14TCN157:2005

Tiêu chuẩn ngành 14TCN 157:2005 về thiết kế đập đất đầm nén do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TIÊU CHUẨN NGÀNH 14TCN 157:2005 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN (ban hành theo Quyết định số 3060/QĐ-BNN-KHCN ngày 04 tháng 11 năm 2005 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và PTNT) 1. QUY ĐỊNH CHUNG 1.1. Đối tượng và phạm vi áp dụng 1.1.1. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật trong công tác thiết kế mới, thiết kế sửa chữa nâng cấp Đập đất các loại từ cấp I đến cấp V (theo TCXDVN 285-2002) được thi công theo phương pháp đầm nén (gọi chung là Đập đất đầm nén) 1.1.2. Tiêu chuẩn này áp dụng bắt buộc trong các bước thiết kế của các giai đoạn đầu tư xây dựng công trình thủy lợi. Nội dung và mức độ thiết kế thực hiện theo các quy định có liên quan trong tiêu chuẩn “Thành phần, nội dung và khối lượng lập các dự án đầu tư thủy lợi (14 TCN-118-2002)” và “Tiêu chuẩn thành phần, nội dung và khối lượng lập thiết kế công trình thủy lợi (14 TCN-119-2002)”. Tiêu chuẩn này cũng có thể dùng để sơ bộ xác định các thông số cơ bản của Đập đất trong giai đoạn quy hoạch khai thác nguồn nước. 1.2. Định nghĩa và phân loại đập đất 1.2.1. Định nghĩa Đập đất đầm nén là đập xây dựng bằng các loại đất (kể cả vật liệu đào từ các hố móng công trình, các loại đá phong hóa mạnh, phong hóa hoàn toàn) được thi công bằng phương pháp đầm nén có tác dụng dâng và giữ nước nhưng không cho phép để nước tràn qua. 1.2.2. Phân loại Đập đất 1. Theo kết cấu mặt cắt ngang Đập a. Đập đồng chất: Đập được đắp chủ yếu bằng một loại đất có cùng nguồn gốc có các đặc trưng cơ lý lực học gần giống nhau. b. Đập nhiều khối: Đập được đắp bằng nhiều loại đất không có cùng nguồn gốc, có đặc trưng cơ lý lực học không giống nhau được sắp xếp thành nhiều khối (2, 3 hoặc 4, 5 khối). c. Đập có tường lõi chống thấm bằng vật liệu mềm hoặc cứng. d. Đập có tường nghiêng chống thấm thượng lưu bằng vật liệu mềm hoặc cứng. 2. Theo yêu cầu chống thấm ở nền kết hợp chống thấm thân đập, có các dạng mặt cắt a. Đập có sân phủ kết hợp tường nghiêng hoặc tường lõi chống thấm. b. Đập có chân khay kết hợp tường lõi chống thấm hoặc tường nghiêng chống thấm. c. Đập có màng phụt vữa chống thấm kết hợp tường lõi chống thấm. d. Đập có tường hào chống thấm (vật liệu mềm hoặc cứng), thường kết hợp với lõi chống thấm. 3. Theo tính chất của nền Đập a. Đập đất trên nền đá. b. Đập đất trên nền không phải là đá, có thể phân theo nền mềm và nền cứng. - Nền cứng là nền đá phong hóa vừa, nhẹ, tươi. - Nền mềm là nền đá phong hóa mạnh và đất 4. Theo chiều cao đập, được phân ra Đập rất cao – đập cao – đập vừa và đập thấp. Phạm vi xác định loại đập phụ thuộc chiều cao lớn nhất của đập và tính chất đất nền (theo bảng 2-2-2 trong “Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam – Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế” – TCXDVN 285 – 2002). 1.2.3. Một số từ ngữ và thuật ngữ sử dụng trong tiêu chuẩn 1. Mức độ áp dụng tiêu chuẩn - “Phải”, “cần phải”: có ý nghĩa “bắt buộc tuân thủ”. - Cần: có ý nghĩa “Nói chung phải tuân thủ” trừ trường hợp cá biệt (khi có luận chứng rõ tính không hợp lý). - “Nên” hoặc “có thể”: có ý nghĩa “khuyến cáo”. 2. Điều kiện làm việc của Đập đất. a. Làm việc bình thường: - Thời kỳ thấm ổn định, ứng với mực nước hồ nằm trong phạm vi từ mực nước dâng bình thường (MNDBT), đến mực nước chết (MNC). - Hồ ở mực nước lớn nhất thiết kế (MNLTK) có xét đến điều kiện rút nước nhanh phát sinh do khai thác bình thường. b. Làm việc không bình thường: Một trong các trường hợp sau: - Thời kỳ thi công. - Hồ ở mực nước lớn nhất kiểm tra (MNLKT) có thể hình thành thấm ổn định - Mực nước hồ giảm nhanh từ MNLKT hoặc từ MNDBT xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đầu mối khi hồ có nguy cơ sự cố vỡ đập nhưng không được thấp hơn MNC. - Các thiết bị tiêu nước làm việc không theo thiết kế (hư hỏng một phần) khi ở MNDBT. - Có động đất khi ở MNDBT. 3. Tên và ký hiệu một số bộ phận chính của đập đất. - Đỉnh đập (ĐĐ). - Mái đập: Được thể hiện hệ số mái m hoặc tỷ số giữa chiều đứng và chiều ngang của mái, ví dụ: m = 1 : 2, 1 : 2,5, 1 : 3,0 Mái thượng lưu ký hiệu là m t , mái hạ lưu ký hiệu là m h . - Tường chắn sóng (TCS). - Lõi chống thấm (LCT). - Tường nghiêng chống thấm (TNCT). - Khối gia tải (KGT). - Chân khay (CK). 4. Các hiện tượng hư hỏng và sự cố thường gặp - Sạt, trượt mái đập (thượng hạ lưu) và nền đập. - Lún, sập cục bộ ở mặt đập. - Thấm mạnh hoặc trôi đất ở nền đập, ở một phần nền tiếp giáp với hạ lưu Đập. - Thấm hoặc sủi nước ở mái đập. - Thấm hoặc sủi nước ở vai đập. - Thấm hoặc sủi nước ở phần tiếp giáp giữa Đập và mang công trình (Cống, Tràn xả lũ). - Lún hoặc chênh lệch lún quá mức cho phép. - Có hiện tượng chuyển vị về phía hạ lưu. - Nứt thân đập: bao gồm nứt ngang và nứt dọc. - Vỡ đập: Đập bị phá hoại không có khả năng giữ nước được nữa. 5. Dung trọng khô của đất (khối lượng thể tích khô của đất) 2. NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 2.1. Yêu cầu chung 2.1.1. Đập đất phải đáp ứng yêu cầu ổn định trong mọi điều kiện làm việc, trong thời gian thi công đến khai thác sử dụng. 2.1.2. Đập đất phải được đảm bảo điều kiện ổn định thấm trong nền đập, thân đập, hai vai đập vùng bờ tiếp giáp và mang các công trình đặt trong đập để không gây ra thấm vượt quá lưu lượng và vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc cuốn trôi vật liệu uy hiếp tính bền vững và tuổi thọ công trình. 2.1.3. Đập đất phải có đủ chiều cao an toàn, chiều cao phòng lún kể cả nền và thân đập. 2.1.4. Khi đập đất phải làm nhiệm vụ dâng và giữ nước của hồ chứa thì công trình xả lũ phải có đủ năng lực, kể cả công trình dự phòng (nếu có) để khi xuất hiện lũ kiểm tra không xảy ra tình trạng nước tràn qua đỉnh đập. 2.2. Yêu cầu về điều kiện địa chất công trình 2.2.1. Chất lượng nền đập có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn vị trí tuyến đập, loại hình kết cấu đập, phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: 1. Đối với nền đá - Cần làm rõ tình hình nứt nẻ và chất lấp nhét là hạt nhỏ dễ bị rửa trôi, mức độ phong hóa, độ bền chịu nén, chống cắt, độ bền thấm, tính chất hòa tan khoáng vật của nham thạch, các lớp xen kẹp mềm yếu có thể bị phá hủy do thấm hoặc bão hòa nước, các phá hủy đứt gãy kiến tạo trong vùng nền đập; hiện tượng Cacxtơ nếu là nền đá vôi, độ dốc mái các vai bờ đập… để có biện pháp xử lý thích hợp được quy định và chỉ dẫn ở điều 5. - Khi vai bờ là mái đá cao, để đảm bảo ổn định lâu dài và an toàn trong khi thi công cần phải xử lý để có độ dốc thoải hơn. 2. Đối với nền không phải là đá - Cần làm rõ nguồn gốc thành tạo, chiều dày, độ nghiêng, thành phần cấp phối hạt, tính thấm nước, độ ép lún, khả năng chịu tải, khả năng sụt lở tiềm ẩn khi bão hòa, khả năng bị xói ngầm, độ bền chống cắt của các địa tầng, và độ dốc các vai bờ đập,… để đánh giá độ ổn định và biến dạng của nền và có biện pháp xử lý thích hợp được quy định và chỉ dẫn ở điều 5. Khi đất nền đập có chứa các tạp chất hòa tan trong nước vượt quá tiêu chuẩn nêu tại điều 3.2 thì chỉ được phép xây dựng khi có các nghiên cứu chuyên đề và giải pháp phòng ngừa tin cậy, sau khi đã tiến hành công tác nghiên cứu thí nghiệm. - Các nền cuội sỏi, nền á sét hoặc cát mịn, nền sét, nền không đồng nhất không có các khuyết tật lớn ảnh hưởng đến tính kinh tế và an toàn của công trình đều có thể làm nền cho các loại hình đập đất đầm nén sau khi đã xử lý bằng các biện pháp thích hợp quy định và chỉ dẫn ở điều 5. - Đối với nền cuội sỏi cần chú ý tính thấm nước lớn và khả năng lôi kéo vật liệu khối đắp của chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo các điều quy định ở điều 5. - Đối với nền á sét hoặc cát mịn cần chú ý tính lún không đều, sụt lở đất tiềm ẩn khi bão hòa, tính thấm nước, khả năng xói ngầm, khả năng hóa lỏng của cát mịn và xói mòn khối đắp hạ lưu trên chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo các điều quy định và chỉ dẫn ở điều 5. - Đối với nền sét cần chú ý độ bền chống cắt, khả năng chịu tải trọng tương ứng với đặc trưng cố kết – thoát nước của chúng để thiết kế kết cấu đập thích hợp. - Đối với nền không đồng nhất, cần chú ý chiều dày và các tính chất cơ lý lực học của các địa tầng để có thiết kế kết cấu đập thích hợp. 2.2.2. Vật liệu đắp đập cần phải thỏa mãn các yêu cầu làm việc của các bộ phận trong thân đập. 1. Vật liệu đắp đập đất đồng chất phải là đất có các chỉ tiêu cơ lý lực học tương đối giống nhau, vật liệu làm bộ phận lọc tiêu thoát nước phải thỏa mãn các yêu cầu quy định ở điều 3. 2. Các vật liệu dùng trong đập đất đầm nén nhiều khối, ngoài việc phải đảm bảo các yêu cầu chung về tính bền vững và tính chịu lực, còn phải thỏa mãn các yêu cầu khác của từng bộ phận trong thân đập, chủ yếu các bộ phận sau đây: - Bộ phận chống thấm: vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu chống thấm tốt, và đảm bảo tính bền vững lâu dài. - Bộ phận chuyển tiếp: Ngoài các yêu cầu chung, vật liệu ở bộ phận này cần có cấp phối hạt phù hợp để không cho vật liệu của 2 khối di chuyển vào các kẽ rỗng của nhau trong quá trình làm việc. - Bộ phận gia tải: phải đảm bảo đập ổn định không bị trượt, sạt trong quá trình làm việc dưới tác dụng của các ngoại lực và trọng lượng bản thân. - Bộ phận lọc tiêu thoát nước: Phải đảm bảo lọc tiêu thoát nước thấm qua thân và nền đập, hạ thấp được đường bão hòa không cho thoát ra trên mái đập. 2.3. Bố trí chung đập đất đầm nén và các hạng mục công trình liên quan 2.3.1. Bố trí Đập đất trong cụm công trình đầu mối cần đạt được các yêu cầu sau đây: 1. Đảm bảo đầy đủ các yêu cầu, nhiệm vụ của dự án và tận dụng tối đa các lợi thế tự nhiên và xã hội khu vực xây dựng công trình. 2. Loại trừ dòng chảy có vận tốc lớn chảy dọc theo mái thượng lưu hoặc dòng nước xói vào chân mái hạ lưu đập. 3. Khả năng tận dụng đê quai vào trong thân đập. 4. Khả năng phân đoạn, phân đợt để dẫn dòng thi công một phần hay toàn bộ lưu lượng của sông khi đang xây dựng được thuận lợi. 2.3.2. Công trình tháo nước (công trình xả ở đáy, xả lưu lượng lũ thi công hoặc lũ khai thác) và công trình lấy nước (tưới, công nghiệp) nên bố trí tách rời đập. Trường hợp phải bố trí trong thân đập thì nên đặt các công trình đó trực tiếp trên nền thiên nhiên ổn định, đồng thời phải thực hiện các biện pháp kết cấu đặc biệt để phòng chống thấm dọc theo mặt tiếp xúc giữa đất đắp của đập với các công trình này và đảm bảo không xói chân đập khi xả lũ, theo các điều quy định ở điều 6. 2.3.3. Khi bố trí công trình lấy nước có áp trong thân đập nên áp dụng các kết cấu sau đây: 1. Ống thép tròn bọc bê tông đối với đập thấp, lưu lượng lấy nước nhỏ. 2. Ống bê tông cốt thép hoặc ống thép đặt trong hành lang kiểm tra đối với đập vừa và cao, lưu lượng lấy nước lớn. 2.3.4. Khi điều kiện tự nhiên thuận lợi, nên bố trí đường hầm tháo nước hoặc cống xả đáy để sử dụng cả trong dẫn dòng thi công và tháo lũ, xả cạn hồ khi cần thiết trong khai thác, nhưng phải có biện pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn cho đập và các hạng mục công trình liền kề (nếu có). 2.3.5. Tuyến đập đất cần căn cứ điều kiện địa hình và khả năng tạo hồ, địa chất công trình vùng tuyến, loại hình đập dự kiến, biện pháp xử lý nền, bố trí các hạng mục công trình trong cụm công trình đầu mối, qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định. 2.3.6. Khi chọn loại hình đập cần xem xét đầy đủ các yếu tố sau đây, thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định: 1. Điều kiện địa hình, địa chất: Chủ yếu xem xét địa hình vùng tuyến, đặc trưng các nham thạch nền và tầng phủ, cấp động đất. 2. Vật liệu xây dựng, trữ lượng các chủng loại, vị trí và điều kiện khai thác vận chuyển nhằm tận dụng tất cả vật liệu sẵn có đặc biệt là vật liệu nằm ở lòng hồ trong đó chú ý trữ lượng và chất lượng vật liệu đất làm bộ phận chống thấm. Khi loại vật liệu này tương đối nhiều thì nên dùng loại đập đồng chất hoặc đập nhiều khối. Khi có ít thì dùng cho loại đập có lõi hoặc tường nghiêng, khi không có thì dùng loại đập có tường lõi hoặc tường nghiêng chống thấm bằng các vật liệu khác (bê tông cốt thép, bê tông átphan…). 3. Điều kiện thi công: Dẫn dòng thi công, tháo lũ thời kỳ đầu, tiến độ và phân đợt, phân đoạn thi công, cường độ đắp đập, điều kiện khí tượng thủy văn, mặt bằng thi công và điều kiện vận chuyển của thiết bị thi công và trình độ cùng kinh nghiệm của đơn vị thi công. 4. Đặc điểm bố trí cụm đầu mối, biện pháp xử lý nền móng, điều kiện liên kết thân đập và các công trình tháo nước dẫn nước. 5. Điều kiện khai thác, tình hình dao động mực nước thượng hạ hưu, yêu cầu bảo vệ vùng hạ lưu. 6. Tổng khối lượng, tiến độ thi công và tổng giá thành của đập đất và cụm công trình đầu mối. 2.3.7. Khi lựa chọn mặt cắt đập, nên theo các khuyến cáo sau đây: 1. Đập đồng chất chỉ nên áp dụng khi ở khu vực công trình chỉ có một loại vật liệu đất tương đối thuần nhất, đáp ứng các điều quy định ở điều 2.2, và chỉ nên dùng cho đập vừa và thấp. Bộ phận tiêu nước ở đập đồng chất cần phải bố trí phù hợp theo các quy định ở điều 4. 