Giáo trình thủy công Tập 1 - 2 potx

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


42
T - chiều dy của tầng thấm;
L
o
- chiều di hình chiếu bằng của đờng viền thấm.
Hình 2-15 trình by các sơ đồ cơ bản liên kết cừ chính với công trình. Sơ đồ
2-15a l kém hơn cả vì dễ tạo thnh 1 khe thấm nớc. Sơ đồ 2-15c đợc sử dụng trong
trờng hợp đóng cừ để tăng khả năng chống trợt cho công trình v nền.
a)
b)
25
25
15
c)

Hình 2-15: Các sơ đồ liên kết giữa cừ chính với công trình
b) Cấu tạo: Cừ có thể lm bằng gỗ, thép hoặc bêtông cốt thép. Tuy nhiên, loại cừ gỗ
ngy nay ít đợc sử dụng do giá thnh cao v kém bền.
- Cừ thép: Cừ thép có u điểm nổi bật l chống thấm tốt, bền, có thể dùng cho
mọi loại nền không phải đá, nền có lẫn cuội, sỏi. Loại cừ ny có khả năng liên kết
giữa các bản tốt, chịu đợc áp lực cao. Các khớp cừ rất khoẻ v đủ lớn, tăng đợc độ
cứng của cừ nhng vẫn cho phép ván cừ quay đợc một góc độ nhất định quanh khớp
nối (hình 2-16).
Độ sâu đóng cừ có thể đạt 25m; khi dùng biện pháp hn nối cừ thì có thể đóng sâu
tới 40m. Ván cừ có các loại: phẳng, chữ U, chữ Z (hình 2-16a, b, c).
Cừ thép có nhợc điểm l giá thnh cao nên chỉ đợc sử dụng cho những công trình
quan trọng.

22
6,1
6
28,1
16
6,1
6
22,1
20,22
10
18
6,1
18
6,1
a)
b)
c)

Hình 2-16: Cấu tạo các loại cừ thép
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


43
- Cừ bêtông cốt thép: Cừ ny có thể đóng trong mọi loại nền không phải đá. Có thể
dùng loại có mộng hình tam giác, hình thang, (hình 2-17) hoặc dạng khớp theo kiểu cừ
thép. Tuỳ theo công dụng v điều kiện chịu lực của cừ m lựa chọn kích thớc của cừ
cho phù hợp. Thờng bề dy bêtông cốt thép từ 10 ữ 50cm; bề rộng 50 ữ 60cm.
103
10

79
400
300
90
8

B
H
t
d
a)
b)
c)

Hình 2-17: Cấu tạo và kích thớc một số bản cừ bằng bêtông cốt thép

3. Chân khay
Chân khay đợc đúc liền với bản đáy công trình, bấm sâu vo nền để tăng ổn định
cho công trình. Về mặt chống thấm, chân khay có tác dụng nh một cừ ngắn.
Chân khay thờng bố trí ở 2 đầu bản đáy. Chiều sâu 2 chân khay thờng l bằng
nhau, nhng khi cần tăng ổn định chống trợt cho công trình thì có thể lm chân khay
thợng lu sâu hơn để tạo mặt trợt nghiêng về phía thợng lu (hình 2-18b).
a) b)

Hình 2-18: Các hình thức bố trí chân khay

Đ2.5. Biến hình thấm của đất nền v biện pháp phòng, chống
Dòng thấm dới nền công trình, trong những điều kiện nhất định có thể gây ra
những biến hình thấm bất lợi cho công trình m trong thiết kế cần phải xem xét để tìm
ra biện pháp phòng chống thích hợp.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


44
I. Các biến hình thấm thông thờng
Đây l những loại biến hình thấm thờng xảy ra v có thể kiểm tra đợc bằng tính
toán trên cơ sở các quy luật thông thờng của vật lý, cơ học.
1. Xói ngầm cơ học
a) Hiện tợng: Trong nền đất không dính hoặc ít dính, khi lu tốc thấm vợt quá
một giới hạn no đó thì xảy ra hiện tợng các hạt nhỏ bị đẩy lọt qua các kẽ hở giữa các
hạt lớn. Khi đó, độ rỗng trong đất nền tăng lên, lu tốc thấm tăng lên v có khả năng
cuốn theo các hạt đất lớn hơn. Đó l hiện tợng xói ngầm cơ học. Khi hiện tợng ny
tiếp tục phát triển thì sẽ lm tăng nhanh lu lợng thấm v lm tăng độ rỗng của đất nền,
sinh ra lún không đều v dẫn đến lm mất ổn định của công trình.
Có trờng hợp dòng thấm chỉ lm xói một lợng nhất định các hạt đất nhỏ, lm tăng
lu lợng thấm nhng cha phá vỡ khung kết cấu của đất v cha gây mất ổn định
công trình.
Trong quá trình xói ngầm cũng có trờng hợp các khe hở giữa những hạt đất lớn bị
các hạt đất không trôi qua đợc bịt lại, kẽ hở nhỏ đi, dần dần hiện tợng xói ngầm chấm
dứt. Khi đó trong đất nền hình thnh một tầng lọc tự nhiên, có các hạt đất phân bố từ
nhỏ đến lớn theo chiều dòng thấm. Đây gọi l hiện tợng đọng ngầm.
Các điều kiện phát sinh hoặc chấm dứt xói ngầm cơ học rất phức tạp v phụ thuộc
nhiều yếu tố (kết cấu của đất, thnh phần hạt, sự sắp xếp ngẫu nhiên của các hạt ). Đã
có nhiều phơng pháp gần đúng xác định lu tốc thấm giới hạn sinh xói ngầm, nh các
công thức của Xtốc, Tim, Đơgiattin Tuy nhiên, do tính phức tạp của hiện tợng ny,
cách tiếp cận hợp lý nhất l sử dụng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm. V.S.Ixtômina
(Nga) đã tiến h
nh hng loạt sêri thí nghiệm v đi đến nhận định rằng đối với đất không
dính thì gradien thấm giới hạn xói ngầm cơ học chủ yếu phụ thuộc vo hệ số không đều

hạt của đất = d
60
/d
10
, trong đó d
60
v d
10
l đờng kính các mắt sng cho lọt 60% v
10% trọng lợng mẫu đất thí nghiệm. Trên hình 2-19, đờng cong liền nét biểu diễn
quan hệ J
gh
~ , còn đờng nét đứt thể hiện trị số gradien xói ngầm cho phép:

gh
cp
J
J
m
(2-44)
Trong đó: m - hệ số an ton.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


45
2,0
1,5
1,0
0,5

0
5 10152025303540
J
gh
=
d
60
10
d
J
gh
=f(

)
[J] =f()

