TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9643:2013 VỀ AN TOÀN HẠT NHÂN – CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
TCVN 9643:2013
AN TOÀN HẠT NHÂN – CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
Nuclear safety – Geotechnical aspects of site evaluation and foundation for nuclear power plants
Lời nói đầu
TCVN 9643:2013 do Cục An toàn bức xạ và hạt nhân biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
AN TOÀN HẠT NHÂN – CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
Nuclear Safety – Geotechnical aspects of site evaluation and foundation for nuclear power plants
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này áp dụng cho các cơ quan chịu trách nhiệm đối với công tác đánh giá địa kỹ thuật tại địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN), đối với chủ đầu tư, tư vấn và các cơ quan, tổ chức có liên quan tới dự án NMĐHN.
Tiêu chuẩn này hướng dẫn việc đánh giá địa kỹ thuật có ảnh hưởng tới an toàn của NMĐHN.
2 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
2.1
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard penetration test)
Thí nghiệm xuyên tại hiện trường nhằm đo đạc các tính chất địa kỹ thuật của đất.
2.2
Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (cone penetration test)
Thí nghiệm đo sức kháng của đất khi ấn một mũi côn có hình dạng và kích thước quy định vào trong đất để đánh giá sức kháng xuyên của đất nền.
2.3
Mức rung động nền đất (seismic level)
Mức rung động nền đất cấp 1 (SL-1) và mức rung động nền đất cấp 2 (SL-2) là những mức rung động nền đất thể hiện khả năng ảnh hưởng của động đất và được xem xét trong thiết kế cơ sở đối với nhà máy điện hạt nhân. SL-1 tương ứng động đất ít nghiêm trọng hơn, khả năng xảy ra lớn hơn SL-2. Thông thường, SL-1 tương ứng với mức rung động nền đất có xác suất 10–2/năm và SL-2 tương ứng có xác suất 10-4/năm.
2.4
Đập đất (dams)
Cấu trúc đất đắp cao hơn 15 m, được đắp trong một số trường hợp cần tạo ra hồ chứa ở thượng lưu NMĐHN.
2.5
Đê (dykes)
Các cấu trúc được xây đắp dọc theo các dòng nước.
2.6
Tường, đê, kè chắn sóng biển (sea walls, breakwaters and revetments)
Những cấu trúc xây dựng dân dụng nhằm bảo vệ các công trình quan trọng của NMĐHN khỏi ảnh hưởng của sóng biển hay của hồ chứa nước khi xảy ra bão và sóng thần. Những cấu trúc này được thiết kế nhằm ngăn ngừa khả năng xói mòn đất, ngập lụt và phá hủy, có khả năng ảnh hưởng đến an toàn của các công trình quan trọng của NMĐHN.
3 Khảo sát địa điểm
3.1 Chương trình khảo sát
3.1.1 Khái quát
Khảo sát các điều kiện lớp dưới bề mặt tại địa điểm NMĐHN đóng vai trò rất quan trọng trong các giai đoạn của quá trình đánh giá địa điểm. Mục đích của quá trình khảo sát này là cung cấp thông tin hoặc dữ liệu cơ bản để xác định tính chất và tính phù hợp của vật liệu lớp dưới bề mặt tại địa điểm. Trong mỗi giai đoạn đánh giá địa điểm, chương trình khảo sát cần cung cấp dữ liệu để xác định đặc điểm của lớp dưới bề mặt. Mức độ chi tiết của việc khảo sát lớp dưới bề mặt thay đổi theo từng giai đoạn khác nhau. Tổ chức tiến hành khảo sát phải luận cứ về yêu cầu đối với mức độ chi tiết phục vụ cho việc đánh giá địa điểm.
3.1.1.1 Các giai đoạn của quá trình đánh giá địa điểm
Chương trình khảo sát phải được thực hiện phù hợp với mục đích của mỗi giai đoạn đánh giá địa điểm. Đánh giá địa điểm NMĐHN ở giai đoạn lập hồ sơ xin phê duyệt địa điểm bao gồm các giai đoạn sau đây:
– Giai đoạn lựa chọn địa điểm:
Lựa chọn một hoặc một số địa điểm trên cơ sở khảo sát một khu vực rộng lớn, loại bỏ các địa điểm không thích hợp, sàng lọc so sánh các địa điểm còn lại;
– Giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ:
Đánh giá các địa điểm được lựa chọn ở giai đoạn lựa chọn địa điểm theo tiêu chí loại trừ;
– Giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm:
Xác định các đặc điểm của địa điểm không vi phạm các tiêu chí loại trừ, phục vụ cho mục đích phân tích và thiết kế chi tiết. Việc đánh giá địa điểm NMĐHN còn được thực hiện ở giai đoạn xây dựng và vận hành nhà máy.
3.1.12 Dữ liệu cần thiết trong đánh giá địa điểm
Xác định dữ liệu cần thiết cho mỗi giai đoạn đánh giá địa điểm, xây dựng chương trình khảo sát phù hợp. Dữ liệu cần thiết về địa chất và kỹ thuật liên quan để sử dụng trong đánh giá hoặc phân tích an toàn bao gồm các loại sau đây:
– Dữ liệu địa chất (cấu trúc và địa tầng);
– Mô tả phân bố và tính chất của vật liệu lớp dưới bề mặt;
– Đặc điểm của các lớp đất đá;
– Dữ liệu và nước ngầm (chế độ nước, vị trí và đặc điểm của các phân vị thủy văn, tính chất hóa lý của nước).
Kết quả khảo sát phải được tư liệu hóa, chỉ rõ các điều kiện cụ thể của địa điểm (đất hoặc đá), giai đoạn đánh giá địa điểm và công tác phân tích xác minh cần thiết.
Các phương pháp khảo sát bao gồm sử dụng tài liệu hiện có, tài liệu lịch sử, thăm dò địa vật lý và địa kỹ thuật tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm được áp dụng với mức độ khác nhau trong các giai đoạn đánh giá địa điểm.
3.1.2 Giai đoạn lựa chọn địa điểm
3.1.2.1 Mục đích khảo sát
Mục đích khảo sát trong giai đoạn lựa chọn địa điểm là để lựa chọn một hoặc một số địa điểm trước khi tiến hành các khảo sát chi tiết theo các tiêu chí loại trừ. Trong giai đoạn này, các khía cạnh địa chất, địa mạo và địa kỹ thuật được xem xét nhằm xác định các khu vực không cần khảo sát chi tiết hơn.
3.1.2.2 Dữ liệu cần thu thập
Thông tin về lớp dưới bề mặt trong giai đoạn này thường được thu thập từ các tài liệu hiện có và khảo sát sơ bộ ngoài thực địa về địa chất, địa mạo và được sử dụng cho các thẩm định sau đây:
– Các điều kiện lớp dưới bề mặt không được chấp nhận: Địa điểm bị loại ở giai đoạn này khi có các điều kiện địa chất có thể ảnh hưởng tới an toàn của NMĐHN mà không thể khắc phục được bằng các biện pháp địa kỹ thuật hoặc các biện pháp xây dựng. Các dạng tai biến địa chất như đứt gãy bề mặt, hoạt động núi lửa, trượt lở, sụt lún, sụt sập do hang động ngầm (tự nhiên, nhân tạo) hoặc do nguyên nhân khác được xác định và đánh giá;
– Phân loại địa điểm: Điều kiện lớp dưới bề mặt ở địa điểm được xác định trên cơ sở sử dụng các tài liệu địa chất và địa kỹ thuật hiện có. Địa điểm có thể được phân loại là địa điểm đá cứng, đá mềm yếu hoặc đất cứng, đất mềm yếu hoặc kết hợp các loại trên. Đất được phân loại thành đất kết dính và đất không kết dính. Sự phân loại sơ bộ này có thể không áp dụng được đối với một số địa điểm, như đối với một số thành tạo Đệ Tứ có ranh giới giữa đá và đất sét phức tạp cần được khảo sát và quan trắc cẩn thận;
– Chế độ nước ngầm: Sử dụng tài liệu hiện có về địa chất thủy văn để xác định vị trí và đánh giá chế độ nước ngầm;
– Điều kiện nền móng: Xác định kiểu loại, tính chất đất và chiều sâu tới đá gốc nhằm lựa chọn sơ bộ các kiểu nền móng phù hợp.
Trên cơ sở thông tin về điều kiện lớp dưới bề mặt, địa điểm tiềm năng được xếp hạng theo mức độ phù hợp của nền móng. Trong giai đoạn này cần đưa ra nhận định về tai biến địa chất, hiệu ứng khuếch đại địa chấn, khả năng hóa lỏng nền, khả năng chịu tải, khả năng lún và trương nở của lớp dưới bề mặt, tương tác cấu trúc – đất và điều kiện nước ngầm. Các địa điểm được lựa chọn được tiếp tục xem xét về khía cạnh địa kỹ thuật ở các giai đoạn tiếp theo.
3.1.3 Giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ và giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm
3.1.3.1 Các yếu tố cần khảo sát
Trong giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ giả thiết rằng, sơ đồ bố trí mặt bằng của NMĐHN và tải trọng xây dựng đã được thiết lập. Cần đánh giá các yếu tố dưới đây trong cả hai điều kiện bình thường và điều kiện cực đoan như động đất và ngập lụt:
– Tai biến địa chất;
– Điều kiện địa chất và điều kiện lớp dưới bề mặt;
– Khả năng hóa lỏng;
– Các kiểu nền móng khả thi;
– Khả năng chịu tải sơ bộ và các yếu tố khác về độ ổn định của nền móng;
– Khoảng lún sơ bộ;
– Mực nước ngầm và chế độ nước ngầm;
– Quá trình sử dụng địa điểm trước đây;
– Yêu cầu chuẩn bị địa điểm.
Trong giai đoạn này, chương trình khảo sát phải được thực hiện cho toàn bộ địa điểm và ở phạm vi nhỏ hơn theo phương án bố trí công trình NMĐHN.
3.1.3.2 Kỹ thuật khảo sát
Khảo sát địa điểm và các vấn đề có liên quan cần thực hiện các kỹ thuật được mô tả dưới đây:
– Kỹ thuật khoan xoay: Trong phương pháp khoan này, cần thu hồi toàn bộ lỗi khoan để có cái nhìn tổng quan về điều kiện địa điểm. Phương pháp này bao gồm việc định vị lỗ khoan dọc theo hai tuyến giao nhau trong đó, có một lỗ khoan chung tại vị trí giao nhau của 2 tuyến; ngoài việc lấy mẫu lõi khoan hoặc các mẫu đất, đá khác để xác định tính chất đất đá và tiến hành kiểm tra trong phòng thí nghiệm, các lỗ khoan còn được sử dụng để lắp đặt các thiết bị thí nghiệm hiện trường dài hạn, bao gồm cả thiết bị quan trắc chế độ nước ngầm. Ảnh hưởng của lỗ khoan lên nguồn nước sinh hoạt phải được khảo sát, đánh giá. Trong trường hợp cần thiết, phải sử dụng hố đào hoặc tuy-nel thử nghiệm để kiểm tra trực tiếp điều kiện lớp dưới bề mặt;
– Thí nghiệm tại hiện trường: Trên cơ sở điều kiện lớp dưới bề mặt, cần tiến hành các thí nghiệm tại hiện trường nhằm xác định tính chất cơ lý của lớp dưới bề mặt, bao gồm cả các thí nghiệm thử tải hiện trường và đo áp lực nước ngầm;
– Khảo sát địa chấn khúc xạ và phản xạ: Cần tiến hành khảo sát địa chấn khúc xạ và phản xạ nhằm cung cấp dữ liệu liên tục theo diện và chiều sâu phục vụ cho việc đánh giá điều kiện lớp dưới bề mặt. Kết quả khảo sát cung cấp thông tin về địa tầng và cấu trúc địa chất, về vị trí mực nước ngầm và tốc độ truyền sóng địa chấn tại địa điểm. Các lỗ khoan sẽ xác nhận kết quả khảo sát địa tầng theo chiều thẳng đứng:
– Kiểm tra trong phòng thí nghiệm: Cần kiểm tra chỉ số và phân loại đất, đá. Nếu thu được các mẫu đất kết dính từ quá trình khoan thì cần kiểm tra tính cố kết và kháng cắt trên các mẫu nguyên trạng nhằm đánh giá sức bền và khả năng lún của đất.
Trong khảo sát thực địa, cần lưu ý xác định các đặc điểm không thuận lợi của lớp dưới bề mặt, như các đới có hang động, đá và đá phiến sét trương nở, túi khí, các đới giảm yếu hay gián đoạn trong đá kết tinh và các mặt trượt tiềm năng trong các lớp đất không ổn định.
3.1.3.3 Xác định các đặc điểm không thuận lợi của nền đất
Mục đích của giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm là nhằm khẳng định kết quả thu được trong các giai đoạn trước, tiến hành các khảo sát chi tiết hơn phục vụ cho phân tích và thiết kế chi tiết. Chương trình khảo sát lớp dưới bề mặt và kiểm tra trong phòng thí nghiệm cần được triển khai tại địa điểm, sử dụng khoan theo mạng lưới hoặc sơ đồ khoan phù hợp với địa điểm và dự kiến vị trí các công trình của NMĐHN. Khoảng cách lưới có thể thay đổi tùy theo cấu tạo lớp dưới bề mặt. Lưới khoan đều thường được áp dụng cho địa điểm có đặc điểm đất tương đối đồng nhất. Nếu địa điểm không đồng nhất và có các mặt giảm yếu thì cần tiến hành khoan bổ sung với khoảng cách đủ nhỏ để phát hiện và đánh giá các yếu tố đó. Cần xem xét ảnh hưởng của công tác khoan đối với chế độ nước ngầm và nguồn nước sinh hoạt.
