TCVN10396:2015

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10396:2015 về Công trình thủy lợi - Đập hỗn hợp đất đá đầm nén - Yêu cầu thiết kế TCVN 10396:2015 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐẬP HỖN HỢP ĐẤT ĐÁ ĐẦM NÉN - YÊU CẦU THIẾT KẾ Hydraulic structures - Compacted earth rock fill dams - R equirements for design Mục lục Trang Lời nói đầu................................................................... 1 Phạm vi áp dụng............................................................ 2 Tài liệu viện dẫn............................................................ 3 Thuật ngữ và định nghĩa...................................................... 4 Phân loại đập hỗn hợp đất đá. ................................................ 5 Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế đập hỗn hợp đất đá. ............................... 5.1 Yêu cầu chung. ............................................................ 5.2 Tải trong tác động và điều kiện làm việc......................................... 5.3 Hệ số an toàn. ............................................................ 5.4 Yêu cầu về tài liệu địa hình. .................................................. 5.5 Yêu cầu về tài liệu địa chất và địa chất thủy văn. .................................. 6 Lựa chọn vị trí và tim tuyến xây dựng đập....................................... 7 Yêu cầu về vật liệu đắp đập.................................................. 7.1 Yêu cầu chung. ........................................................... 7.2 Vật liệu đắp là đất. ......................................................... 7.3 Vật liệu đắp là đá. .......................................................... 7.4 Vật liệu đắp đập là đất đào hố móng hoặc khoang đào. ............................ 7.5 Vật liệu đắp đập là cát cuội sỏi. ............................................... 7.6 Vật liệu đắp đập là hỗn hợp đất và đá. ......................................... 8 Thiết kế mặt cắt ngang của đập. .............................................. 8.1 Cao trình đỉnh đập. ......................................................... 8.2 Lựa chọn hình dạng và kết cấu mặt cắt ngang đập. ............................... 8.3 Chiều rộng đỉnh đập và cấu tạo đỉnh đập. ....................................... 8.4 Lựa chọn độ dốc của mái đập. ................................................ 8.5 Kết cấu bảo vệ mái đập. ..................................................... 8.6 Chống thấm ở thân đập và nền đập. ........................................... 8.7 Kết cấu tiêu thoát nước. ..................................................... 9 Tính toán thấm, ổn định và lún. ............................................... 9.1 Tính toán thấm qua thân đập và nền đập. ....................................... 9.2 Tính toán ổn định mái đập, tường nghiêng và lớp bảo vệ. ........................... 9.3 Tính toán lún. ............................................................. 10 Yêu cầu về nền đập và thiết kế xử lý nền đập. .................................... 10.1 Yêu cầu chung. ........................................................... 10.2 Nền đập là đá. ............................................................ 10.3 Nền đập không phải là đá. ................................................... 11 Nối tiếp đập với nền, hai bờ vai đập và các công trình xây đúc. ...................... 12 Yêu cầu về thiết kế tổ chức thi công. ............................................ 13 Yêu cầu thiết kế bố trí lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc. ........................... Phụ lục A (Quy định) Phân cấp công trình đập hỗn hợp đất đá........................... Phụ lục B (Quy định) Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tác động lên công trình đập hỗn hợp đất đá.......................................................................... Phụ lục C (Tham khảo) Xác định chiều cao sóng leo................................... Phụ lục D (Tham khảo) Tính toán kích thước kết cấu gia cố bảo vệ mái đập thượng lưu....... Phụ lục E (Tham khảo) Một số chỉ tiêu thiết kế của khối đá đắp thân đập và vận tốc thấm cho phép trong các khe nứt của nền đá................................................. Thư mục tài liệu tham khảo. ...................................................... Lời nói đầu TCVN 10396: 2015 do Trung tâm Khoa học và Triển khai kỹ thuật Thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số 3981/QĐ-BKHCN ngày 31 tháng 12 năm 2015. CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐẬP HỖN HỢP ĐẤT ĐÁ ĐẦM NÉN - YÊU CẦU THIẾT KẾ Hydraulic structures - Compacted earth rock fill dams - R equirements for design 1 Phạm vi áp dụng 1.1 Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế đập hỗn hợp đất đá từ cấp IV đến cấp II, có hình dạng và cấu tạo mặt cắt nêu tại điều 4, thi công theo phương pháp đầm nén. Đập hỗn hợp đất đá cấp I và cấp đặc biệt thi công theo phương pháp đầm nén được quy định theo tiêu chuẩn thiết kế riêng. 1.2 Có thể vận dụng quy định trong tiêu chuẩn này khi thiết kế xây dựng các công trình chắn nước khác có kết cấu và điều kiện làm việc tương tự. 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có): TCVN 4054: 2005 Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế; TCVN 4253: 2012 Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế; TCVN 8215: 2009 Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối; TCVN 8216: 2009 Thiết kế đập đất đầm nén; TCVN 8421: 2010 Công trình thủy lợi - Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu; TCVN 8422: 2010 Công trình thủy lợi - Thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy công; TCVN 8477: 2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế; TCVN 8478: 2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế; TCVN 8479: 2010 Công trình đê, đập - Yêu cầu kỹ thuật khảo sát mối, một số ẩn h ọa và xử lý mối gây hại; TCVN 8645: 2011 Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá; TCVN 9143: 2012 Công trình thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất của đập trên nền không phải là đá; TCVN 9157: 2012 Công trình thủy lợi - Giếng giảm áp - Yêu cầu thi công, kiểm tra và nghiệm thu; TCVN 9160: 2012 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng; TCVN 9162: 2012 Công trình thủy lợi - Đường thi công - Yêu cầu thiết kế. 3 Thuật ngữ và định nghĩa Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau: 3.1 Đập hỗn hợp đất đá đầm nén (Compacted earth rock fill dam) Đập được đắp bằng hai loại vật liệu chính là đất và đá, được thi công theo phương pháp đầm nén. 3.2 Chiều cao đập ( Dam body height) Khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập. 3.3 Vùng tuyến công trình ( Region of construction alignment) Đoạn sông và khu vực xung quanh có thể bố trí được một số tuyến xây dựng công trình đầu mối như đập chắn nước, đập tràn, công trình lấy nước, để hình thành hồ chứa nước. 3.4 Vị trí đập (Dam location) Khu vực trên mặt đất mà đập được đắp lên đó. 3.5 Tim tuyến ( Center line) Đường nối liền các điểm giữa của đỉnh đập và chạy dọc theo chiều dài đập. Tim tuyến có thể là đường thẳng, đường gẫy khúc hoặc đường cong trơn. 3.6 Mực nước thiết kế ( Design water level) Mực nước dùng để xác định các thông số thiết kế công trình, bao gồm mực nước thấp nhất thiết kế, mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất thiết kế và mực nước lớn nhất kiểm tra. Theo mục đích sử dụng, một số công trình đập chắn nước tạo hồ có thể có thêm mực nước đón lũ thiết kế. 3.7 Độ vượt cao của đỉnh đập ( Freeboard) Khoảng cách thẳng đứng nhỏ nhất giữa mực nước tính toán và cao trình đỉnh đập cần đạt được để đảm bảo mực nước trong hồ chứa không tràn qua đỉnh đập trong mọi trường hợp thiết kế. 3.8 Mác bê tông ( Concrete grade) Cường độ chịu nén của mẫu bê tông ở tuổi 28 ngày được đúc và bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn (mẫu bê tông hình khối lập phương có cạnh 150 mm, được bảo dưỡng ở môi trường có nhiệt độ 27 o C ± 2 o C, độ ẩm không khí từ 95 % đến 100 %). Bê tông được phân thành các mác M10; M15; M20; M25, M30; M40, M45 và cao hơn. Đơn vị của mác bê tông là MPa. 3.9 Mác chống thấm của bê tông ( Antiseepage grade of concrete) Khả năng chống chịu áp lực nước lớn nhất của mẫu bê tông thủy công ở tuổi 28 ngày được đúc và bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn. Với áp lực này mẫu bê tông vẫn không bị nước thấm qua. Khả năng chống thấm của bê tông thủy công được phân thành các mác B2, B4, B6, B8, B10, B12, tương ứng với các cấp áp lực là 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 (MPa) và thời gian thí nghiệm tiêu chuẩn. Đơn vị của mác chống thấm là MPa. 3.10 Hệ số an toàn ( Safety coefficient) Tỷ số giữa sức chống chịu tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất, biến dạng) của đối tượng xem xét với tải trọng tính toán tổng quát tác động lên nó (lực, mô men, ứng suất, biến dạng). Hệ số an toàn dùng để đánh giá mức độ ổn định, độ bền, ứng suất, biến dạng chung và cục bộ cho từng hạng mục công trình và nền của chúng. 4 Phân loại đập hỗn hợp đất đá Theo cách bố trí vật liệu trong thân đập (không kể đến các loại kết cấu chống thấm, tiêu thoát nước, bảo vệ mái đập), đập hỗn hợp đất đá áp dụng tiêu chuẩn này được phân thành ba loại chính nêu ở hình 1. Các dạng mặt cắt này đều chưa xét đến điều kiện thấm nước của nền đập và được áp dụng đối với trường hợp nền không thấm nước hoặc ít thấm nước: a) Đập một khối: Đập chỉ đắp bằng một loại vật liệu là hỗn hợp đất lẫn đá (hoặc đất lẫn đá, cát, cuội sỏi) không phân chia thành khối riêng biệt; tính chất cơ lý, lực học của khối đắp thân đập là tương đối đồng nhất (xem dạng mặt cắt a của hình 1); b) Đập hai khối: Đập được đắp bằng hai loại vật liệu là đất và đá riêng biệt (xem dạng mặt cắt b của hình 1). Mỗi loại vật liệu đắp trong mỗi khối có tính chất cơ lý, lực học tương đối đồng nhất; c) Đập nhiều khối: Đập được đắp bằng nhiều loại vật liệu đất đá khác nhau không có cùng nguồn gốc và có đặc trưng cơ lý lực học không giống nhau. Mỗi loại đất, đá được sắp xếp thành từng khối riêng biệt và đặt ở vị trí thích hợp trong thân đập (xem dạng mặt cắt c của hình 1). Tính chất cơ lý, lực học của từng khối đắp trong thân đập tương đối đồng nhất. a) b) c) Hình 1 - Sơ đồ cấu tạo một số dạng mặt cắt ngang điển hình của đập hỗn hợp đất đá 5 Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế đập hỗn hợp đất đá 5.1 Yêu cầu chung 5.1.1 Thiết kế đập hỗn hợp đất đá phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây: a) Đảm bảo điều kiện an toàn và hệ số an toàn tương ứng với cấp công trình; b) Có đủ chiều cao (kể cả chiều cao phòng lún của nền và thân đập) đảm bảo đập không bị tràn nước trong mọi trường hợp làm việc; c) Thấm qua nền đập, giữa các khối đắp trong thân đập, hai vai đập, vùng tiếp giáp giữa đập với nền, bờ và mang các công trình đặt trong thân đập không làm ảnh hưởng đến lượng nước trữ trong hồ, không gây xói ngầm, không tạo ra lớp mềm yếu và lún không đều gây hư hỏng đập, không phá hoại đất do thấm lôi đất và các hạt vật liệu từ khối này vào khối kia quá mức cho phép. 5.1.2 Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình, nguồn cung cấp vật liệu xây dựng và điều kiện thi công, tư vấn thiết kế cần đề xuất một số phương án về hình dạng và cấu tạo mặt cắt ngang của đập hỗn hợp đất đá để lựa chọn một phương án phù hợp. 5.1.3 Nếu công trình tháo nước và công trình lấy nước từ hồ chứa bố trí trong thân đập thì chúng phải được đặt trên nền nguyên thổ ổn định, phải có giải pháp phòng chống thấm dọc theo mặt tiếp xúc giữa khối đắp của đập với các công trình này và đảm bảo không xói chân đập khi xả lũ. 5.1.4 Đảm bảo sự hài hòa về kiến trúc thẩm mỹ của công trình đập trong hệ thống công trình đầu mối và sự hòa nhập của chúng với cảnh quan khu vực. Trong mọi trường hợp thiết kế đều phải đảm bảo duy trì các điều kiện bảo vệ thiên nhiên, vệ sinh môi trường sinh thái và nghiên cứu khả năng kết hợp tạo thành điểm du lịch, khu nghỉ dưỡng. 