TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9143:2022 VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ VAI CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ

Hiệu lực: Còn hiệu lực

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9143 : 2022

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ VAI CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ

Hydraulic structures – Seepage analysis through non-rock foundation and around abutments of hydraulic structures

Lời nói đầu

TCVN 9143:2022 thay thế TCVN 9143:2012

TCVN 9143:2022 do Trường đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ VAI CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ

Hydraulic structures – Seepage analysis through non-rock foundation and around abutments of hydraulic structures

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu cho việc tính toán thấm dưới đáy công trình trên nền không phải là đá và thấm vòng quanh trụ biên, tường bên khống thấm của các công trình thủy lợi, phòng chống thiên tai (ví dụ: đập bê tông, tràn xả lũ, cống vùng triều…) có tiếp giáp với đất hai bên vai (bờ).

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho tính toán thấm qua thân và nền đê, đập vật liệu địa phương.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 4253 Nền các công trình thủy công – Yêu cầu thiết kế

TCVN 8216 Thiết kế đập đất đầm nén

TCVN 8217 Đất xây dựng công trình thủy lợi – Phân loại

TCVN 8219 Hỗn hợp bê tông thủy công và bê tông thủy công

TCVN 8297 Công trình thủy lợi – Đập đất đầm nén – Thi công và nghiệm thu

TCVN 8422 Thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy công

TCVN 8477 Công trình thủy lợi – Thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế

TCVN 8478 Công trình thủy lợi – Thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế

TCVN 8481 Công trình đê điều – Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình

TCVN 9159 Công trình thủy lợi – Khớp nối

TCVN 10398 Công trình thủy lợi – Đập xà lan – Yêu cầu thiết kế

TCVN 10400 Đập trụ đỡ – Yêu cầu thiết kế

TCVN 12633 Công trình thủy lợi – Cừ chống thấm – Yêu cầu thiết kế

TCVN 12571 Công trình thủy lợi – Thành phần nội dung công tác khảo sát, tính toán thủy văn trong giai đoạn lập dự án và thiết kế

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1. Đường viền thấm (Impermeable borders)

Đường giới hạn phần không thấm nước ở dưới đáy hoặc bên vai công trình, trong đó:

– Đường viền thấm dưới đáy công trình là đường tiếp xúc giữa đất nền và đáy không thấm của công trình (sân phủ, bản đáy công trình, cừ chống thấm, chân khay chống thấm hoặc các loại tường chống thấm).

– Đường viền thấm qua vai công trình là đường tiếp xúc giữa đất đắp hoặc đất ở vai công trình và vai không thấm của công trình (trụ biên, các loại tường cánh, các loại tường răng ngắn, tường răng dài).

3.2. Sân phủ (Blanket)

Kết cấu được làm tách rời với bản đáy công trình, bằng các vật liệu ít thấm hoặc không thấm có tác dụng kéo dài đường viền thấm về phía thượng lưu.

3.3. Sân sau (Apron)

Bộ phận nối tiếp hạ lưu có tác dụng bảo vệ đáy kênh, đồng thời cũng là đoạn quá độ để dòng chảy ra kênh được dễ dàng và khuếch tán đều đặn; Sân sau có thể không thấm nước hoặc là thiết bị thoát nước.

3.4. Trụ biên nối tiếp đập, tràn, cống với 2 bờ hoặc đê, đập (Abutment piers)

Các trụ hoặc tường bên ở ngoài cùng của đập, tràn, cống nối tiếp công trình với bờ đất hoặc trụ nối tiếp của công trình với đê, đập đất bên cạnh.

3.5. Nền đất (soil foundation)

Nền dưới đáy công trình không phải là đá, bằng các vật liệu ở thể mềm, rời đặc trưng; giữa các hạt rắn tạo đất không có hoặc có không đáng kể các liên kết kết tinh hoặc liên kết xi măng.

3.6. Nền không đồng nhất (Non-homogeneous soil)

Nền có các đặc trưng cơ lý khác nhau ở các điểm khác nhau trong khối đất ở nền công trình. Nền công trình gồm nhiều lớp đất khác nhau là một trường hợp của nền không đồng nhất.

3.7. Tầng không thấm (Impermeable layers)

Tầng nền thực tế không thấm nước hoặc có hệ số thấm nhỏ hơn 100 lần so với lớp nền thấm nước dưới đáy công trình.

3.8. Độ bền thấm (Soil endurance against seepage)

Khả năng của đất chống lại các biến hình thấm.

Độ bền thấm bao gồm độ bền thấm chung (tương ứng với biến hình thấm đặc biệt) và độ bền thấm thông thường (tương ứng với các loại biến hình thấm cục bộ: xói ngầm cơ học, xói ngầm tiếp xúc, đẩy trồi đất, đùn đất tiếp xúc).

3.9. Đất có thể bị biến hình do thấm (Erodable soil)

Đất mà dưới tác động của dòng thấm (ở các vận tốc thấm nhất định), có thể sinh ra các biến hình thấm nguy hiểm và dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu tải.

3.10. Tầng lọc ngược (Adverse filter)

Thiết bị lọc có cấu tạo từ hai đến ba lớp vật liệu không dính gồm các vật liệu cát, sạn sỏi hoặc đá dăm hoặc các vật liệu tổng hợp (vải lọc, băng lọc) có kích thước hạt tăng dần theo chiều dòng thấm. Thường dùng để bảo vệ đất trong thân đập, nền dưới đáy và vai công trình nhằm hạn chế xói ngầm cơ học cũng như các loại biến hình thấm khác.

4. Ký hiệu và từ viết tắt

L: Chiều dài đường viền thấm (m);

H: Cột nước thấm (m);

J: Độ dốc thủy lực của dòng thấm (Gradient thấm);

[K]: Hệ số an toàn cho phép;

K: Hệ số thấm (m/s);

T: Chiều dày tầng thấm (m);

S: Chiều sâu của hàng cừ (m);

a: Chiều cao của bậc (m);

J_ra: Gradient thấm ở cửa ra;

[J]: Gradient thấm cho phép;

J_g_h: Gradient thấm giới hạn;

PTHH: Phần tử hữu hạn.

5. Yêu cầu chung

5.1. Yêu cầu đối với giải pháp công trình

Giải pháp công trình để chống thấm ở dưới đáy và vai công trình cần thỏa mãn các điều kiện sau:

a) Đảm bảo ổn định và độ bền thấm, cũng như ổn định và độ bền tổng thể của công trình;

b) Kết cấu đơn giản, dễ thi công và rút ngắn thời gian thi công;

c) Vận hành công trình thuận tiện;

d) Có giá thành xây dựng hợp lý.

5.2. Nội dung tính toán:

a) Xác định trị số áp lực do dòng thấm tác dụng lên các bộ phận của công trình;

b) Xác định trị số gradient thấm chung và gradient thấm cục bộ tại những vị trí có khả năng gây mất ổn định thấm của nền dưới đáy và vai công trình;

c) Xác định trị số lưu lượng thấm qua nền dưới đáy và vai công trình (nếu cần).

5.3. Yêu cầu về kiểm tra độ bền thấm:

a) Kiểm tra độ bền thấm chung;

b) Kiểm tra độ bền thấm cục bộ.

6. Yêu cầu đối với tài liệu khảo sát địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, khảo sát thủy văn

6.1. Thành phần và khối lượng khảo sát trong các giai đoạn của dự án phải phù hợp với các tiêu chuẩn TCVN 8477, TCVN 8478, TCVN 8481, TCVN 12571.

6.2. Một số yêu cầu bổ sung:

a) Trường hợp tính toán thấm cho mặt cắt theo phương xiên góc với phương dòng chảy cần tiến hành đo vẽ mặt cắt địa hình trên tuyến xiên góc, mỗi tuyến xiên góc phải bố trí tối thiểu 1 lỗ khoan lấy mẫu, và thực hiện các thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường để mô tả đầy đủ các đặc trưng cơ lý, tính thấm của đất đá;

b) Trường hợp tính toán thấm theo sơ đồ không gian cần thực hiện đo vẽ, thí nghiệm, tính toán để có tài liệu mô tả đầy đủ điều kiện địa hình, địa chất, địa chất thủy văn và thủy văn theo không gian;

c) Trường hợp tính toán thấm dị hướng cần tiến hành thí nghiệm đổ nước hiện trường để xác định hệ số thấm ngang của nền (trên mỗi hố khoan khảo sát địa chất, tại mỗi lớp đất tối thiểu phải tiến hành thí nghiệm đổ nước hiện trường một lần).

7. Trường hợp tính toán

7.1. Các trường hợp tính toán thấm cần phải đầy đủ, đảm bảo công trình an toàn trong mọi trường hợp làm việc, bao gồm:

a) Tổ hợp cơ bản: Mực nước thượng lưu tương ứng với tần suất thiết kế, hạ lưu là mực nước bất lợi tương ứng, các thiết bị chống thấm và thoát nước làm việc bình thường;

b) Tổ hợp đặc biệt: Mực nước thượng lưu tương ứng với tần suất kiểm tra, hạ lưu là mực nước bất lợi tương ứng hoặc trường hợp điều kiện mực nước tương ứng với tổ hợp cơ bản nhưng các thiết bị chống thấm, thoát nước làm việc không bình thường;

c) Tổ hợp thi công: ứng với các điều kiện thi công công trình.

CHÚ Ý: Với các cống làm việc hai chiều, cần tính toán thấm với tất cả các chiều dòng thấm.

7.2. Mặt cắt tính toán thấm phải được xác định theo trường hợp bất lợi nhất về thấm (cả theo phương dòng chảy và theo phương xiên góc với dòng chảy).

7.3. Yêu cầu tính toán thấm theo sơ đồ không gian khi ảnh hưởng của dòng thấm không gian là rõ rệt hoặc công trình từ cấp I, cấp đặc biệt.

7.4. Đối với công trình từ cấp II, cấp I và cấp đặc biệt, khi tính thấm cần xem xét đến bài toán thấm dị hướng của nền dưới đáy và vai công trình.

8. Đường viền và miền thấm dưới đáy công trình

8.1. Các giới hạn của miền thấm dưới đáy công trình

Hình 1. Giới hạn miền thấm dưới đáy công trình

Miền thấm dưới đáy công trình được giới hạn bởi các thành phần sau:

a) Cửa vào của dòng thấm (A – 1);

b) Cửa ra của dòng thấm (13 – 14 – 15 – B), trong đó đoạn 13 – 14 – 15 là bộ phận tiêu năng có bố trí tầng lọc ngược;

c) Giới hạn trên là một đường gẫy khúc, gọi là đường viền dưới đất của công trình, trong đó:

+ Đoạn đường viền thấm ở sân trước: 1-2-a-3-4;

+ Đoạn đường viền thấm dưới đáy công trình: 4-5-b-6-7-8-9-10-11-c-12-13;

d) Giới hạn dưới – tầng đất không thấm: đường OO’, có thể là cong, thẳng, nằm ngang hay nằm nghiêng tùy thuộc vào cấu tạo địa chất của nền.

CHÚ Ý: Đường viền thấm dưới đất chỉ có theo phương đứng xem sơ đồ a, b Hình D.4 Phụ lục D; đường viền thấm chỉ có theo phương ngang xem sơ đồ b Hình D.1 Phụ lục D

8.2. Phạm vi áp dụng sơ đồ đường viền thấm dưới đáy công trình

Sơ đồ Hình 1 được sử dụng để tính thấm dưới đáy công trình thủy lợi có nền thấm dày hữu hạn. Đối với nền thấm dày vô hạn phải biến đổi tương đương về nền thấm có chiều dày nền thấm hữu hạn (Xem Phụ lục A.1).

8.3. Yêu cầu thiết kế chi tiết cho các bộ phận đường viền thấm dưới đáy công trình

Việc lựa chọn các hình thức, bộ phận của đường viền thấm dưới đáy công trình cần được phân tích dựa trên tiêu chí kinh tế và kỹ thuật, đáp ứng các quy định tại điều 5.1. Các hình thức bộ phận chống thấm dưới đáy công trình gồm:

8.3.1. Sân phủ

1) Phân loại

– Các sân phủ cứng: bê tông, bê tông cốt thép.

– Sân phủ mềm: đất sét, vật liệu tổng hợp phải có hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của nền và có khả năng biến dạng theo biến dạng của nền.

2) Kích thước

– Chiều dày t của sân phủ tính theo công thức:

t ≥	∆h
	[J]

(1)

trong đó:

∆h – tổn thất cột nước tính từ đầu đường viền dưới đất (phía thượng lưu) đến mặt cắt thẳng đứng đang xét của sân phủ;

[J] – Gradient cho phép của vật liệu làm sân phủ.

Ngoài ra, chiều dày nhỏ nhất của sân phủ cần chú ý đến yêu cầu cấu tạo.

– Chiều dài sân phủ phải được xác định trên cơ sở tính toán đảm bảo độ bền thấm của nền (theo Điều 12) hoặc giảm áp lực đẩy ngược để đảm bảo ổn định công trình.

