảm bảo :

• Chiều rộng bé nhất của đỉnh δ1 ≥ 0,8m

+ Với tường nghiêng phải có một lớp bảo hộ ở mặt thượng lưu để tránh nứt nẻ do thay đổi nhiệt độ, cần phải có lớp bảo vệ bằng cát hoặc sỏi cuội với chiều dày không nhỏ hơn 1m Mái của tường nghiêng phải bảo đảm ổn định trượt cho cả tường nghiêng và lớp bảo vệ

+ Nếu đập được xây dựng trên nền đất không thấm nước hoặc ít thấm thì lỏi giữa

và tường nghiêng phải chôn sâu vào nền một độ sâu ≥ 0,5m để chống thấm tiếp xúc

+ Nếu đập được xây dựng trên nền đá không thấm, thì vật chống thấm phải nối tiếp với nền bằng gối bê tông (hình 4.11)

Lưu ý: kích thước của lỏi giữa và tường nghiêng sẽ được quyết định khi đã kiểm tra

thấm và ổn định cho toàn bộ đập

a.Đối với loại đập không đồng chất

- Khi tầng thấm nước có hạn và có chiều dày không lớn T ≤ 5m → người ta kéo dài tường nghiêng và lõi giữa tạo thành tường răng cắm sâu xuống tầng không thấm nước (hình 4.12)

Chiều dày tường răng phải bảo đảm ổn định về thấm, tức là Jr<[J] Tường răng phải cắm xuống tầng không thấm một độ sâu ≥ 0,5m

- Nếu tầng thấm nước khá sâu việc làm tường răng phải đào khối lượng quá lớn, lúc

đó người ta nối tiếp tường nghiêng, lõi giữa với bản cọc (hình 4.13a) Nếu tầng nền thấm nước có nhiều cuội lớn hoặc đá quả dừa thì việc đóng cọc gặp nhiều khó khăn, lúc đó ta xây dựng tường bêtông nối tiếp với tường nghiêng hay lõi giữa để chông thấm cho nền (hình 4.13b)

a)

Hình 4.13

- Khi tầng thấm nước quá dày (T>6-8m) hoặc sâu vô hạn thì ngưòi ta xây dựng sân trước kết hợp với tường nghiêng hay lõi giữa (hình 4.14) hoặc đóng bản cọc lơ lửng Biện pháp này giảm được Q và J qua nền – tăng ổn định thấm cho nền

+ Chiều dài hiệu quả của sân trước theo kinh nghiệm L ≈ 3 H

+ Chiều dày t thường lấy t ≥ 0,5m với đập thấp

t ≥ 1m với đập cao

và phải bảo đảm Js <[J]

+ Mặt trên của sân trước phải có một lớp bảo hộ dày 1ữ 2,5m để chống nứt nẻ và

sự phá hoại của sóng khi tháo cạn hồ

b.Đối với loại đập đồng chất

- Khi tầng thấm có hạn chiều dày T ≤ 5m, dùng chống thấm theo hình thức tường răng bằng vật liệu thân đập (hình 4.15a) hay bằng vật liệu chông thấm khác (hình 4.15b)

- Khi T lớn, người ta dùng bản cọc cắm xuống tầng không thấm nếu là nền đất hay dùng màng phun xi măng, đất sét hoặc nhựa đường nếu là nền đá (hình 4.16)

Hình 4.16

b) a)

Hình 4.15 Hình 4.14

Lưu ý: Vị trí vật chống thấm hợp lý nhất là đặt giữa thân đập (vì nếu đặt sát thượng

lưu thì lưu lượng thấm lớn Nếu đặt về hạ lưu thì đường bảo hoà sẽ dâng cao, dễ mất

1 Mục đích và yêu cầu đối với VTN

- VTN được xây dựng để tập trung nước thấm một cách chủ động nhằm mục đích hạ thấp đường bão hoà, không cho dòng thấm ra mái hạ lưu, nhờ đó tăng ổn định mái

đập và tránh được hiện tượng biến dạng thấm

- Yêu cầu khi thiết kế VTN :

+ VTN đủ khả năng thoát nước và thường xuyên làm việc tốt

+ Bảo đảm không cho đường bảo hoà lộ ra mái hạ lưu

+ Không cho phép xói ngầm thân đập, nền đập và với chính bản thân VTN

- Trong mọi trường hợp đập đất phải có vật thoát nước Chỉ riêng đối với đập thấp (cao dưới 5m) có thể không cần nếu đảm bảo yêu cầu ổn định Đối với đập cao, không cần vật thoát nước trong các trường hợp sau :

+ Đập xây trên nền thấm nước mạnh và mực nước ngầm thấp, đường bảo hoà qua thân đập, hạ xuống nền và không ra mái hạ lưu (hạ lưu không có nước)

+ Phần hạ lưu của đập làm bằng vật liệu có kích thước lớn như cuội to, đá hộc Trường hợp này phần hạ lưu đóng vai trò như VTN