Hình 2-19: Biểu đồ quan hệ J
gh
~

; J
c
p
~


b) Xử lý chống xói ngầm cơ học. Vùng nguy hiểm về xói ngầm l chỗ dòng thấm
thoát ra hạ lu. Để chống xói ngầm cơ học, cần phải lm thiết bị thoát nớc dạng tầng
lọc ngợc.
Tầng lọc ngợc đợc tạo thnh từ một số lớp vật liệu không dính (cát, cuội sỏi, dăm)

có đờng kính hạt tăng dần theo chiều dòng thấm. Khi thiết kế tầng lọc ngợc phải đảm
bảo các nguyên tắc sau:
- Các hạt trong mỗi lớp không đợc di động.
- Các hạt đất đợc bảo vệ không lọt vo tầng lọc ngợc. Trờng hợp đặc biệt có
thể cho phép các hạt đất rất nhỏ qua tầng lọc ngợc, nhng đất không sinh ra biến
hình nguy hiểm.
- Các hạt của một lớp không đợc chui qua kẽ hở của lớp có hạt lớn hơn.
- Tầng lọc không bị tắc.
Lỗ thoát nớc
Đá dăm - 20cm
Cát thô - 20cm

Hình 2-20: Bố trí các lớp lọc ngợc ở cửa ra của dòng thấm
Hiện nay, trong xây dựng thuỷ lợi đang sử dụng các phơng pháp khác nhau để
chọn tầng lọc ngợc. Một số phơng pháp thông dụng nh sau:
- Tính theo QPTL C5-75 (dịch từ Quy phạm của Liên Xô). Việc tính theo Quy phạm
ny thờng gặp khó khăn do phải tính thử dần nhiều lần, khó áp dụng trong thực tế.
- Tính theo tiêu chuẩn của các nớc phát triển. Các tiêu chuẩn ny thờng đơn giản,
dễ áp dụng. Nguyên tắc thiết kế tầng lọc ngợc đợc đảm bảo bởi các điều kiện sau:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


46
1. Đất đợc bảo vệ không bị cuốn trôi vo lớp lọc, hoặc vật liệu lớp hạt nhỏ không
bị cuốn trôi vo kẽ hở lớp hạt lớn:

15
85
D

5
d

(2-45)
2. Đảm bảo khả năng thoát nớc thấm:

15
15
D
5
d

(2-46)
Ngoi ra, cần khống chế hm lợng những hạt mịn của vật liệu lm lọc có đờng
kính nhỏ hơn hoặc bằng 0,074mm không đợc vợt quá 5% theo trọng lợng.
3. Vật liệu lớp lọc có cấp phối hợp lý, đảm bảo không bị phân tầng, tách lớp khi vận
chuyển, v khả năng nén chặt tốt:
20 (2-47)
4. Chỉ cần thiết kế lọc 1 lớp nếu D
85
lớn hơn 2 lần đờng kính lớn nhất của lỗ thoát
nớc ở tấm bêtông hoặc kẽ hở lớn nhất giữa các viên đá lát.
Trong các công thức trên, chữ D chỉ đờng kính hạt của lớp hạt lớn; chữ d chỉ đờng
kính hạt của lớp hạt nhỏ liền kề (khi tính cho lớp đầu tiên của tầng lọc thì d l đờng
kính hạt của đất đợc bảo vệ); các chỉ số 15, 50, 85 tơng ứng l số phần trăm của trọng
lợng mẫu bị lọt xuống dới mắt sng đang xét.
Về chiều dy của lớp lọc, nếu tính theo lý thuyết thì thờng rất nhỏ. Vì vậy trong
thiết kế quy định chiều dy tối thiểu theo hình thức v điều kiện thi công. Ví dụ, với lớp
lọc nằm ngang, t 15 ữ 30cm; lọc kiểu ống khói t 40cm; vùng chuyển tiếp giữa các
khối đất đắp: t 1 ữ 1,5m.

2. Xói tiếp xúc
Khi dòng thấm chảy song song với mặt phân cách các lớp vật liệu hạt rời, nếu cấp
phối hạt của các lớp không hợp lý v gradien thấm đủ lớn thì sẽ xảy ra hiện tợng các
hạt của lớp nhỏ bị cuốn trôi vo kẽ hở của lớp hạt lớn v bị trôi theo dòng thấm. Hiện
tợng ny gọi l xói tiếp xúc.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


47
Để đề phòng xói tiếp xúc, cần chọn hệ số
chuyển tiếp cỡ hạt của các lớp kề nhau thoả mãn
đồ thị trên hình 2-21, trong đó:
50
50
D
d
=
- hệ số chuyển tiếp cỡ hạt;
D
50
- đờng kính bình quân của lớp hạt lớn;
d
50
- đờng kính bình quân của lớp hạt nhỏ;
60
10
D
H
D

=
- hệ số không đều của lớp hạt lớn;
60
10
d
d
=
- hệ số không đều của lớp hạt nhỏ.
Đồ thị hình 2-21 đợc lập với dòng thấm ở
mặt tiếp xúc có J 1,3.
102345
4
8
12
16
20
24
28
32
36
=
d
50
D
50
H

Khu vực không cho phép
Khu vực cho phép

Hình 2-21: Đồ thị để kiểm tra xói ngầm
tiếp xúc
Hệ số chuyển tiếp giữa 2 lớp thờng chọn 3 ữ 10.
3. Đẩy trồi đất (đùn đất do thấm)
a) Hiện tợng: Đẩy trồi đất xảy ra ở nền đất dính, tại vùng cửa ra của dòng thấm,
khi áp lực đẩy ngợc của dòng thấm vợt quá lực giữ khối đất (trọng lợng bản thân, lực
dính v ma sát với các khối xung quanh).
Xét một khối đất trong miền thấm có kích thớc theo mỗi chiều bằng đơn vị.
áp lực
thuỷ động lên khối đất ny l W
th
= J, trong đó - trọng lợng riêng của nớc;
J - gradien thấm trung bình của khối tính toán.
Tại vùng cửa ra của dòng thấm (hình 2-
22), lực W
th
có hớng từ dới lên trên, ngợc
chiều với trọng lợng bản thân đất. Trờng
hợp khối đất ngâm trong nớc, trọng lợng của
nó l: G =
đn
x 1, trong đó
đn
- trọng lợng
riêng của đất ở trạng thái đẩy nổi,
đn
=
2
-
(1 - n); ở đây

2
- trọng lợng riêng của đất
khô; n - độ rỗng của đất nền.
Nếu bỏ qua lực ma sát v lực dính, khối
đất sẽ ở trạng thái cân bằng giới hạn khi W
th

=
G, hay: J =
2
- (1 - n).
Trị số gradien thấm giới hạn đẩy trồi đất sẽ
l:
t
S
A
B
7H
n
6H
n
5H
n
4H
n
3H
n
2H
n
H

n
0.0
Hình 2-22: Sơ đồ tính toán đẩy trồi
đất ở hạ lu công trình
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


48

2
gh
J(1n)