Cần khảo sát khả năng tồn tại hang động và sụt lún lớp dưới bề mặt, bao gồm:
– Các hố sụt, ao lầy, hang động;
– Các dòng chảy bị chìm vào trong lòng đất;
– Sụt lún đất trong quá khứ;
– Mỏ và hoạt động khai thác mỏ có liên quan;
– Cầu do tự nhiên tạo ra;
– Trũng bề mặt;
– Xuất lộ nước;
– Các loại đá vôi, đô-lô-mit, thạch cao, muối mỏ, đất đỏ terra rosa, dung nham, đá vụn kết yếu, than đá hoặc quặng;
– Đá có khả năng hòa tan.
Trong giai đoạn này, các đặc điểm sơ bộ của NMĐHN như tải trọng, kích thước của các tòa nhà, các tiêu chí kỹ thuật sơ bộ về cấu trúc và mặt bằng dự định của nhà máy đã được xác định. Xây dựng nội dung chương trình thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm trên cơ sở các đặc điểm sơ bộ của NMĐHN và đặc điểm địa kỹ thuật được xác định trong các giai đoạn trước.
3.1.3.4 Yêu cầu đối với độ sâu khoan
Độ sâu khoan phụ thuộc vào điều kiện địa điểm, nhưng phải đủ sâu để xác định được tất cả các đặc điểm của địa điểm có khả năng ảnh hưởng đến công trình và để khẳng định các đặc điểm đất đá đã được xác định trong các giai đoạn khảo sát trước. Tại địa điểm có lớp đất quá dày và để đánh giá khả năng mất ổn định ở độ sâu lớn, độ sâu của lỗ khoan cần tối thiểu bằng giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau đây:
– Độ sâu tại đó sự thay đổi ứng suất theo chiều thẳng đứng trong hoặc sau quá trình xây dựng nhỏ hơn 10 % ứng suất hiệu dụng của lớp đất phủ tại hiện trường;
– Độ sâu bằng đường kính của móng lò phản ứng.
Trong trường hợp địa điểm là nền đá hoặc có đá cứng ở độ sâu nhỏ hơn độ sâu khoan tối thiểu kể trên thì cần khoan tới độ sâu lớn nhất tại đó các gián đoạn, đới giảm yếu hoặc đới biến đổi có thể ảnh hưởng tới sự ổn định của nền móng. Địa điểm có đá mềm hoặc đá phiến sét bị phong hóa cần khoan sâu tương tự như địa điểm có nền đất.
3.1.3.5 Thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm
Trong giai đoạn này, cần tiến hành các thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm đủ để đánh giá khả năng chịu tải, khả năng lún của công trình, khả năng khuếch đại sóng địa chấn, xác định các thông số tương tác (động và tĩnh) nền đất – công trình, đánh giá khả năng hóa lỏng và phổ phản ứng thiết kế của địa điểm nếu cần thiết. Ngoài chương trình khoan đã hướng dẫn ở trên, chương trình khảo sát có thể cần một số lỗ khoan bổ sung nhằm thiết lập mô hình nền đất phục vụ nghiên cứu tương tác động lực học giữa công trình với nền đất – đá. Độ sâu khoan để nghiên cứu khả năng khuếch đại sóng địa chấn tại địa điểm có thể cần lớn hơn độ sâu khoan để thiết kế địa kỹ thuật thông thường.
Nếu cần cải thiện điều kiện lớp dưới bề mặt thì cần thực hiện trong giai đoạn này và đánh giá hiệu quả bằng các thí nghiệm tại hiện trường.
Trên cơ sở kết quả khảo sát tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm, cần phân tích sơ bộ trạng thái ổn định tĩnh, phản ứng đối với tải động, khả năng hóa lỏng và độ ổn định của sườn dốc, đê và đập.
Có báo cáo địa kỹ thuật chi tiết cùng với kết quả khảo sát và dữ liệu cơ bản thu được từ các giai đoạn trước về các nội dung sau đây:
– Bản đồ và mặt cắt địa chất;
– Thuyết minh đặc điểm địa chất của địa điểm;
– Chương trình thăm dò và cơ sở thực hiện;
– Sơ đồ vị trí và mặt cắt lỗ khoan;
– Thiết đồ lỗ khoan và mô tả hố đào;
– Kết quả thí nghiệm hiện trường;
– Kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm;
– Kết quả khảo sát địa vật lý;
– Mô tả và kết quả phân tích;
– Mô tả chi tiết chế độ và tính chất lý hóa của nước ngầm.
Ở giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ và giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm cần thu thập đủ các thông tin cần thiết, thiết lập các thông số thiết kế cơ sở, đưa ra kết luận liên quan tới các tiêu chí loại trừ, xác định các đặc điểm của địa điểm. Các khảo sát chi tiết ở hai giai đoạn này phải phù hợp với sơ đồ bố trí cuối cùng của các tòa nhà tại địa điểm. Thu thập đủ dữ liệu địa kỹ thuật cần thiết liên quan trực tiếp tới từng tòa nhà, từng cấu trúc và cơ sở phụ trợ.
3.1.3.6 Yêu cầu khảo sát bổ sung đối với các cấu trúc
Khi đã biết sơ đồ bố trí mặt bằng của các tòa nhà, cấu trúc và cơ sở phụ trợ, cần phân biệt giữa các cấu trúc có và không liên quan tới an toàn. Chương trình khảo sát lớp dưới bề mặt và các thí nghiệm đối với các cấu trúc không liên quan tới an toàn cần tuân thủ các yêu cầu chung đối với công trình xây dựng dân dụng. Đối với mỗi cấu trúc liên quan tới an toàn, cần khoan ít nhất một lỗ khoan. Nếu thấy lớp dưới bề mặt có tính biến đổi, thì cần có kế hoạch khoan phù hợp nhằm xác định rõ sự biến đổi tính chất của đất đá.
3.2 Nguồn dữ liệu
3.2.1 Các loại nguồn dữ liệu
Có các loại nguồn dữ liệu sau đây:
– Tài liệu lịch sử và hiện tại;
– Kết quả thăm dò thực địa;
– Kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm.
3.2.2 Tài liệu lịch sử và hiện tại
Khảo sát thực địa, nghiên cứu tài liệu lịch sử và hiện tại nhằm hiểu chung về địa chất của khu vực, bao gồm:
– Bản đồ địa hình;
– Bản đồ địa chất và bản đồ địa chất công trình;
– Báo cáo địa chất và các văn liệu địa chất khác;
– Bản đồ địa vật lý;
– Báo cáo địa kỹ thuật và các văn liệu địa kỹ thuật khác;
– Ảnh vệ tinh, ảnh viễn thám;
– Báo cáo về giếng nước và các nguồn nước;
– Hồ sơ về các giếng dầu và mỏ khí đốt;
– Bản đồ địa chất thủy văn, dữ liệu về thủy văn và thủy triều, ghi chép về lũ lụt và ghi chép về thời tiết và mưa;
– Lịch sử khai mỏ và ghi chép về quá trình sụt lún;
– Dữ liệu địa chấn và ghi chép về động đất trong lịch sử;
– Kết quả tính toán hiện tại và sụt lở đất, ngập lụt, động đất, sụt lún và các sự kiện địa chất khác có khả năng gây nguy hại;
– Ghi chép về hoạt động xây dựng trong vùng phụ cận.
Xem xét các nguồn thông tin khác như: thông tin từ các cá nhân, các khoa địa chất công trình ở các cơ sở đào tạo, hoạt động khảo sát địa chất công trình của các tổ chức và cá nhân tại lân cận NMĐHN và từ quan sát trong quá trình khai thác mỏ.
3.2.3 Thăm dò thực địa
3.2.3.1 Thí nghiệm trong thăm dò thực địa
Tùy thuộc vào phạm vi khảo sát mà xác định việc tiến hành thí nghiệm địa vật lý hay địa kỹ thuật hoặc cả hai.
3.2.3.2 Thí nghiệm địa vật lý
Có thể thu được thông tin và dữ liệu bằng cách phân tích ngược kết quả thí nghiệm địa vật lý. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ áp dụng được đối với biến dạng đàn hồi. Thí nghiệm địa vật lý thông thường bao trùm một phạm vi rộng lớn (theo chiều sâu và diện tích bề mặt) và chỉ cung cấp các thông số sơ bộ (về chiều dày và tính chất cơ học của các lớp đất) phục vụ cho mục đích đánh giá địa điểm.
Tùy theo đặc điểm của vật liệu lớp dưới bề mặt, cần áp dụng các kỹ thuật khảo sát được hướng dẫn tại Bảng 1 dưới đây.
Bảng 1 – Khảo sát địa vật lý đối với mẫu đất và đá
|
Loại thí nghiệm |
Thông số cần đo |
Loại vấn đề |
Phạm vi áp dụng |
| Địa chấn khúc xạ / phản xạ | Thời gian lan truyền biến dạng | Phân loại địa điểm | Khảo sát bề mặt |
| Kiểm tra địa chấn lỗ khoan chéo | Tính chất đàn hồi động lực | Phân loại địa điểm, tương tác đất – cấu trúc | Khảo sát sâu: một lỗ khoan dùng để phát tín hiệu, một lỗ khoan dùng để thu tín hiệu |
| Kiểm tra địa chấn lỗ khoan thuận nghịch | Tính chất đàn hồi động lực | Phân loại địa điểm, tương tác đất – cấu trúc | Khảo sát sâu: một lỗ khoan dùng cho cả phát và thu tín hiệu |
| Phương pháp Nakamura | Rung chấn ở mức thấp | Phân loại địa điểm và tác động giữa các cấu trúc | |
| Điện trở suất | Mực chất lỏng | Xói mòn bên trong | Khảo sát bề mặt hoặc khảo sát sâu |
| Carota hạt nhân | Hàm lượng và tỷ trọng của nước | Kỹ thuật logging hiện đại | |
| Vi trọng lực | Gia tốc trọng trường | Hố sụt lún, cấu trúc không đồng nhất | Lớp dưới bề mặt phức tạp |
| Rada địa chất | Tốc độ truyền sóng | Hang động | Lớp dưới bề mặt phức tạp |
| Phương pháp từ tính | Cường độ từ trường | Các vùng ẩm | Bảo dưỡng đê kè |
3.2.3.3 Thí nghiệm địa kỹ thuật
Sử dụng phương pháp địa kỹ thuật tại khu vực gần địa điểm tới độ sâu ít nhất bằng đường kính nền móng tòa nhà lò phản ứng, bao gồm khoan và khảo sát trực tiếp từ mặt đất. Tùy theo điều kiện lớp dưới bề mặt, cần tiến hành các thí nghiệm thích hợp được hướng dẫn tại Bảng 2 dưới đây.
Bảng 2 – Khảo sát địa kỹ thuật đối với mẫu đất và đá
|
Loại thí nghiệm |
Loại vật liệu |
Thông số cần đo |
Loại vấn đề |
Ghi chú |
| Thí nghiệm kích đĩa phẳng | Đá | Ứng suất thông thường tại hiện trường | Khả năng biến dạng, hội tụ | Kết quả có thể không chính xác đối với loại đá có tính chất biến đổi nhiều theo thời gian |
| Thí nghiệm đứt gãy thủy động | Đá | Trạng thái ứng suất tại hiện trường | Khả năng biến dạng, hội tụ | Bị ảnh hưởng bởi tính không đẳng hướng của sức căng |
| Thí nghiệm xiết ép cắt trực tiếp | Đá | Lực cắt | Độ ổn định | Thường cần một số lượng đủ lớn các thí nghiệm để kiểm tra thống kê |
| Thí nghiệm đĩa chịu lực | Đất sét, cát, sỏi, đá | Mô-đun phản ứng | Kiểm tra nén, sụt lún | Sử dụng cho việc khai đào và đê kè |
| Thí nghiệm đo áp lực | Đất sét, cát, sỏi, đá | Mô-đun đàn hồi và khả năng nén | Sụt lún và khả năng chịu lực | Cần tiến hành khoan sơ bộ |
| Thí nghiệm xuyên tĩnh | Đất sét, cát, sỏi | Kháng xuyên, lực cố kết ướt; kháng cắt | Sụt lún và khả năng chịu lực | Gồm cả CPT |
| Thí nghiệm xuyên động | Đất sét, cát, sỏi | Kháng xuyên; mật độ tương đối | Hóa lỏng | Bao gồm cả SPT |
| Thí nghiệm cắt cánh | Đất sét mềm | Kháng cắt | Khả năng chịu lực, độ ổn định của sườn dốc | Không phù hợp với bùn, cát, hoặc đất có nhiều sỏi hoặc vỏ sò |
| Bơm kiểm tra | Đất sét, cát, sỏi | Khả năng thẩm thấu | Khả năng thẩm thấu của đất | Cần sử dụng máy đo áp suất |
3.2.4 Kiểm tra trong phòng thí nghiệm
3.2.4.1 Mục đích của việc kiểm tra
Mục đích của việc kiểm tra trong phòng thí nghiệm là bổ sung, xác thực các dữ liệu thu được tại hiện trường để xác định các đặc điểm của đất, đá một cách đầy đủ và chính xác, trong khoảng biến dạng dự kiến. Lưu ý đến các thông số như hệ số tắt dần của vật liệu trong đất, tính chất cơ học khi có biến dạng lớn là những thông số không dễ thu được bằng các thí nghiệm tại hiện trường. Tất cả các giai đoạn của quá trình khảo sát địa điểm, các thí nghiệm tại hiện trường, các phép kiểm tra trong phòng thí nghiệm có liên quan phải được lập kế hoạch chi tiết và thực hiện kịp thời để có thể đánh giá chính xác tính chất của đất và đá.
3.2.4.2 Các vấn đề liên quan đến việc lấy mẫu
Kiểm tra trong phòng thí nghiệm được thực hiện đối với các mẫu thu được từ phương pháp thăm dò trực tiếp. Cần lấy được các mẫu tốt, không bị xáo trộn; tuân thủ quy trình thu thập mẫu, việc xử lý mẫu. Lưu ý việc lưu giữ mẫu tại hiện trường và vận chuyển mẫu tới phòng thí nghiệm. Lấy mẫu bằng phương pháp đào hố, đào mương rãnh hoặc qua các lỗ khoan. Trường hợp cần thiết cần kết chặt các lớp đất để thu được mẫu không bị xáo trộn.