8.3.2. Cừ chống thấm

1) Phân loại

a) Theo vật liệu: cừ gỗ, cừ thép, cừ bê tông cốt thép, cừ hợp kim, cừ nhựa…

b) Theo độ cứng:

– Cừ cứng: là cừ được làm bằng các vật liệu cứng và gần như không có khả năng thấm nước (thép, bê tông cốt thép, PVC, composite):

– Cừ mềm (hào chống thấm, màng chống thấm): là cừ làm bằng các vật liệu mềm, ít thấm nước (đất sét luyện, vữa xi măng, vữa đất sét có phụ gia hóa dẻo, vữa xi măng – pôlime, vữa pôlime)

c) Theo cách thức bố trí:

– Cừ treo: lá cừ được bố trí xuyên qua một phần tầng thấm;

– Cừ chống: là cừ được bố trí xuyên qua toàn bộ tầng thấm.

Chi tiết về phân loại và cấu tạo xem TCVN 12633.

2) Kích thước

– Chiều dày: đối với cừ cứng thì xác định theo yêu cầu cấu tạo; đối với cừ mềm thì xác định theo tính toán độ bền thấm;

– Chiều sâu: đối với cừ treo xác định trên cơ sở tính toán đảm bảo độ bền thấm của nền (theo Điều 12) và giảm áp lực đẩy ngược để đảm bảo ổn định công trình; đối với cừ chống chiều sâu cừ phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm;

– Số hàng cừ: xác định trên cơ sở tính toán đảm bảo độ bền thấm của nền (theo Điều 12) và giảm áp lực đẩy ngược để đảm bảo ổn định công trình.

CHÚ Ý: Lựa chọn số hàng cừ và chiều sâu cừ để giảm áp lực thấm tác dụng lên bản đáy và Gradient thấm ở cửa ra:

a) Hạn chế bố trí cừ phía cửa ra;

b) Trong trường hợp cần thiết (công trình làm việc hai chiều), có thể bố trí cừ treo ở cửa ra với chiều sâu vừa phải.

8.3.3. Chân khay

1) Phân loại: chân khay cấu tạo và chân khay chống thấm

– Chân khay cấu tạo: là chân khay dùng để nối tiếp tốt hơn giữa đáy công trình và nền nhằm mục đích ngăn ngừa thấm tiếp xúc nguy hiểm;

– Chân khay chống thấm: là các tường răng bê tông sâu, được bố trí thay cho hàng cừ trong trường hợp không thể đóng được cừ vào đất nền.

2) Kích thước

– Chiều sâu chân khay chống thấm: xác định trên cơ sở tính toán đảm bảo độ bền thấm của nền (theo Điều 12) và giảm áp lực đẩy ngược để đảm bảo ổn định công trình.

CHÚ Ý: Thường bố trí chân khay chống thấm ở thượng lưu bản đáy công trình.

8.4. Những biện pháp chống thấm tiếp xúc

Thấm tiếp xúc là hiện tượng thấm trong phạm vi tiếp xúc giữa các phần công trình không thấm và đất nền hoặc đất ở vai công trình. Thấm tiếp xúc thường xảy ra và phát triển nhanh khi chỗ tiếp giáp giữa đất và công trình tạo thành các khe hở hoặc các vùng đất tơi xốp.

Đối với đường viền thấm dưới đáy công trình: cần tuân thủ các yêu cầu thiết kế ở Điều 8.3.

Khu vực cửa ra của dòng thấm cần phải bố trí thiết bị thoát nước và tầng lọc ngược theo quy định tại TCVN 8422.

Khi thiết kế, thi công cần phải áp dụng các biện pháp cần thiết đảm bảo chỗ tiếp xúc giữa đất nền và phần không thấm của công trình không xuất hiện các vùng đất tơi xốp hoặc các khe hở cả trong thời kỳ thi công và trong thời kỳ khai thác, vận hành công trình.

8.5. Nguyên tắc kiểm tra đường viền thấm dưới đáy công trình

1) Kiểm tra đường viền thấm dưới đáy công trình theo điều kiện đảm bảo độ bền thấm chung và đảm bảo ổn định của công trình.

2) Tổ hợp tính toán: theo tổ hợp được quy định tại Điều 7.1.

3) Mặt cắt tính toán: theo quy định tại Điều 7.2 đến 7.4.

4) Trình tự tính toán lựa chọn phương án đường viền thấm

– Xuất phát từ đặc điểm kết cấu của công trình và phân bố miền thấm để đề xuất bố trí các bộ phận của đường viền thấm và kích thước sơ bộ của các bộ phận (có thể đề xuất một số phương án);

– Tính toán kiểm tra đường viền thấm theo điều kiện đảm bảo độ bền thấm chung (Điều 12);

– Dựa vào kết quả tính toán thấm để kiểm tra ổn định trượt, lật của công trình;

– Phân tích lựa chọn phương án.

9. Tính toán thấm dưới đáy công trình

9.1. Nhiệm vụ tính toán

Việc tính toán thấm dưới đáy công trình nhằm các mục đích sau đây:

a) Vẽ biểu đồ và tính toán áp lực thấm đẩy ngược tác dụng lên đáy công trình (W_t);

b) Xác định Gradient thấm để kiểm tra độ bền thấm của nền (J);

c) Xác định lưu lượng thấm (q);

9.2. Lựa chọn phương pháp tính toán thấm

9.2.1. Nền là đồng nhất và đẳng hướng

a) Tính theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng để kiểm tra đường viền thấm.

b) Tính toán xác định các thông số của dòng thấm:

– Công trình cấp III, cấp IV, nền thấm đơn giản: theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng, hoặc phương pháp hệ số sức kháng, hoặc tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (xem Phụ lục A);

– Công trình cấp II, cấp I, cấp đặc biệt hoặc công trình cấp bất kỳ với miền thấm phức tạp: theo phương pháp phần tử hữu hạn;

9.2.2. Nền không đồng nhất, nhưng thấm ở các lớp là đẳng hướng

a) Biến đổi tương đương về nền đồng nhất (xem Điều A.1, Phụ lục A), tính theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng để kiểm tra đường viền thấm;

b) Tính toán xác định các thông số của dòng thấm: theo phương pháp phần tử hữu hạn (với miền thấm thực).

9.2.3. Nền thấm dị hướng

a) Kiểm tra đường viền thấm: theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng.

b) Tính toán xác định các thông số thấm: theo phương pháp phần tử hữu hạn (với miền thấm thực).

9.3. Sơ đồ tính toán

9.3.1. Trường hợp đất nền là đồng nhất và đẳng hướng: Hình 2

Hình 2. Sơ đồ tính toán thấm trên nền đồng nhất và đẳng hướng

9.3.2. Trường hợp nền không đồng nhất:

a) Dòng thấm chảy dọc theo các lớp: Hình 3

Hình 3. Sơ đồ tính toán thấm nền không đồng nhất có các lớp đất nằm ngang song song với nhau

b) Dòng thấm chảy thẳng góc với các lớp: Hình 4

Hình 4. Sơ đồ tính toán thấm nền không đồng nhất có các lớp đất thẳng đứng song song với nhau

c) Miền thấm không đồng nhất có các lớp đất xen kẹp: Hình 5

Hình 5. Sơ đồ tính toán thấm nền không đồng nhất có các lớp xen kẹp

CHÚ Ý: Sơ đồ đường viền thấm dưới đất chỉ có theo phương đứng (đập trụ đỡ) xem sơ đồ a, b Hình D.4 Phụ lục D; đường viền thấm chỉ có theo phương ngang (đập xà lan) xem sơ đồ b Hình D.1 Phụ lục D

9.4. Phương pháp tính toán và điều kiện ứng dụng

9.4.1. Phương pháp tỷ lệ đường thẳng

1) Cách tính toán

a) Chiều dài tính toán của đường viền thấm được xác định theo công thức:

L_tt = L_d +	L_n	,
	m

(2)

trong đó:

L_đ – tổng chiều dài của các đoạn đường viền thẳng đứng, hoặc đường viền thấm nghiêng góc α > 45° so với phương ngang (m);

L_n – tổng chiều dài của các đoạn đường viền thấm nằm ngang, hoặc nghiêng góc α < 45° so với phương ngang (m);

m – hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ hoặc màng khoan phụt chống thấm, số hàng cừ hoặc màng khoan phụt chống thấm càng nhiều thì m càng lớn (xem Phụ lục A).

b) Trị số cột nước thấm tại một điểm cách điểm ra của đường viền thấm một đoạn là x_tt được xác định theo công thức:

h_x =	x_tt	H,
	L_tt

(3)

trong đó:

x_tt – khoảng cách từ mép hạ lưu đường viền thấm (điểm 13, Hình 1) đến điểm tính toán;

H – cột nước thấm (m), H = h₁ – h₂ (Hình 1).

c) Nội dung tính toán thực hiện theo chỉ dẫn ở Phụ lục A.

2) Điều kiện ứng dụng

– Đối với các công trình có miền thấm và đường viền thấm đơn giản: giải theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật.

– Đối với các công trình có miền thấm và đường viền thấm phức tạp, phương pháp tỷ lệ đường thẳng chỉ nên sử dụng để sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm trước khi đi vào tính toán theo các phương pháp chính xác hơn.

– Áp dụng đối với công trình cấp III, cấp IV hoặc giai đoạn thiết kế cơ sở.

9.4.2. Phương pháp hệ số sức kháng

1) Cách tính toán

a) Phương pháp hệ số sức kháng chia miền thấm thành các phân đoạn dựa trên hình dạng đường viền thấm. Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi phân đoạn sẽ được đặc trưng bởi hệ số sức kháng.

b) Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi phân đoạn h_i sẽ là:

h_i =	q	ξ_i =	ξ_i	H ,
	K		∑ξ_i

(4)

trong đó:

q – lưu lượng thấm đơn vị (m³/s.m);

K – hệ số thấm của miền thấm dưới đáy công trình (m/s);

ξ_i – hệ số sức kháng của phân đoạn thứ i;

∑ξ_i – tổng hệ số sức kháng của miền thấm;

H – cột nước thấm (m).

c) Lưu lượng thấm đơn vị (m³/s.m):

q =	H	K ,
	∑ξ_i

(5)

d) Gradient thấm lớn nhất ở vị trí cửa ra J_r:

J_r =	H	.	1	,
	T_r		α∑ξ_i

(6)

trong đó:

α – là hệ số phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm và chiều sâu cừ (cách xác định: xem Phụ lục A);

T_r – là chiều dày tầng thấm dưới đáy công trình tại cửa ra (m) (chi tiết xem Phụ lục A).

2) Điều kiện ứng dụng

– Phương pháp hệ số sức kháng có thể tính toán với bài toán có đường viền thấm từ đơn giản đến phức tạp cho độ chính xác đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

– Trường hợp miền thấm dưới đáy công trình có cấu tạo phức tạp, cần cân nhắc khi sử dụng phương pháp hệ số sức kháng.

– Áp dụng đối với công trình cấp III, cấp IV hoặc giai đoạn thiết kế cơ sở.

9.4.3. Phương pháp lưới thấm

1) Cách tính toán

a) Lưới thấm là tập hợp các họ đường dòng (đường biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển động trong miền thấm) và họ đường thế (đường mà các điểm nằm trên đường đó có cùng cột nước thấm).

Phương pháp lưới thấm dựa trên đặc trưng của lưới thấm để xác định các thông số của dòng thấm.

b) Cột nước thấm tại một điểm bất kỳ được xác định theo công thức:

h = i	H	,
	n

(7)

trong đó:

H – cột nước thấm (m);

n – số dải thế;

i – số thứ tự dải thế được tính từ phía hạ lưu (i có thể là số thập phân nếu vị trí tính toán không nằm ở cuối dải thế).

c) Lưu lượng thấm toàn miền (m³/s.m):

q = KH	m
	n

(8)

trong đó:

m – số ống dòng.

d) Gradient thấm tại cửa ra của ống dòng bất kỳ:

J =	H
	n∆L

(9)

trong đó:

∆L – chiều dài lưới ô vuông cong tại cửa ra của ống dòng tính toán (m).

2) Điều kiện áp dụng

– Kết quả tính toán thấm theo phương pháp lưới thấm phụ thuộc chủ yếu vào mức chính xác của lưới thấm được xây dựng.

– Với sự phát triển của máy tính và các phần mềm tính toán, công cụ vẽ lưới thấm trở nên hữu dụng và có thể sử dụng cho mọi sơ đồ đường viền thấm và các loại hình bài toán thấm khác nhau.

9.4.4. Phương pháp phần tử hữu hạn

1) Cách tính toán

a) Phương trình phần tử hữu hạn tổng quát để giải bài toán thấm như sau:

[Kc]{H} + [M]{H}.t = {Q}

(10)

trong đó:

[Kc] – ma trận phần tử đặc trưng;

[M] – ma trận khối lượng phần tử;

{Q} – vector lưu lượng áp dụng lên phần tử;

{H} – vector cột nước tại các nút phần tử.

b) Các bước tính toán

– Thiết lập mô hình;

– Khai báo các thông số đầu vào;

– Gán vật liệu và chia lưới phần tử;

– Gán các điều kiện biên;

– Chạy mô hình;

– Đưa ra kết quả.

GHI CHÚ: Chi tiết nội dung tính toán thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn xem Phụ lục A.5.

