Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9143:2012 về Công trình thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất

• Số hiệu: TCVN9143:2012
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2012

xvào = 0,44	x'ng = 0,65
xng = 0,10	xra = 0,62
	= 0,44

Sau đó với T'₁ = T"_tt  = 25m và S_ra = S = 2,5 (m)

Ta xác định được:

Và theo biểu đồ ở hình A10, ta tìm được hệ số a = 0,4.

Cuối cùng theo công thức (65) ta tính được J_ra:

Phụ lục B

(Quy định)

Tính toán thấm của đường viền dưới đất đã cho theo phương pháp kéo dài đường viền của R.R. Trugaev khi biết cao độ mực nước thượng và hạ lưu

...

...

...

Khi tính toán đường viền dưới đất đã cho theo phương pháp kéo dài đường viền, cần phải xét đến các chỉ dẫn chung đã trình bày ở điều A.1 của phụ lục A; đồng thời cũng cần sử dụng khái niệm về tầng không thấm tính toán và độ sâu của nó được xác định như đã chỉ dẫn ở điều A.2 của phụ lục A.

Cần chú ý rằng, khi thỏa mãn được các điều kiện (49) thì độ chính xác của phương pháp tính toán đơn giản này thực tế cũng giống như của phương pháp hệ số sức kháng.

Theo phương pháp kéo dài đường viền thì mỗi bộ phận đã được tách ra của đường viền dưới đất (điều A.3 phụ lục A) được thay thế bằng một bộ phận nằm ngang qui ước nào đó mà chiều dài ảo của nó là:

l = x . T_tb                       (70)

Trong đó:

x: là hệ số sức kháng của bộ phận đường viền đang xét;

T_tb: độ sâu trung bình của mặt tầng không thấm tính toán.

Rõ ràng là từ các công thức (50) và (51) chiều dài qui ước đối với các bộ phận riêng biệt của đường viền có thể được xác định tương ứng với hệ thức (70) bằng những công thức sau đây:

a) Đối với bất kỳ bộ phận bên trong nào của đường viền:

...

...

...

b) Đối với bộ phận chỗ vào và chỗ ra của đường viền:

l_vào = l_ra = I_bt + 0,44T_tb = I_bp + l_o                          (72)

Trong đó:  l_o = 0,44T_tb                                         (73)

Có thể gọi là "đoạn sức kháng bổ sung" ở chỗ vào hoặc chỗ ra của dòng nước thấm; các ký hiệu còn lại đã cho ở phụ lục A xem công thức (50) và (51).

Toàn bộ chiều dài qui ước của cả đường viền dưới đất, theo các công thức (71) và (72) được viết dưới dạng:

l = + 2 .0,44T_tb­ = L + 0,88T_tb = L + 2 l_o

Trong đó: L là chiều dài thực tế của đường viền dưới đất.

B.2. Lập giản đồ áp lực thấm tác dụng lên đế đập và sân phủ và xác định cột nước ở mũi cừ (hoặc chân khay) ở chỗ đi ra của dòng thấm

Sau khi đã xác định độ sâu tính toán của tầng không thấm T'_tt (điều A.2 phụ lục A) và sau khi đã định trị số T_tb xuất phát từ độ sâu đó, ta sẽ triển khai đường viền dưới đất đã cho (hình B1 a) theo đường nằm ngang AB như ở (hình B1 b). Chiều dài của đường này là chiều dài L của đường viền dưới đất.

...

...

...

Hình B1 - Biểu đồ áp lực thấm lập theo phương pháp kéo dài đường viền I - Tầng không thấm

Từ điểm A', kẻ một đoạn thẳng đứng từ dưới lên bằng chiều cao cột nước Z trên công trình, ta sẽ có điểm C', nối C'B', ta có các diện tích gạch chéo như ở hình B1 b. Các diện tích này là các giản đồ áp lực đối với các bộ phận nằm ngang của đường viền 2-3 và 4-5. Khi làm như thế cần chú ý rằng mặt chuẩn O - O (áp lực được tính từ mặt phẳng đó) là lấy ngang bằng với mực nước hạ lưu.

Khi đã có các giản đồ áp lực nêu trên ta lập giản đồ áp lực đẩy ngược tác dụng lên đế đập. Muốn thế, ta cộng thêm các trị số, độ sâu của các điểm của đường viền dưới đất dưới mực nước hạ lưu (xem công thức 2) vào các tung độ của giản đồ đã tìm được.

Cần chú ý rằng các đường đậm nằm ngang 1-2 và 5-6 ở hình B1 b là chiều dài của các bộ phận vào và ra của đường viền (I_vao và I_ra); các đoạn thẳng đứng 2-2' và 5-5' biểu thị áp lực tương ứng tại các điểm 2 và 5 (hình B1 a)

Nếu muốn tìm chính xác các trị số áp lực này, khi có bất đẳng thức (53) ta tiến hành như đã chỉ dẫn ở điều A.5, của phụ lục A (xem hình B1 a, ở đây nhờ trị số hiệu chỉnh d ta đã tìm được áp lực 5-5" thay cho áp lực 5-5')

Khi đã biết trị số h_ra ta có thể xác định được áp lực ở mũi cừ (hoặc ở chân khay) chỗ ra (h_cđ)_­ như đã nói ở điều A.6 của phụ lục A.

B.3. Xác định độ dốc đo áp lớn nhất tại chỗ ra ở đáy hạ lưu

Độ dốc đo áp lớn nhất tại chỗ ra J_ra (độ dốc ở điểm 6) khi có tầng không thấm tính toán T"_tt (điều A.2 của phụ lục A), được xác định theo phương pháp sau đây. Xuất phát từ trị số T"_tt sau khi đã xác định trị số T_tb ta cũng vẽ như trong trường hợp tìm giản đồ áp lực thấm (hình b) rồi cũng trên hình vẽ đó, ta dịch điểm B' vào điểm B theo đường nằm ngang và ta vạch một đường dốc đứng 5'-B. Độ dốc của đường này là độ dốc đo áp bình quân tại bộ phận chỗ ra của viền. Từ trị số độ dốc bình quân này tìm trị số J_ra bằng công thức:

...

...

...

Trong đó: I_ra: chiều dài bộ phận ra của đường viền;

h_ra: biểu thị bằng đoạn 5-5' (hình B.1 b);

b: hệ số phụ thuộc vào các tỷ số sau đây (các ký hiệu cần thiết ghi ở hình B2)

a) Trong trường hợp có sơ đồ như hình B2 a:

Rõ ràng trị số trung bình b ở đây có thể lấy bằng:

b_tb = từ 0,9 đến 1,0                 (77)

b) Trong trường hợp có sơ đồ như hình B2 b

...

...

...

b_tb = từ 1,1 đến 1,2                 (79)

Khi thỏa mãn bất đẳng thức (53) thì công thức (75) phải viết lại theo dạng:

J_ra = b . d .                       (80)

Vì trong trường hợp các đại bộ phận thực tế d = 1,0 và trị số b gần bằng 1, nên có thể tính gần đúng:

Nghĩa là giả định trị số J_ra bằng độ dốc của đường xiên 5' - B ở hình B1 b.

Cần chỉ ra rằng sau khi đã lập xong đường đo áp tương tự cho đoạn đi vào của đường viền dưới đất, ta có được một đường dốc đứng C - 2' (hình B1 b), độ dốc của đường này xác định trị số tương đương của gradien lớn nhất ở chỗ vào J_ra trên mặt đáy thượng lưu.

Cũng cần nói thêm rằng, trong trường hợp tầng không thấm thực nằm rất sâu thì cần phải đưa thêm hệ số an toàn gần bằng 1,1 vào các biểu thức tính độ dốc đo áp ở chỗ ra và chỗ vào.

...

...

...

B.4. Xác định lưu lượng thấm

Chiều dài qui ước của đường viền dưới đất l có thể biểu thị bằng công thức:

l = T_tb .         (82)

Từ công thức này rút ra được đại lượng và thay nó vào công thức (69), ta sẽ có hệ thức tính toán lưu lượng q như sau:

Trong đó: T_tb phải được xác định đối với tầng không thấm thực.

Khi tầng không thấm thực nằm sâu thì công thức (83) cũng như công thức (69) sẽ cho sai số khá lớn.

B.5. Xác định độ dốc đo áp J_ng dọc theo các bộ phận nằm ngang của đường viền dưới đất

Độ dốc của đường đo áp P-P vẽ cho các bộ phận nằm ngang của đường viền dưới đất sẽ ký hiệu là J_ng (xem ví dụ ở hình A1).

...

...

...

J_ng =         (84)

Ngoài ra ở đây khi tính độ bền thấm của nền (phụ lục G) trị số T_tb được xác định xuất phát từ độ sâu của tầng không thấm tính toán T'_tt.