3.2.4.3 Kiểm tra trong phòng thí nghiệm
Chương trình kiểm tra cần xác định và phân loại được các mẫu đất, đá; xác định tính chất vật lý và đặc điểm kỹ thuật của chúng từ dữ liệu đã công bố hoặc đo đạc được. Kiểm tra trong phòng thí nghiệm có các mục đích được hướng dẫn tại Bảng 3 dưới đây.
Bảng 3 – Kiểm tra trong phòng thí nghiệm đối với các mẫu đất và đá
|
Đặc điểm |
Loại đất |
Thông số cần đo |
Mục đích kiểm tra |
Ghi chú |
| Chỉ số và phân loại đất | Đất sét | Hàm lượng nước (thông qua tính lỏng và tính dẻo) | Khả năng nén và tính dẻo | Giới hạn Atterberg |
| Tính chất vật lý và hóa học của đất | Tất cả các loại | Các-bô-nát và sun–fat | Phân loại đất | Thiết bị Dietrich- Fruhling |
| Tính chất vật lý và hóa học của nước ngầm | Tất cả các loại | Hàm lượng muối | Ảnh hưởng tới khả năng thẩm thấu | |
| Hệ thức giữa tỷ trọng và độ ẩm của đất | Tất cả các loại | Tỷ trọng ẩm và khô, hàm lượng nước, hệ số bão hòa, tỷ trọng tương đối | Sụt lún, hóa cứng, khả năng chịu tải | Kiểm tra đầm nén, đo gama, tỷ trọng tương đối |
| Đặc điểm hóa cứng và thẩm thấu | Tất cả các loại | Độ lún, mô-đun Young, hệ số hóa cứng | Sụt lún, hóa cứng | Máy đo độ lún |
| Kháng cắt và khả năng biến dạng của đất | Tất cả các loại | Mô-đun Young, hệ số Poat-xông, góc kết dính và góc ma sát trong điều kiện khô và ướt | Sụt lún, khả năng chịu tải | Hộp kiểm tra kháng cắt, kiểm tra nén ba chiều |
| Đặc điểm cơ học của đá | Đá | Mô-đun Young, hệ số Poat-xông | Độ ổn định, khả năng gia cố | Kiểm tra kháng cắt, kiểm tra nén hai hoặc ba chiều |
| Đặc điểm động học của đất | Tất cả các loại | Mô-đun động lực Young, hệ số Poat- xông, tắt dần nội tại, áp suất lỗ chống rung nội tại | Phân loại địa điểm, tương tác cấu trúc – đất, khả năng hóa lỏng | Kiểm tra chu trình ba chiều, cột cộng hưởng |
3.2.4.4 Thống số đặc trưng của địa điểm
Thông số đặc trưng của địa điểm sử dụng trong hồ sơ thiết kế phải xuất phát từ kết quả kiểm tra tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm. Tiến hành nghiên cứu và điều chỉnh trong trường hợp có sự khác nhau giữa các kết quả.
3.3 Khảo sát đối với lớp dưới bề mặt có điều kiện phức tạp
3.3.1 Yêu cầu chung
Chương trình khảo sát địa điểm NMĐHN phải xem xét các điều kiện của lớp dưới bề mặt phức tạp như khả năng có các lỗ hổng dưới mặt đất có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có thể gây ra sụt lở, tác động nghiêm trọng tới nền móng NMĐHN. Đồng thời cần xem xét các điều kiện bề mặt như hố sụt, khe nứt có khả năng gây ảnh hưởng đến việc dẫn nước làm mát.
Chương trình khảo sát đối với lớp dưới bề mặt có điều kiện phức tạp phải bao gồm hoạt động dự đoán, phát hiện, đánh giá và xử lý; có các yêu cầu khác nhau đối với thăm dò, kiểm tra và phân tích tùy thuộc vào điều kiện cụ thể tại địa điểm.
3.3.2 Dự đoán điều kiện phức tạp của lớp dưới bề mặt
Dự đoán sự tồn tại các hang động và sự gián đoạn của lớp dưới bề mặt có khả năng gây ra sụt lún mặt đất và các biểu hiện không liên tục về khía cạnh địa kỹ thuật của lớp dưới bề mặt; dự đoán khả năng gây sụt lún bề mặt do quá trình hòa tan hoặc do thành tạo karst
Xác định và đánh giá đặc điểm địa chất của khu vực về khả năng sụt lún bề mặt, có hay không đá trầm tích bị hòa tan (bao gồm các dạng các-bô-nat, đá vôi và đô-lô-mit) hoặc bay hơi (bao gồm muối mỏ, thạch cao). Làm rõ các yếu tố địa chất bao gồm khả năng tồn tại các cấu trúc ngầm, địa tầng, đặc điểm của các loại đá, tính chất của khối đá và làm rõ các yếu tố môi trường bao gồm thủy văn nước mặt và nước ngầm, thời tiết và biến đổi khí hậu. Xác định ảnh hưởng của các yếu tố này đối với kích thước của lỗ hổng, phần hòa tan hoặc phần bay hơi.
3.3.3 Phát hiện hang động dưới mặt đất
3.3.3.1 Phương pháp truyền thống
Chương trình khảo sát tại địa điểm cần phát hiện và đánh giá phạm vi các hang động dưới mặt đất, phát hiện các vị trí dễ sụt lún bề mặt. Có thể sử dụng các phương pháp thông thường bao gồm kiểm tra áp suất thủy động, viễn thám, khoan, lấy mẫu, khai đào, carota lỗ khoan và khảo sát địa vật lý. Lưu ý đến khả năng ảnh hưởng của các hang động đối với phương pháp, kỹ thuật được sử dụng.
3.3.3.2 Phương pháp xác suất
Trong trường hợp nghi ngờ có hang động dưới bề mặt địa điểm, có thể sử dụng phương pháp xác suất như phương pháp tìm kiếm tối ưu để xác định vị trí của các hang động đó.
3.3.3.3 Phương pháp địa vật lý
Có thể sử dụng các phương pháp địa vật lý như chụp mặt cắt điện trở bề mặt, đo vi trọng lực, địa chấn khúc xạ, địa chấn gây nổ, rađa địa chất nhằm phát hiện hang động. Lưu ý rằng, các phương pháp này không xác định được độ sâu, kích thước hay hình dạng của hang động.
Có thể sử dụng phương pháp địa vật lý kết hợp với kỹ thuật khảo sát bề mặt có độ phân giải cao trong việc xác định độ sâu, kích thước và hình dạng của hang động, như phương pháp khảo sát địa chấn lỗ khoan chéo, rađa lỗ khoan chéo, khảo sát điện trở suất, cộng hưởng âm với một nguồn phát ở lớp dưới bề mặt, đo vi trọng lực, địa chấn khúc xạ, địa chấn phản xạ phân giải cao, rađa địa chất. Một số trong các phương pháp này có thể được sử dụng kết hợp với kỹ thuật chụp mặt cắt địa hình.
Kết hợp sử dụng phương pháp địa vật lý với kỹ thuật khoan và lấy mẫu. Thể hiện kết quả thăm dò, phát hiện, xác định hang động trên bản đồ, kèm theo mô tả mối liên hệ với cấu trúc của địa điểm.
Trong thực tế có thể không phát hiện và xác định được rõ từng hang động, lỗ hổng hoặc đặc tính hòa tan của lớp dưới bề mặt tại địa điểm, khi đó có thể giả định một cách hợp lý về khả năng có nguy hại lớn nhất tại địa điểm để đánh giá tác động của nguy hại đó đối với các công trình quan trọng trước khi có quyết định về địa điểm.
3.3.4 Đánh giá và xử lý các điều kiện dưới bề mặt phức tạp
Xác định vị trí các hang động kể cả các hang động đã được lắp, đặc biệt là các hang động nằm ở vị trí không đủ sâu bên dưới nền móng công trình có nguy cơ lớn nhất đối với an toàn nền móng của NMĐHN. Đánh giá khả năng bồi tụ hoặc xói mòn của các vật liệu ở lớp dưới nền móng của công trình, xác định khả năng chịu tải, sụt lún và xói mòn của chúng, đánh giá ảnh hưởng của chế độ dòng chảy của nước ngầm.
Xem xét tính ổn định của các hang động tự nhiên sâu dưới nền móng; xác định kích thước, độ sâu của các hang, các mô hình liên kết, các điều kiện liên kết, loại đá và gốc đặt trên các hang động. Xác định sự gia tăng áp suất theo phương thẳng đứng do tải trọng của các công trình có thể dẫn tới trạng thái bất ổn định của mái hang động. Cần tránh một địa điểm mà bên dưới có thể tồn tại một hệ thống hang động lớn và phức tạp. Sử dụng các kỹ thuật phân tích như phân tích phần tử hữu hạn để đánh giá tính ổn định tại các khu vực có hang động với kích thước và hình dạng đá xác định.
Đối với các địa điểm có điều kiện dưới lớp bề mặt phức tạp tại độ sâu thấp hơn độ sâu của nền móng thì phải xác định được các biện pháp kỹ thuật xử lý bề mặt, bảo đảm an toàn công trình.
4 Đánh giá địa điểm
4.1 Phân nhóm địa điểm
Phân nhóm địa điểm theo các tiêu chí sau đây để phân tích phản ứng địa chấn:
– Nhóm 1: Vs >= 1100 m/s;
– Nhóm 2: 1100 m/s > Vs >= 300 m/s;
– Nhóm 3: 300m/s > Vs;
(Vs là vận tốc sóng ngang được đánh giá tốt nhất đối với môi trường nền móng ngay dưới nền móng của công trình trong điều kiện tự nhiên, với ứng suất rất nhỏ).
Phân nhóm địa điểm được áp dụng trên cơ sở giả thiết vận tốc sóng ngang giảm không đáng kể theo độ sâu; trong các trường hợp khác, cần tiến hành phân tích cụ thể theo kinh nghiệm phù hợp nhất
Nếu các phương pháp phân nhóm địa điểm nêu trên không áp dụng được, thì cần tiến hành khảo sát địa điểm để xác định loại đất của địa điểm hoặc để có dữ liệu đầy đủ cho việc phân tích ở các giai đoạn sau.
4.2 Hồ sơ địa điểm
4.2.1 Thiết lập hồ sơ địa điểm
Thiết lập hồ sơ địa điểm phục vụ việc đánh giá địa kỹ thuật xây dựng NMĐHN, bao gồm bản mô tả hình học và cơ học của vật liệu lớp dưới bề mặt. Hồ sơ cần có các đánh giá đúng nhất và có các đặc điểm của vật liệu nền móng cùng với phạm vi biến thiên của các đặc điểm đó. Các thông tin trong hồ sơ cần được xác định và mô tả một cách phù hợp để có thể áp dụng trực tiếp cho các phân tích tiếp theo. Các thông tin cụ thể trong hồ sơ bao gồm:
– Mô tả hình học, như mô tả địa tầng lớp dưới bề mặt, được mở rộng ra xung quanh và theo chiều thẳng đứng, số lượng và bề dày các lớp;
– Tính chất vật lý và hóa học của đất, đá và các giá trị sử dụng cho việc phân loại;
– Vận tốc sóng S và P, hệ thức ứng suất – biến dạng, các tính chất về sức bền tĩnh và động, độ cứng, tính thẩm thấu và các tính chất cơ học khác thu được từ các thí nghiệm tại hiện trường hoặc kiểm tra trong phòng thí nghiệm.
– Đặc điểm của nước ngầm, mức nước thiết kế, mức nước cao nhất do ngập lụt và các điều kiện khác.
4.2.2 Thông số địa kỹ thuật
Xác định các thông số địa kỹ thuật cùng với các giá trị của chúng trên cơ sở thực hiện chương trình khảo sát tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thi nghiệm. Từ đó xác định tính chất vật liệu của lớp dưới bề mặt xác định mô hình lớp dưới bề mặt. Trên cơ sở các thông tin sẵn có, lựa chọn các thông số đại diện, phù hợp nhất để sử dụng trong mô hình phân tích địa kỹ thuật. Xác định ảnh hưởng của sai số đối với kết quả phân tích.
Lựa chọn các thông tin phục vụ cho việc thiết kế ở giai đoạn sau, bao gồm:
– Phổ phản ứng đặc trưng của địa điểm;
– Khả năng hóa lỏng;
– Ứng suất của nền móng;
– Tính ổn định của nền móng;
– Tương tác đất – cấu trúc;
– Độ lún và độ mấp mô;
– Tính ổn định của cấu trúc bằng đất;
– Áp lực đất và độ biến dạng của cấu trúc ngầm.
4.3 Phổ phản ứng địa chấn trường tự do và phổ phản ứng đặc trưng của địa điểm
4.3.1 Dữ liệu tính toán phản ứng của nền đất
Thực hiện tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm dưới điều kiện trường tự do trừ địa điểm thuộc nhóm 1. Mức địa chấn đầu vào cần được xem xét là mức SL-2. Sử dụng tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm cho đánh giá độ lún, mức hóa lỏng; phân tích tương tác đất – cấu trúc; xây dựng phổ phản ứng đặc trưng tổng hợp của địa điểm. Để thực hiện tính toán này, cần sử dụng các dữ liệu sau đây:
– Rung động nền đất đầu vào (được lấy từ các quy trình đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với NMĐHN);
– Mô hình phù hợp của địa điểm, dựa trên mô tả hình học của các lớp đất, vận tốc sóng S và P trong mỗi lớp, tỉ trọng tương đối của đất trong mỗi lớp, đường cong G-g và h–g mô tả độ giảm biểu kiến của mô-đun cắt G và tỉ lệ tắt dần nội tại h của đất theo biến dạng cắt g đối với mỗi lớp;
Sự thay đổi theo độ sâu của các thông số trên cho trường hợp lớp đất sâu có tốc độ sóng tăng dần theo độ sâu.