=

(2-48)
Nếu trong thực tế, tại vùng cửa ra của dòng thấm có J
ra
> J
gh
thì khối đất sẽ bị đẩy
trồi từ dới lên trên, lm cho công trình bị mất ổn định (nghiêng, lật, trợt ).
b) Biện pháp phòng chống đẩy trồi đất
Để phòng chống đẩy trồi đất, ngoi các biện pháp kéo di đờng viền thấm để giảm
J
ra
nh đã nêu ở Đ2.4, còn có thể trực tiếp lm tầng gia trọng ở khu vực cửa ra.
Xét trờng hợp phổ biến khi công trình có chân khay cắm vo nền nh ở hình 2-22.
Điều kiện cân bằng giới hạn của cột đất có chiều cao l S, bề rộng đáy bằng 1 đối với

bi toán phẳng nh sau:
h
c
x 1 =
đn
.S x 1 +
p
.t x 1 + C x S, (2-49)
Trong đó: h
c
- cột nớc thấm ở đáy chân khay (điểm A);
t - chiều dy lớp gia trọng;

p
- trọng lợng riêng của lớp gia trọng;
C - lực dính đơn vị.
Trờng hợp đất nền tại khu vực dòng thấm thoát ra có vết nứt hay một khuyết tật
no khác, thờng lấy C = 0. Khi đó, chiều dy t của tầng gia trọng sẽ l:

dn
c
pp
th S



(2-50)
4. Đùn đất tiếp xúc
Đối với nền đất dính, khi thiết kế tầng gia trọng theo công thức (2-50) sẽ đảm bảo
không sinh đẩy trồi cả mảng lớn đất ở hạ lu. Nhng nếu tầng gia trọng cấu tạo bằng vật

liệu hòn lớn (đá lát, đá đổ ) v giữa các hòn có khe hở thì dòng thấm có thể đẩy bong
từng phần đất nền tại vị trí các khe hở. Đó l hiện tợng đùn đất tiếp xúc (hình 2-23a).

D
2
4
3
0
0
20
5
10
15
25
30
D mm
I
50
8246 10
=
D'
10
D'
60
0
80
120
160
200
240

40
I
D mm
50
60
D'
D'
10
48 2012 16
H=
=1,5 cm
=1,0 cm
=0,5 cm
b)
c)
a)
Hình 2-23: a) Sơ đồ đùn đất tiếp xúc;
b, c) Các đồ thị dùng để chọn vật liệu làm lớp thứ nhất của tầng lọc ngợc.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


49
Để ngăn ngừa đùn đất tiếp xúc, cần hạn chế khe hở giữa các hòn của tầng gia trọng
bằng cách đặt một lớp đệm trung gian bằng sỏi cuội hoặc dăm dạng tầng lọc ngợc. Nếu
đất nền có chỉ số dẻo W
n
> 7 ữ 10 v độ bão ho G > 0,85 thì các số liệu đặc trng
I
50

D

v H
I
=
I
60
I
10
D
D
của vật liệu lớp đệm thứ nhất có thể chọn theo đồ thị hình 2-23b, c, trong
đó trị số
= 0,5; 1,0; 1,5 cm l độ sâu lớp bong tróc cho phép của nền đất sét.
II. Các biến hình thấm đặc biệt
Ngoi các dạng biến hình thấm thông thờng nói trên, trong môi trờng thấm còn có
thể xẩy ra các dạng biến hình thấm đặc biệt do tồn tại các khe hở, khuyết tật trong đó. Các
khe hở, khuyết tật ny đợc hình thnh do nhiều nguyên nhân khác nhau (xói ngầm, lún
không đều, vết nứt trong đất, rễ cây mục nát, động vật đo hang ). Vị trí của khuyết tật
có thể ở bất cứ chỗ no trong miền thấm v nói chung, không thể dự kiến trớc đợc.
Khi trong nền (hay bản thân công trình đất) có tồn tại các khe hở, khuyết tật nh
vậy, dới tác dụng của cột nớc thấm (cột nớc chênh lệch thợng - hạ lu công trình)
sẽ hình thnh các hang thấm tập trung. Dòng thấm sẽ đi theo con đờng ngắn nhất nối
các hang thấm tập trung, khi đó chiều di đờng thấm bị rút ngắn, gradien thấm tăng
nhanh, khả năng phá hoại của dòng thấm l rất lớn. Dạng phá hoại ny của dòng thấm
gọi l phá hoại đặc biệt, không thể dự kiến trớc đợc vị trí, quy mô v mức độ h hỏng
của nền v công trình.
Để kiểm tra khả năng phá hoại đặc biệt của nền v công trình, chỉ có thể sử dụng
các đại lợng gradien thấm trung bình cho ton miền, gọi l độ bền thấm đặc biệt hay độ
bền thấm chung:

J
K
< J
KCP
, (2-51)
Trong đó:
J
K
- gradien thấm chung của nền hay công trình;
J
KCP
- gradien thấm chung cho phép của nền hay công trình.
ý nghĩa của công thức (2-51) l ở chỗ khi cột nớc thấm của công trình đã khống
chế, cần phải thiết kế công trình có đờng viền thấm đủ di, để khi có hang thấm tập
trung ở một vị trí no đó thì phần còn lại của đờng thấm vẫn đủ để chống lại các biến
hình thấm nguy hiểm. Cách kiểm tra đờng viền thấm theo công thức (2-16) cũng l
theo nguyên tắc ny.
Trị số J
K
đối với nền đất của công trình có thể xác định theo phơng pháp do Viện
nghiên cứu Khoa học Thuỷ lợi ton liên bang - VNIIG (Liên Xô) đề nghị:
J
K
=
tt i
H
T.


, (2-52)

Trong đó:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


50
H - cột nớc thấm;
T
tt
- chiều sâu tính toán của nền;

i
- tổng hệ số sức cản tại các bộ phận của miền thấm.
Cách xác định T
tt
v các
i
nh đã nêu ở Đ2-2.
Trị số J
KCP
đối với nền đất phụ thuộc vo loại đất v cấp công trình có thể tham khảo
ở bảng 2-4.
Bảng 2-4. Trị số J
KCP
của nền đất (theo CHuII -.12-67)
J
KCP
khi công trình cấp
Loại đất nền
I II III IV - V