5.2 Tải trọng tác động và điều kiện làm việc 5.2.1 Tải trọng tác động và tổ hợp tải trọng tác động lên công trình đập hỗn hợp đất đá đầm nén được quy định trong phụ lục B. Tùy từng trường hợp cụ thể của công trình đập và điều kiện làm việc mà lựa chọn lực tác dụng và tổ hợp các tải trọng tác động phù hợp. 5.2.2 Các điều kiện làm việc sau đây được sử dụng khi tính toán, thiết kế đập hỗn hợp đất đá thi công bằng phương pháp đầm nén: a) Điều kiện làm việc bình thường với chế độ thấm qua thân đập là ổn định, gồm một trong các trường hợp sau: - Mực nước hồ ở mức dâng bình thường; - Mực nước hồ từ mức lớn nhất thiết kế hạ thấp dần đều do khai thác bình thường; b) Điều kiện làm việc không bình thường, gồm một trong các trường hợp sau: - Thời kỳ thi công, sửa chữa; - Mực nước lớn nhất kiểm tra của hồ duy trì trong thời gian dài có thể hình thành thấm ổn định; - Mực nước hồ giảm nhanh đột ngột 1 từ mực nước lớn nhất thiết kế hoặc từ mực nước dâng bình thường xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối khi xuất hiện nguy cơ vỡ đập nhưng không được thấp hơn mực nước chết; - Mực nước hồ tăng nhanh đột ngột khi tích nước hoặc khi xả lũ; - Các thiết bị tiêu nước trong thân đập bị hư hỏng một phần và vận hành không theo thiết kế khi ở mực nước dâng bình thường; - Xuất hiện động đất khi mực nước hồ ở mức dâng bình thường. 5.3 Hệ số an toàn Phải đảm bảo điều kiện an toàn về độ bền và độ ổn định của mái đập, thân đập, nền đập và hai vai đập trong các trường hợp thiết kế và kiểm tra. Kết quả tính toán hệ số an toàn (K) của công trình đập hỗn hợp đất đá phải thỏa mãn các yêu cầu sau: a) Hệ số an toàn về ổn định của mái đập và của hệ công trình đập với nền: - Trong điều kiện làm việc bình thường không nhỏ hơn các giá trị quy định trong bảng 1; - Trong các điều kiện làm việc không bình thường (đặc biệt) không thấp hơn 90 % và trong trường hợp thi công sửa chữa không thấp hơn 95 % các giá trị quy định trong bảng 1; b) Hệ số an toàn về biến dạng trong mọi trường hợp làm việc đều phải lớn hơn 1,0 (K > 1,0). Bảng 1 - Hệ số an toàn nhỏ nhất về ổn định của mái đập và hệ công trình đập hỗn hợp đất đá với nền trong điều kiện làm việc bình thường Cấp công trình Đặc biệt I II III và IV Hệ số an toàn nhỏ nhất 1,50 1,35 1,30 1,25 CHÚ THÍCH: Hệ số an toàn nhỏ nhất quy định trong bảng 1 được xác định từ kết quả tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn đang áp dụng trong xây dựng công trình thủy lợi. Khi áp dụng phương pháp tính toán khác phải có kết quả tương đương với phương pháp trạng thái giới hạn nói trên. 5.4 Yêu cầu về tài liệu địa hình Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật khảo sát địa hình phụ thuộc vào yêu cầu của từng g iai đoạn thiết kế, thực hiện theo TCVN 8478:2010. 5.5 Yêu cầu về tài liệu địa chất và địa chất thủy văn Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật khảo sát địa chất công trình và khảo sát địa chất thủy văn phụ thuộc vào yêu cầu của từng giai đoạn thiết kế, thực hiện theo TCVN 8477:2010. Kết quả khảo sát phải làm rõ các vấn đề sau: a) Loại đất và độ sâu phân bố các lớp đất mềm yếu, các lớp đất cứng và rất cứng; b) Tính chất cơ lý của từng tầng đất có liên quan đến tính toán cường độ, biến dạng, ổn định và thấm; c) Trạng thái và tính chất nước ngầm; d) Khuyến cáo cơ chế gây hư hỏng công trình và biện pháp xử lý nền; e) Đánh giá mức độ ổn định bờ hồ, hai vai đập và khả năng thấm mất nước của hồ; f) Trữ lượng, chất lượng, các chỉ tiêu cơ lý chính, phạm vi khai thác và chiều dày khai thác, cự ly vận chuyển, khả năng cung cấp của các mỏ vật liệu xây dựng (như đất, đá, cát, cuội sỏi, vật liệu hỗn hợp đất lẫn đá sỏi) cũng như của các khoang đào trong quá trình thi công xây dựng công trình và các loại vật liệu xây dựng khác có khả năng khai thác. 6 Lựa chọn vị trí và tim tuyến xây dựng đập 6.1 Khi lập dự án đầu tư phải nghiên cứu kỹ bản đồ tổng thể lưu vực hồ và nghiên cứu thực địa để đề xuất một số phương án vùng tuyến và phương án vị trí xây dựng các hạng mục công trình đầu mối như đập chính, đập phụ, đập tràn, cống lấy nước, các hạng mục công trình đầu mối khác, các bãi vật liệu xây dựng, công trình quản lý, đường thi công. 6.2 Tùy thuộc vào giai đoạn đầu tư xây dựng công trình, điều kiện địa hình, đặc điểm địa chất công trình và địa chất thủy văn mà chọn một hay nhiều vùng tuyến để nghiên cứu thiết kế. Mỗi phương án vùng tuyến cần đề xuất một số phương án vị trí đập và phương án vị trí tim tuyến đập để tính toán, thiết kế. Khi lựa chọn vị trí đập và tim tuyến đập cần phân tích đầy đủ các điều kiện sau đây: a) Điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn của nền đập phải thỏa mãn yêu cầu về cường độ chịu tải trọng, ít thấm nước, không bị phong hóa, đảm bảo tính chỉnh thể, đồng nhất, không bị đứt gãy. Nếu không đáp ứng được các yêu cầu trên phải có giải pháp xử lý phù hợp. Không được bố trí đập trên nền hang động castơ hoặc qua các đứt gãy địa chất; b) Điều kiện địa hình thuận lợi cho việc thi công đập và các hạng mục công trình đầu mối. Công tác dẫn dòng thi công, bố trí mặt bằng thi công và các điều kiện phục vụ thi công là thuận lợi. 6.3 Tim tuyến lựa chọn tốt nhất là nằm trên đường thẳng. Trường hợp bắt buộc phải bố trí tim tuyến theo đường gẫy khúc thì đoạn gấp khúc phải bố trí thành đường cong trơn nhưng không bị uốn cong gấp. 6.4 Trên mặt bằng phải bố trí sao cho không xuất hiện dòng chảy song song với tim tuyến đập khi đập tràn vận hành xả lũ. Nếu điều kiện địa hình không thể tránh khỏi, bắt buộc phải có biện pháp gia cố chống xói mái đập phù hợp. 6.5 Tuyến đập có kết hợp với hệ thống giao thông đường bộ hoặc có liên quan đến an ninh quốc phòng, ngoài yêu cầu đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật của công trình đập chắn nước còn phải tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật cũng như quy định có liên quan đối với công trình giao thông đường bộ hoặc của quốc phòng. 7 Yêu cầu về vật liệu đắp đập 7.1 Yêu cầu chung 7.1.1 Phải nghiên cứu kỹ tài liệu đã điều tra, khảo sát các bãi vật liệu, loại vật liệu xây dựng có thể khai thác và sử dụng được trong vùng (bao gồm cả về trữ lượng, chất lượng, các chỉ tiêu cơ lý chính, phạm vi khai thác và chiều dày khai thác, cự ly vận chuyển, khả năng cung cấp) để đề xuất và lựa chọn phương án hợp lý về cấu tạo mặt cắt ngang đập và sơ đồ bố trí vật liệu trong thân đập, giải pháp kỹ thuật xử lý khu vực mặt tiếp xúc giữa các khối vật liệu có tính năng khác nhau, giải pháp chống thấm và tiêu thoát nước thấm qua đập phù hợp, đảm bảo điều kiện an toàn và ổn định trong mọi trường hợp thiết kế. 7.1.2 Nếu vật liệu dùng để đắp đập có một số chỉ tiêu về chất lượng không đáp ứng được yêu cầu thiết kế nhưng bắt buộc phải sử dụng thì phải nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường và đề xuất giải pháp xử lý phù hợp. 7.2 Vật liệu đắp là đất 7.2.1 Tất cả các loại đất đều có thể dùng để đắp đập hỗn hợp đất đá (đập có mặt cắt là một khối hoặc đập có từ hai khối đắp trở lên trong đó khối đắp ở phía thượng lưu là đất), trừ những loại đất đặc biệt được liệt kê dưới đây: a) Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan trong nước là các muối clorua lớn hơn 5,0 %; các muối sunphát và muối sunphát clorua lớn hơn 10,0 %; có hàm lượng chất hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5,0 % hoặc đã phân hủy hoàn toàn nhưng ở trạng thái không định hình lớn hơn 8,0 % tính theo khối lượng; b) Đất cát mịn, đất bụi nặng, đất sét nặng, đất bùn, đất than bùn, đất hữu cơ chưa phân giải; c) Đất có chứa các chất có hại hòa tan trong nước vượt quá quy định bảo vệ nguồn nước; d) Đất trương nở có độ trương nở d tn ³ 0,08; e) Đất sét ở trạng thái khô cứng; f) Đất có tính phân tán, tan rã và tính lún ướt; g) Đất có chỉ số dẻo W d > 25 và giới hạn chảy W c > 50; h) Đất cát hạt nhỏ; i) Đất bazan có chứa trên 45 % khối lượng hạt kết von laterit nhôm sắt. Khi bắt buộc dùng các loại đất nói trên để đắp đập thì phải có nghiên cứu thực nghiệm khoa học, có biện pháp xử lý phù hợp trước khi đắp, có biện pháp thi công và giải pháp kết cấu công trình đủ tin cậy. 7.2.2 Vật liệu đất đắp phải đảm bảo các yêu cầu về tính bền vững, tính chịu lực và tính chống chịu với tác động của dòng thấm phù hợp với điều kiện làm việc của các bộ phận trong thân đập . Đất dùng làm kết cấu chống thấm như tường lõi (tường tâm), tường nghiêng, sân trước , phải có hệ số thấm không lớn hơn 1x10 -5 cm/s, mức độ thay đổi thể tích nhỏ không làm ảnh hưởng đến độ bền và biến dạng của đập khi mất nước hoặc khi ngập nước. 7.2.3 Khi sử dụng nhiều loại đất để đắp đập nhiều khối (dạng mặt cắt c của hình 1), mỗi loại đất dùng để đắp phải có các chỉ tiêu thiết kế tương ứng và khối đắp phía thượng lưu phải có hệ số thấm nhỏ hơn khối đắp phía hạ lưu. 7.2.4 Không được khai thác các lớp đất có tác dụng chống thấm nằm phía trên tầng cát cuội sỏi và hang động ở vùng lòng hồ tích nước để đắp. Không lấy đất ở các đồi núi nằm ở vùng thượng lưu đập có tác dụng chắn sóng bảo vệ bờ hồ và bảo vệ đập để đắp đập. Chỉ được khai thác các mỏ đất nằm cách chân đập về phía thượng lưu, về phía hạ lưu và hai vai đập không ngắn hơn 10 lần chiều cao lớn nhất của đập. 7.3 Vật liệu đắp là đá 7.3.1 Vật liệu đá dùng để đắp đập hỗn hợp đất đá (đối với đập hai khối trong đó khối đá đắp bố trí ở phía hạ lưu) hoặc để làm kết cấu tiêu thoát nước không được lẫn tạp chất như rễ thực vật, đất tầng phủ. Tỷ lệ hạt của đá đắp thân đập có d £ 0,075 mm không vượt quá 5 % và tỷ lệ hạt có d £ 5 mm không vượt quá 20 % trong khối đá đắp sau khi hoàn thành công tác đầm nén. Đá phải có khả năng chống phong hóa, ít bị mềm hóa 2 khi tiếp xúc với nước và môi trường xung quanh, có hệ số mềm hóa K m từ 0,85 trở lên. 7.3.2 Đá đắp phải đảm bảo có cấp phối liên tục để đạt được độ chặt và dung trọng khô thiết kế. Kích thước lớn nhất của hòn đá không được vượt quá 50 % chiều cao lớp đá rải trong mỗi lần đầm. Hình dạng của viên đá càng vuông vắn càng tốt, tỷ lệ giữa cạnh dài và cạnh ngắn của viên đá không nên vượt quá 4 lần. Nếu không đáp ứng yêu cầu nêu trên phải có giải pháp xử lý phù hợp. 7.3.4 Để đảm bảo chỉ tiêu kháng cắt của khối đá đắp ổn định, yêu cầu về độ rỗng, kích thước lớn nhất của viên đá và các chỉ tiêu cơ lý cơ bản khác của khối đá đắp bố trí tại các khu vực khác nhau trong thân đập phải thông qua tính toán, thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường để xác định. Khi thiết kế sơ bộ có thể tham khảo phụ lục E để lựa chọn độ rỗng và cỡ đá lớn nhất của khối đá đắp. 7.3.5 Khi sử dụng đá phong hóa và đá mềm để đắp đập, ngoài yêu cầu xác định các tính chất cơ lý lực học của vật liệu, cần xem xét kỹ các điều kiện bất lợi phát sinh sau khi bị ngâm nước. 7.4 Vật liệu đắp đập là đất đào hố móng hoặc khoang đào Các loại đất đá đào ra từ hố móng, khoang đào và từ các công trình xây dựng khác nếu đáp ứng được yêu cầu của thiết kế đều có thể sử dụng làm vật liệu đắp đập. Các loại đất đá này trước khi sử dụng để đắp đập bắt buộc phải phân loại về chất lượng, cấp phối, đảm bảo từng loại sau khi phân loại có thành phần cơ lý và lực học là tương đối đồng nhất. Tư vấn thiết kế căn cứ vào trữ lượng và chất lượng của từng loại vật liệu có thể khai thác để xác định tỷ lệ pha trộn và quy trình công nghệ pha trộn, công nghệ đắp, các chỉ tiêu cơ lý (hay chỉ tiêu thiết kế) của khối đắp và lựa chọn sơ đồ bố trí vật liệu trong mặt cắt đập phù hợp. 7.5 Vật liệu đắp đập là cát cuội sỏi 7.5.1 Hỗn hợp cát cuội sỏi tự nhiên được xử lý để tạo ra cấp phối làm vùng đệm, vùng chuyển tiếp, vùng lọc ngược trong thân đập, làm triệt tiêu sự thay đổi đột ngột ứng suất, biến dạng giữa hai khối đắp có tính chất cơ lý khác nhau và ngăn ngừa khả năng phá hoại do dòng thấm gây ra. Hỗn hợp vật liệu này phải có khả năng chống phong hóa cao, chất lượng vật liệu hầu như không bị biến đổi theo thời gian; có cấp phối liên tục và không lẫn nhiều tạp chất để đảm bảo không xảy ra sự xâm nhập của vật liệu lớp này vào lớp kia gây ách tắc tầng lọc hoặc tạo mạch ngầm chảy tự do trong đập, hoặc gây biến dạng cục bộ. Yêu cầu về thành phần hạt và chất lượng vật liệu cát cuội sỏi sử dụng làm lớp lọc ngược hoặc lớp chuyển tiếp trong đập phải tuân thủ TCVN 8422: 2010. 7.5.2 Cho phép sử dụng cuội sỏi tự nhiên có cấp phối và chất lượng về độ bền, độ sạch tương đương với vật liệu đá đắp quy định tại 7.3 để đắp đập có hai khối (khối cuội sỏi bố trí ở phía hạ lưu). Độ chặt tương đối D của khối đập đắp bằng cuội sỏi không nhỏ hơn 75 % (D ³ 0,75). Khi đập xây dựng ở vùng có động đất từ cấp VII trở lên độ chặt tương đối D không nhỏ hơn 85 % (D ³ 0,85). 