2) Điều kiện áp dụng

Phương pháp phần tử hữu hạn được ứng dụng với miền thấm từ đơn giản đến phức tạp, nền đồng nhất hoặc không đồng nhất, đẳng hướng hoặc dị hướng, thấm có áp hoặc không áp, dòng thấm ổn định hoặc không ổn định, sơ đồ thấm phẳng hoặc không gian…

CHÚ Ý: Khi tính toán thấm thường tính với bài toán phẳng. Ở các vị trí nối tiếp công trình với 2 bờ có thể xảy ra thấm không gian, hoặc có một số trường hợp thấm xiên dưới đáy công trình. Trong trường hợp này khi thiết kế các công trình quan trọng, dòng thấm ở các vị trí này phải được nghiên cứu đặc biệt mà trong tiêu chuẩn này chưa xét tới.

10. Đường viền thấm ở vai công trình

10.1. Sơ đồ đường viền thấm ở vai công trình

Hình 6 – Vị trí tường cánh so với tường dọc của trụ biên

Hình 7 – Tường cánh có chiều cao thay đổi

Hình 8 – Trụ biên với tường cánh có mặt xiên

10.1.1 Tường dọc của trụ biên và tường cánh (thượng lưu, hạ lưu)

a) Tường dọc của trụ biên với các tường cánh có chiều cao không đổi. Phân biệt vị trí của tường cánh theo 2 trường hợp:

– Các tường cánh bố trí vuông góc với tường dọc của trụ biên (Hình 6a);

– Các tường cánh tạo với tường dọc một góc lớn hơn 90° (Hình 6b);

b) Trụ biên với tường cánh có chiều cao thay đổi (đặc biệt là tường cánh dốc và chìm trong nước – đỉnh tường chúc dần xuống dưới mực nước). Tường cánh trên mặt bằng có dạng đường thẳng (Hình 7) hoặc đường cong;

c) Trụ biên với các tường cánh có mặt xiên được thể hiện trên Hình 8.

10.1.2. Lựa chọn trụ biên và các kích thước tùy thuộc vào các yếu tố chính sau đây:

a) Các điều kiện tháo nước qua công trình;

b) Hình dạng của khối đất đắp nối tiếp với công trình ngăn nước;

c) Loại và kích thước cửa van của công trình;

d) Việc bố trí các cửa van và các máy đóng mở của công trình;

e) Việc bố trí các cầu công tác và cầu giao thông trên công trình.

CHÚ Ý: Khi không có yêu cầu đặc biệt về thiết kế đường viền thấm ở vai công trình thì hình thức và kích thước trụ biên được chọn theo điều kiện cấu tạo và thi công. Trong trường hợp công trình có yêu cầu thiết kế đường viền thấm ở vai công trình thì căn cứ theo điều 10.1.2 để lựa chọn hình thức và kích thước trụ biên.

10.1.3. Khi thiết kế mặt phía trong của trụ biên cần phải tính đến các yêu cầu cơ bản sau đây:

a) Đất tiếp xúc với mặt phía trong của trụ biên phải là đất có hệ số thấm không lớn hơn 10-6m/s và độ chặt lớn hơn 95% (tùy cấp công trình và theo TCVN 8216) để lưu lượng thấm qua vai không quá lớn.

Về phạm vi đắp đất xung quanh các công trình xây đúc (tùy cấp công trình và theo TCVN 8297) cần lưu ý: trong phạm vi 1 m kể từ đường viền tiếp giáp, đất phải được đầm bằng đầm xung kích. Tùy điều kiện mặt bằng công trình, ngoài phạm vi đó được dùng đầm lăn ép, ngoài phạm vi 2 m dùng đầm rung và cần chọn tốc độ rung phù hợp;

b) Đất đắp chịu tác động của dòng thấm nhưng vẫn đảm bảo các điều kiện về độ bền thấm (theo điều 12), có thể xem xét bổ sung phụ gia vào đất đắp;

c) Áp lực thấm tác dụng lên trụ biên là nhỏ nhất.

10.1.4. Các vấn đề có liên quan đến việc thiết kế mặt trong của trụ biên:

a) Thiết kế hình dạng mặt phía trong của trụ biên và hình thức nối tiếp với đường viền thấm dưới đáy trụ biên;

b) Cần lựa chọn đất đắp sau lưng trụ biên và thiết kế thi công phần đắp đất này.

10.1.5. Khi thiết kế hình dạng mặt phía trong của trụ biên, đối với các công trình có quy mô lớn, tại mặt cắt thẳng đứng cần tuân thủ các chỉ dẫn sau:

a) Mặt phía trong phải có dạng đường thẳng hoặc đường gẫy khúc;

b) Mỗi đoạn của mặt phía trong trụ biên phải có độ dốc nhất định (theo phương thẳng đứng) làm mở rộng tường trụ biên về phía dưới đáy. Độ dốc mặt trong của trụ biên cần đảm bảo điều kiện:

– Thuận tiện cho việc đầm nện đất ngay sau tường trụ biên;

– Hạn chế dòng thấm tập trung tại mặt tiếp giáp giữa mặt trong của trụ biên và đất đắp, tại vị trí chênh lệch lún giữa các khối đất đắp (Hình 9).

CHÚ THÍCH: Trụ biên bằng bê tông trong mặt cắt thẳng đứng có dạng đường gãy khúc như trên (Hình 9): Nếu mặt AB là tương đối thoải (thí dụ góc α ≤ φ, với φ là góc nội ma sát của đất) thì khối đất ABD dưới tác dụng lực ma sát theo đường AB sẽ bị lún xuống “tại chỗ” trong khi đó khối DBCE khi lún sẽ trượt theo mặt BC. Do đó, trong phạm vi của đường DB có thể xuất hiện vùng đất tơi xốp do chênh lệch lún.

Hình 9 – Mặt cắt ngang trụ biên (trường hợp trụ biên thiết kế không hợp lý)

10.2. Lựa chọn sơ đồ đường viền thấm ở vai công trình

Sơ đồ đường viền thấm ở vai công trình được thể hiện trên Hình 10 và Hình 11 gồm các thành phần:

+ Tường cánh thượng lưu (1) và hạ lưu (2) (Hình 10);

+ Tường dọc trụ biên (4) trên Hình 10;

+ Khớp nối (3) liên kết giữa tường dọc trụ biên và tường tường cánh (Hình 10);

+ Tường răng dài (5) trên sơ đồ Hình 10;

+ Tường răng ngắn trên sơ đồ Hình 12;

+ Vùng chuyển tiếp cừ đáy công trình và dưới tường răng f-f’-b, Hình 11.

Hình 10 – Mặt bằng trụ biên có tường răng dài.

GHI CHÚ: 1 – tường cánh thượng lưu; 2 – tường cánh hạ lưu; 3 – khớp nối; 4 – tường dọc; 5 – tường răng dài.

Hình 11 – Trụ biên có tường răng dài (mặt cắt A-A ở Hình 10)

Hình 12 – Tiết diện nằm ngang của trụ biên với các tường răng ngắn

10.3. Yêu cầu thiết kế chi tiết các bộ phận của đường viền thấm ở vai công trình

10.3.1. Cần phân biệt các bộ phận sau đây của đường viền thấm ở vai công trình

– Tường cánh: phần chuyển tiếp giữa công trình ngăn nước và lòng dẫn phía thượng lưu, hạ lưu.

– Tường dọc trụ biên: phần nối tiếp của công trình và bờ.

– Khớp nối chống thấm: thiết bị đảm bảo kín khít nước giữa các bộ phận của công trình (theo TCVN 9159).

– Tường răng: có thể ở dạng tường răng dài hoặc tường răng ngắn (xem thêm Hình 10 và Hình 12). Tường răng có nhiệm vụ kéo dài đường viền thấm ở vai công trình, tăng ổn định cho công trình.

10.3.2. Tường cánh

a) Phân loại: các loại tường cánh đã được đề cập trong Điều 10.1.1.

b) Kích thước của tường cánh gồm: chiều dài, chiều cao, góc mở.

– Chiều cao tường cánh: theo cao trình đỉnh và đáy công trình;

– Chiều dài tường cánh: được lựa chọn theo kích thước của sân trước hoặc công trình tiêu năng ở hạ lưu và nhiệm vụ của tường chắn đất;

– Góc mở: tạo dòng chảy thuận trước, trong và sau công trình (thường lấy tổng góc mở hai tường cánh không lớn hơn 20° theo chiều dòng chảy, góc tường cánh tạo với tường dọc góc lớn hơn 90°).

10.3.3. Tường dọc trụ biên

a) Phân loại: có một số hình thức như đã đề cập theo Điều 10.1.1.

b) Kích thước:

– Chiều cao, chiều dài tường dọc: lấy theo kích thước của công trình ngăn nước;

– Chiều dày tường dọc: lấy theo yêu cầu về mặt chịu lực, bố trí cấu tạo các bộ phận khác của công trình như điều kiện bố trí cửa van và thiết bị đóng mở cũng như các điều kiện về giao thông, vận hành, sửa chữa khác;

– Thiết bị tiêu nước của trụ biên có thể nối tiếp với thiết bị tiêu nước của công trình để không sinh ra biến dạng do thấm ở phần hạ lưu của trụ biên (có thể bố trí các lớp lọc ngược bảo vệ – nếu cần).

CHÚ THÍCH: Trong một vài trường hợp việc tháo nước về hạ lưu có thể thực hiện qua các lỗ đặc biệt bố trí ở ngay tường của trụ biên. Lưu ý rằng việc đưa thiết bị thoát nước của trụ biên lên gần thượng lưu sẽ làm cho:

– Mặt bão hòa của dòng thấm sẽ giảm xuống và vì thế làm giảm được áp lực nước ngầm lên tường của trụ biên;

– Chiều dài đường viền thấm của trụ có thể rút ngắn và vì thế độ bền thấm của đất đắp sau lưng trụ biên bị giảm.

10.3.4. Tường răng

a) Tường răng dài

Để tăng chiều dài đường viền thấm cho trụ biên có thể bố trí tường răng dài, tường này thường đặt vuông góc với tường dọc của trụ biên (trên mặt bằng) và cắm vào khối đất đắp kề với trụ biên (Hình 10).

Tường răng dài trong mặt bằng nên bố trí lệch về phía thượng lưu của công trình ngăn nước. Chiều dài cần thiết của tường răng l_tr (nếu có bố trí) cũng như vị trí của thiết bị tiêu nước phải được xác định trên cơ sở tính toán độ bền thấm của đất đắp sau lưng trụ biên (theo Điều 12).

Tường răng dài phải được bố trí sao cho nó không thể tách khỏi tường dọc của trụ biên và khi có lún không đều trong khối đất đắp thì sẽ không tạo thành vùng tơi xốp như trên Hình 9.

Vật liệu của tường răng: tường bê tông, bê tông cốt thép, đất sét.

Hàng cừ dưới tường răng: nếu phía dưới của tường răng có bố trí cừ thì hàng cừ này phải nối với hàng cừ dưới đáy công trình (phạm vi chuyển tiếp f-f’-b ở Hình 11). Chiều dài của tường răng là l_tr và chiều sâu của cừ dưới đáy công trình là S (xác định theo Điều 8.3.2). Các kích thước S’; S” cũng như các chiều dài cừ (Hình 11) được xác định theo điều kiện độ bền thấm ở nền và vai công trình trên cơ sở đã biết các trị số S và l_tr. Cần thiết phải có các đường thấm với độ dài tương đương nhau (đường thấm có cùng chiều dài cả ở nền và vai công trình), ví dụ như dọc theo các đường dòng a – b, c – d, e – f (Hình 10 và 11).

Khi không có tường răng dài, các hàng cừ của công trình ngăn nước phải đi qua dưới trụ biên và cắm sâu vào bờ để kéo dài đường viền thấm qua vai và đoạn chuyển tiếp giữa đường viền thấm dưới đáy và vai công trình (phạm vi chuyển tiếp f-f’-b, Hình 11). Kích thước của cừ phải được xác định theo điều kiện độ bền thấm và chiều dài dòng thấm tương đương của nền và vai công trình.

b) Tường răng ngắn

Với trụ biên bằng bê tông và bê tông cốt thép, khi không có điều kiện bố trí tường răng dài thì có thể xem xét bố trí các tường răng ngắn (Hình 12) để tăng độ bền thấm ở vai công trình.

10.4. Yêu cầu nối tiếp đường viền thấm ở vai và đường viền thấm dưới đáy công trình

– Cần phải thiết kế vùng chuyển tiếp giữa đường viền thấm ở vai và đường viền thấm dưới đáy công trình (xem Hình 11, Điều 10.3);

– Vùng chuyển tiếp này cần có sự nối tiếp hợp lý, không gây ra dòng thấm tập trung ở khu vực chuyển tiếp: cừ của bản đáy phải được nối tiếp với cừ của tường răng; nếu không có tường răng thì cừ chống thấm ở bản đáy được kéo dài vào khu vực chuyển tiếp cả phương ngang và phương đứng.

10.5. Nguyên tắc kiểm tra đường viền thấm ở vai công trình

1) Kiểm tra đường viền thấm ở vai công trình theo độ bền thấm chung (theo Điều 12).

2) Tổ hợp tính toán: theo tổ hợp kiểm tra được quy định tại Điều 7.1.

3) Mặt cắt tính toán: đối với bài toán phẳng, cần kiểm tra với mặt cắt nằm ngang ở các cao trình khác nhau và mặt cắt thẳng đứng.