Đất sét 0,70 0,80 0,90 1,08
Đất á sét 0,35 0,40 0,45 0,54
Cát hạt lớn 0,32 0,35 0,40 0,48
Cát hạt trung bình 0,22 0,25 0,28 0,34
Cát hạt nhỏ 0,18 0,20 0,22 0,26
Đ2-6. Thấm qua nền đá dới đáy công trình
1. Đặc điểm của thấm qua nền đá
Nền đá nói chung có độ rỗng nhỏ. Đối với nền l đá phún xuất thì độ rỗng khoảng
0,5
ữ 0,8%; đối với đá trầm tích, độ rỗng n = 4 ữ 35%; hệ số thấm qua đá nguyên khối
khoảng 10
-6
ữ 10
-9
cm/s. Vì vậy, có thể bỏ qua hiện tợng thấm qua lỗ rỗng trong đá.
Thấm ở nền đá chủ yếu l qua các khe nứt. Các khe nứt trong khối đá đợc hình thnh
do quá trình kiến tạo, đoạn tầng, tác dụng phong hoá hay do nổ mìn khi đo móng gây
nên v.v Chiều rộng khe nứt thờng từ vi milimét đến vi centimet hoặc hơn nữa.
Nớc thấm trong các khe nứt không tuân theo định luật Dacxi v cho đến nay còn ít
đợc nghiên cứu. Chỉ trong trờng hợp khi khối đá nền lớn, khe nứt nhỏ v đều mới
có thể coi gần đúng nh nền đất.
2. áp lực thấm
Nớc thấm qua các khe nứt trong nền đá dới đáy công trình v thoát ra hạ lu. Vì
cha biết đợc quy luật tiêu hao cột nớc thấm nên ngời ta thờng tính toán rất sơ lợc
theo phơng pháp tỷ lệ đờng thẳng.
áp lực nớc đẩy ngợc W dới đáy công trình l
tổng hợp của lực thuỷ tĩnh W
tt
v lực thấm W
th

. Khi tính lực thấm ngời ta nhân thêm
một hệ số
do xét tới tác dụng giảm nhỏ áp lực thấm của mn chắn (hình 2- 24).
Hệ số
phụ thuộc vo mức độ xử lý nền, tính chất đá nền v chiều cao đập, thờng
vo khoảng 0,3
ữ 0,7.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


51
H
H
H
H
H
b
W
1


2
2

Hình 2-24: áp lực nớc đẩy ngợc
dới đáy đập trên nền đá

4
5

3
2
1
2
1
d
c
e
a

Hình 2-25. Phân bố áp lực đẩy ngợc dới đáy
đập trọng lực có thiết bị chống thấm và thoát nớc.
1- Đờng hầm; 2- ống thoát nớc; 3- Giếng thoát
nớc; 4- Lỗ khoan phụt xi măng; 5- Màn chống thấm
Biện pháp phụt vữa xi măng lm mn chống thấm trong nền đập v đặt thiết bị thoát
nớc dới đáy đập có tác dụng lớn đối với việc giảm nhỏ áp lực thấm. Trên hình (2-
25) thể hiện đờng phân bố áp lực đẩy ngợc (đờng aced) dới đáy một đập bêtông
trọng lực có mn chống thấm v có bố trí các thiết bị thoát nớc sau mn chắn, dới
đáy đập.
Tuỳ theo chiều cao đập, có thể bố trí các thiết bị chống thấm v thoát nớc theo các
sơ đồ sau:
- Khi chiều cao đập H
đ
< 25 m, theo sơ đồ hình 2-26a:
b
l
H(1-

)
H

H

H
H

'H
l
b
H
b

' H
l

''H
0
1
l

'' H
1
1
a)
b)
c)

Hình 2-26: Các sơ đồ tính áp lực thấm lên đáy đập
W
th

= 0,5Hl(1 -
0
)
2
; (2-53)
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


52
- Đập có 25
H
đ
< 75 m, theo sơ đồ hình 2-26b:
W
th
= 0,5H[l(1 -
0
) + b
1
"]
2
; (2-54)
- Đập có H
đ
75 m, theo sơ đồ hình 2-26c:
W
th
= 0,5H[l
2

(1 +
1
' -
1
") + l
2

1
' + b
1
"]
2
; (2-55)
Trong các công thức trên:
- trọng lợng riêng của nớc;
H - độ chênh cột nớc thợng hạ lu đập;

2
- hệ số diện tích chịu áp lực nớc,
2
1,0

1
' = 0,4;
1
" = 0,2
l
1
- đoạn di từ mép móng thợng lu đập đến mặt hạ lu mn chống thấm. Trên
đoạn

l
1
, cột nớc thấm giảm từ H xuống
1
'H;
l
2
- khoảng cách từ mép hạ lu mn chống thấm đến vị trí đặt thiết bị thoát nớc;

0
- hệ số xét đến tổn thất đầu nớc thấm qua đá nền đến mặt thợng lu mn
chống thấm, xác định theo thí nghiệm.
Trờng hợp không lm mn chống thấm, nhng có thiết bị thoát nớc đặt cách mép
thợng lu đập một khoảng bằng
l thì áp lực thấm đợc tính theo công thức:
W
th
= 0,5H(l +
''
1

b); (2-56)
Trong đó thờng lấy
''
1
= 0,5
Ngoi áp lực thấm W
th
, đáy đập còn chịu tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngợc:
W

tt
= H
2
b
2
; (2-57)
Trong đó: H
2
- độ sâu nớc hạ lu (tính đến đáy móng đập).
3. Lu lợng thấm
Lu lợng thấm qua nền đá có thể rất lớn, nhất l khi nền đá nứt nẻ nhiều. Do tính
chất không đồng đều của các khe nứt ta chỉ có thể tính lu lợng thấm qua nền đá một
cách sơ lợc. Ví dụ, khi nền thoả mãn những điều kiện nhất định thì có thể tính lu
lợng thấm theo các công thức đơn giản của bi toán thấm có áp.
4. Hiện tợng xói ngầm trong nền đá
Khi trong nền đá có các nham thạch mềm dễ ho tan hoặc có các loại muối thì dễ
sinh hiện tợng xói ngầm hoá học do dòng thấm gây ra. Trong trờng hợp ny, cần phải
xử lý bằng các biện pháp đặc biệt nh: phụt vữa tạo mn chống thấm sâu xuống tầng đá
không bị ho tan; lm mn chống thấm xiên (hình 2-27a) để bảo vệ miền A trong nền đập;
lm sân trớc, kéo di đờng viền thấm v kết hợp với thiết bị thoát nớc ở cuối sân trớc để
loại trừ dòng thấm ở dới đáy đập (hình 2-27b).

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


53
A
a) b)

Hình 2-27: Các biện pháp phòng chống xói ngầm hoá học trong nền đá.
a) Làm màn chống thấm xiên; b) Sân phủ kết hợp với thiết bị thoát nớc ở cuối sân.

