Thuộc tính
Nội dung
Tiếng Anh (English)
Văn bản gốc/PDF
Lược đồ
Liên quan hiệu lực
Liên quan nội dung
Thuộc tính
Tải về
Các bản dự thảo

Đang tải văn bản...

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10400:2015 về Công trình thủy lợi - Đập trụ đỡ - Yêu cầu thiết kế

Số hiệu:	TCVN10400:2015	Loại văn bản:	Tiêu chuẩn Việt Nam
Nơi ban hành:	***	Người ký:	***
Ngày ban hành:	Năm 2015	Ngày hiệu lực:
		Tình trạng:	Đã biết

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10400 : 2015

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - ĐẬP TRỤ ĐỠ - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic structures - Pillar dam - Technical requirements for design

Lời nói đầu:

TCVN 10400 : 2015 do Viện Thủy Công thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 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 - ĐẬP TRỤ ĐỠ - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic structures - Pillar dam - Technical requirements for design

...

Bạn phải đăng nhập hoặc đăng ký Thành Viên TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.

Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế công trình thủy lợi (đập ngăn nước, đập kiểm soát triều, đập ngăn mặn giữ ngọt) được áp dụng theo công nghệ đập trụ đỡ trên nền không phải là đá;

Đối với các hạng mục cầu giao thông, cầu quản lý vận hành, âu thuyền (nếu có), cửa van, thiết bị đóng mở, thiết bị điều khiển, thiết bị điện, thiết bị quan trắc và các hạng mục công trình khác; tiêu chuẩn này chỉ quy định về yêu cầu lựa chọn, bố trí chung.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng 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 2737 : 1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 4253 : 2012 Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 5664 : 2009 Phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa;

TCVN 8215 : 2009 Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối;

TCVN 8304 : 2009 Công tác thủy văn trong hệ thống thủy lợi;

...

TCVN 8477 : 2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 8478 : 2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 9143 : 2012 Công trình thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất của đập trên nền không phải là đá;

TCVN 9160 : 2012 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng;

TCVN 9386 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất;

TCVN 10304: 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

3.1. Đập trụ đỡ (Pillar dam)

Công trình điều tiết nước bao gồm các trụ chịu lực bằng bê tông cốt thép có móng cọc cắm sâu vào nền, giữa các trụ là dầm đỡ van liên kết với các trụ, dưới dầm đỡ van và các trụ là cừ chống thấm cắm vào nền, các thanh cừ liên kết kín nước với nhau, đỉnh cừ liên kết với dầm van và trụ, trên dầm van là cửa van kết hợp với các trụ để điều tiết nước.

...

Đập trụ đỡ có đáy bệ trụ pin, trụ biên không tiếp xúc trực tiếp với nền công trình.

3.3. Đập trụ đỡ bệ thấp (Below ground pillar dam)

Đập trụ đỡ có đáy bệ trụ tiếp xúc trực tiếp với nền công trình.

3.4. Bệ trụ (Pillar footing)

Bằng bê tông cốt thép là kết cấu liên kết giữa hệ cọc dưới nền và kết cấu phần trên.

3.5. Trụ (Pillar)

Bộ phận kết cấu đặt trên bệ trụ để đỡ cầu và các bộ phận bên trên. Trụ có 2 loại:

a. Trụ pin: phân tách giữa các khoang cửa đập;

b. Trụ biên: ngăn cách giữa đập và bờ.

...

Dầm đơn bằng bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực hoặc bằng thép gác lên hai bệ trụ để đỡ và làm kín nước với cửa van đồng thời liên kết kín nước với hàng cừ chống thấm và bệ trụ.

3.7. Kết cấu chống thấm (Anti-seepage structure)

Tường chống thấm dưới đáy công trình được tạo nên bởi cừ ván thép hoặc cừ nhựa hoặc cừ bê tông cốt thép liên kết kín khít với nhau cắm sâu vào nền, trên đầu cừ liên kết kín khít với đáy dầm van, bệ trụ.

3.8. Cửa van (Gate)

Kết cấu điều tiết nước được lắp đặt giữa hai trụ pin.

3.9. Mang đập (Riverbank connection)

Bộ phận ngăn nước nối tiếp giữa trụ biên với bờ sông.

4. Các tài liệu cần thiết phục vụ cho công tác thiết kế đập trụ đỡ

4.1. Các tài liệu quy hoạch

...

4.2. Tài liệu địa chất

4.2.1. Thành phần và khối lượng khảo sát địa chất phục vụ thiết kế tuân theo TCVN 8477:2010, áp dụng đối với “cống đồng bằng” tương ứng với từng giai đoạn thiết kế;

4.2.2. Đối với trụ đập, móng được gia cố bằng hệ cọc nên các yêu cầu đối với khảo sát địa chất theo TCVN 8477 : 2010 và TCVN 10304 : 2014;

4.2.3. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế bản vẽ thi công, tại mỗi vị trí trụ pin cần bố trí ít nhất một hố khoan; Trường hợp chiều dài bệ trụ lớn và điều kiện địa chất phức tạp thì có thể bố trí 2 hố khoan hay nhiều hơn nhưng cần phải có luận chứng cụ thể và được chủ đầu tư chấp thuận.

4.3. Các tài liệu khí tượng thủy văn trong khu vực dự án

Các tài liệu về mưa, gió, nhiệt độ, độ ẩm, thủy triều, các biên mực nước, lũ ngày, giờ, tháng theo tài liệu quan trắc nhiều năm theo TCVN 8304 : 2009.

5. Yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế

5.1. Quy mô và các thông số kỹ thuật cơ bản

5.1.1. Xác định khẩu độ thoát nước

...

5.1.1.2. Khẩu độ thoát nước của đập trụ đỡ được mở rộng để giảm lưu lượng đơn vị qua đập nhằm tạo thuận lợi cho việc gia cố chống xói trong thân đập bằng kết cấu mềm thi công dưới nước như rọ đá, thảm đá, thảm bê tông và đảm bảo chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu hợp lý, không gây diễn biến xói lở về sau.

5.1.1.3. Không nên chọn khẩu độ đập quá lớn làm cho lưu lượng đơn vị qua đập quá nhỏ vừa gây bồi lắng cho công trình vừa làm tăng khối lượng công trình gây lãng phí.

5.1.1.4. Trong thiết kế sơ bộ có thể tham khảo tỷ số giữa khẩu độ thoát nước của đập với chiều rộng lòng sông như sau:

Bảng 1 - Tỷ lệ giữa khẩu độ thoát nước của đập và chiều rộng lòng sông

Bề rộng của lòng sông (kênh)

Tổng bề rộng đập / Bề rộng lòng sông (kênh)

Từ 50 m đến 100 m

Từ 0,60 đến 0,75

Từ 100 m đến 200 m

...

Lớn hơn 200 m

Lớn hơn 0,85

5.1.1.5. Khẩu độ khoang đập được lựa chọn cần đảm bảo các yêu cầu sau, trên cơ sở xét tới kinh tế kỹ thuật:

a) Khi có yêu cầu về giao thông thủy, khẩu độ khoang đập đảm bảo theo TCVN 5664 : 2009 tương ứng với cấp đường thủy nội địa. Trường hợp công trình có nhiều khoang thoát nước thì cần có ít nhất một khoang đảm bảo yêu cầu cho giao thông thủy, được ưu tiên bố trí tại vị trí luồng chạy tầu hiện hữu.

b) Phù hợp với khả năng chế tạo, lắp ráp cửa van và các thiết bị cơ khí.

c) Thuận lợi cho quá trình vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa cửa van.

5.1.1.6. Trường hợp công trình có kết hợp cầu giao thông bộ thì khẩu độ khoang đập nên chọn phù hợp với chiều dài nhịp dầm cầu định hình.

5.1.1.7. Khẩu độ khoang đập liên quan đến số lượng khoang thoát nước của đập, số lượng trụ, cửa van nên ảnh hưởng đến giá thành xây dựng công trình. Do đó trong quá trình thiết kế cần so sánh một số phương án khẩu độ khoang đập cả về điều kiện kinh tế và kỹ thuật.

5.1.2. Cao trình ngưỡng đập

...

5.1.2.2. Trong trường hợp có yêu cầu giao thông thủy qua đập, cao trình ngưỡng đập phải đảm bảo chiều sâu, được xác định theo công thức sau:

Z_ng = Z_MNT-TK - [h] (1)

Trong đó:

Z_ng là cao trình ngưỡng đập, m;

Z_MNT-TK là mực nước thấp thiết kế (được xác định thông qua tính toán thủy văn, thủy lực cho dự án hoặc được cơ quan quản lý về giao thông thủy cung cấp), m;

[h] là độ sâu ngưỡng cho phép lấy theo TCVN 5664 : 2009, m.

5.1.2.3. Nếu công trình có quy mô lớn với nhiều khoang thoát nước, có thể bố trí cao trình ngưỡng các khoang đập khác nhau tùy thuộc vào địa hình lòng sông tự nhiên. Tuy nhiên cao trình ngưỡng đập tại khoang thông thuyền phải đảm bảo theo công thức (1). Trong thiết kế cần so sánh một số phương án bố trí cao trình ngưỡng đập theo điều kiện kỹ thuật và kinh tế trên cơ sở xem xét các yếu tố về địa hình, địa chất, thủy lực dòng chảy.

5.1.3. Xác định cao trình đáy dầm cầu công tác hoặc cầu giao thông trên đập

5.1.3.1. Cao trình đáy dầm cầu công tác hoặc cầu giao thông trên đập, phải cao hơn mực nước lũ thiết kế.

...

Cao trình đáy dầm cầu tối thiểu, được xác định theo công thức sau:

Z_đáydc = Z_MNC-TK + [H] (2)

Trong đó:

Z_đáydc là cao trình đáy dầm cầu giao thông (cầu công tác), m;

Z_MNC-TK là mực nước cao thiết kế, m;

[H] là chiều cao tĩnh không đối với cầu theo TCVN 5664 : 2009, m.

5.1.4. Xác định cao trình đỉnh cửa van, đỉnh trụ pin

5.1.4.1. Cao trình đỉnh cửa van được chọn là giá trị lớn nhất theo hai điều kiện sau:

a) Theo điều kiện ngăn nước (ngăn triều hoặc ngăn mặn)

...

Trong đó:

Z_trP% là mực nước ứng với tần suất thiết kế p%, theo kết quả tính toán thủy văn, thủy lực phụ thuộc vào cấp của công trình, m;

∆h là chênh lệch giữa mực nước tĩnh và trung tâm sóng, m;

h_nbd là mực nước biển dâng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu;

a₀ là độ vượt cao an toàn, m.

b) Theo yêu cầu về cao trình giữ nước (giữ nước môi trường, cấp nước)

Z_cv2 = Z_gnP% + ∆h’ + a₀ (4)

Trong đó:

Z_gnP% là mực nước yêu cầu giữ ứng với tần suất thiết kế p%, m;

...

a₀ là độ vượt cao an toàn, m.

Độ vượt cao an toàn (a₀) được xác định theo Bảng 2

Bảng 2 - Độ vượt cao an toàn (a₀)

Độ vượt cao tính bằng mét

Mực nước tính toán

Cấp công trình

Đặc biệt

...

Mực nước thiết kế

0,5

0,4

0,3

Mực nước kiểm tra

0,3

...

0,2

0,1

Cao trình đỉnh cửa van được chọn là giá trị lớn nhất trong hai giá trị được tính toán theo các trường hợp trên.