B.6. Ví dụ tính toán

Cho một sơ đồ công trình như ví dụ đã giới thiệu ở điều A.9 phụ lục A (hình A13). Vị trí của tầng không thấm tính toán được xác định bằng kích thước T"_tt = 12,5 m và T"_tt = 25,0 m (kết quả tính toán từ điều A.9 ví dụ ở phụ lục A).

B.6.1. Lập giản đồ áp lực đẩy ngược:

Theo các công thức (71) và (72) thì chiều dài qui ước của các bộ phận riêng biệt của đường viền bằng:

l₁ = 0 + l_o - 0 + 0,44 . 12,5 = 5,5 m;

l_1-2 = 5 + l_o = 5 + 0,44 . 12,5 = 10,5 m;

l_2-3 = 2 . 5 = 10,0 m;

...

...

...

Ở đây dùng các chỉ số của l để biểu thị các bộ phận của đường viền tương ứng với cách đánh số các điểm của đường viền trong hình A13.

Rõ ràng đoạn sức kháng bổ sung l_o bằng:

l_o = 0,44 . 12,5 = 5,5 m;

Theo công thức (74), toàn bộ chiều dài qui ước của đường viền bằng:

l = L + 2 l_o = 5,5 + 5,0 + 10,0 + 20,0 + 10,5 = 51 m;

trị số độ dốc đo áp J_ng (công thức 84) bằng:

J_ng = = 0,196

Tổn thất cột nước trên chiều dài của các bộ phận riêng biệt của đường viền bằng:

h₁ = J_ng . l₁ = 0,196 . 5,5 = 1,08 m;

...

...

...

h_2-3 = 0,196 . 10 = 1,96 m;

h_3-4 = 0,196 . 20 = 3,92 m;

h_4-5 = 0,196 . 10,5 = 2,06 m;

Đường áp lực (đường nét đứt) trên hình A13 được vẽ theo các tổn thất cột nước đó.

Khi đã biết vị trí của đường áp lực này, ta dễ dàng tìm được giản đồ áp lực đẩy ngược (xem hình A1 giản đồ đó được gạch chéo).

Những vấn đề có liên quan đến trị số hiệu chỉnh ở chỗ vào và chỗ ra của đường viền dưới đất đều giải quyết như trong điều A.9 ví dụ ở phụ lục A.

B.6.2. Xây dựng áp lực tại mũi cừ (điểm b)

Theo các công thức (57) và (59) ta có:

h_mc = . 2,06 = 1,53 m

...

...

...

Trong trường hợp này (T"_tt : T'_tt) = 2 nên chiều dài qui ước của toàn bộ đường viền dưới đất có thể viết dưới dạng:

l = l' + 2 l_o

Trong đó: l', l_o là các trị số đã tìm được điểm tại 1 khi độ sâu tính toán tầng không thấm T'_tt = 12,5 m.

Ứng với công thức đã dẫn:

l = 51 + 2 . 5,5 = 62 m;

Chiều dài qui ước của bộ phận ra của đường viền:

l_4-5 = 2 . 2,5 + 0,44 . 25 = 16 m;

Tổn thất cột nước ở bộ phận ra của đường viền:

h_ra = = 2,58 m;

...

...

...

Hệ số d tìm được theo biểu đồ ở hình A8, với S/T₁ = 0,1 , bằng d = 0,9.

Khi đưa hệ số an toàn 1,1 (do độ sâu tầng không thấm quá lớn) vào công thức (80), ta sẽ có:

Hiển nhiên, việc tính toán đường viền dưới đất nêu trong ví dụ này có thể tiến hành theo dạng biểu đồ như đã giới thiệu ở hình B1.

Phụ lục C

(Quy định)

Tính toán sự phân bố áp lực dọc theo mặt trượt đi qua độ sâu dưới đế đập

C.1. Trường hợp tầng không thấm thực nằm không quá sâu (hình C1)

...

...

...

a) Các tiếp tuyến với các đường đẳng áp ở các điểm 3, 4, 5 phải nghiêng so với mặt nằm ngang một góc 45^o;

b) Các đường đẳng áp ở các điểm 2', 3', 4', 5' phải có tiếp tuyến thẳng đứng;

c) Khi :     T > 2,5S đến 3,0S                       (85)

thì mỗi một đường trong số các đường 3-3', 4-4', 5-5' cần có đường tiệm cận thẳng đứng cách đường thẳng đứng đi qua hàng cừ tương ứng một khoảng bằng:

a = S              (86)

thực ra trên chiều sâu T_o = 2,5S đến 3,0S mỗi đường đẳng áp sẽ hợp nhất với đường tiệm cận của nó và hình thành đường thẳng đứng.

Hình C1 - Sơ đồ tính toán sự phân bố áp lực ở trong nền - trường hợp tầng không thấm thực ở tầng không sâu; I) Tầng không thấm thực

d) Trong trường hợp khi không có cừ hoặc không có chân khay (điểm 2 của đường viền ở đó chỉ có bậc thẳng đứng) thì đường đẳng áp tương ứng (đường 2-2') có thể xem như là đường thẳng đứng (chú ý rằng bậc 1-2 phải đủ lớn).

...

...

...

C.2. Trường hợp tầng không thấm thực nằm sâu (hình C2)

Trong trường hợp này, theo đề nghị của R.R. Trugaev, tiến hành bằng phương pháp sau:

Trước hết từ điểm O ta vạch một nửa đường tròn ABC có bán kính R » từ 1,5 I_o đến 1,0 I_o,

Trong đó: I_o là hình chiếu nằm ngang của đường viền dưới đất,

Đường tròn này có thể coi như là một đường dòng, đồng thời có thể cho rằng áp lực dọc đường tròn này giảm đều (theo qui luật đường thẳng).

Các đoạn của đường đẳng áp ở ngoài phạm vi cung tròn này sẽ là đường thẳng (tia) xuất phát từ điểm O. Sau khi đã vẽ các đường này và sau khi đã vẽ đường đo áp P-P đối với đường viền dưới đất (nghĩa là sau khi đã làm rõ sự phân bố áp lực dọc đường viền), có thể dễ dàng vẽ một cách gần đúng các đường đẳng áp cho vùng nền nằm trong đường tròn ABC (ở hình C2, ta thấy rõ ràng các đường đẳng áp kể trên phải cắt thẳng góc với đường viền dưới đất ở các điểm tương ứng của chúng).

Căn cứ vào các đường đẳng áp đã có đối với bất kỳ đường MN nào đi qua một độ sâu nào đó ở phía dưới đế đập đều có thể xây dựng biểu đồ áp lực ngược căn cứ vào công thức (2).

Hình C2 - Sơ đồ tính toán sự phân bố áp lực trong nền - trường hợp tầng không thấm thực tế ở sâu

...

...

...

Phụ lục D

(Quy định)

Quan điểm tính toán đối với trường hợp thấm trong nền không đồng nhất gồm các lớp đất nằm ngang khác nhau

D.1. Giới thiệu

Trong trường hợp nền không đồng nhất (về mặt thấm), trước tiên theo chỉ dẫn ở điểm 2 của phụ lục I, cần phải xác định chiều sâu của vùng hoạt động T”_hđộng do áp lực. Cần thấy rằng, các tầng đất nằm ở độ sâu lớn hơn T’_hđộng hoàn toàn không ảnh hưởng gì đến tình hình thấm ở trong vùng đường viền dưới đất của đập.

Khi xem xét phạm vi đất nằm trong vùng hoạt động thấm, cần phân biệt các dạng phân vỉa theo hướng nằm ngang với các trường hợp tại điều D.2; điều D.3, điều D.4 sau đây:

D.2. Trường hợp khi trong nền có các lớp đất tương đối mỏng ít thấm nước với hệ số thấm là K₁ xen kẽ với các lớp đất tương đối mỏng thấm nước mạnh với hệ số thấm là K₂ (hình D1)

Hình D1 - Sơ đồ tính toán nền đồng chất không đẳng hướng: I) giới hạn của vùng hoạt động thấm mạnh

...

...

...

và “hệ số thấm ngang” bằng:

Trong đó: t₁ và t₂ - chiều dày của các lớp riêng biệt, xem hình D1 a.

Nền không đẳng hướng đã qui đổi được tính toán theo chỉ dẫn của Điều 7.3.

Trường hợp nền có nhiều lớp cũng có thể tính toán theo phương pháp tương tự điện thủy động (ЭГдA)

D.3. Trường hợp đất có hai lớp (hình D2)

Ở đây phân biệt 4 trường hợp

...

...

...

K₂ - hệ số thấm của lớp dưới;

K₁ - hệ số thấm của lớp trên;

Lớp dưới thực tế có thể xem như một lớp tuyệt đối không thấm nước, và có thể cho rằng mặt của tầng không thấm thực là đường MN (xem hình vẽ).

b) Nếu              K₁ > K₂ > K₁                                                             (91)

Thì mặt của tầng không thấm thường có thể lấy là đường M’N’ nằm dưới đường MN với một khoảng     

t’ = t₂ .                                                        (92)

trong đó: t₂ - chiều dày của lớp dưới, khi đó nền đang xét coi như đồng nhất và có hệ số thấm bằng K₁

Hình D2. Sơ đồ tính toán nền có hai lớp đất nằm ngang; I) giới hạn của vùng hoạt động thấm

...