Đ2.7. Thấm quanh bờ v bên vai công trình
I. Khái niệm
Các công trình thuỷ lợi thờng nối
tiếp với bờ đất hay một công trình thấm
nớc. Khi có chênh lệch cột nớc
thợng hạ lu thì ngoi dòng thấm phát
sinh ở dới đáy, cũng sẽ hình thnh
dòng thấm quanh bờ hay bên vai công
trình. Trên hình 2-28 cho thấy đờng
bão ho vẽ theo tia dòng ABCDE
quanh vai một công trình không thấm
nớc, với O - O' l mặt tầng không
thấm nớc.
h
h
h
1
2
A
C'
D'
B
C
D
E
O
O'

A
E
B
C
D
Hình 2-28: Sơ đồ thấm vòng quanh bờ
Dòng thấm vòng quanh bờ hoặc vai công trình nếu không đợc xử lý tốt có thể thoát
ra ở lng chừng mái bờ hạ lu, gây sình lầy, sạt trợt mái bờ.
II. Giải bài toán thấm quanh bờ, vai đập
1. Phơng pháp chung
Đây l bi toán thấm 3 chiều không áp (có mặt thoáng). Về nguyên tắc, vẫn dựa vo
phơng trình vi phân cơ bản của dòng thấm chảy tầng trong môi trờng đồng chất, đẳng
hớng để giải quyết. Phơng trình đó nh sau:

222
222
hhh
0
xyz

+
+=

. (2-58)
Việc giải phơng trình (2-58), ngay cả với những điều kiện biên đơn giản nhất vẫn
đòi hỏi một khối lợng tính toán rất lớn v thờng chỉ thực hiện đợc nhờ phơng pháp
số v công cụ máy tính. Hiện nay đã có các chơng trình máy tính loại ny (ví dụ phần
mềm SEEP - 3D).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

54
Trong trờng hợp tầng không thấm nằm ngang, có thể giải gần đúng bi toán thấm
vòng quanh bờ bằng cách suy diễn từ bi toán thấm phẳng có áp v giải bằng phơng
pháp lới thấm. Trong bi toán thấm vòng quanh bờ, lng tờng bên đóng vai trò l
đờng viền dới đáy công trình, còn hm số thế
=
2
h
2
, thay cho
= h của bi toán
thấm có áp.
Các công thức suy diễn nh sau:
Bảng 2-5
Thông số Thấm phẳng có áp Thấm vòng quanh bờ
Số hiệu
công thức
Hm số thế
= h
= h
2
/2
(2-59)
Lu lợng thấm dẫn suất
r
m
q
n

=

r
m
q
n
=


Cột nớc dẫn suất
2
r
12
hh
h
hh

=


22
2
r
22
12
hh
h
hh

=

(2-60)
Cột nớc ton phần tại một điểm
h = h
r
(h
1
h
2
) + h
2
22 2
r1 2 2
hh(hh)h=+
(2-61)
Lu lợng thấm
q
đơn

v
ị
= k(h
1
h
2
)q
r
22
12

1vai r
hh
Qk .
q
2

=
(2-62)
Trong đó: k - hệ số thấm của đất bên vai đập; trị số q
r
v h
r
tìm đợc từ sơ đồ lới
thấm suy diễn. Ht lsd
2. Thấm sau lng tờng bên
Các đập trn xây trên nền không phải l đá thờng nối tiếp với bờ bằng tờng bên
dạng tờng cánh g (hình 2-29).
Khi tính thấm, ngời ta suy diễn từ kết quả của phơng pháp vẽ lới thấm nh đã
nêu trên. Sơ đồ hình 2-29a, d l ứng với bản đáy có một hng cừ; sơ đồ hình 2-29b l
ứng với bản đáy có 2 hng cừ v.v
Về phơng diện chống thấm thì tốt nhất l những tờng bên có một hoặc hai tờng
cánh nh trên hình vẽ 2-29a, b, d, nhng tờng cánh hạ lu phải ngắn hơn tờng cánh
thợng lu để tránh lm tăng cột nớc thấm sau lng tờng.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


55
a) b) c) d)

Hình 2-29: Các hình thức tờng bên nối tiếp đập tràn với bờ
Những kết luận về đờng viền thấm trong bi toán thấm có áp đều có thể áp dụng
cho bi toán thấm quanh vai đập nh:
- Tờng cánh thợng lu đóng vai trò rất quan trọng trong việc tiêu hao đầu nớc
thấm, nên cần cắm đủ sâu vo bờ.
- Tờng cánh hạ lu tuy có lm tăng thêm một ít cột nớc thấm sau lng tờng bên,
nhng lại bị giảm đợc gradien thấm ở cửa ra.
Để giảm thấp đờng bão ho v bảo vệ đất bờ, có thể bố trí thoát nớc dới dạng tầng lọc
ngợc phía sau lng tờng bên v trên mái bờ hạ lu nh hình 2-30a.
Một đặc điểm cần chú ý l nếu các đờng viền v miền thấm có hình dạng v kích
thớc giống nhau thì áp lực thấm sau lng tờng bên sẽ lớn hơn áp lực tơng ứng dới
đáy đập. Điều ny đợc suy từ công thức tính cột nớc dẫn suất (2-60). Vì vậy nếu
không xử lý thích đáng thì nớc ngầm sẽ chui từ sau lng tờng bên vo nền đập, l
m
tăng áp lực thấm dới đáy công trình so với các trị số đã tính theo bi toán thấm có áp.
Để giải quyết vấn đề ny, giáo s K.B. Pôpôp kiến nghị chọn chiều di đờng viền thấm
quanh vai đập theo công thức:
L
b
= C
b
H (2-63)
Trong đó: H - cột nớc thấm;
C
b
- hệ số, lấy nh sau:
C
b
= (0,67 ữ 0,75)C (2-64)
Với C l hệ số, phụ thuộc loại đất, lấy theo bảng (2-2).

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


56
3. Liên kết giữa đập không tràn nớc
với bờ
Để liên kết đập không trn với bờ, ngời
ta dùng các hình thức:
- Cắm sâu tờng đập vo bờ (hình 2-30a);
- Xây lát mái bờ để chống thấm (hình 2-
30b);
- Lm các tờng cắm sâu vo bờ (hình 2-
30c, d).
Trong các phơng án nêu trên thì các
biện pháp ở hình 2-30c, d l hiệu quả hơn cả.

TL
HL HL
TL
HL
TL
HL
TL
a)
b)
c)
d)

Hình 2-30: Các hình thức nối tiếp đập không

tràn với bờ
4. Tính thấm quanh bờ đập đất
Với các đập đất chắn ngang sông (hình 2-31), ngoi việc tính thấm qua thân đập v
nền của nó, còn phải tính đến dòng thấm vòng quanh hai bên vai đập.
Bi toán thấm vòng quanh bờ đập đất có thể giải gần đúng bằng phơng pháp vẽ
lới. Ví dụ về một lới thấm vòng quanh bờ đợc thể hiện trên hình 2-32.
H
H
H
1
2
E
A
B
O
O'
a)
b)
S
T
N
M
E
D

Hình 2-31: Dòng thấm 2 bên vai đập đất
a. Cắt dọc tuyến đập; b. Mặt bằng đập
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