2. Đập nhiều khối là xu thế chung cho loại hình đập đất đã được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới và đã phổ biến ở nước ta do tận dụng triệt để các loại đất đá sẵn có tại khu vực xây dựng công trình kể cả đất đá đào thải từ các hố móng, đảm bảo ổn định và bền vững. Các vật liệu sử dụng trong đập đất nhiều khối cần tuân thủ các quy định ở khoản 2 điều 2.2.2. 2.4. Yêu cầu đối với các công trình xây đúc có ảnh hưởng đến an toàn và kinh tế của đập đất đầm nén Các công trình xây đúc liên kết với đập thường có: Công trình tháo nước (tràn, đường hầm, cống xả cát, âu thuyền, …), công trình lấy nước (cống ngầm có áp hoặc không áp, bằng bê tông cốt thép hoặc ống thép bọc bê tông, …), và đập bê tông, cần phải đảm bảo an toàn và bền vững cho đập đất và cho cả cụm công trình đầu mối, bằng các biện pháp quy định và chỉ dẫn ở điều 6. 2.5. Các yêu cầu về môi trường, cảnh quan và thẩm mỹ 2.5.1. Việc thiết kế và xây dựng đập đất cùng các hạng mục trong cụm công trình đầu mối phải chấp hành các quy định có liên quan trong Luật Bảo vệ Môi trường. Cần chú ý các vấn đề sau đây để có biện pháp phòng tránh, khắc phục, giảm thiểu. 1. Gây ô nhiễm dòng chảy quá mức cho phép của sông suối do việc thi công các hố móng công trình, khai thác các mỏ vật liệu và đắp đất, san lấp mặt bằng và sinh hoạt ăn ở của người làm việc trên công trường. Nói chung nước thải cần được xử lý, giảm bụi và tiếng ồn trên công trường. 2. Thay đổi cảnh quan khu vực xây dựng theo chiến hướng xấu đi do các hoạt động phát quang, khai thác gia công vật liệu, đào móng và các bãi thải. Cần quy hoạch và đầu tư để tái tạo thành nơi có thể trồng trọt hoặc nuôi trồng thủy sản sau khi công trình hoàn công. 3. Việc khai thác mỏ vật liệu cát cuội sỏi dễ gây ra xói lở bờ, lòng sông suối sau này cần xem xét để phòng tránh, hạn chế các diễn biến xấu do khai thác vượt quá mức cho phép. 2.5.2. Toàn bộ cụm công trình đầu mối sau khi hoàn thành cần đảm bảo tiêu chuẩn thẩm mỹ xây dựng và phù hợp với cảnh quan, truyền thống văn hóa của địa phương. 2.6. Thiết kế phân đợt, phân đoạn thi công và sửa chữa nâng cấp đập đất đầm nén 2.6.1. Đập đất thường có khối lượng đào đắp lớn, phải thi công trong nhiều năm, mùa mưa có thời đoạn phải ngừng thi công, do đó thiết kế cần nghiên cứu phân đợt thi công và biện pháp xử lý nhằm tránh mọi hư hỏng và sự cố tại các mặt nối tiếp hoặc các khe thi công. 2.6.2. Việc phân đợt, phân đoạn thi công cần căn cứ tình hình cụ thể của công trình như: loại hình đập, điều kiện địa chất nền đập, năng lực tổ chức thi công, các bộ phận chống thấm và tiêu thoát nước, v.v… để xác định. Nói chung, cần tuân thủ các nguyên tắc sau đây: 1. Không được tạo ra các khe thi công đắp đất trên mặt bằng liên thông từ thượng lưu xuống hạ lưu đập. 2. Khi bảo vệ mái đập thượng lưu cần thi công phù hợp với yêu cầu ngăn lũ và tích nước hồ. 3. Khi cần thiết kế khối gia tải để tăng ổn định nền và chân khay hạ lưu thì cần coi nó như một bộ phận của mặt cắt đập chính thức để tiến hành thiết kế. Đỉnh của khối gia tải này phải nằm trên điểm ra của đường bão hòa mặt cắt đập thi đông đợt 1. 2.6.3. Khi chặn dòng cần chú ý tính toán các vấn đề sau đây: 1. Cần kiểm tra ổn định của đoạn đập đất thi công trong giai đoạn này, do phải thi công nhanh để vượt lũ, trong thân và nền đập có khả năng xuất hiện áp lực kẽ rỗng lớn, nhất là đối với đập đất đồng chất và đập có lõi dày và với đất có độ ẩm cao. 2. Đoạn đập này nên thiết kế có mái dốc hướng ngang nhỏ hơn 1:3 ÷ 1:4 để đảm bảo tiếp giáp tốt giữa các khối, tránh phát sinh nứt theo chiều ngang đập, nếu dốc bằng hoặc lớn hơn 1:3 thì phải có biện pháp đầm nén đạt độ chặt cao hơn và phải qua tính toán kiểm chứng, khi cần phải qua thí nghiệm hiện trường để xác định. 2.6.4. Công tác dọn sạch hố móng đập cần thực hiện phù hợp với tiến độ thi công. Các bộ phận chống thấm nền đập (sân phủ, tường chống thấm) phải hoàn thành toàn bộ phần nằm dưới mực nước tích tương ứng. 2.6.5. Tiến độ đắp đập cần phù hợp với tính chất từng loại vật liệu trong thân đập và tính chất nền đập để đảm bảo đập không bị phá hoại trong quá trình thi công do: 1. Nều bị lún đột ngột đối với nền mềm yếu. 2. Khối đất đắp loại sét, á sét bị nứt nẻ, nhất là ở đoạn đập giáp vai đập. 3. Áp lực kẽ rỗng trong đập tăng làm giảm ứng suất hiệu quả, nhất là đất có hệ số thấm nhỏ và hệ số nén lún lớn. Khi thiết kế tổ chức thi công cần khống chế tốc độ lên đập đối với từng đập cụ thể. 2.6.6. Khi lập dự án đầu tư và thiết kế sửa chữa lớn hoặc nâng cấp tôn cao đập đất đầm nén, cần tuân thủ các nguyên tắc sau đây: 1. Khảo sát đánh giá hiện trạng công trình (hiện trạng địa hình, địa chất thân và nền đập, hiện trạng làm việc của đập cũ và các công trình có liên kết với đập) 2. Cập nhật số liệu về lũ và tính toán lại khả năng xả lũ của công trình tháo nước hiện có, nhu cầu cấp nước và khả năng đáp ứng của công trình theo yêu cầu mới, để kiểm tra lại quy mô và kích thước đập và các hạng mục trong cụm công trình đầu mối. 3. Tính toán lại về ổn định thấm và trượt, ứng suất và biến dạng của đập theo hiện trạng và theo yêu cầu của nhiệm vụ dự án nâng cấp tôn cao đập. 4. Khi nâng cấp tôn cao đập đất thường dùng biện pháp tôn cao đắp dày về một phía hạ lưu hoặc thượng lưu. Không nên dùng biện pháp tôn cao kiểu đội mũ (tức ốp cả hai phía và ốp trên đỉnh đập). Khi áp dụng biện pháp này cần có tính toán luận chứng đầy đủ… 3. VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP VÀ TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN 3.1. Công tác điều tra, khảo sát vật liệu đắp đập 3.1.1. Điều tra khảo sát vật liệu đắp đập nhằm xác định vị trí, chất lượng, trữ lượng các mỏ vật liệu đất đá thiên nhiên bao gồm cả vật liệu đào thải từ các hố móng công trình để thiết kế loại hình đập, kết cấu mặt cắt phù hợp, thi công thuận lợi và an toàn bền vững. Công tác khảo sát và thí nghiệm đất đá cần tuân thủ các Tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành liên quan. 3.1.2. Các mỏ vật liệu đất cần khảo sát chủ yếu trong lòng hồ, và hạn chế lấy đất ở hạ lưu; không được lấy các lớp đất có tác dụng chống thấm phủ trên nền cát cuội sỏi và hang động ở vùng hồ tích nước. Không nên lấy ở các đồi núi có tác dụng chắn sóng bảo vệ bờ hồ ở thượng lưu đập. Không được khai thác các mỏ đất nằm gần đập, ở dưới cao trình đỉnh đập trong phạm vi 10Hmax tính từ chân đập về phía thượng hạ lưu và hai vai, trong đó Hmax là chiều cao lớn nhất của đập. 3.1.3. Khối lượng khảo sát vật liệu theo các cấp A, B, C và hệ số dự trữ vật liệu tùy theo giai đoạn thiết kế, được quy định cụ thể trong Tiêu chuẩn 14 TCN 115-2000 “Thành phần nội dung và khối lượng công tác khảo sát địa chất các giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thủy lợi”. Trong quá trình khảo sát cần lấy đủ các loại mẫu đất có tính đại biểu ở các mỏ và tại vị trí các hố móng công trình để thí nghiệm các tính chất cơ lý lực học, hóa học của đất đá. Đối với đất đặc biệt cần phải làm các thí nghiệm bổ sung nhằm xác định tính trương nở, co ngót, lún ướt, áp lực kẽ rỗng… Đối với đất có chứa vật liệu thô sỏi, dăm sạn…, cần thí nghiệm trên mẫu lớn thích hợp. 3.2. Chọn các loại vật liệu dùng đắp đập 3.2.1. Về nguyên tắc, các vật liệu đất đá tại chỗ bao gồm cả sản phẩm phong hóa hoàn toàn, phong hóa vừa đều có thể dùng để đắp đập. Tuy nhiên, vật liệu đắp phải đảm bảo yêu cầu về tính bền vững, tính chịu lực và tính chống thấm phù hợp với điều kiện làm việc của các bộ phận trong thân Đập. Các loại đất sau đây không được dùng để đắp đập trừ trường hợp rất đặc biệt khi có luận chứng tin cậy và biện pháp xử lý thích hợp: - Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan của các muối clorua lớn hơn 5%, của các muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọng lượng. - Đất có hàm lượng chất hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5% hoặc có chất hữu cơ đã phân hủy hoàn toàn ở trạng thái không định hình lớn hơn 8% tính theo trọng lượng. - Đất cát mịn, đất bụi nặng, đất sét nặng. 3.2.2. Đất ở bộ phận chống thấm cần thỏa mãn các yêu cầu sau đây: 1. Hệ số thấm: đối với đập đồng chất không được lớn hơn 1.10 -4 cm/s; đối với tường lõi và tường nghiêng, sân trước không được lớn hơn 1.10 -5 cm/s. 2. Chỉ số dẻo và tính ổn định thấm tốt. 3. Sự thay đổi thể tích khi bão hòa hoặc khô nước tương đối thấp, không ảnh hưởng đến chỉ tiêu độ bền và biến dạng của đập. 3.2.3. Khi vật liệu khan hiếm phải dùng đất loại sét có tính trương nở để đắp đập và làm vật liệu chống thấm trong đập, cần bố trí mặt cắt đập hợp lý và áp dụng một hoặc một số biện pháp sau đây để đảm bảo đập ổn định. Các tính chất cơ lý và đặc tính trương mở - co ngót phải thông qua chuyên đề nghiên cứu riêng để xác định. 1. Đắp lớp bảo vệ và gia tải lên trên tạo áp lực ngoài lớn hơn áp lực trương nở. 2. Giảm nhẹ dung trọng khô, nhưng độ chặt không được thấp hơn 0,95; tăng độ ẩm đất đắp lên trên 2÷3% so với độ ẩm tối ưu W op. 3.2.4. Vật liệu đắp khối gia tải bảo vệ bộ phận chống thấm và các bộ phận chuyển tiếp phải đảm bảo sự ổn định của đập và phải có cường độ chống cắt, chống nén tương đối cao. Phần ở dưới nước của mái hạ lưu và phần ở khu vực dao động mực nước của mái thượng lưu nên đắp bằng vật liệu có tính thấm nước lớn hơn so với bộ phận khối đất được bảo vệ. 3.2.5. Các loại vật liệu rời như cát, đá sỏi, sạn, đá dăm và đá khai thác từ mỏ hoặc đất đá đào thải từ các hố móng công trình đều có thể dùng làm các lớp gia tải, hoặc làm khối gia tải hạ lưu trong đập nhiều khối. Ngoài ra, căn cứ vào tính chất của chúng sử dụng thích hợp vào các bộ phận khác nhau trong thân đập nhiều khối. 3.2.6. Vật liệu làm tầng lọc ngược, tầng chuyển tiếp phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây: 1. Cấp phối hạt phù hợp, hàm lượng hạt có đường kính nhỏ dưới 0,10mm không được lớn hơn 5%. 2. Tính thấm nước theo yêu cầu của kết cấu trong đập. 3. Có độ cứng lớn, khó hòa tan và khó phong hóa. 4. Vật liệu làm tầng lọc ngược nên dùng sỏi cát sạn thiên nhiên và qua sàng tuyển, nếu thiếu có thể dùng hỗn hợp đá dăm nhưng phải dùng loại đá có tính kháng phong hóa và không hòa tan. 3.3. Các đặc trưng cơ lý của nền và vật liệu đắp 3.3.1. Để thiết kế đập được an toàn và kinh tế cần tiến hành khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật, địa chất thủy văn cho nền đập và vật liệu đắp đập nhằm xác định các đặc trưng liên quan đến quy trình thiết kế đập. 3.3.2. Các đặc trưng cơ lý của nền đập được thực hiện theo nội dung yêu cầu của Tiêu chuẩn TCVN 4253-86 “Nền các công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế”. 3.3.3. Các đặc trưng cơ lý của đất đắp đập bằng đất dính, đất hạt rời cần xác định bao gồm: 1. Thành phần hạt. 2. Độ ẩm tự nhiên của đất ở mỏ ứng với các mùa điển hình trong năm W o . 3. Độ ẩm đất đắp W d. 4. Dung trọng khô của đất đắp g ; với đất hạt rời cần xác định thêm các hệ số rỗng: e max tương ứng với trạng thái xốp nhất và e min ứng với trạng thái chặt nhất. 5. Khối lượng thể tích khô của đất đắp g d (dung trọng khô). 6. Khối lượng riêng của đất đắp g s ( » tỷ trọng). 7. Độ ẩm tối ưu của đất đắp W d.opt và khối lượng thể tích khô tối ưu của đất đắp g d.opt . Với đất có sét thí nghiệm xác định các đại lượng này có xét đến công năng của thiết bị đầm sẽ sử dụng. 8. Giới hạn chảy W L và giới hạn dẻo W p của đất có sét. Khi cần thiết còn phải xác định độ ẩm phân tử lớn nhất W m­ cũng như thành phần khoáng vật của hạt sét. 9. Các đặc trưng độ bền bao gồm ma sát trong j , lực dính đơn vị C cũng như độ bền chịu kéo một trục s t (cho trường hợp cần kiểm tra độ bền nứt của bộ phận chống thấm của đập bằng đất có sét) được xác định từ kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp cho các đập từ cấp III trở xuống (trừ đất nền hoặc đất đắp có tính chất đặc biệt) và bằng các thí nghiệm cắt tương ứng khác được nêu trong bảng dưới đây cho các đập từ cấp II trở lên. Với các khối đập sử dụng vật liệu hạt thô có d nhỏ hơn 4,76mm: đất dăm sạn, đất vụn hạt lớn, vật liệu đất đá khai thác từ hố móng, vật liệu đá cần phải tiến hành các thí nghiệm trên các mẫu lớn và thí nghiệm hiện trường để xác định các chỉ tiêu nói trên (theo bảng 3-1) Xác định phương pháp thí nghiệm chỉ tiêu kháng cắt của đất đắp (có d<> Bảng 3-1 Thời gian khống chế ổn định Phương pháp tính toán ứng suất Loại đất đắp Máy sử dụng Phương pháp thí nghiệm và ký hiệu Chỉ tiêu cường độ Trạng thái ban đầu của mẫu Thời kỳ thi công Phương pháp ứng suất hữu hiệu Đất không dính Cắt trực tiếp Cắt chậm C, f Đất đắp dùng mẫu đất có độ ẩm và g khô thiết kế. Đất nền là đất nguyên thổ 3 trục Cắt cố kết - thoát nước (CD) Đất dính Độ bão hòa nhỏ hơn 80% Cắt trực tiếp Cắt chậm 3 trục Cắt không cố kết - không thoát nước (UU), đo áp lực kẽ rỗng Độ bão hòa lớn hơn 80% Cắt trực tiếp Cắt chậm 3 trục Cắt cố kết - không thoát nước (CU), đo áp lực kẽ rỗng Phương pháp tổng ứng suất Đất dính Hệ số thấm <> -7 cm/s Cắt trực tiếp Cắt nhanh C, f Hệ số thấm bất kỳ 3 trục Cắt không cố kết - không thoát nước (UU), đo áp lực kẽ rỗng Thời kỳ dòng thấm ổn định và thời kỳ mực nước hô hấp Phương pháp ứng suất hữu hiệu Đất không dính Cắt trực tiếp Cắt chậm C, f Như trên nhưng mẫu cần phải cho bão hòa trước 3 trục Cắt cố kết - thoát nước (CD) Thời kỳ mực nước hồ chứa rút nhanh Đất dính Cắt trực tiếp Cắt chậm 3 trục Cắt cố kết - không thoát nước, đo áp lực kẽ rỗng (CU) Phương pháp tổng ứng suất Đất dính 3 trục C, f Tùy thuộc vị trí khối đắp trong thân đập mà xác định các đặc trưng bền theo các trạng thái ẩm sau: - Với khối đất đắp luôn nằm trên đường bão hòa cần phải xác định các chỉ tiêu cơ lý ứng với độ ẩm lớn nhất có thể phát sinh trong khối này. - Với khối đắp luôn nằm dưới đường bão hòa cần phải xác định chỉ tiêu cơ lý đối với trạng thái đất đắp bị bão hòa hoàn toàn. - Với khối đắp có khi nằm trên, có khi lại nằm dưới đường bão hòa thì phải xác định chỉ tiêu cơ lý ứng với cả hai trạng thái ẩm nêu trên. Trạng thái ẩm của các khối đắp căn cứ vào chế độ làm việc thực tế sẽ xảy ra trong quá trình xây đập và khai thác lâu dài để quyết định. 10. Tính biến dạng của đất đắp: Hệ số nén lún a, môđuyn biến dạng E và hệ số nở hông (ngang) v. 11. Hệ số thấm k v Với đập đồng chất đắp đập bằng đất có sét với hàm lượng trên 25% cần thí nghiệm hệ số theo phương đứng k v (vuông góc với lớp đắp) và theo phương ngang k h (song song với lớp đắp). 