4.3.2 Dữ liệu rung động lớp dưới bề mặt
a) Phụ thuộc vào công nghệ, có thể sử dụng rung động nền đất bề mặt đầu vào đại diện cho rung động nền đất tại địa điểm hoặc tại một diện lộ đá cứng. Đối với địa điểm thuộc nhóm 3, cần cung cấp thông số rung động nền đất đầu vào tại diện lộ đá cứng cạnh đó (như quy định cho địa điểm thuộc nhóm 1) hoặc tại diện lộ đất cứng cạnh đó (địa điểm nhóm 2), hoặc tại một độ sâu thích hợp.
b) Trong trường hợp có thông số rung động nền đất bề mặt đầu vào, cần tiến hành giải chập rung động đầu vào trong điều kiện trường tự do như là giai đoạn đầu của quá trình phân tích tương tác đất – cấu trúc đối với địa điểm không thuộc nhóm 1. Độ suy giảm lớn trong rung động nền đất đầu vào phải được luận chứng bằng các nghiên cứu tham số. Tại mức nền móng, có thể chấp nhận sử dụng thông số rung động nền đất bề mặt đầu vào đầu vào thay cho rung động đầu vào đã được giải chập.
c) Cần xác định rung động nền đất đầu vào thích hợp trong trường hợp thông số này có dạng không phù hợp cho các nghiên cứu địa kỹ thuật. Thông số rung động đầu vào này được chọn theo cường độ động đất, độ lớn, khoảng cách chấn tâm, gia tốc cực đại, khoảng thời gian, tần số và các thông số khác.
4.3.3 Mô hình áp dụng trong tính toán phản ứng của địa điểm
Để tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm, có thể sử dụng mô hình sau đây:
– Nền đất là hệ bán không gian đàn hồi-nhớt;
– Nền đất cấu thành từ các lớp nằm ngang;
– Nền đất cấu thành từ các loại đất đá tiêu tán năng lượng theo hình thức tắt dần nội tại;
– Các loại sóng khối (sóng nén và sóng cắt) lan truyền vuông góc;
– Hệ thống đất nhớt đàn hồi phủ lên một nửa không gian nhớt đàn hồi;
– Hệ thống cắt lớp chiều ngang;
– Vật liệu tiêu hao năng lượng do yếu tố tắt dần nội tại;
– Sóng khối truyền theo phương thẳng đứng (sóng ngang và sống nén).
Các hiệu ứng phi tuyến tính có thể được xác định gần đúng bằng các phương pháp tuyến tính tương đương. Các mô hình tuyến tính tương đương dùng để mô tả các mối quan hệ cấu thành của đất đá phải phù hợp với các mức biến dạng có thể phát sinh trong mặt cắt nền đất do rung động nền đất đầu vào. Việc tìm ra mô hình thích hợp do đó thường là một quá trình lặp.
Trường hợp địa điểm gần với nguồn sinh chấn, mô hình phản ứng của nền đất tại địa điểm cần được xác định một cách cẩn thận, sao cho tần số rung động đầu vào do động đất gây ra có thể được tính đến một cách thích hợp.
4.3.4 Phổ phản ứng đặc trưng của nền đất tại địa điểm
Đối với địa điểm thuộc nhóm 3 cần xác định phổ phản ứng riêng, ít nhất cũng đại diện cho phản ứng của các lớp đất đá trên mặt đất.
4.3.5 Các yếu tố bất định trong phân tích phản ứng của nền đất tại địa điểm
Các yếu tố bất định trong tính chất cơ học của vật liệu tại địa điểm phải được tính đến thông qua nghiên cứu các tham số, ít nhất đối với giá trị môđun cắt. Có thể áp dụng phương pháp thay đổi môđun cắt trong khoảng giá trị ước tính tốt nhất x (1+ Cv) và giá trị ước tính tốt nhất /(1+ Cv) (trong đó Cv là hệ số thay đổi). Giá trị cực tiểu của Cv là 0,5. Cần lưu ý là không thể giả thiết một mặt cắt nền đất cụ thể nếu không đánh giá thiên về phía an toàn đối với mọi nội dung xem xét; tức là, một mặt cắt giải chập thiên về an toàn có thể không đủ an toàn đối với phân tích phản ứng của địa điểm.
4.4 Khả năng hóa lỏng
4.4.1 Mặt cắt thiết kế đối với khả năng hóa lỏng
4.4.1.1 Đất dễ hóa lỏng
Đất dễ hóa lỏng thường là đất không kết dính như cát và sỏi có một tỉ lệ nhỏ bột và đất sét và xuất hiện trong điều kiện trầm tích bở rời bên dưới mực nước ngầm.
4.4.1.2 Thông tin cần thiết để đánh giá khả năng hóa lỏng
4.4.1.2.1 Chế độ nước ngầm
Dữ liệu thu được từ áp kế đặt tại địa điểm phải được sử dụng để thiết lập mức nước thích hợp cho phân tích hóa lỏng. Chế độ nước ngầm phản ánh sự biến thiên của mức nước theo mùa. Khi phân tích có thể giả thiết các giá trị thiên về an toàn trên cơ sở các dữ liệu sẵn có hoặc sẽ thu thập được. Dữ liệu đo ở các giếng kiểm tra có thể được sử dụng để thiết lập các thông số thấm.
4.4.1.2.2 Phân bố cấp hạt
Đối với đất không kết dính, phải xác định đường cong phân bố độ hạt bằng các thí nghiệm rây các mẫu đất lấy tại các điểm khác nhau ở các độ sâu khác nhau của địa điểm. Hàm lượng hạt mịn đọc từ đường cong phân bố cấp hạt và tính dẻo liên quan là những yếu tố quan trọng cần xem xét khi đánh giá khả năng kháng hóa lỏng trên cơ sở SPT hoặc kết quả CPT.
4.4.1.2.3 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Số lần búa rơi trong SPT tại những vị trí thí nghiệm khác nhau cần được biểu diễn theo độ sâu, tốt nhất là trên một biểu đồ cùng tỷ lệ. Từ các giá trị này, có thể đánh giá sức bền tuần hoàn không thoát nước trên cơ sở các hệ thức thực nghiệm. Trong các thí nghiệm phân tích độ hạt, cần lưu ý tới tỉ lệ hạt mịn có ảnh hưởng đáng kể tới các hệ thức này (đất chứa hơn 30% hạt mịn vẫn có khả năng hóa lỏng). Khi đó cần xác định chỉ số dẻo của đất mịn để đánh giá đúng khả năng dễ hóa lỏng.
4.4.1.2.4 Thí nghiệm xuyên tĩnh
CPT đánh giá khả năng kháng xuyên có ưu điểm hơn SPT ở chỗ có thể cho mặt cắt địa tầng chi tiết, từ đó cho phép đánh giá chính xác hơn về sự phân bố của đất có khả năng hóa lỏng. Kể cả trong trường hợp không thể lấy mẫu đất khi tiến hành CPT, có thể đánh giá các loại đất trên cơ sở tỷ số giữa ma sát đo được bên ngoài ống trên mũi xuyên và sức kháng mũi xuyên. Trong CPT, khả năng xuyên giảm dần khi tỷ trọng của đất tăng lên, vì thế nó thường chỉ được sử dụng đối với cát rời. Trong một số trường hợp nên kết hợp cả hai loại SPT và CPT.
4.4.1.2.5 Tỉ trọng tương đối
Tỉ trọng tương đối tại hiện trường của đất không kết dính có thể được đánh giá trên cơ sở số lần búa rơi trong SPT vì đó là chỉ số thuận lợi để đánh giá sơ bộ về sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước hoặc để xác định độ không ổn định của đất khi áp suất nước lỗ rỗng đạt tới 100%. Ở các kiểm tra trong phòng thí nghiệm, tỉ trọng tương đối của các mẫu đất được xác định trực tiếp trên cơ sở tỉ trọng lớn nhất và nhỏ nhất của cát, những giá trị đã có phương pháp xác định chuẩn.
4.4.1.2.6 Sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước
Sức bền tuần hoàn trong điệu kiện không thoát nước của vật liệu dưới mặt đất có thể được đánh giá trực tiếp bằng các thí nghiệm chất tải – dỡ tải lặp trong phòng đối với các mẫu không bị xáo trộn hoặc các mẫu đúc lại. Thí nghiệm chất tải – dỡ tải lặp 3 trục thường được sử dụng để đánh giá sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước. Các hệ số hiệu chỉnh thường được áp dụng đối với các giá trị của sức bền tuần hoàn được xác định từ các thí nghiệm 3 trục để tiệm cận với điều kiện thực tế hiện trường. Cần đánh giá số vòng chất tải – dỡ tải cần thiết để đạt tới các điều kiện phá hủy nhất định (ví dụ hóa lỏng ban đầu hoặc phần trăm biến dạng dọc trục) dưới một biên độ ứng suất lặp nhất định. Thay đổi mức ứng suất lặp để thí nghiệm các mẫu khác. Trong thí nghiệm này, chất lượng của các mẫu không bị xáo trộn có thể ảnh hưởng đáng kể tới việc xác định khả năng hóa lỏng. Sau đó xây dựng đường cong thực nghiệm biểu diễn hệ thức giữa ứng suất lặp và số vòng lặp đồng mức cần thiết để gây phá hủy do hóa lỏng.
Một đường cong tương tự cũng có thể được xây dựng trên các mẫu đúc lại có tỷ trọng tương đối và áp lực cố kết khác nhau đối với loại đất tương đối trẻ hơn ít chịu tác động của quá trình gắn kết hoặc biến dạng trước. Giá trị của sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước được chuẩn hóa trên ứng suất cố kết để cho tỉ lệ ứng suất. Cần lựa chọn ứng suất cố kết tại hiện trường phù hợp do tỉ lệ ứng suất có xu hướng giảm khi ứng suất bao quanh tăng đối với cát chặt vừa đến cát chặt.
4.4.1.2.7 Sự phụ thuộc của mức độ biến dạng vào các tính chất đất
Cần sử dụng các đường G-g và h-g đối với mỗi lớp đất để biểu thị độ giảm biểu kiến của mô-đun cắt và tỷ số tắt dần của đất theo biến dạng cắt.
4.4.1.2.8 Các tính chất khác của đất
Các tính chất khác của đất có thể cần được xác định tùy theo các kiểu loại phân tích phức tạp. Một số tính chất có thể được xác định bằng các thí nghiệm bổ sung trong phòng như thí nghiệm cắt bằng cách chất tải đều trong điều kiện không thoát nước và thí nghiệm cố kết.
4.4.1.2.9 Lịch sử hóa lỏng
Ngoài việc xác định các thông số của mặt cắt thiết kế sử dụng trong phân tích hóa lỏng và xác định đặc trưng độ bền tuần hoàn của vật liệu dưới mặt đất bằng các kiểm tra trong phòng thí nghiệm, dữ liệu về hóa lỏng tại địa điểm hoặc vùng lân cận trong quá khứ phải được thu thập và nghiên cứu cẩn thận. Chương trình khảo sát chi tiết và phân tích hóa lỏng tại những nơi này phải được thực hiện.
4.4.1.3 Thông số mặt cắt thiết kế cần thiết để đánh giá khả năng hóa lỏng
Từ kết quả thu thập dữ liệu và thí nghiệm, xác định giá trị các thông số của mặt cắt thiết kế cần thiết cho việc đánh giá khả năng hóa lỏng, bao gồm:
– Độ dày và sự thay đổi của các lớp đất;
– Tỷ trọng tương đối trung bình và biến thiên của nó đối với mỗi lớp đất;
– Phân bố theo diện của mỗi lớp đất;
– Mức nước liên quan với rung động nền đất tham chiếu sử dụng trong phân tích hóa lỏng;
– Các đường cong tỷ số ứng suất – số chu kỳ chất tải đối với các loại đất khác nhau;
– Hệ số hiệu chỉnh cho sự khác biệt giữa các điều kiện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường;
– Số chu kỳ chất tải đồng dạng tương đương được coi như đại diện cho rung động nền đất tham chiếu tại địa điểm;
– Các thông số khác của đất sử dụng trong quá trình phân tích;
– Tiêu chuẩn phá hủy do hóa lỏng.
4.4.2 Các phương pháp đánh giá khả năng hóa lỏng
4.4.2.1 Phương pháp thực nghiệm
Trong phương pháp thực nghiệm, khả năng hóa lỏng được đánh giá bằng việc sử dụng các biểu đồ đối sánh tỉ lệ ứng suất với sức kháng xuyên SPT hoặc CPT, được xây dựng bằng thực nghiệm trên cơ sở các trường hợp hóa lỏng trong quá khứ. Độ lớn động đất và hàm lượng hạt mịn phải được lựa chọn một cách phù hợp trên các biểu đồ này vì kết quả đánh giá phụ thuộc nhiều vào chúng.
4.4.2.2 Phương pháp phân tích truyền thống
Phương pháp phân tích truyền thống bao gồm các bước sau:
– Xác định đặc trưng độ bền chu kỳ của mỗi lớp đất dưới nền. Xác định tiêu chuẩn phá hủy trên cơ sở một số yếu tố, có thể kể cả tỉ trọng tương đối, số chu kỳ ứng suất, ứng suất bao quanh và tính dị hướng của đất (xác định các hệ số hiệu chỉnh để chuyển đổi kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm sang điều kiện hiện trường);
– Lựa chọn bộ biểu đồ gia tốc phù hợp;
– Tính toán ứng suất của mỗi lớp bằng biểu đồ gia tốc. Lịch sử ứng suất được chuyển đổi thành số chu kỳ đồng dạng tương đương;
– Xác định khả năng hóa lỏng bằng cách so sánh đặc trưng độ bền chu kỳ với các chu kỳ tương đương tính toán được trong mỗi lớp.