5.1.4.2. Cao trình đỉnh trụ pin

Cao trình đỉnh trụ pin được chọn lớn hơn cao trình đỉnh cửa van từ 0 đến 0,5 m tùy thuộc vào loại cửa van và yêu cầu bố trí các hạng mục kết cấu và thiết bị trên đỉnh trụ.

5.1.5. Cao trình đỉnh mang đập

Thông thường cao trình đỉnh mang đập được lấy bằng cao trình đỉnh trụ pin. Tuy nhiên trong một số trường hợp để hạ thấp chiều cao đắp đất mang đập có thể chọn cao trình đỉnh mang thấp hơn cao trình trụ pin đập và kết hợp làm tường chắn sóng.

5.1.6. Quy mô cầu giao thông trên đập (nếu có)

...

5.2. Lựa chọn vị trí tuyến xây dựng công trình

Đập trụ đỡ được xây dựng ngay trên lòng sông, vị trí tuyến xây dựng công trình cần đảm bảo các yêu cầu sau:

a) Đoạn sông thẳng, địa hình lòng sông và hai bờ ổn định.

b) Tuyến công trình phải vuông góc với dòng chảy.

c) Thuận lợi cho việc kết nối giao thông bộ và nối tiếp công trình với bờ.

d) Phù hợp với quy hoạch các công trình giao thông bộ, bến cảng, khu neo đậu tránh bão trong khu vực.

5.3. Yêu cầu bố trí tổng thể, kết cấu công trình

5.3.1. Toàn bộ công trình phải được bố trí ngay tại lòng sông nơi dự kiến xây dựng công trình, đảm bảo tính thẩm mỹ và hài hòa với cảnh quan của khu vực. Các khoang đập nên được bố trí đối xứng nhau qua tim dọc theo dòng chảy của đập để hạn chế hiện tượng lệch dòng chảy sau đập.

5.3.2. Mặt bằng công trình phải được bố trí hợp lý nhằm giảm thiểu khối lượng đền bù giải phóng mặt bằng;

...

5.3.4. Cao trình đáy dầm cầu xác định theo công thức (2) chỉ áp dụng đối với khoang đập kết hợp là khoang thông thuyền.

5.3.5. Kích thước của bệ trụ được xác định căn cứ vào kích thước của trụ và đảm bảo bố trí đủ số lượng cọc theo yêu cầu chịu lực.

5.3.6. Kích thước của trụ đập cần được xác định căn cứ vào kiểu và kết cấu cửa van, khẩu độ các khoang thoát nước và yêu cầu bố trí các kết cấu, thiết bị trên trụ như trụ cầu, tháp kéo van, dàn công tác, tời hoặc xi lanh thủy lực. Trong tất cả các trường hợp, chiều dày của trụ pin tại chỗ có khe cửa không được nhỏ hơn 0,3 m.

5.3.7. Hình dạng trên mặt bằng của trụ pin phải bảo đảm cho dòng chảy vào khoang đập được thuận và sự co hẹp dòng chảy nhỏ nhất.

5.3.8. Dầm đỡ van được gác lên hai bệ trụ, giữa dầm đỡ van và bệ trụ phải có khớp nối kín nước. Kết cấu của khớp nối phụ thuộc vào biện pháp thi công dầm van là đúc tại chỗ hay lắp ghép.

5.3.9. Kích thước dầm đỡ van được xác định phụ thuộc vào loại cửa van, loại phai sửa chữa, khẩu độ khoang thoát nước và biện pháp thi công dầm (đúc tại chỗ hay lắp ghép).

5.3.10. Liên kết kín nước giữa dầm đỡ van và hàng cừ chống thấm phụ thuộc vào biện pháp thi công dầm. Nếu dầm đỡ van được thi công tại chỗ trong khung vây thì cừ chống thấm được liên kết trực tiếp với cốt thép và ngàm vào dầm đỡ van; nếu dầm đỡ van được lắp ghép thì cừ có thể được ngàm vào bê tông đổ sau dưới đáy dầm hoặc giữa đỉnh cừ và đáy dầm có cao su kín nước.

5.3.11. Gia cố trong khoang đập và lòng sông thượng và hạ lưu đập bằng kết cấu mềm, thi công dưới nước như rọ đá, thảm đá, thảm bê tông lắp ghép hay đá hộc xếp. Phạm vi gia cố, kích thước kết cấu gia cố được xác định thông qua tính toán thủy lực tiêu năng thượng lưu, hạ lưu đập hoặc thí nghiệm mô hình thủy lực.

5.3.12. Phân đoạn thi công, phương án dẫn dòng phù hợp với yêu cầu tiêu thoát nước và giao thông thủy trên sông khu vực dự kiến xây dựng công trình trong thời gian thi công.

...

5.4.1. Tải trọng, tác động và tổ hợp các tải trọng lên công trình

5.4.1.1. Căn cứ mục tiêu, nhiệm vụ của công trình, đập trụ đỡ có thể được thiết kế để chịu lực một chiều (ngăn nước hoặc giữ nước) hay chịu lực cả hai chiều (ngăn nước và giữ nước):

Trường hợp giữ nước (giữ ngọt, giữ nước môi trường, cấp nước);

Trường hợp ngăn nước (ngăn mặn, ngăn triều, ngăn lũ).

5.4.1.2. Các tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt (xem Phụ lục C):

5.4.1.3. Trong mỗi trường hợp làm việc của đập, khi thiết kế phải tính toán theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra theo tổ hợp tải trọng đặc biệt.

5.4.1.4. Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng và tác động: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn mà công trình có thể phải tiếp nhận cùng một lúc.

5.4.1.5. Tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gồm các tải trọng và tác động đã xét trong tổ hợp tải trọng cơ bản nhưng một trong chúng được thay thế bằng tải trọng (hoặc tác động) tạm thời đặc biệt. Trường hợp tải trọng cơ bản có xét thêm tải trọng do động đất, sóng thần hoặc nổ cũng được xếp vào tổ hợp đặc biệt.

5.4.1.6. Chỉ dẫn về áp dụng các loại tải trọng

...

Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu xác định theo TCVN 8421 : 2010.

Trường hợp có cầu giao thông trên đập thì hoạt tải xe, gió, va tàu, va xe tác dụng lên đập trụ đỡ xác định theo tiêu chuẩn thiết kế cầu giao thông.

Đối với công trình đập trụ đỡ từ cấp I trở lên, cần tính toán kiểm tra ảnh hưởng của động đất tới kết cấu và nền công trình theo TCVN 9386 : 2012, trong đó có kết cấu cọc, hóa lỏng và biến dạng lún của đất nền.

5.4.2. Yêu cầu thiết kế kết cấu chống thấm dưới nền

5.4.2.1. Kết cấu chống thấm đập trụ đỡ được thiết kế theo nguyên lý đường viền thấm đứng bằng tường cừ cắm sâu xuống nền.

5.4.2.2. Các trường hợp tính toán

Với công trình chịu lực hai chiều cần tính toán, kiểm tra độ bền thấm của nền cho cả hai trường hợp làm việc là trường hợp giữ nước và trường hợp ngăn nước.

Với công trình chịu lực một chiều thì chỉ cần tính toán kiểm tra độ bền thấm của nền cho một trong hai trường hợp giữ nước hoặc trường hợp ngăn nước tùy theo nhiệm vụ của công trình cụ thể.

Với trường hợp giữ nước cần tính toán với tổ hợp mực nước thượng lưu giữ lớn nhất và mực nước hạ lưu nhỏ nhất.

...

5.4.2.3. Điều kiện ổn định thấm

Nền công trình đảm bảo ổn định thấm:

(5)

Trong đó:

n_c là hệ số tổ hợp tải trọng;

K_n là hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình;

m là hệ số điều kiện làm việc

J_ra là gradien thấm trong nền hoặc điểm ra của dòng thấm;

[J] là gradien thấm cho phép của nền, phụ thuộc vào cấp công trình và loại đất nền theo TCVN 4253 : 2012.

...

5.4.2.5. Chiều dài của tường cừ chống thấm (chiều sâu đóng cừ) được xác định thông qua tính toán chiều dài đường viền thấm đảm bảo độ bền thấm của nền công trình theo TCVN 9143 : 2012.

5.4.2.6. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các chương trình máy tính để kiểm tra lại chiều dài của hàng cừ đã lựa chọn tại 5.4.2.5.

5.4.2.7. Việc lựa chọn loại cừ phụ thuộc vào dạng kết cấu đập trụ đỡ (trụ đỡ bệ thấp hay trụ đỡ bệ cao), tính chất ăn mòn của môi trường nước, loại đất nền và khả năng thi công (tham khảo Phụ lục D).

5.4.3. Yêu cầu thiết kế kết cấu chống thấm mang đập

5.4.3.1. Kết cấu chống thấm mang đập có nhiệm vụ giảm gradient thấm, đề phòng biến dạng thấm của đất nền mang đập.

5.4.3.2. Kết cấu và chiều dài chống thấm mang đập phải đảm bảo ổn định thấm theo 5.4.2.3, hợp lý về kinh tế - kỹ thuật.

5.4.3.3. Chiều dài đường viền thấm mang đập được xác định dựa vào cột nước thấm và loại đất đắp mang đập (tham khảo Phụ lục D). Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để kiểm tra lại chiều dài đường viền thấm.

5.4.4. Yêu cầu thiết kế móng bệ trụ

5.4.4.1. Trình tự thiết kế

...

Bước 2:

+ Sơ bộ lựa chọn loại cọc;

+ Sức chịu tải của cọc;

+ Số lượng cọc đứng;

+ Số lượng cọc xiên theo hai phương chịu lực;

Bước 3: Bố trí móng cọc

+ Mặt bằng bố trí móng;

+ Sơ đồ bố trí móng cọc tối ưu;

Bước 4: Tính toán ổn định trụ đỡ bằng mô hình toán (phương pháp phần tử hữu hạn)

...

+ Tính toán mô đun phản lực nền theo phương ngang và phương đứng;

+ Tính toán lún và biến dạng của khối móng quy ước.

Bước 5: Kiểm tra đánh giá kết quả.

+ Kiểm tra nội lực trong cọc;

+ Lựa chọn lại tối ưu hóa móng cọc, trong trường hợp hệ móng chưa đảm bảo cần tính toán lại theo Bước 2.

Tối ưu móng cọc theo các tiêu chí sau:

+ Số lượng cọc nhỏ nhất;

+ Cọc chủ yếu chịu nén, lực nén lên đầu cọc tương đối đồng đều;

+ Mô men và lực cắt trong các cọc không quá lớn.

...

Trạng thái giới hạn thứ nhất: công trình, kết cấu và nền làm việc trong điều kiện khai thác bất lợi nhất gồm: các tính toán về độ bền và độ ổn định chung của hệ công trình - nền, độ bền thấm của nền; độ bền của các bộ phận mà sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác công trình bị ngừng trệ; các tính toán về ứng suất, chuyển vị của kết cấu bộ phận mà độ bền hoặc độ ổn định công trình chung phụ thuộc vào chúng.

Trạng thái giới hạn thứ hai: công trình và nền làm việc bất lợi trong điều kiện khai thác bình thường gồm: các tính toán độ bền cục bộ của nền; các tính toán về hạn chế chuyển vị và biến dạng.

5.4.4.3 Điều kiện ổn định chung của công trình và nền

Công thức kiểm tra ổn định chung:

(6)

Trong đó:

N_tt là tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng hoặc thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn ;

R là sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác được xác lập theo các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế.