...

...

Trước tiên ta tính toán nền đã cho với giả thiết nó là đồng nhất, khi đó mặt của tầng không thấm nằm theo đường A-A (hình D2)

Sau đó cũng tính toán nền đó với giả thiết nó là đồng nhất, khi đó mặt của tầng không thấm nằm trên đường MN.

Rồi lấy trị số trung gian nào đó giữa các trị số tìm được trong hai trường hợp trên để làm trị số tính toán.

Cần chú ý rằng các chỉ dẫn đã nêu ở đây không được dùng cho trường hợp khi hàng ván cừ có chiều sâu lớn (khi đầu dưới của ván cừ nằm rất gần đường MN).

c) Nếu:                          K₂ ≥ 10K₁                                              (93)

Lớp đất ở dưới thực tế có thể xét như lớp tuyệt đối thấm nước, nghĩa là có thể giả định:

K₂ = ∞                                                   (94)

Khi đó vùng đất ở lớp dưới xem như vùng có áp lực cố định bằng Z/2 (khi mặt chuẩn nằm tại mực nước hạ lưu). Tình hình thấm ở trường hợp này có dạng như hình D3. Rõ ràng là đường dòng giới hạn tách dòng chảy phía trên, là đường có dạng cong abc, dòng chảy phía trên chỉ chuyển động trong phạm vi lớp đất ở trên. Khi tính toán, đường cong này có thể coi là mặt không thấm tính toán. Nhưng vị trí của đường cong abc chúng ta không biết. Vì vậy trong trường hợp này việc tính toán thấm phải dựa vào phương pháp thí nghiệm tương tự điện thủy động (A). Nhưng cần thấy rằng gradien ở chỗ thoát nước ra (ở vùng hạ lưu) cách xa đập, sẽ bằng:

J = Z/2t₁                                                            (95)

...

...

...

Hình D3 - Sơ đồ để tính toán nền có tầng thấm mạnh ở bên dưới.

d) Trường hợp khi                     K₁ < K₂ < 10 K₁              (96)

Ở đây các số liệu phải tìm sẽ nằm ở khoảng giữa các số liệu tìm được trong trường hợp đất đồng nhất, đồng thời mặt của tầng không thấm trùng với đường A-A (hình D3) và trường hợp khi đất đồng nhất và mặt của tầng không thấm trùng với đường cong abc đã nói ở trên (hình D3) khi đó việc tính toán thấm cần thực hiện theo phương pháp tương tự điện thủy động (ЭГдA).

D.4. Trường hợp đất có nhiều lớp (ba, bốn lớp, v.v…)

Trong trường hợp này cần làm theo các chỉ dẫn áp dụng cho 2 lớp đất giới thiệu ở trên:

a) Khi tính toán các lớp đất ở trên thì coi các lớp đất ở dưới là hoàn toàn không thấm nước nếu hệ số thấm của các lớp này là nhỏ (nhỏ hơn 1/10 hệ số thấm của các lớp ở trên).

b) Coi các lớp đất nằm ở dưới là thấm nước tuyệt đối nếu hệ số thấm của chúng rất lớn (lớn hơn 10 lần hệ số thấm của các lớp ở trên);

c) Áp dụng nguyên tắc đã nêu ở trên, quy đổi đất không đồng nhất thành đất đồng nhất (khi lớp bên dưới là đất thấm ít hơn lớp bên trên).

Tuy nhiên về cơ bản, để tính toán trường hợp này cần dùng phương pháp tương tự điện thủy động.

...

...

...

Phụ lục E

(Quy định)

Xét độ thấm nước của sân phủ khi tính toán thấm của nền đập

E.1. Mô phỏng thấm nước của sân phủ

Khi sân phủ làm bằng đất loại sét, nước sẽ thấm qua sân phủ này như các mũi tên chỉ ở hình E1.

Các ký hiệu trong hình vẽ:

I_s: chiều dài sân phủ thấm nước;

t: chiều dày của sân phủ thấm nước (khi tính toán, sân phủ xem như có một chiều dày như nhau, bằng chiều dày bình quân nào đấy);

K_s: hệ số thấm của đất sân phủ:             K_o: hệ số thấm của đất nền;

...

...

...

Hình E1 - Sơ đồ tính toán đập có sân phủ thấm nước: I) Tầng không thấm thực

Trong trường hợp, khi mặt tầng không thấm nằm không sâu lắm, cụ thể là khi T_ds ≤ (1,0 đến 1,5)l_s ngoài ra khi tỷ số (K_o:K_s) khá lớn, để tính toán sơ đồ đã dẫn ở hình E1, theo sự nghiên cứu của A.A.U-ghin-trút, sân phủ thực thấm nước có chiều dài I_s có thể thay thế bằng sân phủ giả định ngắn hơn và hoàn toàn không thấm nước có chiều dài l_s^o  (hình E2).

Hình E2 - Sơ đồ tính toán đập có sân phủ thấm nước: I) tầng không thấm thực tế; II) Sân phủ thực thấm nước; III) Sân phủ tưởng tượng tuyệt đối không thấm nước đã được rút ngắn

Trị số I_s^o có thể được xác định theo biểu đồ của R.R. Trugaep trên hình E3 phụ thuộc vào các trị số I_s/T_ds; t_tđ/t_ds

trong đó: t_tđ - chiều dày tính đổi của sân phủ:      t_tđ = t.K_o/K_s                    (97)

Hình E3 - Đồ thị để xác định chiều dài của sân phủ tưởng tượng tuyệt đối không thấm nước (thay thế cho sân phủ thực tế thấm nước): I) Sân phủ không thấm nước; II) Chiều dài giới hạn của sân phủ thấm nước.

...

...

...

Phân tích biểu đồ trên hình E3, thấy rằng chiều dài của sân phủ thấm nước phải luôn luôn thỏa mãn điều kiện:      l_s ≤ (l_s)_gh                                                 (98)

trong đó: (l_s)_gh gọi là chiều dài giới hạn của sân phủ thấm nước, xác định theo công thức:

Cần thấy rằng khi chiều dài của sân phủ I_s = (l_s)_gh thì lưu lượng thấm phía dưới đập chỉ nhỏ hơn lưu lượng thấm khi I_s = ∞ có 3,6%.

Sau khi đã tìm được chiều dài của sân phủ I_s^o theo biểu đồ trên hình E3 thì tiến hành tính toán thấm của nền đập có sân phủ rút ngắn theo chỉ dẫn ở phụ lục A hoặc phụ lục B. Nhờ có kết quả tính toán ấy ta sẽ vẽ được đường đo áp P’₁P₂P₃ (hình E2). Đường này trên đoạn P’1P₂ mang tính chất quy ước. Khi lập đường đo áp thực cho đế sân phủ (đường P₁P₂) để tính toán độ bền thấm của sân phủ, ta tiến hành bằng phương pháp sau đây:

a) Tính toán tổn thất cột nước h_vào trong phạm vi bộ phận vào của sân phủ thực, thấm nước; khi đó ta dùng công thức:   h_vào = A . h’_vào                                  (100)

trong đó: h’_vào - tổn thất cột nước trong phạm vi bộ phận vào của sân phủ được rút ngắn tưởng tượng (tìm được khi vẽ đường đo áp P’₁P₂P₃);

A - Hệ số xác định theo biểu đồ ở hình E4, phụ thuộc vào các tỷ số:

...

...

...

Hình E4 - Đồ thị để tính tổn thất cột nước h vào ở đoạn của nền sân phủ thấm nước

b) Đặt trị số h_vào đã tìm được vào chỗ tương ứng của hình vẽ (hình E2), khi đó ta có điểm a của đường đo áp phải tìm.

c) Qua điểm a ta vạch một đường đo áp ab phải tìm như thế nào để cho đường cong này tiếp tuyến với đường thẳng a’b ở điểm b.

Cuối cùng, cần chú ý khi xác định vùng hoạt động thấm (phụ lục A) phải xuất phát không phải từ chiều dài thực của sân phủ I_s mà từ chiều dài tính toán quy ước I_s^o (đã được rút ngắn) xác định theo biểu đồ trên hình B1.

Phụ lục F

(Quy định)

Xét độ thấm nước của các hàng ván cừ khi tính toán thấm

Khi tính toán thấm để xét độ thấm nước của hàng ván cừ (thông thường làm bằng kim loại, gỗ hoặc bê tông cốt thép) đóng vào đất, cần tiến hành theo cách sau đây:

...

...

...