57
Dựa vo lới thấm v theo công thức (2-61)
sẽ xác định đợc cột nớc ton phần tại các điểm
dọc theo từng đờng dòng, tức l dựng đợc
đờng bão ho dọc theo từng đờng dòng trên
mặt bằng để kiểm tra xem nớc thấm có thoát ra
tại những vị trí cao trên mái bờ hạ lu hay
không.
Ví dụ trên hình 2-31 cho thấy đờng bão ho
FN có đoạn nằm cao hơn mặt đất, tức nớc thấm
thoát ra ở vị trí cao sẽ lm lầy, ớt một phạm vi
rộng của mái bờ hạ lu.
Để khắc phục, cần lm thiết bị thoá nớc ST
để hạ thấp đờng bão ho xuống vị trí FSN nằm
sâu dới đất nhằm giữ ổn định chống trợt mái
bờ hạ lu.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
d
b
a
O

Z

Hình 2-32: Lới thấm vòng quanh bờ đập
đất từ hồ chứa xuống hạ lu.
Vị trí mép nớc sát mái thợng lu đập (điểm b, hình 2-32) có các mắt lới rất nhỏ
nên dòng thấm có lu tốc lớn. Nếu bố trí tại đây một sân chống thấm (đá xây hoặc tấm
bêtông chít mạch) thì có thể hạ thấp đợc đờng bão ho của dòng thấm quanh bờ. Tuy
nhiên, cũng cần xem xét đến khả năng ổn định của bản thân sân ny khi mực nớc hồ
rút nhanh, xuất hiện dòng thấm ngợc từ bờ ra hồ chứa.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


58

Chơng 3
Tải trọng v tác động lên công trình thuỷ lợi
Khi thiết kế công trình thuỷ lợi để đảm bảo an ton v kinh tế, cần phải xác định các
tải trọng v tác động lên công trình, mặt khác phải xác định đúng các trờng hợp lm
việc điển hình để chọn các tải trọng đồng thời tác dụng lên công trình đó (tổ hợp tải
trọng). Giải quyết vấn đề đó không đơn giản, đòi hỏi ngời thiết kế phải nắm chắc kỹ
thuật thiết kế, đồng thời phải có kinh nghiệm thực tiễn v nắm vững tình hình đặc điểm
của địa phơng nơi xây dựng công trình.
Trong chơng ny chỉ giới thiệu các tải trọng v tác động phổ biến nhất đối với công
trình thuỷ lợi, còn các tải trọng v tác động riêng đối với từng loại công trình sẽ đợc
tính trong các chơng tơng ứng.
Đ3.1. các loại tải trọng v tổ hợp của chúng
I. Phân loại tải trọng

Có nhiều cách phân loại khác nhau. Song, để phục vụ cho việc lập các tổ hợp tải
trọng đợc sử dụng trong tính toán thiết kế công trình, ngời ta phân loại tải trọng theo
thời gian v tính chất tác dụng. Theo đó các tải trọng tác dụng lên công trình đợc phân
thnh tải trọng thờng xuyên v tải trọng tạm thời.
1. Tải trọng thờng xuyên: bao gồm trọng lợng công trình v các thiết bị cố định
đặt trên v trong công trình (cửa van, thiết bị đóng mở v.v ).
2. Tải trọng tạm thời, phân ra:
a) Tải trọng tạm thời dài hạn:
- áp lực nớc tác động trực tiếp lên bề mặt công trình v nền, áp lực thấm ứng với
mực nớc lớn nhất khi xẩy ra lũ thiết kế trong điều kiện thiết bị chống thấm v tiêu nớc
lm việc bình thờng.
- Trọng lợng đất v áp lực bên của nó; áp lực của đất đá tác dụng lên vỏ đờng hầm.
- Tải trọng gây ra do kết cấu chịu ứng suất trớc.
-
áp lực đất phát sinh do biến dạng của nền v kết cấu công trình, do tải trọng bên
ngoi khác.
-
áp lực bùn cát.
- Tải trọng gây ra do áp lực d của kẽ rỗng trong đất bão ho nớc khi đất cha cố
kết hon ton.
- Tác động nhiệt lên công trình v nền.
-
áp lực do sóng khi gió tính toán có tốc độ bình quân nhiều năm (W
bqmax
).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


59

- Tải trọng gió.
- Tải trọng động sinh ra trong đờng dẫn có áp v không áp khi thợng lu có mực
nớc dâng bình thờng.
b) Tải trọng tạm thời ngắn hạn:
- Tải trọng do tu thuyền v vật trôi (neo buộc, va đập).
- Tải trọng do thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển v các máy móc, kết cấu khác.
-
áp lực nớc va trong thời kỳ khai thác bình thờng.
c) Tải trọng tạm thời đặc biệt:
- Tải trọng do động đất hoặc nổ.
-
áp lực nớc tơng ứng khi xảy ra lũ kiểm tra.
- Tải trọng do áp lực kẽ rỗng khi đất cha cố kết hon ton, ứng với mực nớc lũ
kiểm tra khi thiết bị tiêu nớc lm việc bình thờng, hay ứng với mực nớc dâng bình
thờng khi thiết bị tiêu nớc bị hỏng.
-
áp lực nớc thấm khi thiết bị chống thấm v tiêu nớc không lm việc bình thờng.
-
áp lực sóng khi xảy ra gió v tốc độ lớn nhất thiết kế.
-
áp lực nớc va khi đột ngột cắt ton bộ phụ tải.
- Tải trọng động sinh ra trong đờng dẫn nớc khi thợng lu có mực nớc lũ thiết kế.
-
áp lực phát sinh trong mái đất do mực nớc sông, hồ bị hạ thấp đột ngột (rút nhanh).
II. Tổ hợp tải trọng
Trong thiết kế, để đảm bảo cho công trình đợc an ton v kinh tế, ngời ta phải tính
toán theo các tổ hợp tải trọng khác nhau.
1. Tổ hợp tải trọng cơ bản: bao gồm các tải trọng v tác động thờng xuyên, tạm
thời di hạn, tạm thời ngắn hạn m đối tợng đang thiết kế có thể phải tiếp nhận cùng
một lúc.