...

n_c là hệ số tổ hợp tải trọng;

K_n là hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình;

K là hệ số an toàn chung của công trình.

5.4.4.4. Móng đập trụ đỡ

5.4.4.4.1. Việc lựa chọn loại cọc cần căn cứ vào địa chất nền và điều kiện thi công tại khu vực xây dựng công trình.

- Trường hợp vị trí xây dựng nằm xa khu dân cư thì lựa chọn cọc đóng bê tông cốt thép hoặc cọc thép, xiên theo hai chiều chịu lực;

- Trường hợp vị trí xây dựng nằm trong vùng xây chen hoặc nền bùn sâu không cho phép sử dụng cọc đóng thì ưu tiên lựa chọn cọc ống thép khoan xiên, trong trường hợp không thể áp dụng các dạng cọc xiên thì có thể nghiên cứu áp dụng cọc khoan nhồi.

Lưu ý : Cọc khoan nhồi chủ yếu là cọc để chịu tải trọng đứng, đối với đập trụ đỡ có tải trọng ngang lớn, nếu lựa chọn phương án cọc khoan nhồi thì giá thành móng rất cao.

5.4.4.4.2. Chiều dài cọc cần đảm bảo mũi cọc nằm trong lớp đất tốt:

...

- Đối với cọc khoan nhồi và các cọc khác trong đất không dính, mũi cọc nên đặt ở độ sâu có giá trị SPT > 40, trong đất dính nên đặt ở độ sâu có giá trị SPT >20.

5.4.4.5. Yêu cầu tính toán

Từ các tổ hợp tải trọng tính toán tác dụng xuống nền tự nhiên (nền chưa gia cố), đánh giá khả năng chịu lực của nền, từ đó đề xuất giải pháp gia cố.

5.4.4.5.1. Tính toán áp suất đáy móng

Áp suất đáy móng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như hình dạng, kích thước và độ cứng của móng, độ sâu chôn móng, giá trị và quy luật phân bố của tải trọng tác dụng lên móng, tính chất đất nền.

Áp suất đáy móng lớn nhất và nhỏ nhất được xác định theo công thức nén lệch tâm:

(7)

Trong đó:

SN_tt là tổng lực thẳng đứng tác dụng lên công trình;

...

F = B x L là diện tích đáy móng tính toán;

W_x, W_y: Môdun chống uốn của mặt cắt đáy móng tính toán theo phương x, phương y.

Khi thiết kế công trình không cho phép để áp suất đáy móng âm bởi vì vừa gây bất lợi cho công trình mà nền làm việc không hết khả năng. Vì thế cần điều chỉnh tổng tải trọng công trình về hướng tâm móng để áp suất đáy móng phân bố càng đều càng tốt.

Nền công trình đặt trên đất yếu cần khống chế < 2 .

5.4.4.5.2. Tính toán sức chịu tải của nền

Với tải trọng tác dụng xuống nền thông qua áp suất đáy móng, cần kiểm tra sức chịu tải của đất nền có đảm bảo hay không.

Sức chịu tải của nền R xác định theo TCVN 4253 : 2012.

Điều kiện đảm bảo cho nền không cần gia cố:

s_tb < R và s_max < 1,2. R (8)

...

5.4.4.5.3. Tính toán sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải của cọc là sức chịu tải nhỏ nhất theo đất nền (R_đn) và theo vật liệu (R_vl). Sức chịu tải theo đất nền là khả năng chịu tải của đất nền dọc thành cọc và mũi cọc. Sức chịu tải theo vật liệu là khả năng chịu tải của vật liệu làm cọc trong quá trình chịu lực và thi công, có xét tới các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc (trong quá trình thi công) và sự tương tác của nền đất xung quanh cọc (làm tăng khả năng ổn định của cọc).

a) Điều kiện kiểm tra:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất:

Lực dọc trục lớn nhất trong cọc đơn: N_max < R_t;

Mômen lớn nhất trong cọc đơn : M_max < [M_gh];

Lực cắt lớn nhất trong cọc đơn : Q_max < [Q]_gh.

Trong đó:

R_t là sức chịu tải của cọc;

...

- Trạng thái giới hạn thứ hai: về biến dạng và chuyển vị

Độ lún của móng cọc: S < [S];

Độ lún lệch tương đối của 2 điểm mép móng: ∆S₁/L < [∆S₁/L];

Chuyển vị ngang của khối móng: y < [y];

Biến dạng góc của móng: θ < [θ].

Chênh lệch lún của 2 trụ liền kề: ∆S < [∆S];

Chênh lệch chuyển vị ngang của 2 trụ liền kề: ∆y < [∆y];

Trong đó:

[S] là độ lún cho phép của móng cọc tham khảo phụ lục G;

...

[θ] là biến dạng góc cho phép của móng;

[y] là chuyển vị ngang cho phép của cọc đơn; cần căn cứ vào 2 yếu tố:

+ Đảm bảo nền xung quanh cọc ổn định;

+ Đảm bảo ổn định kết cấu cọc;

[∆S] là chênh lệch lún cho phép của 2 trụ liền kề;

[∆y] là chênh lệch chuyển vị ngang cho phép của 2 trụ liền kề;

Chênh lệch lún và chênh lệch chuyển vị ngang cho phép giữa 2 trụ liền kề cần căn cứ vào:

+ Ổn định cho các thiết bị cơ khí bên trên (cửa van, thiết bị);

+ Ổn định các kết cấu phần trên;

...

Các giá trị về biến dạng giới hạn của hệ móng cọc, tham khảo Phụ lục G.

b) Khả năng chịu tải trọng đứng của cọc: Tham khảo các phương pháp tính toán được trình bày trong Phụ lục G.

c) Sức kháng ngang của cọc:

- Sức kháng theo phương ngang của cọc không chỉ được đất nền huy động tập trung nằm ở lớp đất trên cùng với độ sâu khoảng từ 5 lần đến 7 lần đường kính cọc, mà còn phụ thuộc vào độ cứng chống uốn E_cọc.J_cọc của cọc và chiều dài đoạn cọc ngàm chặt vào lớp đất tốt tại mũi cọc.

- Lớp đất trên cùng ảnh hưởng đến chuyển vị ngang, mô men chịu tải của cọc. Sức kháng ngang của cọc đơn và cọc trong nhóm cọc, phụ thuộc vào các yếu tố:

Chuyển vị ngang cho phép của cọc khi đất nền làm việc (điều kiện đất nền);

Chuyển vị ngang tổng thể cho phép của công trình;

Điều kiện bền uốn bản thân cọc (vật liệu).

- Tính toán sức chịu tải trọng ngang của cọc có thể tham khảo các phương pháp được trình bày trong Phụ lục G.

...

- Cọc chịu tải trọng đứng: Hệ số nhóm cọc phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc, đồng thời phụ thuộc vào quá trình làm việc của cọc (cọc ma sát hay cọc chống). Khả năng chịu tải của nhóm cọc (tham khảo Phụ lục G):

Đối với đất rời: nếu dùng phương pháp nén, ép để hạ cọc thì sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm.

Đối với đất dính: Mức độ giảm sức chịu tải của nhóm cọc phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc, đặc tính của nền đất, độ cứng của đài cọc và sự tham gia truyền tải trọng công trình của đài xuống cọc và đất nền.

Đối với cọc chống thì sức chịu tải của nhóm cọc bằng tổng sức chịu tải của cọc đơn trong nhóm cọc.

- Cọc chịu tải trọng ngang: Hệ số nhóm cọc phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc.

e) Tính toán số lượng cọc

- Số lượng cọc cần thiết để đảm bảo chịu toàn bộ lực đứng:

(9)

Trong đó:

...

Q_c là sức chịu tải dọc trục tính toán của cọc ;

N_tt là tải trọng tính toán theo phương đứng tác dụng lên đáy bệ trụ.

- Để đảm bảo khả năng chịu toàn bộ tải trọng ngang ứng với tổ hợp tính toán, trong trường hợp bố trí cọc xiên thì số lượng cọc xiên cần thiết được xác định sơ bộ:

Số lượng cọc xiên về phía thượng lưu:

(10)

Số lượng cọc xiên về phía hạ lưu:

(11)

Trong đó:

β₂ là hệ số kinh nghiệm; β₂ trong khoảng từ 1,3 đến 1,5;

...

Q_TL là tổng tải trọng ngang tác dụng vào bệ trụ theo phương dòng chảy từ thượng lưu về hạ lưu;

Q_HL là tổng tải trọng ngang tác dụng vào bệ trụ theo phương dòng chảy từ hạ lưu lên thượng lưu;

P_cọcTB1,2 là tải trọng trung bình dọc trục thiết kế tác dụng lên đầu cọc xiên;

α là góc nghiêng của cọc đóng xiên.

Số lượng cọc đứng, cọc xiên trong bệ trụ được xác định từ các phương trình (9), (10) và (11).

- Khi bệ trụ chịu tác dụng của tải trọng hai chiều, cần xác định số lượng cọc xiên về hai phía. Trong trường hợp không sử dụng cọc xiên thì góc α = 0, số lượng cọc cần thiết để đảm bảo thỏa mãn tổng lực ngang tác dụng vào bệ trụ được xác định như sau:

(12)

Đối với đập trụ đỡ khuyến cáo nên sử dụng cọc xiên để chịu lực ngang.

Đối với trụ giáp đất, cần xem xét lực ngang do áp lực đất để bố trí cọc xiên theo phương ngang trụ.

...

Việc bố trí cọc trong móng cần phải đảm bảo một số nguyên tắc sau:

- Trọng tâm của nhóm cọc tiệm cận với điểm tác dụng của hợp lực tổ hợp các tải trọng trên mặt đáy móng.

- Không có cọc chịu nhổ;

- Thi công thuận lợi;

- Khoảng cách giữa các cọc và giữa cọc với mép bệ theo quy định theo TCVN 10304 : 2014.

g) Tính toán ổn định hệ cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn:

- Khi đã xác định sơ bộ cọc xiên về hai phía, cọc đứng, bố trí sơ bộ cọc trong móng, có thể sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn thông qua các chương trình máy tính như SAP, PIER, MIDAS, Piling, Plaxis 3D để tính toán chính xác lại các giá trị nội lực trong cọc và chuyển vị của đầu cọc, của bệ cọc. (xem Phụ lục H).

- Dựa vào biểu đồ phân bố nội lực trong thân cọc để tính toán bố trí cốt thép cọc. Trong trường hợp cọc dài, thông thường momen thân cọc lớn ở đầu cọc và giảm dần xuống mũi cọc, do đó bố trí cốt thép chịu lực đoạn cọc dưới nên nhỏ hơn đoạn cọc trên nhưng phải đảm bảo an toàn khi tách cọc và vận chuyển cọc.

h) Kiểm tra đất nền xung quanh cọc

...

- Kiểm tra độ lún của nền dưới khối móng quy ước;

- Kiểm tra độ lún lệch tương đối, biến dạng góc giữa hai điểm mép móng;

- Kiểm tra chênh lệch lún, chênh lệch chuyển vị ngang giữa hai trụ liền kề.

5.4.5. Yêu cầu thiết kế kết cấu trụ, bệ trụ

Tổ hợp lực tác dụng lên trụ: Được tổ hợp từ các lực đã trình bày trong 5.4.1 và cần xét đến trường hợp thi công. Mỗi loại cửa van có sơ đồ truyền tải trọng từ cửa vào trụ khác nhau và cần lưu ý phân tích lực tại các vị trí tiếp xúc như khe van, tai van, gờ tựa.