7.6 Vật liệu đắp đập là hỗn hợp đất và đá 7.6.1 Vật liệu hỗn hợp đất đá được sử dụng để đắp đập phải đảm bảo các thành phần cơ lý và lực học trung bình của từng khối đắp và của toàn bộ thân đập gần giống nhau (tương đối đồng nhất). Tư vấn thiết kế phải đưa ra được các chỉ tiêu cơ lý của khối đắp phù hợp với loại vật liệu hỗn hợp đưa vào sử dụng. 7.6.2 Đất có chứa đá sỏi các loại hoặc đất lấy từ hố móng, khoang đào trong quá trình thi công xây dựng công trình nêu tại 7.4 được trộn lẫn với nhau để thành loại đất đắp tương đối đồng nhất bắt buộc phải thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định thành phần pha trộn, công nghệ đắp và các chỉ tiêu cơ lý phù hợp. 7.6.3 Vật liệu đắp đập là hỗn hợp đất đá được tạo thành bằng phương pháp trộn đất với đá (hoặc trộn đất với đá và cát, sỏi) theo tỷ lệ quy định của thiết kế: từng loại vật liệu đưa vào pha trộn phải có các chỉ tiêu cơ lý và lực học tương ứng, phải có quy trình tuyển chọn và pha trộn vật liệu thích hợp trước khi đưa vật liệu vào đắp, phải tiến hành thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định chỉ tiêu cơ lý và công nghệ đắp phù hợp. CHÚ THÍCH: Độ chặt K của vật liệu đắp đập là đất các loại được đắp bằng phương pháp đầm nén (hệ số đầm nén) không nhỏ hơn 0,95 (K ≥ 0,95). Khi đập xây dựng ở vùng có động đất từ cấp VII trở lên, độ chặt K không nhỏ hơn 0,97 (K ≥ 0,97). 8 Thiết kế mặt cắt ngang của đập 8.1 Cao trình đỉnh đập 8.1.1 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 gồm 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, được xác định theo công thức sau: Z đ = Z h + D h + R slp + a (1) trong đó: Z đ là cao trình đỉnh đập, m; Z h là mực nước tính toán của hồ chứa, m. Z h được tính với ba trường hợp là mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra; D h là chiều cao nước dềnh do gió, m, xác định theo phụ lục A của TCVN 8421: 2010; R slp là chiều cao sóng leo lên mái đập, m, có thể tham khảo phụ lục C để xác định. Tần suất gió thiết kế sóng leo lấy theo bảng 2; a là chiều cao an toàn, m, phụ thuộc vào cấp công trình và mực nước tính toán của hồ chứa, xác định theo bảng 3. Bảng 2 - Tần suất gió thiết kế Đơn vị tính bằng tỷ lệ phần trăm (%) Điều kiện làm việc của hồ chứa Tần suất gió thiết kế theo cấp công trình đập Cấp II và cấp III Cấp IV Ở mực nước dâng bình thường 4 10 Ở mực nước lớn nhất thiết kế 50 50 CHÚ THÍCH: Trường hợp ở mực nước lớn nhất kiểm tra không xét đến thành phần sóng leo do gió gây ra. Bảng 3 - Chiều cao an toàn của đập Đơn vị tính bằng mét (m) Điều kiện làm việc của hồ chứa Chiều cao an toàn a theo cấp công trình đập II III IV Ở mực nước dâng bình thường 0,7 0,5 0,5 Ở mực nước lớn nhất thiết kế 0,5 0,5 0,5 Ở mực nước lớn nhất kiểm tra 0,2 0,2 0,0 8.1.2 Đập có xây tường chắn sóng thì cao trình đỉnh tường được tính toán như cao trình đỉnh đập hỗn hợp đất đá, xem 8.1.1. Cao trình đỉnh đập ở phía sau lưng tường phải cao hơn cao trình mực nước tĩnh thiết kế không nhỏ hơn giá trị d sau đây: a) Ở mực nước dâng bình thường và mực nước lớn nhất thiết kế: d ³ 0,50 m; b) Ở mực nước lớn nhất kiểm tra: d ³ 0,20 m. 8.2 Lựa chọn hình dạng và kết cấu mặt cắt ngang đập 8.2.1 Căn cứ vào kết quả khảo sát đánh giá trữ lượng, chất lượng vật liệu, khả năng cung cấp vật liệu đắp đập và điều kiện thi công, khai thác để lựa chọn hình dạng và kết cấu mặt cắt ngang phù hợp nêu tại điều 4. 8.2.2 Khi lựa chọn hình dạng và kết cấu mặt cắt ngang đập có từ hai khối trở lên, khối đắp là vật liệu đất phải bố trí ở phía thượng lưu, khối đắp là đá bố trí ở phía hạ lưu. Vùng tiếp giáp giữa hai khối đắp phải bố trí lớp chuyển tiếp lọc ngược đảm bảo không phát sinh hiện tượng phá hoại đất do di chuyển đất từ vùng này vào vùng kia quá mức cho phép, không phát sinh vết nứt, không tạo ra những vùng có sự thay đổi ứng suất, biến dạng đột ngột trong đập và nền. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế lớp chuyển tiếp lọc ngược bảo vệ khối đất đắp thân đập theo TCVN 8422: 2010. 8.3 Chiều rộng đỉnh đập và cấu tạo đỉnh đập 8.3.1 Chiều rộng đỉnh đập Trong điều kiện bình thường, chiều rộng đỉnh đập không nhỏ hơn 6,0 m đối với đập cấp II, không nhỏ hơn 5,0 m đối với đập cấp III và cấp IV. Một số trường hợp sau đây cần lưu ý khi lựa chọn bề rộng đỉnh đập: a) Đỉnh đập có bố trí tường chắn sóng thì bề rộng phần còn lại của đỉnh đập (không kể phạm vi của tường chắn sóng) cũng phải thỏa mãn quy định nêu trên; b) Đập có kết hợp làm đường giao thông, bề rộng đỉnh đập phải phù hợp với TCVN 4054:2005 nhưng không được nhỏ hơn quy định nêu trên. 8.3.2 Cấu tạo đỉnh đập Tuân thủ 6.2 của TCVN 8216:2009 và các quy định sau: a) Khi đỉnh đập có kết hợp sử dụng làm đường giao thông: - Thiết kế kết cấu đỉnh đập phải tuân thủ TCVN 4054:2005; - Có biển quy định rõ tải trọng giới hạn của xe cơ giới được phép đi trên đỉnh đập; - Có hệ thống chiếu sáng phù hợp đảm bảo an toàn cho các phương tiện giao thông và người qua lại vào ban đêm; b) Khi đỉnh đập không kết hợp sử dụng làm đường giao thông: - Bố trí cọc tiêu hoặc thanh chắn ở hai bên đường (hoặc làm gờ cao ở hai bên lề đường) để đảm bảo an toàn cho công tác quản lý khai thác; - Ở khu vực công trình đầu mối có nguồn điện thì trên mặt đỉnh đập cấp II và cấp III cũng nên bố trí hệ thống đèn cao áp chiếu sáng để phục vụ công tác quản lý khai thác. 8.4 Lựa chọn độ dốc của mái đập 8.4.1 Độ dốc mái đập được thể hiện qua hệ số mái dốc m = cotg α , với α là góc giữa mái đập và mặt phẳng nằm ngang. Độ dốc mái đập được xác định thông qua tính toán ổn định chống trượt, có xét đến điều kiện thi công và khai thác, đặc điểm cấu tạo địa chất nền đập, chiều cao đập, hình dạng và kết cấu mặt cắt ngang đập, tính chất cơ lý của từng loại vật liệu đắp đập, các lực tác động lên mái đập (như trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực mao dẫn, lực động đất, lực thủy động), biện pháp gia cố bảo vệ mái đập. 8.4.2 Tương ứng với hệ số độ dốc của mái đập được lựa chọn, khi tính toán hệ số an toàn ổn định chống trượt của đập phải có kết quả phù hợp với quy định tại 5.3. Trong điều kiện bình thường, khi thiết kế có thể sơ bộ chọn hệ số độ dốc mái theo độ dốc mái của các đập tương tự đã xây dựng trong khu vực, sau đó kiểm tra bằng tính toán theo các quy định tại 9.2. 8.4.3 Đập có chiều cao trên 15 m phải làm cơ. Chênh lệch độ cao giữa hai cơ liên tiếp trên cùng một mái đập không quá 10 m. Chiều rộng của cơ không nhỏ hơn 3,0 m. Nếu cơ đập phía hạ lưu có kết hợp làm đường giao thông thì bề rộng và kết cấu của cơ cũng như các hạng mục công trình đảm bảo an toàn giao thông thực hiện theo quy định của đường giao thông (theo TCVN 4054:2005). Mái thượng lưu phải bố trí cơ ở giới hạn dưới của kết cấu 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. 8.5 Kết cấu bảo vệ mái đập 8.5.1 Quy định chung 8.5.1.1 Mái đập, thân đập và chân đập được bảo vệ bằng các loại kết cấu và vật liệu phù hợp, không bị ăn mòn, biến dạng trong điều kiện môi trường khô ướt thay đổi liên tục, đảm bảo bền vững dưới tác động phá hoại của áp lực sóng, mưa cũng như các yếu tố phá hoại khác. 8.5.1.2 Kết cấu bảo vệ mặt ngoài của đập không chỉ đảm bảo công tác quản lý vận hành duy tu bảo dưỡng được thuận lợi, còn phải đảm bảo tính thẩm mỹ, đặc biệt là ở mái hạ lưu và phần lộ thường xuyên bên trên mực nước ở mái thượng lưu. 8.5.2 Kết cấu bảo vệ mái thượng lưu 8.5.2.1 Các hình thức kết cấu bảo vệ mái đập 8.5.2.1.1 Kết cấu gia cố bảo vệ mái thượng lưu của đập hỗn hợp đất đá thường bao gồm các bộ phận chính sau đây: a) Kết cấu chính để bảo vệ mái dốc chống xói lở do tác động thường xuyên của sóng gió, dòng chảy và các tác động cơ học khác; b) Kết cấu phụ bố trí ở phần trên của mái dốc và ở phần chân mái dốc nằm ngoài phạm vi bảo vệ bởi kết cấu gia cố chính, ở vùng chịu tác động yếu và không thường xuyên hoặc vùng chịu ảnh hưởng gián tiếp của các tác động cơ học nêu trên; c) Kết cấu chuyển tiếp có dạng là lớp đệm lót hoặc tầng lọc ngược bố trí phía dưới các bộ phận kết cấu gia cố chính và gia cố phụ để liên kết các bộ phận gia cố với mái dốc đập và bảo vệ các hạt đất, đá của thân đập không bị xói ngầm, đồng thời có nhiệm vụ tiêu thoát nước thấm ở mái đập khi mực nước ngầm cao hoặc khi mực nước hồ chứa dao động với biên độ lớn; d) Kết cấu tựa đỡ bố trí ở dưới chân của kết cấu gia cố chính để chống trượt cho kết cấu gia cố chính và nối tiếp giữa kết cấu gia cố chính với gia cố phụ. CHÚ THÍCH: Khi đỉnh đập có bố trí tường chắn sóng thì tường chắn sóng cũng là một bộ phận của kết cấu gia cố chính bảo vệ mái thượng lưu đập. 8.5.2.1.2 Phạm vi bảo vệ mái bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết không ít hơn 2,5 m đối với đập cấp II, cấp III và 1,5 m đối với đập cấp IV. Hình 2 giới thiệu một số sơ đồ kết cấu điển hình về kết cấu gia cố bảo vệ mái thượng lưu đập. a) Sơ đồ kết cấu gia cố bằng đá lát khan hoặc đá xây vữa b) Sơ đồ kết cấu gia cố bằng tấm bê tông hoặc tấm bê tông cốt thép lắp ghép c) Sơ đồ kết cấu gia cố bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ (nguyên khối) CHÚ DẪN: 1 Gia cố phụ (bằng đá lát khan); 2 Gia cố chính; 3 Gối tựa của kết cấu gia cố chính; 4 Lớp đệm lót lọc ngược; 5 Lớp đệm lót chuyển tiếp; 6 Lớp đệm lót chuyển tiếp và lọc ngược; 7 Tường chắn sóng; 8 Đắp lại bằng đá dăm hoặc hỗn hợp đất cát sỏi. Hình 2 - Một số sơ đồ kết cấu gia cố bảo vệ mái dốc đập 8.5.2.1.3 Căn cứ vào kết quả tính toán chiều cao sóng leo do gió và tàu thuyền tác dụng lên mái đập, đặc tính của vật liệu đắp thân đập, mức độ xâm thực của nước hồ, điều kiện cung cấp vật liệu và trữ lượng các loại vật liệu gia cố có ở khu vực xây dựng cũng như điều kiện sản xuất chúng, cấp công trình và tính chất đa mục tiêu của công trình mà lựa chọn một trong các giải pháp gia cố sau đây để bảo vệ mái đập: a) Đá lát khan; b) Đá xây vữa; c) Bê tông hoặc bê tông cốt thép: - Đổ bê tông trực tiếp lên mái đập và phủ kín toàn bộ mái đập (hoặc chia thành từng khoang bởi các khe co giãn và khớp nối không cho nước thấm qua) khi lớp gia cố có thêm nhiệm vụ kết hợp làm tường chống thấm cho thân đập; - Đổ bê tông tại chỗ thành từng tấm hoặc lắp đặt từ các tấm đúc sẵn, có lỗ thoát nước để chống áp lực đẩy ngược do tác động của sóng và mực nước hồ dao động thường xuyên. 8.5.2.2 Kết cấu gia cố mái đập bằng đá lát khan Gia cố bảo vệ mái đập bằng đá xây khan (không có vữa) còn gọi là đá lát khan phải thi công bằng phương pháp thủ công nên chất lượng gia cố phụ thuộc vào tay nghề của người thợ xây dựng. Để tránh hiện tượng sụp đổ cả mảng lớn, lớp đá lát khan cần được bố trí trong các ô cố định có khung bao quanh có kích thước 1,0 m x 1,0 m hoặc 0,8 m x 1,5 m, cạnh ô đặt chéo theo mái dốc tạo với phương mái dốc và phương nằm ngang góc 45 o . Khung bao quanh là các dầm bê tông cốt thép mặt cắt chữ nhật có bề rộng không nhỏ hơn 20 cm còn chiều cao phụ thuộc vào chiều dầy lớp bảo vệ và chiều dày lớp chuyển tiếp lọc ngược, xem hình 3. Có thể tham khảo phụ lục D để xác định kích thước tính toán viên đá lát và bề dầy của lớp gia cố bằng đá lát bảo vệ mái dốc của đập. Kích thước tính bằng centimet (cm) CHÚ DẪN: 1 Đá lát khan; 2 Tầng đệm; 3 Dầm bê tông cốt thép. Hình 3 - Một phương án gia cố bằng đá lát khan có khung bảo vệ 8.5.2.3 Kết cấu gia cố bằng lớp phủ bê tông cốt thép đổ liền khối hoặc đổ theo tấm lớn sau đó lấp kín các khe nối bằng bê tông 8.5.2.3.1 Ổn định chung của kết cấu gia cố cứng dạng lớp che phủ liên tục bằng bê tông cốt thép được đánh giá bởi khả năng chống đẩy trôi dưới tác dụng của áp lực ngược. Có thể tham khảo các công thức và phương pháp tính toán nêu trong phụ lục D để xác định chiều dày của lớp gia cố bằng bê tông cốt thép đổ liền khối hoặc đổ theo tấm lớn sau đó lấp kín các khe nối bằng bê tông hặc bằng khớp nối chống thấm. 8.5.2.3.2 Theo điều kiện biến dạng lún - nhiệt và yêu cầu thi công, lớp gia cố bằng bê tông cốt thép liền khối được chia thành từng tấm có kích thước mỗi cạnh tối đa không quá 20 m. Kết cấu chống thấm ở các khớp nối có thể bằng gỗ (đã được tẩm các chất chống mối mọt và dựng nghiêng cạnh trong khe nối), bằng đệm cao su, tấm át phan, bao tải nhựa đường, hoặc vật liệu hỗn hợp nào đó có tác dụng chống xói khi sóng đập vào và có khả năng làm việc bền vững lâu dài dưới tác động của môi trường khô ướt liên tục thay đổi. 8.5.2.3.3 Hình thức gia cố bằng lớp phủ liên tục có thể gồm các tấm bê tông cốt thép sau khi lắp ghép hoàn chỉnh trên mái dốc sẽ được liên kết lại bằng các mối hàn hoặc bằng móc nối cốt thép. Các khe nối đều được lấp kín bằng vữa hoặc bê tông có cường độ chịu lực không thấp hơn cường độ chịu lực cửa tấm bê tông. Để đảm bảo độ cứng của kết cấu ghép trong phạm vi mái dốc ngập nước, mỗi cạnh bên của tấm phải có ít nhất hai thanh nối. 8.5.2.3.4 Đối với các tấm bê tông ghép và liên kết cứng nên bố trí hai lớp cốt thép để hạn chế nứt trong quá trình vận chuyển hoặc bốc dỡ cũng như ảnh hưởng của lún không đều trên mái dốc. Ngoài yêu cầu về cường độ, vữa để lấp các khe nối còn phải có tính nở thể tích trong quá trình đông kết. 8.5.2.3.5 Phía dưới các tấm bê tông nên dùng lớp đệm là lớp lọc ngược để vừa có tác dụng tiêu thoát nước thấm xuống hệ thống tiêu nước thấm thân đập, vừa có tác dụng đảm bảo cho các tấm này nằm sát với bề mặt mái dốc. Nếu thi công đổ bê tông cốt thép trực tiếp lên mái đập (đổ tại chỗ) có thể dùng vải chống thấm làm lớp lót rải trực tiếp lên bề mặt mái đập. 8.5.2.3.6 Có thể sử dụng các phần mềm chuyên dụng đã được kiểm nghiệm ở Việt Nam về tính toán kết cấu trên nền đàn hồi để tính toán độ bền, độ biến dạng, lựa chọn kích thước và bố trí cốt thép phù hợp cho lớp gia cố bê tông cốt thép dạng lớp che phủ liên tục trên toàn bộ mái đập. 8.5.2.4 Kết cấu gia cố hở bằng tấm bê tông cốt thép lắp ghép 8.5.2.4.1 Ổn định của tấm gia cố nằm tự do trên mái dốc chịu tác động của sóng phụ thuộc chủ yếu vào kích thước tấm và độ dày của tấm. Có thể tham khảo các công thức và phương pháp tính toán nêu trong phụ lục D để xác định chiều dày của tấm bê tông cốt thép lắp ghép. 8.5.2.4.2 Hình dạng của tấm bê tông trên mặt bằng có thể là hình chữ nhật hoặc đa giác. Cạnh dài của tấm đặt song song với đường mép nước trên mái dốc. Các tấm đặt so le nhau với độ so le bằng một nửa kích thước cạnh bên để các khe nối không tạo thành đường thẳng liên tục từ trên xuống dưới theo phương mái dốc. Các tấm gia cố được liên kết với nhau bằng khớp bản lề hoặc thanh giằng mối hàn bằng thép tròn f 16 mm. Phần thép lộ ra ngoài để nối các tấm được sơn phủ bằng loại vật liệu chống rỉ (quét từ 3 lớp đến 4 lớp sơn). 