Giáo trình hướng dẫn tìm hiểu các đặc tính có trong đất để thiết kế đập bê tông phù hợp phần 3 pot

!"#$%&'&($)*+%,! &/
84
đ?ợc sử dung trong kỹ thuật thuỷ lợi; (e) bằng cách bơm ximăng và xi măng sét vào cát và
cuội cát với hệ số thấm không lớn hơn 10
-1
cm/s.
Các chân khay bê tông dùng để nối tiếp tốt hơn giữa đập và nền (nhằm mục đích ngăn
ngừa thấm tiếp xúc nguy hiểm). Các t?ờng răng bê tông sâu phải đ?ợc bố trí thay cho hàng
cừ trong tr?ờng hợp không thể đóng đ?ợc cừ vào đất nền hoặc trong tr?ờng hợp công trình
đặc biệt quan trọng.Th?ờng bố trí chân khay hoặc t?ờng răng th?ợng l?u ở d?ới đập.
Chân khay hạ l?u d?ới đập đ?ợc bố trí để tách thiết bị tiêu n?ớc d?ới đập khỏi hạ l?u
và để có thể bơm n?ớc từ thiết bị tiêu n?ớc d?ới đập về hạ l?u bằng máy bơm đặt trong hành
lang kiểm tra bố trí trong thân đập. Việc bơm n?ớc khỏi thiết bị tiêu n?ớc là cần thiết, thí dụ
để kiểm tra sự làm việc của thiết bị tiêu n?ớc.
Khi sử dụng t?ờng răng th?ợng l?u, có thể bố trí t?ờng răng hạ l?u cắm sâu xuống d?ới
tận tầng không thấm n?ớc nh?ng phải bố trí các lỗ thoát n?ớc ở t?ờng này nhằm đảm bảo
cột n?ớc d?ới đập ứng với mực n?ớc hạ l?u.
Các t?ờng răng sâu chống thấm bằng bê tông thông th?ờng cần đ?ợc tách khỏi phần
móng đập bằng khớp nối biến dạng có vật chắn n?ớc t?ơng ứng.
Khi bố trí cừ hạ l?u do có khe hở giữa các ván cừ, chiều sâu chân khay hạ l?u d, phải
thoả mãn điều kiện d 2b, trong đó là chiều rộng ván cừ.
Màng phụt chống thấm: các màng chống thấm này đ?ợc thực hiện với nền không phải
là đá bằng cách phụt vào khoảng rộng của đất nền vữa xi măng, vữa đất sét có phụ gia hoá
dẻo, vữa xi măng-pôlime, vữa pôlime, v.v Chiều dày của màng chống thấm kể từ trên
xuống d?ới phải giảm dần.
Có thể sơ bộ coi nh? đối với màng chống thấm, gradien chống thấm lớn nhất cho phép
(khi n?ớc thấm qua màng chống thấm theo h?ớng ngang) bằng 2
á
3. Trong đất bồi tích các
màng chống thấm có thể bố trí đến độ sâu bất kỳ.

Hình 2-8. Chân khay th?ợng l?u d?ới đập
I- bê tông sét; II- thiết bị tiêu n?ớc ; III- tầng lọc ng?ợc ; A - đất đ?ợc đầm nện chặt
/
IV. Đế móng đập
Độ sâu tấm đáy đập trong nền đ?ợc xác định bằng tính toán tĩnh học và tính thấm. Về
mặt ổn định của đập, nếu có thể phải bố trí để móng đập lên tầng đất tốt, có trị số hệ số ma
sát trong lớn.
Trong tr?ờng hợp sơ đồ đập không có thiết bị tiêu n?ớc (hình 2-9) xuất phát từ trị số
d=S
ra
xác định theo công thức :
S
ra
= (0,05 á 0,10)T , (2-4)
nh?ng không lớn hơn :
IIIII
I
d
A
!"#$%&'&($)*+%,! &/
85
S
ra
= (0,05
á
0,10)l
o
, (2-5)
Đ?ờng viền của đập có thể thiết kế theo một trong hai ph?ơng án sau đây:
- Đập có các chân khay (hình 2-9a)

- Đập không có chân khay (hình 2-9b)