Trong trường hợp này, theo E.A. Trugaeva, ván cừ đang xét (hình F1 a) phải được thay thế bằng một cái lõi (lớp đất thẳng đứng) nào đó có hệ số thấm như đất ở chung quanh. Chiều dày của lõi này ký hiệu là Φ được gọi là “chiều dày quy ước” của hàng cừ được đóng đến tầng không thấm. Trị số Φ có thể được giải thích bằng hình F1:

Φ = l₂ - l₁                                                           (101)

Trong đó:

l₁: chiều dài của khối đất ở hình F1 b (ở đây không có cừ);

l₂: chiều dài của khối đất ở hình F1 a (ở đây có cừ).

Giả thiết rằng cả hai khối đất đã nêu ở hình F1 đều có cùng một chiều cao T’ và làm việc trong cùng một điều kiện các trị số Z và Q như sau

CHÚ DẪN: Φ = l₂ - l₁;     Z₂ = Z₁;             Q₂ = Q₁;            T₂ = T₁

Hình F1 - Sơ đồ để tính toán đường viền dưới đất có hàng ván cừ đóng đến tầng không thấm (dùng “chiều dày quy ước” của hàng cừ)

...

...

...

CHÚ THÍCH: I;II;III) các hàng ván cừ;       Φ₁;Φ₂; Φ₃) chiều dày ảo của các hàng ván cừ

Hình F2 - Sơ đồ để tính đường viền dưới đất có các hàng ván cừ đóng đến tầng không thấm.

Đối với trường hợp, khi điều kiện thi công bảo đảm lấp kín đất vào các ngàm của ván cừ (khe hở giữa các ván phải nhét đầy đất, không được để hở) thì trị số Φ hiện nay có thể lấy bằng:

Φ = từ 100 m đến 200 m;

Sau khi đã thay thế sơ đồ thực của đường viền dưới đất (gồm cả các hàng cừ thấm nước, hình F2.a) bằng sơ đồ tính toán (không có hàng cừ, nhưng có tấm đáy kéo dài, hình F2.b) thì sơ đồ tính toán đã tìm được được tiến hành theo chỉ dẫn trong các phụ lục A; phụ lục B; phụ lục C; phụ lục D; phụ lục E.

Đưa kết quả tính toán của sơ đồ trên hình F2.b vào sơ đồ hình F2.a, và bỏ các lõi mà ta đã thay thế cho các hàng cừ (áp lực ở các điểm 2, 3, 4, 5 của sơ đồ trên hình F2.a phải bằng áp lực ở các điểm 2, 3, 4, 5 tương ứng trên hình F2.b; gradien ra ở điểm 6 của sơ đồ trên hình F2.a phải bằng gradien ra ở điểm 6 của sơ đồ trên hình F2.b; lưu lượng thấm ở hai sơ đồ này cũng phải như nhau).

F.2. Trường hợp các hàng cừ không được đóng đến tầng không thấm (trường hợp hàng cừ treo)

Trong trường hợp này sau khi đã cho trị số Φ theo chỉ dẫn của điểm trên, trước tiên đối với mỗi hàng cừ của sơ đồ được xét ta tính các tỉ số sau đây:

...

...

...

               T: trị số bình quân số học của các trị số T_thực đó ở bên trái và bên phải của hàng cừ đang xét, ngoài ra T_thực là độ sâu của mặt tầng không thấm thực dưới để đập hoặc phía dưới đáy thượng lưu hoặc hạ lưu.

Sau đó sử dụng biểu đồ trên hình F4, ta tìm được điểm tương ứng với các tọa độ Φ/T và S/T. Nếu điểm này nằm ở vùng “B” của biểu đồ thì độ thấm nước của hàng cừ coi như không đáng kể, và ta xem hàng cừ này tuyệt đối không thấm nước.

Nếu điểm đó nằm ở vùng “C” (trong thực tế rất ít gặp), thì hàng cừ này khi tính toán thấm hoàn toàn có thể bỏ qua.

Hình F3 - Sơ đồ để tính toán đường viền dưới đất có hàng ván cừ không chạm tầng không thấm

Cuối cùng, nếu điểm đó nằm vùng “A” của biểu đồ, thì khi tính toán thấm của đường viền dưới đất ta phải xét đến độ thấm nước của hàng cừ này; khi đó ta tiến hành theo cách sau đây:

a) Theo biểu đồ của S.N.Numêrốp trên hình F5, từ các tọa độ Φ/T và S/T ta tìm trị số “hệ số giảm nhỏ” s của hàng cừ đang xét;

b) Nhân chiều dài S của ván cừ này với hệ số giảm nhỏ s đã tìm được, khi đó ta có chiều dài qui ước của hàng cừ tuyệt đối không thấm nước, tương đương với hàng cừ thực, thấm nước về mặt tiêu hao cột nước;

S_tgđg = s . S                                           (103)

...

...

...

Cuối cùng cần chú ý là trong tính toán sơ đồ quy ước khi xác định chiều sâu vùng hoạt động thấm phải xuất phát từ chiều dài (tương đương St_gđg của ván cừ, chứ không phải từ chiều dài thực S của chúng.

CHÚ DẪN: Vùng A: cừ thấm nước; Vùng B: cừ thực tế không thấm nước, Vùng C - cừ tuyệt đối thấm nước

Hình F4 - Đồ thị để xét ảnh hưởng của độ thấm nước của hàng cừ theo kết quả của tính toán

CHÚ DẪN: Vùng A: vùng của cừ thực tế không thấm nước; Vùng B - vùng của cừ thực tế tuyệt đối thấm nước.

Hình F5 - Đồ thị để xác định hệ số s trong công thức (103)

Phụ lục G

...

...

...

Tính toán độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) theo phương pháp độ dốc (Gradien) kiểm tra của R.R. Trugaev

G.1. Các quy định chung

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

J_k ≤ (J_k)_cp                                                           (104)

Trong đó:

J_k - độ dốc đo áp kiểm tra (xem Điều 8.2);

(J_k)_cp - trị số cho phép của độ dốc đo áp kiểm tra.

Trị số J_k dùng cho các sơ đồ khác nhau của đường viền dưới đất, xác định theo chỉ dẫn ở điểm 2 dưới đây.

Trị số (J_k)_cp xác định theo chỉ dẫn ở điểm 3 dưới đây.

...

...

...

G.2. Xác định trị số độ dốc đo áp J_k đối với các sơ đồ khác nhau của đường viền dưới đất

G.2.1. Trường hợp có sơ đồ đường viền thông thường, khi

l ≥ S                                                                 (105)

Ở đây:

S - chiều sâu của hàng cừ (hàng cừ dài nhất);

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

Trong trường hợp này, độ dốc đo áp J_k phải tính theo công thức:

Trong đó:

...

...

...

T’_tt - độ sâu của tầng không thấm tính toán (điều A.1; điều A.2 của phụ lục A);

- tổng hệ số sức kháng của đường viền dưới đất, tính toán như chỉ dẫn ở phụ lục A (khi tầng không thấm tính toán được xác định bằng chiều sâu T’_tt);

λ - chiều dài quy ước của đường viền dưới đất (phụ lục B)

λ = T’_tt .                                          (107)

Trị số λ là chiều dài dòng nước thấm tưởng tượng có dạng hình chữ nhật (hình G1.b) có chiều cao là T’_tt và được đặc trưng bằng sức kháng như dòng thấm nước thực (hình G1.a);

x_vào = Sx                        (108)

Trong đó x_vào - hệ số sức kháng của sơ đồ hình chữ nhật trên hình G1.b bằng:

x_vào =                                              (109)

Khi có các cột nước Z như nhau và có các hệ số thấm như nhau thì các vị trí số lưu lượng thấm q đối với sơ đồ thực trên hình G1.a và đối với sơ đồ tưởng tượng trên hình G1.b phải như nhau:

...

...

...

Hình G1 - Sơ đồ để tính độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền (trường hợp sơ đồ thông thường của đường viền dưới đất)

Khi duy trì các điều kiện (49) thì trị số λ ở công thức (106) có thể được xác định như chỉ dẫn ở phụ lục H (công thức 74).

Nếu các sơ đồ đường viền dưới đất thỏa mãn điều kiện (105) thì cần phân biệt trường hợp sơ đồ đường viền rất nông khi

l ≥ 5S đến 10S                                                  (110)

Trong trường hợp này, trị số J_k theo công thức (106) sẽ bằng:

J_k ≥ J_ng                                                              (111)

Trong đó: J_ng - độ dốc của đường đo áp P - P vẽ cho các bộ phận nằm ngang của đường viền (hình G2 và hình A1).

CHÚ DẪN: I) Tầng không thấm tính toán;            II) Biểu đồ tốc độ dẫn suất.

...

...

...

Khi sử dụng công thức tổng quát (106) và cả công thức (111) ứng với trường hợp cá biệt (110) phải chú ý đến những điều sau đây:

a) Trong trường hợp tuân theo điều kiện (110), thì trị số J_k được xác định như đã chỉ dẫn ở trên, sẽ bằng:

l_k = J_ng = » V_ds                                                                  (112)

Trong đó: q_td - lưu lượng tính đổi đối với sơ đồ đường viền đang xét:

q_td =                  (113)

v_ds - tốc độ thấm dẫn suất đối với tiết diện ướt thẳng đứng W - W nào đó (hình G2):

                       (114)

Có thể chỉ ra rằng, trong trường hợp tuân theo điều kiện (110) thì giản đồ tốc độ thấm đối với tiết diện ướt thẳng đứng W - W vạch ở khoảng giữa các hàng cừ có hình dạng gần giống hình chữ nhật chiều rộng bằng v_ds.