8.5.2.4.3 Các tấm bê tông lắp ghép được đặt trên lớp đệm đầm chặt với bề mặt bằng phẳng. Nếu sử dụng tấm bê tông cốt thép lắp ghép để gia cố bảo vệ mái dốc có cấu tạo là đất dễ bị nhão (ví dụ đất sét làm vật liệu chống thấm kiểu tường nghiêng) thì tầng đệm dưới các tấm bê tông được bố trí trên một lớp cát có cỡ hạt khác nhau và có khả năng tiêu thoát nước nhanh. Căn cứ vào tính chất đất của mái dốc, cường độ và tính chất của các tải trọng tác động, kích thước của tấm và các yếu tố có liên quan khác để lựa chọn chiều dày lớp cát thoát nước và cấu tạo thành phần hạt của nó. 8.5.2.5 Tầng đệm dưới kết cấu gia cố 8.5.2.5.1 Dưới lớp kết cấu gia cố bảo vệ mái cần bố trí tầng đệm để nối tiếp giữa lớp gia cố với mái dốc thân đập. Hình thức cấu tạo của lớp đệm phụ thuộc vào điều kiện làm việc của nó: a) Khi sử dụng kết cấu gia cố phủ kín và liên tục trên bề mặt mái thượng lưu kết hợp làm tường nghiêng chống thấm cho thân đập như bê tông nhựa đường, bê tông cốt thép đổ tại chỗ liền khối hoặc đổ thành từng tấm có khe co giãn chống thấm thì lớp đệm phải có chức năng thoát nước thấm ngược khi mực nước hồ dao động. Trong trường hợp này tầng đệm làm việc theo chức năng tầng lọc ngược. Yêu cầu thiết kế và lựa chọn cấu tạo của tầng đệm lọc ngược theo TCVN 8422: 2010. Cấu tạo của tầng đệm phía dưới các khớp nối (hoặc khe co giãn) gồm nhiều lớp lọc xếp thành băng dài dọc theo đường khớp nối. Khoảng cách giữa các khớp nối tối đa không quá 20 m. b) Khi dùng tấm bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường hoặc đá xây vữa để bảo vệ mái phải bố trí lỗ thoát nước để giảm áp lực nước bên trong khi mực nước hồ rút nhanh hoặc do các nguyên nhân khác. Tầng đệm của kết cấu bảo vệ mái loại này phải 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 thiết kế theo TCVN 8422: 2010. 8.5.2.2.2 Thông thường tầng đệm dưới lớp bảo vệ bằng đá lát khan hoặc đá xây vữa gồm hai lớp: lớp dăm sỏi và lớp cát, chiều dày mỗi lớp tối thiểu từ 10 cm đến 15 cm. Nếu sử dụng tầng đệm một lớp cho kết cấu gia cố bằng đá xây và đá lát khan thì kích thước trung bình của hạt tầng đệm (d 50 ) lấy từ 20 % đến 25 % đường kính trung bình của vên đá dùng để bảo vệ. Những vùng khan hiếm cát có thể nghiên cứu sử dụng vải địa kỹ thuật để làm lớp lọc bảo vệ mái đập nhưng phải tuân theo các tài liệu kỹ thuật hướng dẫn thiết kế và thi công cũng như chỉ dẫn của nhà sản xuất về sử dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng công trình thủy lợi. 8.5.2.2.3 Chiều dày và số lớp của tầng đệm bố trí dưới kết cấu gia cố mái đập bằng bê tông cốt thép phụ thuộc vào kết quả tính toán thiết kế tầng lọc ngược theo TCVN 8422: 2010, nhưng không nhỏ hơn quy định sau: - Đối với tầng đệm một lớp: không nhỏ hơn 35 cm; - Đối với tầng đệm hai lớp hoặc ba lớp thi công bằng cơ giới trên mái dốc, chiều dày của mỗi lớp đệm không nhỏ hơn 20 cm đối với đất hạt thô và đá dăm, không nhỏ hơn 15 cm đối với cát hạt lớn. 8.5.2.6 Một số loại kết cấu gia cố khác Khi áp dụng một số loại gia cố bảo vệ mái đập thượng lưu đã được áp dụng có hiệu quả từ các nước tiên tiến trên thế giới vào điều kiện cụ thể của công trình nhưng phả i đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nêu tại 8.5.1. 8.5.3 Bảo vệ mái hạ lưu 8.5.3.1 Mái hạ lưu đập đắp bằng vật liệu hỗn hợp đất đá phải được bảo vệ từ đỉnh đập đến chân đập hoặc đến đỉnh của lăng trụ đá tiêu nước (nếu có). Tùy thuộc vào tính chất vật liệu hỗn hợp đất đá đắp ở hạ lưu, điều kiện khí hậu và yêu cầu kỹ thuật quy định tại 8.5.1 mà lựa chọn một trong các biện pháp sau đây để bảo vệ mái đập hạ lưu: a) Trồng cỏ trên lớp đất màu được phủ trên toàn bộ mái đập; b) Rải đá dăm hoặc sỏi dày 0,2 m lên toàn bộ mái đập; c) Đá lát khan; d) Làm các khuông bê tông cốt thép trên mái đập, bên trong đổ đá; e) Kết hợp các biện pháp nêu trên hoặc các biện pháp khác. CHÚ THÍCH: Khi chọn biện pháp trồng cỏ bảo vệ mái đập, nên chọn loại cỏ có khả năng chịu hạn thích hợp với điều kiện khí hậu ở địa phương, không dùng loại cỏ cây cao làm ảnh hưởng đến khả năng quan sát các hiện tượng xói lở, rò rỉ trên mái đập hoặc tạo cơ hội cho động vật làm hang hốc trong mái đập. 8.5.3 .2 Mái hạ lưu đắp bằng vật liệu hỗn hợp đất đá phải có hệ thống tiêu thoát nước mặt trên toàn bộ mái đập, đỉnh đập và vị trí tiếp giáp giữa mái đập với sườn núi. Kích thước rãnh và độ dốc các rãnh tiêu nước được xác định thông qua tính toán lưu lượng nước mưa tập trung vào rãnh để tiêu thoát. Đối với rãnh tập trung nước và tiêu nước ở hai vai đập, diện tích tập trung nước mưa phải kể đến diện tích tập trung nước trên sườn núi đổ xuống. Khi trên mái đập có cơ thì phải bố trí rãnh tiêu nước chạy dọc theo cơ. Yêu cầu bố trí hệ thống rãnh tiêu nước mái đập như sau: - Rãnh tiêu nước đứng: bố trí cách nhau từ 50 m đến 70 m làm bằng bê tông hoặc đá xây; - Rãnh tiêu nước xiên 45 0 so với trục đập: bố trí cách nhau từ 5 m đến 10 m, lòng rãnh lấp đầy bằng đá dăm hoặc sỏi. 8.6 Chống thấm ở thân đập và nền đập 8.6.1 Yêu cầu chung 8.6.1.1 Có nhiều giải pháp chống thấm hiệu quả cho thân đập và nền đập đang được áp dụng trong thực tế. Căn cứ vào hình thức cấu tạo bộ phận chống thấm ở nền và thân đập, tiêu chuẩn này phân thành các loại kết cấu chống thấm thông dụng sau đây: a) Tường nghiêng (xem các dạng mặt cắt a, c và e của hình 4); b) Tường lõi (xem các dạng mặt cắt b và d của hình 4); c) Tường răng (hoặc chân khay): Tường răng là bộ phận kéo dài và cắm sâu xuống nền của tường nghiêng hoặc tường lõi, được sử dụng khi nền không phải là đá và tầng thấm nước không sâu. Vật liệu làm tường răng cũng là vật liệu làm tường nghiêng và tường lõi (xem dạng mặt cắt c và d của hình 4). Tùy thuộc vào độ sâu của tầng không thấm nước và kết quả tính toán độ bền thấm, tường răng có thể cắm sâu xuống tận tầng không thấm hoặc chỉ tới một độ sâu nhất định; d) Sân trước: Sân trước thích hợp với trường hợp bề dầy tầng thấm nước rất lớn hoặc vô hạn. Sân trước được làm bằng loại vật liệu có tính chống thấm cao và nối tiếp với tường nghiêng (dạng mặt cắt e của hình 4). a) b) c) d) e) Hình 4 - Sơ đồ một số dạng kết cấu chống thấm điển hình của đập hỗn hợp đất đá 8.6.1.2 Tùy thuộc vào hình dạng và cấu tạo mặt cắt ngang đập được lựa chọn, mức độ thấm của vật liệu được sử dụng để đắp đập, điều kiện địa chất nền đập để lựa chọn biện pháp chống thấm nêu tại 8.6.2 và 8.6.3. Thiết kế bộ phận chống thấm ở thân đập và nền đập phải đáp ứng các yêu cầu sau: a) Hạ thấp đường bão hòa trong thân đập; b) Giảm gradient thấm trong thân đập và vùng cửa ra, đề phòng các hiện tượng biến dạng vật liệu do tác dụng của dòng thấm làm phát sinh thấm tập trung trong thân đập, nền đập, trong phần đất tự nhiên tiếp giáp ở hai vai và hạ lưu đập, dẫn đến phá vỡ công trình và nền; c) Giảm lưu lượng thấm qua thân đập, nền đập và các vai đập nằm trong phạm vi cho phép. 8.6.1.3 Lựa chọn bề dầy kết cấu chống thấm trong thân đập và nền đập phải đảm bảo gradient dòng thấm qua các bộ phận chống thấm làm bằng vật liệu đất không được lớn hơn các trị số quy định trong bảng 6 của TCVN 8216: 2009. 8.6.1.4 Nội dung tính toán và phương pháp tính toán thấm và ổn định thấm qua thân đập và nền đập theo các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật hiện hành. 8.6.2 Chống thấm thân đập 8.6.2 .1 Chống thấm thân đập bằng tường nghiêng 8.6.2 .1.1 Tường nghiêng phủ kín mái thượng lưu (dạng mặt cắt a, c và e của hình 4) có nhiệm vụ chống thấm cho thân đập. Vật liệu làm tường nghiêng có thể là đất ít thấm nước (có hệ số thấm không lớn hơn 1 x 10 -5 cm/s) hoặc các vật liệu chống thấm khác không phải là đất như bê tông, bê tông cốt thép, chất dẻo thuộc họ polyme. 8.6.2 .1.2 Khi chọn phương án tường nghiêng bằng đất, cấu tạo và kích thước của tường nghiêng được xác định thông qua tính toán ổn định về độ bền chống thấm và điều kiện thi công xây dựng: a) Chiều dầy trung bình của tường nghiêng tính theo phương vuông góc với mái đập tại mặt cắt bất kỳ xác định theo công thức (2) nhưng không nhỏ hơn 1,0 m. Chiều dầy của tường nghiêng tại mặt cắt đỉnh không nhỏ hơn 1,0 m và tại mặt cắt đáy không nhỏ hơn 20 % chiều cao cột nước trước đập: d i = (2) trong đó d i là chiều dày của tường nghiêng bằng đất tại mặt cắt thứ i, m; Z i là chênh lệch cột nước ở phía trước và phía sau tường nghiêng tại mặt cắt thứ i, m; [ J ] cp là gradient thấm cho phép trung bình của tường nghiêng, phụ thuộc vào loại vật liệu đất làm tường nghiêng, lấy theo bảng 6 của TCVN 8216: 2009 ; b) Cao trình đỉnh của tường nghiêng sau khi đập đạt được độ lún cuối cùng phải cao hơn mực nước dâng bình thường có kể tới sóng leo và độ dềnh do gió nhưng không thấp hơn mực nước lũ thiết kế cộng với chiều cao an toàn tối thiểu đối với đập cấp II là 0,6 m, đối với đập cấp III và cấp IV là 0,5 m; c) Phần đỉnh và mặt thượng lưu của tường nghiêng phải có lớp bảo vệ chống bị khô nứt. Chiều dày lớp bảo vệ (kể cả lớp bảo vệ mái thượng lưu) tham khảo phụ lục D; d) Phần tiếp giáp giữa mặt phía hạ lưu của tường nghiêng với khối đắp thân đập cần bố trí kết cấu lọc ngược chuyển tiếp. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế kết cấu lọc ngược chuyển tiếp theo TCVN 8422: 2010. 8.6.2 .1.3 Khi chọn phương án tường nghiêng bằng bê tông cốt thép phải đảm bảo độ bền vững trong môi trường nước luôn biến đổi, không bị nứt gãy, không bị thấm nước nhất là thấm qua khớp nối hoặc khe thi công. Trường hợp này tường nghiêng còn có nhiệm vụ của lớp gia cố bảo vệ mái đập đã nêu tại 8.5.2 .3. Kích thước và cấu tạo của tường được xác định thông qua kết quả tính toán ổn định trượt trên mái đập, điều kiện môi trường và điều kiện thi công. Cụ thể như sau: a) Chiều dày trung bình của tường tại vị trí bất kỳ trên mái đập xác định theo công thức (3) nhưng không được nhỏ hơn 0,3 m đối với mặt cắt đỉnh, cũng không nhỏ hơn kết quả tính toán theo D.2.1 của phụ lục D: d i = 0,3 + 0,004 x H i (3) trong đó: d i là chiều dày của tường nghiêng tại mặt cắt thứ i, m; H i là khoảng cách thẳng đứng từ mực nước dâng bình thường đến vị trí mặt cắt tính toán, m; b) Tường nghiêng bê tông cốt thép loại cứng là tường có kết cấu nguyên khối đổ tại chỗ. Bê tông được đổ trực tiếp trên trên bề mặt lớp đá lát khan hoặc đá xây. Cũng có thể đổ bê tông trực tiếp lên trên bề mặt lớp vải không thấm nước (vải không thấm phải phủ kín toàn bộ bề mặt mái đập đã được rải lớp đệm bằng cát cuội sỏi hoặc đá dăm đã được đầm chặt theo thiết kế). Với loại tường chống thấm này chỉ bố trí khớp nối nhiệt - lún (khe co giãn) theo phương thẳng đứng, không có khớp lún theo phương ngang. Cốt thép đặt theo cả hai hướng xuyên qua các khe thi công. Hàm lượng cốt thép xác định thông qua tính toán ổn định về cường độ và biến dạng kết cấu trên nền đàn hồi, thông thường nằm trong khoảng từ 30 kg đến 70 kg trong một m 3 bê tông. Tường nghiêng được néo vào khối đá xây (tầng đệm dưới đáy tường nghiêng) với khoảng cách các néo từ 1,0 m đến 1,5 m. Loại tường nghiêng cứng này thường sử dụng cho đập có chiều cao nhỏ và xây dựng trên nền đá có biến dạng lún không đáng kể; c) Tường nghiêng nửa cứng là loại kết cấu được chia thành các tấm có khớp nối chống lún và chống co giãn được bố trí ngang, dọc theo bề mặt mái dốc. Khoảng cách giữa các khớp nối không quá 20 m. Bề rộng khe nối từ 2,5 cm đến 5,0 cm. Khu vực tường nghiêng nối tiếp với bờ và nền phải bố trí khe biên để chống nứt khi tường nghiêng biến dạng. Loại tường nghiêng này được đặt trên lớp bê tông có quét phủ nhựa đường ở bề mặt hoặc dán vải nhựa đường, cho phép tường và mặt đập có thể biến dạng tự do. Biện pháp chống trượt theo mặt tiếp xúc với lớp đệm đối với tường nghiêng nửa cứng là sử dụng các néo liên kết tấm bê tông cốt thép với tầng đệm bằng đá xây khan, hoặc làm tăng chiều dày ở chân tường nghiêng để tường tựa chắc và ổn định vào gối đỡ bằng bê tông; d) Tường nghiêng kết cấu dẻo là tường do các tấm bê tông cốt thép đổ thành nhiều lớp với các khe nối so le nhau mà thành. Bề mặt giữa các lớp bê tông cốt thép được phủ kín một lớp bitum. Để giữ cho các tấm (lớp) và tường nghiêng không bị trượt theo mái dốc, các lớp bê tông cốt thép được néo vào tầng đệm ở phía dưới tường nghiêng; e) Các khe thi công hoặc khớp nối đều phải được lấp đầy bằng vật liệu không thấm, có độ dẻo phù hợp và có độ bền không thấp hơn độ bền của bê tông, đảm bảo nước không thể thấm qua; f) Bê tông dùng cho tường nghiêng phải có mác cường độ chịu nén không thấp hơn M20 và mác chống thấm không thấp hơn B6. 