Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12633:2020 Yêu cầu thiết kế cừ chống thấm

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12633:2020

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - CỪ CHỐNG THẤM - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic structures - Impermeability sheet pile -Requirements for design

Lời nói đầu

TCVN 12633: 2020 do Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thấm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - CỪ CHỐNG THẤM - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulics Structures - Impermeability sheet pile - Requirements for design

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu kỹ thuật thiết kế cừ chống thấm cho công trình thủy lợi trên nền không phải là đá;

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi, bổ sung (nếu có).

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

TCVN 8217, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phân loại;

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

TCVN 9246, Cọc ống ván thép;

TCVN 9686, Cọc ván thép cán nóng hàn được;

TCVN 11197, Cọc thép - Phương pháp chống ăn mòn - Yêu cầu và nguyên tắc lựa chọn.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Cừ chống thấm (Impermeability sheet pile)

Kết cấu được đặt thẳng đứng trong nền và liên kết với kết cấu bản đáy hoặc tường bên để kéo dài đường viền thấm cho công trình, cấu tạo của cừ dạng bản hoặc dạng khác có bố trí khớp nối âm dương để khi liên kết với nhau tạo thành tường chống thấm đảm bảo kín nước theo yêu cầu thiết kế. Vật liệu để chế tạo cừ có thể bằng thép, nhựa hoặc bê tông cốt thép.

3.2

Khớp nối cừ (Joint of sheet pile)

Bộ phận nằm bên mép cừ có nhiệm vụ liên kết các đơn nguyên liền kề, đảm bảo kín nước.

4  Quy định chung

Khi thiết kế chống thấm cho công trình thủy lợi bằng cừ cần đảm bảo các yêu cầu sau:

a) Khả năng chống thấm cho công trình: đảm bảo độ bền thấm của nền công trình, hạn chế lưu lượng thấm, giảm gradient thấm, giảm áp lực thấm đẩy ngược lên bản đáy công trình;

b) Khả năng chịu lực trong quá trình thi công: nâng, vận chuyển và hạ cừ vào nền;

c) Yêu cầu sử dụng: tuổi thọ công trình, chống ăn mòn;

5  Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế

5.1  Lựa chọn vị trí tuyến cừ chống thấm

5.1.1  Cừ dưới đáy công trình

Lựa chọn vị trí tuyến cừ chống thấm dưới đáy công trình theo các yêu cầu sau:

Tuyến cừ chống thấm phải đảm bảo liên tục và liên kết được với kết cấu bản đáy công trình. Vị trí bố trí tuyến cừ cần căn cứ vào yêu cầu chống thấm và điều kiện địa chất đất nền để giảm áp lực thấm đẩy ngược lên bản đáy công trình.

Bố trí tuyến cừ chống thấm nối tiếp với công trình đã có thì phải liên kết phù hợp với tuyến chống thấm hiện hữu (xem Hình 1).

5.1.2  Cừ bên mang công trình

Lựa chọn vị trí tuyến cừ chống thấm bên mang công trình theo các yêu cầu sau:

5.1.2.1  Tuyến cừ chống thấm phải đảm bảo liên tục, liên kết được với kết cấu bản đáy công trình và với kết cấu nối tiếp hai bên mang công trình. Chi tiết nối tiếp giữa tuyến cừ mang với công trình xem Hình 2.

5.1.2.2  Phải nối tiếp với tuyến chống thấm dưới đáy và đảm bào ổn định thấm vòng hai bên mang công trình.

CHÚ DẪN:

Hình 1 - Bố trí cừ chống thấm

Kích thước tính bằng mm

CHÚ DẪN:

a) Nối tiếp tường cừ mang công trình với trụ bên công trình

CHÚ DẪN:

b) Nối tiếp tường cừ mang công trình với kết cấu nối tiếp bờ

Hình 2 - Nối tiếp tuyến cừ mang với công trình và với kết cấu nối tiếp bờ

5.2  Lựa chọn hình thức, kết cấu cừ

5.2.1  Lựa chọn loại cừ

5.2.1.1 Cừ thép: Mặt cắt chữ SP, U, Z, AS, M, HM dạng tấm mỏng và mặt cắt ống tròn. Vật liệu chế tạo bằng thép theo tiêu chuẩn có bố trí khớp nối liên kết.