2. Tổ hợp tải trọng đặc biệt: vẫn bao gồm các tải trọng v tác động đã xét trong tổ
hợp tải trọng cơ bản, nhng một trong chúng đợc thay thế bằng tải trọng (hoặc tác
động) tạm thời đặc biệt. Trờng hợp tải trọng cơ bản có xét thêm tải trọng động đất hoặc
nổ cũng đợc xếp vo loại tổ hợp đặc biệt.
Trong thiết kế cần phải tính toán với nhiều tổ hợp tải trọng cơ bản v tổ hợp tải trọng
đặc biệt khác nhau để xác định đợc tổ hợp tải trọng bất lợi nhất. Thờng tổ hợp tải
trọng cơ bản dùng để tính toán kích thớc công trình, v tổ hợp tải trọng đặc biệt dùng
để kiểm tra sự lm việc an ton của nó.
Sự khác nhau của các tổ hợp tải trọng cơ bản v tổ hợp tải trọng đặc biệt trong tính
toán chính l sự áp dụng các hệ số tổ hợp tải trọng khác nhau (xem
Đ4.1). Ví dụ, với tổ
hợp tải trọng cơ bản, lấy n
c
= 1,0; với tổ hợp tải trọng đặc biệt, lấy n
c
= 0,9. Ngoi ra quy
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


60
phạm cũng quy định xét thêm các tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công với hệ số
n
c
= 0,95 [19].
Đ3.2. áp lực thuỷ tĩnh v thuỷ động
I- áp lực thuỷ tĩnh
áp lực thuỷ tĩnh đợc xác định theo phơng pháp thờng dùng trong thuỷ lực, bao
gồm hai thnh phần nằm ngang v thẳng đứng. Thnh phần nằm ngang W
1

, W
2
phân bố
có dạng hình tam giác. Thnh phần thẳng đứng W
3
, W
4
l trọng lợng của khối nớc tác
dụng lên bề mặt của công trình. Khối nớc đó l abc v a'b'c' (hình 3-1). Nếu trớc
thợng lu có bùn cát lắng đọng thì có thêm áp lực bùn cát W
b
.
G
W
W
W
W
W
W
W
4
3
1
b
2
t
đn
a
b
c

c' b'
a'
H

H
h
b
2
2


Hình 3-1: Sơ đồ áp lực nớc, bùn cát và đẩy ngợc
áp lực nớc tác dụng vo đáy công trình bao gồm áp lực đẩy ngợc của nớc W
đn

v áp lực thấm W
t

.
Khối lợng riêng của nớc sông
= 1000 kg/m
3
, khi trong nớc có nhiều bùn cát,
tuỳ theo hm lợng bùn cát m khối lợng riêng có thể tăng từ 5
ữ 10%.
II. áp lực thuỷ động
Khi dòng chảy qua công trình gặp các bộ phận của công trình nh trụ pin của đập
trn, tờng tiêu năng , sẽ tác dụng vo công trình một lực do dòng chảy gây nên gọi l
áp lực thuỷ động.
ở đỉnh đập trn có cửa van với độ mở nhất định, ở các mũi phun của chân đập trn,

ở tấm đáy tiêu năng, ở cửa vo cống xả sâu hoặc tờng bên đờng ống có áp, nhất l ở
các đoạn cong đều có áp lực thuỷ động. Khi xác định áp lực tại một điểm no đó của bề
mặt công trình nói trên thì áp lực nớc bao gồm áp lực thuỷ tĩnh v thuỷ động, ngoi ra
cần kể đến cả áp lực mạch động
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


61
Trong tính toán thiết kế, áp lực thuỷ động thờng bao gồm cả áp lực động trung bình
theo thời gian v áp lực mạch động:
p =
d
p + p
m
,

(3-1)
Trong đó áp suất thuỷ động
d
p

v áp suất mạch động p
m
phụ thuộc vo cột nớc
lu tốc:

d
p

2
pn
v
C
2g
=
(3-2)

2
mn
v
pk
2g
= (3-3)
ở đây : C
p
- hệ số áp lực;
k - hệ số mạch động;


n
- dung trọng nớc.
Hệ số áp lực v mạch động trong một số trờng hợp đợc xác định theo công thức
giải tích, công thức nửa thực nghiệm hay bằng thí nghiệm.
Khi xác định sơ bộ áp lực thuỷ động theo phơng dòng chảy thúc vo các vật chắn,
có thể sử dụng công thức [21]:

2
dn n
V

pKF ,
2g
=

(3-4)
Trong đó:
F - diện tích mặt chắn chiếu lên phơng vuông góc với dòng chảy;
V - lu tốc bình quân của phần dòng chảy hớng vo mặt chắn;

n
- dung trọng của nớc;
K - hệ số động lực, lấy bằng 1,2
ữ 1,3;
n - hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vo dạng vật chắn, sơ bộ có thể lấy n = 1,2.
Đ3.3. Tác động của sóng
I. Các thông số của sóng
Khi có gió thổi liên tục, mặt nớc hồ sẽ phát sinh sóng v lm tăng thêm áp lực của
nớc. Các thông số của sóng nh chiều cao sóng h, chu kỳ sóng
, bớc sóng (hình 3-2)
phụ thuộc nhiều nguyên nhân nh tốc độ gió W, thời gian gió thổi liên tục t, độ sâu
của nớc trong hồ H, chiều di đ sóng D. Chiều di đ sóng D bằng khoảng cách
từ bờ đến công trình tơng ứng với hớng gió (hình 3-3).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


62
Đỉnh sóng
Chiều cao sóng h
Mức nớc tĩnh

Đờng trung bình sóng
Chân sóng
buớc sóng



h
h/2
h/2
h
s
ch
O

Hình 3-2: Các thông số của sóng.
Ngời ta còn phân biệt giữa sóng nớc sâu v sóng nớc nông để tính các yếu tố
sóng. Sóng nớc sâu l ở đó độ sâu của nớc trong hồ H rất lớn, đáy hồ không ảnh
hởng tới các yếu tố về sóng. Khi H >
2

có sóng nớc sâu v
2

> H > H
gh
có sóng
nớc nông, trong đó H
gh

= (1,25 ữ 1,8) h

p

(h
p

chiều cao của sóng với xác suất p%).
Tốc độ gió đợc xác định ở độ cao 10 m trên mặt hồ, tần suất gió l 2% đối với công
trình cấp I v cấp II, 4 % đối với công trình cấp III v IV.
Xác định các thông số của sóng có nhiều công thức dựa trên cơ sở quan trắc thực tế
ở nhiều điều kiện cụ thể khác nhau, kết hợp với lý luận để thiết lập nên.
TĐ
N
B
W
1
2
W
3
W
1
W
2
W
W
3
3
D
D
1
D

2
1
2
3

Hình 3-3: Hớng gió và chiều dài đà sóng
Thực tế l các thông số của sóng phụ thuộc vo nhiều yếu tố khác nhau; các yếu tố
ny thờng xuyên thay đổi v cho những tổ hợp ngẫu nhiên giữa chúng (ví dụ, giữa vận
tốc gió, hớng gió v đ sóng, thời gian gió thổi liên tục ). Kết quả l các thông số của
sóng cũng biến đổi một cách ngẫu nhiên v vì vậy cần định lợng các thông số của sóng
theo xác suất xuất hiện p. Trị số của p phụ thuộc vo các loại công trình v cấp của nó,
đợc xác định theo quy phạm.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


63
Theo phơng pháp Crlốp (thể hiện trong quy phạm hiện hnh) các thông số của
sóng đợc xác định nh sau:
1. Các thông số của sóng vùng nớc sâu (H

0,5

)
a) Các đặc trng sóng trung bình
Trị số của h v xác định theo đờng giới hạn trên trong đồ thị hình 3-5, theo đó
tìm đợc các cặp giá trị
2
gh g
v