Khi thiết kế các phương án của đường viền thấm ở vai công trình, cần đưa ra một vài phương án tương đương nhau (theo các yêu cầu tại Điều 10.1.3 và 10.1.4). Ở giai đoạn kiểm tra đường viền thấm sẽ đưa các trường hợp bất lợi để kiểm tra với từng phương án.

CHÚ THÍCH:

– Dòng thấm ở vai công trình là dòng thấm đổi chiều nên khi kiểm tra đường viền cần đảm bảo độ bền thấm ở vị trí dòng thấm thoát ra ở cả 2 phía;

– Dòng thấm ở vai công trình là dòng thấm không gian nên cần kiểm tra độ bền thấm theo các phương khác nhau.

11. Tính toán thấm ở vai công trình

11.1. Nhiệm vụ tính toán

Nhiệm vụ tính toán thấm không áp vòng quanh trụ biên là xác định được các đại lượng sau đây:

a) Áp lực thấm tác dụng lên trụ biên;

b) Gradient thấm (dùng kiểm tra độ bền thấm chung và độ bền thấm cục bộ của đất đắp sau lưng trụ biên, đặc biệt ở các vị trí cửa ra của dòng thấm và các vị trí có tường răng/gờ);

c) Lưu lượng thấm qua vùng đất đắp lưng trụ biên (nếu cần).

11.2. Trường hợp tính toán

Các trường hợp tính toán thấm qua vai công trình theo quy định tại Điều 7.1.

CHÚ Ý: Dòng thấm qua vai công trình là dòng thấm đảo chiều do đó có thể xem xét thêm các tổ hợp bất lợi cho việc khai thác và sử dụng công trình, ví dụ trường hợp mực nước trong lòng dẫn thấp, mực nước ngầm ở vai công trình cao.

11.3. Sơ đồ tính toán

Sơ đồ tính toán thấm qua vai công trình có thể được mô phỏng 2 hoặc 3 chiều bằng phương pháp PTHH trong các trường hợp vừa nêu trên (xem Phụ lục C).

Trong trường hợp sử dụng phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên, sơ đồ tính toán được thành lập từ mặt cắt song song với phương nằm ngang (Hình C1).

11.4. Phương pháp tính toán và điều kiện ứng dụng

Bài toán thấm qua vai công trình là thấm không áp, phương pháp tính toán được sử dụng là tương tự như đối với bài toán thấm qua đập đất.

a) Với công trình từ cấp II, cấp III và cấp IV, tính toán thấm ở vai công trình có thể áp dụng phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên, phương pháp lưới thấm và phần tử hữu hạn (bài toán phẳng).

Phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên đối với bài toán thấm không áp ở vai công trình có lời giải từ phương trình vi phân của dòng thấm với biên đơn giản. Sơ đồ giải bài toán thấm theo phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên được chi tiết hóa ở Phụ lục C (Hình C1).

Trong trường hợp tầng không thấm nằm ngang, có thể giải gần đúng bài toán thấm ở vai công trình bằng cách suy diễn từ bài toán thấm phẳng có áp và giải bằng phương pháp lưới thấm. Trong bài toán thấm vòng quanh bờ, lưng tường bên đóng vai trò là đường viền dưới đáy công trình.

b) Việc tính toán thấm có thể thực hiện bằng phương pháp PTHH (bài toán phẳng, bài toán không gian – Phụ lục C) hoặc thí nghiệm mô hình (nếu cần) đối với các công trình cấp đặc biệt, cấp I và công trình với dòng thấm có những đặc điểm như:

– Thấm không gian thể hiện rõ ràng;

– Dòng thấm từ phía bờ tương đối lớn;

– Sự không đồng nhất lớn của đất đắp ở vai công trình.

12. Kiểm tra độ bền thấm dưới đáy và vai công trình

12.1. Những quy định chung

Độ bền thấm của nền dưới đáy và vai công trình là sự chống lại khả năng bị biến dạng do tác động của dòng thấm. Khi kiểm tra độ bền thấm dưới đáy và vai công trình cần kiểm tra độ bền thấm chung (độ bền thấm đặc biệt) và độ bền thấm thông thường (độ bền thấm cục bộ).

a) Độ bền thấm chung là khả năng chống lại biến dạng do tác động của dòng thấm tại một số vị trí không biết trước cũng như không thể tính toán qua các công thức cơ học, mà diễn ra một cách ngẫu nhiên. Một số nguyên nhân gây biến hình thấm chung được đề cập đến như:

– Thi công không đảm bảo chất lượng;

– Hang hốc, lỗ rỗng do vi sinh vật, động vật;

– Lún không đều của công trình mà khi thiết kế không dự kiến được;

– Xói ngầm bên trong gây ra do không xác định được tính không đồng nhất của đất nền;

– Lún của nền đất trong phạm vi các bộ phận nằm ngang của đường viền dưới đất trong khi bản thân công trình không bị lún.

b) Độ bền thấm thông thường là khả năng chống lại biến dạng do dòng thấm, xảy ra tại một số vị trí đặc biệt xung yếu được xác định qua các công thức dựa trên các quy luật cơ học. Mất ổn định theo độ bền thấm thông thường thường phát sinh ở vùng cửa ra của dòng thấm phía hạ lưu nơi có thể xảy ra biến hình thấm cục bộ, hoặc ở chỗ tiếp xúc giữa các lớp hạt mịn và hạt thô nơi hiện tượng xói được dự báo trước. Các loại biến hình thấm cục bộ gồm: xói ngầm cơ học, xói tiếp xúc, đẩy trồi đất, đùn đất tiếp xúc.

12.2. Tính toán kiểm tra độ bền thấm chung

Tuân theo TCVN 4253.

Cách xác định các đại lượng cụ thể trong công thức (xem Phụ lục D).

12.3. Tính toán kiểm tra độ bền thấm thông thường

12.3.1. Xói ngầm cơ học

Xói ngầm cơ học phải được kiểm tra khi dòng thấm trong môi trường nền đất rời hoặc đất ít dính (điều kiện phân loại đất theo TCVN 8217). Điều kiện để không phát sinh xói ngầm là:

J_ra ≤ [J],

(11)

trong đó:

J_ra – Gradient thấm lớn nhất ở cửa ra, xác định theo Phụ lục A và C;

[J] – Gradient xói ngầm cho phép, xác định theo Phụ lục E.

12.3.2. Xói tiếp xúc

Việc kiểm tra này phải được tiến hành trong trường hợp nền đất rời hoặc đất ít dính không đồng nhất, ở các chỗ phân cách giữa các lớp đất có thể xảy ra sự cuốn đất của lớp hạt nhỏ vào các lỗ hổng của lớp đất hạt to.

Điều kiện đảm bảo không phát sinh xói tiếp xúc:

J_tx ≤ [J_tx],

(12)

trong đó:

J_tx – Gradient thấm ở chỗ tiếp giáp giữa đất hạt nhỏ và đất hạt to, có thể xác định bằng phương pháp PTHH (Phụ lục C);

[J_tx] – trị số Gradient thấm cho phép ở chỗ tiếp giáp nêu trên, xác định theo Phụ lục E3.

12.3.3. Đẩy trồi đất

Hiện tượng đẩy trồi đất cần phải được kiểm tra tại cửa ra dòng thấm trong môi trường nền đất dính (điều kiện phân loại đất theo TCVN 8217). Điều kiện để không phát sinh đẩy trồi đất là:

J_ra ≤ J_gh ,

(13)

trong đó:

J_ra – Gradient thấm lớn nhất ở cửa ra, xác định theo Phụ lục A và C;

J_gh – Gradient thấm giới hạn đẩy trồi đất, xác định theo Phụ lục E5.

12.3.4. Đùn đất tiếp xúc

Cần kiểm tra đối với cửa ra của dòng thấm, khi nền là đất dính và ở cửa ra có bố trí tầng gia trọng. Nếu tầng gia trọng cấu tạo bằng vật liệu hòn lớn (đá lát, đá đổ) và giữa các hòn có khe hở thì dòng thấm có thể đẩy bong từng phần đất nền tại vị trí các khe hở.

Để đảm bảo không phát sinh đùn đất tiếp xúc, cần bố trí lớp đệm trung gian giữa đất nền và tầng gia trọng, vật liệu làm lớp đệm cần chọn thỏa mãn điều kiện theo Phụ lục E6.

Phụ lục A

(Quy định)

Tính toán thấm dưới đáy công trình

A.1. Các chỉ dẫn chung

1) Khi tính toán thấm của đường viền dưới đất đã cho của một công trình trước hết phải vạch ra sơ đồ tính toán của đường viền dưới đất đang xem xét. Sơ đồ trên lấy từ sơ đồ thực nhưng loại bỏ các chi tiết của đường viền mà ta có thể khẳng định trước là chúng không có ảnh hưởng lớn tới kết quả tính toán.

2) Các yêu cầu tính toán tuân thủ theo Điều 5.

3) Khi chiều dày tầng thấm rất lớn, thường người ta chỉ xét đến phần dòng thấm trong phạm vi “tầng thấm mạnh”. Chiều dày giới hạn của tầng thấm tính toán T_tt phụ thuộc vào các trị số hình chiếu ngang L₀ và hình chiếu đứng S₀ của đường viền thấm (Hình 1) được lấy theo Bảng A.1.

Bảng A.1. Cách xác định chiều sâu tầng thấm tính toán

L₀/S₀	> 5	5 – 3,4	3,4 – 1	1 – 0
T_tt	0,5L₀	2,5S₀	0,8S₀ + 0,5L₀	S₀ + 0,3L₀

Nếu chiều dày tầng thấm thực tế T₀ ≤ T_tt thì tính toán các hệ số sức kháng theo T₀: còn nếu T₀ > T_tt thì tính theo trị số T_tt.

4) Đối với trường hợp nền không đồng nhất có các lớp đất nằm ngang song song với nhau (dòng thấm chảy dọc theo các lớp) thì khi tính toán có thể biến đổi miền thấm về đồng nhất với hệ số thấm trung bình được tính theo công thức A.1

K_TB =	∑K_it_i
	∑t_i

(A.1)

trong đó:

t_i – chiều dày theo phương đứng của lớp đất thứ i (m);

K_i – hệ số thấm của lớp đất có chiều dày tương ứng là t_i (m/s).

5) Đối với trường hợp nền không đồng nhất có các lớp đất thẳng đứng song song với nhau (dòng thấm chảy vuông góc với các lớp) thì khi tính toán có thể biến đổi miền thấm về đồng nhất với hệ số thấm trung bình được tính theo công thức A.2

(A.2)

trong đó:

L – tổng chiều dày theo phương ngang của các lớp đất (m), L = ∑l_i (m);

l_i – chiều dày theo phương ngang lớp đất thứ i (m);

K_i – hệ số thấm của lớp đất có chiều dày tương ứng là l_i (m/s).

CHÚ Ý: Nền thấm dày hữu hạn là nền thấm có chiều dày T_o ≤ T_tt; nền thấm dày vô hạn là nền thấm có chiều dày T_o > T_tt

A.2. Tính toán thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

1) Sơ đồ tính toán: Hình A.1

Hình A.1. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Chiều dài tính toán của dòng thấm được xác định theo công thức:

L_tt = L_d +	L_n
	m

(A.3)

trong đó:

L_đ– chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền thẳng đứng, hoặc nghiêng góc α > 45° so với phương ngang (m); L_đ = AB + BC + CD + EF + FG + HI + IK;

L_n– chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền nằm ngang, hoặc nghiêng góc α < 45° so với phương ngang (m); L_n = DE + GH

m- hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ hoặc màn khoan phụt chống thấm, số hàng cừ hoặc màn khoan phụt chống thấm càng nhiều thì m càng lớn. Có thể tham khảo giá trị m như sau:

Khi có 1 hàng cừ hoặc màn khoan phụt chống thấm: m = 1÷1,5;

Khi có 2 hàng cừ hoặc màn khoan phụt chống thấm: m = 2÷2,5;

Khi có 3 hàng cừ hoặc màn khoan phụt chống thấm: m = 3÷3,5.

2) Để đảm bảo độ bền thấm chung, trị số L_tt theo (A.3) của công trình trên nền đất phải thoả mãn điều kiện:

L_tt ≥ CH,

(A.4)

trong đó:

H- cột nước thấm (m);

C- hệ số phụ thuộc tính chất đất nền, lấy theo Bảng A.2

Bảng A.2. Hệ số C dùng trong công thức (A.4)

Loại đất	C	Loại đất	C
Đất sét chặt	1,5	Cuội sỏi hạt nhỏ	3,5
Đất sét chặt vừa	1,7 ÷ 2,0	Cát hạt lớn	4,0
Đất sét mềm, đất thịt	2,0 ÷ 2,5	Cát hạt trung bình	5,0
Đá cuội, sỏi hạt lớn	2,5	Cát hạt nhỏ	6,0
Cuội sỏi hạt trung bình	3,0	Cát mịn	7,0

3) Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy:

a) Áp lực thấm:

Cột nước thấm tại một điểm cách điểm cuối của đường viền thấm (điểm K hình A.1.) một đoạn dài tính toán x_tt là:

h_x =	X_tt	H
	L_tt

(A.5)

trong đó:

H – cột nước thấm (m). Cách xác định X_tt tương tự như xác định L_tt (m).