+ Đập có vật chống thấm tốt nên lưu lượng thấm nhỏ và đường bão hoà phía sau

bộ phận chống thấm hạ thấp xuống ngang mặt nền

2 Đặc điểm cấu tạo của VTN

VTN gồm có hai phần cơ bản đó là phần thoát nước và tầng lọc ngược

+ Phần thoát nước : có nhiệm vụ thu hồi toàn bộ phần nước thấmở thân và nền đập,

nó đưựoc làm bằng vật liệu có độ thấm nước mạnh như sỏi, cuội, đá hộc…

+ Tầng lọc ngược : có nhiệm vụ chống xói ngầm, là bộ phận nối tiếp giữa vật thoát nước với thân và nền đập

3 Phân loại VTN

Ta có thể phân chúng thành ba loại như sau :

+ VTN kiểu hở : như VTN bề mặt

+ VTN kiểu kín : như VTN lăng trụ, gối phẳng, ống dọc

+ VTN hỗn hợp : như VTN lăng trụ - bề mặt, lăng trụ – gối phẳng, gối phẳng-bề mặt

4 Các loại VTN

a VTN gối phẳng

- Trường hợp áp dụng : thích hợp với đập hạ lưu không có nước như đoạn đập ở hai

bờ, bãi bồi và đập phụ ở eo núi

và điều kiện khí hậu ở nơi xây dựng

Hình 4.18 : Vật thoát nước gối phẳng

Tính toán theo phương pháp của A.Augintsuxt :

+ Vẽ đường thẳng n-n song song với mái dốc hạ lưu và tiếp tuyến với đường bão hoà + Gradien trung bình tại mặt cắt k-k đi qua điểm tiếp xúc này :

Jtb = dydx = m1

k = m1

1 ( mk=m1) + Từ công tức tính lưu lượng thấm đơn vị q qua đập ta có :

q

k = Jtb.hk = mhk

1 (4-1)

k : hệ số thấm đất thân đập

hk : chiều cao dòng thấm tại mặt cắt k-k

+ Mặt khác ta có phương trình thấm áp dụng cho mặt cắt k-k và 1-1 :

q

k =

hk2 -h122x (4-2) + Từ 4-1 và 4-2 có thể dễ dàng xác định được trị số hk và x khi đã biết q và h1 (q và h1xác định được theo sơ đồ thấm qua đập đất có VTN gối phẳng)

+ Để xác định Ltn, xét tam giác ABC :

∆hk.cosα = a hay ∆hk= a

cosα Mặt khác ta có :

Ltn = m1(hk+∆hk) - x = m1(hk + a

cosα ) - x = m1.hk + a

• Thay hk và x vào phương trình 4-3 xác định được các trị số a tương ứng theo các trị

số của Ltn Vẽ đường quan hệ Ltn =f(a) lên đồ thị, từ độ thị này sẽ xác định được Ltntheo theo trị số a yêu cầu

+ Xác định chiều dày gối phẳng :

Xét 1m dài VTN gối phẳng, lưu lượng thấm qua nó là :

n : hệ số an toàn, n = 1.5 ữ 2

Lưu ý : Chiều dài VTN càng lớn thì đường bão hoà càng hạ thấp và khoảng cách từ

đường bão hào ra mái hạ lưu càng lớn Nhưng gradien và lưu lượng thấm càng tăng Thông thường VTN loại này không vượt quá 13 chiều rộng đáy đập

b VTN lăng trụ:

- Trường hợp áp dụng : thích hợp với mặt cắt lòng sông hạ lưu có nước

- ưu điểm :

+ Kết cấu đơn giản

+ VTN lăng trụ tạo thành gối đở, tăng ổn định cho mái hạ lưu

+ Bảo vệ mái hạ lưu tốt khi có sóng gió

+ Thoát nước tốt cho cả thân đập và nền đập

- Nhược điểm :

+ Tốn nhiều vật liệu

+ Cơ giới hoá trong thi công thường khó khăn, thường thi công thủ công

- Yêu cầu cấu tạo :

+ Mặt cắt hình thang, với mái dốc thượng lưu tiếp xúc với thân đập m’ không nhỏ hơn 1,25 và mái dốc phía hạ lưu m1’ không nhỏ hơn1,5

+ Chiều rộng đỉnh thường b=(1/3 – 1/4)htn (với htn là chiều cao VTN) và b không nhỏ hơn1m

sinα

acosα =

asinα Cho nên phương trình (4-8) có thể viết :

a = Ltn.sinα(1- mm1'-m1

1'+m' ) + b.sinα(m1'-m1

m1'+m' -1) - hkcosα + x.sinα (4-9) Để tiềm Ltn ta cũng giải bằng phương pháp thử dần như đối với VTN gối phẳng

m1 n

k h

K

b

Hình 4.19 : Vật thoát nước lăng trụ

+ C¸c d·i ngang tỊp trung tõ d·i dôc vÒ r·nh thu nưíc ị h¹ lưu C¸c d·i ngang

®Ưt c¸ch nhau kho¶ng 30-50m vµ ®ưùoc tÝnh to¸n cô thÓ

Mái thượng lưu

Mái hạ lưu

Đỉnh đập

Dãi dọc hoặc ống dọc

Dãi tháo hoặc ống tháo

- X¸c ®Þnh chiÒu dµi VTN bÒ mƯt :

hk = qk m1 (m1qk)2 + h12 - 2qk (m1h1 - a

sinα) Trong ®ê m1, a ®· cho cßn q vµ h1 còng biÕt ®ưîc do tÝnh thÍm

Suy ra : Ltn = Btn

cosα =

m1(hk + a.cosα)cosα

a

1 K

b) a)