12. Chỉ số độ bền thấm của đất đắp bao gồm građient cột nước tới hạn trồi đất I cr.u , građient cột nước tới hạn xói ngầm I cr.p , građient cột nước tới hạn xói tiếp xúc I cr.c­ và vận tốc thấm tới hạn V cr.s­ . 13. Chỉ tiêu lún sụt của đất lún ướt. 14. Các đặc trưng trương nở co ngót của đất có sét. 3.3.4. Ngoài các đặc trưng nêu trên (độ bền, tính biến dạng, tính thấm) với các đập cấp I, II cần xét đến diễn biến của trạng thái ứng suất trong thân đập trình tự lún đập và khai thác sau này. 3.3.5. Để thiết kế đập cấp I, II ngoài các đặc trưng đất đá đắp đã nêu ở điều 3.3.3 và 3.3.4 cần phải xác định thêm các đặc trưng sau đây: 1. Khi sử dụng vật liệu thô dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đá để đắp đập cần phải xác định độ bền chịu nén tính toán của khối đắp và hệ số biến mềm của nham thạch gốc. 2. Hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang của đất đắp có tính sét với hàm lượng trên 15%. 3.3.6. Giá trị tính toán và giá trị tiêu chuẩn, các đặc trưng của đất đắp cần được xác định bằng phương pháp xử lý thống kê các kết quả của nghiên cứu trong phòng và hiện trường theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4253-86 “Nền các công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế”. 3.4. Lựa chọn các chỉ tiêu thiết kế đầm nén đất đắp đập 3.4.1. Chỉ tiêu đầm nén thiết kế phải được xác định căn cứ theo kết quả nghiên cứu tổng hợp các yếu tố sau đây: 1. Loại hình đập và vị trí các bộ phận khác nhau trong thân đập. 2. Đặc trưng đầm chặt của vật liệu và thiết bị đầm nén được sử dụng. 3. Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩm với các tính chất lực học của đất đắp, và các yêu cầu của thiết kế đối với các tính chất lực học của vật liệu. 4. Dung trọng khô thiên nhiên, độ ẩm thiên nhiên của vật liệu đất, và khả năng xử lý làm khô hoặc tăng ẩm tại hiện trường. 5. Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đối với thi công. 6. Cấp đập đất thiết kế và tác dụng của các tải trọng khác. 7. Cường độ và tính ép lún của đất nền đập. 8. Ảnh hưởng của tiêu chuẩn đầm nén đối với giá thành và mức độ khó dễ cho thi công. 3.4.2. Tiêu chuẩn đầm nén của đất dính có d ≤ 4,76mm thể hiện ở 3 chỉ tiêu chủ yếu là độ chặt, dung trọng khô thiết kế và độ ẩm thích hợp như sau: 1. Độ chặt (còn gọi là hệ số đầm nén) là tỉ số của dung trọng khô thiết kế yêu cầu đất đắp ở thân đập ( g KTK ­) với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm proctor trong phòng ( g Kmax ). a. Đối với đập cấp 3 trở lên, và đập xây dựng ở vùng có động đất cấp 7 trở lên, cần chọn K ≥ 0,97. Đất có nhiều dăm sạn K được chọn với giá trị thấp hơn. b. Đập dưới cấp 3 cần lấy K ≥ 0,95. c. Khi quyết định lựa chọn độ chặt K cần xét đến các nội dung sau đây: - Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu đất và vị trí của nó trong thân đập. - Tải trọng ngoài. - Trạng thái ứng suất – biến dạng. - Phương pháp đắp và đầm chặt vật liệu, cường độ đắp. - Điều kiện thời tiết. 2. Dung trọng khô thiết kế là dung trọng yêu cầu phải đầm nén đạt được đồng đều trong đất đắp ở thân đập, được xác định theo sau khi đã lựa chọn độ chặt theo khoản 1: g KTK = K. g Kmax (tấn/m 3 ) Trong đó: - K là độ chặt được quy định theo khoản 1. - g Kmax là dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm proctor trong phòng ứng với độ ẩm tối ưu. 3. Độ ẩm đất đắp (W d ) là một chỉ tiêu rất quan trọng để đắp đất đạt dung trọng khô thiết kế, được xác định cho mỗi loại đất trên cơ sở độ ẩm tốt nhất (W opt ) tương ứng với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm Proctor và giá thành khối đắp. Trên đường cong đầm nén g d ~ W, độ ẩm nằm trong biên độ từ W min , ở nhánh khô (bên trái) đến W max­ ở nhánh ướt (bên phải) có đỉnh ứng với W opt và g Kmax . Việc lựa chọn độ ẩm thích hợp còn tùy thuộc tính chất của đất, mùa thi công, và các vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau, có thể sơ bộ xác định như sau: a. Độ ẩm thích hợp nằm trong khoảng W d ± (2 ~ 3%) so với trị số độ ẩm tốt nhất. b. Đối với các đất bình thường không có tính chất gì đặc biệt, khi thi công vào mùa khô, chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh trái, còn vào mùa mưa, chọn ở nhánh phải. Khi biện pháp hạ hoặc tăng độ ẩm có khó khăn, không kinh tế, hoặc làm chậm tiến độ thi công có thể phải đắp đất có độ ẩm cao hoặc thấp hơn 3% so với độ ẩm tốt nhất trên cơ sở luận chứng tin cậy vẫn đảm bảo được độ ổn định, độ bền, biến dạng nằm trong giới hạn cho phép. c. Ở các vùng, thường xuyên có độ ẩm không khí cao, số giờ nắng ít, độ ẩm thiên nhiên của đất khá cao, nên chọn bên nhánh phải. Ở các vùng có số giờ nắng nhiều, độ ẩm không khí thấp, độ ẩm thiên nhiên của đất thấp, nên chọn ở nhánh trái. Riêng đối với một số loại đất ở duyên hải Nam Trung Bộ, có một số đặc trưng bất lợi như lún ướt, tan rã hoặc chứa nhiều dăm sạn,… thì nên chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh phải. d. Về nguyên tắc, trong mọi trường hợp, khi thi công cần có các biện pháp đảm bảo đất đắp có độ ẩm thích hợp, để đạt độ chặt theo thiết kế quy định, và phải tuân thủ các quy định có liên quan trong Tiêu chuẩn ngành về thi công đập đất bằng phương pháp đầm nén (14TCN 20-2004). 4. Khi thiết kế trong đồ án cần ghi 2 chỉ tiêu là độ chặt và dung trọng khô g KTK (còn gọi là g CTK – là chỉ tiêu dễ kiểm tra được tại hiện trường thi công). Chỉ tiêu g KTK cần quy định cụ thể cho các loại vật liệu trong các bộ phận của thân đập. Riêng đất đắp ở bộ phận chống thấm (tường nghiêng hoặc tường lõi) cần ghi thêm chỉ tiêu hệ số thấm K. 3.4.3. Khi trong đất dính lượng dăm sạn có d > 4,76mm nhưng không quá 30% trọng lượng cần xác định dung trọng khô lớn nhất thông qua thí nghiệm đầm Proctor cải tiến 3.4.4. Xác định dung trọng khô thiết kế của vật liệu rời gồm cát sỏi, dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đất đá khai thác từ hố móng, vật liệu đá cần tiến hành thí nghiệm ở hiện trường. Dung trọng khô thiết kế được quyết định sau khi xem xét, cân nhắc các nội dung nêu ở điều 3.4.2. Độ rỗng và độ chặt tương đối của các vật liệu rời trong khối đắp sơ bộ nằm trong giới hạn sau: - Khối đắp làm lọc, tầng đệm n = 15-20% - Khối đắp trong vùng chuyển tiếp n = 18-22% - Khối đắp bằng đá n = 20-25% - Khối đắp bằng cuội sỏi D = 0,75-0,85% 3.4.5. Trong việc lựa chọn chỉ tiêu thiết kế của đất đắp đập khi lập đồ án thiết kế và khi tổ chức thi công cần tuân thủ các nguyên tắc sau đây: 1. Khi sử dụng nhiều loại đất để đắp, nhất thiết không được chọn chỉ tiêu trung bình áp dụng chung cho các loại đất đắp mà phải chọn chỉ tiêu tương ứng cho từng loại đất. Trường hợp thiết kế có quy định trộn một số loại đất có sẵn để đắp đập thì phải có quy trình trộn đất và các chỉ tiêu thiết kế tương ứng của vật liệu đất trộn đó. 2. Khi khối đắp trong đập của một loại vật liệu là rất dính có khối lượng trên 200.000m 3 , cần tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường trước khi thi công để xác định công nghệ đắp thích hợp đảm bảo chất lượng đắp đập theo yêu cầu thiết kế, bao gồm: - Độ ẩm thích hợp và các biện pháp xử lý độ ẩm. - Chiều dày thích hợp của lớp đất rải để đầm. - Thiết bị đầm nén. - Số lần đầm tối thiểu và tốc độ đầm phù hợp để đạt chỉ tiêu đầm nén thiết kế. Khi kết quả đầm nén hiện trường có khác biệt so với các chỉ tiêu thiết kế thì phải tiến hành các thí nghiệm bổ sung và nếu cần phải hiệu chỉnh đồ án thiết kế. Đất đắp có chứa trên 10% hàm lượng dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đất đá hố móng, đá đất trộn thêm sạn sỏi có khối lượng trên 100 000m 3 nhất thiết phải tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định các thành phần pha trộn, công nghệ đắp và các chỉ tiêu lực học tương ứng. Khi thi công phải có quy trình tuyển chọn, trộn đất (nếu cần) trước khi đưa vật liệu lên đắp đập. 3.4.6. Vật liệu làm tầng lọc ngược phải phù hợp các điều kiện sau đây: 1. 15% cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc > 5 15% cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ. 2. 15% cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc <> 85% cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ. 3. Đường cong của cỡ hạt vật liệu lọc là một đường gần song song với đường cong của cỡ hạt vật liệu được bảo vệ. Thiết kế tầng lọc ngược phải tuân thủ tiêu chuẩn có liên quan hiện hành. 4. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP ĐẤT 4.1. Cao trình đỉnh đập 4.1.1. Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp của công trình. 4.1.2. Độ vượt cao của đỉnh đập được xác định theo công thức: H d = D h + h sl + a Trong đó: - D h: chiều cao nước dềnh do gió, m. - h sl : chiều cao sóng leo lên mái, m. - a: chiều cao an toàn, m: xác định theo điều 4.1.3. Tần suất gió tính toán sóng leo xác định theo điều 4.1.3. Độ vượt cao của đập quy định khác nhau cho 3 trường hợp: - Mực nước dâng bình thường. - Mực nước lũ thiết kế. - Mực nước lũ kiểm tra. 4.1.3. Chiều cao an toàn và tần suất gió tính toán: 1. Chiều cao an toàn của đập căn cứ cấp của đập và điều kiện làm việc, chọn theo quy định ở bảng 4-1. Chiều cao an toàn a của đập Bảng 4-1 Điều kiện làm việc của hồ chứa Chiều cao an toàn a theo cấp của Đập (m) I II III IV V Ở mực nước dâng bình thường 1,5 1,2 0,7 0,5 0,5 Ở mực nước lũ thiết kế 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 Ở mực nước lũ kiểm tra 0,5 0,3 0,2 0,2 0,0 2. Tần suất gió tính toán theo cấp của Đập và chọn theo quy định ở bảng 4-2 Tần suất gió thiết kế Bảng 4-2 Điều kiện làm việc của hồ chứa Tần suất gió thiết kế theo cấp của Đập (%) I – II III – IV V Ở mực nước dâng bình thường 2 4 10 Ở mực nước lũ thiết kế 25 50 50 Ghi chú: + Trường hợp mức nước lũ kiểm tra không xét đến sóng leo do gió gây ra. + Phương pháp tính toán các yếu tố sóng, chiều cao sóng leo áp dụng theo các tiêu chuẩn ngành hiện hành. 4.1.4. Cao trình đỉnh đập 1. Cao trình đỉnh đập là tổng của cao trình mực nước tính toán của hồ chứa và độ vượt cao của đỉnh đập tương ứng xác định theo các điều 4.1.2, và 4.1.3, chọn giá trị lớn nhất. 2. Nếu trên đỉnh đập dự kiến xây dựng tường chắn sóng loại thẳng đứng, được liên kết với bộ phận chống thấm của thân đập thì độ vượt cao của đỉnh đập được tính từ cao trình mực nước tính toán đến đỉnh tường chắn sóng. Trường hợp này cao trình đỉnh đập đắp phải cao hơn mực nước gia cường kiểm tra tối thiểu 0,30m. 3. Việc xây tường chắn sóng thẳng hoặc cong để hạ thấp đỉnh đập, giảm khối lượng đắp đập, phải thực hiện thông qua tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật. 4.1.5. Độ vượt cao đỉnh đập khi có động đất Khi xây dựng đập đất đầm nén ở vùng động đất cấp 7 trở lên, độ vượt cao của đỉnh đập cần tính toán đến chiều cao của sóng trọng lực phát sinh trong hồ chứa và độ lún đỉnh đập do động đất, theo các quy định riêng về công trình thủy công ở vùng có động đất. 4.2. Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập 4.2.1. Chiều rộng đỉnh đập cần xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác, có xét đến cấp công trình, nhưng không nên nhỏ dưới 5,0m. 1. Khi không có yêu cầu khác, chiều rộng đỉnh đập nên từ 5÷10m đối với đập cấp III trở xuống, 10m trở lên đối với đập cấp I, II. 2. Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường giao thông. Nếu tiêu chuẩn đường giao thông nhỏ hơn thì phải theo quy định của tiêu chuẩn này. 4.2.2. Chiều rộng đỉnh đập ở vị trí nối tiếp với công trình khác cần xác định phù hợp với kết cấu nối tiếp và thường nên tạo ra một mặt bằng rộng hơn. Phần đỉnh ở hai đầu vai đập cần được làm loe ra để có chiều rộng đỉnh đập tại đây rộng hơn, đồng thời tạo mái thoải hơn, có lợi cho ổn định cũng như chống thấm ở vai đập giúp cho việc đi lại của xe máy thuận lợi hơn, và tăng tính thẩm mỹ của công trình. Việc bố trí mở rộng đỉnh hai đầu đập tạo thành mái loe phụ thuộc chủ yếu điều kiện địa hình khu vực vai đập. 4.2.3. Kết cấu và bố trí mặt đỉnh đập cần đảm bảo bền vững, an toàn, thuận lợi trong khai thác và thẩm mỹ. Mặt đỉnh đập cần phải dốc nghiêng về một phía hoặc hai phía với độ dốc 2÷3%, đồng thời làm tốt hệ thống thoát nước xuống mái đập, không được để nước mưa đọng trên mặt đỉnh đập. 4.2.4. Lớp bảo vệ đỉnh đập cần căn cứ, yêu cầu quản lý và các mục đích sử dụng, khả năng đầu tư để chọn một trong các loại vật liệu bảo vệ sau đây: 1. Đất cấp phối cát cuội sỏi đầm chặt. 2. Dăm sỏi xâm nhập nhựa đường. 