TCVN 4253:2012 Tiêu chuẩn quốc gia về Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 4253 : 2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic structures - Foundation of hydraulic projects - Design standard

Lời nói đầu

TCVN 4253:2012 thay thế cho TCVN 4253-86.

TCVN 4253:2012 do Viện thủy điện và năng lượng tái tạo - Viện khoa học thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic structures - Foundation of hydraulic projects - Design standard

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng khi thiết kế nền các công trình thủy công (công trình thủy lợi thủy điện, kè sông, kè biển).

Khi thiết kế nền các công trình thủy công, ngoài tiêu chuẩn này, cần áp dụng các tiêu chuẩn khác có liên quan.

2. Phần kỹ thuật

2.1. Các quy định chung

2.1.1. Nền các công trình thủy công cần được thiết kế trên cơ sở

- Các kết quả khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn bao gồm các tài liệu về cấu trúc địa chất, về hoạt động nước dưới đất, về hoạt động địa chất động lực, các chỉ tiêu cơ lý của từng đơn nguyên địa chất công trình trong vùng xây dựng.

- Kinh nghiệm xây dựng các công trình thủy công có các điều kiện địa chất công trình tương tự;

- Các tài liệu đặc trưng của công trình thủy công được xây dựng (loại kết cấu, kích thước, trình tự xây dựng, các tải trọng tác dụng, các tác động, điều kiện sử dụng, v.v…)

- Các điều kiện thi công;

- Kết quả so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án về giải pháp thiết kế để chọn phương án tối ưu, nhằm tận dụng các đặc trưng về độ bền và biến dạng của đất đá nền và vật liệu dùng để xây dựng công trình với các chi phí quy dẫn nhỏ nhất.

2.1.2. Để đảm bảo độ tin cậy trong vận hành, độ bền lâu (tuổi thọ) và tính kinh tế của các công trình thủy công, khi thiết kế cần phải thực hiện:

- Đánh giá các điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn vùng xây dựng phù hợp với nhu cầu tài liệu đầu vào để thiết kế công trình thủy công cụ thể, dự báo các vấn đề về địa chất xấu có thể xảy ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình để có giải pháp thiết kế xử lý tương ứng;

- Đánh giá sức chịu tải của nền của công trình;

- Đánh giá độ bền cục bộ của nền;

- Đánh giá tính ổn định của các sườn dốc, mái dốc tự nhiên và nhân tạo;

- Xác định chuyển vị của hệ công trình nền trong quá trình thi công, khai thác, sửa chữa và vận hành công trình;

- Xác định các ứng suất trong nền tại mặt cắt tiếp xúc của công trình với nền và sự biến đổi của chúng theo thời gian;

- Tính toán độ bền thấm của nền, áp lực ngược của nước lên công trình, lưu lượng thấm và khi cần thiết phải tính sự biến đổi của chế độ thấm khi trạng thái ứng suất của nền biến đổi;

- Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật làm tăng sức chịu tải, độ bền, giảm chuyển vị, làm giảm áp lực ngược và lưu lượng thấm.

2.1.3. Cần xác định các tải trọng và tác động lên nền bằng tính toán, xuất phát từ sự làm việc đồng thời của công trình và nền, phù hợp với các quy định cơ bản về thiết kế các công trình thủy công.

2.1.4. Phải tính toán nền của công trình thủy công theo hai nhóm trạng thái giới hạn:

- Nhóm thứ nhất: Sự ổn định chung của công trình về sức chịu tải, về độ bền, ổn định chung về độ bền thấm trên nền không phủ đá cũng như độ bền thấm cục bộ; sự phá hoại cục bộ của nền làm công trình không tiếp tục hoạt động được;

- Nhóm thứ hai (theo sự không sử dụng bình thường được) tính các chuyển vị của công trình, độ bền cục bộ của nền và độ ổn định của các sườn dốc tự nhiên.

CHÚ THÍCH: Nếu sự bất ổn định của các sườn dốc dẫn tới trạng thái không sử dụng được công trình thì phải tính toán độ ổn định của các sườn dốc này theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất.

2.1.5. Khi thiết kế nền các công trình cần bố trí các thiết bị đo kiểm tra để quan trắc tình trạng của các công trình và nền của chúng trong quá trình thi công cũng như trong giai đoạn sử dụng để đánh giá độ tin cậy của hệ công trình nền, phát hiện kịp thời những hư hỏng ngăn ngừa sự cố và cải thiện điều kiện sử dụng.

2.2. Phân loại đất, đá nền và những đặc trưng cơ lý của chúng

2.2.1. Phân loại đất đá nền công trình thủy công: địa khối nền công trình thủy công có hai loại cơ bản nền là đá và nền là đất.