...

...

...

b) Trong trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất như ở (hình G3) khi

(5 đến 10)S ≥ l ≥ S                                             (115)

Thì trị số J_k tính theo công thức (106) sẽ bằng:

J_k =                      (116)

trong đó (v_ds)_bq - tốc độ thấm dẫn suất bình quân đối với tiết diện ướt W - W.

CHÚ DẪN: 1) Tầng không thấm tính toán;           2) Biểu đồ tốc độ dẫn suất

Hình G3 - Sơ đồ tính toán độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền. Trường hợp sơ đồ thông thường của đường viền dưới đất theo điều kiện (115)

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

...

...

...

Cũng cần chỉ ra rằng: đối với sơ đồ đường viền đang xét trị số J_k, phù hợp với công thức (112) và (116), tất nhiên là có thể xác định chẳng những bằng lý thuyết, mà cũng có thể bằng phương pháp tương tự điện thủy động.

G.2.2. Trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất có dạng hàng cừ đơn thuần (hình G4)

Trường hợp này phải lấy độ dốc đo áp lớn nhất ở vị trí ra trên mặt đáy hạ lưu làm độ dốc kiểm tra J_k:    

J_k = J_ra                                                              (117)

Trong đó: J_ra - xác định như chỉ dẫn của điểm 7 trong phụ lục A.

Cần chú ý rằng, khi áp dụng công thức (117) trong trường hợp có sơ đồ hàng cừ đơn thuần đối xứng (hình G4 b) với tầng không thấm nước thực tế nằm sâu thì trị số J_ra nhỏ hơn khoảng 10% so với độ dốc đo áp trung bình đối với các đoạn đường viền 1-2 và 4-5, được tính toán mà không xét đến đoạn ván cừ 2-3-4 vì đoạn này có đặc điểm là áp lực cục bộ giảm rất mạnh và nó không đặc trưng cho phần chính của vùng thấm mà ta phải quan tâm khi xét độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của nền.

Hình G4 - Sơ đồ tính toán độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền (sơ đồ hàng cừ đơn thuần)

G.2.3. Trường hợp sơ đồ đường viền dưới đất gần như hàng cừ đơn thuần (hình G5)

...

...

...

Hình G5 - Sơ đồ tính toán độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền (sơ đồ đường viền dưới đất gần với hàng cừ đơn thuần)

Thì khi đánh giá độ bền ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền, để cho an toàn, phải bỏ các bộ phận nằm ngang của đường viền và tính sơ đồ đã cho như đối với hàng cừ đơn thuần, nghĩa là xác định J_k theo công thức (117).

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

Khi S > l ≥ S/2                                                   (119)

Thì trị số J_k phải được xác định theo các điều G.2.1, điều G.2.2, điều G.2.3 phụ lục này.

G.3. Xác định trị số cho phép của độ dốc đo áp kiểm tra (J_k)_cp

Trị số độ dốc đo áp cho phép (J_k)_cp dùng để kiểm tra độ bền ngẫu nhiên (bất thường) của nền đập, phải xác định phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 9150:2011, theo công thức:

(J_k)_cp = J_o/K_H                                                      (120)

...

...

...

Cấp I                                                    K_H = 1,25

Cấp II                                                    K_H = 1,20

Cấp III                                                   K_H = 1,15

Cấp IV                                                  K_H = 1,10

Trị số J_o trong công thức (119) được quy định tùy thuộc vào loại đất như sau:

Sét                                                       J_o = 1,20

Á sét                                                    J_o = 0,65

Cát hạt lớn                                            J_o = 0,45

Cát hạt trung bình                                  J_o = 0,38

...

...

...

Giá trị (J_k)_cp có thể lấy trực tiếp theo bảng sau (các số liệu đã được tính sẵn theo các điều nêu trên)

Bảng G1 - Độ dốc đo áp cho phép khi kiểm tra ổn định thấm của đất nền (J_k)_cp

Tên đất ở lớp nằm phía trên của nền

Cấp công trình

I

II

III

IV

Sét

...

...

...

1,00

1,04

1,09

Á sét

0,52

0,54

0,57

0,59

Cát hạt lớn

...

...

...

0,38

0,39

0,41

Cát hạt trung bình

0,30

0,32

0,33

0,35

Cát hạt nhỏ

...

...

...

0,24

0,25

0,26

G.4. Quyết định sơ bộ các kích thước đường viền dưới đất của đập, xuất phát từ việc xem xét độ bền thấm ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền

Thông thường, đường viền dưới đất thỏa mãn được điều kiện (104) phải được xác định bằng phương pháp lựa chọn: tự cho hình dạng và kích thước của đường viền, sau đó kiểm tra theo điều kiện (104). Việc chọn sơ bộ kích thước của đường viền sẽ thuận lợi hơn nếu thực hiện theo các chỉ dẫn sau đây:

1) Trường hợp sơ đồ đường viền rất nông, khi có các điều kiện (110) và (49) đồng thời trị số J_k tính theo công thức (111)

Trong trường hợp này, ta lấy chiều dài cho phép nhỏ nhất của đường viền L_min (theo quan điểm độ bền ngẫu nhiên (bất thường) của đất nền) ứng với hệ thức (84) theo công thức:

L_min = (s : (J_k)_cp) - 0,88T’_tb                                                (121)

Trong đó:

...

...

...

T’_tb - độ sâu trung bình của tầng không thấm tính toán, vị trí của nó được xác định bằng T’_tt (điều A.1; điều A.2 của phụ lục A):

T’_tb = (T₁ + T₂ +…+ T_m)/m                                                (121)’

Trong đó:

T₁, T₂… đã chỉ dẫn trên hình (51);

M - số lượng trị số T trong công thức (121)’;

(J_k)_cp - trị số cho phép của gradien kiểm tra, lấy theo chỉ dẫn ở khoản 3) điều G4 phụ lục G.

Khi sử dụng công thức (121)’ phải xét điều dưới đây:

- Mặt tầng không thấm tính toán luôn luôn phải trùng với mặt tầng không thấm thực trong trường hợp tầng không thấm thực tế nằm không sâu, khi T_thực ≤ 0,50I₀         (122)

- Trong đó kích thước I₀ xem trên (hình G6);

...

...

...

CHÚ DẪN: I) Tầng không thấm tính toán             II) Thiết bị tiêu nước với lọc ngược

Hình G6 - Sơ đồ để xác định sơ bộ kích thước đường viền dưới đất của đập.

Như đã biết, trong trường hợp đơn giản nhất đã nêu trên trị số T_tb trong công thức (121) được xác định một cách rất đơn giản.

Khi tầng không thấm nằm tương đối sâu không thỏa mãn điều kiện (122) thì mặt tầng không thấm tính toán phải trùng với mặt dưới của vùng hoạt động thấm áp lực (điều A.2 của phụ lục A); chiều sâu của vùng thấm mạnh này xác định theo hệ thức (11). Khi đó nên sử dụng hệ thức sau đây để xác định trị số L_min thay cho công thức (121):

L_đ + 1,5 Lng = Z : (J_k)_cp                                       (123)

L_đ + L_ng = L_min                                                    (124)

Trong đó L_đ và L_ng là tổng chiều dài của các bộ phận thẳng đứng và nằm ngang của đường viền.

Tất nhiên, trong một vài trường hợp nào đó, khi xác định L_min theo công thức (121) và (123) phải chọn dần, vì lúc đầu tính toán không có các số liệu về trị số L_o để xác định vị trí của tầng không thấm tính toán.

...

...

...

Trong trường hợp này, ta biến đổi công thức (106), có xét đến (104) và sẽ được biểu thức:

                         (125)

Trong trường hợp tầng không thấm thực nằm tương đối không sâu lắm thì trị số T’_tt có thể lấy bằng T_thực và hệ thức (125) sẽ có dạng:

                                    (126)

Theo công thức này, khi dùng bảng để tìm (J_k)_cp, có thể tính trị số åx nhỏ nhất cho phép và sau đó chọn đường viền dưới đất thế nào cho tổng hệ số sức kháng của nó không nhỏ hơn trị số cho phép nhỏ nhất  (về các trị số  xem phụ lục A).

Trong trường hợp tầng không thấm thực nằm tương đối không sâu lắm thì trị số T’_tt có thể lấy bằng T_thực và hệ số (125) phải viết lại

a) Với điều kiện

I_o/S_o  > 5                                                           (127)

(xem công thức 10 và 11 của phụ lục A)

...

...

...