Theo sơ đồ công trình như Hình A.1, tổng áp lực thấm lên bản đáy công trình sẽ là:

(A.6)

trong đó: h_G, h_H, L₂ được tính theo Hình A.1, cụ thể

(A.7)

b) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược:

W₁ = γ_n (h₂ + t) L₂

(A.8)

c) Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy công trình:

W_đ_n = W₁+W_t

(A.9)

4) Tính Gradient thấm và lưu tốc thấm bình quân:

– Trên đoạn đường viền thẳng đứng:

J_đ =	H	; V_đ = KJ_đ
	L_tt

(A.10)

– Trên đoạn đường viền nằm ngang:

J_n =	J_đ	; V_n = KJ_n
	m

(A.11)

5) Tính lưu lượng thấm: Khi chiều dài bản đáy khá lớn, có thể tính lưu lượng thấm đơn vị theo công thức:

q = KJ_nT_TB

(A.12)

trong đó: T_TB – chiều dày tầng thấm dưới bản đáy công trình (m); K – hệ số thấm (m/s).

A.3. Tính toán thấm theo phương pháp hệ số sức kháng

1) Sơ đồ tính toán

Hình A.2. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng

2) Phân đoạn: Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thành các miền con (bộ phận) khác nhau (xem Hình A.2)

3) Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận:

a) Bộ phận cửa vào và cửa ra (bộ phận 1 và bộ phận 5 trên Hình A.2):

	(A.13)
	(A.14)

trong đó:

a₁, a₃ – độ cao của bậc (m); S₁, S₃ – chiều sâu đóng cừ tại bộ phận đang xét (m);

b) Bộ phận giữa (bộ phận 3 trên Hình A.2)

Với điều kiện:

0,5 ≤	T₂	≤ 1,0	và	0 ≤	S₂	≤ 0,8
	T₁				T₂

thì:

(A.15)

trong đó: a₂ – độ cao của bậc (m); S₂ – chiều sâu đóng cừ tại bộ phận đang xét (m).

c) Bộ phận nằm ngang (bộ phận 2 và bộ phận 4 trên Hình A.2):

– Khi khoảng cách giữa 2 hàng cừ thoả mãn điều kiện:

		(A.16)
Thì		(A.17)

với T₁ là chiều dày thấm (m) nằm giữa S₁, S₂; T₂ là chiều dày thấm (m) nằm giữa S₂, S₃.

– Ngược lại, khi

(A.18)

4) Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy:

a) Áp lực thấm:

– Cột nước thấm tổn thất qua mỗi bộ phận xác định theo công thức:

h_i =	ξ_i	H
	∑ξ_i

(A.19)

trong đó:

ξ_i – hệ số sức kháng của bộ phận đang xét;

∑ξ_i – tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống;

H – cột nước thấm (m).

– Áp lực thấm tác dụng lên bản đáy công trình (lên mặt AB).

Theo sơ đồ công trình như Hình A.2, tổng áp lực thấm lên bản đáy công trình sẽ là:

(A.20)

trong đó:

h_A – cột nước thấm tại điểm A (Hình A.2), h_A = h₄+h₅ (m);

h_B – cột nước thấm tại điểm B (Hình A.2), h_B = h₅ (m);

b) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược (xem công thức A.8).

c) Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy công trình (xem công thức A.9).

5) Tính lưu lượng thấm.

Theo phương pháp này, lưu lượng thấm đơn vị xác định theo công thức:

q = K.	H
	∑ξ_i

(A.21)

6) Gradient thấm lớn nhất ở vị trí dòng thấm từ dưới nền ra hạ lưu:

J_r =	H	.	1
	T₂		α∑ξ_i

(A.22)

(A.23)

β = 1,1 khi tính theo T_tt; β = 1 ứng với các trường hợp khác.

A.4. Tính toán thấm theo phương pháp vẽ lưới thấm

1) Sơ đồ tính toán: Hình A.3

Hình A.3. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp lưới thấm

2) Lưới thấm trong miền thấm đồng nhất, đẳng hướng

– Tất cả các đường dòng và đường đẳng thế phải trực giao nhau.

– Các đường dòng không cắt nhau, các đường thế không cắt nhau.

– Các ô lưới phải là các hình vuông cong (các trung đoạn của mỗi ô lưới phải bằng nhau).

– Miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là dải thế; miền giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng.

3) Xác định áp lực thấm:

a) Áp lực thấm

– Gọi n là số dải thế của lưới thấm (số dải thế ứng với Hình A.3 là n = 24): cột nước thấm tổn thất qua mỗi dải sẽ là

∆H =	H
	n

– Cột nước thấm tại một điểm x nào đó cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là số thập phân khi x không nằm trên một đường thế của lưới) sẽ là:

h = i	H
	n

(A.24)

– Áp lực thấm tác dụng lên bản đáy công trình (lên mặt AB).

Theo sơ đồ công trình như Hình A.3, tổng áp lực thấm lên bản đáy công trình sẽ là:

(A.25)

Trong đó:

+ Cột nước thấm tại điểm A:	h_A = i_A	H	, (với i_A = 12,7; Hình A.3.);
		n
+ Cột nước thấm tại điểm B:	h_B = i_B	H	, (i_B = 8,5; Hình A.3.).
		n

b) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược (xem công thức A.8).

c) Tổng áp lực đẩy ngược lên bản đáy công trình (xem công thức A.9).

4) Xác định lưu lượng thấm.

Gọi m là số ống dòng của lưới thấm (số ống dòng ứng với Hình A.3 là m = 7).

Lưu lượng thấm đơn vị sẽ là:

q = K	m	H
	n

(A.26)

5) Xác định Gradient thấm:

– Gradient thấm tại ô lưới bất kỳ có trung đoạn là ∆L sẽ là:

J_tb =	∆H	=	H
	∆L		n∆L

(A.27)

– Vẽ được biểu đồ Gradient thấm tại cửa ra (Hình A.3)

6) Kiểm tra độ bền thấm của nền:

Có biểu đồ J_ra, sẽ kiểm tra được độ bền thấm cục bộ của nền ở cửa ra. Vì đất nền cống là cát pha nên khả năng phá hoại do dòng thấm có thể là xói ngầm cơ học. Điều kiện bền thấm của nền khi đó là:

J_ra ≤ [J]

(A.28)

A.5. Tính toán thấm dưới đáy công trình theo phương pháp phần tử hữu hạn

Mô tả bài toán: Mô hình tính toán bài toán thấm dưới đáy công trình theo phương pháp phần tử hữu hạn được thể hiện trong Hình A.4. Sơ đồ tính toán là mặt cắt dọc của một cống lộ thiên, trường hợp cửa van cống đóng tạo chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống là H. Ngoài các đoạn đường viền thấm được hình thành bởi sân trước và bản đáy cống, công trình còn bố trí 3 hàng cừ để kéo dài đường viền thấm (xem sơ đồ Hình A.4).

Trình tự các bước thực hiện tính toán thấm dưới đáy công trình theo phương pháp PTHH như sau: Bước 1: Thiết lập mô hình – Hình A.5;

Bước 2: Khai báo các thông số đầu vào (vật liệu, đặc trưng cơ lý, hàm phụ thuộc của các đặc trưng cơ lý …);

Bước 3: Gán các vật liệu và chia lưới phần tử cho mô hình – Hình A.6 (ví dụ này giả thiết vật liệu đáy cống và cừ chống thấm có hệ số thấm là vô cùng nhỏ);

Bước 4: Định nghĩa và gán các điều kiện biên (biên cột nước, biên áp lực/áp suất, biên lưu lượng …) mô hình – Hình A.7;

Bước 6: Định nghĩa và khai báo mặt cắt xuất kết quả lưu lượng thấm – Hình A.7;

Bước 7: Chạy mô hình toán;

Bước 8: Kiểm tra sự hợp lý của kết quả và xuất kết quả (dạng hình ảnh, biểu đồ, bảng giá trị…) của áp lực, lưu lượng, gradient (Hình A.8-A.11).

Hình A.4. Sơ đồ tính toán thấm dưới đáy công trình

Hình A.5. Thiết lập mô hình cho bài toán tính thấm

Hình A.6. Gán vật liệu và chia lưới phần tử cho mô hình tính thấm

Hình A.7. Gán điều kiện biên và mặt cắt tính lưu lượng thấm

Hình A.8. Trường lưu tốc thấm dưới đáy công trình

Hình A.9. Sơ đồ lưới thấm

Hình A.10. Lưu lượng thấm dưới đáy công trình

Hình A.11. Cột nước áp lực đẩy ngược dưới đáy công trình

Hình A.12. Biểu đồ Gradient thấm ở cửa ra

CHÚ Ý: Giá trị Gradient thấm tại cửa ra được dùng để kiểm tra độ bền thấm (xem Phụ lục E), để loại bỏ các giá trị cục bộ của mô hình, cần xem xét giá trị gradient trung bình trong khoảng cách từ 1 đến 2 mét ở vùng lân cận của vị trí cửa ra (Hình A.12).

Phụ lục B

(Quy định)

Xét độ thấm nước của các hàng cừ khi tính thấm

B.1. Độ thấm nước của cừ

Hàng cừ chống thấm dưới đáy công trình ở một mức độ nào đó có độ thấm nước nhất định qua nó. Trong một số trường hợp đặc biệt có thể coi hàng cừ là hoàn toàn không thấm nước. Tuy nhiên thực tế thì cừ có tính thấm và không thể bỏ qua tính thấm của nó. Thấm qua hàng cừ chủ yếu là thấm lách qua khe hở giữa các ván cừ, hệ số thấm tại những vị trí khe, khớp nối được lấy theo TCVN 12633.

Khả năng thấm của cừ là một đại lượng thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào chất lượng thi công hạng mục cừ chống thấm ở nền đất.

B.2. Hàng cừ cắm vào tầng không thấm

Xét sơ đồ mô phỏng độ thấm của cừ như ở Hình B.1. Ở sơ đồ này, cừ chống thấm có chiều dày không đáng kể trong phạm vi nền l₁ đã được thay thế tương đương thành đất nền có chiều dày quy đổi là φ. Giá trị của φ theo sơ đồ được viết như sau:

φ = l₂ – l₁

(B1)

trong đó l₂ là chiều dài nền sau quy đổi; l₁ là chiều dài nền công trình trước khi quy đổi;

Hình B.1. Tính toán độ thấm của cừ.

a) Sơ đồ nguyên dạng; b) Sơ đồ quy đổi.

Để đảm bảo lời giải bài toán có tính tương đương thì cần thỏa mãn điều kiện Z₂=Z_i, Q₂=Q₁ và T₂=T₁.

Trường hợp bản đáy công trình có bố trí nhiều hàng cừ thì sơ đồ tính toán được quy đổi tương tự, ví dụ như ở hình minh họa dưới đây (Hình B.2.). Các giá trị φ₁, φ₂, φ₃ thể hiện chiều dài quy đổi của hàng cừ số 1, số 2 và số 3 tương ứng. Phương pháp giải bài toán thấm sau quy đổi đã được trình bày ở trên.

Hình B.2. Quy đổi nhiều hàng cừ theo chiều dài.

a) Sơ đồ nguyên dạng; b) Sơ đồ quy đổi.

Về giá trị φ của những loại cừ khác nhau có thể tham khảo Bảng B.1.

Bảng B.1. Chiều dầy quy đổi của một số dạng cừ

STT	Theo thí nghiệm hoặc số liệu thực tế	φ (m)
1.	Thí nghiệm trong phòng của Tru-ga-ev đối với cừ thép đóng vào nền đất	12-20
2.	Thí nghiệm độ thấm của nền có cừ bằng phương pháp tương tự điện của Nhe-đơ-rin và Kha-pa-lov	11-19
3.	Số liệu quan sát thực tế của Tru-ga-ev của hàng cừ gỗ (giá trị trung bình)	70
4.	Số liệu quan sát thực tế của Nhe-đơ-rin và Kha-pa-lov (giá trị khảo sát theo từng điểm)	5-163
5.	Số liệu quan sát thực tế của cừ lasen sau 9 năm sử dụng	57-73
6.	Số liệu quan sát thực tế của Pav-lop-ski	100-200
7.	Số liệu khảo sát thực tế cừ thép của Jaspar và Ringheim	9-90

Giá trị φ của cừ thép thực tế ban đầu có thể rất cao (100-200) tuy nhiên thép lại bị ăn mòn theo thời gian nên trong một số trường hợp chỉ lấy giá trị nhỏ hơn 50m.

B.3. Cừ treo và hệ số cản

Sơ đồ mô phỏng như Hình B.3 là trường hợp một hàng cừ treo đơn giản ở nền công trình. Có 2 khả năng có thể xảy ra: (a) cừ có tính thấm – hệ số cản thấm tương ứng là (ξ_cừ)_thấm và (b) cừ không thấm – hệ số cản là (ξ_cừ)_{không_thấm}.

Đặt σ là tỷ số của hệ số cản của cừ có tính thấm và cừ hoàn toàn không cho phép thấm:

σ = (ξ_cừ)_thấm/ (ξ_cừ)_{không_thấm}

(B.2)

Nếu biết giá trị σ thì có thể tìm được hệ số cản của đường viền thấm như sau:

ξ = ξ_{không_cừ} + σ[(ξ_cừ)_kh_ôn_{g_thấm} – ξ_{không_cừ}]

(B.3)

Với sơ đồ ở Hình B3.a thì có thể coi rằng ξ_{không_cừ}=0; ở sơ đồ B.3.b thì ξ_{không_cừ}=0,44. Tùy trường hợp cụ thể, có thể tìm được giá trị ξ_{không_cừ} tương tự như lời giải theo phương pháp hệ số sức kháng.