3. Bê tông nhựa đường. Khi có kế hoạch nâng cao đập trong tương lai gần thì chưa nên làm lớp bảo vệ bằng bê tông. 4.2.5. Khi đỉnh đập có kết hợp đường giao thông cần bố trí cọc tiêu, thanh chắn, hoặc gờ lề đường để đảm bảo an toàn. Nếu không kết hợp giao thông cũng cần có các cọc tiêu chỉ dẫn cho xe công vụ đi lại. Ở các công trình đầu mối có nguồn điện thì trên mặt đỉnh đập có thể bố trí hệ thống đèn cao áp chiếu sáng vừa phục vụ quản lý khai thác vừa nâng cao thẩm mỹ công trình. 4.3. Mái và bảo vệ mái đập 4.3.1. Mái đập phải đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi điều kiện làm việc của đập. Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, tính chất vật liệu của thân đập và nền đập, các lực tác động lên mái (như trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực mao dẫn, lực động đất, lực thủy động, tải trọng ngoài trên đỉnh và mái đập v.v…), điều kiện thi công và khai thác công trình. Khi sơ bộ xác định độ dốc mái được phép sử dụng tài liệu của các đập tương tự đã xây dựng trong khu vực hoặc dùng phương pháp gần đúng, sau đó kiểm tra bằng tính toán theo các quy định ở điều 4.7. Khi ở phía thượng lưu đập có tường nghiêng đắp bằng vật liệu có các chỉ tiêu chống trượt ( j , c) thấp hơn các chỉ tiêu tương ứng của đất đắp thân đập thì độ dốc mái thượng lưu cần xác định trên cơ sở đánh giá khả năng trượt mái nói chung và khả năng trượt của tường nghiêng theo mặt tiếp xúc với thân đập cũng như trượt của lớp bảo vệ trên mặt tường nghiêng. 4.3.2. Trên mái đập, nên bố trí các cơ đập do yêu cầu thi công, kiểm tra sửa chữa trong quá trình quản lý khai thác, do sử dụng đê quai thi công ở thượng lưu và đống đá tiêu nước ở hạ lưu vào thân đập. Số lượng cơ phụ thuộc vào chiều cao đập, điều kiện thi công, kiểu gia cố mái và khả năng ổn định toàn đập. 4.3.3. Ở mái thượng lưu, việc bố trí cơ đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và hình thức bảo vệ mái, nên bố trí cơ đập ở giới hạn dưới của lớp gia cố chính để tạo thành gối đỡ cần thiết, hoặc lợi dụng đỉnh đê quai mái thượng lưu nằm trong đập để làm cơ. Số cơ ở mái thượng lưu thường ít hơn số cơ ở mái hạ lưu. Ở mái hạ lưu, nên bố trí cơ để sử dụng vào việc tập trung và dẫn nước mưa, làm đường công tác, và để tăng độ ổn định mái đập khi cần thiết. Trường hợp có kết hợp đường giao thông trên cơ đập hạ lưu thì cơ phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường. Khoảng 10 đến 15m theo chiều cao đập nên bố trí một cơ. Chiều rộng của cơ không được nhỏ dưới 3m. Trên mái hạ lưu không nên kết hợp làm kênh dẫn nước và các công trình khác (trừ đường giao thông khi có yêu cầu kết hợp). Trường hợp cần bố trí kênh dẫn trên mái đập thì phải có luận chứng kinh tế - kỹ thuật, các biện pháp chống thấm, chống rò nước từ kênh ra phải đảm bảo có độ tin cậy cao. 4.3.4. Mái đập phải được gia cố bảo vệ để chống lại tác động phá hoại của sóng, mưa và các yếu tố phá hoại khác. Hình thức kết cấu bảo vệ mái đập được chọn một trong các hình thức quy định ở điều 4.3.5 và 4.3.10 trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật, đảm bảo các yêu cầu: 1. Kiên cố ổn định, chống đỡ mọi loại phá hoại đối với mái đập, tiêu thoát nước mặt tốt. 2. Tận dụng vật liệu tại chỗ và sử dụng cả vật liệu công nghệ mới, giá thành hợp lý. 3. Thi công đơn giản, quản lý duy tu thuận lợi. 4. Tính thẩm mỹ cao, nhất là ở mái hạ lưu và phần lộ thường xuyên bên trên mực nước ở mái thượng lưu. 4.3.5. Mái đập thượng lưu thường áp dụng các hình thức bảo vệ sau đây: 1. Đá đổ. 2. Đá lát khan. 3. Đá xây vữa từng ô nhỏ có khe co giãn và lỗ thoát nước. 4. Tấm bê tông hoặc bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc tấm đúc sẵn có khe co giãn và lỗ thoát nước. 5. Bê tông nhựa đường từng ô có khe co giãn và lỗ thoát nước. 6. Thực vật áp dụng cho đập thấp, hồ có sóng nhỏ. Cần có biện pháp phòng chống mối. Kích thước lớp bảo vệ xác định theo các quy định và hướng dẫn tính toán hiện hành. 4.3.6. Lớp gia cố mái đập thượng lưu cần phải phân thành đoạn gia cố chính ở vùng chịu tác dụng của sóng lớn nhất thường xảy ra trong thời kỳ khai thác, và đoạn gia cố phụ bố trí ở các vùng còn lại, dọc theo chân mái của phần gia cố chính cần có chân tựa bằng đá xây hoặc bê tông. Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước khai thác thấp nhất (thường là mực nước chết) 2,5m đối với đập cấp 3 trở lên, và dưới 1,5m đối với đập cấp 4. 4.3.7. Khi lựa chọn hình thức gia cố mái đập thượng lưu, cần xét các yếu tố sau đây: 1. Chiều cao sóng leo do gió và tàu thuyền tác dụng lên mái. 2. Đặc tính của vật liệu thân đập và mức độ xâm thực của nước hồ. 3. Trữ lượng các loại vật liệu gia cố có ở khu vực xây dựng và điều kiện sản xuất chúng. 4. Cấp và tính chất đa mục tiêu của công trình. 4.3.8. Hình thức gia cố bằng đá đổ có thể áp dụng trong tất cả các trường hợp khi tại khu vực xây dựng có đầy đủ khối lượng đá sử dụng được, và thuận lợi cho việc thi công bằng cơ giới. Hình thức tấm gia cố bằng đá lát khan hoặc đá xây vữa áp dụng khi không có điều kiện thi công bằng cơ giới. Hình thức tấm bê tông cốt thép và bê tông nhựa đường chỉ nên áp dụng ở vùng hiếm đá và tỏ ra ưu việt về kinh tế hơn so với các hình thức gia cố khác. 4.3.9. Dưới lớp gia cố bảo vệ mái cần bố trí tầng đệm có tác dụng nối tiếp giữa lớp gia cố với thân đập, và có tác dụng của tầng lọc ngược để phòng chống xói trôi đất do sóng và khi nước hồ hạ thấp đột ngột. Cấp phối và chiều dày các lớp đệm cần thiết kế theo các quy định và hướng dẫn thiết kế tầng lọc ngược hiện hành. Thông thường tầng đệm dưới lớp bảo vệ bằng đá xây khan hoặc đá xây vữa gồm 2 lớp: dăm sỏi và cát, chiều dày mỗi lớp tối thiểu 15cm. Với những vùng khan hiếm cát có thể nghiên cứu sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc. 4.3.10. Khi dùng tấm bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường đổ tại chỗ và đá xây vữa để bảo vệ mái cần bố trí lỗ thoát nước để giảm áp lực nước bên trong khi mực nước hồ rút nhanh hoặc do các nguyên nhân khác. Với lớp gia cố bằng bê tông, bê tông nhựa đường bảo vệ kết hợp nhiệm vụ chống thấm cho đập thì không được bố trí lỗ thoát nước. 4.3.11. Mái đập hạ lưu thường áp dụng các hình thức bảo vệ sau đây: 1. Trồng cỏ trên lớp đất màu được phủ trên mái đắp. 2. Rải đá dăm hoặc sỏi dày 0,2m lên toàn bộ mái đập. 3. Đá xây khan. 4. Khuôn bê tông cốt thép trong đổ đá. 5. Các hình thức khác. Hình thức bảo vệ cần lựa chọn phù hợp với tính chất vật liệu đắp ở hạ lưu đập, điều kiện khí hậu và đảm bảo các yêu cầu quy định ở điều 4.3.4. Khi chọn hình thức trồng cỏ cần tránh dùng loại cỏ cây cao ảnh hưởng đến quan sát các hiện tượng xói lở, rò rỉ trên mái đập hoặc tạo cơ hội cho động vật làm hang hốc trong đập. Nên chọn loại cỏ có khả năng chịu hạn thích hợp điều kiện khí hậu ở địa phương. Mái đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến chân đập hoặc đến đỉnh của lăng trụ đá tiêu nước (nếu có). 4.3.12. Đối với đập vừa và cao, cần bố trí hệ thống rãnh thoát nước mưa trên toàn bộ mái đập hạ lưu. Hệ thống rãnh này nên đặt xiên với mặt đập một góc 45 0 để giảm hiện tượng rãnh bị xói do nước chảy. Rãnh được xây bằng đá hoặc bê tông. 4.3.13. Cần bố trí đầy đủ các hạng mục tiêu thoát nước mặt bên trên toàn bộ đập, bao gồm việc tập trung, dẫn thoát nước trên đỉnh đập, mái đập. Việc bố trí hệ thống tiêu nước mặt, kích thước và độ dốc các rãnh tiêu nước được xác định qua tính toán. Khi trên mái đập có cơ thì cần bố trí rãnh tiêu dọc cơ, các rãnh tiêu đứng trên mái đập nên cách 50÷100m dọc đập bố trí 1 rãnh. Cần bố trí rãnh tiêu nước ở các vị trí tiếp giáp mái đập với sườn vai núi. Diện tích tập trung nước tính toán cần kể cả diện tích tập trung nước từ sườn vai núi. Rãnh tiêu có thể xây đúc bằng bê tông hoặc đá xây. 4.4. Bộ phận chống thấm ở thân và nền đập 4.4.1. Bộ phận chống thấm trong đập đất đầm nén có nhiệm vụ: 1. Hạ thấp đường bão hòa trong thân đập để nâng cao độ ổn định đập. 2. Giảm građient thấm trong thân đập và vùng cửa ra, đề phòng các hiện tượng biến dạng của đất 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, dẫn đến đập phá vỡ công trình và nền. 3. Giảm lưu lượng thấm qua thân và nền đập, bờ vai đập nằm trong phạm vi cho phép. 4.4.2. Khi ở vùng xây dựng đập không đủ đất có độ chống thấm lớn để làm đập đồng chất có thể chọn hình thức: tường lõi hoặc tường nghiêng, hoặc đập có nhiều khối. Vị trí của tim tường lõi thường có dạng gần thẳng đứng nằm chính giữa đập hoặc hơi dịch về thượng lưu để tăng khả năng chống thấm và hạ thấp đường bão hòa. Tường nghiêng nằm dọc theo mái thượng lưu và có nhiệm vụ chống thấm cho toàn bộ thân đập, thường được áp dụng ở đập nhiều khối có chiều cao thấp, nền ít biến dạng. Vật liệu làm tường lõi hoặc tường nghiêng có thể là loại đất ít thấm hoặc các vật liệu chống thấm khác không phải là đất như: bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường, vật liệu polyme (hóa dẻo), tường lõi kiểu màn phụt vữa. 4.4.3. Đập có nhiều khối thì bố trí khối chống thấm ở giữa hoặc dịch về thượng lưu. Việc lựa chọn hình thức và vật liệu bộ phận chống thấm ở thân đập cần căn cứ vào loại hình đập đất, chiều cao đập, tính chất của đất đắp thân đập và nền, trữ lượng và chất lượng vật liệu đất, điều kiện thi công, và phải thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án. 4.4.4. Chiều dày tường lõi hoặc tường nghiêng bằng đất phải tăng dần từ đỉnh xuống đáy đập. Với tường lõi bằng đất, chiều dày tối thiểu ở đỉnh lõi được chọn theo điều kiện thi công cơ giới, không nhỏ hơn 3m. Chiều rộng ở đáy không nên nhỏ hơn 1/4 chiều cao cột nước đối với tường lõi, và không nên nhỏ hơn 1/5 chiều cao cột nước đối với tường nghiêng, chiều dày của tường lõi và tường nghiêng còn phải thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm theo biểu thức sau: Trong đó: - d : Chiều dày của tường lõi hoặc tường nghiêng, m. - Z: Độ chênh cột nước trước và sau tường chống thấm, m. - [J] cp : Građient cho phép của đất đắp, có thể lấy: + Đối với đất sét [J] cp = 5÷10. + Đối với đất á sét [J] cp = 4÷6. + Đối với đất á sét nhẹ [J] cp = 3÷4. (Chú ý: Chiều dày tính theo phương vuông góc với mái trên đối với tường nghiêng và theo phương nằm ngang đối với tường lõi) Khi tại khu vực xây dựng có vật liệu đất chống thấm phong phú và gần, thì nên bố trí tường lõi hoặc tường nghiêng có kích thước lớn tăng an toàn chống thấm. 4.4.5. Đỉnh tường lõi hoặc tường nghiêng bằng đất sau khi đập đạt độ lún cuối cùng phải cao hơn mực nước dâng bình thường có kể tới sóng leo và độ dềnh do gió nhưng không được thấp hơn mực nước lũ thiết kế cộng chiều cao an toàn. Chiều cao an toàn là chiều cao từ mực nước lũ thiết kế của hồ chứa đến đỉnh tường chống thấm quy định ở bảng 4-3. Chiều cao an toàn của tường chống thấm trên MNDGC (m) Bảng 4-3 Loại tường chống thấm bằng đất Cấp đập I II III IV~V Tường lõi 0,60 0,50 0,40 0,30 Tường nghiêng 0,80 0,70 0,60 0,50 Trường hợp ở đỉnh đập có tường chắn sóng, và liên kết chặt chẽ với tường chống thấm thì không cần xét đến chiều cao an toàn nêu trên. 4.4.6. Phần đỉnh của tường lõi và tường nghiêng, mặt thượng lưu của tường nghiêng bằng đất sét, á sét cần có lớp bảo vệ chống khô nứt. Chiều dày lớp bảo vệ (kể cả lớp bảo vệ mái thượng lưu) không được nhỏ hơn độ sâu khô nứt của đất ở khu vực công trình. Khi phía hạ lưu tường nghiêng là đất thân đập loại đất hạt lớn thì giữa tường và đất của thân đập cần bố trí tầng lọc chuyển tiếp. Tương tự, cần bố trí tầng chuyển tiếp ở hai bên thượng và hạ lưu của tường lõi khi đất của thân đập là loại đất hạt lớn để chống xói ngầm tường lõi. 4.4.7. Khi tại khu vực xây dựng không có loại đất thích hợp cho bộ phận chống thấm hoặc có điều kiện khí hậu bất lợi cho thi công đất chống thấm, thì cần xem xét áp dụng bộ phận chống thấm không phải bằng đất. Về hình thức chống thấm nên áp dụng một trong các loại hình sau đây: 1. Tường lõi bê tông và bê tông cốt thép. 2. Tường nghiêng bê tông cốt thép. 3. Tường lõi và tường nghiêng bê tông nhựa đường. 4. Tường nghiêng vật liệu hóa dẻo. 5. Tường lõi bằng màn phụt vữa chống thấm. 6. Tường hào xi măng bentonit. 4.4.8. Khi thiết kế các hình thức bộ phận chống thấm thân đập nêu ở điều 4.4.7 cần tuân thủ các tiêu chuẩn và tham khảo các tài liệu chỉ dẫn riêng, đồng thời cần theo các nguyên tắc chung sau đây: 1. Với tường lõi bê tông và bê tông cốt thép: a. Nên dùng loại bê tông cường độ chịu nén không dưới M200, mác chống thấm thích hợp. b. Phải bố trí đầy đủ các khớp nối để phòng chống biến dạng do nhiệt, do lún, do chuyển vị ngang. c. Khi điều kiện kinh tế và khả năng thi công cho phép, nên áp dụng tường lõi bê tông bentonit. 