I_o = Z/0,5 . (J_k)_cp                                           (128)

b) Với điều kiện

5 ≥ I_o/S_o ≥ 3,4                                                    (129)

(Xem công thức 12 và 13 của phụ lục A)

Dưới dạng:       S_o = Z/(2,5 . (J_k)_cp                                                                                 (130)

Khi xác định số l_o hoặc trị số S_o theo công thức (128) hoặc làm (130), ta chọn đường viền dưới đất thế nào cho nó được đặc trưng bởi trị số l_o hoặc S_o bằng trị số đã tìm được.

3) Trường hợp hàng cừ đơn thuần đối xứng (hình G4,b):

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

a) Với điều kiện:            S/T < 0,4 đến 0,5                                   (131)

...

...

...

Trong đó (J_k)_cp - lấy theo bảng ở điều G.3 của phụ lục này.

b) Với điều kiện:            S/T > 0,4 đến 0,5                                   (133)

Thì trị số S_min tìm theo biểu đồ ở hình A12 (theo đường cong T₂/T₁ = 1)

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

S_min = (S/T) . T                                                   (134)

Khi sử dụng biểu đồ trên hình A12 cần xem như S₂ = S₁ và T₁ = T₂ = T, trong đó: T là độ sâu của tầng không thấm thực.

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

Phụ lục H

...

...

...

Tính toán ổn định thấm cục bộ của đất nền đập

H.1. Yêu cầu tính toán kiểm tra

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

a) Sự trồi đất cục bộ do thấm ở hạ lưu ngay phía sau hàng cừ (hoặc chân khay) hạ lưu;

b) Sự xói lùng ra ngoài ở mặt đáy hạ lưu bên trên có phủ tầng lọc ngược;

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

H..2 Kiểm tra sự trồi đất cục bộ do thấm của đường viền dưới đất theo phương pháp của V.S.Beumgart và R.N.Đaviđankôp

Việc kiểm tra này chỉ tiến hành với điều kiện, nếu:

J_ra > 0,50 đến 0,70                                             (135)

...

...

...

Trong trường hợp đất nền không dính việc tính toán sự trồi đất cục bộ do thấm được thực hiện như sau:

1) Dùng các ký hiệu:

S_ra - độ sâu của mũi cừ ra (hoặc của đế chân khay ra nếu không có cừ ra);

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

2) Xác định trị số áp lực h_mc ở mũi cừ (hoặc đế chân khay) hạ lưu như chỉ dẫn ở phụ lục A và phụ lục B, sau đó viết hệ thức:

(Y_n x h_mc) ≤ (S_ra . y_dn + t. y_dn) . m/K_H                                 (136)

Trong đó:

K_n - hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1,0;

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

...

...

...

h_mc ≤ (S_ra + t) / 1,25                                                        (136)’

3) Nếu bất đẳng thức (136) được thỏa mãn thì không có khả năng trồi đất cục bộ do thấm gây nên; khi không đảm bảo bất đẳng thức (136) thì sự trồi đất có thể xảy ra; để tránh sự trồi đất phải tăng thêm chiều dày lớp gia tải t, hoặc là tăng kích thước S_ra.

Cần phải thấy rằng, do đất phía sau đập có thể bị xói mòn cục bộ (do dòng chảy mặt) nên độ ổn định của đất do thấm ở vùng hạ lưu có thể bị giảm xuống.

H.3. Kiểm tra sự xói lùng ra ngoài ở mặt đáy hạ lưu

Việc kiểm tra này cần được thực hiện khi thiết kế các tầng lọc ngược phủ lên đáy hạ lưu.

H.4. Kiểm tra sự xói lùng bên trong (xói ngầm) của đất nền

Việc kiểm tra này phải tiến hành trong hợp nền không đồng nhất, ở các chỗ có thể xảy ra sự cuốn đất hạt nhỏ vào các lỗ hổng của đất hạt to ở nền.

Khi xét đến các chỗ nguy hiểm của nền, phải bảo đảm điều kiện sau:

J_b ≤ (J_b)_cp                                                           (137)

...

...

...

J_b - độ dốc đo áp thực ở chỗ tiếp giáp giữa đất hạt nhỏ và đất hạt to;

(J_b)_cp - trị số độ dốc đo áp cho phép ở chỗ tiếp giáp nêu trên.

Trị số J_b phải được xác định trên cơ sở tính toán thấm của sơ đồ đường viền dưới đất đang xét (các Điều 7.1 đến Điều 7.5).

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

Khi lập thiết kế kỹ thuật các đập cấp I và II phải xác minh chính xác trị số (J_b)_cp bằng cách thí nghiệm các mẫu đất thiên nhiên ở trong phòng thí nghiệm.

Phụ lục K

(Quy định)

Tính toán thấm vòng quanh trụ biên theo phương pháp R.R. Trugaev

...

...

...

Trong trường hợp chung, khi móng trụ biên không đặt trên tầng không thấm (tầng không thấm nằm khá sâu), khi có thấm vòng quanh trụ biên, sự chuyển động của nước ngầm sẽ có dạng không gian. Khi đó, cùng với dòng thấm có áp ở dưới đập, còn có cả dòng thấm không áp thấm vòng quanh trụ biên.

CHÚ DẪN:

I) Đập tràn; II) Tường dọc của trụ biên;  III) Tầng không thấm; IV) Các đường dòng; V) Đường đẳng áp

Hình K1 - Trụ biên có tường quặt

Ở hình K1.b đã vẽ những đường dòng của phần dòng chảy không áp và các đường đẳng áp của dòng thấm. Tiết diện ướt của dòng vào là mái dốc và đáy thượng lưu; của dòng ra là mái dốc và đáy hạ lưu.

Nếu như móng của trụ biên không tiếp giáp với tầng không thấm nằm sâu, thì có thể xuất hiện thêm những thấm bán áp dưới các trường của trụ biên.

Trong một số trường hợp, có thể còn xảy ra dòng nước thấm bổ sung, từ bờ ra phía hạ lưu.

Có thể coi như đường bão hòa bao quanh mặt trong của trụ biên (đường viền dưới đất 1-2-3-4-5-6; hình K1.b): phần đường bão hòa chạy theo tường dọc của trụ biên được biểu thị trên (hình K1.a) (đường 3-4). Rõ ràng là phần đường bão hòa này quyết định trị số áp lực của nước ngầm lên tường dọc của trụ biên.

...

...

...

Hình K2 - Đường bão hòa bao quanh trụ biên - 1

Như vậy, khi tính toán thấm vòng quanh trụ biên, ta có thể áp dụng phương pháp giống như khi tính toán thấm qua đập đất trên nền thấm nước (xem điều K.2 sau đây).

K.2. Tính toán dòng thấm qua đập đất trên nền thấm nước (theo phương pháp N.S.Numêrôp)

1) Trường hợp đập đất đồng nhất:

Khi trình bày phương pháp tính toán này, ta sử dụng hình K3 biểu thị mặt cắt ngang đập đất không có thiết bị tiêu nước, trên nền thấm nước.

Hình K3 - Sơ đồ tính toán thấm của đập đất

Ta ký hiệu vị trí mép nước tương ứng ở thượng lưu và hạ lưu là A và B. Đặt về phía trái và phía phải của A và B những đoạn tương ứng bằng 0,4 h₁ và 0,4 h₂, ở đây h₁ và h₂ là chiều cao mực nước thượng lưu và hạ lưu so với mặt tầng không thấm MN. Kết quả là ta nhận được một khối đất hình chữ nhật 4’-4”-3”-3’ nằm trên tầng không thấm MN. Biết chiều sâu nước ở thượng lưu, hạ lưu khối đất này (h₁,h₂) tìm được lưu lượng đơn vị của dòng thấm qua đập đất đang xét theo công thức của Đuy-puy:

...

...

...

trong đó:          L_o = L_yp + 0,4h₁ + 0,4h₂                                       (139)

Với:

L_yp - khoảng cách theo mặt nằm ngang giữa các điểm mép nước A và B;

L_o - chiều rộng của khối đất chữ nhật mà ta thay thế cho đập đất.

Như đã biết, khi thay thế như trên, coi tổn thất cột nước ở nêm thượng lưu đập và nền của nó bằng tổn thất cột nước trong khối đất hình chữ nhật 1’-2’, 3’-4’ có chiều rộng bằng 0,4 h₁; còn tổn thất cột nước ở nêm hạ lưu đập và nền của nó bằng tổn thất trong khối đất hình chữ nhật 1”-2”-3”-4”, rộng 0,4 h₂.

Biết lưu lượng q - xác định theo công thức (138) - ta thiết lập đường bão hòa A’-B’ đối với khối đất hình chữ nhật quy ước 4’-4”-3”-3’ bằng cách dùng công thức của Đuy-puy:

              (14)

trong đó: x và h - các kích thước như đã biểu thị ở hình K3.

Cuối cùng, ta lựa bằng mắt để uốn theo các đoạn cong chưa biết A-a và B-b sao cho A-a vuông góc với mái dốc thượng lưu tại A, b - B tiếp tuyến với mái dốc hạ lưu tại B (ở đây bỏ qua đoạn dòng thấm đi ra mái dốc hạ lưu)

...