Động đất nghiêm trọng nhất được sử dụng trong phân tích cấu trúc, hệ thống và thành phần có thể không nhất thiết phải giống như động đất nghiêm trọng nhất được dùng trong đánh giá khả năng hóa lỏng của vật liệu tạo nền móng. Động đất ở xa nhưng kéo dài có thể gây ra tại địa điểm một số lớn các chu kỳ rung động với biên độ đáng kể và gia tốc nhỏ, có thể gây ra hóa lỏng nền đất.
4.4.2.3 Các phương pháp phân tích phức tạp
4.4.2.3.1 Phân tích phức tạp
Trong các phương pháp phân tích phức tạp, cần xây dựng mô hình cấu thành của đất và kết hợp với phân tích phi tuyến từng bước để đánh giá trực tiếp sự tích lũy của áp suất nước lỗ rỗng và phản ứng động lực học của lớp dưới bề mặt. Trong đa số trường hợp, phương pháp phân tích ứng suất hiệu dụng được thực hiện vì nó có thể mô phỏng sự thay đổi của áp suất nước lỗ rỗng theo thời gian và tác động của chúng lên tính chất đất.
Trong phương pháp phân tích phức tạp, khả năng hóa lỏng có thể được đánh giá trực tiếp theo rung động địa chấn đầu vào đã lựa chọn dưới dạng tích lũy áp suất hay biến dạng. Tuy nhiên, kết quả có thể thay đổi do sự khác biệt của thông số rung động đầu vào, mô hình cấu thành và các thông số khác. Khi thực hiện đánh giá cuối cùng cần chú ý đến mức độ thay đổi đó.
4.4.2.3.2 Hệ số an toàn
Hệ số an toàn được xác định từ việc so sánh kết quả phân tích với:
– Kết quả thực nghiệm;
– Kết quả cận dưới thu được từ việc áp dụng một phương pháp phân tích.
Có thể tính toán kết quả cận dưới từ phương pháp phân tích sử dụng các thông số mặt cắt thiết kế thiên về an toàn. Đối với những loại cát bở rời, sự tăng nhẹ của ứng suất địa chấn có thể làm cho chúng trở nên không ổn định, có thể biến dạng lớn. Trong khi đối với cát chặt vừa đến chặt, sự gia tăng về ứng suất địa chấn có thể chỉ gây ra biến dạng nhỏ kể cả khi áp suất nước lỗ rỗng đã tăng đến 100 %. Khó có thể xác định trước các hệ số an toàn có thể chấp nhận được tuy nhiên trong từng trường hợp vẫn cần xác định chúng trên cơ sở những kết quả thu được như mô tả ở trên. Chúng cần được lựa chọn sao cho biến dạng động lực học hoặc biến dạng dư không ảnh hưởng đến khả năng làm việc của nền móng.
5 Xem xét nền móng
5.1 Công tác nền móng
5.1.1 Công tác nền móng sơ bộ
Công tác nền móng sơ bộ là các hoạt động địa kỹ thuật thực hiện trước khi đặt nền móng bê tông. Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của nền móng trong điều kiện chất tải dự kiến và vì thế rất quan trọng đối với an toàn, bao gồm:
– Thử nghiệm nguyên mẫu (bao gồm cả đất lắp thử nghiệm và kiểm nghiệm kỹ thuật gia cố vật liệu nền móng);
– Đào hố nền móng hoặc hệ thống hố nền móng;
– Thoát nước và kiểm soát việc thoát nước;
– Đào bỏ đá;
– Đo vẽ hố nền móng;
– Gia cường vật liệu nền móng (kể cả thay thế vật liệu và thoát nước);
– Lấp hố nền móng bằng vật liệu có cốt;
– Phủ bùn hoặc các lớp bảo vệ khác.
Công tác đất trong các hoạt động này cần bao gồm cả các yêu cầu thử nghiệm để kiểm soát và ghi chép cẩn thận. Việc thử nghiệm phải được tiến hành tại hiện trường, trong phòng thí nghiệm và trong suốt quá trình xây dựng.
5.1.2 Gia cường nền móng
5.1.2.1 Gia cường nền móng
Gia cường nền móng có nghĩa, và bao gồm cả việc thay đổi tính chất cơ học của vật liệu nền (thí dụ như đầm đất), thay thế toàn bộ đất bở rời hoặc đất yếu bằng vật liệu tốt hơn, hay sử dụng vật liệu bổ sung để cải thiện tính chất tĩnh và động học của vật liệu nền. Một phương pháp khác là sử dụng nền móng sâu.
5.1.2.2 Các trường hợp cần gia cường nền móng
Nền móng cần được gia cường nếu:
– Đất nền không chịu được tải trọng của tòa nhà và có thể gây lún quá mức cho phép;
– Có hang, hốc có khả năng gây sụt lún;
– Có tính không đồng nhất quy mô kích cỡ tòa nhà, có khả năng làm nghiêng hoặc lún lệch vượt quá mức cho phép.
5.1.2.3 Các dạng công tác gia cường nền móng
Nếu cần gia cường nền móng thì cần tiến hành những công việc sau:
– Xác định đặc điểm hiện trường hiện tại;
– Xác định đặc điểm cần thiết của vật liệu nền móng;
– Lựa chọn công nghệ cụ thể để gia cường nền móng (đào quá độ sâu nền móng và lắp bằng đất đầm chặt, đào bỏ đá, đầm nén bằng nhiều phương pháp khác nhau, hóa cứng bằng xi măng hay thoát nước thường xuyên);
– Thực hiện chương trình thử nghiệm nguyên mẫu để thẩm định bằng thực nghiệm hiệu quả của các phương pháp gia cường nền đất dự kiến;
– Sau khi thẩm định công nghệ, chuẩn bị các yêu cầu kỹ thuật thực hiện tại hiện trường;
– Khi hoàn thành chương trình gia cường nền móng, tiến hành mức độ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật;
– Thể hiện các thông số đã cải thiện của vật liệu nền móng trong hồ sơ thiết kế phục vụ cho việc đánh giá.
5.1.3 Lựa chọn hệ nền móng và xây dựng
5.1.3.1 Các kiểu hệ nền móng
Có hai kiểu hệ nền móng dùng để truyền tải trọng công trình xuống nền đất là: nền móng nông và nền móng sâu. Nền móng nông được sử dụng trong trường hợp phân bố tải khá đều và các lớp đất trên đủ tốt. Trong trường hợp nền đất yếu, nền móng sâu được dùng để truyền tải trọng của công trình tới xuống các lớp đất cứng hơn ở dưới sâu. Do tính phức tạp của thiết kế, các phương án nền móng nông thường được xem xét trước trong khi phương án nền móng sâu được xem xét sau cùng.
5.1.3.2 Các tiêu chí lựa chọn hệ nền móng
Các tiêu chí sau đây cần phải được áp dụng khi lựa chọn hệ nền móng:
– Tải trọng của cấu trúc phải được truyền xuống đất mà không gây ra biến dạng quá mức cho phép;
– Biến dạng nền đất do rung động nền đầu vào ở mức SL-2 gây ra phải phù hợp với yêu cầu thiết kế của cấu trúc;
– Rủi ro liên quan tới sai số đánh giá phản ứng địa chấn phải được xem xét trong thiết kế và xây dựng nền móng;
– Rủi ro liên quan đến nước ngầm có khả năng “ăn mòn” phải được tính đến;
– Mỗi cấu trúc chỉ sử dụng một kiểu hệ nền móng;
Lựa chọn kiểu nền móng phải phụ thuộc vào kiểu công trình (nên sử dụng nền móng bè cho đảo hạt nhân vì nó đảm bảo lún đồng đều trong các điều kiện chất tải tĩnh và động và phân cách giữa công trình và môi trường xung quanh).
5.1.3.3 Yêu cầu phân tích và hồ sơ thiết kế
Kết quả phân tích và hồ sơ thiết kế phải thể hiện phản ứng của cấu trúc dưới tải trọng dự kiến. Do đó, kết quả phân tích nền móng và cấu trúc phải thể hiện các điều kiện hoàn công.
5.2 Tương tác đất – cấu trúc
5.2.1 Phân tích tĩnh
5.2.1.1 Thống sô đầu vào
5.2.1.1.1 Thông số vật liệu dưới bề mặt
Sự phân bố áp suất tiếp xúc dưới nền móng và ứng suất tạo ra trong vật liệu dưới bề mặt thu được từ phân tích tương tác tĩnh cấu trúc – đất. Ngoài thông số đàn hồi và hình học của cấu trúc, để cho phép tính toán áp suất tiếp xúc nền móng, hồ sơ thiết kế phải bao gồm các thông số của vật liệu dưới bề mặt sau:
– Các mô-đun đàn hồi và hệ số Poat-xông của đất và sự biến đổi của chúng theo độ sâu và mức biến dạng;
– Phản ứng của mặt đắp nền;
– Thể trọng của vật liệu dưới bề mặt;
– Chế độ nước ngầm.
5.2.1.1.2 Thông tin về lịch sử ứng suất của vật liệu dưới bề mặt
Nếu vật liệu dưới bề mặt là đất hay đá mềm yếu, cần thu thập thông tin về lịch sử ứng suất của chúng để dự đoán khả năng lún và bùng nền và để đánh giá tai biến phá hủy (do trượt) toàn bộ nền móng.
Để tính toán ứng suất lịch sử, ít nhất cần thu thập những thông tin sau:
– Lịch sử ứng suất địa chất và ứng suất tiền cố kết và hệ số quá cố kết tương ứng;
– Lịch sử chất tải – dỡ tải khi vận hành như thoát nước, đào, lấp và xây dựng công trình, và đặc điểm hình học của những khoảng không gian bị xáo động;
– Các thông số cần thiết cho việc thiết lập và áp dụng quy luật cấu thành đối với vật liệu dưới bề mặt và sự biến đổi của chúng theo chiều sâu;
– Đặc trưng hình học, độ cứng của nền móng và các cấu trúc thượng tầng.
5.2.1.2 Các phương pháp phân tích
Kiểu nền móng sử dụng rộng rãi nhất cho NMĐHN là kiểu nền móng bè. Khi thiết kế kiểu nền móng này phải phân tích kiểu phản ứng của cấu trúc cứng phù hợp (như là nền móng cứng vô hạn, nền móng linh hoạt hay độ cứng cấu trúc thực tế). Trong trường hợp cần thiết, phải tính đến độ cứng của công trình trên mặt đất. Để tính toán phân bố áp lực tiếp xúc dưới nền móng bè, có thể mô phỏng vật liệu nền móng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (thể hiện môi trường liên tục) hoặc bằng việc biểu diễn dưới dạng một hệ thống lò xo có độ cứng tương đương với hệ số phản lực nền (thể hiện ở dạng khối).
Hai điều kiện tới hạn là nền móng cứng vô hạn và nền móng mềm vô hạn (trường hợp tải được phân bố trên lớp dưới bề mặt). Đối với các điều kiện trung gian hay gặp trong thực tế, thường sử dụng phương pháp số trị trong các chương trình máy tính. Cần xem xét trường hợp độ cứng của cấu trúc thay đổi trong quá trình xây dựng. Cũng cần xem xét trường hợp vật liệu dưới bề mặt thể hiện tính chất phi tuyến trong điều kiện chất tải và dỡ tải trong quá trình đào đất, thoát nước và lấp đất.
Đối với các cấu trúc gần nhau, cần đánh giá tác động có thể có của chúng đối với phản ứng của lớp dưới bề mặt. Khi đó, cần xem xét tiến hành phân tích ba chiều.
5.2.2 Phân tích động lực học
5.2.2.1 Các yếu tố cơ bản trong phân tích tương tác động lực học giữa đất – cấu trúc
5.2.2.1.1 Mục đích
Mục đích phân tích tương tác động lực học giữa đất – cấu trúc là xác định phản ứng động lực học của cấu trúc, có tính đến tác động kết hợp giữa cấu trúc và môi trường nền móng phụ trợ, khi cả hệ thống cùng chịu tải trọng động từ bên ngoài hoặc rung động nền do động đất.
5.2.2.1.2 Cấu trúc chịu tải trọng động từ bên ngoài
Đối với cấu trúc chịu tải trọng động từ bên ngoài như gió, vụ nổ hoặc rung động cưỡng bức, phải xác định phản ứng động lực học của hệ cấu trúc – đất theo ba bước cơ bản sau:
– Xác định các tính chất động lực học của cấu trúc (bước mô hình hóa cấu trúc);
– Xác định mối quan hệ lực – dịch chuyển đối với môi trường nền móng (bước xác định sức kháng của nền móng);
– Xác định phản ứng động lực học của hệ kết hợp cấu trúc – đất đối với tải trọng tác động (bước phân tích phản ứng tương tác).
5.2.2.1.3 Đối với cấu trúc chịu rung động nền do động đất
Đối với cấu trúc chịu rung động nền do động đất, ngoài các bước quy định ở trên, khi xác định phản ứng động lực học của hệ cấu trúc – đất còn phải xác định thông số rung động nền đất đầu vào, bao gồm hai phần sau:
– Xác định rung động nền trường tự do (tức là phản ứng của nền đất tại địa điểm);
– Xác định sự phân tán (thay đổi) của rung động nền trường tự do khi có cấu trúc và hoạt động đào đất.
5.2.2.1.4 Đối với điều kiện vật liệu nền móng loại 2 và loại 3
Việc phân tích tương tác cấu trúc – đất nói chung phải được thực hiện cho địa điểm có điều kiện vật liệu nền móng loại 2 và loại 3. Có thể giả thiết một nền cố định trong mô phỏng cấu trúc NMĐHN khi phân tích phản ứng địa chấn đối với địa điểm có điều kiện vật liệu nền móng loại 1.