Trên cơ sở sơ đồ lực tác dụng, sử dụng các phương pháp tính toán kết cấu để xác định nội lực và biểu đồ phân bố ứng suất trong bệ trụ, thân trụ theo các phương từ đó tính toán và bố trí cốt thép.

Các phương pháp phân tích kết cấu có thể được áp dụng bao gồm: Phương pháp sức bền vật liệu, phương pháp phần tử hữu hạn hoặc bất cứ phương pháp nào thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng, tính tương hợp và sử dụng được mối liên kết ứng suất, biến dạng.

Người thiết kế có thể sử dụng các chương trình máy tính để dễ phân tích kết cấu và giải trình cũng như sử dụng kết quả. Trong tài liệu tính toán và báo cáo thiết kế cần ghi rõ tên, phiên bản và ngày phần mềm được đưa vào sử dụng.

5.4.6. Yêu cầu thiết kế kết cấu dầm đỡ van

...

Cần kiểm tra độ bền của dầm theo hai phương (phương thẳng đứng và phương nằm ngang vuông góc với trục dầm) đồng thời kiểm tra độ võng cho dầm đỡ van của khoang đập có bề rộng lớn hơn 10 m.

5.4.7. Yêu cầu thiết kế kết cấu mang đập

5.4.7.1. Tải trọng tác dụng lên kết cấu mang đập

Tùy thuộc vào từng loại kết cấu mang đập, sẽ có các loại tải trọng tác dụng vào hệ mang chủ yếu như sau:

- Tĩnh tải: trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng phai sự cố đặt trên mang đập.

- Áp lực nước tác dụng vào hệ cừ chống thấm.

- Áp lực đất tác dụng lên tường cánh.

- Áp lực sóng;

...

- Hoạt tải tác dụng lên mặt mang đập trong quá trình sửa chữa và quản lý vận hành công trình.

5.4.7.2. Các bài toán ổn định kết cấu mang đập.

Ứng với mỗi dạng kết cấu mang đập cần phải kiểm tra ổn định với những bài toán như sau:

a) Mang đập dạng rỗng, không đắp đất

Kết cấu mang đập này gồm dạng hình thang, chữ nhật, chữ T được cấu tạo bởi hệ cừ chống thấm làm nhiệm vụ ngăn nước, hệ cọc và dầm giằng tạo thành khung không gian chịu lực, bản mặt bằng bê tông cốt thép hoặc đổ tại chỗ.

Với kết cấu mang đập dạng này cần tính toán ổn định nhằm đảm bảo hệ kết cấu đủ khả năng chịu lực và chuyển vị trong giới hạn cho phép. Các yêu cầu trong tính toán:

- Tính ổn định thấm:

- Tính ổn định của hệ kết cấu cừ chống thấm liên kết với cọc, dầm giằng, bản mặt khi làm nhiệm vụ ngăn nước, sửa chữa.

b) Mang đập dạng đặc, đắp đất

...

Mang đập dạng hình chữ nhật tạo bởi hai hàng cọc bản được neo giữ bằng các dầm dằng và được đắp đất ở trong, với kết cấu này có các bài toán sau:

- Tính ổn định thấm.

- Tính ổn định trượt tổng thể: Tường cánh là hệ cọc cắm sâu vào nền chịu tải trọng ngang do áp lực đất là chủ yếu nên dễ xuất hiện cung trượt nguy hiểm đi qua mũi cọc. Trong quá trình tính toán phải giả thiết nhiều cao độ mũi cọc khác nhau để tìm ra chiều sâu mũi cọc đảm bảo hệ số ổn định trượt K_min > [K], kết quả tính toán sẽ chọn lựa kích thước và số lượng dầm giằng mang đập.

- Tính toán trồi đất đắp mang đập vào lòng khoang đập: Do kết cấu đập trụ đỡ không có bản đáy nên khi đắp đất mang đập sẽ dễ có hiện tượng đất đẩy trồi vào khoang đập.

- Tính toán ổn định tường biên khi chịu áp lực đất mang đập và giải pháp dầm chống trên tường biên được thi công trước khi đắp đất mang đập

- Tính toán thiết kế các giải pháp giảm áp lực đất lên tường biên nhờ đất có cốt hoặc dùng vật liệu giảm áp lực ngang.

- Với mang đập hình thang đắp đất chống thấm cần kiểm tra ổn định trượt của tấm lát mái.

5.4.8. Yêu cầu thiết kế kết cấu gia cố lòng dẫn, kè bảo vệ mái thượng, hạ lưu

5.4.8.1. Kết cấu gia cố lòng dẫn và kè bảo vệ mái thượng, hạ lưu phụ thuộc vào:

...

Địa chất bờ sông, lòng sông.

5.4.8.2. Kết cấu gia cố lòng dẫn là các dạng kết cấu mềm thi công dưới nước như rồng đá, thảm đá, rọ đá, thảm cát, thảm bê tông thì chiều dày và chiều dài gia cố phụ thuộc vào tính toán thủy lực đập. Đối với công trình từ cấp II trở lên, kết cấu gia cố cần căn cứ vào kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực.

5.4.8.3. Kè bảo vệ mái sông nên có dạng mái nghiêng với kết cấu mềm như thảm đá, rọ đá, tấm lát bê tông, đá xây.

5.4.9. Yêu cầu thiết kế kết cấu phần trên đập

5.4.9.1. Cầu giao thông

Kết cấu cầu giao thông được thiết kế tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành áp dụng cho thiết kế cầu, đường.

5.4.9.2. Giàn van, tháp van

Dựa trên các tổ hợp tải trọng tác dụng lên từng hạng mục, tính toán ổn định, kết cấu các hạng mục này theo hai trạng thái giới hạn (trạng thái giới hạn một và trạng thái giới hạn hai).

5.5. Yêu cầu thiết kế tổ chức và biện pháp thi công

...

5.5.1.1. Sơ đồ dẫn dòng thi công là nội dung chủ yếu của thiết kế tổ chức xây dựng. Khi thi công các kết cấu nằm trong nước của công trình ngay tại lòng sông bằng khung vây phải đảm bảo công tác dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp.

5.5.1.2. Cấp công trình dẫn dòng theo TCVN 9160 : 2012.

5.5.1.3. Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế khung vây và các công trình tạm thời phục vụ dẫn dòng thi công theo TCVN 9160 : 2012.

5.5.1.4. Phân đoạn thi công phải nghiên cứu các phương án khác nhau, dựa trên điều kiện về dòng chảy (mùa lũ, mùa kiệt) và trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật để chọn phương án hợp lý nhất.

5.5.1.5. Mặt bằng công trường thi công phải được bố trí hợp lý nhằm giảm thiểu khối lượng đền bù giải phóng mặt bằng.

5.5.1.6. Các trụ đập, dầm đỡ van có thể được thi công độc lập trong từng phân đoạn khung vây riêng hoặc có thể kết hợp hai trụ liền nhau và dầm đỡ van giữa hai trụ trong một khung vây.

5.5.1.7. Việc lựa chọn số lượng khung vây thi công đồng thời trong cùng một phân đoạn căn cứ vào yêu cầu về tiến độ thi công, khả năng bố trí mặt bằng công trường, thiết bị và điều kiện cung cấp vật tư vật liệu nhưng phải đảm bảo không làm co hẹp dòng chảy quá lớn gây xói lở lòng sông và không làm ảnh hưởng lớn đến giao thông thủy trên tuyến.

5.5.1.8. Trong trường hợp phân đoạn thi công làm co hẹp dòng chảy quá lớn gây xói lở lòng dẫn, cần có các phương án gia cố đảm bảo ổn định chân khung vây và lòng dẫn.

5.5.1.9. Các kết cấu gia cố lòng dẫn được thi công dưới nước bằng các thiết bị nổi.

...

5.5.2.1. Phân loại vòng vây hố móng và phạm vi áp dụng

5.5.2.1.1. Đập trụ đỡ được thi công ngay tại lòng sông, biện pháp thi công từng trụ có thể áp dụng các kiểu: khung vây cọc ván thép, hoặc khung vây cọc ống thép. Phạm vi và điều kiện áp dụng của từng loại khung vây được nêu trong bảng sau:

Bảng 3 - Điều kiện áp dụng các dạng khung vây thi công trụ

Loại khung vây

Điều kiện áp dụng

Khung vây cọc ván thép

Đất nền yếu

Thích hợp mọi chiều sâu

Khung vây cọc ống thép

...

Thích hợp sông có chiều sâu lớn

5.5.2.1.2. Trong thiết kế nên ưu tiên sử dụng khung vây cọc ván thép là loại khung vây được sử dụng rộng rãi và giá thành thấp hơn. Việc sử dụng khung vây cọc ống thép cần có luận chứng kinh tế kỹ thuật và phải được chủ đầu tư chấp thuận.

5.5.2.2. Các bước thi công trụ

Bước 1: Định vị tim tuyến công trình và vị trí các trụ;

Bước 2: Thi công cọc móng trụ, đóng hàng cừ chống thấm;

Bước 3: Đóng cọc ván thép tạo khung vây;

Bước 4: Đào xói hút đất trong khung vây cọc ván thép;

Bước 5: Đổ lớp bê tông vữa dâng bịt đáy khung vây;

Bước 6: Lắp đặt hệ khung chống trong khung vây;

...

Bước 8: Thi công bê tông bệ và thân trụ;

Bước 9: Tháo dỡ khung chống, nhổ cọc ván thép, chuyển đến vị trí thi công trụ tiếp theo.

5.5.2.3. Thiết kế kết cấu khung vây cọc ván thép

5.5.2.3.1. Các tài liệu cơ bản để thiết kế:

- Kích thước bệ trụ, cao trình đặt bệ trụ;

- Điều kiện địa chất lòng sông;

- Điều kiện thủy văn: mực nước thi công, mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất, lưu tốc dòng chảy;

- Tình trạng, đặc trưng kỹ thuật của cọc ván thép hoặc cọc ống thép sử dụng làm khung vây;

- Yêu cầu về giao thông thủy trên tuyến;

...

5.5.2.3.2. Xác định sơ đồ hình dạng và các kích thước cơ bản của khung vây cọc ván thép

Hình 1 - Sơ đồ và hình dạng khung vây

- Kích thước của khung vây trên mặt bằng được xác định chủ yếu từ kích thước thiết kế của bệ trụ, đồng thời xét đến điều kiện thi công (lắp dựng ván khuôn, cốt thép bệ móng) phải đảm bảo khoảng cách từ mép bệ móng đến chân khung vây từ 0,75 m đến 1,0 m. Trường hợp móng có bố trí cọc xiên thì mũi cừ khung vây không được chạm vào cọc xiên.

- Chiều cao của khung vây được xác định dựa vào mực nước thi công và chiều cao bệ trụ. Cao độ đỉnh khung vây phải phải cao hơn mực nước thi công tối thiểu 0,7 m. Khoảng cách giữa các tầng khung chống được xác định căn cứ vào khả năng chịu lực của cọc ván thép. Cao độ chân khung vây quyết định tùy thuộc vào mức xói cục bộ, điều kiện địa chất lòng sông và tối thiểu phải thấp dưới đường xói cục bộ là 2 m.

5.5.2.3.3. Tải trọng tính toán

Tải trọng tác dụng vào khung vây chủ yếu là lực ngang. Trường hợp trên sàn công tác có đặt các máy móc, thiết bị thi công thi phải tính thêm lực đứng do trọng lượng bản thân của các máy móc thiết bị đó gây ra.