Hình 2-9. Thiết kế móng đập.
I-tầng lọc ng?ợc
Vì lý do kinh tế, nên áp dụng ph?ơng án thứ nhất (hình 2-9a), ấn định trị số d với tính
toán làm sao để đoạn MN của đế đập nằm trên đất đủ tốt và ít thấm n?ớc. Chỉ trong tr?ờng
hợp gặp loại đất khó đào hào cho chân khay thì mới loại bỏ ph?ơng án (hình 2-9a) và
chuyển sang ph?ơng án đập không có chân khay (hình 2-9b).
Cấu tạo chỗ đi ra của dòng thấm ở hạ l?u. Trong vùng mặt cắt ?ớt chỗ dòng thấm đi ra
bao giờ cũng phải bố trí thiết bị tiêu n?ớc lọc ng?ợc bảo vệ.
Lọc ng?ợc cần phải đ?ợc thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế tầng lọc ng?ợc công trình
thuỷ công.
Thiết bị tiêu n?ớc nằm ngang bố trí d?ới sân tiêu năng, d?ới đập và d?ới sân phủ phải
đ?ợc làm bằng vật liệu hạt lớn. Chiều dày nhỏ nhất của thiết bị tiêu n?ớc theo yêu cầu về
cấu tạo và thi công quy định bằng 0,2m. Việc dẫn n?ớc từ thiết bị tiêu n?ớc về hạ l?u cùng
nh? khả năng tiêu n?ớc của nó (có xét đến khả năng cho n?ớc qua lọc ng?ợc) thông th?ờng
phải đ?ợc thiết kế sao cho tổn thất cột n?ớc khi chuyển động dọc thiết bị tiêu n?ớc là không
đáng kể. Với điều kiện trên, cột n?ớc dọc theo toàn đoạn đ?ờng viền d?ới đất thực ở d?ới
các bộ phận thấm n?ớc của công trình, thực tế sẽ ứng với mực n?ớc hạ l?u.
Thiết bị tiêu n?ớc cùng với lọc ng?ợc phải đ?ợc áp chặt xuống nền bởi trọng l?ợng các
bộ phận bên trên của công trình. Điều này đặc biệt quan trọng trong tr?ờng hợp nền là loại
đất sét có khả năng mất dần độ bền bề mặt khi không có tải trọng.
Nên chọn cấu tạo chỗ ra của dòng thấm nh? giới thiệu ở (hình 2-10a) với trị số S
ra
đủ
lớn. Thông th?ờng không đ?ợc phép sử dụng sơ đồ bố trí thiết bị tiêu n?ớc nh? (hình 2-10b)
với S
ra
=0 ; sơ đồ bố trí thiết bị tiêu n?ớc nh? ở (hình 2-10c) với trị số d đủ lớn có thể chấp
nhận đ?ợc.

Mực nEớc TL
Mực nEớc HL
MN
d'
lo
d
Mực nEớc TL
Mực nEớc HL
d
b)a)
I
T
I
lo
T
!"#$%&'&($)*+%,! &/
86

Hình 2-10. Cấu tạo chỗ ra của dòng thấm ở hạ l?u



0!< Tính toán Thấm vòng quanh, thấm vai đập bê tông
nối tiếp với bờ
=!/>?/8@/*A%,/8#B&/CA%,/D+$%#/89E/F6:%!/
Trong tr?ờng hợp chung, khi móng trụ biên không đặt trên tầng không thấm (tầng

không thấm nằm khá sâu) và có thấm vòng quanh trụ biên, sự chuyển động của n?ớc ngầm
sẽ có dạng không gian. Khi đó, cùng với dòng thấm có áp ở d?ới đập, còn có cả dòng thấm
không áp vòng quanh trụ biên.
Hình 2-11. Trụ biên có t?ờng cánh thẳng góc
I- Đập tràn ; II- T?ờng dọc của trụ biên; III- Tầng không thấm;
IV- Các đ?ờng dòng; V- Đ?ờng đẳng áp
h
T
MNTL
h
MNHL
h
OO
Z
C
D
1
2
3
4
m
III
h
T
A
B
C
D
A
B