8.6.2.1.4 Khi chọn phương án tường nghiêng chống thấm bằng vật liệu có tính dẻo như màng dẻo polyetylen, polyvinil clorid và các hỗn hợp polyme có phụ gia để tăng cường độ bền và hạn chế quá trình lão hóa vật liệu phải đảm bảo chịu được tác dụng cơ học và bức xạ của mặt trời và tính nguyên vẹn của kết cấu không bị phá hoại do biến dạng của nền. Loại kết cấu này chỉ nên áp dụng ở vùng khan hiếm vật liệu đất chống thấm và cát sỏi làm tầng chuyển tiếp. Chiều dày tường nghiêng chống thấm vật liệu dẻo xác định thông qua tính toán, xuất phát từ các điều kiện sau: - Trị số ứng suất kéo lớn nhất không được vượt quá ứng suất kéo cho phép của vật liệu; - Thành phần hạt của mái đập tiếp xúc với tường nghiêng không được làm hư hại vật liệu chống thấm trong quá trình thi công; - Có tuổi thọ phù hợp với yêu cầu của đập và không có hại cho môi trường. 8.6.2.1.5 Nối tiếp tường nghiêng với nền đập như sau: a) Đối với nền không thấm nước hoặc ít thấm nước chỉ cần bóc bỏ lớp đất phong hóa và làm chân khay cắm trực tiếp xuống nền; b) Đối với nền thấm nước: - Nếu chiều dầy tầng thấm nước mỏng và điều kiện thi công cho phép, có thể đào chân khay xuyên qua tầng thấm nước đảm bảo móng của tường nghiêng nằm trực tiếp lên mặt trên của tầng không thấm (xem sơ đồ c của hình 4); - Nếu tầng thấm nước dầy không thể cắm trực tiếp xuống tầng không thấm nước thì nên làm sân phủ nối tiếp với tường nghiêng. Chiều dài sân phủ phụ thuộc vào kết quả tính toán độ bền thấm của nền đập và độ ổn định chung của đập trong trường hợp có cả tường nghiêng và sân phủ (xem sơ đồ e của hình 4). Chiều dầy sân phủ phụ thuộc vào mức độ chênh lệch áp lực tác dụng lên mặt cắt sân và gradient cột nước cho phép của vật liệu làm sân trước. Nếu sân phủ làm bằng vật liệu đất chống thấm thì chiều dầy nhỏ nhất của sân phủ không nhỏ hơn 50 cm. 8.6.2.2 Chống thấm thân đập bằng tường lõi 8.6.2.2.1 Tường lõi (còn gọi là tường tâm) chống thấm cho thân đập có dạng mặt cắt b và d của hình 4. Vị trí của tim tường lõi thường có dạng thẳng đứng, nằm chính giữa đập hoặc hơi dịch về phía thượng lưu nhưng vẫn đảm bảo đỉnh tường lõi không vượt ra ngoài phạm vi đỉnh đập để tăng khả năng chống thấm và hạ thấp đường bão hòa. Vật liệu làm tường lõi cũng tương tự như làm tường nghiêng: có thể là đất ít thấm nước hoặc các vật liệu chống thấm khác không phải là đất như bê tông, bê tông cốt thép, chất dẻo thuộc họ polyme. 8.6.2.2.2 Khi lựa chọn giải pháp chống thấm cho đập là tường lõi bằng đất không thấm nước (hoặc ít thấm nước) cần đáp ứng các yêu cầu sau đây: a) Kích thước tường lõi được xác định thông qua tính toán ổn định về độ bền chống thấm và điều kiện thi công xây dựng. Có thể áp dụng công thức (2) để tính toán xác định chiều dầy trung bình của tường tại mặt cắt bất kỳ theo phương vuông góc với tim tường nhưng không nhỏ hơn 3,0 m. Chiều dày của tường lõi phải đảm bảo không nhỏ hơn 3,0 m đối với mặt cắt đỉnh và không nhỏ hơn 25 % chiều cao cột nước trước đập đối với mặt cắt đáy; b) Cao trình đỉnh của tường lõi sau khi đập đạt độ lún cuối cùng phải cao hơn cao trình mực nước lũ thiết kế xuất hiện trong hồ tối thiểu 0,4 m đối với đập cấp II và 0,3 m đối với đập cấp III, cấp IV. Nếu thiết kế cao trình đỉnh tường lõi bằng cao trình đỉnh đập thì đỉnh tường phải có lớp bảo vệ để không bị khô nứt. Chiều dày lớp bảo vệ phụ thuộc vào chiều dày kết cấu bảo vệ đỉnh đập; c) Mặt tiếp xúc giữa tường lõi với vật liệu thân đập ở cả hai phía thượng và hạ lưu đều phải có lớp chuyển tiếp dưới dạng kết cấu tầng lọc ngược để bảo vệ vật liệu đất của tường lõi không bị xói ngầm do thấm. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế chế tạo tầng lọc ngược theo TCVN 8422: 2010. 8.6.2.2.3 Tường tâm bằng bê tông cốt thép chỉ nên áp dụng khi khu vực xây dựng không có vật liệu đất ít thấm để làm vật chống thấm. Áp dụng công thức (3) để tính toán xác định chiều dầy trung bình của tường lõi tại mặt cắt bất kỳ. Các khe thi công hoặc khớp nối bố trí trong tường lõi để phòng chống biến dạng do nhiệt, lún hoặc do chuyển vị ngang đều phải lấp đầy bằng vật liệu không thấm, có độ dẻo phù hợp và có độ bền không thấp hơn độ bền của bê tông, đảm bảo nước không thể thấm qua. Yêu cầu về vật liệu bê tông làm tường tâm cũng như làm tường nghiêng là phải có mác cường độ chịu nén không thấp hơn M20 và mác chống thấm không thấp hơn B6. 8.6.2.2.4 Có thể lựa chọn giải pháp tường lõi là màn vữa chống thấm bằng cách khoan phụt vào vùng tim đập một loại dung dịch vữa chống thấm có khả năng thâm nhập vào vật liệu đắp thân đập tạo thành màn chống thấm và có tuổi thọ bền vững, không hại cho môi trường xung quanh. Thành phần và công nghệ khoan phụt vữa cần được xác định bằng các nghiên cứu thí nghiệm hiện trường theo các quy định riêng. Nếu không thể phụt vữa gia cố và chống thấm cho toàn bộ thân đập thì phải đảm bảo chiều dày của lõi màn phụt vữa không nhỏ hơn 1/10 cột nước công tác của đập. 8.6.3 Chống thấm ở nền đập 8.6.3.1 Hình thức chống thấm ở nền đập phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của nền (nền đá hay nền đất), chiều sâu của tầng thấm nước điều kiện thi công. Tùy từng trường hợp cụ thể của công trình mà lựa chọn một trong các hình thức chống thấm sau đây: - Chân khay; - Sân phủ; - Tường hào bê tông bentonit; - Màn vữa xi măng hoặc hỗn hợp xi măng - sét; - Bản cọc (hoặc cừ chống thấm). Yêu cầu kỹ thuật của từng biện pháp chống thấm cho nền đập được nêu ở điều 10. 8.6.3.2 Bộ phận chống thấm ở nền phải nối tiếp bền vững với bộ phận chống thấm ở thân đập. Trường hợp ở nền không có bộ phận chống thấm thì bộ phận chống thấm ở thân đập phải nối tiếp tốt với nền để tạo thành một thể thống nhất không tách rời giữa nền và đập đảm bảo yêu cầu nêu tại 8.6.1. 8.7 Kết cấu tiêu thoát nước 8.7.1 Yêu cầu chung 8.7.1.1 Kết cấu tiêu thoát nước cho thân đập và nền đập có nhiệm vụ sau đây: a) Thu nước và thoát nước thấm qua thân đập và nền đập về hạ lưu, hạ thấp vị trí của đường bão hòa không lộ ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu; b) Ngăn ngừa các biến dạng do thấm, làm tăng ổn định của mái dốc hạ lưu đập; c) Đẩy nhanh quá trình cố kết của đất hạt sét hay đất bùn, giảm áp lực kẽ rỗng trong những khu vực cần thiết của đập và nền khi có động đất; d) Giảm áp lực kẽ rỗng ở nền đập, thân đập và thoát nước thấm có áp từ tầng thấm nước dưới nền có lớp phủ bên trên là đất không thấm. 8.7.1.2 Kết cấu tiêu thoát nước thân đập và nền đập phải đáp ứng các yêu cầu sau: a) Đủ khả năng thoát được toàn bộ lượng nước thấm qua thân đập và nền đập; b) Đảm bảo hạ được đường bão hòa không lộ ra mái dốc hạ lưu, đáp ứng yêu cầu ổn định chân mái dốc hạ lưu đập; c) Trường hợp mực nước hạ lưu rất cao (khi tháo lũ) và đường bão hòa thấm xuất hiện ở mái hạ lưu thì kết cấu tiêu thoát nước phải loại trừ hiện tượng đùn đất ở mái đập; d) Không để xảy ra xói ngầm đất ở thân đập và nền đập; e) Không để xảy ra xói ngầm ở bản thân bộ phận thoát nước; f) Thuận tiện cho quan trắc và sửa chữa. 8.7.1.3 Các trường hợp sau đây có thể không cần bố trí kết cấu tiêu thoát nước nếu kết quả tính toán ổn định thấm cho phép: a) Đập xây dựng trên nền thấm nước mạnh, mực nước ngầm thấp, đường bão hòa trong thân đập đi xuống nền và nền đóng vai trò là vật thoát nước của đập; b) Khối đắp phía hạ lưu của thân đập là vật liệu rời, kích thước hạt lớn (cuội sỏi, đá hộc), có tác dụng như một vật thoát nước (mặt đường bão hòa thấm không lộ ra ở mái dốc hạ lưu đập); c) Đập có bộ phận chống thấm dạng tường nghiêng hay lõi giữa có khả năng chống thấm lớn, lưu lượng thấm nhỏ, đường bão hòa sau bộ phận chống thấm hạ thấp xuống ngay nền; d) Đập có chiều cao dưới 5 m; e) Đập không thường xuyên chịu áp lực nước. 8.7.1.4 Thông thường kết cấu tiêu thoát nước ở hạ lưu thân đập được chia thành các kiểu (loại) chính sau đây: a) Lăng trụ; b) Áp mái; c) Gối phẳng; d) Ống và dải lọc; e) Giếng giảm áp; f) Hỗn hợp tiêu nước kiểu ống khói. 8.7.1.5 Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình đập như loại đập, điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn của nền đập (kể cả bờ vai đập), tính chất cơ lý của vật liệu làm bộ phận tiêu thoát nước, điều kiện thi công, quản lý khai thác, khả năng xâm thực của nước tại khu vực công trình mà lựa chọn kiểu kết cấu tiêu thoát nước và giới hạn phạm vi bố trí kết cấu tiêu thoát nước phù hợp. Tại những khu vực khác nhau của đập có thể sử dụng loại kết cấu tiêu thoát nước khác nhau. Tại một khu vực của đập cũng có thể đồng thời kết hợp hai hoặc nhiều hơn hai kiểu tiêu thoát nước nói trên. 8.7.1.6 Ở hạ lưu đập, sau các hệ thống tiêu thoát nước cần bố trí tiếp bộ phận thu nước mưa, nước thấm qua thân đập và nền đập bằng mương rãnh, ống tiêu hay giếng tập trung nước tiêu để theo dõi, đo đạc lượng nước thấm qua đập. 8.7.2 Kết cấu tiêu thoát nước kiểu lăng trụ 8.7.2.1 Kết cấu tiêu thoát nước kiểu lăng trụ áp dụng cho các đoạn đập nằm ở lòng sông, nơi chân mái dốc hạ lưu đập thường xuyên bị ngập trong nước, xem sơ đồ hình 5. 8.7.2.2 Lăng trụ tiêu thoát nước có cấu tạo chủ yếu bằng đá đổ, có thể kết hợp làm đê quây có tầng lọc ngược phục vụ công tác ngăn dòng lấp sông và chống trượt cho mái đập hạ lưu. Thiết kế lăng trụ tiêu thoát nước phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau đây: a) Cao trình đỉnh của lăng trụ cao hơn mực nước cao nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập, có xét đến chiều cao sóng leo, với độ an toàn không nhỏ hơn 0,5 m; b) Chiều rộng đỉnh lăng trụ không nhỏ dưới 2,0 m; c) Mặt tiếp xúc giữa mái trong của lăng trụ với thân đập phải bố trí lớp chuyển tiếp theo hình thức tầng lọc ngược. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế tầng lọc ngược theo TCVN 8422: 2010; d) Khi cần hạ thấp đường bão hòa hơn nữa, có thể làm lăng trụ kết hợp gối phẳng. Chiều dài của bộ phận chống thầm này bằng khoảng 1/3 chiều rộng ở đáy đập. a) Kiểu lăng trụ b) Kiểu hỗn hợp lăng trụ và áp mái c) Kiểu hỗn hợp lăng trụ và gối phẳng CHÚ DẪN: 1 Đường bão hòa thấm; 2 Tầng lọc ngược; 3 Lăng trụ đá đổ; d o Độ vượt cao của đỉnh kết cấu tiêu thoát nước so với mực nước thiết kế ở hạ lưu (MNHL); MN max Mực nước lớn nhất đã xảy ra ở hạ lưu đập. Hình 5 - Sơ đồ cấu tạo của một số dạng tiêu thoát nước kiểu lăng trụ 8.7.3 Tiêu thoát nước kiểu áp mái Tiêu thoát nước kiểu áp mái thường áp dụng cho các đoạn đập nằm trên thềm sông ít bị ngập nước hoặc chỉ bị ngập khi mực nước lũ dâng lên. Kiểu tiêu thoát nước này không có tác dụng hạ thấp đường bão hòa nhưng lại có tác dụng bảo vệ chân mái dốc đập không bị trượt. Cao trình đỉnh kết cấu áp mái phải cao hơn điểm ra của đường bão hòa trên mái hạ lưu từ 1,5 m trở lên, xem sơ đồ a của hình 6. 