Hình B.3. Quy đổi nhiều hàng cừ theo chiều dài

Khảo sát các sơ đồ thấm đơn giản, Nu-me-rov đã đưa ra biểu đồ tra giá trị σ theo tỷ số φ/T và S/T (Hình B.4). Trong đó φ là giá trị chiều dài quy đổi của cừ như đã trình bày ở phần B.2; T là chiều dày tầng thấm theo từng sơ đồ; S là chiều sâu hàng cừ treo.


Hình B.4. Giá trị σ theo tỷ số φ/T và S/T	Hình B.5. Phân vùng giá trị σ

Theo biểu đồ Hình B.4 cần lưu ý phần được đánh dấu ở cận trên và cận dưới của biểu đồ. Đây là các phần tương ứng với cừ không thấm hoàn toàn hoặc có tính thấm lớn (giá trị σ lệch 5% so với 1 hoặc 0).

Từ biểu đồ của Hình B.4 có thể vẽ được biểu đồ như Hình B.5. Có 3 phân vùng trên biểu đồ này: vùng A là các điểm phía trên đường cong – coi rằng hàng cừ là không có tính thấm; vùng C là cừ có tính thấm mạnh (cừ không phát huy khả năng kéo dài đường viền thấm); vùng B là nơi có thể tham khảo để tìm giá trị σ.

B.4. Một số lưu ý

B.4.1. Tính thấm của cừ theo phương pháp hệ số sức kháng

Trường hợp hay gặp trong thực tế có tỷ số S/T< 0,4-0,5 thì hệ số sức kháng được xác định như sau:

a) đoạn cừ giữa:

(B.4)

s và d lần lượt là chiều sâu cừ và bậc; l_gi=2S+d; T_tb – chiều dày trung bình của tầng thấm:

T_tb =	T₁+T₂
	2

(B.5)

b) Đoạn cừ tại cửa vào và cửa ra:

(B.6)

Dùng công thức (B4) và (B6) thì tổng sức kháng đoạn này được viết lại như sau.

Cho đoạn cừ giữa:

(B.7)

Cho đoạn cừ tại cửa vào, cửa ra:

(B.8)

Từ biểu thức (B7) và (B8) thấy rằng, đường viền thấm dưới đáy công trình thực tế có thể được tính bằng phương pháp hệ số sức kháng với cừ có chiều sâu quy đổi là (σS).

B.4.2. Tính thấm của cừ theo phương pháp PTHH

Có thể mô phỏng kích thước và đặc trưng thấm của cừ bằng phương pháp PTHH. Nếu coi rằng cừ có tính thấm rất nhỏ, có thể khai báo điều kiện vật liệu là không thấm; nếu muốn xét đến độ thấm của cừ thì cần có thí nghiệm để xác định giá trị này.

Với cừ có vật liệu bê tông, độ thấm nước của bê tông thủy công được biểu thị bằng hệ số thấm K_t (cm/s) có thể sử dụng làm điều kiện đầu vào của mô hình toán, giá trị của hệ số thấm K_t được xác định theo TCVN 8219. Tuy nhiên, giá trị này cần được kiểm tra bằng các thí nghiệm và cừ cần được kiểm soát chất lượng để đảm bảo tính chính xác của số liệu đầu vào khi sử dụng. Hơn nữa, dòng thấm ở đây chủ yếu tập trung vào vị trí các khớp nối hoặc khe hở. Do đó, trong phần tính thấm sẽ phải lựa chọn hệ số quy đổi hợp lý, bao quát được điều kiện làm việc của cừ treo trong nền. Hệ số thấm của cừ sau quy đổi khi dùng phương pháp PTHH là K’_t (căn cứ theo TCVN 12633).

Thực hiện mô hình hóa sơ đồ thấm như ở Phụ lục A bằng phương pháp PTHH với các điều kiện hình học, cột nước, đặc trưng cơ lý đất nền và cừ. Kết quả được trích xuất ở Hình B.6-B.7.

Sơ đồ tính toán thấm ở Hình B6 mô phỏng đường viền thấm dưới đáy công trình không có cừ; Hình B.7 có cừ dưới đáy công trình, trong đó hệ số thấm của cừ được coi là vô cùng nhỏ. Sơ đồ tính toán thấm ở Hình B.8 có kích thước hình học tương tự Hình B.7, hệ số thấm của cừ được lấy theo tham khảo từ TCVN 8219 và TCVN 12633 tại các vị trí khớp nối, vật liệu chèn khớp nối và cột nước chênh lệch trước-sau công trình (ví dụ K’_t=0,3.10^–⁹m/s). Ứng với các sơ đồ tính toán thấm và đặc trưng vật liệu cừ chống thấm khác nhau, kết quả cho thấy sự phân bố áp lực thấm dưới đáy công trình là khác nhau giữa các sơ đồ Hình B.6, B.7 và B.8.

Hình B.6. Thấm dưới đáy công trình khi không có cừ

Hình B.7. Thấm dưới đáy công trình khi coi cừ không thấm hoàn toàn

Hình B.8. Thấm dưới đáy công trình khi xét đến tính thấm của cừ

Khi kiểm tra chiều dài đường viền thấm theo phương pháp hệ số sức kháng (Phụ lục B.4.1) và PTHH (Phụ lục B.4.2) đều cho kết quả tương đồng về trị số.

Phụ lục C

(Quy định)

Tính toán thấm vòng quanh trụ biên

C.1. Giải bài toán thấm ở vai công trình bằng phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên (Quy định)

Sơ đồ tường dọc của trụ biên và tường răng được cho như ở Hình C1. Tại khu vực nối tiếp đập bê tông với bờ, tính chất chuyển động của dòng thấm phụ thuộc vào quan hệ tương hỗ giữa hai dòng chảy: 1) dòng nước ngầm tự nhiên từ phía bờ đổ xuống; 2) dòng thấm vòng qua đầu đập từ phía thượng lưu xuống hạ lưu.

Sơ đồ tính toán được thành lập trên mặt cắt song song với phương ngang.

Phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên với bài toán phẳng được sử dụng.

Hình C.1. Sơ đồ thấm ở vai công trình

Trên sơ đồ Hình C.1, chiều sâu nước ở thượng và hạ lưu lần lượt là h₁ và h₂, chiều sâu cột nước ở dọc đường viền cấp nước từ phía bờ đổ xuống là h₃, T₁ là khoảng cách giữa đường viền cấp nước và đường viền cột nước thượng lưu, T₂ là khoảng cách giữa đường viền cấp nước và đường viền cột nước hạ lưu. Các kích thước S và P được chú thích trên Hình C.1 lần lượt là chiều dài của tường răng và độ lệch khoảng cách T₁ và T₂.

Lời giải theo phương pháp thủy lực đơn giản điều kiện biên là các giá trị chiều sâu cột nước dọc theo trụ và tường răng/màn chống thấm. Mặt cắt tính toán là mặt song song với phương nằm ngang. Cụ thể, chiều sâu tính toán của dòng thấm dọc theo đường 4’-5’ là:

(C.1)

Chiều sâu cột nước dọc đường viền của màn chống thấm/tường răng:

(C.2)

Trong đó:

h₁ và h_s – chiều sâu dòng chảy tương ứng ở thượng lưu công trình và tại biên tính toán 4’ – 5’;

β – biến số, lấy theo bảng C.1;

h₃ – chiều sâu dòng nước ngầm ở vùng bờ tại khoảng cách T;

y – tung độ tính toán.

Bảng C.1. Giá trị của biến số β trong công thức (C2)

y/S	Giá trị β theo tỷ số S/T₁
y/S	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
0,0	0,500	0,500	0,500	0,500	0,500	0,500
0,1	0,469	0,468	0,467	0,467	0,466	0,464
0,2	0,436	0,435	0,435	0,434	0,432	0,429
0,3	0,404	0,402	0,402	0,399	0,397	0,393
0,4	0,369	0,367	0,367	0,364	0,362	0,356
0,5	0,334	0,331	0,331	0,328	0,324	0,318
0,6	0,295	0,292	0,292	0,383	0,284	0,278
0,7	0,253	0,250	0,250	0,247	0,242	0,235
0,8	0,205	0,202	0,202	0,199	0,194	0,187
0,9	0,144	0,143	0,141	0,139	0,135	0,129
1,0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000

Dấu cộng (+) trước số hạng thứ nhất nằm trong căn của biểu thức (C.2) được lấy cho cạnh hướng về phía thượng lưu, còn dấu trừ (-) được lấy cho cạnh hướng về phía hạ lưu. Trục tọa độ được chú thích trên Hình C.1.

Tìm được các giá trị h_s và h, có thể biết được vị trí của đường bão hòa ở vai công trình, từ đó tìm được áp lực nước lên lưng trụ (và tường răng).

C.2. Ví dụ tính toán dòng thấm ở mặt trong trụ biên dùng phương pháp PTHH (Tham khảo)

Sơ đồ tính toán: tường dọc và 2 đoạn tường cánh vuông góc ở thượng lưu và hạ lưu, ở giữa tường dọc có bố trí gờ/tường răng ngắn (Hình C.2). Coi rằng trụ biên và các tường răng có hệ số thấm vô cùng bé. Cột nước thượng lưu là h₁, cột nước hạ lưu là h₂, miền tính toán thấm giới hạn như ở Hình C.2.

Sơ đồ tính toán được mô phỏng 3 chiều.

Nhiệm vụ tính toán thấm: đường bão hòa trong khu vực đất đắp lưng tường dọc và tường cánh; áp lực nước trong miền tính toán; độ bền thấm trong miền tính toán.

Phương pháp PTHH được sử dụng để thực hiện các nội dung tính toán thấm. Trình tự các bước thực hiện tính toán thấm bằng phương pháp PTHH như sau:

Bước 1: Thiết lập mô hình (có thể nhập từ phần mềm đồ họa hoặc xây dựng mô hình trực tiếp trong phần mềm) – Hình C.2;

Bước 2: Khai báo các thông số đầu vào (vật liệu, đặc trưng cơ lý, hàm phụ thuộc của các đặc trưng cơ lý…);

Bước 3: Xây dựng lưới phần tử cho mô hình (ví dụ như ở Hình C.3);

Bước 4: Gán các thông số đặc trưng về vật liệu, chỉ tiêu cho mô hình lưới phần tử;

Bước 5: Xác lập và gán các điều kiện biên (biên cột nước, biên áp lực/áp suất, biên lưu lượng …) lên lưới mô hình;

Bước 6: Kiểm tra và hiệu chỉnh các điều kiện của bài toán, chọn lựa những kết quả cần thiết để trích xuất;

Bước 7: Chạy mô hình toán;

Bước 8: Kiểm tra sự hợp lý của kết quả và xuất kết quả (dạng hình ảnh, biểu đồ, bảng giá trị…) của áp lực, lưu lượng, gradient (Hình C.3-C.6).

Hình C.2. Sơ đồ tính toán thấm vòng quanh trụ biên

C.3. Khai thác một số kết quả tính toán thấm ở đất đắp tường biên

Định vị được mặt bão hòa qua phần đất đắp gần trụ biên như các sơ đồ phần trên đã mô tả (Hình C.3).

Một số kết quả về áp lực thấm, độ bền thấm, vec-tơ dòng thấm được thể hiện trên Hình C.3-Hình C.6.

Hình C.3. Kết quả hình thành mặt bão hòa ở phần đất đắp quanh trụ biên

Hình C.4. Phân bố cột nước trong miền tính toán

Từ kết quả phân bố đường bão hòa và cột nước trong miền tính toán, xác định được áp lực thấm lên các bộ phận của tường dọc và tường cánh.

Hình C.5. Sơ đồ các vector thấm trong vùng đất đắp sau trụ biên

Xác định gradient thấm dùng kiểm tra độ bền thấm chung của đất đắp sau lưng trụ biên (đặc biệt ở các vị trí có tường răng/gờ) và độ bền thấm ở mái đất đắp hạ lưu công trình.

Hình C.6. Sơ đồ miền giá trị J ở vùng đất đắp

Định lượng được lưu lượng thấm qua vùng đất đắp lưng tường biên q=4,0.10^–⁶m³/s.

Phụ lục D

(Quy định)

Kiểm tra độ bền thấm chung

D.1. Các quy định chung

Xuất phát từ độ bền thấm chung (đặc biệt) của đất nền, các kích thước và hình dạng của đường viền dưới đất, trong trường hợp chung, cần phải xác định bằng cách lựa chọn và tuân theo điều kiện sau đây:

J_k ≤ [J_k]

(D.1)

trong đó:

J_k – Gradient thấm chung của nền hoặc vai công trình;

[J_k] – Gradient thấm chung cho phép của nền hoặc vai công trình;

Trị số J_k dùng cho các sơ đồ khác nhau của đường viền dưới đất tính theo phương bất lợi nhất (phương dọc và phương xiên góc so với tuyến công trình), xác định theo chỉ dẫn ở Điều D.2 dưới đây.