Việc tính toán khung vây cọc ván thép được thực hiện theo hai giai đoạn thi công:

- Giai đoạn 1: Khung vây đã hạ đến cao trình thiết kế nhưng chưa đổ bê tông bịt đáy. Ở giai đoạn này chênh lệch cột nước trong và ngoài không lớn, sự ổn định của khung vây chủ yếu dựa vào hệ cột chống. Nơi có ảnh hưởng của thủy triều thì sẽ có biện pháp cho nước trong và ngoài khung vây bằng nhau.

...

Tùy theo điều kiện cụ thể của từng giai đoạn thi công, người thiết kế lựa chọn tổ hợp lực tính toán bất lợi nhất từ những lực sau:

- Áp lực thủy tĩnh.

- Áp lực thủy động.

- Áp lực ngang của đất.

- Lực sóng và gió.

- Lực va tàu.

5.5.2.3.4. Các bước tính toán khung vây

a) Tính toán ổn định khung vây

Cần kiểm tra chiều dài cừ cắm vào nền tương ứng với các tầng khung chống có đảm bảo điều kiện ổn định cho khung vây hay không.

...

- Kiểm tra ổn định;

b) Kiểm tra điều kiện ổn định của đáy khung vây

- Kiểm tra điều kiện ổn định thấm chung của nền trong khung vây:

Hệ số ổn định thấm chung của khối đất ở đáy nền hố móng trong khung vây:

(13)

Trong đó:

i_c là độ bền thấm chung của khối đất ở đáy hố móng trong khung vây, phụ thuộc vào mật độ hạt của đất và hệ số rỗng của đất;

i là độ dốc thủy lực trung bình của dòng thấm vào hố móng

(14)

...

h_w là chênh lệch cột nước giữa trong và ngoài đáy hố móng;

L là độ dài đường viền thấm tính toán của dòng thấm;

L = ∑L_h + m.∑L_v;

∑L_h là tổng độ dài đoạn nằm ngang của đường viền;

∑L_v là tổng độ dài đoạn thẳng đứng của đường viền;

m là hệ số tính đổi đoạn thẳng đứng của đường chảy thấm thành đoạn nằm ngang. Khung vây có một hàng cừ thì m= 1,50; có hai hàng cừ thì m= 2,00.

- Kiểm tra ổn định chống đẩy nổi do áp lực thấm:

Trường hợp lớp trên là đất sét không thấm nước, lớp dưới có một tầng chứa nước có áp hoặc tầng chứa nước không phải là nước có áp, do quá trình đào đất hình thành chênh lệch cột nước trong và ngoài khung vây, cần kiểm tra ổn định chống đẩy nổi lớp đất ở đáy hố móng:

(15)

...

P_cz là trọng lượng bản thân của lớp đất phủ nằm từ mặt hố móng đến mặt của tầng nước có áp;

P_wy là áp lực đẩy nổi của nước lên đáy lớp đất tính toán;

K là hệ số ổn định chống cột nước có áp, K = 1,05.

- Kiểm tra ổn định chống trồi của hố móng trong khung vây:

Khi đào hố móng trong khung vây, do đất trong hố bị đào đi làm biến đổi trường ứng suất và trường biến dạng của nền đất, gây đẩy trồi đất đáy hố móng. Do đó khi thiết kế cần thiết phải kiểm tra ổn định chống đẩy trồi của hố móng (xem Phụ lục I).

Trong trường hợp một trong ba điều kiện ổn định nêu trên (ổn định thấm chung, ổn định chống đẩy nổi do áp lực thấm và ổn định chống đẩy trồi), cần đề xuất biện pháp gia cường làm cho tính ổn định của nền đất có đủ độ an toàn.

Biện pháp thường được sử dụng là bê tông bịt đáy vừa có tác dụng gia cường đáy hố móng vừa có tác dụng chống đỡ cho khung vây như một tầng khung chống.

c) Tính toán độ bền các bộ phận của khung vây

- Kiểm tra độ bền của cọc ván thép

...

+ Sơ đồ tính: Tách một dải tường cọc ván thép theo phương đứng với bề rộng 1 m theo chu vi vòng vây và coi nó là một dầm liên tục nhiều nhịp, kê lên các gối tựa là các điểm tỳ của cọc ván thép vào vành đai và một gối tựa vào lớp bê tông bịt đáy tại điểm cách mặt bê tông 0,5 m. Điểm gối kê dưới cùng của cọc ván thép cách điểm chân cừ đoạn t/2 (t là chiều sâu cừ cắm vào đất nền).

+ Tải trọng tác dụng lên tường cọc ván thép là tổ hợp lực bất lợi nhất của các lực ngang.

Từ sơ đồ kết cấu và sơ đồ tải trọng xác định được các mômen gối Mi và các phản lực gối tựa Ri. Tính toán và so sánh nội lực trong thân cọc với khả năng chịu lực của cọc ván thép. Nếu nội lực trong cọc lớn hơn khả năng chịu lực của cọc thì cần thay đổi loại cọc ván thép hoặc tăng thêm tầng khung chống.

- Tính toán vành đai:

Sau khi xác định được các phản lực trên các gối tựa Ri, đây là các tải trọng tác dụng vào vành đai và tính toán nội lực phát sinh trong vành đai.

Thông thường có 3 dạng vành đai: vành đai tròn, vành đai chữ nhật và vành đai hình elíp. Với đập trụ đỡ, dạng vành đai phù hợp là vành đai hình chữ nhật, sơ đồ chịu lực được minh họa trên Hình 2:

Hình 2 - Sơ đồ tải trọng tác dụng lên vành đai dạng chữ nhật

Thanh vành đai được tính toán như một dầm liên tục có các gối tựa là các thanh chống, hai gối biên là điểm tựa của nó trên hai thanh chống vuông góc. Sơ đồ tính thanh vành đai:

...

Hình 3 - Sơ đồ tính thanh vành đai

Thanh vành đai được tính toán như một dầm liên tục chịu nén uốn. N1, N3 là phản lực tại các gối biên của dầm. Kiểm tra khả năng chịu lực của vành đai về điều kiện cường độ và điều kiện ổn định theo các công thức của sức bền vật liệu.

- Tính toán thanh chống:

Thanh chống được tính với sơ đồ một thanh chịu nén. Lực tác dụng vào thanh chống bằng phản lực gối của vành đai.

d) Tính chiều dầy lớp bê tông bịt đáy (xem Phụ lục I).

5.5.3. Biện pháp thi công dầm đỡ van

5.5.3.1. Dầm đỡ van có thể được thi công đúc tại chỗ trong khung vây hoặc được đúc sẵn và lắp ghép vào vị trí. Khi thiết kế phải ưu tiên lựa chọn giải pháp dầm van đúc sẵn lắp ghép để giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông thủy, thoát nước.

5.5.3.2. Trường hợp dầm đỡ van được thiết kế thi công đúc tại chỗ trong khung vây thì biện pháp thi công tương tự như thi công trụ.

5.5.3.3. Trường hợp dầm đỡ van được thiết kế đúc sẵn, việc lắp ghép dầm có hai phương án.

...

5.5.3.3.2. Kết cấu dầm được thiết kế để cẩu lắp vào vị trí. Dầm van được đúc trên bãi đúc tại công trường sau đó được lắp đặt vào vị trí bằng cẩu.

5.5.3.3.3. Việc lựa chọn phương án lắp đặt dầm phụ thuộc vào điều kiện bố trí mặt bằng công trường, khả năng vận chuyển các thiết bị hỗ trợ lắp đặt như xà lan, cẩu.

5.5.3.4. Với phương án dầm đúc sẵn lắp ghép, trên bệ trụ, trụ cần lắp đặt sẵn các kết cấu tạm để định vị, dẫn hướng trong quá trình lắp đặt dầm. Trường hợp cần thiết có thể sử dụng khe van, khe phai để định vị và dẫn hướng.

5.5.3.5. Trường hợp sử dụng đệm cao su để kín nước giữa dầm van và đỉnh cừ chống thấm thì đệm cao su cần được lắp đặt chắc chắn vào dầm van trước khi tiến hành lắp đặt dầm.

5.5.3.6. Trường hợp sử dụng giải pháp bơm vữa vào trong dầm hoặc xuống dưới đáy dầm thì khi thi công dầm cần phải đặt sẵn các lỗ hoặc ống để phục vụ cho việc bơm vữa sau này.

5.6. Yêu cầu thiết kế bố trí thiết bị quan trắc

5.6.1. Yêu cầu chung

5.6.1.1. Khi thiết kế đập trụ đỡ cần phải dự kiến bố trí các thiết bị kiểm tra đo lường để tiến hành các quan trắc, nghiên cứu hiện trạng công trình và nền của chúng cả trong quá trình thi công cũng như trong thời kỳ khai thác nhằm mục đích đánh giá độ tin cậy của tổ hợp công trình nền, tình hình biến dạng để phát hiện kịp thời các hư hỏng, phòng ngừa sự cố và cải thiện tình hình khai thác.

5.6.1.2. Đập trụ đỡ là công trình bê tông cốt thép trên nền đất nên yêu cầu bố trí thiết bị quan trắc cần tuân theo TCVN 8215 : 2009.

...

Bảng 4 - Nội dung yêu cầu quan trắc

Nội dung quan trắc

Cấp công trình

Đặc biệt

III

...

Quan trắc chuyển vị

Quan trắc thấm

...

Quan trắc áp lực nước, mạch động

...

CHÚ THÍCH: Ký hiệu "+" là những nội dung cần quan trắc

5.6.1.3. Quan trắc ổn định lòng dẫn và gia cố mái sông thượng hạ lưu.

5.6.1.4. Quan trắc các yếu tố khí tượng thủy văn: thu thập, cập nhật và lưu trữ tài liệu mưa, gió theo tiêu chuẩn hiện hành liên quan.

5.6.1.5. Những công trình có tàu thuyền qua lại thường xuyên phải có thiết bị đo gió để hướng dẫn tàu thuyền neo đậu và qua lại thuận tiện, an toàn.

5.6.1.6. Những công trình có bố trí đường cá đi phải có thiết bị quan trắc cá tại vị trí tim công trình.

5.6.1.7. Những công trình có kết hợp cầu giao thông việc bố trí các thiết bị quan trắc đối với cầu, đường nối tiếp đầu cầu theo tiêu chuẩn hiện hành liên quan.

5.6.2. Thiết kế bố trí thiết bị quan trắc chuyển vị

5.6.2.1. Nội dung quan trắc chuyển vị bao gồm:

- Quan trắc lún.

...

- Quan trắc tình hình ổn định các kết cấu gia cố mái sông, lòng dẫn. Đo bình đồ kênh nối tiếp thượng hạ lưu tỷ lệ 1/500 mỗi năm hai lần vào đầu và cuối mùa lũ.

5.6.2.2. Bố trí các thiết bị đo để quan trắc chuyển vị được quy định như sau:

Để quan trắc ta có thể sử dụng theo phương pháp trắc đạc và phương pháp tự động như: Quả lắc thuận đảo, Magnetic Extensometer. Đối với công trình nhỏ từ cấp IV trở xuống nên ưu tiên áp dụng phương pháp trắc đạc dùng hệ thống mốc. Hệ thống mốc mặt bố trí trên đỉnh ở thượng lưu và hạ lưu của tất cả các trụ pin, trụ biên, trên đỉnh mang đập và trên hai bờ.

5.6.2.3. Một tháng đo một lần trong năm đầu và sáu tháng đo một lần cho các năm tiếp theo tại các vị trí có mốc quan trắc.