...

...

Khi ở phần nêm hạ lưu của đập có bố trí thiết bị tiêu nước thì theo quan điểm thủy lực, ta sẽ có đập đất có mái dốc hạ lưu thẳng đứng a-b đặt theo trục thiết bị tiêu nước. Khi quy đổi đập đất loại này thành khối đất chữ nhật, ta sẽ có hình dạng đường bão hòa như ở hình K4.

Ghi chú: Trong trường hợp ở nêm hạ lưu không có thiết bị tiêu nước, trị số 0,4h₂ không phải tính từ đường thẳng đứng 1”- 2” đi qua mép nước hạ lưu như ở hình K3, mà là từ đường thẳng đứng kẻ qua điểm ở giữa đoạn dòng thấm đi ra mái dốc hạ lưu.

Chiều cao S_o của đoạn dòng chảy đi ra, mái dốc hạ lưu trong trường hợp mái dốc hạ lưu khô (khi h₂ = T) có thể xác định theo công thức:

S_o = (0,7 + m₂) . q_o/K

trong đó:         

Ở đây L’_o - khoảng cách nằm ngang từ mép nước ở mái thượng lưu tới chân mái dốc hạ lưu.

Hình K4 - Sơ đồ để tính toán thấm của đập đất có “mái dốc” hạ lưu thẳng đứng

2) Trường hợp đập có lõi giữa:

...

...

...

Hình K5 - Sơ đồ để tính toán thấm của đập đất có lõi giữa

Ta xét khối đất hình chữ nhật này theo phương pháp quy ước mà nhiều người đã biết của N.N. Pavlôpski. Sau đó ta hiệu chỉnh đường bão hòa nhận được từ khối đất hình chữ nhật này và tìm đường bão hòa cần thiết.

CHÚ DẪN: Ở đây không xét trường hợp mà lõi giữa không đạt tới tầng không thấm.

3) Vùng hoạt động thấm ở nền đập:

Áp dụng phương pháp đã nêu trên, có thể dựng đường bão hòa đối với đập đất theo phương trình Đuy-puy trong điều kiện tầng không thấm ở một độ sâu hữu hạn. Tuy nhiên, tầng không thấm trên thực tế có thể nằm ở độ sâu vô hạn. Trong trường hợp này, để dựng đường bão hòa, phải sử dụng khái niệm vùng hoạt động thấm ở nền đập.

Nếu tầng không thấm nằm ở sâu thì chiều dày vùng hoạt động thấm lấy bằng:

T_hđộng = 0,5L’                                                      (141)

Trong đó L’ - chiều rộng đập ở mặt nền;

...

...

...

Sau khi tính T_hđộng theo (141), ta xác định vị trí tính toán của tầng không thấm (để vẽ đường bão hòa) như sau:

a) Nếu                           T_thực ≤ T_hdđộng                                           (142)

Thì trị số T_tt lấy bằng      T_tt = T                                                    (143)

b) Nếu như                    T_thực > T_hđộng                                            (144)

Thì trị số T_tt lấy bằng:     T_tt = T_hđộng = 0,5L’                                   (145)

Trong đó:

T_thực - chiều sâu thực của tầng không thấm;

T_tt - chiều sâu tính toán của tầng không thấm;

Các trị số T_thực và T_tt đo từ mặt đáy hạ lưu.

...

...

...

a) Khi T_thực > T_hđộng thì vị trí đường bão hòa thực tế không phụ thuộc vào vị trí của tầng không thấm;

b) Khi 0 < T_thực < T_hđộng                                                    (146)

Thì khi T_thực tăng đường bão hòa của đập đất sẽ giảm một chút;

c) Khi thỏa mãn điều kiện (146) thì vị trí của đường bão hòa dẫu sao cũng ít phụ thuộc vào vị trí của tầng không thấm. Do đó, khi tính toán sơ bộ, để thiên về an toàn. Trị số T đôi khi lấy bằng 0, tức là sẽ về đường bão hòa đối với đập xây dựng trên nền thấm nước với giả thiết rằng nền đó không thấm nước (lúc này tất nhiên phải áp dụng phương pháp đã trình bày ở trên).

K.3. Đơn giản hóa việc lập đường bão hòa khi thấm vòng quanh trụ biên

Để chuyển dòng thấm, như đã mô tả ở điểm 1, sang dạng gọi là “dòng thấm phẳng” (khi để tính toán có thể áp dụng phương pháp giải bài toán thấm phẳng của F.Forkhgâymer), ta thực hiện giả thiết đơn giản hóa như sau.

1) Phù hợp với điểm 2, 3 đã nêu, tự coi rằng:

Khi:                              T_thực ≤ 0,5l’_o                                            (147)

Thì tầng không thấm tính toán trùng với tầng không thấm thực:

...

...

...

Thì tầng không thấm tính toán nằm ở dưới đáy hạ lưu bằng:

                                    T_tt = 0,5l’_o                                              (149)

2) Phù hợp với điểm 2 bên trên ta thay các mái dốc thượng lưu, hạ lưu của khối đất tiếp giáp với trụ biên bằng các mái dốc thẳng đứng chạm tầng không thấm.

Ta hãy vẽ những mái dốc thẳng đứng tính toán này cách mép nước một khoảng như sau (hình K6)

a) Đối với mái dốc thượng lưu:  a₁ = 0,4h₁;                                 (150)

b) Đối với mái hạ lưu:                a₂ = 0,4h                                   (151)

trong đó: h₁ và h₂ - độ vượt cao của mực nước thượng lưu và hạ lưu trên tầng không thấm tính toán.

Bằng kết quả của sự đơn giản này, tùy theo hình dạng kết cấu của trụ biên, ta có thể nhận được các sơ đồ khác nhau của dòng thấm trên mặt bằng ở hình K6 (giới thiệu một vài ví dụ về các sơ đồ).

3) Quy ước rằng tất cả các tường của trụ biên được chôn sâu tới mặt tầng không thấm tính toán.

...

...

...

5) Bỏ qua dòng thấm ngầm chảy từ bờ ra, chỉ xét nước thấm từ thượng lưu về hạ lưu (hình K1).

6) Cuối cùng, bỏ qua đoạn nước chảy ra mái dốc thẳng đứng (tính toán) ở hạ lưu; trị số này trong trường hợp này sẽ rất nhỏ.

Khi sử dụng những giả thiết đã nêu, ta nhận được dòng thấm tính toán được đặc trưng một cách gần đúng bởi các tiết diện ướt hình trụ với các đường sinh thẳng đứng; các đường dẫn hướng của những tiết diện ướt này sẽ là các đường đẳng áp của mặt giảm áp (mặt bão hòa)

Hình K6 - Đơn giản hóa các dạng hình học của trụ biên

K.4. Lập đường bão hòa quanh trụ biên theo phương pháp của F.Forkhgâymer, tấm đáy tưởng tượng.

Theo phương pháp của F.Forkhgâymer, để xác định chiều sâu h (tính từ đường bão hòa đến tầng không thấm tính toán) ở một điểm m nào đấy trên đường bão hòa (hình K1) theo V.I.Aravin, có thể viết phương trình sau:

h^2= (h₁^2 - h₂^2) . h_r + h₂^2                                        (152)

trong đó: h_r - cột nước tính đổi ở điểm tương ứng của tấm đáy tưởng tượng có đường viền dưới đất của trụ biên (hình K6) khi tầng không thấm ở sâu vô hạn T = ∞ và khi mặt chuẩn O-O nằm ở ngang với mực nước hạ lưu. Tấm đáy tưởng tượng dùng cho các sơ đồ trụ biên ở hình K1 và hình K6.a, đã được trình bày trên hình K7. Hình K7 đã chỉ ra điểm m tương ứng cũng như mặt chuẩn O-O.

...

...

...

Hình K7 - Tấm đáy tưởng tượng (có độ bền thấm tương đương với trụ biên đang xét)

Ứng với mặt chuẩn đã nêu, trị số h_r đối với điểm m của sơ đồ ở (hình K7) (được đặc trưng bởi dòng thấm áp lực), bằng:

h_r  = h_f/Z                                                           (153)

Trong đó:

Z - cột nước trước tấm đáy tưởng tượng, lấy bằng cột nước Z ở trụ biên (bằng chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, hình K1);

h_f­ - cột nước ở điểm m của tấm đáy tưởng tượng hoặc bằng chính tổn thất cột nước từ điểm m đến hạ lưu (hình K7).

Xét rằng (hình K1):                     h₁ - h₂ = Z                                  (154)

thì từ (152) và (153), ta được công thức tính toán dùng để vẽ đường bão hòa bao quanh trụ biên như sau:

                                      (155)

...

...

...