2. Về tường nghiêng bê tông cốt thép: a. Cần kết hợp làm lớp bảo vệ mái đập và chỉ nên áp dụng đối với đập cấp II trở lên, trong loại hình đập đất đá hỗn hợp nhiều khối. b. Cần bố trí đầy đủ các khớp nối nhiệt theo phương ngang và khớp nối lún theo phương dọc. c. Cần đảm bảo các điều kiện độ ổn định trên mái đập, độ bền và không thấm nước. Chiều dày tường ở đỉnh xác định theo điều kiện khí hậu và thi công, nhưng không nên nhỏ dưới 30cm. Chiều dày phần đáy có thể xác định sơ bộ theo công thức sau đây: d = 0,3 + mH. Trong đó: - d: Chiều dày tường nghiêng, m. - H: Cột nước lớn nhất ứng với MNDBT, m. - m: Hệ số kinh nghiệm, thường lấy 0,003 ÷ 0,004. d. Phía dưới tường nghiêng cần có lớp lót. Chiều dày và vật liệu lớp lót tùy thuộc vào kích thước tường nghiêng, đất đắp đập, chiều cao và điều kiện thi công, thông thường lớp lót dày 0,30÷ 0,50m làm bằng cát cuội sỏi, đá dăm đầm chặt. 3. Tường lõi và tường nghiêng bê tông nhựa đường: a. Tường chống thấm bằng bê tông nhựa đường chỉ nên áp dụng ở các vùng có nhiệt độ không khí thấp. Riêng tường lõi thường áp dụng cho đập có biến dạng lún lớn bằng 1,5 ÷ 3% chiều cao đập. b. Tường lõi bê tông nhựa đường phải làm từ bê tông nhựa đường nóng chảy và dẻo, đảm bảo sự làm việc trong trạng thái nén cùng với đất thân đập. Khi đó ứng suất và biến dạng trong tường lõi không được vượt quá trị số tính toán của loại bê tông nhựa đường đã chọn. Chiều dày của tường lõi bê tông nhựa đường xác định theo tính toán xuất phát từ tính chất cơ lý của bê tông nhựa đường, nhiệt độ không khí, biến dạng dự kiến của thân đập và khả năng chịu tải của tường trong thời kỳ thi công và khai thác. Sơ bộ có thể xác định chiều dày theo công thức kinh nghiệm: t = a + 0,003H Trong đó H là cột nước (m) ở mặt cắt tính toán của tường, a = 0,4 ÷ 0,5m. c. Tường nghiêng bê tông nhựa đường cần làm từ bê tông nhựa đường thủy công có các chỉ tiêu cơ lý theo điều kiện thi công và điều kiện khai thác, đảm bảo yêu cầu ổn định của mái đập, độ bền nhiệt, độ bền nước và độ cứng khi chịu tải trọng của sóng, theo tiêu chuẩn riêng. 4. Tường nghiêng vật liệu hóa dẻo: Khi sử dụng vật liệu hóa dẻo (như màng policylen, policyni-lelorist, butil cao su…) làm tường nghiêng chống thấm cần phải đảm bảo chịu được tác dụng cơ học và bức xạ của mặt trời, đảm bảo được 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 hóa 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 đất mái đập tiếp xúc không được làm hư hại vật liệu chống thấm trong quá trình thi công. - Có tuổi thọ phù hợp với yêu cầu của đập. - Không có hại cho môi trường. 5. Tường lõi trong thân đập bằng màn phụt vữa chống thấm: Loại này chỉ nên áp dụng ở đập cấp III trở xuống bằng phương pháp khoan phụt vào tim đập một dung dịch vữa chống thấm có khả năng xâm nhập vào đất 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 được xác định bằng các nghiên cứu thí nghiệm hiện trường theo các quy định riêng. Chiều dày của lõi màn phụt vữa cần lấy không nhỏ dưới 1/10 cột nước công tác của Đập. 4.4.9. Bộ phận chống thấm ở nền đập có nhiệm vụ: Giảm građient thấm, đề phòng biến dạng thấm ở nền đập và giảm lưu lượng thấm qua nền đập. Hình thức chống thấm ở nền đập phụ thuộc vào loại đập, chiều sâu tầng thấm nước và tính chất của nền (nền đá hay nền đất) và điều kiện thi công. Thường có các hình thức sau đây: 1. Chân khay. 2. Sân phủ. 3. Tường hào bê tông bentonit. 4. Màng vữa xi măng. 5. Bản cọc. Việc áp dụng các hình thức chống thấm ở nền đập cần tuân thủ các quy định ở phần 5. 4.4.10. Bộ phận chống thấm ở nền phải nối tiếp tin cậy 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, tạo thành một thể thống nhất không tách rời nền và đập để đảm bảo nhiệm vụ chống thấm quy định ở điều 4.4.1. 4.5. Bộ phận tiêu thoát nước 4.5.1. Đập đất đầm nén phải bố trí bộ phận tiêu thoát nước trong thân đập ở hạ lưu để làm nhiệm vụ: - Thoát nước thấm qua thân và nền đập về hạ lưu, không cho dòng thấm thoát ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu. - Hạ thấp đường bão hòa để nâng cao độ ổn định cho mái hạ lưu. - Ngăn ngừa các biến dạng do thấm. Để đảm bảo các nhiệm vụ trên, bộ phận tiêu thoát nước thân đập phải đáp ứng các yêu cầu sau đây: - Đủ khả năng thoát nước thấm qua thân và nền đập. - Đảm bảo không cho đường bão hòa chảy ra mái đập. Trường hợp đường bão hòa chảy ra mái hạ lưu (khi áp dụng vật thoát nước loại gối phẳng ốp mái) thì phải loại trừ hiện tượng đùn đất ở mái đập. - Cần thiết kế theo nguyên tắc thoát nước tầng lọc ngược. - Không cho phép xói ngầm thân và nền đập. - Không cho phép xói ngầm bản thân bộ phận thấm nước. - Thuận tiện cho quan trắc và sửa chữa. 4.5.2. Các trường hợp sau đây có thể không cần bố trí bộ phận tiêu thoát nước nếu điều kiện ổn định cho phép: 1. Đập xây dựng trên nền thấm nước mạnh, mực nước ngầm thấp, đường bão hòa trong thân đập đi xuống nền. 2. Phần hạ lưu thân đập đắp bằng vật liệu rời kích thước lớn như cuội sỏi lớn, đá hộc, có tác dụng như một vật thoát nước. 3. Đập có bộ phận chống thấm tốt, lưu lượng thấm nhỏ, và đường bão hòa sau bộ phận chống thấm hạ thấp xuống ngay nền. 4. Đập rất thấp (chiều cao đập dưới 5m). 5. Đập không thường xuyên chịu áp lực nước. 4.5.3. Bộ phận tiêu thoát nước ở hạ lưu thân đập có các hình thức chủ yếu sau đây: 1. Lăng trụ. 2. Áp mái. 3. Gối phẳng. 4. Kiểu ống dọc và dải lọc. 5. Kiểu giếng ở chân đập. 6. Hỗn hợp tiêu nước kiểu ống khói. Tại một đập có thể áp dụng nhiều loại kết cấu tiêu thoát nước khác nhau cho từng đoạn đập, cần thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật và phụ thuộc các điều kiện cụ thể của đập sau đây: - Loại đập, điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn của nền đập (kể cả bờ vai đập), khí hậu khu vực công trình. - Tính chất cơ lý của vật liệu làm bộ phận tiêu thoát nước. - Điều kiện thi công. - Điều kiện khai thác. - Khả năng xâm thực của nước tại khu vực công trình. 4.5.4. Lăng trụ tiêu thoát nước áp dụng cho các đoạn đập nằm ở lòng sông khi hạ lưu có nước, khi kết hợp làm đê quai hạ lưu và khi lấp dòng bằng cách đổ đá trong nước, còn có tác dụng chống trượt cho mái đập hạ lưu. Khi thiết kế lăng trụ tiêu thoát nước cần tuân thủ các quy định sau đây: 1. Cao trình đỉnh của lăng trụ cần 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: - 0,5m đối với đập cấp III trở xuống. - 1,0m đối với đập cấp I, II. 2. Chiều rộng đỉnh lăng trụ xác định theo điều kiện thi công và yêu cầu quản lý (quan trắc, kiểm tra) và không được nhỏ dưới 1,50m. 3. Nối tiếp thân đập với lăng trụ thoát nước cần đảm bảo độ bền thấm tiếp xúc bằng việc đặt tầng lọc ngược theo mái trong của lăng trụ. Không hình thành góc nhọn ở chân mái trong của lăng trụ. Khi cần hạ thấp đường bão hòa hơn nữa, có thể làm lăng trụ có tầng tiêu nước nằm ngang. Chiều dài của bộ phận chống thấm này bằng khoảng 1/3 chiều rộng đáy đập. 4.5.5. Tiêu thoát nước kiểu áp mái nên áp dụng ở các đoạn đập nằm ở các thềm sông, ở đập thấp, không bị ngập nước, hoặc thường xuyên không ngập nước. Cao trình đỉnh áp mái phải cao hơn điểm tra của đường bão hòa trên mái hạ lưu tối thiểu 1,50m đối với đập cấp III, IV và 2,0m đối với đập cấp I, II. Khi hạ lưu có nước, kết cấu áp mái đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu bảo vệ mái. 4.5.6. Kết cấu tiêu thoát nước kiểu gối phẳng, thường áp dụng ở đập hạ lưu không có nước, có thể 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 cần thông qua tính toán kinh tế - kỹ thuật để xác định, phụ thuộc yêu cầu hạ thấp đường bão hòa, thường nên nhỏ hơn 1/3 chiều rộng đáy đập. Chiều dài tối thiểu phải đủ để đảm bảo đường bão hòa không ra trên mái và cũng không làm ướt mái đập do hiện tượng mao dẫn gây ra, cần phải thông qua tính toán về thấm để xác định. 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. Đối với đập đồng chất đắp bằng đất thấm nước yếu hoặc ở đập nhiều khối, có thể bố trí tầng tiêu thoát nước nằm ngang tại các cao độ khác nhau, để hạ thấp áp lực kẽ rỗng trong thân đập, thay đổi phương dòng thấm, nâng cao độ ổn định của đập. Vị trí, số tầng, chiều dày mỗi tầng phải xác định qua tính toán, nhưng về chiều dày không nên nhỏ hơn 30cm. 4.5.7. Kết cấu tiêu thoát nước kiểu dải lọc và ống lọc chỉ thích hợp với đập hạ lưu không có nước và chỉ nên áp dụng ở đập đất đồng chất và đập thấp dưới cấp 3, có thể thoát nước cho cả thân đập và nền, hạ thấp đường bão hòa. Kết cấu này chỉ có thể làm việc tốt khi chênh lệch lún ở nền đập không lớn và đập đắp đảm bảo chất lượng. 4.5.8. Kết cấu tiêu thoát nước kiểu giếng ở sau chân đập hạ lưu, nên áp dụng trong trường hợp cần giảm áp lực thủy tĩnh tại vùng quan trọng ở chân đập khi dưới nền đập có một địa tầng thấm nước mạnh được phủ trên một tầng không thấm nước mỏng, hoặc mặc dù ở nền không có tầng tương đối không thấm nước, nhưng nếu hệ số thấm ngang của lớp nền lớn hơn rất nhiều so với hệ số thấm theo phương thẳng đứng, thì vẫn cần bố trí giếng giảm áp để giảm áp lực thấm rất lớn phát sinh ở chân đập, đảm bảo ổn định thấm cho đập, không gây trôi đất dẫn đến sự cố. Giếng tiêu nước giảm áp bố trí ở hạ lưu chân đập dọc theo tuyến đập cách nhau từ 7,5 đến 30,0m bố trí một giếng, trong giếng đặt các vật liệu theo nguyên tắc lọc ngược, hoặc ống bê tông xốp thấm thoát nước. Khoảng cách chiều sâu cụ thể của các giếng cần xác định qua tính toán căn cứ áp lực nước, hệ số thấm và tính chất đất nền, độ sâu tầng bồi tích và đường viền nền đập. Khi thiết kế giếng giảm áp cần đảm bảo độ tin cậy làm việc và tuổi thọ cao ngang với tuổi thọ của đập. 4.5.9. Hỗn hợp tiêu thoát nước kiểu ống khói, bao gồm thiết bị tiêu thoát nước đứng kiểu ống khói bằng cát lọc, thảm đá dăm sạn tiêu thoát nước nằm ngang và lăng trụ đá tiêu thoát nước ở chân đập hạ lưu. Loại kết cấu này phải được áp dụng trong đập đắp hỗn hợp nhiều khối, trong đó phần ống khói lọc tiêu nước phải bố trí ở phần tiếp giáp khối chống thấm và khối tựa hạ lưu, thảm đá bố trí ở chân ống khói, nối ống khói với lăng trụ đá hạ lưu. Đập đồng chất đắp bằng đất cần bố trí loại tiêu thoát nước kiểu ống khói này, để hạ thấp đường bão hòa thân đập, khống chế dòng thấm dị thường theo chiều ngang do thi công, đảm bảo an toàn về thấm ở đập đồng chất. Bộ phận tiêu thoát nước kiểu ống khói cần nằm trên đường bão hòa cao nhất trong đập khoảng 50cm. Chiều rộng theo phương ngang của ống khói phải đảm bảo thi công có chất lượng nhưng không được nhỏ hơn 1,5m. Việc thiết kế và thi công lọc tiêu thoát nước theo tài liệu hướng dẫn riêng. 4.5.10. Giới hạn phạm vi bố trí bộ phận tiêu thoát nước cần xác định căn cứ kết quả tính toán về thấm, sơ đồ tổng quát của dòng thấm qua thân đập, bờ vai đập và nền đập, theo từng trường hợp cụ thể. Nói chung phải bố trí từ lòng sông lên đến đoạn mặt cắt đập có chiều cao đến 5m. 4.5.11. Ở hạ lưu đập, sau các hệ thống tiêu thoát nước cần bố trí tiếp bộ phận thu nước mưa, nước thấm qua thân và nền đập bằng mương rãnh, ống tiêu hay giếng tập trung nước tiêu để theo dõi, đo đạc lượng nước thấm qua đập, cần xem đây là một phần của bộ phận tiêu thoát nước trong Đập đất đầm nén. 4.6. Tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp 4.6.1. Căn cứ cấu tạo mặt cắt ngang đập thiết kế, và nền đập để bố trí tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp giữa bộ phận chống thấm, bộ phận tiêu thoát nước với các bộ phận khác của đập và với nền đập. Tùy theo sự khác nhau về thành phần hạt của các khối liền kề, giữa bộ phận chống thấm với các bộ phận gia tải có thể chỉ bố trí tầng lọc ngược hoặc phải bố trí đồng thời tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp. Tầng lọc ngược có tác dụng lọc giữ đất thoát nước, đề phòng các hiện tượng biến dạng đất do dòng thấm gây ra như xói ngầm, đùn đất, xói tiếp xúc, đùn đấp tiếp xúc làm phá hoại thân đập. Tầng chuyển tiếp ngoài tác dụng phòng xói còn có tác dụng phòng tránh sự biến dạng và sự thay đổi đột ngột của ứng suất giữa hai loại vật liệu có độ cứng khác biệt nhau rất lớn gây ra. 4.6.2. Tầng lọc ngược phải bố trí ở giữa bộ phận chống thấm đắp bằng đất (như tường lõi, tường nghiêng, sân phủ, hào chắn nước) với khối gia tải hoặc lớp thấm nước của nền đập, và tại vị trí dòng thấm thoát ra ở thượng hạ lưu. Nếu nền đập hoặc khối gia tải là đất cát, quan hệ giữa các lớp đất đó thỏa mãn yêu cầu lọc ngược, qua tính toán cho phép cũng có thể không bố trí tầng lọc ngược riêng. Tầng lọc ngược cũng phải bố trí ở mặt tiếp xúc giữa thân và nền đập với bộ phận tiêu thoát nước. 4.6.3. Vật liệu làm lọc ngược phải đảm bảo độ bền lâu dài trong thời kỳ thi công và khai thác công trình. Chọn vật liệu làm lọc ngược phải tuân thủ các quy định của các tiêu chuẩn ngành liên quan. 4.6.4. Số lượng lớp lọc ngược và thành phần của chúng cần xác định trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, khi đó cần ưu tiên theo xu thế giảm bớt số lượng lớp lọc. Việc chọn vật liệu lọc ngược của bộ phận tiêu nước đối với đập cấp I, và II nên tiến hành kiểm tra bằng thí nghiệm với vật liệu và điều kiện thi công công trình, còn đối với đập cấp III, và IV thì căn cứ theo tính toán. 4.6.5. Chiều dày mỗi lớp trong tầng lọc ngược cần xem xét tổng hợp để xác định căn cứ vào cấp phối, nguồn vật liệu, mục đích sử dụng, biện pháp thi công v.v… Khi thi công thủ công chiều dày nhỏ nhất của mỗi lớp lọc ngược nằm ngang có thể lấy bằng 30cm, tầng lọc ngược đứng hoặc nghiêng có thể lấy bằng 50cm. Khi thi công bằng máy thì chiều dày nhỏ nhất do phương pháp thi công xác định. Khi tổng chiều dày của tầng lọc ngược giữa khối gia tải và khối chống thấm không đáp ứng yêu cầu của tầng chuyển tiếp thì cần tăng chiều dày của tầng lọc ngược, hoặc bố trí thêm tầng chuyển tiếp riêng. 