5.2.1.2 Cừ nhựa: Mặt cắt chữ U, Z được chế tạo bằng 02 loại vật liệu nhựa uPVC hoặc PVC có bố trí khớp nối liên kết.

5.2.1.3 Cừ bê tông cốt thép: Mặt cắt chữ nhật, chữ U được chế tạo bằng bê tông cốt thép, có bố trí khớp nối thép liên kết.

Lựa chọn loại cừ chống thấm theo điều kiện địa chất nền tham khảo Bảng E.1, Phụ lục E.

5.2.2  Cấu tạo chi tiết cừ chống thấm

5.2.2.1  Kết cấu cừ thép

Đối với cừ thép, cần có các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn. Biện pháp bảo vệ tham khảo Phụ lục C.

a) Vật liệu chế tạo

- Vật liệu, tính chất cơ học của vật liệu chế tạo cừ thép dạng chữ SP, U, Z, AS, M, HM được quy định trong TCVN 9686.

- Vật liệu, tính chất cơ học của vật liệu chế tạo cừ thép dạng ống tròn được quy định trong TCVN 9246.

b) Kết cấu, hình dạng mặt cắt, liên kết khớp nối các loại cừ thép tham khảo Phụ lục A.

c) Chi tiết đặc trưng mặt cắt các loại cừ thép tham khảo Phụ lục B.

d) Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho cừ thép tham khảo Phụ lục C.

e) Các hệ số chiết giảm của cừ thép trong tính toán kết cấu tham khảo Phụ lục D.

f) Phạm vi áp dụng đối với từng loại cừ tham khảo Phụ lục E.

5.2.2.2  Kết cấu cừ nhựa

a) Vật liệu chế tạo

- Cừ nhựa được chế tạo bằng nhựa uPVC hoặc nhựa PVC

- Nhựa chịu nhiệt cao, có khả năng chống cháy tới 1000 °C. Thời gian chịu đựng được nhiệt nóng chảy trong vòng 30 phút.

- Nhựa có các tính năng khác như: Không bị ôxy hóa, không bị co ngót, không bị biến dạng theo thời gian. Bề mặt sản phẩm từ nhựa uPVC có thể được phủ một lớp hóa chất chống trầy xước và tạo ra độ bóng trên bề mặt sản phẩm cừ nhựa uPVC.

b) Đặc điểm chế tạo

- Độ cứng của cừ nhựa nhỏ hơn so với các loại vật liệu khác như thép hay bê tông

- Khớp nối cừ dạng âm dương, không sử dụng loại bẻ móc nối như cừ thép thông thường.

5.2.2.3  Kết cấu cừ bê tông cốt thép

a) Vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo là bê tông cốt thép, cốt thép thường nhóm từ AI (Cl) đến AIII (Clll). Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày thường từ 30 MPa đến 40 Mpa.

b) Chi tiết kết cấu

Cừ bê tông cốt thép có khớp nối bằng thép, dạng khớp âm dương, độ rộng khe hở của khớp nối đảm bảo điều kiện kín nước hoặc được điền đầy bằng vật liệu trương nở khác để kín nước hoàn toàn. Chi tiết mặt cắt ngang cừ bê tông cốt thép và mặt bằng, mặt bên cừ bê tông cốt thép xem Hình B.3 của Phụ lục B.

5.3  Quy trình tính toán thấm dưới đáy công trình có cừ chống thấm

Căn cứ việc tính toán chiều dài đường viền thấm dưới đáy công trình để quyết định chiều dài cừ hoặc số lượng hàng cừ.

Chiều dài đường viền thấm xác định theo quy định trong TCVN 9143.