5.2.2.2 Các bước phân tích tương tác cấu trúc – đất về mặt địa chấn
Phân tích đầy đủ tương tác cấu trúc – đất về mặt địa chấn bao gồm những bước sau:
– Phân tích phản ứng của nền đất tại địa điểm;
– Phân tích tán xạ nền móng;
– Phân tích trở kháng nền móng;
– Mô hình hóa cấu trúc;
– Phân tích phản ứng tương tác của cả hệ thống kết hợp cấu trúc – đất.
5.2.2.3 Thông số đầu vào
Khi phân tích tương tác cấu trúc – đất về mặt địa chấn, phải sử dụng các thông tin sau:
– Giá trị ước tính tốt nhất của vận tốc sóng khối (sóng nén và sóng cắt) với phạm vi biến thiên như đã được xác định trong kỹ thuật ghi đo tại hiện trường;
– Số lượng và độ dày của các lớp trên bán không gian nhớt đàn hồi. Việc phân chia lớp phải đảm bảo tính đồng nhất trong mỗi lớp (nghĩa là cùng một loại đất và vận tốc sóng cắt);
– Điều kiện ban đầu của vật liệu dưới bề mặt được thể hiện bằng vận tốc sóng cắt (hoặc mô-đun cắt) ứng với biến dạng nhỏ và bằng hệ số Poat-xông. Các giá trị này được xác định đối với mỗi lớp nền móng của mô hình;
– Đặc tính phi tuyến của đất cần được xem xét đến bằng cách sử dụng những tính chất của vật liệu tuyến tính tương đương. Các thông số thiết kế cần thiết cho phương pháp tuyến tính tương đương là các mođun cắt và hệ thức giữa hệ số tắt dần và biến dạng cắt đối với mỗi lớp dưới bề mặt;
– Mực nước áp dụng để phân tích trong điều kiện rung động nền đất tham chiếu;
– Thể trọng tổng của vật liệu mỗi lớp;
– Độ sâu đặt nền móng cấu trúc;
– Đặc trưng kích thước và hình học của nền móng;
– Độ cứng của nền móng bè;
– Khối lượng, độ cứng, độ tắt dần của công trình trên mặt đất.
5.2.3 Phương pháp phân tích
5.2.3.1 Các tác động đến phân tích tương tác cấu trúc – đất
Khi phân tích tương tác cấu trúc – đất cần phải xem xét các tác động sau:
– Tác động của điều kiện nền móng đến phản ứng động lực học của cấu trúc;
– Tác động của các cấu trúc ngầm (ví dụ hiệu ứng tán xạ);
– Tác động của áp suất và biến dạng động đối với các cấu trúc ngầm;
– Sự nâng lên của nền móng;
– Tương tác cấu trúc – đất- cấu trúc.
5.2.3.2 Các tác động đến phân tích các yếu tố bất định
Cần xem xét ảnh hưởng đến phân tích các yếu tố bất định trong các thông số thiết kế đối với vật liệu nền móng. Các ảnh hưởng này dẫn đến một khoảng các kết quả, bao trùm lên phổ phản ứng của hệ tương tác cấu trúc – đất. Cần sử dụng cách tiếp cận tương tự như được quy định tại 4.3.5.
5.2.3.3 Đóng góp của đặc tính tắt dần
Cần xem xét ảnh hưởng của các loại tắt dần khác nhau (tắt dần vật liệu như tắt dần do nhớt, do trễ và do bức xạ). Đối với hệ thống cấu trúc – đất bao gồm các thành phần (hệ thống nền móng, cấu trúc và các hợp phần của cấu trúc) có tính chất tắt dần khác nhau, có thể thực hiện mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình có độ tắt dần liên hợp. Thường sử dụng các giá trị giới hạn tắt dần lớn nhất, tuy nhiên, chúng phụ thuộc vào các mô hình và phương pháp phân tích lựa chọn.
5.2.3.4 Phương pháp phân tích tương tác cấu trúc – đất
Có một số phương pháp thể hiện môi trường nền móng trong phân tích tương tác cấu trúc – đất. Bốn phương pháp chính được sử dụng là phương pháp thể hiện thông số biểu kiến của đất bằng các lò xo, phương pháp phân khối bán không gian liên tục 3-D, phương pháp phân khối phần tử hữu hạn 3-D và phương pháp phần tử hữu hạn đối xứng trực tiếp (một bước).
Các phương pháp phân tích tương tác cấu trúc – đất sử dụng các giả định với và các mô hình toán khác nhau. Phương pháp này có những hạn chế và ưu điểm khác nhau. Do đó, phải lựa chọn phương pháp phân tích hợp lý đối với điều kiện của mỗi địa điểm.
Khi phân tích tương tác cấu trúc – đất, cần xem xét ảnh hưởng của việc chia lớp đất, độ sâu đặt nền móng, các tính chất phụ thuộc biến dạng của đất, mực nước ngầm và điều kiện lấp đất. Vì cả đất nền và cấu trúc đều thể hiện các đặc trưng động lực học ba chiều nên vấn đề tương tác cấu trúc – đất – cấu trúc là hiện tượng ba chiều. Cần thực hiện phân tích ba chiều để thể hiện đầy đủ đặc trưng của đất nền và cấu trúc của NMĐHN.
5.3 Độ ổn định
Đánh giá độ ổn định của nền móng phải được thực hiện trong điều kiện tải tĩnh (thường xuyên) và kết hợp tải tĩnh và tải động do động đất gây ra (thành phần thẳng đứng của gia tốc địa chấn phải được xem xét theo hai hướng lên và xuống). Đánh giá phải bao gồm việc xem xét khả năng chịu tải, lật và trượt.
5.3.1 Tham số đầu vào
5.3.1.1 Thông tin cần thiết
Khi thực hiện phân tích độ ổn định, cần có các thông tin sau:
– Dữ liệu hình học của nền móng;
– Tải trọng lên nền móng và những kết hợp tải trọng cần xem xét;
– Điều kiện đất, bao gồm mực nước và các tính chất cơ học như: thể trọng, thể trọng của vật liệu lấp, lực kết dính, gốc kháng trượt hiệu dụng, gốc kháng trượt giữa đất và cấu trúc. Góc kháng trượt giữa đất và cấu trúc phải nhỏ hơn hoặc bằng góc kháng trượt hiệu dụng đối với nền móng đổ tại chỗ và nhỏ hơn hoặc bằng 2/3 góc kháng trượt hiệu dụng đối với nền móng tiền chế.
5.3.1.2 Lực địa chấn theo chu kỳ
Các lực địa chấn theo chu kỳ sinh ra trong vật liệu tạo nền bởi động đất cần được tính toán bằng một phương pháp động lực học thích hợp để tìm ra giá trị lớn nhất của chúng, và để ước tính số chu kỳ chất tải tương đương khi cần thiết để đánh giá khả năng chịu tải của nền. Những lực này cũng có thể chuyển đổi thành lực tĩnh học tương đương khi đánh giá độ ổn định.
Phương pháp này cũng cần được áp dụng khi phân tích khả năng bùng nền và lật nền móng và khi tính toán tải trọng bên đối với các vách ngầm và tường chắn. Lực tĩnh học tương đương phải được tính toán cho từng hạng mục.
5.3.1.3 Mực nước
Mực nước mặt phải được giả thiết bằng mực nước lớn nhất khi xảy ra ngập lụt lớn nhất trong điều kiện tải tĩnh. Mực nước ngầm được giả thiết là mức trung bình khi xác định khả năng chịu tải trong điều kiện tải địa chấn ở mức SL-2.
5.3.2 Khả năng chịu tải
5.3.2.1 Đối với điều kiện dưới bề mặt tương đối đồng nhất
Quy trình xác định tính chất cơ học của đất sử dụng khi tính toán khả năng chịu tải cuối cùng có thể được áp dụng trong trường hợp vật liệu dưới bề mặt tương đối đồng nhất. Phân tích cân bằng đàn hồi – dẻo có thể được thực hiện trong trường hợp biến dạng phẳng và đối xứng theo trục. Vấn đề là phải lựa chọn được mô hình toán học biểu diễn tính chất đất hoặc mối quan hệ giữa các thành phần cấu thành (ứng suất – biến dạng – thời gian). Những lời giải sẵn có thường chỉ áp dụng được cho chất rắn dẻo cứng theo lý thuyết dẻo cổ điển. Chất rắn này được giả thiết là không biến dạng trước khi xảy ra phá hủy cắt và sau đó chảy dẻo dưới ứng suất không đổi. Những lời giải này có thể chấp nhận được nếu bối cảnh thực tế đang xem xét thỏa mãn những giả thiết liên quan đến phương pháp.
5.3.2.2 Đối với các điều kiện lớp dưới bề mặt không đồng nhất
Trong trường hợp điều kiện lớp dưới bề mặt không đồng nhất, phải xác định khả năng chịu tải cuối cùng bằng phương pháp mặt trượt.
Trong trường hợp vật liệu dưới bề mặt có sự không đồng nhất, dị hướng hoặc không liên tục đáng kể, cần sử dụng phương pháp mặt trượt thay cho các công thức xác định khả năng chịu tải. Trong phương pháp truyền thống này, các mặt trượt tiềm năng có hệ số an toàn kháng trượt nhỏ hơn được xác định trước cho vật liệu dưới bề mặt và được phân tích dưới tải tĩnh ban đầu và tải địa chấn tương đương. Trường hợp hệ số an toàn tính toán được thấp hơn giá trị có thể chấp nhận được, cần tiến hành phân tích chi tiết. Có thể tiến hành phân tích động lực học sử dụng giá trị gia tốc theo thời gian trong điều kiện tải tĩnh ban đầu. Trong tất cả các phép phân tích, lực địa chấn theo phương thẳng đứng phải được tính đến thiên về an toàn.
Trong trường hợp đất kết dính, phải đánh giá khả năng chịu tải ngắn hạn và dài hạn.
5.3.3 Hệ số an toàn
Thông thường, trong điều kiện tải tĩnh, nguy cơ phá hủy nền đất do chịu tải của NMĐHN cần phải thấp để có được hệ số an toàn cao đủ để đáp ứng điều kiện tải địa chấn ở mức SL-2 với hệ số an toàn hợp lý.
Trường hợp đạt được hệ số an toàn cần thiết trên cơ sở các giả thiết thiên về an toàn thì không cần tiến hành phân tích tiếp theo. Cần chú ý rằng các hệ số an toàn có thể chấp nhận được phụ thuộc vào phương pháp phân tích và nhiều yếu tố khác. Trong phương pháp xác định khả năng chịu tải thông thường, hệ số an toàn không nên thấp hơn 3,0 trong điều kiện tải tĩnh, và không nên thấp hơn 1,5 trong điều kiện tải kết hợp, bao gồm cả tải địa chấn đầu vào ở mức SL-2 (khả năng lật). Hệ số an toàn xác định bằng phương pháp mặt trượt truyền thống cần phải lớn hơn 2,0 trong điều kiện tải kết hợp, bao gồm tải địa chấn đầu vào ở mức SL-2. Trường hợp hệ số an toàn xác định được thấp hơn giá trị có thể chấp nhận được, cần thực hiện phân tích bổ sung.
Trường hợp vật liệu nền là đá bị đập vỡ, cần xác định hệ số an toàn cục bộ. Hệ số an toàn cục bộ được định nghĩa là tỷ số giữa độ bền với ứng suất tác động tại mỗi điểm có khả năng xảy ra biến dạng dẻo hoặc trượt cục bộ dọc theo các đới dập vỡ và phong hóa dưới nền móng. Hệ số này thể hiện phạm vi vùng biến dạng dẻo hoặc phá hủy tích lũy của vật liệu dưới tải trọng thiết kế. Nó rất có ích cho việc xác định vị trí và phạm vi có thể cần gia cường vật liệu nền và lựa chọn kỹ thuật gia cường phù hợp. Trong điều kiện tải kết hợp, bao gồm cả tải địa chấn đầu vào ở mức SL-2, nếu hệ số an toàn thấp hơn 1 trong một phạm vi đủ rộng để có thể ảnh hưởng tới cấu trúc NMĐHN thì cần gia cường nền. Tuy nhiên, độ ổn định vĩ mô cũng phải được đánh giá trên cơ sở các hệ số an toàn chịu tải và kháng trượt.
5.3.4 Lật
Trong một số trường hợp kết hợp của rung động lớp dưới bề mặt, mực nước ngầm và cấu trúc hình học của công trình, các phương pháp tính toán truyền thống có thể cho kết quả dự báo bùng nền. Điều này không nhất thiết có nghĩa là nền sẽ bùng lên mà thường là quy trình tính toán truyền thống phản ứng của cấu trúc có thể không thích hợp. Trong trường hợp diện tích bề mặt phần bùng nền ước tính lớn hơn 30 % tổng diện tích bề mặt nền móng, cần áp dụng phương pháp khác phù hợp hơn khi phân tích tương tác động lực học cấu trúc – đất. Mức độ bùng nền phải được giới hạn ở giá trị có thể chấp nhận được trong mối tương quan với khả năng chịu tải của đất và các yêu cầu chức năng.
Điều kiện bùng nền cần được xem xét đến khi phân tích khả năng chịu tải của vật liệu nền móng.
5.3.5 Trượt
Cần khảo sát khả năng trượt dưới nền móng của cấu trúc.
Đối với nền móng đặt sâu trong lớp dưới bề mặt, áp lực đất chủ động của đất cần được xem như là một tải trọng ngang bổ sung trong khi khả năng chịu tải bổ sung của nền phải được giới hạn theo giá trị áp lực đất ở trạng thái nghỉ.
Đánh giá an toàn trượt nền móng NMĐHN bao gồm không chỉ đánh giá sự cân bằng giữa lực kháng trượt và tải trọng thiết kế, mà còn cả so sánh độ dịch chuyển (đánh giá bằng các phương pháp thích hợp, như phương pháp phần tử hữu hạn hay phương pháp phần tử biên) trong và sau khi xảy ra rung động địa chấn đầu vào ở mức SL-2 với giá trị có thể chấp nhận được.