4.6.6. Trong các trường hợp sau đây nên tăng một cách thích đáng chiều dày của tầng lọc hoặc tầng chuyển tiếp bố trí ở hai bên khối chống thấm trong đập nhiều khối. 1. Đập cao tại vị trí lòng sông hẹp hoặc tại bờ vai đập có độ dốc thay đổi đột biến. 2. Tại vị trí gần mặt tiếp xúc giữa khối chống thấm với bờ vai đập nền đá và hạng mục công trình bê tông nằm trong đập. 3. Khối chống thấm được đắp bằng đất tính dẻo kém, độ lún lớn. 4. Khối chống thấm và khối lăng trụ khác của đập có độ biến dạng khác nhau nhiều. 5. Đập xây dựng ở vùng có động đất. 4.6.7. Vật liệu nhân tạo (vải địa kỹ thuật) chỉ nên sử dụng làm vật liệu lọc trong đập thấp ở các bộ phận có khả năng thay thế khi tỏ rõ tính kinh tế so với vật liệu khác: - Lọc ở kết cấu tiêu thoát nước kiểu áp mái. - Lọc ở tầng đệm mái thượng lưu đập. - Lọc thoát nước ở rãnh tiêu nước hạ lưu đập. 4.6.8. Khi thiết kế tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp cần tuân thủ các Tiêu chuẩn ngành liên quan. 4.7. Các tính toán đập 4.7.1. Khi thiết kế đập đất đầm nén cấp I và II cần thực hiện đầy đủ các tính toán cơ bản sau đây: 1. Thấm. 2. Ổn định thấm. 3. Lọc ngược, bộ phận tiêu thoát nước và các tầng chuyển tiếp. 4. Ổn định chung của Đập và nền, và ổn định của các bộ phận của Đập. 5. Ứng suất và biến dạng, chuyển vị thân, nền đập. 6. Gia cố các mái đập chịu tác dụng của sóng, nhiệt. 7. Ngoài ra, đối với đập có tường lõi, tường nghiêng bằng đất sét hoặc nền đất sét, cần tính toán áp lực kẽ rỗng trong tính toán ổn định và kiểm tra về ổn định chống nứt trong thời gian thi công có xét đến tốc độ lên đập và thời kỳ khai thác. Đối với đập cấp III trở xuống chỉ cần tính toán các nội dung khoản 1, 2, 3, 4 và 6 điều này. Các tính toán trên cần thực hiện với các mặt cắt ngang đặc trưng của Đập. Ở giai đoạn thiết kế cơ sở của Dự án đầu tư có thể chỉ cần tính toán cho một mặt cắt ngang lớn nhất tại lòng sông, ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần tính cho các mặt cắt điển hình phụ thuộc chiều cao đập, chiều dài đập và điều kiện địa hình địa chất vùng tuyến đập. 4.7.2. Trong mọi trường hợp tính toán đập cần thực hiện với tổ hợp tải trọng chủ yếu và đặc biệt trong thời kỳ khai thác và trong thời kỳ thi công. 4.7.3. Tính toán thấm qua thân, nền và bờ vai đập xác định các thông số chủ yếu cần thiết của dòng thấm, nhằm: 1. Xác định ổn định thấm của thân, nền và bờ vai đập. 2. Tính toán ổn định chung của mái đập, nền và bờ vai đập. 3. Luận chứng kinh tế kỹ thuật về hình dạng kích thước, kết cấu mặt cắt đập và các bộ phận chống thấm, tiêu thoát nước của đập. Khi tính toán thấm cần xét tới ảnh hưởng của bồi lắng lòng hồ và ở mái thượng lưu đập theo thời gian khai thác. 4.7.7. Thông qua việc nghiên cứu tính toán thấm, cần xác định được các thông số sau đây của dòng thấm, nền và bờ vai đập: 1. Vị trí bề mặt dòng thấm (đường bão hòa) trong thân đập và các bờ vai đập. Cần xét đến hiện tượng mao dẫn nhất là ở các phần thân đập. 2. Lưu lượng nước thấm qua thân, nền và các bờ vai đập. 3. Građient thấm của dòng thấm trong thân đập và nền, ở chỗ dòng thấm đi vào bộ phận tiêu nước phía hạ lưu của đập, ở chỗ tiếp xúc giữa các lớp đất có các đặc trưng khác nhau, ở mặt tiếp xúc của các kết cấu chống thấm, ở vị trí đi ra của dòng thấm. Khi đập xây dựng ở vùng núi cao, lòng sông hẹp, nơi có cấu tạo địa chất nền phức tạp, không đồng nhất, bất đẳng hướng, loại đập nhiều khối, và đối với đập cấp I, II, các thông số tính toán dòng thấm nêu trên cần được phân tích tính toán cho phù hợp theo các hướng dẫn ở các tài liệu tính toán thấm. Đồng thời cần kiểm nghiệm bằng phương pháp thực nghiệm theo các tài liệu chỉ dẫn chuyên ngành. 4.7.5. Tính toán ổn định thấm có nhiệm vụ làm rõ độ bền thấm của đất trong thân đập, đất nền và bờ vai đập, ở vị trí tiếp xúc giữa các lớp hoặc giữa thân đập và nền, ổn định thấm tại đoạn dòng thấm lộ ra ở hạ lưu đập, nhằm xác định građient thấm so với građient cho phép. 4.7.6. Ổn định thấm của thân đập cũng như của các kết cấu chống thấm đối với đập cấp II trở lên cần đánh giá theo các tính toán và nghiên cứu thực nghiệm cần thiết đối với đất dưới tác dụng của građient thấm vào công trình có xét đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất và biến dạng của thân đập và nền, đặc điểm kết cấu đập, phương pháp thi công và điều kiện khai thác. 4.7.7. Khi tính toán sơ bộ và khi không có các nghiên cứu cần thiết với đập cấp III trở xuống, cho phép dùng các giá trị građient thấm cho phép đối với các loại đất đắp ở bảng 4-4 và bảng 4-5. Trị số građient cho phép [J k ] cp ở đầu khối thân đập Bảng 4-4 Loại đất Cấp công trình I II III IV-V Sét 1,00 1,10 1,20 1,30 Á sét 0,70 0,75 0,85 0,90 Cát trung bình 0,50 0,55 0,60 0,65 Á cát 0,40 0,45 0,50 0,55 Cát mịn 0,35 0,40 0,45 0,50 Nếu J k > các trị số trên thì phải thiết kế tầng lọc ngược. Trị số građient trung bình tới hạn [J k ] th ở các bộ phận chống thấm Bảng 4-5 Loại đất Giá trị Građient cột nước cho phép trung bình đối với Sân phủ Tường nghiêng và tường tâm Thân và các lăng trụ của Đập Đất sét, bê tông sét 15 12 8 ÷ 2 Đất á sét 10 8 4 ÷ 15 Đất á cát 3 2 2 ÷ 1 4.7.8. Việc tính toán các kết cấu lọc ngược, tiêu thoát nước và chuyển tiếp cần thực hiện theo các quy định và chỉ dẫn của Tiêu chuẩn ngành về thiết kế tầng lọc ngược công trình Thủy lợi. 4.7.9. Tính toán ổn định mái đập để đảm bảo cho đập đất không bị phá hoại do các ứng suất cắt gây trượt phát sinh từ thân đập hoặc từ thân và nền đập dưới tác dụng của tải trọng đập, áp lực kẽ rỗng trong đập và các ngoại lực. Tính toán ổn định mái đập cần tiến hành theo phương pháp mặt trượt trụ tròn. Khi trong nền hoặc thân đập có các vùng đất yếu, các lớp kẹp kém bền, và khi tính toán ổn định của tường nghiêng hoặc lớp bảo vệ v.v… cần tiến hành tính toán theo mặt trượt bất kỳ. Cần sử dụng các phương pháp tính toán thỏa mãn các điều kiện cân bằng các lăng thể trượt và các bộ phận của nó theo trạng thái cân bằng giới hạn và có xét tới trạng thái ứng suất của công trình và nền của nó. 4.7.10. Đập đất chịu các tải trọng khác nhau, và đất đắp trong thân đập cũng có cường độ chống cắt khác nhau trong các thời kỳ làm việc khác nhau từ thi công, thi công xong, tích nước đến xả lũ, do đó cần lần lượt tính toán ổn định của đập trong từng thời kỳ đó. Nói chung có 3 thời kỳ cần tính toán cho từng mái đập thượng lưu và hạ lưu. 1. Thời kỳ thi công (bao gồm cả khi hoàn công): Mái thượng lưu, hạ lưu. 2. Thời kỳ thấm ổn định: Mái thượng, hạ lưu. 3. Thời kỳ mực nước hồ rút nhanh: Mái thượng lưu. Trong tính toán cần phân biệt điều kiện làm việc bình thường và điều kiện làm việc bất thường theo nội dung quy định ở điều 1.2.3. Ở các vùng mưa nhiều, nên căn cứ hệ số thấm của đất đắp và khả năng dẫn thoát của các thiết bị tiêu nước mặt đập, xem xét tình hình cụ thể để kiểm toán sự ổn định của mái đập trong thời kỳ mưa kéo dài, đồng thời chọn hệ số an toàn theo điều kiện làm việc không bình thường. 4.7.11. Hệ số an toàn về ổn định của mái đập không được nhỏ hơn hệ số an toàn cho phép (K cp ) theo cấp công trình và theo điều kiện làm việc của đập quy định ở bảng 4-7. Hệ số ổn định của mái đập, mái bờ vai tính được trong điều kiện làm việc bình thường không được vượt quá 15% đối với đập cấp III trở xuống, và không được vượt quá 20% đối với đập cấp I, II so với các trị số quy định ở bảng 4-6. Bảng 4-6 cũng áp dụng để kiểm tra hệ số an toàn cho tường nghiêng, lớp bảo vệ và gia cố mái đập hoặc các mặt trượt bất kỳ khác. Đối với đập rất cao hoặc đối với công trình rất quan trọng, trị số cho phép của hệ số an toàn nhỏ nhất có thể quy định riêng do cấp có thẩm quyền quyết định. Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [K cp ] Bảng 4-6 Điều kiện làm việc (tổ hợp lực tác dụng) Cấp đập I II III IV ~ V Bình thường (cơ bản) 1,50 1,35 1,30 1,25 Đặc biệt 1,20 1,15 1,10 1,05 4.7.12. Tính toán ổn định các mái đập phải bao gồm các thời kỳ làm việc khác nhau của đập, thời kỳ thi công (kể cả hoàn công), thời kỳ thấm ổn định, thời kỳ mực nước hồ rút nhanh và khi làm việc bình thường gặp động đất. Nội dung tính toán như bảng 4-7. - Các điều kiện làm việc bình thường và làm việc không bình thường theo quy định ở mục b điều 1.2.3 Các trường hợp tính toán ổn định đập đất Bảng 4-7 TT Thời kỳ tính toán Trường hợp tính toán Tổ hợp Mái tính ổn định 1 Thi công Căn cứ vào khối đắp hình thành ở phần mái thượng, hạ lưu trong các phân đợt thi công trong năm kể cả khi đắp hoàn thành đập nhưng chưa đưa vào khai thác và chế độ mực nước bất lợi, tương ứng tiến hành kiểm tra ổn định mái thượng, hạ lưu. Đặc biệt Thượng, hạ lưu 2 Thấm ổn định Ở thượng lưu là MNDBT; ở hạ lưu có nước ứng với mực nước lớn nhất có thể xảy ra trong thời kỳ cấp nước nhưng không lớn hơn 0,2 H đập . Cơ bản Hạ lưu 3 Ở thượng lưu là MNLNTK, ở hạ lưu là mực nước ứng với Q xả thiết kế. Cơ bản Hạ lưu 4 Ở thượng lưu là MNLNKT, ở hạ lưu là mực nước ứng với Q xả kiểm tra. Đặc biệt Hạ lưu 5 Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình trong thời kỳ cấp nước. Bộ phận tiêu nước trong đập làm việc không bình thường. Đặc biệt Hạ lưu 6 Mực nước rút Ở thượng lưu là MNLNTK rút xuống đến mực nước khai thác ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Q xả thiết kế. Cơ bản Thượng lưu 7 Ở thượng lưu là MNLNKT rút xuống đến mực nước khai thác ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Q xả kiểm tra. Đặc biệt Thượng lưu 8 Ở thượng lưu là MNDBT rút xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đập khi có nguy cơ sự cố; Mực nước hạ lưu tương ứng với Q xả max khi tháo nước từ hồ Đặc biệt Thượng lưu 9 Động đất Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình trong thời kỳ cấp nước, có xét đến động đất. Đặc biệt Thượng, hạ lưu 4.7.13. Đập ở vùng có động đất từ cấp 7 trở lên, cần tuân thủ các quy định của Tiêu chuẩn ngành về thiết kế công trình ở vùng có động đất. 4.7.14. Cần tính toán xác định trạng thái ứng suất biến dạng của thân đập đất và nền để đưa vào trong các tính toán về: - Ổn định các mái đập cho đập cấp I, II. - Ổn định thấm tại vùng tiếp xúc của các bộ phận cách nước với nền. - Độ bền của các kết cấu chống thấm không phải là đất. 4.7.15. Tính toán ứng suất và biến dạng thường dùng phương pháp phân tích quan hệ phi tuyến, có xét tới biến dạng dẻo của đất trong trạng thái giới hạn. Đối với đập cấp III, IV có thể tính toán theo mô hình vật thể biến dạng tuyến tính, và đều theo phương pháp phân tử hữu hạn. 4.7.16. Cần tiến hành tính toán độ lún của thân và nền đập dưới tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng bên ngoài. Để xác định độ đắp gia thăng cần thiết cho đỉnh đập khi hoàn công đập, đánh giá độ lún không đều của các bộ phận trong thân đập, phán đoán khả năng gây nứt do lún không đều để áp dụng các biện pháp phòng chống nứt cần thiết, đồng thời cũng để kiểm tra lại khối lượng vật liệu đắp đập. 4.7.17. Tính độ lún và sự biến đổi lún theo thời gian cần thực hiện đối với đập có chiều cao trên 20m. Đối với đập thấp dưới 20m có thể tiến hành theo các công thức gần đúng. Đối với đập cao dưới 15m có thể lấy theo kinh nghiệm độ lún ổn định bằng 2% đến 3% chiều cao đập. Đối với đập cấp I, II việc tính độ lún và sự biến đổi độ lún theo thời gian cần tiến hành trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén lún của vật liệu đất có xét đến trạng thái ứng suất – biến dạng của thân đập, áp lực kẽ rỗng, tính từ biến của đất, độ lún ướt và trương nở khi độ ẩm tăng trong thời kỳ khai thác v.v… Việc tính toán cần theo các quy định và chỉ dẫn có liên quan. 5. XỬ LÝ NỀN ĐẬP 5.1. Công tác khảo sát nền đập và yêu cầu chung đối với nền đập 5.1.1. Nền cần xem là một bộ phận cấu thành thống nhất của Đập, cùng với thân đập chống lại tác động phá hoại thường xuyên của thiên nhiên mà trước hết là nước để đảm bảo Đập làm việc an toàn và bền vững lâu dài. Vì vậy điều kiện địa chất công trình nền Đập có vai trò rất quan trọng đối với sự an toàn của Đập. Công tác khảo sát ĐCCT nền đập cần tuân thủ các quy định của Tiêu chuẩn 14 TCN 115-2000 về thành phần nội dung và khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế CTTL, nhằm đánh giá đầy đủ các điều kiện sau đây: 1. Cấu tạo địa tầng nham thạch ở nền trong vùng chịu ảnh hưởng cho đến lớp cách nước. 2. Các chỉ tiêu cơ lý lực học của lớp nham thạch ở nền, trường hợp nền là lớp bồi tích thì phải đánh giá thêm về khả năng xói ngầm ở chân khay và trong nền. Với nền đá cần đánh giá khả năng xói ngầm ở vùng có đứt gãy mềm yếu, các lớp kẹp mềm yếu. 3. Các đứt gãy và tình trạng hoạt động của nó, các kẽ nứt lớn, cấp động đất… có khả năng xảy ra sự cố hoặc mất nước qua nền khi dâng chứa nước, khả năng gây xói tiếp xúc giữa thân và nền do nước thấm qua khe nứt ở nền. 4. Khả năng và cường độ thoái hóa, biến chất của các loại nham thạch ở nền sau khi xây dựng công trình (tức là độ bền của nham thạch ở nền đập). 