8.7.4 Tiêu thoát nước kiểu gối phẳng Tiêu thoát nước kiểu gối phẳng (xem sơ đồ b của hình 6) thường áp dụng ở hạ lưu đập không có nước để hạ thấp đường bão hòa, tiêu thoát nước cho cả thân đập và nền đập nhất là ở các nền sét có xuất hiện áp lực kẽ rỗng. Chiều dài của bộ phận tiêu thoát nước gối phẳng phụ thuộc vào yêu cầu hạ thấp đường bão hòa, đảm bảo đường bão hòa thấm không xuất hiện trên mái và không làm ướt mái đập do hiện tượng mao dẫn gây ra, nhưng không vượt quá 1/3 chiều rộng đáy đập. Chiều dày của kết cấu gối phẳng phải đảm bảo tiêu thoát được lượng nước thấm qua đập và thuận lợi cho thi công để đảm bảo chất lượng của kết cấu. 8.7.5 Tiêu thoát nước kiểu ống và dải lọc Tiêu thoát nước kiểu ống được làm bằng các ống bê tông hoặc ống xi măng amiăng có lỗ thu nước ở xung quanh ống (xem sơ đồ c của hình 6). Xung quanh các ống thu nước được đắp lớp lọc ngược. Cách mỗi đoạn từ 50 m đến dưới 200 m dọc theo chiều dài ống thu nước có bố trí một giếng quan trắc. Mặt cắt ngang của ống thu nước được xác định theo chế độ chảy không áp trong ống. Loại kết cấu này kết hợp với đống đá tiêu nước hạ lưu thường được áp dụng trong đập đắp hỗn hợp nhiều khối, trong đó phần ống lọc tiêu nước phải bố trí ở phần tiếp giáp giữa khối chống thấm và khối tựa hạ lưu, thảm đá bố trí ở chân ống và nối ống với lăng trụ đá hạ lưu. a) Kiểu áp mái b) Kiểu gối phẳng c) Kiểu ống d) Kiểu kết hợp gối phẳng và áp mái CHÚ DẪN: 1 Đường bão hòa thấm; 2 Tầng lọc ngược; 3 Ống tiêu nước; 4 Dải tập trung nước thấm; 5 Ống dẫn nước thấm; 6 Rãnh thoát nước; 7 Ống thoát nước dọc chân mái dốc. Hình 6 - Sơ đồ cấu tạo của một số dạng kết cấu tiêu thoát nước cho đập 8.7.6 Tiêu thoát nước kiểu giếng Kết cấu tiêu thoát nước kiểu giếng bố trí ở sau chân đập hạ lưu áp dụng trong trường hợp cần giảm áp lực nước ngầm tại khu vực chân đập khi dưới nền đập có một tầng thấm nước mạnh được phủ trên một tầng không thấm nước mỏng. Trường hợp hệ số thấm ngang của nền lớn hơn rất nhiều so với hệ số thấm theo phương thẳng đứng cũng cần bố trí giếng giảm áp để giảm áp lực thấm phát sinh ở chân đập. Căn cứ vào đặc điểm của đất nền, độ sâu tầng bồi tích, đường viền nền đập, yêu cầu cần giảm áp lực và phạm vi giảm áp lực nước ngầm ở khu vực hạ lưu chân đập mà tính toán xác định khoảng cách giữa các giếng và chiều sâu của từng giếng giảm áp. Thông thường khoảng cách giữa các giếng theo hướng dọc theo tuyến đập từ 7,5 m đến 10 m. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế thi công giếng giảm áp theo TCVN 9157: 2012. 8.7.7 Hỗn hợp t iêu thoát nước kiểu ống khói Kết cấu hỗn hợp tiêu thoát nước kiểu ống khói bao gồm ống lọc thu nước thấm bố trí thẳng đứng hoặc nghiêng (kiểu ống khói), thảm đá dăm sạn tiêu thoát nước bố trí ở chân ống khói và nối ống khói với lăng trụ đá tiêu thoát nước ở chân đập hạ lưu. Kết cấu tiêu thoát nước này áp dụng có hiệu quả cho trường hợp vật liệu đắp đập là không đồng nhất và dị hướng, trong đó hệ số thấm nước theo phương ngang lớn hơn nhiều so với phương thẳng đứng. Bộ phận tiêu thoát nước kiểu ống khói phải nằm trên đường bão hòa cao nhất trong thân đập (tại vị trí đặt ống khói) khoảng 0,5 m. Chiều rộng theo phương ngang của ống khói phải đảm bảo điều kiện thi công nhưng không nhỏ hơn 1,5 m. Đối với đập đất đá hỗn hợp nhiều khối, ống khói lọc thu nước phải bố trí ở phần tiếp giáp giữa khối chống thấm và khối tựa hạ lưu. Hình 7 giới thiệu một sơ đồ bố trí hệ thống tiêu thoát nước kiểu ống khói cho đập đắp bằng vật liệu hỗn hợp đất đá một khối có kết cấu bảo vệ mái thượng lưu kết hợp chống thấm cho thân đập. CHÚ DẪN: 1 Lớp gia cố mái thượng lưu kết hợp chống thấm cho thân đập; 2 Đường bão hòa thấm; 3 Ống tập trung nước thấm (ống khói) 4 Dải tập trung nước thấm; 5 Đống đá tiêu nước; 6 Tầng lọc ngược. Hình 7 - Sơ đồ cấu tạo của một dạng kết cấu tiêu thoát nước kiểu ống khói 9 Tính toán thấm, ổn định và lún 9.1 Tính toán thấm qua thân đập và nền đập 9.1.1 Tính toán thấm qua thân đập và nền đập cần tương ứng với các điều kiện làm việc của đập và tổ hợp tải trọng tác động nêu tại 5.2. Tùy từng trường hợp cụ thể của đập mà lựa chọn mặt cắt tính toán phù hợp. Nội dung tính toán là phải xác định được các thông số sau đây của dòng thấm: a) Vị trí mặt trên của dòng thấm (đường bão hòa) trong thân đập và vai đập; b) Lưu lượng nước thấm qua thân đập, nền đập và vai đập; c) Građient thấm của dòng thấm trong thân đập và nền, đặc biệt chú ý tại vị trí sau: - Nơi dòng thấm đi vào bộ phận tiêu nước phía hạ lưu của đập; - Mặt tiếp xúc giữa các khối đắp có các đặc trưng khác nhau; - Mặt tiếp xúc của các kết cấu chống thấm; - Vị trí đi ra của dòng thấm. 9.1.2 Gradient dòng thấm (ký hiệu là J k ) tại các vị trí đặc trưng trong thân đập và nền đập (trong các khối đắp và khối chống thấm ở thân đập, các lớp đất đá ở nền đập, khu vực tiếp giáp giữa các khối đắp bằng các loại vật liệu khác nhau, khu vực tiếp giáp giữa thân đập với nền đ ậ p và vai đập) không nhỏ hơn các trị số gradient cho phép được nêu trong bảng 4 sau đây, nếu lớn hơn bắt buộc phải có biện pháp xử lý và b ảo vệ phù hợp. Bảng 4 - Giá trị gradient trung bình cho phép [ J k ] của dòng thấm trong thân đập và nền đập Vị trí tính toán Loại đất đá Cấp đập II III IV Trong khối đắp thân đập Sét 1,20 1,30 1,30 Á sét 0,85 0,90 0,90 Cát trung bình 0,60 0,65 0,65 Á cát 0,50 0,55 0,55 Cát mịn 0,45 0,50 0,50 Trong đất đá ở nền đập Đất sét 0,80 0,90 1,08 Đất á sét (sét pha) 0,40 0,45 0,54 Đất cát hạt lớn 0,35 0,40 0,48 Đất cát hạt trung bình 0,25 0,28 0,34 Đất cát hạt nhỏ 0,20 0,22 0,26 Đá phong hóa hoàn toàn Từ 2,0 đến 5,0 Đá phong hóa mạnh Từ 5,0 đến 10,0 Đá phong hóa yếu (từ nhẹ đến vừa) Từ 10,0 đến 20,0 Đá tươi, phong hóa không đáng kể ³ 20 9.1.3 Có thể tham khảo TCVN 4253: 2012 hoặc TCVN 9143: 2012 để tính toán thấm qua thân đập và nền đập. CHÚ THÍCH: Nếu điều kiện địa chất của n ề n đập phức tạp gồm nhiều lớp xen kẽ có hệ số thấm khác nhau, khi tính toán thấm qua nền có thể đơn giản hóa cấu trúc nền theo quy tắc sau: 1) Các lớp mỏng nằm cạnh nhau có hệ số thấm khác nhau trong phạm vi 5 lần có thể quy đổi thành một lớp có hệ số thấm bằng giá trị bình quân gia quyền của các lớp đó; 2) Trường hợp nền đập có 2 lớp, nếu lớp dưới dày hơn lớp trên và hệ số thấm nhỏ hơn 1/100 hệ số thấm của lớp trên thì lớp dưới có thể được coi như là lớp tương đối không thấm. 9.2 Tính toán ổn định mái đập, tường nghiêng và lớp bảo vệ 9.2.1 Mặt cắt để tính toán ổn định mái đập phải có điều kiện làm việc bất lợi nhất về chống trượt. Căn cứ vào đặc điểm địa hình khu vực xây dựng đập, điều kiện chất nền đập, kết cấu mặt cắt ngang đập, điều kiện làm việc của đập để lựa chọn các mặt cắt tính toán phù hợp. 9.2.2 Tính toán ổn định mái đập, tường nghiêng và lớp bảo vệ mái đập cần tương ứng với các điều kiện làm việc của đập và tổ hợp các tải trọng tác động nêu tại 5.2. Các trường hợp tính toán ổn định mái đập theo 6.7.3 của TCVN 8216: 2009. 9.2.3 Tùy từng trường hợp cụ thể của từng đập khi thiết kế mà lựa chọn phương pháp tính toán ổn định phù hợp. C ó thể sử dụng phương pháp nêu trong các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành, đang được giảng dạy trong các trường đại học kỹ thuật có liên quan, trong TCVN 4253: 2012, hoặc sử dụng các phần mềm chuyên dụng đã được kiểm định như GEO-SLOPE/W. Kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định chống trượt không được nhỏ hơn trị số quy định tại 5.3. 9.3 Tính toán lún 9.3.1 Tính toán độ lún của đập để xác định tổng khối lượng vật liệu cần thiết cho thi công đập, xác định cao trình thi công đỉnh đập cũng như các bộ phận cấu tạo của thân đập đáp ứng yêu cầu thiết kế. Tính toán lún ở các khu vực khác nhau của đập còn nhằm đánh giá mức độ lún không đều để có giải pháp xử lý phù hợp đảm bảo an toàn cho công trình. 9.3.2 Tính toán độ lún thực hiện cho các mặt cắt ngang đặc trưng của đập theo một số mặt cắt thẳng đứng đi qua các bộ phận công trình có cấu tạo vật liệu khác nhau như tường tâm, tường nghiêng,... 9.3.3 Tổng độ lún ổn định của đập ký hiệu là S, đơn vị là cm, bao gồm lún của bản thân đập trong quá trình nén vật liệu thân đập (ký hiệu là S d , đơn vị là cm) và lún nền (ký hiệu là S n , đơn vị là cm): S = S d + S n (4) 9.3.4 Độ lún ổn định của thân đập S d có thể xác định gần đúng theo công thức sau: S d = 0,1 x H d 3/2 (5) trong đó H d là chiều cao đập, tính bằng mét (m). 9.3.5 Nếu đập đắp trên nền không phải là đá bắt buộc phải tính toán lún nền. Đ ộ lún cuối cùng của nền đập S n được tính theo công thức sau: S n = x h i (6) trong đó: n là số lớp đất trong phạm vi tầng ép lún; e 1i là tỷ lệ lỗ hổng của lớp đất thứ i dưới tác dụng của lực tự trọng trung bình; e 2i là tỷ lệ lỗ hổng của lớp đất thứ i dưới tác dụng chung của lực tự trọng trung bình và ứng lực phụ trung bình; h i là độ dày lớp đất thứ i, cm. 9.3.6 Độ sâu tính toán của tầng ép lún nền đập xác định như sau: a) Nền có mô đun biến dạng E lớn hơn 5,0 MPa: (7) b) Nền là đất yếu có mô đun biến dạng E từ 5,0 MPa trở xuống: (8) trong đó: s b là ứng suất do trọng lượng bản thân của đất ở mặt lớp tính toán, Pa; s z là ứng suất phụ thêm của đất ở mặt lớp tính toán, Pa; c) Nếu bề dày tầng ép lún thực tế nhỏ hơn kết quả tính toán của công thức trên thì lấy độ sâu tầng ép lún thực tế để tính toán độ lún. 9.3.7 Có thể tham khảo phương pháp tính lún trong TCVN 4253: 2012 để tính toá n độ lún cho công trình đập hỗn hợp đất đá. CHÚ THÍCH: Cao trình đỉnh đập khống chế khi thi công và nghiệm thu có xét đến ảnh hưởng của lún được xác định theo công thức sau: Z tc = Z đ + S t (9) trong đó: Z tc là cao trình đỉnh đập ở cuối giai đoạn thi công (dùng để nghiệm thu công trình), m; Z đ là cao trình đỉnh đập th eo tính toán thiết kế, được xác định theo công thức (1), m ; S t là độ lún của đập còn tiếp diễn sau khi thi công, m, xác định theo công thức sau : S t = S - S 0 (10) S là độ lún ổn định của đập, được xác định theo công thức (4), m ; S 0 là độ lún của đập đã xảy ra trong thời gian thi công xây dựng, m. 10 Yêu cầu về nền đập và thiết kế xử lý nền đập 10.1 Yêu cầu chung 10.1.1 Nền móng của đập hỗn hợp đất đá nếu không thỏa mãn các điều kiện về thấm, cường độ chịu lực và biến dạng, hoặc không đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật sau đây đều phải xử lý bằng phương pháp thích hợp trước khi xây dựng: a) Có cường độ chịu nén lớn hơn áp suất đáy móng lớn nhất có thể phát sinh trong các trường hợp tính toán thiết kế; b) Có mô đun biến dạng lớn hơn mô đun biến dạng của công trình; c) Có hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của các bộ phận chống thấm được sử dụng cho thân đập 3 . 10.1.2 Các yêu cầu khác về chất lượng nền đập theo 4.2.1 của TCVN 8216: 2009. Yêu cầu khảo sát nền đập và phương pháp thiết kế xử lý nền đập có thể tham khảo điều 7 của TCVN 8216: 2009. 10.2 Nền đập là đá 10.2.1 Nền là đá gốc, đá phong hóa có mô đun biến dạng lớn hơn mô đun khối đắp chính đều có thể sử dụng làm nền cho thân đập. Nếu lớp mặt không đạt yêu cầu nêu trên thì phải bóc bỏ đến độ sâu đáp ứng được yêu cầu và có biện pháp xử lý thích hợp. 10.2.2 Những bộ phận liên quan đến kết cấu chống thấm của đập như chân tường chống thấm (tường nghiêng, tường lõi) tối thiểu phải đặt lên mặt trên của lớp đá phong hóa vừa. 10.2.3 Nếu trong tuyến đập có đoạn nền là cát cuội sỏi dày khó bóc bỏ triệt để thì cho phép dùng làm nền đập khi đã có các giải pháp xử lý kết cấu, chống thấm, làm chặt và giải pháp thi công phù hợp. Độ chặt tương đối của lớp cát cuội sỏi nền không được thấp hơn 75 %. Phải kiểm soát lún, biến dạng để tránh hiện tượng nứt tách, treo lõi. 10.2.4 Phải có giải pháp kỹ thuật phù hợp để xử lý các khe nứt, đứt gãy, vùng mặt nền bị cà nát, mềm yếu đảm bảo độ bền chịu tải, độ bền thấm và ổn định trượt, đảm bảo vận tốc thấm trong các khe nứt của nền đá phải nhỏ hơn vận tốc thấm tới hạn cho phép (ký hiệu là V k ). Có thể tham khảo phụ lục E để xác định vận tốc thấm tới hạn V k trong các khe nứt của nền đá có bề rộng lớn hơn 1,0 mm. 10.2.5 Khi chọn giải pháp thiết kế khoan phụt vữa xi măng vào nền đá để xử lý các khe nứt và chống thấm phải tuân theo TCVN 8645: 2011. 10.3 Nền đập không phải là đá 10.3.1 Khi nền không phải là đá nhưng đủ khả năng chịu tải và biến dạng lún nằm trong giới hạn cho phép thì chỉ cần dọn sạch tầng đất phủ thực vật trên mặt, bóc bỏ những nơi có đất tơi xốp, hoặc tiến hành làm chặt bằng phương pháp đầm nện tạo phẳng cần thiết. Khi mặt nền là đất yếu không đạt yêu cầu chịu tải hoặc có biến dạng lớn hơn giới hạn cho phép phải bóc bỏ toàn bộ, hoặc bóc bỏ một phần, hoặc xử lý bằng phương pháp thích hợp. 10.3.2 Khi áp dụng biện pháp chống thấm bằng sân phủ thượng lưu kết hợp tường nghiêng là tầng thấm nước mạnh có chiều dầy lớn không thể bóc bỏ được thì phải thỏa mãn các yêu cầu sau: a) Không xói ngầm ở trong nền và dưới đáy sân phủ; b) Thỏa mãn nguyên tắc tầng lọc ngược hoặc tầng chuyển tiếp giữa đất sân phủ và đất nền, không để xảy ra hiện tượng biến dạng thấm phá hoại sân phủ và đập. Nếu điều kiện nền tự nhiên không thỏa mãn yêu cầu của tầng lọc ngược thì phải bố trí các lớp lọc ngược giữa sân phủ và nền. 10.3.3 Nếu đập có tường lõi hoặc tường nghiêng chống thấm (không có sân phủ thượng lưu) thì kết cấu lõi hoặc tường nghiêng chống thấm phải đặt trên nền thấm nước yếu. Nếu tầng thấm yếu ở dưới sâu thì phải tạo chân khay hoặc tường hào để nối tiếp lõi với tầng thấm yếu. 10.3.4 Chỉ áp dụng biện pháp xử lý chống thấm bằng tường răng khi chiều dầy của tầng nền thấm nước dưới 15 m, mực nước ngầm thấp, điều kiện thi công thuận lợi bằng phương pháp đào lộ thiên và đắp lại bằng đất chống thấm. 10.3.5 Màn chống thấm bằng khoan phụt dung dịch xi măng hoặc xi măng - sét được áp dụng khi nền bồi tích dày trên 10 m, phía dưới là đá nứt nẻ mạnh hoặc trong nền có lẫn đá dăm, đá tảng lớn, hoặc nước ngầm có tính ăn mòn kim loại mạnh. 10.3.6 Tường hào xi măng - ben tô nít áp dụng với mọi loại nền bồi tích về độ sâu, thành phần hạt, mực nước ngầm. 10.3.7 Tường chống thấm bằng cừ thép áp dụng khi đập chỉ cần chống thấm trong phạm vi lớp bồi tích không có tảng đá lăn, chiều dày lớp bồi tích phù hợp với chiều dài thông dụng của cừ thép. 10.3.8 Nếu khu vực nền đập và hai vai đập có mối gây hại nên áp dụng phương pháp thiết kế xử lý theo TCVN 8479: 2010. 