Trị số h_f đối với điểm m bất kỳ của một sơ đồ trụ biên nào đó nêu trong hình K7, được tìm theo phương pháp hệ số sức kháng (phụ lục A và phụ lục B). Biết h_f đối với các điểm khác nhau của đường viền dưới đất của trụ biên, theo công thức (155), có thể tìm chiều sâu h ở các điểm ấy và theo đó vẽ được đường bão hòa quanh trụ biên.

K.5. Các nhận xét bổ sung về cách lập đường bão hòa quanh trụ biên.

1) Giả thiết chủ yếu nhất trong số những giả thiết nêu ở điều K.3 đã nêu trên là giả thiết thay các phần móng “treo” của trụ biên (nếu có) bằng các phần móng quy ước cần cắm xuống tới tầng không thấm tính toán (khoản 3 điều K.3).

Giả thiết này không thiên về an toàn trong tính toán.

Vì lý do trên, cũng như xét ảnh hưởng của tầng không thấm tính toán đối với vị trí đường bão hòa (điều K.2) khi có các phần móng của trụ biên không cắm xuống tới tầng không thấm, nên để bảo đảm an toàn, ta ấn định tầng không thấm tính toán nằm ngang mực đáy hạ lưu (giả thiết T = 0). Làm như vậy việc tính toán sẽ đơn giản hơn phần nào.

2) Khi tính trụ biên, có thể gặp trường hợp tường dọc AB của trụ biên tiếp xúc với lõi giữa bằng đất sét ít thấm nước hoặc với hàng (hình K8) khi đó, để tính toán, trụ biên cần được thay thế bằng “trụ biên quy ước”.

Hình K8 - Trường hợp trụ biên nối tiếp với lõi giữa bằng đất sét hoặc màng ngăn dưới dạng hàng cừ

Khi chuyển từ trụ biên sang trụ biên quy ước cần bỏ lõi giữa (hoặc hàng cừ thẳng đứng) rồi kéo dài tường dọc của trụ biên thêm một đoạn l_s như sau:

...

...

...

b) Trường hợp khi bỏ tường cừ:            l_s = l + Φ                                               (157)

trong đó:

l’ - chiều dài thực của tường dọc trụ biên;

t - chiều dày trung bình của lõi giữa;

K₁ - hệ số thấm của đất làm lõi giữa;

K - hệ số thấm của đất còn lại;

Φ - chiều dày quy đổi của hàng cừ (phụ lục F).

3) Trong Điều 11 đã nêu: ở giai đoạn tính toán nhất định, các sơ đồ trụ biên (hình K6), cần xem như các sơ đồ tấm đáy tưởng tượng với T = ∞ và với cột nước trên chúng là Z bằng cột nước tác dụng vào trụ biên. Chính từ việc xem xét các sơ đồ như vậy mà ta xác định được các trị số h_f trong công thức (155).

Trên hình K7 sẽ trình bày một tấm đáy tưởng tượng ứng với sơ đồ trụ biên trên hình K6.a. Sơ đồ tấm đáy tưởng tượng này dễ dàng giải được theo phương pháp hệ số sức kháng.

...

...

...

a) Sơ đồ hình K6 b:

Khi xét sơ đồ này, ta cần biết hệ số sức kháng đối với đoạn nền của tấm đáy tưởng tượng I và II bị giới hạn ở thượng, hạ lưu không phải bằng các đường nằm ngang (như đã nêu trong phụ lục A) mà bằng các đường cong A₁B₁ và A₂B₂.

Vì đối với những đoạn như vậy, ta không có các trị số hệ số sức kháng ξ, nên có thể tiến hành như sau đối với trường hợp này.

Vạch tiết diện thẳng đứng I - II (hình K6 b). Trong tiết diện này ta nhận được khối đất hình chữ nhật. Tính toán đường bão hòa cho khối đất này theo phương trình của Đuy-quy (với giả thiết là bài toán phẳng), ta dễ dàng có thể tìm được tổn thất cột nước  trên chiều dài 1-2 của khối đất và tổn thất cột nướctrên đoạn 3-4.

Sau đó, khi tính toán trị số h_f ta xét tấm đáy tưởng tượng như vậy, ta định được trị số h_f đối với các điểm khác nhau của đường viền dưới đất theo phương pháp hệ số kháng.

Hiển nhiên là hệ số sức kháng đối với các đoạn I’ và II’ sẽ bằng 0,5ξ_c, ở đây ξ_c là hệ số sức kháng đối với hàng cừ thông thường ở bên trong.

b) Sơ đồ ở hình K6 c:

Các sơ đồ này có thể tính toán theo phương pháp hệ số sức kháng bằng cách giải đã nêu ở điểm trên. Đối với sơ đồ hình K6.c cũng có thể làm như sau. Ấn định tiết diện ướt quy ước ở chỗ vào - tiết diện nằm ngang và thẳng đứng (đường nét đứt trong hình vẽ).

...

...

...

Trị số chưa biết ξ đối với tiết diện ướt vào thực (tiết diện nghiêng) tìm được bằng cách nội suy giữa trị số ξ_vào và 0,5ξ_c.

c) Sơ đồ ở (hình K6 d):

Ở đây, ta cần xác định trị số ξ đối với các bộ phận hơi nghiêng (không phải nằm ngang) của đường viền, ví dụ như bộ phận 1-2 của đường viền.

Rõ ràng là khi xác định ξ trong trường hợp này cần phải sử dụng công thức đối với hệ số sức kháng của bộ phận đường viền nằm ngang ξ_ng, sau khi thay I bằng hình chiếu của đường 1-2 trên đường nằm ngang và thay T bằng giá trị trung bình nào đó của trị số này.

GHI CHÚ: Ở trong trường hợp này trong công thức đã nêu, các đại lượng S = 0.

d) Sơ đồ hình K6 f:

Trong trường hợp này cần vẽ thêm đường thẳng, đường 1-2-3. Đối với đoạn nền nằm ở bên trái của đường 1-2-3, hệ số sức kháng phải lấy bằng nửa trị số hệ số sức kháng đối với hàng cừ đơn thuần (0,5ξ_c), coi chiều sâu của hàng cừ này bằng chiều dài của đoạn 1-2. Trị số ξ_cđth xác định theo phụ lục A.

Bộ phận nghiêng 2-4 của đường viền dưới đất cần xét như đã nêu ở điểm trước.

e) Sơ đồ ở hình K9 b:

...

...

...

Tổng hệ số sức kháng đối với sơ đồ này bằng:

                          (158)

Trong đó

ξ_c - hệ số sức kháng đối với hàng cừ thông thường ở bên trong;

ξ_ng - hệ số sức kháng của đoạn nằm ngang, tính theo công thức:

                              (159)

các kích thước l và S đã chỉ ra trong hình vẽ;

T’_hđộng - chiều sâu vùng hoạt động thấm (phụ lục A)

f) Sơ đồ ở hình K9 c:

...

...

...

Trị số đối với sơ đồ này bằng:

                          (16)

Ở đây, các ký hiệu I và S đã chỉ ra trong hình vẽ, các ký hiệu còn lại đã trình bày ở trên.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

...

...

...

5 Các nhiệm vụ cơ bản tính toán và thiết kế đường viền dưới đất của công trình thủy công có áp

6 Thiết kế đường viền dưới đất của đập bê tông trong trường hợp thấm có áp ở dưới đáy công trình

6.1 Phân loại các sơ đồ nguyên tắc của đường viền dưới đất và trình tự chung về thiết kế đường viền dưới đất

6.2 Phạm vi áp dụng các sơ đồ nguyên tắc của đường viền dưới đất và đặc điểm chung

6.3 Thiết kế các bộ phận đường viền dưới đất và bố trí phần ra của dòng thấm ở hạ lưu

6.4 Những biện pháp chống thấm tiếp xúc

6.5 Các chỉ dẫn bổ sung

7 Tính toán thấm đường viền dưới đất đã cho của đập với mức nước ở thượng và hạ lưu đã biết

7.1 Các nhiệm vụ tính thấm

...

...

...

7.3 Trường hợp đất nền đồng nhất, bất đẳng hướng

7.4 Trường hợp đất nền không đồng nhất

7.5 Tính toán tính chống thấm của sân phủ và hàng ván cừ

8 Tính toán độ bền thấm của nền đập

8.1 Các qui định chung

8.2 Hai dạng phá hoại độ bền thấm của đất nền có thể xảy ra

8.3 Xác định dạng và kích thước đường viền dưới đất của thân đập

9 Thiết kế đường viền dưới đất của các trụ biên nối tiếp

9.1 Chỉ dẫn chung

...

...

...

10 Tính toán thấm đường viền dưới đất đã cho của trụ biên với các cao trình đáy lòng sông và các mức nước ở thượng và hạ lưu đã xác định

10.1 Các nhiệm vụ tính toán

10.2 Phương pháp tính toán thấm

11 Tính toán độ bền thấm của đất đắp sau lưng trụ biên

11.1 Qui định chung

11.2 Phương pháp tính toán độ bền thấm của đất đắp sau lưng trụ biên.