5. Khuyến nghị cho Tư vấn thiết kế về biện pháp xử lý nền thích hợp để đảm bảo và tăng cường khả năng chịu lực, chống thấm và chống thoái hóa cho nham thạch ở nền Đập. 5.1.2. Nền của đập đất đầm nén tuy yêu cầu không cao như các loại hình đập khác, nhưng vẫn phải đảm bảo các yêu cầu tối thiểu, vì khi cần thiết phải có các biện pháp xử lý để gia cố nền về mặt chịu lực và nhất là về mặt chống thấm đồng thời phải đảm bảo sự liên kết tốt thân đập với nền đập. 1. Đối với nền đá cần đáp ứng các yêu cầu chung sau đây: a. Có đủ cường độ chịu lực, nhất là các lớp nham thạch đã phong hóa và đối với các đập cao. b. Tính hoàn chỉnh của tầng nham thạch, không có các đứt gãy đang hoạt động, có biện pháp tin cậy xử lý các lớp đá phong hóa, cà nát nghiêm trọng và các lớp xen kẹp mềm yếu trong nền đập. c. Tính chống xâm thực, hòa tan của nước trong phạm vi cho phép. d. Sự liên kết bám dính khối đất đắp với nền tốt. 2. Đối với nền không phải là đá như nền bồi tích đất, cát cuội sỏi cần đảm bảo các yêu cầu chung sau đây: a. Có đủ cường độ chịu lực, không phát sinh biến dạng quá mức cho phép, nếu cần có biện pháp xử lý cần thiết, và dự báo khả năng chuyển vị lún sau khi xây dựng đập. b. Không có xen kẹp các lớp dễ bị nước thấm rửa trôi, hòa tan, hóa lỏng, có khả năng làm giảm sức chịu và tăng biến dạng của nền. c. Không xen kẹp các lớp mềm yếu có khả năng gây trượt trong nền. d. Tính thấm nước và khả năng thấm mất nước trong phạm vi cho phép. e. Khả năng lún ít và lún đều. f. Građient thủy lực đủ không gây xói ngầm, không bị đẩy nổi dưới áp lực thấm của nước. 3. Đối với nền đập có các tính chất sau đây cần phải đặc biệt chú ý nghiên cứu và xử lý: a. Tầng cát cuội sỏi bồi tích dày. b. Đất mềm yếu, lún ướt c. Đất cát sỏi tơi xốp, tính dính kém (hàm lượng hạt sét nhỏ dưới 15%). d. Đá hòa tan. e. Có đứt gãy, vỡ vụn, thấm nước mạnh, có lớp kẹp lún bùn, không ổn định. f. Tại vị trí chân đập hạ lưu nền đập thấm nước nhưng lại có lớp phủ ít thấm mỏng kéo dài liên tục. 5.2. Yêu cầu chung về xử lý nền đập 5.2.1. Xử lý nền đập bao gồm xử lý mặt nền bên trên và xử lý sâu trong nền để đảm bảo các yêu cầu nêu ở điều 5.1.2. Công tác xử lý nền đập cần tuân thủ theo các quy định của tiêu chuẩn thi công đập đất bằng phương pháp đầm nén (14 TCN 20-2004) 5.3. Xử lý nền đá 5.3.1. Xử lý nền đá bao gồm xử lý mặt nền nhưng chủ yếu là xử lý thấm và gia cố các tầng mềm yếu liên tục có phạm vi phân bố rộng, có thể nằm bất lợi đối với các đập cao. 5.3.2. Mặt nền cần phải quy định việc bóc bỏ dọn sạch tất cả các sản phẩm đá, vụn nát, long rời, đá tảng mồ côi, đồng thời không được gây ra các long rời mới hoặc làm mở rộng thêm các khe nứt cấu tạo trong khối đá do các biện pháp thi công không phù hợp như nổ mìn lớn gần đó, hoặc sử dụng các máy công cụ, máy nổ lớn đặt gần mặt nền gây ra. 5.3.3. Các mái đá mặt nền phải đảm bảo ổn định trong thời gian thi công và sau khi xây dựng công trình trong điều kiện khai thác lâu dài, bề mặt phải được bạt sửa cho bằng phẳng liên tục để giảm lún không đều và tập trung ứng suất trong khối đắp thân đập. 5.3.4. Nền ở dưới bộ phận chống thấm (tường nghiêng hoặc tường lõi): Đối với đập cấp I, II tốt nhất nên đặt trên lớp đá tươi hoặc phong hóa nhẹ, cũng có thể đặt trên lớp đá phong hóa vừa. Đất có cường độ chịu nén cao, bề mặt không được có hàm ếch, gồ ghề lồi lõm. Khối đắp bên ngoài tường lõi (trong đập nhiều khối) có thể đắp bằng vật liệu thấm lớn và có thể đắp trên lớp đá phong hóa mạnh hoặc phong hóa hoàn toàn. 5.3.5. Phần nền ở dưới khối đắp bên ngoài tường lõi trong đập nhiều khối được đắp bằng vật liệu thấm lớn ở đập cấp I, II hoặc nền của bộ phận chống thấm đập cấp III trở xuống có thể là lớp đá phong hóa mạnh, không nhất thiết phải bóc bỏ hết đá phong hóa hoàn toàn. Trên mặt nền đá, sau khi đã xử lý cần dùng bê tông hoặc vữa xi măng trát bít các kẽ nứt, gồ ghề, nham nhở. Chiều sâu xử lý khe nứt hoặc vụn vỡ đứt gãy từ 1÷3 lần chiều rộng. Khi cần xử lý khoan phụt chống thấm cho nền thì cần đổ tấm bê tông phản áp tại đáy chân khay đồng thời để phòng chống xói tiếp xúc giữa mặt đá nền và kết cấu chống thấm của đập (tường lõi hoặc tường nghiêng). Tấm bê tông phản áp này có chiều dày bằng hoặc lớn hơn 0,3m. 5.3.6. Trong nền đá phong hóa nứt nẻ có nhiều khả năng diễn ra thấm nguy hiểm thì cần phải làm kết cấu chân khay và màn chống thấm dưới nó, cũng cần phụt vữa gia cố bề mặt nền ở vùng tiếp giáp với bộ phận chống thấm của đập. Trong các điều kiện nền có lượng thấm nước đơn vị lớn trên 0,05 l/ph-m và tình hình dưới đây cần khoan phụt vữa xi măng hoặc khoan phụt hóa chất để xử lý: - Độ rộng khe nứt lớn hơn 0,15 - 0,25mm dùng vữa xi măng khoan phụt tạo màn chống thấm, khe nứt nhỏ dưới 0,15mm thì dùng hóa chất hoặc khoan phụt hóa chất bổ sung nhằm làm tăng thêm mật độ kín nước cho khoan phụt vữa xi măng. - Khi nước ngầm ở khu vực khoan phụt có lưu tốc thực tế nhỏ dưới 7 cm/s mới có thể dùng vữa xi măng. Khi lớn hơn trị số này thì phải có phụ gia đông kết nhanh trộn vào vữa xi măng hoặc phải dùng hóa chất. Khả năng và hiệu quả khoan phụt cần phải thông qua thí nghiệm để quyết định. - Nếu nước ngầm ở vùng đập có tính ăn mòn thì phải dùng loại xi măng chống ăn mòn hoặc dùng vữa hóa chất thích hợp. Khi sử dụng vữa hóa chất để khoan phụt phải xem xét vấn đề ô nhiễm môi trường. 5.3.7. Vị trí màn khoan phụt cần căn cứ vị trí của bộ phận chống thấm và điều kiện địa chất để quyết định, nói chung nên đặt tại chân khay của bộ phận chống thấm của đập (tường nghiêng hoặc lõi). Màn chống thấm của đập đồng chất nên đặt ở vị trí cách chân đập thượng lưu khoảng 1/3 -1/2 bề rộng đáy đập. Thông thường nên bố trí trùng với trục đập hoặc tim cơ thượng lưu (nếu có) để khi cần khoan phụt sửa chữa nâng cấp màn chống thấm việc thi công sẽ thuận lợi hơn. 5.3.8. Phương của màn phụt vữa chống thấm nên thẳng góc với phương của mặt lớp hoặc khe nứt chủ yếu. Khi góc kẹp giữa khe nứt chủ yếu và mặt nằm ngang không lớn nên khoan phụt màn thẳng đứng, ngược lại thì nên khoan phụt màn nghiêng, phương nghiêng của màn chống thấm nên ngược với phương nghiêng của khe nứt chính. Riêng phương của màn chống thấm 1 hàng thì tùy thuộc vào điều kiện thi công. 5.3.9. Độ sâu màn phụt chống thấm được xác định căn cứ mức độ quan trọng của công trình, cột nước làm việc, điều kiện địa chất công trình và tính thấm nước của nền đập và yêu cầu chống thấm đối với màng phụt. 1. Khi dưới nền đập có một lớp cách nước tương đối rõ rệt và nằm không sâu lắm, màn phụt nên vào sâu trong lớp cách nước khoảng 5m. 2. Khi lớp cách nước nằm khá sâu hoặc phân bổ không có quy luật, thì căn cứ kết quả tính toán thấm, yêu cầu chống thấm và kết hợp kinh nghiệm xử lý công trình tương tự để xác định độ sâu màn phụt. 3. Trường hợp nền thấm lớn, phạm vi khoan phụt tạo màn quy định như sau: - Đối với đập cấp III trở xuống, cần khoan phụt tạo màn đến vị trí nền có lượng hút mất nước từ 5 đến 7 Lu, cộng thêm 3m. - Đối với đập cấp I, II, cần khoan phụt đến vị trí nền thấm từ 3 đến 5 Lu, cộng thêm 5m. Chiều sâu khoan phụt tạo màn thường từ 1/3-2/3 H (H đầu nước tại điểm xử lý thấm) và trong mọi trường hợp độ sâu khoan phụt không vượt quá 1H. 5.3.10. Chiều dày màn phụt được xác định thông qua tính toán căn cứ cột nước lớn nhất và Građient thủy lực cho phép của màn. Građient thủy lực của màn phụt vữa xi măng trong nền đá khi điều kiện địa chất bình thường có thể lấy theo các trị số sau đây: Chiều dày màng phụt (t, m) Građient thủy lực cho phép (J c ) <> 1 ÷ 2 > 2 10 18 25 5.3.11. Tại hai vai đập tiếp giáp sườn bờ đồi hoặc núi thường có khả năng xảy ra thấm vòng qua vai đập khi khai thác cần phải bố trí màn chống thấm bằng khoan phụt cắm vào hai vai bờ đập (gọi là màn chống thấm vai đập), nối liền với màn phụt trong nền đập ở lòng sông. Chiều dài cắm vào hai bờ của màn chống thấm vai đập cần căn cứ điều kiện địa chất và các nguyên tắc sau đây để xác định: 1. Màn phụt kéo dài đến chỗ giao nhau của mực nước dâng bình thường của hồ chứa với mặt tầng không thấm nước tương đối ở hai bờ. 2. Màn phụt kéo dài tới chỗ giao nhau của mực nước dâng bình thường với mực nước ngầm ở hai bờ trước khi hồ tích nước. 3. Căn cứ kết quả phân tích thấm hoặc thí nghiệm theo yêu cầu chống thấm của công trình. 5.3.12. Khi thiết kế xử lý nền đá bằng khoan phụt vữa tạo màn chống thấm cần tuân thủ các tiêu chuẩn có liên quan. 5.3.13. Đối với nền đá phát triển Cácxtơ: Sau khi dọn sạch hố móng cần lấp kín các hang động, các hốc đá và các rãnh, các phễu cácxtơ bằng đất sét đầm chặt, bằng vữa xi măng hoặc bằng khoan phụt vữa chống thấm. Trường hợp gặp nền này cần lập tiêu chuẩn và chỉ dẫn riêng. 5.4. Xử lý chống thấm nền bồi tích 5.4.1. Xử lý chống thấm nền bồi tích chủ yếu là khống chế dòng thấm phòng chống mất nước quá mức cho phép và phòng chống các hiện tượng xói ngầm gây mất ổn định nền làm phá hoại công trình, bao gồm các quy định ở điều 5.2 và xử lý thấm theo các quy định ở điều này. Nghiên cứu áp dụng các biện pháp sau đây: 1. Chống thấm theo hướng thẳng đứng, có các biện pháp: a. Đào đắp tường răng bằng đất chống thấm. b. Tường hào xi măng – bentonit. c. Phụt vữa chống thấm. d. Cọc cừ các loại e. Kết hợp các biện pháp trên 2. Sân phủ chống thấm thượng lưu. 3. Thiết bị tiêu thoát nước và gia tải hạ lưu: a. Lớp đệm lọc tiêu nước nằm ngang. b. Rãnh lọc tiêu nước. c. Giếng tiêu nước giảm áp. d. Gia tải thoát nước hạ lưu. e. Kết hợp rãnh lọc tiêu nước và giếng tiêu nước giảm áp. Việc lựa chọn biện pháp phải qua tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật cụ thể. 5.4.2. Sân phủ thượng lưu nên kết hợp với tường nghiêng chống thấm. 1. Nên áp dụng khi: - Nền bồi tích khá dày hoặc gần như vô hạn. - Có sẵn đất chống thấm thích hợp và gần đập. - Đập vừa và thấp. 2. Sân phủ thượng lưu nên có chiều dài bằng (3-6)H và chiều dày khoảng 1/10H nhưng không được nhỏ hơn 0,5m (H là cột nước lớn nhất của đập). Chiều dày nên tăng dần từ thượng lưu xuống hạ lưu nối tiếp với tường nghiêng (nếu có). Cần phải qua phân tích thấm để đảm bảo: - Không xói ngầm ở trong nền và dưới đáy sân phủ. - Thỏa mãn nguyên tắc tầng lọc ngược hoặc tầng chuyển tiếp giữa đất sân phủ và đất nền tránh 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). 3. Đất đắp sân phủ phải có hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của nền trên 100 lần đồng thời cần được đầm chặt đạt dung trọng khô thiết kế với lượng ngậm nước bằng hoặc lớn hơn lượng ngậm nước tối ưu +(2÷3%) xác định theo thí nghiệm đầm nén trong phòng. Để tránh sân phủ bị khô nứt hoặc bị nước chảy mặt làm xói lở trong thời gian thi công và vận hành, cần bố trí trên đó một lớp bảo vệ bằng lớp phủ cát cuội sỏi, hoặc tấm bê tông. 5.4.3. Tường răng là biện pháp phổ biến, đơn giản và có hiệu quả nhất khi nền thấm có chiều dày dưới 10m hoặc cá biệt đến 15m, nhưng mực nước ngầm thấp, điều kiện thi công thuận lợi bằng phương pháp đào lộ thiên và đắp lại bằng đất chống thấm. 1. Tường răng cần đảm bảo 4 yêu cầu sau: a. Đáy tường răng sau khi đào đến độ cao thiết kế trong lớp nền không thấm cần phải dọn sạch sẽ. b. Đất đắp phải có chất lượng cao. c. Đất được đắp trong điều kiện khô ráo và được đầm nén chặt. d. Đảm bảo không bị phá hoại dưới tác dụng của dòng thấm. 2. Tường răng phải cắm vào nền không thấm với độ sâu T như sau: a. T = 0,5 m nếu là đá tươi hoặc đá phong hóa nhẹ. b. T > 0,5m nếu là đá phong hóa mạnh, kèm theo có biện pháp xử lý thấm thích hợp đối với nền đá theo điều 5.3. c. T ≥ 1,0m đối với nền đất. 3. Vị trí tường răng nên đặt ở phần đáy của bộ phận chống thấm của đập (đáy tường lõi, đáy tường nghiêng) đối với đập nhiều khối, hoặc đặt tại vị trí cách chân đập thượng lưu một khoảng bằng 1/3 đến 1/2 bề rộng đáy đập đối với đập đồng chất. Bề rộng đáy chân khay được xác định thông qua tính toán xói ngầm, đảm bảo Građient thủy lực nhỏ hơn Građient cho phép của đất đắp tường răng, Građient cho phép của đất nền và điều kiện thi công cơ giới. 4. Đất đắp tường răng phải được chọn lọc kỹ, nhằm đảm bảo yêu cầu chống thấm và độ bền, có hệ số thấm tương tự như hệ số thấm của bộ phận chống thấm trong đập. Các biện pháp thi công để đảm bảo chất lượng tường răng cần tuân thủ tiêu chuẩn thi công đập đất bằng phương pháp đầm nén (14 TCN 20-2004). Cần có biện pháp hỗ trợ làm khô đáy tường răng, như: a. Xây dựng những tường răng phụ. b. Bố trí hệ thống tiêu hạ nước ngầm tại vị trí đào tường răng. c. Các biện pháp tường vây bentonit, cừ thép, nếu so sánh kinh tế cho phép. 5.4.4. Màn chống thấm bằng khoan phụt dung dịch sét – xi măng, thích hợp khi nền bồi tích dày trên 10m, phía dưới là đá nứt nẻ mạnh hoặc trong nền có lẫn đá dăm, đá tảng lớn, hoặc nước ngầm có tính ăn mòn mạnh đối với kim loại. Việc khoan phụt tạo màn chống thấm cần tiến hành khi chưa hình thành dòng thấm trong nền, tức là xử lý trước khi đắp đập. Vị trí màn chống thấm cũng bố trí tương tự như trong trường hợp xử lý nền đá (điều 5.3.7) Màn chống thấm phải cắm sâu vào lớp không thấm tương đối dưới nền bồi tích với độ sâu đảm bảo không gây xói ngầm cho các lớp không thấm. 5.4.5. Để đánh giá khả năng khoan phụt tạo màn chống thấm ở nền bồi tích, trước tiên có thể xem xét trị số khoan phụt M. M = D 15 /d 85 Trong đó D 15 là đường kính hạt có 15% trọng lượng hạt trong tầng nền cần xử lý nhỏ hơn đường kính hạt này, mm. d 85 là đường kính hạt có 85% trọng lượng hạt trong dung dịch phụt nhỏ hơn đường kính hạt này, mm. Khi M>15 có thể phụt vữa xi măng, M>10 có thể phụt vữa xi măng – sét. 5.4.6. Màn chống thấm cần đáp ứng các yêu cầu sau: 1. Về độ dày, sơ bộ xác định theo công thức sau: T = H/J Trong đó + H: cột nước tác dụng lớn nhất, m. + J: Građient cho phép của màn phụt, đối với dung dịch xi măng – sét có thể lấy J ≤ 3÷4 Đối với màn chống thấm nhiều hàng có độ sâu tương đối lớn tùy thuộc građient thấm trong nền có thể thiết kế các độ dày khác nhau theo độ sâu, khi đó trị số tính theo công thức trên là độ dày lớn nhất tại đỉnh của màn phụt. 2. Tỷ lệ trộn dung dịch vữa xi măng – sét cần qua thí nghiệm để xác định, thông thường hàm lượng xi măng nên chiếm 20% ÷ 50% tổng trọng lượng dung dịch vữa phụt. 3. Áp lực phụt cũng phải thông qua thí nghiệm hiện trường để quyết định hoặc có thể dự kiến theo kinh nghiệm nhưng phải bổ sung điều chỉnh trong quá trình thi công khoan phụt. Việc thiết kế và tổ chức thi công khoan phụt màn chống thấm trong nền bồi tích cần tuân thủ các quy định và chỉ dẫn trong tiêu chuẩn riêng về quy trình kỹ thuật khoan phụt công trình thủy lợi hiện hành. 5.4.7. Tường hào xi măng – bentonit thích hợp với mọi loại nền bồi tích về độ sâu, thành phần hạt, mực nước ngầm v.v…, nên áp dụng cho các loại đập cấp I, II trên nền bồi tích dày. Tường hào xi măng – bentonit dày khoảng 0,6 đến 1,2 m. Đáy tường hào cần cắm sâu vào nền đá có đới thấm ít từ 0,5 đến 1,0m, nếu gặp tầng phong hóa sâu và đới đứt gãy nhàu nát cần cắm sâu hơn căn cứ nhiều cao đập và tình hình nhàu nát của đứt gãy. Đỉnh tường cắm vào bộ phận chống thấm của đập (tường lõi hoặc tường nghiêng) tối thiểu 2m. Trong mọi trường hợp độ sâu không xử lý không vượt 1H. Việc thiết kế tường hào xi măng – bentonit cần theo quy trình và chỉ dẫn riêng. 