W
W

từ các đại lợng không thứ nguyên
2
gD gt
v
W
W
. Chọn lấy cặp giá trị bé nhất trong 2 cặp số tìm đợc, từ đó tính ra
h v

. Trị số bớc sóng trung bình xác định theo công thức:

2
g
2

=

(3-5)
b) Chiều cao sóng với xác suất p%:
h
p
= K
p
h,
(3-6)
Trong đó K
p

tra trên đồ thị hình 3-5 theo xác suất p v thông số
2
gD
W
.
2. Thông số của sóng vùng nớc nông
Trờng hợp vùng nớc nông có độ dốc đáy i 0,001, các đặc trng sóng trung bình
hv
xác định theo đồ thị hình 3-6, với tham số l
2
gH
W
v cách xác định cũng nh
trờng hợp trên.
Chiều cao sóng với xác suất p% cũng xác định theo công thức (3-6), trong đó K
p
tra
ở đồ thị hình 3-5 theo các đại lợng không thứ nguyên
22
gD gH
v
WW
, chọn lấy trị số
nhỏ trong hai giá trị K
p
tìm đợc.
Với các trờng hợp khác, xem trong QPTL C1 - 78 [14].
II. Tác dụng của sóng lên công trình có bề mặt thẳng đứng
Khi tính toán tác dụng của sóng lên công trình cần phải xác định độ dềnh của đỉnh
sóng

s
hoặc độ hạ thấp của chân sóng
ch

so với mực nớc tĩnh (hình 3-4a, b), xác định
áp lực sóng đẩy ngang v momen uốn do nó sinh ra.
Nói chung thời điểm do sóng lm mức nớc dâng cao lớn nhất trớc công trình v
trị số áp lực sóng lớn nhất l không trùng nhau. Khi mực nớc dâng cao lớn nhất trớc
công trình do sóng gây nên thì một bộ phận phía trớc công trình có thể sinh ra áp lực
sóng âm (hình 3-4c).
Để xác định áp lực sóng trên bề mặt công trình l thẳng đứng hoặc gần với thẳng
đứng, ngời ta thờng dùng phơng pháp của N.N Zagriadscaia. Phơng pháp đó cho
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


64
phép ứng dụng đối với sóng nớc nông v cả sóng nớc sâu. Độ dềnh cao nhất

s
v độ
hạ thấp nhất

ch
của sóng đợc tính nh sau:


s

= k

s
h ; (3-7)


ch

= k

ch
h, (3-8)
Độ dềnh

d

của sóng khi áp lực ngang của sóng l lớn nhất (hình 3-4d)


d

= k

d

. h . (3-9)


P
H

h

H
h/2
a)
b)
c) d)
e)
h
o
đ
max
s
ch

Hình 3-4: Sơ đồ áp lực sóng lên công trình có mặt thợng lu thẳng đứng
Lúc đó áp lực ngang lớn nhất của sóng (tính cho 1m chiều rộng, =
đ
) (hình 3-4d) l:
P
max
= k
đ
h
h
H
2

+

(3-10)
Mô men của áp lực sóng lấy với đáy công trình :
M
max

= k
m
h
22
hhHH
622

++



, (3-11)
Trong đó: k

s
, k

ch
, k
m
- các hệ số, phụ thuộc
h

v

h

, đợc xác định theo đồ thị
hình 3-7.
Các hệ số k
đ

, k
m
trong công thức (3-10) v (3-11) l hệ số hiệu chỉnh của áp lực
ngang lớn nhất v mômen của áp lực sóng đợc xác định theo đồ thị 3-7d, e .
III. Tác dụng của sóng lên công trình có mặt nghiêng
Khi sóng tiếp xúc với bề mặt công trình l nghiêng thì sẽ có sóng leo. Chiều cao
sóng leo với tần suất l 1% đợc gọi l h
sl1
%
, đối với vùng nớc sâu H 3h
H
1
%
hoặc vùng
nớc nông H 2h
1
%
, đợc tính theo công thức :
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam


65

h
sl1
%
= k
1
k
2
k
3
k
4
k

h
1
%
, (3-12)
Trong đó :
h
H
1
%
- chiều cao sóng của độ sâu H 0,5 với xác suất 1%;
h
1
%
- chiều cao của sóng với xác suất 1%;
k
4
- hệ số đợc xác định theo sơ đồ hình (3-8); phụ thuộc vo

h

v hệ số mái
nghiêng của công trình;
k

- hệ số phụ thuộc góc
S
giữa hớng gió v pháp tuyến với trục đập;
k
1
, k
2
- các hệ số phụ thuộc vo độ nhám tơng đối
1%
h

v đặc trng vật liệu gia
cố mặt đập (bảng 3-1);
k
3
- hệ số phụ thuộc tốc độ gió v hệ số mái nghiêng m (bảng 3-2)
Bảng 3-1: Hệ số k
1
, k
2
Đặc trng lớp gia cố mái Độ nhám tơng đối /h
1
%
k

1
k
2

Bản bêtông (bêtông cốt thép)
Cuội, sỏi, đá, khối bêtông (bêtông
cốt thép)

< 0,002
0,5 ữ 0,01
0,02
0,05
0,1
> 0,2
1
1
0,95
0,90
0,80
0,75
0,70
0,90
0,90
0,85
0,80
0,70
0,60
0,50
Bảng 3-2: Hệ số k
3

Hệ số mái m 0,4 0,4 ữ 2 3 ữ 5 > 5
Vận tốc gió 20m/s 1,3 1,4 1,5 1,6
k
3

Vận tốc gió 10m/s 1,1 1,1 1,1 1,2
Bảng 3-3: Hệ số k

khi tính chiều cao sóng leo

S
(độ) 0 10 20 30 40 50 60
k

1 0,98 0,96 0,92 0,87 0,82 0,76
Chiều cao sóng leo với xác suất p% l h
slp

đợc xác định bằng cách nhân trị số h
sl1
%

tính đợc trong công thức (3-12) với hệ số k
p
lấy theo bảng (3-4).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

66

O 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
O 2000 4000 6000 8000 10000 12000
gD/V
gH/V
1,5
2,0
2,5
3,0
Ki=hi/h
-
i=
0,1%
1%
2%
5%
13%
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005

0,006
0,007
0,008
0,009
0,010
0.3 4 5 6 8
1
234568
10
2 3 4568 2 34568 2
1000
3456 8 2 3
10000
100
100 2 3 4 5 6 8 100 2 3 4 5 6 8 10000 2 3 4 5 6
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,08
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1

2
3
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
3,0
4,0
5,0
5,6
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,12
0,14
gH/V
gD/V
2
gt/V
gt/V gh/V
gh/Vgt/V
H×nh 3-6 §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè cña sãngH×nh 3-5 §å thÞ x¸c ®Þnh Ki