Trị số [J_k] xác định theo chỉ dẫn ở Điều D.3 dưới đây.

Trong Điều D.4 của Phụ lục này có một vài chỉ dẫn cho phép đơn giản hóa việc lựa chọn kích thước và hình dạng của đường viền dưới đất để thỏa mãn điều kiện (D.1).

D.2. Xác định trị số gradien thấm chung J_k đối với các sơ đồ khác nhau của đường viền dưới đất

D.2.1. Trường hợp sơ đồ đường viền thấm thông thường

D.2.1.1. Chỉ dẫn chung

Khi sơ đồ đường viền dưới đất thỏa mãn điều kiện:

l ≥ S

(D.2)

S – chiều sâu của hàng cừ (tính cho hàng cừ sâu nhất);

l – khoảng cách của hàng cừ (khi có một hàng cừ thì l là chiều dài của bộ phận nằm ngang dài nhất của đường viền, nằm ở một phía của hàng cừ).

Trong trường hợp này, gradien thấm chung J_k phải tính theo công thức:

J_k =	H	=	H
	L_q		T’_tt ∑ξ

(D.3)

H – cột nước thấm (m);

T’_tt – độ sâu của tầng thấm tính toán (m) (Phụ lục A);

∑ξ – tổng hệ số sức kháng của đường viền dưới đất, tính toán như chỉ dẫn ở Phụ lục A;

L_q – chiều dài quy ước của đường viền dưới đất (m)t:

L_q = T’_tt ∑ξ

(D.4)

Trị số L_q là chiều dài dòng nước thấm tưởng tượng có dạng hình chữ nhật (Hình D.1-b) có chiều cao là T’_tt và được đặc trưng bằng sức kháng như dòng thấm nước thực (Hình D.1-a).

ξ_vào = ∑ξ

(D.5)

ξ_vào – hệ số sức kháng của sơ đồ hình chữ nhật trên Hình D.1-b tính theo công thức:

ξ_vào =	L_q
	T’_tt

(D.6)

Khi có các cột nước H như nhau và có các hệ số thấm như nhau thì trị số lưu lượng thấm q đối với sơ đồ thực trên Hình D.1.a) và đối với sơ đồ tưởng tượng trên Hình D.1.b) phải như nhau:

Hình D.1. Sơ đồ để tính độ bền thấm chung của đất nền (trường hợp sơ đồ thông thường của đường viền dưới đất)

Ghi chú: a) sơ đồ thấm thực ; b) sơ đồ thấm biến đổi

Khi duy trì các điều kiện T’ ≈ T“ ≈ T‘” ≈ T(n)

(D.7)

thì trị số L_q ở công thức (D.3) có thể được xác định như chỉ dẫn ở Phụ lục A.

L_q = ∑l_bp +2.0,44T_tb = L + 0,88T_tb

(D.8)

L – chiều dài thực tế của đường viền dưới đất;

T_tb – giá trị trung bình số học của các trị số T‘, T”, T‘“, T(n);

T’, T”, T'”…, T(n) – độ sâu của tầng thấm tính toán dưới đáy thượng và hạ lưu, dưới đáy công trình.

Nếu các sơ đồ đường viền dưới đất thỏa mãn điều kiện (D.2) thì cần phân biệt trường hợp sơ đồ đường viền thấm rất nông và đường viền thấm bình thường.

D.2.1.2. Tính toán cho đường viền thấm rất nông

Điều kiện:

l ≥ (5 ÷ 10)S

(D.9)

Hình D.2. Sơ đồ tính toán độ bền thấm chung của đất nền, trường hợp sơ đồ thông thường của đường viền dưới đất theo điều kiện (D.9)

Trong trường hợp tuân theo điều kiện (D.9), thì trị số J_k được xác định như đã chỉ dẫn ở trên, sẽ bằng:

J_k = J_ng =	q_td	≈ V_ds
	T’_tt

(D.10)

J_ng – độ dốc của đường đo áp P-P vẽ cho các bộ phận nằm ngang của đường viền thấm (Hình D.2)

q_td – lưu lượng tính đổi đối với sơ đồ đường viền đang xét:

q_td =	q	=	H
	K		∑ξ

(D.11)

V_ds – tốc độ thấm dẫn suất đối với tiết diện ướt thẳng đứng W – W nào đó (Hình D.2):

V_ds =	V
	K

(D.12)

Có thể chỉ ra rằng, trong trường hợp tuân theo điều kiện (D.9) thì giản đồ tốc độ thấm đối với tiết diện ướt thẳng đứng W – W vạch ở khoảng giữa các hàng cừ có hình dạng gần giống hình chữ nhật chiều rộng bằng V_ds.

Trong trường hợp này, căn cứ theo công thức (D.10), ta dùng tốc độ dẫn suất V_ds để đánh giá độ bền thấm chung của đất nền.

D.2.1.3. Tính toán cho đường viền thấm bình thường

Trong trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất như ở Hình D.3 khi

(5 ÷ 10)S ≥ l ≥ S

(D.13)

Trị số J_k tính theo công thức (D.3) sẽ bằng:

J_k =	q_tđ	= (V_ds)_bq
	T’_tt

(D.14)

(V_ds)_bq – tốc độ thấm dẫn suất bình quân đối với tiết diện ướt W – W.

Hình D.3. Sơ đồ tính toán độ bền thấm chung của đất nền. Trường hợp sơ đồ thông thường của đường viền dưới đất theo điều kiện (D.13)

Trong trường hợp này, giản đồ tốc độ đối với tiết diện ướt W – W vạch ở khoảng giữa các hàng cừ, có hình dạng khác với hình chữ nhật.

Ở đây ta dùng tốc độ thấm dẫn suất bình quân (V_ds)_bq để đánh giá độ bền thấm chung của đất nền.

D.2.2. Trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất có dạng hàng cừ đơn thuần (Hình D.4)

Trường hợp này phải lấy gradient thấm lớn nhất ở vị trí ra trên mặt đáy hạ lưu làm gradient thấm kiểm tra J_k:

J_k = J_ra

(D.15)

J_ra – xác định như chỉ dẫn trong Phụ lục A và C.

Cần chú ý rằng, khi áp dụng công thức (D.15) trong trường hợp có sơ đồ hàng cừ đơn thuần đối xứng (Hình D.4-b) với tầng không thấm nước thực tế nằm sâu thì trị số J_ra nhỏ hơn khoảng 10% so với gradient thấm trung bình đối với các đoạn đường viền 1-2 và 4-5, được tính toán mà không xét đến đoạn ván cừ 2-3-4 vì đoạn này có đặc điểm là áp lực cục bộ giảm rất mạnh và nó không đặc trưng cho phần chính của vùng thấm mà ta phải quan tâm khi xét độ bền thấm chung của nền.

Hình D.4. Sơ đồ tính toán độ bền thấm chung của đất nền (sơ đồ hàng cừ đơn thuần)

Ghi chú: Hình a đường viền thấm là đường gãy khúc 1-2-3; Hình b, đường viền thấm là đường gãy khúc 1-3-5.

Sơ đồ này có thể áp dụng cho các đập trụ đỡ (đường viền thấm chủ yếu theo phương thẳng đứng)

D.2.3. Trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất gần như hàng cừ đơn thuần (Hình D.5)

Khi sơ đồ đường viền dưới đất thỏa mãn điều kiện:

l < S / 2

(D.16)

Thì khi đánh giá độ bền thấm chung của đất nền, để cho an toàn, phải bỏ các bộ phận nằm ngang của đường viền và tính sơ đồ đã cho như đối với hàng cừ đơn thuần, nghĩa là xác định J_k theo công thức (D.15).

Hình D.5. Sơ đồ tính toán độ bền thấm chung của đất nền (sơ đồ đường viền dưới đất gần với hàng cừ đơn thuần)

D.2.4. Trường hợp sơ đồ đường viền trung gian

Khi

S / 2 ≤ l < S

(D.17)

Thì trị số J_k phải được xác định nội suy theo các Điều D.2.1, Điều D.2.2, Điều D.2.3 Phụ lục này.

D.3. Xác định trị số gradien thấm cho phép [J_k]

Trị số gradient thấm cho phép [J_k] dùng để kiểm tra độ bền thấm chung của nền công trình theo công thức:

[J_k] =	J_o
	K_H

(D.18)

Trong đó hệ số K_H phụ thuộc vào cấp công trình:

Cấp đặc biệt	K_H = 1,25
Cấp I	K_H = 1,20
Cấp II, III, IV	K_H = 1,15

Trị số J_o trong công thức (D.18) được quy định tùy thuộc vào loại đất như sau:

Sét	J_o = 1,20
Á sét	J_o = 0,65
Cát hạt lớn	J_o = 0,45
Cát hạt trung bình	J_o = 0,38
Cát hạt nhỏ	J_o = 0,29

Giá trị [J_k] có thể lấy trực tiếp theo bảng D.1 (các số liệu đã được tính sẵn theo các Điều nêu trên)

Bảng D.1 – Gradient thấm cho phép khi kiểm tra ổn định thấm của đất nền [J_k]

Loại đất nền	Cấp công trình
Loại đất nền	Đặc biệt	I	II, III, IV
Sét	0,96	1,00	1,04
Á sét	0,52	0,54	0,57
Cát hạt lớn	0,36	0,38	0,39
Cát hạt trung bình	0,30	0,32	0,33
Cát hạt nhỏ	0,23	0,24	0,25

D.4. Lựa chọn sơ bộ kích thước đường viền dưới đất của công trình, xuất phát từ việc xem xét độ bền thấm chung của đất nền

D.4.1. Chỉ dẫn chung

Thông thường, đường viền dưới đất của công trình được xác định bằng phương pháp thử dần, nghĩa là ban đầu chọn sơ bộ hình dạng và kích thước của đường viền, sau đó kiểm tra và thay đổi dần để thỏa mãn điều kiện (D.1). Việc chọn sơ bộ kích thước của đường viền sẽ thuận lợi hơn nếu thực hiện theo các chỉ dẫn sau đây.

D.4.2. Trường hợp sơ đồ đường viền rất nông

Khi có các điều kiện (D.7) và (D.9) đồng thời thì trị số J_k tính theo công thức (D.10). Trong trường hợp này, ta lấy chiều dài cho phép nhỏ nhất của đường viền L_min theo quan điểm độ bền thấm chung của đất nền từ công thức:

J_ng =	H	=	H
	L_q		L + 0,88T’_tb

(D.19)

L_min =	H	– 0,88T’_tb
	[J_k]

(D.20)

H – cột nước thấm;

T‘_tb – chiều dày trung bình của tầng thấm tính toán;

[J_k] – trị số cho phép của Gradient kiểm tra, lấy theo bảng D.1

Khi sử dụng công thức (D.20), phải xét điều dưới đây:

– Mặt tầng không thấm tính toán luôn luôn phải trùng với mặt tầng không thấm thực trong trường hợp tầng không thấm thực tế nằm không sâu, khi:

T_th ≤ 0,5L_o

(D.21)

L_o – chiều dài đường viền thấm chiếu lên phương ngang (xem trên Hình D.6);

T_th – chiều dày của tầng thấm thực ở phía dưới điểm nằm cao nhất của đường viền dưới đất.

Hình D.6. Sơ đồ để xác định sơ bộ kích thước đường viền dưới đất của đập.

– Khi tầng không thấm nằm tương đối sâu không thỏa mãn điều kiện (D.21) thì mặt tầng không thấm tính toán phải trùng với mặt dưới của vùng hoạt động thấm mạnh (Phụ lục A); chiều sâu của vùng thấm mạnh này xác định theo hệ thức:

T_hd = 0,5L_o

(D.22)

Khi đó nên sử dụng hệ thức sau đây để xác định trị số L_min thay cho công thức (D.20):

L_đ + 1,5L_ng =	H
	[J_k]

(D.23)

L_đ+ L_ng = L_min

(D.24)

L_đ – tổng chiều dài của các bộ phận thẳng đứng của đường viền;

L_ng – tổng chiều dài của các bộ phận nằm ngang của đường viền.

Tất nhiên, trong một vài trường hợp nào đó, khi xác định L_min theo công thức (D.20) và hệ thức (D.23),(D.24) phải thử dần, vì lúc đầu tính toán không có các số liệu về trị số L_o để xác định vị trí của tầng không thấm tính toán.

D.4.3. Trường hợp hàng cừ đơn thuần đối xứng (Hình D.4–b)

Trong trường hợp này tiến hành tính toán theo cách sau:

a) Với điều kiện:

S	< (0,4 ÷ 0,5)
T

(D.25)

Thì chiều sâu đóng cừ nhỏ nhất cho phép (theo các điều kiện độ bền chung của đất) tính theo công thức:

S_min =	H
	3[J_k]

(D.26)

[J_k] – lấy theo bảng D.1 Điều D.3 của Phụ lục này.

b) Với điều kiện:

S	> (0,4 ÷ 0,5)
T

(D.27)

Thì trị số S_min tìm theo biểu đồ ở Hình D.7 (theo đường cong T₂/T₁ = 1)

Sau khi đã chấp nhận trị số J_ra = [J_k] ta tính biểu thức (T/H) J_ra sau đó xuất phát từ biểu thức này theo biểu đồ đã chỉ dẫn tìm S/T, và sau đó xác định S_m_in theo công thức:

S_min = (S/T)T

(D.28)

Khi sử dụng biểu đồ trên Hình D.7 cần xem như S₂ = S₁ và T₁ = T₂ = T, trong đó T là chiều dày của tầng thấm thực.