3
2
4
6
5
1
IV
V
V
II
I
Mặt bằng
A - BC - D
b)a)
c)
1
S
ra
ra
S =0
A
a)
b)
c)
ra
= -S
d
!"#$%&'&($)*+%,! &/
87
ở hình 2-11 những đ?ờng dòng là của phần dòng chảy không áp và các đ?ờng đẳng áp

của dòng thấm. Tiết diện ?ớt của dòng vào là mái dốc và đáy th?ợng l?u; của dòng ra là mái
dốc và đáy hạ l?u.
Nếu nh? móng của trụ biên không tiếp giáp với tầng không thấm nằm ở sâu, thì có thể
xuất hiện thêm dòng thấm bán áp d?ới các t?ờng của trụ biên.
Trong một số tr?ờng hợp, có thể xảy ra dòng thấm bổ sung, từ bờ ra hạ l?u.
Có thể coi nh? đ?ờng bão hoà bao quanh mặt trong của trụ biên (đ?ờng viền d?ới đất
1-2-3-4-5-6, hình 2-11c); phần bão hoà chạy theo t?ờng dọc của trụ biên đ?ợc biểu thị trên
hình 2-11a (đ?ờng 3-4). Rõ ràng là phần đ?ờng bão hoà này quyết định trị số áp lực của
n?ớc ngầm lên t?ờng dọc của trụ biên.
Nếu nh? vẽ đ?ờng dòng thấm theo đ?ờng 1-2-3-4-5-6 (hình 2-11c) rồi triển khai nó ra
trên một mặt phẳng, thì ta nhận đ?ợc hình ảnh nh? hình 2-12. Hình ảnh này t?ơng tự nh?
hình ảnh dòng thấm qua đập đất trên nền thấm n?ớc.

Hình 2-12. Đ?ờng bão hoà quanh trụ biên-I
Nh? vậy, khi tính toán thấm vòng quanh trụ biên, ta có thể áp dụng ph?ơng pháp giống
nh? khi tính toán thấm qua đập đất trên nền thấm n?ớc.
==!/GH%#/8.I%/*A%,/8#B&/D+$/JK"/89:%/%L%/8#B&/%45-!/
(theo ph?ơng pháp của S.N.
Numêrôp)
1) Tr?ờng hợp đập đất đồng chất:/
Khi trình bày ph?ơng pháp tính toán này, ta sử dụng hình 2-13 biểu thị mặt cắt ngang
đập đất không có thiết bị tiêu n?ớc, trên nền thấm n?ớc.

Hình 2-13. Sơ đồ tính toán thấm của đập đất
h
T
h
MNTL
MNTL
Z

1
23 45
6
I
1
2
h
T
T
h
h
1
2
x
A'
A
4'
1'
0,4h
L
0,4h
L
MNTL
a
b
B
m
2
m
1

M
3'
2'
K
q
2"3"
4"
1"
B'
MNHL
N
0
1
2
!"#$%&'&($)*+%,! &/
88
Ta ký hiệu vị trí mép n?ớc t?ơng ứng ở th?ợng l?u và hạ l?u A và B. Đặt về phía phải
của A và B những đoạn t?ơng ứng bằng 0,4h
1
và 0,4h
2
, ở đây h
1
và h
2
là chiều cao mực n?ớc
th?ợng l?u và hạ l?u so với mặt tầng không thấm MN. Kết quả là ta nhận đ?ợc một khối đất
hình chữ nhật 4' - 4" - 3" - 3' nằm trên tầng không thấm MN. Biết chiều sâu n?ớc th?ợng
l?u, hạ l?u khối đất này (h
1

, h
2
), ta tìm đ?ợc l?u l?ợng đơn vị của dòng thấm qua đập đất
đang xét theo công thức của Duy-puy:
K
L2
hh
q
o
2
2
2
1

-
= (2-6)
trong đó: L
o
= L
yp
+ 0,4h
1
+ 0,4h
2
, (2-7)
L
yp
- khoảng cách theo mặt nằm ngang giữa các điểm mép n?ớc A và B ;
L
o

- chiều rộng của khối đất đắp chữ nhật mà ta thay thế cho đập đất.
Nh? đã biết, khi thay thế nh? trên, ta coi tổn thất n?ớc ở nêm th?ợng l?u đập và nền
của nó bằng tổn thất n?ớc trong khối đất hình chữ nhật 1" - 2" - 3" - 4", rộng 0,4h
2
.
Biết l?u l?ợng q - xác định theo công thức (2 - 6) ta thiết lập đ?ờng bão hoà A"-B" đối
với khối đất hình chữ nhật quy ?ớc 4' - 4" - 3" - 3' bằng cách dùng công thức của Duy - puy:
()
2
2
2
1
o
2
1
hh
L
x
hh =
(2-8)