5.4 Lún và bùng nền
5.4.1 Phân tích tĩnh
Cần đánh giá độ lún ngắn và dài hạn (trong quá trình vận hành của NMĐHN).
Lún phụ thuộc vào thời gian có thể được tính toán bằng cách áp dụng lý thuyết cố kết cổ điển và các phương pháp phân tích phi tuyến phức tạp khác. Trong đất bão hòa, cần xem xét ba thành phần sau:
– Lún không thoát nước, do trượt, đối với đất bão hòa hoàn toàn;
– Lún cố kết;
– Lún do oải.
Để đánh giá lún dài hạn, cần thực hiện các hoạt động sau:
– Xác định rõ quá trình chất tải dự kiến đối với vật liệu dưới bề mặt (trình tự khai đào, quá trình thoát nước, lấp đất, quá trình xây dựng);
– Xem xét các thông số: áp suất tiền cố kết, hệ số cố kết, mô-đun Young ban đầu, hệ số Poat-xông và các thông số khác quyết định hệ thức cấu thành cụ thể; giá trị các thông số đó phải được xác định đối với toàn bộ mặt cắt cần quan tâm;
– Đối với mỗi lớp, lựa chọn mô hình phù hợp với kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm và hiện trường;
– Đánh giá và điều chỉnh mô hình trên cơ sở luận giải kết quả đo lún và bùng nền trong quá trình khai đào, thoát nước, lấp đất và xây dựng;
– Hiệu chỉnh mô hình bằng cách so sánh thông số dự đoán với thông số quan trắc được để có thể tiếp tục sử dụng mô hình cho các dự báo khác.
5.4.2 Phân tích động
Cần thực hiện đánh giá lún lệch và lún toàn phần thiên về an toàn đối với thiết kế nền móng công trình, nền móng cấu trúc kết nối giữa các tòa nhà liền kề và nền móng cho máy móc.
Trong trường hợp chưa có phân tích tương tác cấu trúc – đất – cấu trúc thì phải thực hiện công việc đó cho từng công trình và dịch chuyển riêng của từng công trình phải được kết hợp để xác định tỷ phần động của dịch chuyển lệch, cần xem xét thành phần ngang, thành phần thẳng đứng và kết hợp giữa hai thành phần đó.
Đối với địa điểm đất mềm yếu, độ lún dư sau động đất phải được đánh giá bằng các phương pháp có sẵn tốt nhất.
5.5 Ảnh hưởng do rung động kích thích
Nền móng của các cấu trúc chịu rung hoặc có tải rung phải được thiết kế để bảo đảm rằng rung động không gây ra lún quá mức. Để đạt mục đích này, cần áp dụng các biện pháp phòng ngừa, bảo đảm không xảy ra cộng hưởng giữa tần số của tải xung và tần số tới hạn trong hệ thống nền móng – đất. Trong trường hợp không có biện pháp phòng ngừa thích hợp, cần cách ly nguồn rung với kết cấu đỡ và với nền đất bằng lò xo hoặc hệ thống lò xo và giảm xóc.
6 Cấu trúc đất đắp
6.1 Khái quát
Việc thiết kế các cấu trúc đất đắp và cấu trúc ngầm liên quan đến an toàn của NMĐHN phải phù hợp với thiết kế của chính NMĐHN. Đặc biệt, việc thiết kế NMĐHN chống lại các tai biến ngoại lai phải phù hợp với các sự cố được lựa chọn trong thiết kế. Các sự cố này và tải trọng cùng đi với chúng phải được liệt kê trong tài liệu hợp đồng tham chiếu liên quan tới các cấu trúc đất đắp hoặc cấu trúc ngầm. Cần bổ sung các sự cố cụ thể, nếu có, vào danh mục các sự cố có thể ảnh hưởng tới an toàn của các cấu trúc này. Chẳng hạn:
– Tính nhất quán: Mức độ an toàn địa chấn đạt được thông qua thiết kế đê và đập liên quan tới an toàn phải nhất quán với mức độ an toàn địa chấn của các cấu trúc chính của NMĐHN;
– Sự kiện cụ thể: Liên quan đến tính ổn định sườn dốc, cần xem xét các trận mưa lớn với chu kỳ lặp lại nhất quán với chu kỳ của các hiện tượng khí tượng đã được lựa chọn trong thiết kế NMĐHN.
6.2 Sườn dốc tự nhiên
6.2.1 Đánh giá tính ổn định của sườn dốc tự nhiên
Sự ổn định các sườn dốc tự nhiên xung quanh các công trình quan trọng của NMĐHN phải được khảo sát trong mối liên quan tới an toàn NMĐHN. Việc đánh giá an toàn phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách tới NMĐHN và đặc điểm của sườn dốc. Trường hợp sườn dốc được luận chứng là ở khoảng cách đủ xa đối với các công trình quan trọng và khối trượt không thể ảnh hưởng tới các cấu trúc liên quan tới an toàn thì không cần thực hiện các biện pháp xử lý. Các sườn dốc có khả năng gây nguy hiểm cần phải được phân loại theo các yếu tố như khoảng cách, độ dốc, độ cao, đặc điểm địa chất, hàm lượng nước và các đặc điểm địa kỹ thuật khác của vật liệu sườn dốc.
Trong quá trình đánh giá an toàn, cần xem xét ảnh hưởng của động đất và mưa lớn để đánh giá khả năng gây nguy hại của sườn dốc tự nhiên.
Trong trường hợp sườn dốc được cho là có khả năng gây nguy hại, cần tiến hành phân tích ổn định sườn dốc bằng các phương pháp phù hợp. Phương pháp phân tích mặt trượt truyền thống thường được thực hiện để đánh giá yếu tố an toàn trong trường hợp xảy ra lở đất.
6.2.2 Các yếu tố cần đánh giá liên quan đến tác động địa chấn
Tác động địa chấn thường được xem xét như một lực quán tính tĩnh tương đương bằng một hệ số địa chấn. Để đánh giá tĩnh lực tương đương, cần thiết lập lại hệ số khuếch đại địa chấn trong sườn dốc nếu cần thiết. Cần sử dụng gia tốc nền cực đại khi đánh giá lực quán tính; nhưng có thể sử dụng giá trị nhỏ hơn nếu như nó được chứng minh là hợp lý thông qua nghiên cứu bổ sung. Hệ số an toàn nên bằng hoặc lớn hơn 1,5. Trường hợp hệ số an toàn không đủ lớn, cần tiến hành phân tích phản ứng động lực học trên cơ sở rung chấn thiết kế. Trong trường hợp cần thiết khi hệ số an toàn gần bằng 1,0 cần đánh giá biến dạng dư để khẳng định hệ số an toàn cuối cùng.
6.2.3 Biện pháp khắc phục nguy cơ trượt lở đất
Trường hợp hệ số an toàn được đánh giá đủ thấp cho thấy trượt lở lớn có nguy cơ xảy ra, cần thiết kế và thực hiện các biện pháp phù hợp nhằm ổn định và gia cố sườn dốc hoặc ngăn chặn đất đá trượt có khả năng ảnh hưởng tới các cấu trúc liên quan tới an toàn của NMĐHN. Trong trường hợp không có biện pháp khắc phục phù hợp, cần thay đổi sơ đồ bố trí NMĐHN.
6.3 Đê và đập
Khi thiết kế đê và đập, cần tham khảo các tài liệu hướng dẫn thiết kế phù hợp.
6.3.1 Xem xét đặc biệt
Trước khi xây dựng, ngoài các thí nghiệm truyền thống về địa vật lý và địa kỹ thuật, cần lưu ý đặc biệt tới tính thấm của địa điểm gần khu vực xây dựng nền móng. Cần quan trắc đặc tính này trong suốt thời gian vận hành NMĐHN.
Ngoài những kiểu phá hủy thông thường, khi thiết kế các cấu trúc đất đắp, cần xem xét tất cả các kiểu phá hủy có khả năng xảy ra do hai thông số: áp lực nước lỗ rỗng bên trong cấu trúc và sự ăn mòn nội tại do dòng nước bên trong cấu trúc gây ra.
6.3.2 Thiết kế, phân tích và giám sát
Do hậu quả đối với sự an toàn của NMĐHN khi xảy ra phá hủy (chẳng hạn mất nước làm mát), yêu cầu thiết kế đối với đê và đập phải phù hợp với yêu cầu thiết kế NMĐHN, đặc biệt là với yêu cầu đánh giá các tai biến tự nhiên (động đất, mưa lớn hay ngập lụt định kỳ).
Ngoài các phương pháp thiết kế kỹ thuật thông thường, cần tiến hành phân tích chuyên biệt để tính toán các thông số liên quan của cấu trúc (như dịch chuyển, áp suất nước lỗ rỗng). Cần so sánh giá trị của các thông số tính toán được với giá trị đo được tại hiện trường trong các giai đoạn khác nhau của quá trình xây dựng.
Cần giám sát (kiểm tra định kỳ), theo dõi, bảo trì thường xuyên đê và đập trong quá trình xây dựng và vận hành nhằm ngăn ngừa các hư hại có thể xảy ra như xói mòn bên trong thân đê.
6.4 Tường, đê, kè chắn sóng biển
6.4.1 Các yếu tố cần đánh giá liên quan đến tác động của sóng, sóng thần và động đất
Cần xem xét các tác động ngoại lai của sóng, sóng thần và động đất khi đánh giá nguy cơ phá hủy của tường, đê, kè chắn sóng biển. Cần đánh giá hiệu ứng động của sóng có tính đến mực nước tĩnh cao nhất xác định được khi đánh giá tai biến ngập lụt.
Khi đánh giá tính ổn định của tường, đê, kè chắn sóng biển cũng cần xem xét cả tính bền vững của chúng lẫn hậu quả có thể khi chúng bị phá hủy. Các phương pháp đánh giá cũng tương tự như phương pháp đánh giá trượt lở sườn dốc. Khi đánh giá tính ổn định, cần xem xét tính chất vật liệu của các cấu trúc kể trên cũng như vật liệu đắp, thí dụ như các khối bê tông, cao su và khối lớn khác. Các loại đất cát có thể phải đánh giá nguy cơ hóa lỏng có thể gặp ở chân các cấu trúc này.
6.4.2 Biện pháp khắc phục nguy cơ phá hủy tường, đê, kè chắn sóng biển
Hậu quả do phá hủy các cấu trúc này (tác động phụ của chúng) đối với các hệ thống đường ống, ống dẫn và công trình ngầm khác có liên quan đến an toàn đặt gần hoặc xuyên qua các công trình của NMĐHN cần được xem xét một cách thích đáng. Trường hợp có khả năng xảy ra tác động nguy hại, cần thực hiện biện pháp khắc phục thích hợp để bảo vệ các công trình của NMĐHN hoặc ngược lại cần xem xét lại sơ đồ bố trí NMĐHN.
7 Cấu trúc ngầm
7.1 Tường chắn
Cần xem xét các loại tường chắn sau:
– Tường trọng lực là tường mà khối lượng của nó và của lớp đất được chắn đóng vai trò quan trọng đối với tính ổn định.
– Tường chôn sâu trong đất, ví dụ như cừ, độ ổn định của tường phụ thuộc vào áp lực bị động của đất và/hoặc các neo.
7.1.2 Thông số đầu vào và các yếu tố cần đánh giá
Thông số đầu vào tương tự với thông số dùng để đánh giá tính ổn định của nền móng, thường được bổ sung bằng dữ liệu hình học của khối đất phía sau tường chắn, cụ thể là độ dốc sườn. Đặc biệt cần chú ý đến việc xác định mực nước. Cần cung cấp dữ liệu về đất tới độ sâu tương thích với các phân tích đánh giá tính ổn định.
Khi đánh giá tính ổn định, áp lực của đất phía sau tường có thể coi là áp lực chủ động. Nếu có yêu cầu hạn chế độ dịch chuyển cho phép của tường thì áp lực đất phải lấy ở trạng thái nghỉ.
Áp lực đất chủ động do động đất gây ra cần được đánh giá bằng cách xem xét một trọng lực nhân tạo tác động theo hướng không thuận lợi. Thành phần thẳng đứng của gia tốc địa chấn được coi như là tác động theo hướng lên hoặc xuống. Tương tự như vậy, áp lực đất bị động cũng được coi như là còn tạo ra nhiều ảnh hưởng không thuận lợi hơn.
Khi phân tích tính ổn định, cần xem xét các kiểu phá hủy theo mặt trượt và liên quan đến khả năng chắn của tường. Các hệ số an toàn liên quan tương ứng là các hệ số an toàn của sườn dốc tự nhiên và khả năng chịu tải của nền móng.
Cần bảo đảm rằng, đất phía dưới nền móng không dễ hóa lỏng trong điều kiện động đất ở mức SL-2.
7.2 Cấu trúc đặt sâu trong đất
7.2.1 Các hệ quả cần xem xét
Cấu trúc đặt sâu trong đất là các công trình có nền móng đủ sâu để tương tác của tường trong đất với đất xung quanh là đáng kể. Cần tính đến hai hệ quả sau:
– Tường trong đất hoạt động như tường chắn (đã xem xét ở phần trên);
– Trường hợp có thể tác động đến chính công trình, trường hợp này sẽ được xem xét dưới đây.
7.2.2 Thông số đầu vào và các yếu tố cần đánh giá
Các thông số đầu vào để đánh giá cấu trúc được đặt sâu trong đất tương tự như đối với nền móng, tường chắn và cũng cần được thu thập. Ngoài ra cần bổ sung các thông tin về yêu cầu an toàn và khả năng sử dụng của tường trong đất, đặc biệt là yêu cầu về chống thấm cần phải thỏa mãn trong các trường hợp chịu tải khác nhau. Khả năng rạn nứt của bê tông (và vì thế là sự cần thiết phải hạn chế ứng suất trong cốt sắt và bê tông) phải được tính đến trong thiết kế nền móng và cần đặc biệt chú ý tới thiết kế mối nối xây dựng giữa các tòa nhà.