Trị số S_min tìm được qua tính toán trong trường hợp đất nền đồng nhất đẳng hướng có thể coi như là xong, không phải hiệu chỉnh gì nữa, do đã có sự xem xét độ bền thông thường của đất nền (Phụ lục E).

Hình D.7. Đồ thị xác định chiều sâu đóng cừ nhỏ nhất.

D.4.4. Trường hợp chung của sơ đồ đường viền dưới đất

Trường hợp này khác với hàng cừ đơn thuần và không thỏa mãn điều kiện (D.9).

Biến đổi công thức (D.3) có xét đến (D.1) sẽ được biểu thức:

Σξ =	H
	T’_tt [J_k]

(D.29)

– Trong trường hợp tầng không thấm thực nằm tương đối không sâu lắm thì trị số T‘_tt có thể lấy bằng T_th_ực và hệ thức (D.29) sẽ có dạng:

Σξ =	H
	T_thuc [J_k]

(D.30)

Dùng bảng D.1 để tìm [J_k], tính trị số Σξ nhỏ nhất cho phép theo công thức (D.30), sau đó chọn đường viền dưới đất thế nào cho tổng hệ số sức kháng của nó không nhỏ hơn trị số cho phép nhỏ nhất Σξ (về các trị số ξ xem Phụ lục A).

-Trong trường hợp tầng không thấm thực nằm tương đối sâu:

a) Với điều kiện:

L_o	> 5
S_o

(D.31)

T_hđ = 0,5L_o

Thì:

L_oΣξ =	H	[J_k]
	0,5

(D.32)

b) Với điều kiện:

3,4 ≤	L_o	≤ 5
	S_o

T_hđ = 2,5S_o

(D.33)

Thì:

S₀Σξ =	H	[J_k]
	2,5

(D.34)

Khi xác định trị số L₀Σξ hoặc trị số S₀Σξ theo công thức (D.32) hoặc (D.34), ta chọn đường viền dưới đất thế nào cho nó được đặc trưng bởi trị số L₀Σξ hoặc S₀Σξ bằng trị số đã tìm được.

Phụ lục E

(Quy định)

Tính toán ổn định thấm thông thường của đất nền.

E.1. Yêu cầu tính toán kiểm tra

Đường viền dưới đất được định ra trên quan điểm về độ ổn định chung của đất nền (Phụ lục D), còn phải được kiểm tra về:

a) Xói ngầm cơ học tại cửa ra của dòng thấm (đối với nền đất rời, đất ít dính);

b) Sự xói tiếp xúc có thể xảy ra trên các mặt tiếp giáp của đất hạt to và đất hạt nhỏ ở nền (ở các chỗ này, đất hạt nhỏ có thể bị dòng nước thấm cuốn vào các lỗ hổng của đất hạt to và do đó có thể xảy ra sự lún bất lợi của đất nằm ở phía trên);

c) Xói tiếp xúc ở mặt đáy hạ lưu bên trên có phủ tầng lọc ngược;

d) Sự đẩy trồi đất do thấm ở hạ lưu ngay phía sau hàng cừ (hoặc chân khay) hạ lưu (đối với nền đất dính);

e) Hiện tượng đẩy trồi đất tại chỗ tiếp xúc giữa nền đất dính và lớp đệm lọc ngược của tầng gia trọng.

E.2. Kiểm tra xói ngầm cơ học (sử dụng kết quả nghiên cứu thực nghiệm của V.S.Ixtômina)

Điều kiện về đất: Cần kiểm tra đối với nền đất rời và đất ít dính.

Điều kiện để không phát sinh xói ngầm:

J_ra ≤ [J]

(E.1)

J_ra – Gradient thấm ở cửa ra; J_ra xác định như chỉ dẫn trong Phụ lục A.

[J] – Gradient thấm cho phép để không phát sinh xói ngầm (xác định theo đồ thị Hình E.1);

[J] ≥	J_gh
	[K]

(E.2)

J_gh – Gradient thấm giới hạn xói ngầm cơ học;

[K]- hệ số an toàn cho phép;

J_g_h và [J] phụ thuộc vào hệ số không đều hạt của đất ƞ (xác định theo đồ thị hình E.1)

ƞ =	d₆₀
	d₁₀

(E.3)

d₆₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 60% trọng lượng mẫu đất thí nghiệm;

d₁₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 10% trọng lượng mẫu đất thí nghiệm.

Hình E.1. Biểu đồ quan hệ Jgh ~ ƞ; [J] ~ ƞ.

E.3. Kiểm tra xói tiếp xúc giữa các lớp đất nền

Việc kiểm tra này phải tiến hành trong trường hợp nền không đồng nhất, ở khu vực tiếp xúc giữa các lớp đất có thể xảy ra sự cuốn đất của lớp hạt nhỏ vào các lỗ hổng của lớp đất hạt to ở nền.

Điều kiện đảm bảo không phát sinh xói:

J_tx ≤ [J_tx]

(E.4)

J_tx – Gradient thấm thực ở chỗ tiếp giáp giữa đất hạt nhỏ và đất hạt to;

[J_tx]- Gradient thấm cho phép ở chỗ tiếp giáp nêu trên.

Trị số J_tx phải được xác định trên cơ sở tính toán thấm của sơ đồ đường viền dưới đất đang xét (Phụ lục A và C).

Trị số [J_tx] phải được xác định theo các số liệu liên quan đến việc thiết kế lọc ngược và có xét đến các đường phân tích hạt của các loại đất trong nền (xem TCVN 8422).

(E.5)

φ_o – hệ số của vận tốc tới hạn;

d_xn – đường kính hạt xói ngầm;

m_d, k_d – độ rỗng, hệ số thấm của lớp đất hạt nhỏ;

v – hệ số nhớt động học của nước.

Giải thích và cách xác định các đại lượng (xem TCVN 8422).

Khi lập thiết kế kỹ thuật các công trình cấp đặc biệt và cấp I phải xác minh chính xác trị số [J_tx] bằng cách thí nghiệm các mẫu đất thiên nhiên ở trong phòng thí nghiệm.

Đối với dòng thấm có Gradient tại mặt phân cách J_tx < 1,3; việc kiểm tra hiện tượng xói tiếp xúc thực hiện theo đồ thị Hình E.2 với các thông số xác định như sau:

Hệ số chuyển tiếp cỡ hạt

ξ =	D₅₀
	d₅₀

(E.6)

D₅₀ – đường kính bình quân của lớp hạt lớn;

d₅₀ – đường kính bình quân của lớp hạt nhỏ;

Hệ số không đều của lớp hạt lớn:

H =	D₆₀
	D₁₀

(E.7)

Hệ số không đều của lớp hạt nhỏ:

ƞ =	d₆₀
	d₁₀

(E.8)

D₆₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 60% trọng lượng mẫu đất lớp hạt lớn;

D₁₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 10% trọng lượng mẫu đất lớp hạt lớn;

d₆₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 60% trọng lượng mẫu đất lớp hạt nhỏ;

d₁₀ – đường kính mắt sàng cho lọt 10% trọng lượng mẫu đất lớp hạt nhỏ;

Hình E.2. Đồ thị kiểm tra xói tiếp xúc giữa các lớp đất.

E.4. Kiểm tra xói tiếp xúc ở mặt đáy hạ lưu bên trên có phủ tầng lọc ngược

Việc kiểm tra này cần được thực hiện khi thiết kế các tầng lọc ngược phủ lên đáy phía hạ lưu. Kiểm tra điều kiện thiết kế tầng lọc ngược theo TCVN 8422.

E.5. Kiểm tra đẩy trồi đất do thấm

Điều kiện về đất: Cần kiểm tra đối với nền đất dính.

Điều kiện để không phát sinh đẩy trồi đất là:

J_ra ≤ J_gh ,

(E.9)

J_ra – Gradient thấm lớn nhất ở cửa ra, xác định theo Phụ lục A và C;

J_gh– Gradient thấm giới hạn đẩy trồi đất

J_gh =	γ_k	– (1 – n) ,
	γ_n

(E.10)

γ_k – trọng lượng riêng khô của đất nền tại vùng cửa ra công trình;

n – độ rỗng của đất nền tại vùng cửa ra công trình;

γ_n – trọng lượng riêng của nước.

Kiểm tra đẩy trồi đất theo phương pháp của V.S.Beumgart và R.N.Đaviđankôp

Việc kiểm tra này chỉ tiến hành với điều kiện:

J_ra > (0,5÷0,7)

(E.11)

Xác định trị số áp lực thấm (h_A) ở mũi cừ hoặc để chân khay hạ lưu (điểm A trên Hình E.3) như chỉ dẫn ở Phụ lục A và C, sau đó viết hệ thức:

(E.12)

S – độ sâu của mũi cừ ở cửa ra (hoặc của đế chân khay ở cửa ra nếu không có cừ);

t – chiều dày lớp gia tải ở hạ lưu có dạng vật liệu hạt lớn (của lọc ngược và lớp tiêu nước), hoặc có dạng các tấm bê tông của tấm tiêu năng;

γ_n – trọng lượng riêng của nước;

γ_đ_n – trọng lượng riêng đẩy nổi của đất nền;

– trọng lượng riêng đẩy nổi của lớp gia tải;

K_n – hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1,0;

m – hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0,8, để xét đến dạng của trạng thái giới hạn và các yếu tố khác.

Hình E.3. Sơ đồ kiểm tra đẩy trồi đất ở hạ lưu công trình

Nếu bất đẳng thức (E.12) được thỏa mãn thì không có khả năng trồi đất cục bộ do thấm gây nên; khi không đảm bảo bất đẳng thức (E.12) thì sự trồi đất có thể xảy ra; để tránh sự trồi đất phải tăng thêm chiều dày lớp gia tải t, hoặc là tăng kích thước S.

E.6. Kiểm tra đùn đất tiếp xúc

Điều kiện kiểm tra: Khi đất nền công trình là đất dính, chỗ dòng thấm thoát ra hạ lưu có làm tầng gia trọng bằng các vật liệu hòn rời.

Để ngăn ngừa đùn đất tiếp xúc (Hình E.4.a), cần hạn chế khe hở giữa các hòn của tầng gia trọng bằng cách đặt một lớp đệm trung gian bằng sỏi cuội hoặc dăm dạng tầng lọc ngược. Nếu đất nền có chỉ số dẻo W_n > 7÷10 và độ bão hoà G > 0,85 thì các số liệu đặc trưng và của vật liệu lớp đệm thứ nhất có thể chọn theo đồ thị Hình E.4.b,c)

trong đó:

δ = 0,5; 1,0; 1,5 cm là độ sâu lớp bong tróc cho phép của nền đất sét;

– đường kính mắt sàng cho lọt 60% trọng lượng mẫu đất lớp đệm thứ nhất;

– đường kính mắt sàng cho lọt 10% trọng lượng mẫu đất lớp đệm thứ nhất;

– đường kính trung bình mẫu đất lớp đệm thứ nhất.

Hình E.4. Sơ đồ kiểm tra đẩy trồi đất tiếp xúc ở hạ lưu công trình

Ghi chú:

a) sơ đồ đùn đất tiếp xúc; b), c) các đồ thị dùng để chọn vật liệu làm lớp thứ nhất của tầng lọc ngược;

1) các viên đá lớp gia trọng; 2) dòng thấm; 3) đùn đất tiếp xúc.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Ký hiệu và từ viết tắt

5. Yêu cầu chung

6. Yêu cầu đối với tài liệu khảo sát địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, khảo sát thủy văn

7. Yêu cầu về trường hợp tính toán

8. Đường viền và miền thấm dưới đáy công trình

9. Tính toán thấm dưới đáy công trình

10. Đường viền thấm ở vai công trình

11. Tính toán thấm ở vai công trình

12. Kiểm tra độ bền thấm dưới đáy và vai công trình

Phụ lục A Tính toán thấm dưới đáy công trình

Phụ lục B Xét độ thấm nước của các hàng cừ khi tính thấm

Phụ lục C Tính toán thấm vòng quanh trụ biên

Phụ lục D Kiểm tra độ bền thấm chung

Phụ lục E Tính toán ổn định thấm thông thường của đất nền

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9143:2022 VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – TÍNH TOÁN THẤM DƯỚI ĐÁY VÀ VAI CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN KHÔNG PHẢI LÀ ĐÁ
Số, ký hiệu văn bản	TCVN9143:2022	Ngày hiệu lực
Loại văn bản	Tiêu chuẩn Việt Nam	Ngày đăng công báo
Lĩnh vực	Xây dựng Tài nguyên - môi trường	Ngày ban hành
Cơ quan ban hành		Tình trạng	Còn hiệu lực

Các văn bản liên kết

Văn bản được hướng dẫn		Văn bản hướng dẫn
Văn bản được hợp nhất		Văn bản hợp nhất
Văn bản bị sửa đổi, bổ sung		Văn bản sửa đổi, bổ sung
Văn bản bị đính chính		Văn bản đính chính
Văn bản bị thay thế		Văn bản thay thế
Văn bản được dẫn chiếu		Văn bản căn cứ

Tải văn bản

Tải văn bản về Bản PDF/Bản gốc