5.6.2.4. Nếu kết quả quan trắc lớn hơn các giá trị cho phép của cơ quan tư vấn thiết kế cấp thì phải báo cáo lên cơ quan cấp trên để có kế hoạch xử lý.

5.6.3. Thiết kế bố trí thiết bị quan trắc mực nước, thấm

5.6.3.1. Nội dung quan trắc thấm bao gồm:

- Quan trắc độ cao mực nước trước và sau cửa van;

- Quan trắc hiện tượng rò rỉ do thấm qua nền, qua mang đập và cửa van.

...

5.6.3.3. Bố trí thiết bị quan trắc thấm tuân theo TCVN 8215 : 2009.

5.6.4. Thiết kế bố trí thiết bị quan trắc áp lực nước, mạch động

Thiết bị đo mạch động của dòng chảy thường dùng là cảm biến kiểu tự cảm. Các thiết bị này có thể được lắp đặt ngay khi bắt đầu đổ bê tông hoặc khi hoàn thành đổ bê tông và phải có bộ phận đặt sẵn trong khối bê tông để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa thiết bị đo với mặt bê tông.

Các thiết bị đo áp lực nước có thể đặt trên mặt phẳng nằm ngang hoặc thẳng đứng của công trình. Sơ đồ bố trí, vị trí đặt thiết bị đo phải căn cứ vào kết quả tính toán thủy lực.

Đối với công trình cấp I và cấp đặc biệt, việc bố trí thiết bị đo mạch động phải thông qua kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực.

PHỤ LỤC A

(Tham khảo)

Các bộ phận chính của đập trụ đỡ

...

Hình A1 - Mô hình đập trụ đỡ

Hình A2 - Cắt dọc 1 khoang thoát nước đập trụ đỡ

PHỤ LỤC B

(Tham khảo)

Cấu tạo các loại đập trụ đỡ

Hình B1 - Cắt ngang đập trụ đỡ bệ thấp

...

Hình B2 - Cắt ngang đập trụ đỡ bệ cao

m là hệ số mái nghiêng của cọc xiên; với cọc bê tông cốt thép thì m ≥ 5; với cọc thép thì m ≤ 5

Khi sử dụng cọc thép thì phần cọc nhô ra khỏi kết cấu trụ và đất nền phải được bảo vệ chống ăn mòn.

Tùy theo các điều kiện cụ thể sẽ chọn từng kiểu đập trụ đỡ khác nhau, thông thường việc chọn dạng đập trụ đỡ dựa vào các yếu tố sau:

Bảng B1 - Phạm vi áp dụng phù hợp cho các dạng đập trụ đỡ

Thông số

Kiểu đập trụ đỡ

Bệ thấp

...

Bệ cao, dầm van lắp ghép

Bề rộng khoang

Lớn hơn 15 m

Từ 7 m đến 15 m

Từ 3 m đến 7 m

Chênh lệch cột nước thiết kế

Từ 1,5 m đến 4,0 m

...

Lớn hơn 1,5 m

Độ sâu mực nước

Từ 3,0 m đến 15,0 m

Nhỏ hơn 5,0 m

Lớn hơn 5,0 m

PHỤ LỤC C

(Tham khảo)

...

C1. Tải trọng tác dụng lên công trình

Các tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt:

C.1.1. Tải trọng thường xuyên:

- Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu công trình và thiết bị phụ phi kết cấu (P), tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công cộng (DW);

- Tải trọng đất (EH) bao gồm áp lực đất ngang chủ động, áp lực đất ngang bị động và áp lực đất thẳng đứng;

- Tải trọng nước bao gồm: áp lực nước ngang (H), trọng lượng nước (N), áp lực thấm, áp lực đẩy nổi (W) tác dụng trực tiếp lên bề mặt công trình;

- Tải trọng gây ra do kết cấu chịu ứng suất trước.

C1.2. Tải trọng tạm thời bao gồm tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn:

- Áp lực do sóng, nước dềnh (WA);

...

- Hoạt tải (LL);

- Tải trọng người đi (PL);

- Lực hãm xe (BR);

- Lực ly tâm do xe (CE);

- Lực ma sát (FR);

- Lực động của xe (IM);

C1.3. Tải trọng đặc biệt:

- Lực va tầu (CV) trong trường hợp mở cửa van;

- Lực va xe (CT) trên cầu trong trường hợp có cầu giao thông;

...

- Áp lực nước tương ứng mực nước kiểm tra;

- Tải trọng sóng do động đất, nổ hoặc sóng thần.

C.2. Sơ đồ tính tải trọng tác dụng vào trụ

Hình C1 - Sơ đồ tính lực đẩy nổi và tải trọng tác dụng trực tiếp vào trụ

Ký hiệu trong Hình C1:

h_b: chiều cao bệ trụ + bê tông bịt đáy (nếu có)

l₁: chiều dài bệ trụ thượng lưu

l₂: chiều dài bệ trụ hạ lưu

...

h₂: Cột nước hạ lưu tính đến đáy bệ

∆h: Chênh lệch cột nước thượng - hạ lưu.

H_t1: áp lực nước thượng lưu vào trụ

H_t2: áp lực nước hạ lưu vào trụ

H_b1: áp lực nước thượng lưu vào bệ trụ

H_b2: áp lực nước hạ lưu vào bệ trụ

E_H1: áp lực đất chủ động vào bệ trụ

E_H2: áp lực đất bị động vào bệ trụ

W_A: áp lực sóng vào trụ

...

W_L: áp lực gió lên hoạt tải xe trên cầu

N₁: trọng lượng nước tác dụng vào bệ trụ phía thượng lưu.

N₂: trọng lượng nước tác dụng vào bệ trụ phía hạ lưu.

W₁: áp lực đẩy ngược tác dụng vào bệ trụ phía thượng lưu.

W₂: áp lực đẩy ngược tác dụng vào bệ trụ phía phía hạ lưu.

P_v: Trọng lượng cửa van

P_bt, P_trụ, P_cầu: lần lượt là trọng lượng của bệ, trụ pin và tĩnh tải cầu

P_xe: Tải trọng xe thiết kế trên cầu

C.3. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào dầm van

...

Hình C2 - Sơ đồ tính lực tác dụng gián tiếp vào trụ thông qua cửa van và dầm đỡ van

Ký hiệu trong Hình C2:

h₃: Cột nước thượng lưu tính đến đáy dầm đỡ van;

h₄: Cột nước hạ lưu tính đến đáy dầm đỡ van;

∆h: Chênh lệch cột nước thượng - hạ lưu;

P_dv+cừ: Trọng lượng dầm đỡ van (tính đẩy nổi) và cừ chống thấm;

H_d1: áp lực nước thượng lưu vào dầm đỡ van;

H_d2: áp lực nước hạ lưu vào dầm đỡ van;

H_v1: áp lực nước thượng lưu vào cửa van;

...

h_d: chiều cao dầm đỡ van;

W₃: áp lực đẩy ngược tác dụng lên dầm van phía thượng lưu;

W₄: áp lực đẩy ngược tác dụng lên dầm van phía hạ lưu.

PHỤ LỤC D

(Tham khảo)

Lựa chọn loại cừ chống thấm cho đập trụ đỡ

D.1. Lựa chọn cừ chống thấm

Bảng D1 - Lựa chọn loại cừ chống thấm

...

Loại cừ

Cừ larsen

Cừ BTCT thường

Cừ Bê tông cốt thép dự ứng lực có me cừ

1. Theo cột nước thi công

≤ 5m

...

> 5m

2. Theo dạng kết cấu đập trụ đỡ

...

2.1. Đập trụ đỡ bệ thấp, dầm đỡ van đổ tại chỗ

2.2. Đập trụ đỡ bệ thấp, dầm đỡ van lắp ghép

2.3. Đập trụ đỡ bệ cao

...

CHÚ THÍCH 1: “++” rất phù hợp, “+” phù hợp, “-“ không phù hợp

CHÚ THÍCH 2: Ngoài ra, khi phân tích lựa chọn loại cừ cũng cần phải lưu ý đến tính chất ăn mòn hóa học của môi trường nước tại khu vực xây dựng công trình.

D.2. Tính toán chiều dài đường viền chống thấm mang đập

Chiều dài đường viền thấm mang đập:

L_b= C_b.H (D1)

Trong đó:

H là cột nước thấm

...

C là hệ số, phụ thuộc vào loại đất mang đập.

Bảng D2 - Hệ số C

Loại đất

Đất sét chặt

1,50

Đất sét chặt vừa

1,70 đến 2,00

Đất sét mềm

...

Đá cuội, sỏi hạt lớn

2,50

Cuội sỏi trung bình

3,00

Cuội sỏi hạt nhỏ

3,50

Cát hạt lớn

4,00

Cát hạt trung bình

...

Cát hạt nhỏ

6,00

Cát mịn

7,00

PHỤ LỤC E

(Tham khảo)

Dạng dầm đỡ van

...

Hình E2 - Dầm đỡ van dạng chữ U ngược lắp đặt dưới nước sau khi thi công trụ pin

PHỤ LỤC F

(Tham khảo)

Mang đập và gia cố lòng dẫn

Hình F1 - Kết cấu mang đập lắp ghép dạng hình thang

...

Hình F3 - Kết cấu mang đập dạng chữ T

Hình F4 - Kết cấu gia cố lòng dẫn và tường khuếch tán dòng chảy

PHỤ LỤC G

(Tham khảo)

Tính toán sức chịu tải của cọc

G.1. Sức chịu tải đứng của cọc theo sức chịu tải vật liệu

...

R_vl = m.(g_cb.g’_cb.A_p.R_n + A_s.R_a) (G1)

R_vl = 0,85.j.A_p.f’_c _hoặc (f_y)

Trong đó:

m: Hệ số ảnh hưởng của uốn dọc;

g_cb: Hệ số điều kiện làm việc của cọc (theo TCVN 10304 : 2014);

g’_cb: Hệ số điều kiện làm việc do thi công (theo TCVN 10304 : 2014);

A_p: Diện tích mặt cắt ngang thân cọc;

R_n: Cường độ chịu nén của bê tông;

A_s: Diện tích của thép dọc trong cọc;

...

j: Hệ số sức kháng, lấy j = 0,75;

f’_c: Cường độ chịu nén 28 ngày của bê tông cọc;

f_y: Cường độ chảy của cọc thép;

- Với cọc khoan nhồi: Sức kháng tính toán của cọc theo vật liệu

R_vl = f.P_n=f .β.[0,85.f’c.(A_q - A_s) + A_s.f_y] (G2)

Trong đó:

f: Hệ số sức kháng, lấy f = 0,75;

β: Hệ số triết giảm, lấy β = 0,85 với đai xoắn và β = 0,80 với đai thường;

A_g: Diện tích tiết diện cọc;

...

G.2. Sức chịu tải đứng của cọc theo sức chịu tải của đất nền

Sức chịu tải của cọc được xác định theo TCVN 10304 : 2014. Ngoài ra thì có hai phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc đó là: dùng các phương pháp phân tích (ước tính nửa thực nghiệm) và phương pháp dựa trên thí nghiệm hiện trường.

- Phương pháp nửa thực nghiệm, phần sức kháng thân cọc tiêu chuẩn có đưa ra 3 cách tính là phương pháp α (alpha), phương pháp β (beta) và phương pháp l (lamda).

- Phương pháp hiện trường (dựa trên các thí nghiệm hiện trường): Phương pháp này sử dụng kết quả SPT hoặc CPT và chỉ áp dụng cho đất rời.