trong đó: x và h - các kích th?ớc nh? đã biểu thị ở (hình 2-13).
Cuối cùng, ta lựa bằng mắt để uốn thêm các đoạn cong ch?a biết A - a và B - b sao cho
A - a vuông góc với mái dốc th?ợng l?u tại A, b - B tiếp tuyến với mái dốc hạ l?u tại B (ở
đây bỏ qua đoạn dòng thấm đi ra ở mái dốc hạ l?u).
Kết quả ta sẽ có đ?ờng bão hoà A - a, b - B đối với đập trên nền thấm n?ớc.
Khi ở phần nêm hạ l?u của đập có bố trí thiết bị tiêu n?ớc thì theo quan điểm thuỷ lực
ta sẽ có đập đất có mái dốc hạ l?u thẳng đứng a - b đặt theo trục thiết bị tiêu n?ớc. Khi quy
đổi đập đất loại này thành khối đất chữ nhật, ta sẽ có hình dạng đ?ờng bão hoà nh? ở hình
2-14.

Ghi chú: Trong tr?ờng hợp ở nêm hạ l?u không có thiết bị tiêu n?ớc, trị số 0,4h2 không
phải tính từ đ?ờng thẳng đứng 1" - 2" đi qua mép n?ớc hạ l?u nh? ở (hình 2-13), mà là từ
đ?ờng thẳng đứng kẻ qua điểm ở giữa đoạn dòng thấm đi qua mái dốc hạ l?u.
Chiều cao S
o
của đoạn dòng chảy đi qua mái dốc hạ l?u trong tr?ờng hợp mái dốc hạ
l?u khô (khi h
2
= T) có thể xác định theo công thức:
()
K
q
m7,0S
o
2o
+=

trong đó:
()
1
'
o
22
1
o
h4,0L2
Th
K
q
+

-
=
ở đây,
'
o
L
- khoảng cách nằm ngang từ mép n?ớc ở mái th?ợng l?u tới chân dốc hạ l?u.

!"#$%&'&($)*+%,! &/
89

Hình 2-14. Sơ đồ tính toán thấm của đập đất có mái dốc hạ l?u thẳng đứng
2) Tr?ờng hợp đập có lõi giữa:
ở đây cũng nh? tr?ờng hợp trên, nêm th?ợng l?u và hạ l?u đập (cùng với nền của nó)
đ?ợc thay thế bằng các khối đất hình chữ nhật (hình 2-15, chỗ gạch chéo). Kết quả nhận
đ?ợc một khối đất hình chữ nhật 4' - 4" - 3" - 3' có lõi giữa.

Hình 2-15. Sơ đồ tính toán thấm của đập đất có lõi giữa
Ta xét khối đất hình chữ nhật này theo ph?ơng pháp quy ?ớc mà nhiều ng?ời đã biết
của N.N.Pavlôpski. Sau đó ta hiệu chỉnh đ?ờng bão hoà nhận đ?ợc từ khối đất hình chữ nhật
này và tim đ?ờng bão hoà cần biết.
Ghi chú: ở đây ta không xét tr?ờng hợp mà lõi giữa không đạt tới tầng không thấm.
3) Vùng hoạt động thấm nền đập:
áp dụng ph?ơng pháp đã nêu trên, có thể dựng đ?ờng bão hoà đối với đập đất theo
ph?ơng trình Duy - puy trong điều kiện 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 tr?ờng hợp này, để dựng đ?ờng
bão hoà, phải sử dụng khái niệm vùng hoạt động thấm nền đập.
Nếu tầng không thấm nằm ở sâu thì chiều dày vùng hoạt động thấm lấy bằng:
T
hđộng

= 0,5L", (2-9)
trong đó: L' - chiều rộng đập ở mặt nền ;
T
hđộng
- chiều sâu vùng hoạt động thấm d?ới mặt đáy hạ l?u.
Sau khi tính T
hđộng
theo (2-9), ta xác định vị trí tính toán của tầng không thấm (để vẽ
đ?ờng bão hoà) nh? sau:
h
T
MNTL
m
1
1
T
ằ
h
0,4h
1
a
0,4h
2
2
b
MNTL
0,4h
1
0,4h
2

h
T
1
MNTL
h
T
2
Lõi giữa
A
B
3'3"
4'4"