5.3.1  Yêu cầu số liệu để tính toán

- Mặt bằng bố trí công trình, các mặt cắt (cắt dọc, cắt ngang) địa chất công trình.

- Các chỉ tiêu cơ lý đất nền công trình.

- Tổ hợp các mực nước và chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.

5.3.2  Tính toán thấm dưới đáy công trình

5.3.2.1  Mục đích tính toán

Tính toán thấm để lựa chọn chiều dài cừ nhằm đảm bảo độ bền thấm, hạn chế lưu lượng thấm và giảm áp lực đẩy ngược lên đáy công trình.

5.3.2.2 Trường hợp tính toán

Tính toán thấm cho công trình trong trường hợp làm việc: giữ nước hoặc ngăn nước hoặc cả hai theo nhiệm vụ công trình đề ra. Với mỗi sơ đồ tính toán, cần chọn tổ hợp có chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu (cột nước thấm) lớn nhất để tính toán

5.3.2.3  Nội dung tính toán

Nội dung tính toán thấm gồm:

- Xác định gradien thấm để kiểm tra điều kiện ổn định thấm.

- Xác định lưu lượng thấm và kiểm tra lưu lượng thấm qua công trình đảm bảo trong phạm vi cho phép.

- Xác định áp lực thấm lên bản đáy công trình để tính toán kiểm tra ổn định công trình.

5.3.2.4  Phương pháp tính toán

Với nền đồng chất, đẳng hướng tính toán theo quy định tại Phụ lục F trong TCVN 9143.

Trong trường hợp nền không đồng nhất được tạo thành bởi các lớp đất nằm ngang có hệ số thấm khác nhau thì tính toán theo quy định tại Phụ lục D trong TCVN 9143.

Trong các điều kiện địa chất phức tạp, bố trí tuyến cừ theo không gian (không nằm trên cùng đường thẳng), cần tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn.

5.3.2.5  Điều kiện chống thấm

a) Nền công trình đảm bảo ổn định thấm chung:

Trị số gradient thấm cho phép (J_k)_cp dùng để kiểm tra độ bền của nền công trình, phải xác định phù hợp với quy định trong TCVN 9143, theo công thức:

Trong đó hệ số K_H phụ thuộc vào cấp công trình:

Trị số gradient thấm J_o trong công thức (1) được quy định tùy thuộc vào loại đất như sau:

Trong đó phân loại đất được quy định trong TCVN 8217.

b) Đảm bảo ổn định thấm cục bộ

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

- Sự trồi đất cục bộ do thấm ở hạ lưu ngay phía sau hàng cừ hạ lưu.

- Sự xói ngầm ra ngoài ở mặt đáy hạ lưu bên trên có phủ tầng lọc ngược.

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

Việc kiểm tra ổn định thấm cục bộ phải tiến hành trong trường hợp nền không đồng nhất, ở vị trí có thể xảy ra sự cuốn đất hạt mịn vào các lỗ hổng của đất hạt thô ở nền theo Phụ lục H trong TCVN 9143. Khi xét đến các chỗ nguy hiểm của nền, phải đảm bảo điều kiện sau:

Trong đó:

J_b - độ dốc đo áp thực ở chỗ tiếp giáp giữa đất hạt thô và đất hạt mịn.

(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 (theo quy định tại 7.5 trong TCVN 9143).

c) Kiểm tra lưu lượng thấm

Việc xác định trị số lưu lượng thấm ứng với đường viền dưới đất (cừ chống thấm) đã chọn nhằm kiểm tra lượng mất nước qua công trình để khống chế trong phạm vi cho phép theo yêu cầu thiết kế công trình chính (nếu có). Trường hợp lượng mất nước lớn hơn cho phép cần có biện pháp để giảm lưu lượng thấm và rò rỉ qua công trình. Kiểm tra lưu lượng thấm rò rỉ qua khớp nối cừ theo điều kiện sau:

Trong đó:

Q_kn - Lưu lượng thấm và rò rỉ nước trên toàn công trình;

Q_th- Lưu lượng thấm qua toàn công trình, xác định theo tính toán thấm, m³/s;

Q_r - Lượng rò rỉ qua khớp nối cừ trên toàn công trình, m³/s, trong đó Q_r= ΣQ_i,

Q_ri - Lưu lượng rò rỉ qua khớp nối thứ i, m³/s:

K_r- Hệ số thấm rò rỉ qua khớp nối cừ, m/s (tra Bảng F.1 trong Phụ lục F);

∆H - Chênh lệch cột nước thấm phía thượng lưu và hạ lưu cừ, m;

H_i - Chiều cao phần khe thấm nước đang xét, m;

Q_cp - Lưu lượng thấm và rò rỉ cho phép của công trình, m³/s, xác định theo yêu cầu cụ thể của công trình.

Trường hợp điều kiện (3) không thỏa mãn cần có biện pháp lấp chèn khớp nối bằng vật liệu trương nở như Bảng F.2 trong Phụ lục F.

5.3.3  Tính toán thấm vòng qua mang công trình

5.3.3.1  Tính toán chiều dài cừ hai bên mang công trình để đảm bảo ổn định thấm, hạn chế lưu lượng thấm và đề phòng biến dạng thấm của đất hai bên mang công trình.

5.3.3.2  Kết cấu và chiều dài chống thấm hai bên mang công trình phải đảm bảo khả năng chống thấm theo 5.3.2.5 và hợp lý về kinh tế.

5.3.3.3  Chiều dài đường viền thấm hai bên mang công trình được xác định dựa vào cột nước thấm và loại đất đắp hai bên mang công trình, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để để kiểm tra lại chiều dài đường viền thấm.

5.4  Yêu cầu thiết kế quan trắc

5.4.1  Mục đích quan trắc

Quan trắc chuyển vị tại các vị trí cần kiểm soát;

Quan trắc lưu lượng nước thấm và rò rỉ qua tuyến cừ, thấm qua nền và mang công trình khi công trình có yêu cầu khống chế lưu lượng thấm;

Quan trắc áp lực thấm dưới nền công trình để kiểm tra hiệu quả giảm áp lực thấm.

5.4.2  Nội dung quan trắc

Yêu cầu về thiết kế, bố trí thiết bị quan trắc theo quy định trong TCVN 8215.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Chi tiết và liên kết khớp nối cừ

A.1  Cừ ván thép

Chi tiết liên kết khớp nối cừ ván thép dạng U, SP xem Hình A.1, Hình A.2. Chi tiết liên kết khớp nối cừ ván thép dạng AS xem Hình A.3. Chi tiết liên kết khớp nối cừ ván thép dạng Z xem Hình A.4. Chi tiết liên kết khớp nối cừ ván thép dạng HM kiểu cơ bản xem Hình A.5. Chi tiết liên kết khớp nối cừ ván thép dạng HM kiểu xen kẽ xem Hình A.6.

Kích thước tính bằng mm

Hình A.1 - Các dạng liên kết nối tiếp cừ thép dạng SP và U

CHÚ DẪN:

Hình A.2 - Các dạng liên kết góc cừ thép dạng SP và U

CHÚ DẪN:

Hình A.3 - Các dạng liên kết cừ dạng AS

CHÚ DẪN:

Hình A.4 - Các dạng liên kết cừ dạng Z

CHÚ DẪN:

Hình A.5 - Liên kết cừ thép dạng HM kiểu cơ bản

CHÚ DẪN:

Hình A.6 - Liên kết cừ thép dạng HM kiểu xen kẽ

Chi tiết liên kết cừ thép với đáy công trình xem Hình A.7.

CHÚ DẪN

Hình A.7 - Liên kết cừ thép với đáy công trình

A.2  Cừ ống thép

Chi tiết liên kết khớp nối cọc ống thép theo quy định trong TCVN 9246, xem Hình A.8.