R_R = j.R_n= j_qp.R_p + j_qs.R_s(G3)

Trong đó:

R_p: Sức kháng mũi cọc; R_p = q_p.A_p; q_p: Sức kháng đơn vị mũi cọc;

R_s: Sức kháng thân cọc; R_s = q_s.A_s; q_s: Sức kháng đơn vị thân cọc;

A_s: Diện tích bề mặt thân cọc; A_p: Diện tích bề mặt mũi cọc;

...

Tùy vào từng loại cọc (cọc đóng hay cọc khoan nhồi) và đất nền để áp dụng các công thức tính cho phù hợp.

* Chú ý: Ma sát âm: giảm sức chịu tải của cọc (đặc biệt là cọc khoan nhồi) trong các trường hợp đất nền (theo TCVN 10304 : 2014);

Với đất nền yếu, đất đắp: Hệ số ma sát âm dọc thân cọc: f_âm = α x S_u (T/m²)

Trong đó:

α: Hệ số kết hợp dính α= 1 khi S_u< 2,5 T/m²;

S_u: Sức kháng cắt không thoát nước trung bình;

Sét mềm, phù xa, cát không chặt (cát đắp): f_âm = ΣN₀.s'_vi.L_i (T/m)

s’_vi: Ứng suất hiệu quả thẳng đứng của đất;

L_i: Chiều dài dọc thân cọc;

...

N₀ = từ 0,01 đến 0,05 khi cọc được phủ bằng Bitum hoặc Bentonite;

N₀ = từ 0,15 đến 0,30 khi cọc không sơn phủ, đất nền là phù sa hoặc sét mềm;

N₀ = từ 0,30 đến 0,80 khi cọc không sơn phủ, đất nền là cát không chặt;

+ Với cọc ống thép: có hai quan điểm tính toán sức chịu tải của cọc ống thép mà mũi cọc hở.

- Tính ma sát thân cọc: tính lực bên trong lòng cọc và bên ngoài (với lực ma sát bên trong lòng cọc được chiết giảm α trong khoảng từ 0,30 đến 0,50), mũi cọc chịu lực là diện tích hình vành khăn;

- Tính ma sát thân cọc: tính lực ma sát bên ngoài thành cọc, lực mũi cọc là toàn bộ diện tích cọc (bao gồm hình vành khăn và đất trong lòng cọc).

+ Theo thí nghiệm hiện trường:

Kiểm tra sức chịu tải của cọc tính toán theo lý thuyết với sức chịu tải thí nghiệm ngoài hiện trường để hiệu chỉnh đường kính cọc, chiều dài cọc và phương pháp tính toán. Các phương pháp xác định tải trọng theo thí nghiệm hiện trường theo TCVN 10304 : 2014 và TCVN 9393 : 2012.

...

G.3.1. Theo phương pháp đường cong p-y

Mô đun phản lực ngang của nền K_s đặc trưng cho phản lực và chuyển vị của đất xung quanh được xác định theo công thức tổng quát:

(G4)

Trong đó:

p: Phản lực của đất nền trên một đơn vị chiều dài của cọc

y: Chuyển vị (biến dạng) tương ứng tại điểm đó.

G.3.1.1. Palmer và Thompson (1948)

(G5)

Với

...

x: Độ sâu tại một điểm nào đó dọc theo cọc

n: Hệ số, cọc trong cát, đất sét cố kết bình thương n=1, sét quá cố kết n=0;

Với đất sét không thoát nước n= 0,15, với đất cát n= 1,5.

Khi n=1 thì K_h=n_h.z, n_h là hằng số phản lực nền theo phương ngang.

G.3.1.2. Theo TCVN 10304:2014

Giá trị mô đun phản lực ngang của nền Ks được xác định theo công thức:

(G6)

Trong đó:

K: Hệ số tỷ lệ theo TCVN 10304:2014.

...

g_c : Hệ số điều kiện làm việc (đối với cọc độc lập g_c = 3).

G.3.1.3. Theo Bowles (1997)

Mô đun phản lực ngang hay hệ số nền được xác định:

K_s = s₁.A_s + s₂ .B_s .Zⁿ (G7)

Trong đó : Với cọc tiết diện vuông: s₁ = s₂ = 1,0

Với cọc tiết diện tròn: s₁ = 1,3 đến 1,7

:s₂= 2,0 đến 4,4

Các thông số A_s và B_s xác định theo công thức sức chịu tải nền Terzaghi (1948), ứng với chuyển vị đất nền tương ứng ∆H= 2,5 cm ứng C = 40;

A_s = C.(c.N_c +0.5.g.B.Ng) B_s = C.(g.N_q)

...

Z là độ sâu tính toán.

G.3.1.4. Theo tiêu chuẩn đường bộ Nhật Bản - Thiết kế cho cọc ống thép:

Mô đun phản lực ngang của nền:

Trường hợp không vượt quá chuyển vị cho phép:

(G8)

Trong đó:

K_Ho: Giá trị phản lực ngang của nền, với thí nghiệm tấm cứng đường kính 0,3 m.

Giá trị này có thể được tính toán, kN/m³;

E₀: Mô đun biến dạng của nền, kN/m²;

...

B_H: Bề rộng tải tương đương của móng vuông góc với hướng tải, m.

Trong trường hợp cọc thì ;

D: Bề rộng của cọc theo hướng tải, m.

β: Giá trị đặc trưng của nền

EI: Độ cứng của vật liệu móng.

Trường hợp vượt quá chuyển vị cho phép:

(G9)

Trong đó:

K_H: Hệ số phản lực ngang của nền ứng chuyển vị “y”, kN/m³;

...

y: Chuyển vị cho phép, mm. Giá trị này được xác định khoảng 1,0%.D.

G.3.2. Theo phương pháp chuyển vị của cọc

G.3.2.1.Theo phương pháp tính chuyển vị ngang cho phép trong nền nhiều lớp Davisson và Gill (sử dụng điều kiện về đất nền)

(G10)

M_x = A_mcH_uR+B_mcM_g

Trong đó: R: Độ cứng tương đối của cọc đối với đất nền;

Với đất dính thì ; Với đất không dính thì ;

EJ: Độ cứng chống uốn của cọc;

D: Đường kính hoặc bề rộng của cọc;

...

n_h: Hằng số phản lực nền;

S_u: Lực dính không thoát nước của lớp đất nền;

[H]_u: Sức kháng ngang của cọc;

M_g: Momen tác dụng vào đầu cọc;

y_x: Chuyển vị đầu cọc;

A_yc, B_yc, A_mc, B_yc: Các hệ số phụ thuộc vào lớp đất gần mặt đất.

. Với đất dính: hoặc với q_u = 2.S_u

n₁= 0,32 đến 0,40 hệ số phụ thuộc vào phương thức đóng cọc;

n₂: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm cọc;

...

Bảng G1 - Giá trị n_h đất nền

Đơn vị tính bằng tấn/mét khối (T/m³)

Độ chặt

Trên mực nước ngầm

Dưới mực nước ngầm

Rời rạc

190

110

Chặt vừa

...

540

Chặt

1760

1080

Hiệu chỉnh hệ số nền K_tt = f.Ks theo điều kiện tải trọng trong từng loại đất.

Bảng G2: Hệ số hiệu chỉnh f

Trường hợp tải

Đất nền

Trạng thái đất nền

...

Tải động đất

Đất rời

Đất chặt vừa đến chặt

0,50

Đất ở trạng thái rời

0,25

Tải trọng tĩnh

Đất dính

Đất yếu

...

Đất cứng đến rất cứng

0,25 đến 0,50

Khác

1,00

Khi cọc ngàm 1 đầu (do liên kết cứng vào bệ vì bệ có độ cứng chống uốn EJ_bệ lớn hơn nhiều so với cọc EJ_cọc) thì:

Phương trình chuyển vị của cọc dạng:

Mô men đầu cọc dạng: M_x = C_mc.[H]_u.R

...

Hệ số chuyển vị và mômen (B_yc và và B_mc):

Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,1R (Davisson và Gill, 1963)

Hệ số chuyển vị và mômen (A_yc và A_mc):
Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,1R (Davisson và Gill, 1963)

Hình G1 - Xác định hệ số A_yc, B_yc, A_mc, B_yc, C_yc, C_mc

Hệ số chuyển vị và mômen (B_yc và B_mc):
Cọc có đầu tự do chịu tải mômen - chiều dầy lớp = 0,4R (Davisson và Gill, 1963)

...

Hệ số chuyển vị và mômen (A_yc và A_mc):
Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,8R (Davisson và Gill, 1963)

Hệ số chuyển vị và mômen (C_yc và C_mc):
Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,4R (Davisson và Gill, 1963)

Hệ số chuyển vị và mômen (C_yc và C_mc):
Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,1R (Davisson và Gill, 1963)

Hệ số chuyển vị và mômen (C_yc và C_mc):
Cọc có đầu tự do - chiều dầy lớp = 0,8R (Davisson và Gill, 1963)

Hình G1 - Xác định hệ số A_yc, B_yc, A_mc, B_yc, C_yc, C_mc (kết thúc)

...

Dựa vào 2 hệ số M_u/(S_u.D³) và H_u/(S_u.D²) (điều kiện bền của vật liệu và đất nền).

Trong đó: M_u, H_u: Mô men và lực cắt cực hạn của cọc (theo vật liệu cọc);

S_u: lực dính không thoát nước của đất;

D: Đường kính của cọc.

G.3.2.3. Theo phương pháp m

Đất bao quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền, hệ số nền biến đổi tuyến tính theo chiều sâu. Hệ số nền tính toán của đất trên thân cọc được xác định (kN/m³).

Trong đó: k là hệ số tỷ lệ, tính bằng kN/m⁴, phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc;

z là độ sâu của tiết diện cọc trong đất, nơi xác định hệ số nền, kể từ mặt đất trong trường hợp móng cọc đài cao, hoặc kể từ đáy đài trong trường hợp móng cọc đài thấp, m;

g_c là hệ số điều kiện làm việc (đối với cọc độc lập g_c= 3).

...

G.4.1. Cọc chịu tải trọng đứng

Trường hợp cọc bố trí theo hàng và cột cho đất dính:

(G11)

Trong đó: D: Đường kính hoặc cạnh cọc;

S: Khoảng cách giữa 2 tâm cọc;

m: Số hàng cọc;

n: Số cọc trong 1 hàng.

+ Đất dính: Các trường hợp sau không yêu cầu giảm hệ số nhóm:

- Bệ cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất;

...

Nếu bệ cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất và đất trên bề mặt là mềm yếu thì:

+ h = 0,65 khi khoảng cách tim cọc đến tim cọc = 2,5D;

+ h = 1,00 khi khoảng cách tim cọc đến tim cọc = 6,0D;

Các trường hợp khác thì nội suy.

+ Đất rời: hệ số nhóm bằng 1.

G.4.2. Cọc chịu tải trọng ngang

Xét ảnh hưởng tương tác của toàn bộ nhóm cọc (không xét tới ảnh hưởng riêng lẻ từng cọc):

Bảng G4 - Hệ số nhóm cọc ảnh hưởng tới sức chịu tải ngang của cọc

S/D

...

3,5

4,5

Hệ số nhóm h

0,40

0,45

...

0,55

0,60

0,65

1,00

CHÚ THÍCH: D là đường kính hoặc cạnh cọc; S là khoảng cách giữa hai tâm cọc

G.5. Biến dạng giới hạn của hệ móng cọc

+ Độ lún cho phép [S]: độ lún cho phép của móng cọc; từ 8,00 cm đến 10,00 cm; hoặc có thể xác định .