10.3.9 Khi áp dụng các giải pháp công nghệ mới trong thiết kế xử lý nền đập phải đảm bảo gradient cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán (ký hiệu là J tb ) thấp hơn giá trị quy định trong bảng 4. 11 Nối tiếp đập với nền, hai bờ vai đập và các công trình xây đúc Mặt tiếp xúc giữa thân đập với nền, bờ và các công trình xây đúc khác phải có giải pháp nối tiếp phù hợp đảm bảo không sinh ra xói ngầm gây mất ổn định cho công trình. Tùy từng trường hợp cụ thể của công trình đập, có thể áp dụng điều 8 của TCVN 8216:2009 và các quy định sau đây để thiết kế xử lý các nối tiếp: a) Đối với nền đá: Cần loại bỏ lớp đất đá phong hóa ở trên bề mặt đã bị phá hủy, vỡ vụn, lớp trầm tích aluvi lắng đọng ở các khe nứt, làm sạch bề mặt nền. Các hố khoan và hố đào để khảo sát địa chất nền hoặc các vết nứt trên nền đá, các hang hốc tự nhiên hoặc nhân tạo đều phải được lấp kín bằng bê tông hoặc vữa xi măng. Tất cả các vết nứt kiến tạo có phương từ thượng lưu về hạ lưu đều phải xử lý chống thấm bằng biện pháp thích hợp. Mặt nền cần bạt phẳng và cạy hết đá long rời; b) Đối với nền đất: cần loại bỏ lớp phủ thực vật, đất có rễ cây hoặc đất đã bị đào xới thành hang hốc cho các loài sinh vật sinh sống. Đất nền là sét mềm yếu có cường độ kháng cắt thấp, nền là đất lún ướt, hoặc có hàm lượng chất hòa tan trong nước hoặc có hàm lượng chất hữu cơ vượt quá giới hạn cho phép, hoặc có khả năng bị hóa lỏng khi tiếp xúc với nước và động đất đều phải loại bỏ. Công việc xử lý nền để đáp ứng được yêu cầu ổn định công trình nêu tại điều 10 của tiêu chuẩn này. Phần nền của bộ phận chống thấm (tường nghiêng hoặc sân phủ) cần đào sâu hơn so với vùng khác còn độ sâu đào phụ thuộc vào điều kiện thực tế của công trình, xem 8.6.2.1.5; c) Nếu lớp bề mặt nền là đất đá dễ bị phong hóa thì phải có biện pháp xử lý khắc phục. Biện pháp đơn giản và ít tốn kém nhất là đắp đập phủ kín bề mặt nền ngay sau khi bề mặt nền đã được dọn sạch và cường độ chịu tải của nền đáp ứng yêu cầu của thiết kế; d) Nối tiếp hai vai đập với bờ: cần bạt mái nền ở hai vai đập đảm bảo độ dốc của mái đào m ở vai đập không nhỏ hơn 0,5 (m ³ 0,5), tránh tạo thành các chỗ gãy khúc quá lớn; e) Với bờ đá dốc đứng, chỗ nối tiếp cần được bạt mái, làm gờ hay bậc rồi đổ bê tông để tạo bề mặt thích hợp cho sự nối tiếp với vai đập (nên xử lý tạo ra mái dốc thỏa mãn điều kiện m ³ 0,5). Những khe hẹp có thể đổ vữa xi măng hoặc đắp đất đầm chặt; f) Trong phạm vi nối tiếp với bộ phận chống thấm và các lớp chuyển tiếp với bờ thì độ dốc của từng đoạn không được lớn hơn 75 o . 12 Yêu cầu về thiết kế tổ chức thi công 12.1 Căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng công trình đập (như sơ đồ cấu tạo mặt cắt ngang đập, khối lượng xây dựng và yêu cầu của từng loại vật liệu đắp đập; đặc điểm về địa hình, địa chất và địa chất thủy văn; đặc điểm thủy văn sông suối và khí tượng - khí hậu; khả năng cung ứng lao động, vật tư, thiết bị, vật liệu xây dựng; điều kiện giao thông thủy bộ và các nguồn lực tự nhiên có thể khai thác trong khu vực xây dựng công trình) để thiết kế tổ chức thi công và lập tiến độ thi công xây dựng phù hợp. Cần kết hợp hài hòa giữa biện pháp thi công cơ giới và thi công thủ công. Phải sử dụng tối đa ở mức có thể nguồn vật liệu dễ khai thác và sẵn có ở khu vực xây dựng công trình. 12.2 Thiết kế dẫn dòng thi công xây dựng công trình đập theo TCVN 9160: 2012. Thiết kế các tuyến đường bộ phục vụ thi công theo TCVN 9162: 2012. 12.3 Nếu vật liệu dùng để đắp đập có chỉ tiêu không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng quy định tại điều 7 của tiêu chuẩn này bắt buộc phải thiết kế biện pháp xử lý vật liệu phù hợp đáp ứng yêu cầu của công trình. 12.4 Thiết kế biện pháp thi công xử lý nền móng phải đáp ứng yêu cầu quy định tại điều 10 của tiêu chuẩn này. 12.5 Thiết kế phân đoạn, phân đợt thi công phải đảm bảo không tạo ra các khe thi công trên mặt bằng liên thông từ thượng lưu xuống hạ lưu. Khi thiết kế xây dựng khối gia tải để tăng ổn định nền và chân khay hạ lưu thì phải coi nó như một bộ phận của mặt cắt đập chính thức. Đỉnh của khối gia tải này phải nằm trên điểm ra của đường bão hòa mặt cắt đập thi công đợt 1. 12.6 Cao trình đắp của mặt cắt tạm thời trong phân kỳ xây dựng và tốc độ lên cao đập được xác định bởi các điều kiện về ngăn dòng, yêu cầu giữ nước ở từng thời kỳ và đặc tính cơ lý của vật liệu đưa vào đắp đập. Căn cứ vào loại đập được lựa chọn, điều kiện địa chất, phân bố dòng thấm và bộ phận thoát nước, tổng tiến độ thi công xây dựng công trình, điều kiện về hướng dòng, phòng lũ, tình trạng sử dụng của vật liệu đắp và đặc tính của các loại vật liệu đưa vào sử dụng để phân chia mặt cắt tạm thời và tốc độ lên cao đập phù hợp. 13 Yêu cầu thiết kế bố trí và lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc 13.1 Hệ thống thiết bị quan trắc phải đáp ứng các yêu cầu sau: a) Cung cấp số liệu chính xác và kịp thời hiện trạng vận hành công trình. Số liệu quan trắc phải liên tục. Thời gian quan trắc, số lần quan trắc, mức độ chi tiết và chính xác của số liệu quan trắc theo quy định của cơ quan tư vấn và chủ đầu tư; b) Phải quan trắc đồng thời các hiện tượng khi chúng có quan hệ với nhau; c) Kết quả đo đạc phải được chỉnh biên, lập thành bảng biểu, xây dựng dữ liệu để phân tích, đánh giá và rút ra kết luận. 13.2 Căn cứ vào điều kiện làm việc và sơ đồ cấu tạo mặt cắt ngang của công trình đập để lựa chọn đối tượng quan trắc, loại thiết bị quan trắc, vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc và phương pháp quan trắc phù hợp. Đối với các công trình đập hỗn hợp đất đá cấp II và cấp III cần thực hiện quan trắc cho các đối tượng cơ bản sau đây: a) Đối với thân đập: 1) Quan trắc chuyển vị (chuyển vị đứng và chuyển vị ngang); 2) Quan trắc độ ổn định của mái đập; 3) Quan trắc thấm (thấm qua thân đập và nền đập); 4) Quan trắc mực nước thượng, hạ lưu đập; 5) Quan trắc biến dạng của các bộ phận bê tông cốt thép nằm trong đập; b) Đối với các kết cấu gia cố chống thấm bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc bằng các loại vật liệu kiên cố khác không phải là đất: 1) Quan trắc chuyển vị; 2) Quan trắc thấm; c) Ngoài những thiết bị quan trắc nêu trên, những công trình xây dựng trong vùng động đất cần bố trí thiết bị quan trắc địa chấn v.v... CHÚ THÍCH: Đối với đập cấp IV, tùy từng trường hợp cụ thể của công trình có thể xem xét không lắp đặt thiết bị quan trắc và không quan trắc cho một số đối tượng nêu trên. 13.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết kế bố trí thiết bị quan trắc theo TCVN 8215: 2009. Phụ lục A (Quy định) Phân cấp công trình đập hỗn hợp đất đá A.1 Công trình đập hỗn hợp đất đá được phân thành 5 cấp gồm cấp đặc biệt, cấp I, cấp II, cấp III và cấp IV, tùy thuộc vào tùy thuộc vào quy mô công trình hoặc tầm quan trọng, mức độ ảnh hưởng của nó đến phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng. Công trình ở các cấp khác nhau sẽ có yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Công trình cấp đặc biệt có yêu cầu kỹ thuật cao nhất và giảm dần ở các cấp thấp hơn, được quy định trong bảng A.1. A.2 Phải xác định cấp theo từng tiêu chí quy định trong bảng A.1. Cấp công trình đập hỗn hợp đất đá là cấp cao nhất trong số các cấp xác định theo từng tiêu chí nói trên. A.3 Cấp công trình xác định theo bảng A.1 được xem xét nâng lên một cấp (trừ công trình cấp đặc biệt) nếu xảy ra sự cố vỡ đập có thể gây thiệt hại to lớn về kinh tế - xã hội và môi trường ở hạ lưu. Bảng A.1- Phân cấp công trình đập hỗn hợp đất đá Tiêu chí phân cấp Loại nền Cấp công trình đập Đặc biệt I II III IV 1. Hồ chứa nước có dung tích ứng với mực nước dâng bình thường, 10 6 m 3 >1 000 >200 ¸ 1 000 >20 ¸ 200 ³ 3 ¸ 20 < 3 2. Chiều cao lớn nhất của đập hỗn hợp đất đá, m A > 100 >70 ¸ 100 >25 ¸ 70 >10 ¸ 25 £ 10 B - > 35 ¸ 75 >15 ¸ 35 >8 ¸ 15 £ 8 C - - >15 ¸ 25 >5 ¸ 15 £ 5 CHÚ THÍCH: 1) Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình: - Nhóm A: nền là đá; - Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng; - Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo; 2) Chiều cao đập tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập; 3) Ký hiệu ¸ trong bảng có nghĩa là “từ … đến”. Ví dụ > 35 ¸ 75 là từ lớn hơn 35 m đến 75 m. A.4 Không xem xét giảm cấp đối với công trình đập hỗn hợp đất đá. A.5 Việc xác định cấp công trình quy định từ A.1 đến A.4 do tư vấn thiết kế đề xuất, được cấp có thẩm quyền chấp thuận. Phụ lục B (Quy định) Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tác động lên công trình đập hỗn hợp đất đá B.1 Các tải trọng tác động lên công trình B.1.1 Các tải trọng thường xuyên Tải trọng thường xuyên là tải trọng tác động liên tục trong suốt thời kỳ xây dựng và khai thác công trình, bao gồm: a) Trọng lượng của bản thân công trình và các thiết bị cố định đặt trên và trong công trình; b) Áp lực nước tác động trực tiếp lên bề mặt công trình và nền; áp lực nước thấm (bao gồm lực thấm và lực đẩy nổi thể tích ở phần công trình và nền bị bão hòa nước; áp lực ngược của nước lên bề mặt không thấm của công trình) tương ứng với trường hợp làm việc sau: - Mực nước lớn nhất khi xảy ra lũ thiết kế trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước làm việc bình thường; - Mực nước dâng bình thường nhưng thiết bị lọc và tiêu nước bị hỏng. B.1.2 Các tải trọng tạm thời B.1.2.1 Tải trọng tạm thời là tải trọng có thể không xuất hiện ở một thời điểm hoặc thời kỳ nào đó trong quá trình xây dựng và khai thác công trình. B.1.2.2 Tải trọng có thời gian tác động tương đối dài gọi là tải trọng tạm thời dài hạn, bao gồm các tải trọng sau đây: a) Áp lực đất phát sinh do biến dạng nền và kết cấu công trình hoặc do tải trọng bên ngoài khác; b) Áp lực bùn cát lắng đọng trong thời gian khai thác. B.1.2.3 Tải trọng có thời gian tác động ngắn gọi là tải trọng tạm thời ngắn hạn, bao gồm các tải trọng sau đây: a) Áp lực sinh ra do tác dụng của co ngót và từ biến; b) Tải trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong đất bão hòa nước khi chưa cố kết hoàn toàn ở mực nước dâng bình thường, trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước làm việc bình thường; c) Tác động nhiệt lên trên công trình và nền trong thời kỳ thi công và khai thác của năm có biên độ dao động nhiệt độ bình quân tháng của không khí là trung bình; d) Tải trọng do tàu, thuyền và vật trôi (neo buộc, va đập); e) Tải trọng do các thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển và các máy móc, kết cấu khác (như cần trục, cẩu treo, palăng), chất hàng có xét đến khả năng chất vượt thiết kế; f) Áp lực do sóng (được xác định theo tốc độ gió lớn nhất trung bình nhiều năm); g) Tải trọng gió; h) Tải trọng do dỡ tải khi đào móng công trình. B.1.2.4 Tải trọng xuất hiện trong các trường hợp làm việc đặc biệt gọi là tải trọng tạm thời đặc biệt. Các tải trọng tạm thời đặc biệt có thể tác động lên công trình gồm: a) Tải trọng do động đất hoặc nổ; b) Áp lực nước tương ứng với mực nước khi xảy ra lũ kiểm tra; c) Tải trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong đất bão hòa nước khi chưa cố kết hoàn toàn ứng với mực nước kiểm tra lớn nhất trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước làm việc bình thường hoặc ở mực nước dâng bình thường nhưng thiết bị lọc và tiêu nước bị hỏng; d) Áp lực nước thấm gia tăng khi thiết bị chống thấm và tiêu nước không làm việc bình thường; e) Tác động do nhiệt trong thời kỳ thi công và khai thác của năm có biên độ dao động nhiệt độ bình quân tháng của không khí là lớn nhất; f) Áp lực sóng khi xảy ra tốc độ gió lớn nhất thiết kế; g) Tải trọng phát sinh trong mái đất do