Ảnh hưởng của nước ngầm đến độ ổn định và khả năng chống thấm của cấu trúc đặt sâu trong đất phải được xem xét đến trong thiết kế. Trong mọi trường hợp cần bố trí hệ thống thoát nước cho nền móng ở dưới mực nước ngầm, hoặc cần tính đến áp suất thủy tĩnh. Đối với địa điểm ven biển, tác động tiêu cực của việc thay đổi độ mặn của nước ngầm đến vật liệu nền móng và vật liệu cách ly phải được xem xét.
Một công trình có thể xem là được đặt sâu trong đất chỉ khi vật liệu lấp đầy được đầm cẩn thận hoặc khi các biện pháp thích hợp khác được áp dụng. Khi đó, tác động của công trình tới khả năng chịu tải của nền móng và tương tác đất – cấu trúc cần được tính đến. Trường hợp công trình không được đặt sâu trong đất một cách cơ học như trên thì chỉ cần tính đến hệ quả của độ sâu nền móng mà không cần để ý đến tương tác giữa đất và tường trong đất.
Ngay cả đối với nền móng được đặt sâu trong đất một cách cơ học thì cũng không cần xem xét ma sát giữa đất và tường khi phân tích tính ổn định trong điều kiện chịu tải địa chấn.
7.3 Ống dẫn, đường ống ngầm và đường hầm
7.3.1 Chương trình khảo sát địa điểm
Cần xem xét sơ đồ bố trí ống dẫn hoặc đường ống ngầm trong chương trình khảo sát địa điểm. Các lỗ khoan và hố kiểm tra với khoảng cách hợp lý cần phải bố trí dọc theo tuyến đường ống. Cần đặc biệt chú ý xác định các khu vực có gián đoạn hoặc thay đổi vật liệu nền móng dọc theo đường ống.
Lỗ khoan khảo sát hoặc các hố kiểm tra phải có độ sâu phù hợp, tuỳ theo đặc điểm địa tầng của vật liệu nền móng phía dưới ống dẫn, nhưng cần đạt tới độ sâu của lớp đất tốt phía dưới cấu trúc mức nền móng.
Tác động của các chất ăn mòn trong môi trường tới vật liệu của ống dẫn phải được đánh giá trong chương trình khảo sát địa điểm.
7.3.2 Xem xét đặt đường ống ngầm
Đường ống ngầm cần được đặt ở độ sâu thích hợp để tránh hư hại do tải trọng trên mặt đất (ví dụ tải giao thông) hoặc được thiết kế để chịu được tải trọng trên mặt đất sẽ tác động lên đường ống.
Đường ống cần được đặt trên đất cát được đầm chặt trên nền đất tốt để tránh bị hư hại hoặc biến dạng do lún hoặc hóa lỏng của vật liệu nền. Trong trường hợp lớp dưới bề mặt yếu, cần áp dụng các kỹ thuật gia cố nền móng.
7.3.3 Xem xét thiết kế đối với hệ thống ngầm liên quan đến an toàn
Hệ thống ngầm và đường hầm liên quan đến an toàn phải được thiết kế để chống lại tác động của động đất.
Hệ thống đường ống ngầm dài chủ yếu chịu ảnh hưởng của biến dạng do dịch chuyển tương đối gây ra hơn là ảnh hưởng của hiệu ứng quán tính. Biến dạng thường do sóng địa chấn và sự dịch chuyển khác nhau giữa vị trí nối với tòa nhà (điểm neo) và nền đất xung quanh đường ống ngầm gây ra. Đối với hệ thống đường ống, ống dẫn ngầm và đường hầm dài, cần xem xét các tải trọng do động đất gây ra sau đây:
– Biến dạng do sóng địa chấn truyền qua gây ra;
– Dịch chuyển khác nhau trong các đới vật liệu khác nhau;
– Biến dạng và rung lắc của nền đất hoặc của điểm neo đối với nền đất;
– Phá hủy nền đất như hóa lỏng, sạt lở đất hoặc sụt lún.
7.3.4 Các xem xét trong phân tích
Khi phân tích tác động của rung lắc nền đất do động đất gây ra đối với hệ thống đường ống, cần xem xét hai loại tải sau đây:
– Biến dạng tương đối do sóng địa chấn truyền qua nền đất xung quanh hoặc do biến dạng khác nhau giữa đất và điểm neo;
– Áp lực bên của đất tác động lên mặt cắt của cấu trúc.
Trừ khi có luận chứng khác thì có thể giả thiết rằng các đoạn ống ngầm dài, cách xa các điểm neo, khúc ngoặt đột ngột hoặc điểm giao dịch chuyển cùng với đất xung quanh và không dịch chuyển tương đối so với đất xung quanh. Khi đó, biến dạng dọc trục lớn nhất có thể được ước tính bằng cách bỏ qua ma sát giữa đường ống và đất xung quanh. Nếu có khả năng xảy ra trượt giữa ống dẫn và đất xung quanh thì cần tính đến ma sát khi đánh giá biến dạng dọc trục của các đoạn ống thẳng cách xa các điểm neo, khúc ngoặt đột ngột hoặc điểm giao.
Mức độ biến dạng dọc trục ước tính phụ thuộc vào loại sóng có khả năng gây ra dịch chuyển phân biệt lớn nhất trong lớp dưới bề mặt. Các loại sóng cần được xem xét là sóng nén, sóng cắt và sóng bề mặt.
Ngoài việc tính toán lực và biến dạng trong ống ngầm do ảnh hưởng truyền sóng, cần xác định lực và biến dạng do chuyển động tương đối lớn nhất giữa các điểm neo (ví dụ điểm nối với tòa nhà) và đất xung quanh do phản ứng động lực học của điểm neo. Khi tính toán lực và biến dạng lớn nhất trong hệ thống ống ngầm, chuyển động của các điểm neo liền kề cũng cần được xem xét thiên về an toàn.
Khi phân tích đường hầm, cần xem xét ứng suất và biến dạng do tất cả các tải dự kiến gây ra, bao gồm cả rung chuyển do động đất ứng suất có thể được đánh giá bằng thực nghiệm hoặc bằng phương pháp số như phương pháp phần tử hữu hạn.
Đối với các đường hầm và giếng sâu, ứng suất và biến dạng vòng sinh ra do sóng địa chấn truyền qua cũng cần được xem xét trong thiết kế.
8 Quan trắc địa kỹ thuật
8.1 Mục đích quan trắc địa kỹ thuật
Khảo sát ngầm, thí nghiệm hiện trường và trong phòng phải xác định được giá trị các thông số và thông tin về đặc trưng của địa điểm thích hợp cho việc dự đoán khả năng làm việc của hệ thống nền móng trong điều kiện tải dự kiến. Chúng cho phép xây dựng các tiêu chí thiết kế đối với vật liệu và cấu trúc nền móng trong điều kiện tải dự kiến. Để kiểm định khả năng làm việc của nền móng và các cấu trúc đất đắp, động thái hiện trường thực tế của chúng cần được quan trắc ngay từ khi bắt đầu các hoạt động lựa chọn địa điểm xuyên suốt các giai đoạn xây dựng và vận hành.
Quan trắc tải trọng và biến dạng thực tế cho phép kiểm tra tại hiện trường động thái dự đoán trước của nền móng và các cấu trúc đất đắp. Do hoạt động xây dựng thường diễn ra trong khoảng thời gian dài nên các dữ liệu quan trắc cho phép điều chỉnh các mô hình lún trên cơ sở diễn biến thực tế. Do đó, có thể dự đoán diễn biến trong thời gian dài với độ tin cậy hợp lý.
8.2 Hướng dẫn quan trắc
Các giai đoạn xây dựng thông thường bao gồm hoạt động đào đất, lấp đất và xây dựng tòa nhà. Động thái của đất cần được quan trắc trong suốt các giai đoạn này. Trong quá trình đào đất và lấp đất, cần theo dõi biến dạng của vật liệu dưới bề mặt (bùng nền, lún, dịch chuyển ngang) và thực hiện đánh giá tải. Cần thực hiện quan trắc liên tục trong suốt vòng đời của NMĐHN.
Chế độ nước ngầm dưới tòa nhà và trong khu vực kế bên cần được quan trắc nhằm đánh giá điều kiện đã được giả thiết trong thiết kế, đặc biệt trong trường hợp lắp đặt hệ thống thoát nước ở sâu hoặc hệ thống thoát nước thường xuyên.
Cần quan trắc độ lệch, độ dịch chuyển và các thông số liên quan của cấu trúc an toàn, bao gồm các cấu trúc tường chắn và cấu trúc đất đắp.
Cần quan trắc động thái địa chấn của địa điểm và của vật liệu dưới bề mặt. Nhu cầu và thiết bị quan trắc áp lực nước lỗ rỗng hiện trường khi nghiên cứu hóa lỏng cũng phải được xem xét.
Thiết bị quan trắc phải được lựa chọn cẩn thận để bảo đảm hệ thống quan trắc có thể cung cấp thông tin cần thiết trong suốt thời gian hoạt động của NMĐHN. Cần lựa chọn thiết bị trên cơ sở kinh nghiệm. Để quyết định số lượng thiết bị cần sử dụng, cần tính đến tỉ lệ sai hỏng của chúng.
8.3 Thiết bị quan trắc
Cần sử dụng thiết bị quan trắc quy định tại Bảng 4 để quan sát phản ứng của nền móng và vật liệu liên quan. Tùy theo đặc điểm của địa điểm, yêu cầu và loại NMĐHN, có thể sử dụng thiết bị khác để quan trắc đất và công trình (như căng kế, hộp đo tải trọng và áp suất).
Bảng 4 – Thiết bị quan trắc
|
Loại thiết bị |
Nguyên lý |
Vị trí |
Thông số cần xác định |
Mục đích |
|
Đo áp suất |
Áp suất thủy tĩnh |
Lỗ khoan |
Áp suất nước lỗ rỗng, mực nước |
Quan trắc mực nước |
|
Hệ thống định vị toàn cầu |
Quan sát bằng vệ tinh |
Địa điểm |
Đặc điểm địa hình của địa điểm |
Đánh giá địa điểm |
|
Mốc quan trắc lún |
Quan sát địa hình |
Mặt đất |
Độ dịch chuyển, độ lún |
Độ lún của cấu trúc |
|
Đo gamma, chụp ảnh |
Chồng ảnh (chập ảnh) |
Mặt đất |
Biến dạng địa hình |
Biến dạng cấu trúc |
|
Bàn lún hiện trường |
Địa hình |
Mặt đất |
Độ dịch chuyển |
Độ lún của cấu trúc |
|
Đo độ nghiêng |
Cơ học |
Lỗ khoan |
Phương thẳng đứng |
Độ ổn định của sườn dốc |
|
Đo địa chấn |
Đo gia tốc, kích hoạt |
Trường tự do, công trình |
Lịch sử gia tốc theo thời gian |
Khả năng vận hành của NMĐHN; động thái địa chấn của cấu trúc; phổ phản ứng của nền |
|
Thiết bị thủy lực |
Ống chữ U thủy học, pin Glotzl |
Trên và dưới nền móng bè |
Biến dạng và ứng suất của nền móng bè |
Động thái của hệ thống đất – cấu trúc |
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Các vấn đề địa kỹ thuật trong đánh giá địa điểm và nền móng NMĐHN, Bộ tiêu chuẩn an toàn NS-G-3.6, IAEA, Viên (2004).
[2] Thiết kế và bảo đảm chất lượng kháng chấn đối với NMĐHN, Hướng dẫn an toàn NS-G-1.6, IAEA, Viên (2003).
[3] Đánh giá an toàn địa chấn đối với các cơ sở hạt nhân đang hoạt động, Hướng dẫn an toàn NS-G-2.13, IAEA, Viên (2009).
[4] Đánh giá địa điểm các cơ sở hạt nhân, Yêu cầu an toàn NS-R-3, IAEA, Viên (2003).
[5] Thiết kế hệ thống boong-ke lò phản ứng NMĐHN, Hướng dẫn an toàn NS-G-1.10, IAEA, Viên (2003).
MỤC LỤC
1 Phạm vi áp dụng
2 Thuật ngữ và định nghĩa
3 Khảo sát địa điểm
3.1 Chương trình khảo sát
3.2 Nguồn dữ liệu
3.3 Khảo sát đối với lớp dưới bề mặt có điều kiện phức tạp
4 Đánh giá địa điểm
4.1 Phân nhóm địa điểm
4.2 Hồ sơ địa điểm
4.3 Phổ phản ứng địa chấn trường tự do và phổ phản ứng đặc trưng của địa điểm
4.4 Khả năng hóa lỏng
5 Xem xét nền móng
5.1 Công tác nền móng
5.2 Tương tác đất – cấu trúc
5.3 Độ ổn định
5.4 Lún và bùng nền
5.5 Ảnh hưởng do rung động kích thích
6 Cấu trúc đất đắp
6.1 Khái quát
6.2 Sườn dốc tự nhiên
6.3 Đê và đập
6.4 Tường, đê, kè chắn sóng biển
7 Cấu trúc ngầm
7.1 Tường chắn
7.2 Cấu trúc đặt sâu trong đất
7.3 Ống dẫn, đường ống ngầm và đường hầm
8 Quan trắc địa kỹ thuật
8.1 Mục đích quan trắc địa kỹ thuật
8.2 Hướng dẫn quan trắc
8.3 Thiết bị quan trắc
Thư mục tài liệu tham khảo
| TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9643:2013 VỀ AN TOÀN HẠT NHÂN – CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN | |||
| Số, ký hiệu văn bản | TCVN9643:2013 | Ngày hiệu lực | |
| Loại văn bản | Tiêu chuẩn Việt Nam | Ngày đăng công báo | |
| Lĩnh vực |
Công nghiệp nặng |
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 |