+ Độ lún lệch tương đối cho phép [∆S₁/L]: trong khoảng từ 0,002 đến 0,004.

+ Chuyển vị ngang cho phép [y]: Chuyển vị ngang cho phép lớn nhất của cọc, [y] ≤ 3,80 cm.

...

Trong đó:

L_khoang: chiều dài của nhịp ngắn kề với trụ đó tính bằng m và lấy ít nhất là 25m.

PHỤ LỤC H

(Tham khảo)

Tính toán ổn định bệ trụ đỡ

H.1. Các sơ đồ bố trí móng cọc xiên

Hình H1 - Sơ đồ bố trí móng cọc xiên về 2 phía riêng biệt:

...

Hình H2 - Sơ đồ bố trí móng cọc xiên về 2 phía kết hợp

H.2. Mô đun phản lực nền cho tính toán ổn định trụ bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Trong trường hợp mô phỏng hệ cọc và nền trong mô hình không gian bằng phần mềm Sap 2000 với đất nền được thay thế bằng hệ lò xo tại các vị trí dọc theo cọc:

Hệ số nền theo phương ngang:

K_s = s₁.A_s +s₂.B₂.Zⁿ (H1)

Trong đó: s₁; s₂: Hệ số phụ thuộc vào tiết diện cọc;

Cọc vuông: s₁=s₂= 1

Cọc tròn: s₁=1,3 đến 1,7; s₂= 2,0 đến 4,4

A_s; B_s: Hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất;

...

c, g: Lực dính, góc ma sát của lớp đất;

C: Hệ số ứng với chuyển vị của điểm tính toán trong nền; C= 40;

Z: Độ sâu tại điểm đang xét trên cọc, m;

N_c, N_g, N_q: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát của đất;

n: Hệ số mô đun phản lực nền, n = 0,4 đến 0,5;

Hệ số nền theo phương đứng:

Đất dính: K_vs =0,1.E₀.D^-3/4 (H2)

Đất rời : K_vs =0,05.E₀.D^-3/4

Trong đó:

...

Mô đun đàn hồi của nền (T/m²);

Giá trị xuyên tĩnh SPT;

Bề rộng của cọc, m.

H.3. Tính toán lún và biến dạng của bệ trụ móng

H.3.1. Về độ lún của cọc đơn:

Trong trường hợp dưới bệ trụ bố trí ít cọc (từ 1 đến 5) cọc cần kiểm tra độ lún cho cọc đơn:

...

Trong đó:

S₁: Độ co của vật liệu làm cọc

S₂: Biến dạng của nền dưới mũi cọc;

S₃: Chuyển vị thẳng đứng của cọc do ma sát bên của cọc.

H.3.2. Kiểm tra độ lún đất nền xung quanh hệ nhóm cọc:

Tải trọng tác dụng lên cọc đầu cọc sẽ ảnh hưởng đến đất nền xung quanh, vì thế cần kiểm tra áp lực tính toán do cọc biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình trên đầu cọc gây ra biến dạng đất nền theo TCVN 10304 : 2014 so với sức chịu tải của đất nền.

- Kiểm tra khối đất nền dưới mũi cọc:

F_qđ = (A₁ + 2.H.tgα).(B₁+2.H.tgα) (H4)

Trong đó:

...

H: Khoảng cách từ đáy đài cọc đến đáy khối móng quy ước, m;

(Trong trường hợp lớp đất ngay dưới bệ trụ là lớp đất bùn yếu thì chiều cao H là khoảng cách từ đáy lớp đất yếu đến đáy khối móng quy ước):

j_tb: Góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên; α = j_tb/4. Trong trường hợp cọc đóng xiên theo phương nào thì α =0.

- Kiểm tra cường độ của đất nền theo điều kiện sau:

s_max ≤ 1,2R. (H5)

Với s_max, s_min: ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất tại đáy khối móng quy ước, xác định như sau:

(H6)

Trong đó:

...

N_đ = N_tt + N_đ + N_c

N_tt: Tải trọng tính toán tác dụng lên khối móng;

N_đ: Trọng lượng đất trong khối móng quy ước;

N_c : Tổng trọng lượng của toàn bộ cọc trong móng;

F_qư: Diện tích đáy khối móng quy ước;

M_y: Mômen uốn quanh trục y tính đến đáy khối móng quy ước;

M_x: Mômen uốn quanh trục x tính đến đáy khối móng quy ước;

W_x: Mô men chống uốn của diện tích đáy móng theo phương x;

W_y: Mô men chống uốn của diện tích đáy móng theo phương y;

...

- Tính lún cho khối móng quy ước: Do lớp địa chất mũi cọc xuyên qua khá dầy nên độ lún của móng quy ước được tính như móng nông trên nền thiên nhiên. Tại đáy khối móng, áp lực trung bình tiêu chuẩn:

+ Chia khối đất thành nhiều lớp bằng nhau có chiều dày là h_i.

+ Tính lún theo công thức: S = SS_i (coi đất nền làm việc trạng thái đàn hồi)

(H8)

Trong đó:

s_zđi: Ứng suất tăng thêm của đất dưới đáy móng;

s_zi= K.( s_tb-g_tb.H): Ứng suất gây lún của khối móng;

E_0i: Mô đun biến dạng của lớp đất thứ i dưới khối móng;

K: Hệ số phụ thuộc tỷ số l/b, 2z/b đã được lập sẵn thành bảng.

...

PHỤ LỤC I

(Tham khảo)

Tính toán ổn định nền trong khung vây

I.1. Kiểm tra ổn định chống đẩy trồi:

I.1.1. Đối với đất sét thuần sét (coi j= 0)

I.1.1.1. Nền có 1 lớp sét:

Hình I1 - Sơ đồ tính đẩy trồi đáy khung vây với nền 1 lớp sét

...

p = [(g_bh - g_n).H + g_n(H + H₁)].B₁ (I1)

Trong đó:

g_bh: Dung trọng bão hòa của đất, T/m³;

g_n: Dung trọng của nước, T/m³;

C_u: Lực kháng dính của đất, T/m²;

B: Bề rộng hố móng, m;

H: Chiều cao từ mặt đất ngoài hố móng đến đáy hố móng, m;

H₁: Chiều cao từ mực nước đến mặt đất ngoài hố móng, m;

T: Bề dày lớp đất sét dưới đáy hố móng, m;

...

Khả năng chịu tải của nền đất:

q_d = 5,7.C_u.B₁(I2)

Lực giữ do ma sát với đất phía trong khung vây với cừ:

q_c = (1+α).C_u.D (I3)

Trong đó:

D: Chiều sâu của tường;

α: Hệ số chiết giảm lực dính giữa cọc và đất, chọn α = 0,5 đến 1,0

Hệ số an toàn chống đẩy trồi của nền K ≥ 1,5 (theo Terzaghi):

(I4)

...

Hình I2 - Sơ đồ tính đẩy trồi đáy khung vâyvới nền nhiều lớp sét

(I5)

I.1.1.3. Ổn định chống đẩy trồi đáy hố móng bằng lớp bơm phụt

(I6)

Trong đó: C_b: Lực dính giữa lớp bơm phụt và tường cừ;

g_b: Trọng lượng riêng của lớp bơm phụt;

H_b: Chiều cao lớp bơm phụt;

I.1.1.4. Ổn định chống đẩy trồi đáy hố móng bằng lớp bơm phụt và cọc

...

Trong đó: F_j: Tổng lực neo giữ của cọc ở lớp bơm phụt

Hình I3 - Sơ đồ tính đẩy trồi đáy khung vây với lớp bê tông bịt đáy và cọc

I.1.2. Đối với đất sét khi đồng thời xét cả j, c ¹ 0

Hệ số ổn định chống đẩy trồi K ≥ 1,2:

(I8)

Trong đó:

D: Độ sâu tường cừ cắm vào nền;

H: Chiều cao từ mặt đất tự nhiên đến đáy hố móng;

...

H₁: Chiều cao cột nước từ mặt nước tính toán đến mặt đất tự nhiên;

g₂: Trọng lượng trung bình tự nhiên của các lớp đất ở phía trong hố kể từ mặt đào đến đáy tường

N_q, N_c: Hệ số tính toán khả năng chịu lực giới hạn của đất nền

(I9)

I.2. Tính toán chiều dày bê tông bịt đáy chống đẩy nổi

I.2.1. Lực đẩy nổi khung vây

P_đn = β.H.F.g_n(I10)

Trong đó :

H: Chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bê tông bịt đáy đến mực nước thi công;

...

g_n: Dung trọng của nước;

β: Hệ số triết giảm áp lực thấm, phụ thuộc vào loại đất nền.

Bảng I1 - Hệ số triết giảm áp lực thấm

Loại đất nền

Hệ số triết giảm áp lực thấm β

Đất sét

Từ 0,50 đến 0,80

Đất cát pha

Từ 0,80 đến 0,90

...

1,00

I.2.2. Lực cản chống đẩy nổi (P_g) bao gồm:

- Trọng lượng bản thân của các bộ phận khung vây (P₁): cọc ván thép, vành đai, khung chống, bê tông bịt đáy, Để đơn giản và thiên về an toàn chỉ xét đến trọng lượng của khối bê tông bịt đáy:

P₁ = F.h_b.g_b(I11)

g_b: Trọng lượng riêng của bê tông vữa dâng.

- Lực ma sát giữa hệ cọc của công trình với bê tông bịt đáy (P₂)

P₂ = n.F_tx.f₁(I12)

Trong đó:

n: Số cọc

...

f₁: ma sát đơn vị giữa cọc bê tông và bê tông bịt đáy.

- Lực ma sát giữa chân cọc ván thép và bê tông bịt đáy (P₃):

P₃ = C.h_b.f₂ (I13)

Trong đó:

C: Chu vi khung vây, tính theo đường tim cọc ván thép;

f₂: Lực ma sát đơn vị của đất trong phạm vi cắm cọc ván thép.

P_g = P₁ + P₂ + P₃ (I14)

I.2.3. Điều kiện an toàn của khung vây:

P_g ≥ k.P_đn

...

Chiều dầy lớp bê tông bịt đáy (h_b) như sau:

(I15)

PHỤ LỤC K

(Tham khảo)

Thiết bị quan trắc

Thứ tự

Nội dung quan trắc

Thiết bị đo

...

Quan trắc lún mặt

1. Mốc quan trắc lún mặt bằng bê tông cốt thép

2. Mốc bằng thép

- Bằng bê tông hay thép đặt trực tiếp lên đỉnh trụ pin, được quan trắc bằng phương pháp trắc đạc.

Quan trắc chuyển vị ngang

1. Mốc ngắm quan trắc chuyển vị ngang bằng phương pháp trắc đạc

2. Quan trắc chuyển vị ngang bằng quả dọi

...

- Bằng bê tông hay thép đặt trực tiếp lên mặt trụ pin, hay mang đập được quan trắc bằng phương pháp trắc đạc

Quả lắc thuận có chân cố định vào nền, trên đỉnh tự do di chuyển. Quả lắc đảo ngược lại: cố định trên đỉnh và tự do di chuyển dưới đáy. Căn cứ vào sự dịch chuyển so với hướng thẳng đứng ban đầu, cho biết độ chuyển vị ngang, nghiêng, lệch.

Quan trắc mực nước

Cột thủy chí

- Bằng bê tông, thép, nhựa, hoặc gỗ đặt bên trụ pin phía thượng và hạ lưu trước tuyến quan trắc.

Quan trắc khác

1. Camera

...