5.4.8. Tường chống thấm bằng cừ thép, có thể áp dụng khi: đập đất chỉ cần chống thấm trong phạm vi lớp bồi tích, trong lớp đó không có đá tảng, đá lăn, chiều dày lớp bồi tích phối hợp với chiều dài thông dụng của cừ thép và có luận chứng kinh tế. Khi sử dụng cừ thép cần có mũ cừ thích hợp bằng bê tông cốt thép hoặc bằng đất sét luyện để chống thấm. 6. NỐI TIẾP ĐẬP ĐẤT VỚI NỀN, HAI BỜ VAI VÀ VỚI CÁC CÔNG TRÌNH XÂY ĐÚC 6.1. Nối tiếp với nền đầp và hai bờ vai đập 6.1.1. Việc nối tiếp phải làm cho thân đập đắp và nền đập cùng làm việc thống nhất nhằm đảm bảo an toàn và tuổi thọ của công trình. Yêu cầu chung của việc nối tiếp này là không cho phát sinh dòng thấm tiếp xúc nguy hiểm giữa đáy thân đập với nền, không tạo ra lớp mềm yếu và lún không đều dẫn đến nứt đập. Sau khi đã xử lý mặt nền đất theo các điều quy định ở điều 5, cần phải đầm kỹ lớp đất mặt nền trước khi đắp đập. 6.1.2. Tính toán kiểm tra và có biện pháp đảm bảo nguyên tắc và yêu cầu lọc ngược giữa vật liệu đắp thân đập với nền, đảm bảo không xảy ra dòng thấm lôi kéo các hạt mịn ở bộ phận chống thấm ra ngoài hoặc gây biến dạng thấm bất lợi ảnh hưởng đến an toàn và ổn định của công trình. 6.1.3. Một số các biện pháp cần nghiên cứu áp dụng khi thiết kế nối tiếp đập với nền đập sau đây: 1. Chống xói ngầm chân khay với nền bồi tích bằng cách dùng cát có thành phần hạt thích hợp làm lớp lọc lót trên cả 2 mái hố móng chân khay trước khi đắp đất. Bề dày lớp này từ 0,30m đến 1,0m. Có thể dùng vải địa kỹ thuật ở đập cấp III trở xuống để thi công được thuận lợi hơn. Khi chân khay đặt vào nền đá phong hóa nứt nẻ cũng cần đặt lớp lọc trên mái hố móng chân khay (chủ yếu ở phía hạ lưu) dày 0,3 đến 1,0m để đảm bảo yêu cầu lọc ngược. Thực hiện các biện pháp xử lý nền quy định ở điều 5. 2. Phần đáy thân đập khối lõi hoặc tường nghiêng chống thấm, gần mặt tiếp giáp với nền, cần có lớp tiếp xúc dày 2÷3m được đắp bằng đất tốt hơn, ít thấm hơn và có độ ẩm cao hơn nhưng không vượt quá 1÷3% so với đất phần còn lại bên trên, được rải cẩn thận và đầm chặt. 6.1.4. Hai bờ vai sườn núi cần phải xử lý để cho thân đập nhất là khối chống thấm liên kết chặt chẽ, tránh xảy ra lún không đều gây nứt và thấm qua vai đập gây mất ổn định cho công trình. Việc xử lý đào ở sườn núi vai đập phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: 1. Vai bờ cần phẳng, không được có bậc thụt, dốc ngược hoặc dốc đột biến. Khi vai bờ dốc không đều, trên thoải dưới dốc, thì góc dốc đột biến ở đó phải nhỏ hơn 20 độ. 2. Mái bờ vai sườn núi đá nhất là nơi tiếp giáp với khối chống thấm không được dốc quá 1:0,5. Nếu để sườn núi dốc hơn trị số này phải có luận chứng và biện pháp tin cậy chống nứt do thân đập lún không đều gây ra. 3. Mái bờ vai là đất thì bản thân mái phải đảm bảo ổn định trong mọi điều kiện thi công và khai thác nhưng không được dốc quá 1:1,5, không được xử lý thành bậc thang, mà phải làm phẳng từ đỉnh đến chân vai bờ. 6.1.5. Tại vùng tiếp giáp khối chống thấm bằng đất ít thấm (tường lõi hoặc tường nghiêng) với hai bờ vai nên mở rộng mặt cắt khối chống thấm đó để tăng khả năng chống thấm tại vai bờ đập. Việc đắp đất ở vùng nối tiếp này phải rất cẩn thận, thiết kế cần đề ra một quy trình đắp đất riêng. 6.1.6. Đối với đập cao, trên nền đá thấm lớn, ngoài khoan phụt màn chống thấm, còn nên khoan phụt cố kết dưới tấm bê tông phản áp nằm giữa đáy khối chống thấm với nền đá, nhằm cải thiện điều kiện nối tiếp giữa đập và nền. 6.2. Nối tiếp thân đập đất với các công trình xây đúc 6.2.1. Các vùng thân đập nối tiếp với công trình xây đúc như cống dưới đập, tường bên của tràn xả lũ, âu thuyền, đập bê tông v.v… là những nơi xung yếu nhất trong thân đập về mặt chống thấm do đó cần phải thiết kế biện pháp nối tiếp để phòng tránh sự cố do dòng thấm tập trung tại mặt tiếp xúc gây xói ngầm, lún không đều sinh nứt, dòng nước chảy làm xói lở mái và chân đập thượng hạ lưu v.v… 6.2.2. Phần công trình xây đúc, phía nối tiếp với thân đập cần bố trí các tường răng hoặc tường cắm sâu vào khối chống thấm của thân đập để kéo dài đường viền thấm, giảm građient thấm tiếp xúc giữa đất thân đập và kết cấu xây đúc. Cống ngầm trong đập đất nếu có cũng cần làm các tường cắm vào thân đập, đồng thời nên bố trí tầng lọc ngược ở hạ lưu bao quanh cống sau khối chống thấm để đảm bảo dòng thấm qua mặt tiếp xúc được lọc qua tầng lọc không mang theo hạt đất của thân đập. Chiều dài của các tường răng, tường cắm xác định trên cơ sở tính toán thấm. 6.2.3. Khi nối tiếp đập với công trình xây đúc kiểu tường bên, độ dốc thẳng đứng của mặt kết cấu bê tông nối tiếp thân đập không được dốc hơn 1:0,25 đến 1:0,50 của thân đập. Tại đây nên mở rộng mặt cắt khối chống thấm và tăng thêm tầng lọc ngược ở hạ lưu khối chống thấm. Khi độ dốc mặt tiếp xúc lớn hơn trị số nêu trên cần có luận chứng và áp dụng biện pháp công trình thích hợp. 6.2.4. Khi đào hố móng để thi công công trình trong thân đập, cần có lưu không đủ rộng để việc đắp đất vào mang công trình được thuận lợi. Trường hợp hố móng đá thì không nên đào móng rộng, không cần lưu không để khi đổ bê tông thì mang công trình sẽ áp trực tiếp vào mái hố móng, tạo sự liên kết tốt hơn để chống thấm. 6.2.5. Đắp đất mang công trình cần đảm bảo chất lượng cao nhất từ việc làm vệ sinh hố móng trước khi đắp, chọn loại đất tốt đáp ứng yêu cầu về hệ số thấm, dung trọng khô đầm nén và độ ẩm, chiều dày rải đất, thiết bị và phương pháp đầm nén, số lần đầm. Thông thường trong diện hẹp, phải đầm thủ công, cần xử lý tốt các vùng phân lớp giữa đầm thủ công và đầm cơ giới để đảm bảo đầm nén thích hợp khối đất xung quanh hoặc khối đắp gần tường bên của công trình xây đúc. 6.2.6. Bộ phận chống thấm ở nền đập và công trình xây đúc cần phải liên hợp với nhau cùng đảm bảo yêu cầu ổn định thấm công trình. 7. QUAN TRẮC 7.1. Khi thiết kế đập đất cấp I đến cấp III và đập có chiều cao trên 15m, phải bố trí thiết bị quan trắc tại công trình trong quá trình thi công và trong thời kỳ quản lý khai thác, về tình trạng công trình và nền của chúng nhằm các mục đích sau đây: 1. Kiểm nghiệm tính phù hợp của đồ án thiết kế để kịp thời sửa đổi bổ sung thiết kế trong quá trình thi công và phục vụ quản lý thi công góp phần đảm bảo chất lượng thi công. 2. Kiểm nghiệm tính chính xác của thiết kế, tính thích nghi kỹ thuật mới, luận chứng vận hành an toàn liên tục của công trình, dự báo tính năng vận hành đập trong tương lai, dự báo nhu cầu xử lý duy tu, sửa chữa, nâng cấp công trình. 3. Kiểm nghiệm chất lượng công trình, làm căn cứ pháp lý và cơ sở kỹ thuật làm rõ trách nhiệm khi công trình có sự cố. 4. Phục vụ nghiên cứu khoa học, không ngừng nâng cao trình độ công nghệ xây dựng Đập. 7.2. Về thiết kế quan trắc, ở giai đoạn lập dự án đầu tư, cũng cần dự kiến kinh phí công tác quan trắc để đưa vào trong Tổng mức đầu tư, khoảng từ 0,2 đến 0,5% vốn hạng mục đập đất. Trong bước Thiết kế kỹ thuật phải đề cập đầy đủ yêu cầu và nội dung quan trắc phù hợp với cấp, quy mô và đặc điểm của đập. Lập khái toán làm căn cứ đặt hàng hoặc đấu thầu cung cấp và lắp đặt thiết bị. Trong bước bản vẽ thi công sẽ tiến hành thiết kế bố trí thiết bị cụ thể và lập quy trình quan trắc trong quy trình quản lý vận hành công trình do đơn vị tư vấn thiết kế lập và trình cấp có thẩm quyền phê duyệt. 7.3. Thiết bị quan trắc cần đảm bảo nguyên tắc: hiệu quả, chính xác và kiên cố lâu bền, đồng thời phải hiện đại và hợp lý về kinh tế. Những vấn đề có liên quan đến thiết kế, lắp đặt, sử dụng, chỉnh lý tài liệu… cần tham khảo các quy định có liên quan của các tài liệu chuyên ngành. 7.4. Đập cấp I, II nên lắp đặt các hạng mục quan trắc sau đây: 1. Chuyển vị đứng và chuyển vị ngang đỉnh đập, mái đập. 2. Lún nền đập, thân đập. 3. Chuyển vị đứng nội bộ thân đập. 4. Đường bão hòa trong thân đập, áp lực kẽ rỗng hoặc áp lực thấm trong thân và nền đập. 5. Lưu lượng thấm, độ trong và chất lượng của nước thấm. Có điều kiện, tốt nhất nên quan trắc riêng lưu lượng thấm từng bộ phận của đập như thấm ở nền, ở thân và thấm vai đập. 6. Thấm quanh vai đập, mực nước ngầm ở bờ vai đập. 7. Bồi lắng hồ chứa và bồi lắng trước đập. 8. Mực nước thượng hạ lưu. 9. Quan trắc các hiện tượng hư hỏng bề mặt công trình (như nứt nẻ, sạt sệ, trồi dô, mạch sủi đùn cát, mạch đùn, thấm ở chân đập, hai bên vai hạ lưu đập). 10. Quan trắc tình hình ổn định các bờ vai đập. Đối với các đập cấp III có thể giảm bớt một số hạng mục nhưng nhất thiết phải có như quy định ở khoản 1, 4, 5, 6, 8, 9, 10. Đối với đập cấp IV, V căn cứ đặc điểm nhiệt kế và xây dựng để tiến hành quan trắc như khoản 1, 4 (đường bão hòa), 8, 9, 10. Cụ thể cần tuân theo các quy định ở tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành liên quan. 7.5. Đối với đập cấp I, II và đập cao, cần tiến hành thêm một số các quan trắc chuyên đề, căn cứ đặc điểm cụ thể của công trình như các quan trắc về ứng biến, ứng suất và biến dạng của kết cấu chống thấm cứng trong đập, quan trắc động đất, sóng, ô nhiễm của nước hồ chứa. 7.6. Đo đạc về lún tiến hành bằng máy chính xác loại thăng bằng cấp III. Phải đo lún của nền (khi nền không phải là đá), thân và đỉnh công trình. Số lượng mốc đo tùy theo điều kiện địa chất ở nền, địa hình tuyến đập và vật liệu đắp đập. Trong thời gian thi công cần đo lún, thời gian đo tùy biện pháp và tiến độ thi công. Khi công trình đi vào khai thác thì trong 2 năm đầu mỗi quý đo lún 1 lần, sau đó mỗi năm đo một lần. 7.7. Đo chuyển vị ngang đối với đập cao tiến hành theo phương pháp đo địa hình với độ chính xác ± 0,5cm. Nên tiến hành đo khi cột nước tác dụng lên đập lớn nhất trong năm, và đo mỗi lần ít nhất 3 lượt. 7.8. Đường bão hòa thân đập được đo trong các ống đo áp, bố trí ít nhất 3 ống trên 1 mặt cắt ngang quan trắc. Các ống đo cần đặt tại các vị trí dự kiến mực nước ngầm thay đổi (trước và sau bộ phận chống thấm, sau bộ phận tiêu nước trong thân đập…). Mức độ chính xác khi đo là ± 5 cm. 7.9. Lưu lượng thấm đo bằng các máy đo lưu lượng đặt sau đập, với độ chính xác ± 5% lưu lượng được đo. Việc đo lưu lượng thấm cần tiến hành cùng lúc với đo mực nước thấm trong đập. MỤC LỤC 1. QUY ĐỊNH CHUNG 1.1. Đối tượng và phạm vi áp dụng. 1.2. Định nghĩa và phân loại đập đất. 2. NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 2.1. Yêu cầu chung. 2.2. Yêu cầu về điều kiện địa chất công trình. 2.3. Bố trí chung đập đất đầm nén và các hạng mục công trình liên quan. 2.4. Yêu cầu đối với các công trình xây đúc có ảnh hưởng đến an toàn và kinh tế của đập đất đầm nén. 2.5. Các yêu cầu về môi trường, cảnh quan và thẩm mỹ. 2.6. Thiết kế phân đợt, phân đoạn thi công và sửa chữa nâng cấp đập đất đầm nén. 3. VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP VÀ TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN 3.1. Công tác điều tra, khảo sát vật liệu đắp đập. 3.2. Chọn các loại vật liệu dùng đắp đập. 3.3. Các đặc trưng cơ lý của nền và vật liệu đắp. 3.4. Lựa chọn các chỉ tiêu thiết kế đầm nén đất đắp đập. 4. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CỦA ĐẬP ĐẤT 4.1. Cao trình đỉnh đập. 4.2. Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập. 4.3. Mái và bảo vệ mái đập. 4.4. Bộ phận chống thấm ở thân và nền đập. 4.5. Bộ phận tiêu thoát nước. 4.6. Tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp. 4.7. Các tính toán đập. 5. XỬ LÝ NỀN ĐẬP 5.1. Công tác khảo sát nền đập và yêu cầu chung đối với nền đập. 5.2. Yêu cầu chung về xử lý nền đập. 5.3. Xử lý nền đá. 5.4. Xử lý chống thấm nền bồi tích. 6. NỐI TIẾP ĐẬP ĐẤT VỚI NỀN, HAI BỜ VAI VÀ VỚI CÁC CÔNG TRÌNH XÂY ĐÚC 6.1. Nối tiếp với nền đập và hai bờ vai đập. 6.2. Nối tiếp thân đập đất với các công trình xây đúc. 7. QUAN TRẮC