mực nước tăng đột ngột và hạ thấp đột ngột (rút nước nhanh); h) Tải trọng sóng cao do động đất gây ra ở hồ chứa. B.2 Tổ hợp các tải trọng tác động lên công trình B.2.1 Khi thiết kế công trình phải tính toán theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra theo tổ hợp tải trọng đặc biệt. B.2.2 Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng và tác động: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn mà đối tượng đang thiết kế có thể phải tiếp nhận cùng một lúc. B.2.3 Tổ hợp tải trọng đặc biệt vẫn bao gồm các tải trọng và tác động đã xét trong tổ hợp tải trọng cơ bản nhưng một trong chúng được thay thế bằng tải trọng (hoặc tác động) tạm thời đặc biệt. Trường hợp tải trọng cơ bản có xét thêm tải trọng do động đất hoặc nổ cũng được xếp vào tổ hợp đặc biệt. Khi có luận cứ chắc chắn có thể lấy hai hoặc nhiều hơn hai trong số các tải trọng hoặc tác động tạm thời đặc biệt để kiểm tra. Tư vấn thiết kế phải lựa chọn đưa ra tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt bất lợi nhất có thể xảy ra trong thời kỳ thi công và khai thác công trình. Phụ lục C (Tham khảo) Xác định chiều cao sóng leo C.1 Trường hợp mái đập chỉ có một độ dốc và không có cơ Chiều cao sóng leo trên mái đập của sóng đến từ hướng vuông góc với bờ, được xác định theo các trường hợp sau: a) Trường hợp hệ số mái dốc m từ 1,5 đến 5,0, áp dụng công thức sau: R slp = (C.1) b) Trường hợp hệ số mái dốc m nhỏ hơn hoặc bằng 1,25 (m £ 1,25), áp dụng công thức sau: R slp = K D x K w x K p x R 0 x (C.2) c) Trường hợp hệ số mái dốc m nằm trong khoảng từ 1,25 đến 1,50 (1,25 < m < 1,50), chiều cao sóng leo được nội suy từ trị số m = 1,25 và m = 1,50. trong đó: R slp là chiều cao sóng leo có tần suất luỹ tích là p; K D là hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng, phụ thuộc vào tính chất của vật liệu gia cố mái đập, lấy theo bảng C.1; K­ W là hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào tỷ số , lấy theo bảng C.2; W là tốc độ gió thiết kế, m/s; h là độ sâu nước trung bình trước đập, m; K­­ p là hệ số tính đổi tần suất luỹ tích của chiều cao sóng leo, xác định theo bảng C.3. Tần suất luỹ tích chiều cao sóng leo lấy bằng 2 %; m là hệ số mái dốc, m = cotg a với a là góc nghiêng của mái đập so với phương ngang, độ ( 0 ); ­ là chiều cao trung bình của sóng trước đập; L­ S là chiều dài sóng trước đập; R 0 là chiều cao sóng leo khi không có gió, mặt dốc trơn và không thấm nước (K­­­­­­­­­­ D = 1,0). Chiều cao trung bình của sóng = 1m, trị số R­­ 0 xác định theo bảng C.4. Các đại lượng , L s và yếu tố khác của sóng do gió xác định theo phụ lục A của TCVN 8421: 2010. Bảng C.1 - Hệ số nhám và tính thấm của mái đập K­ D Loại hình gia cố bảo vệ mái đập K D 1. Trơn phẳng không thấm nước (bê tông nhựa đường) 1,0 2. Bê tông và tấm lát bê tông 0,9 3. Trồng cỏ Từ 0,85 đến 0,90 4. Đá xây Từ 0,75 đến 0,80 5. Đá hộc lát hai lớp (nền không thấm nước) Từ 0,60 đến 0,65 6. Đá hộc lát hai lớp (nền thấm nước) Từ 0,50 đến 0,55 7. Khối vuông bốn chân (lắp đặt một lớp) 0,55 Bảng C.2 - Hệ số kinh nghiệm K w W/ £ 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 ³ 5,0 K W 1,00 1,02 1,08 1,16 1,22 1,25 1,28 1,30 Bảng C.3 - Hệ số tính đổi K P cho tần suất luỹ tích chiều cao sóng leo /h P, % 0,1 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 10,0 13,0 20,0 50,0 < 0,1 2,66 2,23 2,07 1,97 1,90 1,84 1,64 1,54 1,39 0,96 Từ 0,1 đến 0,3 2,44 2,08 1,94 1,86 1,80 1,75 1,57 1,48 1,36 0,97 > 0,3 2,13 1,86 1,76 1,70 1,65 1,61 1,48 1,40 1,31 0,99 CHÚ THÍCH: là chiều cao sóng leo trung bình. Bảng C.4 - Trị số R O m = cotg a 0,00 0,50 1,00 1,25 R O , m 1,24 1,45 2,20 2,50 C.2 Trường hợp mái đập có cơ và có nhiều độ dốc Khi mái thượng lưu của đập có cơ, hệ số mái dốc phía trên cơ là m T và phía dưới cơ là m D khác nhau. Chênh lệch hệ số mái dốc của phía trên cơ và dưới cơ ký hiệu là D m ( D m = m D - m T ). Chiều cao sóng leo tính toán theo các công thức nêu tại C.1 nhưng hệ số mái dốc của đập phải quy đổi thành hệ số mái dốc tương đương m e , được xác định theo các công thức sau đây: a) Trường hợp mái đập phía trên và dưới cơ có cùng hệ số độ dốc ( D m = 0): m e = (C.3) K b = 1 + 3 x (C.4) b) Trường hợp D m > 0, m D > m T : m e = (m T + 0,3 x D m - 0,1 x D m 2 ) x x h b (C.5) c) Trường hợp D m < 0, m D < m T : m e = (m T + 0,5 x D m + 0,08 x D m 2 ) x x h b (C.6) trong đó: h W là chiều sâu nước trên cơ đập, m, lấy như sau: - Khi cơ đập ở dưới mực nước tĩnh thì h W lấy giá trị dương; - Khi cơ đập ở trên mực nước tĩnh thì h W lấy giá trị âm; biểu thị giá trị tuyệt đối của h w , m; b f là chiều rộng của cơ đập, m; L S là chiều dài sóng, m. CHÚ THÍCH : Phương pháp hệ số độ dốc mái tương đương thích hợp với điều kiện m T từ 1,0 đến 4,0; m D từ 1,5 đến 3,0; tỷ số từ -0,067 đến +0,067 ; tỷ số C.3 Trường hợp hướng sóng đến xiên góc với tuyến tim đê Khi hướng sóng đến xiên một góc b , độ ( 0 ) với đường tim đê, chiều cao sóng leo R slP tính toán cần nhân với hệ số K b . Trường hợp mái dốc có hệ số mái dốc m ³ 1,0 hệ số K b xác định theo bảng C.5. Bảng C.5 - Hệ số K b b , độ ( 0 ) £ 15 20 30 40 50 60 K b 1,00 0,96 0,92 0,87 0,82 0,76 Phụ lục D (Tham khảo) Tính toán kích thước kết cấu gia cố bảo vệ mái đập thượng lưu D.1 Kết cấu gia cố bằng đá lát D.1.1 Kích thước tính toán của viên đá lát và bề dầy của lớp gia cố bằng đá lát bảo vệ mái dốc thượng lưu của đập xác định theo các công thức sau: a) Đường kính quy đổi của viên đá lát, ký hiệu là D, đơn vị là m: D = 1,018 x K t x x x h p (D.1) b) Khối lượng của viên đá lát, ký hiệu là Q, đơn vị là kg: Q = 0,525 x g d x D 3 (D.2) c) Bề dầy của lớp gia cố bảo vệ, ký hiệu là t, đơn vị là m: - Khi L s /h p £ 15: t = x D (D.3) - Khi L s /h p > 15: t = x D (D.4) trong đó: g n là khối lượng riêng của nước, kg/m 3 ; g d là khối lượng riêng của viên đá lát, kg/m 3 ; m là hệ số độ dốc của mái đập; h p là chiều cao sóng tương ứng với tần suất gió thiết kế, m; L s là chiều dài sóng trước đập, m; K t là hệ số hiệu chỉnh theo hệ số độ dốc mái, xác định theo bảng D.1: Bảng D.1 - Hệ số hiệu chỉnh K t Hệ số độ dốc m của mái đập 2,0 2,5 3,0 3,5 5,0 Hệ số hiệu chỉnh K t 1,2 1,3 1,4 1,4 1,2 CHÚ THÍCH: Các tham số về chiều dài sóng (L s ) và chiều cao sóng (h p ) có thể xác định theo phụ lục A của TCVN 8421:2010. D.1.2 Có thể sơ bộ xác định kích thước trung bình của viên đá và chiều dày của lớp bảo vệ mái bằng đá lát khan theo bảng D.2 sau đây: Bảng D.2 - Kích cỡ và chiều dày lớp gia cố bảo vệ mái đập bằng đá lát khan Chiều cao sóng, m Kích cỡ trung bình của viên đá lát D50, cm Chiều dày nhỏ nhất của lớp gia cố, cm Chiều dày nhỏ nhất của lớp lót, cm Từ 0,0 đến 0,6 25 30 15 Từ 0,6 đến 1,2 30 45 15 Từ 1,2 đến 1,8 38 60 23 Từ 1,8 đến 2,4 45 75 23 Từ 2,4 đến 3,0 52 90 30 D.2 Kết cấu gia cố bằng lớp phủ bê tông cốt thép D.2.1 Kết cấu đổ liền khối hoặc đổ theo tấm lớn sau đó lấp kín các khe nối bằng bê tông D.2.1.1 Ổn định chung của kết cấu gia cố cứng dạng lớp che phủ liên tục bằng bê tông cốt thép được đánh giá bởi khả năng chống đẩy trôi dưới tác dụng của áp lực ngược. Điều kiện ổn định được đảm bảo nếu chiều dày của lớp gia cố bằng bê tông cốt thép ký hiệu là d , đơn vị là m, không nhỏ hơn giá trị tính theo các công thức (D.5) và (D.6). d 1 = (D.5) d 2 = (D.6) trong đó: h p là chiều cao sóng tính toán ứng với tần suất gió thiết kế, m; x , y và k là các tham số đặc trưng kích thước một chiều của biểu đồ áp lực đẩy nổi của sóng phụ thuộc vào hệ số độ dốc của mái đập, lấy giá trị trong bảng D.2: Bảng D.2 - Giá trị của các tham số x , y và k theo hệ số độ dốc mái đập m Hệ số mái dốc m x y k 2,0 0,40 1,2 1,2 2,5 0,30 1,2 1,1 3,0 0,30 1,6 1,1 3,5 0,30 1,6 0,9 Từ 4,1 đến 4,5 0,25 1,9 0,8 n là hệ số vượt tải: n = 1,10; B 1 là khoảng cách từ mép nước trên mái dốc ứng với mực nước dâng bình thường đến giới hạn trên của lớp gia cố bê tông cốt thép, m; B 2 là khoảng cách từ mép nước trên mái dốc ứng với mực nước dâng bình thường đến giới hạn dưới của lớp gia cố bê tông cốt thép, m; B là khoảng cách giữa giới hạn trên và giới hạn dưới của lớp gia cố tính toán, m; g là khối lượng riêng của nước, kg/m 3 ; g t là khối lượng riêng của vật liệu gia cố bê tông cốt thép, kg/m 3 ; a là góc nghiêng của mái dốc đập so với phương ngang, độ ( 0 ). D.2.1.2 Chiều dày của lớp gia cố nguyên khối bằng bê tông cốt thép (tấm có lưới cốt thép, khớp nối được đổ bê tông lấp kín và đầm chặt bảo đảm tính nguyên khối của kết cấu) cũng không được lấy nhỏ hơn 0,1 h p . D.2.1.3 Chiều dày của tấm bê tông liền khối được kiểm tra về khả năng chống đẩy nổi toàn bộ tấm dưới tác dụng của áp lực ngược theo công thức sau: d = 0,07 x K a x h p x x x (D.7) trong đó: B là chiều dài tấm theo phương vuông góc với đường mép nước; K a là hệ số dự trữ (hay hệ số an toàn), lấy từ 1,25 đến 1,50; Các thông số khác như g n , g t , m, L s và h p đã giải thích trong các công thức đã nêu. D.2.2 Kết cấu gia cố hở bằng tấm bê tông cốt thép lắp ghép D.2.2.1 Ổn định của tấm gia cố nằm tự do trên mái dốc chịu tác động của sóng phụ thuộc chủ yếu vào kích thước tấm và độ dày của tấm. Chiều dày của tấm bê tông cốt thép ký hiệu là d , đơn vị là m, đặt tự do trên mái đập có hệ số độ dốc mái từ 2,0 đến 5,0 khi tổng diện tích các lỗ thoát nước chiếm từ 2,5 % đến 6,0 % tổng diện tích của tấm, tải trọng tác động của sóng có kể đến lực đẩy nổi tĩnh và hệ số vượt tải từ 1,20 đến 1,30 được xác định theo công thức: d = 0,6 x x (D.8) trong đó: B t là chiều dài tương đối của cạnh bên của tấm, xác định theo công thức B t = B /h p ; B là chiều dài cạnh bên của tấm theo phương vuông góc với đường mép nước, m; K n là hệ số ngập tương đối của tấm bê tông trong môi trường nước có hàm khí dưới tác động của tải trọng đẩy nổi tính toán, trị số K n phụ thuộc vào B t , lấy theo bảng D.3: Bảng D.3 - Giá trị của hệ số K n B t K n B t K n < 1,0 1,00 Từ 2,8 đến 3,5 0,63 Từ 1,0 đến 1,2 0,87 Từ 3,5 đến 4,3 0,60 Từ 1,2 đến 1,5 0,75 Từ 4,3 đến 5,0 0,55 Từ 1,5 đến 2,2 0,71 Từ 5,0 đến 6,0 0,50 Từ 2,2 đến 2,8 0,67 > 6,0 0,50 a là góc nghiêng của mái dốc đập so với phương ngang, độ ( o ); Các thông số khác như g n , g t và h p đã giải thích trong các công thức trước. Phụ lục E (Tham khảo) Một số chỉ tiêu thiết kế của khối đá đắp thân đập và vận tốc thấm cho phép trong các khe nứt của nền đá E.1 Một số chỉ tiêu thiết kế của khối đá đắp thân đập Để đảm bảo chỉ tiêu kháng cắt của khối đá đắp ổn định, yêu cầu về độ rỗng n của khối đá đắp và kích thước lớn nhất của viên đá đắp khi bố trí tại các khu vực khác nhau trong thân đập như sau: a) Khối đắp ở phía thượng lưu: n từ 20 % đến 25 %, cỡ đá lớn nhất không quá 600 mm; b) Khối đắp ở phía hạ lưu: n từ 23 % đến 28 %, cỡ đá lớn nhất không quá 1 000 mm; c) Khối đắp ở vùng chuyển tiếp: n từ 18 % đến 22 %, cỡ đá lớn nhất không quá 300 mm; d) Khối đá đổ vùng đệm: n từ 15 % đến 20 %, cấp phối liên tục, cỡ đá lớn nhất không quá 100 mm, cỡ đá có kích thước 5 mm chiếm từ 30 % đến 50 % và 0,075 mm không lớn hơn 8,0 %. Tùy từng trường hợp cụ thể về điều kiện làm việc của công trình đập, tư vấn thiết kế lựa chọn độ rỗng n của khối đá đắp phù hợp. E.2 Vận tốc thấm cho phép trong các khe nứt của nền đá Vận tốc thấm tới hạn V k trong các khe nứt của nền đá có bề rộng lớn hơn 1,0 mm phụ thuộc vào loại vật liệu nhét trong các khe nứt của nền đá, lấy theo quy định sau: a) Đất sét: V k = 0,50 cm/s; b) Đất sét pha: V k = 0,30 cm/s; c) Đất cát pha với gradient cột nước cục bộ lớn hơn hoặc bằng 0,03: V k = 0,15 cm/s. Thư mục tài liệu tham khảo [ 1 ] DL/T 5395-2007 Design specification for rolled earth-rock fill dams - Electric Power Industry standards of People’s Republic of China; [ 2 ] TCVN 3116: 1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm nước ; [ 3 ] TCVN 8217: 2009 Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phân loại; [ 4 ] TCVN 9902: 2015 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê sông; [ 5 ] 14TCN 143-2004 Hồ chứa nước Cửa Đạt tỉnh Thanh Hoá - Công trình đầu mối thủy lợi - Tiêu chuẩn thiết kế (Giai đoạn thiết kế kỹ thuật + Tổng dự toán và Bản vẽ thi công + Dự toán); [ 6 ] 14TCN 110 -1996 Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thủy lợi. 1 Tốc độ nước rút (hoặc tăng) trung bình một ngày đêm từ 1,0 m nước trở lên. 2 Hệ số mềm hoá K m là tỷ số giữa cường độ kháng nén tức thời một trục của đá ở trạng thái bão hòa nước với cường độ kháng nén tức thời một trục ở trạng thái hong khô. 3 Nền móng của công trình dâng nước tạo hồ có hệ số thấm nhỏ hơn 1,16x10 -5 cm/s, lượng hút nước đơn vị dưới 0,01 l/(min.m 2 ) được coi là nền ít thấm nước và không phải xử lý về thấm.