- Loại lăng trụ kết hợp bề mặt (hình 4.21c) : dùng khi mực nước hạ lưu có giao động lớn, mực nước lớn ở hạ lưu chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn khi xả lũ

- Loại gối phẳng kết hợp bề mặt : dùng khi hạ lưu thỉnh thoảng có nước

- Loại Lăng trụ kết hợp với gối phẳng (hình 4.21a,b) : dùng khi hạ lưu có nước và yêu cầu hạ thấp nhanh đường bão hoà

ò3 Chọn tuyến - Vật liệu xây dựng và yêu cầu về nền đối với đập đất

I.Chọn tuyến đập đất

Khi phân tích chọn tuyến cần chú ý một số yêu cầu sau đây :

- Về địa hình : Cố gắng chọn tuyến hẹp để giảm khối lượng đắp đập chính nhưng cũng phải quan tâm đến tuyến đập phụ kèm theo sao cho tổng khối lượng là nhỏ nhất Càng giảm được diện tích mặt hồ càng tốt (vì lúc đó diện tích ngập lụt nhỏ giảm được thiệt hại, lượng nước bốc hơi cũng giảm đi) Tuyến được chọn phải thuận lợi cho việc bố trí đường tràn tháo lũ và giá thành tràn tháo lũ phải rẽ nhất, hạn chế dòng chảy dọc theo mái đập, và thuận lợi cho biện pháp nối tiếp các công trình trong hệ thống

- Về địa chất : cố gắng chọn tuyến có địa chất nền đồng nhất, vững chắc, không có các vết nứt gảy lớn, chỉ tiêu ϕ c lớn, hệ số thấm k bé, tầng thấm nước mỏng Nên chọn tuyến có hướng đất đá nghiêng vào lòng hồ (vì sẽ giảm được sự mất nước do thấm ra phía ngoài)

- Về thuỷ văn : Lượng nước đến tại tuyến chọn phải đáp ứng được như cầu dùng nước

đã tính toán

- Về điều kiện thi công : thuận lợi cho việc dẫn dòng thi công, tận dụng được đê quai làm thân đập, có thể mở đường thi công và phát triển thành đường giao thông lâu dài

- Ngoài ra phải tính đến khả năng cung cấp vật liệu xây dựng và nhân công

- Việc quyết định tuyến xây dựng đập phải thông qua phân tích so sánh một cách đầy

đủ các phương án về mặt kinh tế và kỹ thuật

II.Vật liệu xây dựng đập

1 Vật liệu xây dựng thân đập

- Có thể sử dụng tất cả các lợi đất để đắp đập, trừ :

+ Đất có chứa muối clorua hay sunfat clorua hàm lượng vượt quá 5%; muối sunfat hàm lượng trên 2% theo khối lượng

+ Đất có chứa chất hữu cơ chưa phân giải với hàm lượng trên 5% theo khối lượng hoặc phân giải hoàn toàn ở trạng thái không định hình (mùn) với hàm lượng trên 8%

- Đất thịt và đất pha cát thích hợp với đập đồng chất và đắp phần chống thấm của các loại đập khác

- Đất sét nặng khó thi công, khi không có căn cứ chắc chắn về kinh tế - kỹ thuật thì không nên dùng để đắp thân đập và các bộ phận không thấm nước

- Có thể dùng cát (cát hạt mịn, hạt vừa, hạt thô )để để đắp đập đồng chất, song yêu cầu tổn thất lưu lượng nước thấm phải nhỏ hơn trị số cho phép

- Đối với đập không đồng chất nên dùng cát, sỏi và cuội để đắp phần hạ lưu công trình

- Việc chọn bải vật liệu dùng để đắp đập phải thông qua so sánh các phương án về

điều kiện khai thác, vận chuyển, các chỉ tiêu kỹ thuật và trử lượng để chọn phương

án tối ưu nhất

2 Vật liệu xây dựng vật chống thấm

- Vật liệu làm vật chống thấn phải có tính thấm bé kct <(50-100)kđ và kct≤10-4cm/s

- Có thể dùng đất sét thiên nhiên có độ ẩm thích hợp, hoặc hỗn hợp nhân tạo Sỏi-Cát-Sét) với thành phần : 40% cuội, 35% cát, 25% sét gọi là bê tông sét

(Cuội Vật liệu chống thấm phải ít thay đỏi về thể tích (do hút hay nhả nước) để tránh hiện tượng nứt nẻ

3 Vật liệu xây dựng vật thoát nước