2.2.2. Phân loại đá nền công trình thủy công bằng sự tổng hợp ba yếu tố cơ bản:

- Mức độ phong hóa và biến đổi: Có năm mức độ tốt đến xấu (a1 đến a5)

- Mức độ nguyên khối (giảm nguyên khối nứt nẻ, dập vỡ, tạo không gian trống trong khối đá nền), vật liệu lấp nhét và mức độ lấp nhét khoảng không gian trống đó. Có năm mức độ tốt đến xấu (b1 đến b5)

- Mức độ cứng chắc của đá: Có năm mức độ cứng mềm (c1 đến c5).

CHÚ THÍCH: Ba yếu tố trên đều xuất phát từ tên đá nguồn gốc thành tạo, cấu trúc nguyên thủy và biến đổi theo môi trường tự nhiên. Khi mô tả kết quả khảo sát địa chất công trình cần ghi rõ: tên đá, nguồn gốc, màu sắc, cấu tạo, kiến trúc, tình trạng phong hóa, mức độ nguyên khối, mức độ cứng chắc và mức độ phân bố không đồng đều của từng yếu tố địa chất công trình trong từng đời, lớp đất đá nền đã phân chia trong bản vẽ địa chất công trình để thiết kế nền công trình thủy công.

2.2.3. Phân loại đất nền công trình thủy công, tên đất gọi theo sự tổng hợp của 3 yếu tố cơ bản: Thành phần cấp phối hạt, nguồn gốc thành tạo, trạng thái tự nhiên.

Bảng 1 - Phân loại đá nền công trình thủy công

Mức độ phong hóa và biến đổi

a1: Đá tươi không phong hóa, không biến đổi. Hệ số phong hóa Kph bằng 1,0

a2: Đá phong hóa nhẹ, biến đổi ít. Hệ số phong hóa Kph 0,9 đến nhỏ hơn 1,0

a3: Đá phong hóa vừa, biến đổi trung bình. Hệ số phong hóa Kph từ 0,8 đến 0,9

a4: Đá phong hóa mạnh biến đổi nhiều. Hệ số phong hóa Kph từ 0,7 đến 0,8

a5: Đá phong hóa hoàn toàn, biến đổi hoàn toàn thành dăm sạn. Hệ số phong hóa Kph nhỏ hơn 0,7

Mức độ giảm nguyên khối do nứt nẻ dập vỡ tạo không gian trống trong khối đá nền, vật liệu lấp nhét và mức độ lấp nhét khoảng không gian trống đó

b1: Đá nguyên khối hoặc tương đối nguyên khối, không hoặc ít nứt nẻ, khe nứt nhỏ hơn 0,5 mm hoặc khép kín, tỷ lệ khe nứt nõn khoan nhỏ hơn 3000 Pa, RQD nõn khoan lớn hơn hoặc bằng 80%

b2: Đá nứt nẻ ít đến vừa, khe nứt hở nhỏ hơn 2 mm, mặt nứt nhám không hoặc có ít chất nhét là vụn thô, tỷ khe nứt nõn khoan 3000 Pa đến 6000 Pa, RQD nõn khoan lớn hơn hoặc bằng 60%

b3: Đá nứt nẻ vừa đến nhiều, khe nứt nẻ hở trung bình 2 đến 20 mm, không hoặc có chất nhét là vụn cát, mặt nứt phẳng, tỷ khe nứt nõn khoan 6000 Pa đến 10000 Pa, RQD nõn khoan 30% đến 60%

b4: Đá nứt nẻ nhiều đến rất nhiều, khe nứt hở lớn hơn 20 mm không hoặc có chất nhét vụn sạn cát là bụi sét, tỷ lệ nõn khoan 10000 Pa đến 20000 Pa, RQD nhỏ hơn 30%

b5: Đá nứt nẻ tăng cao, khe nứt hở lớn 20mm; chất nhét trong khe nứt là bụi sét, mật độ khe nứt nõn khoan lớn hơn 20000 Pa, mặt nứt đã bị biến dạng hoàn toàn, đời nứt nẻ vụn nát, đới dập vỡ kiến tạo, nõn khoan là các mảnh vụn dăm sạn RQD bằng 0.

Mức độ cứng chắc của đá

c1: Đá cứng chắc, cường độ kháng nén một trục Rn lớn hơn hoặc bằng 800 kg/cm2

c2: Đá cứng chắc, cường độ kháng nén một trục Rn từ 500 kg/cm2 đến 800 kg/cm2

c3: Đá cứng vừa, cường độ kháng nén một trục Rn từ 150 kg/cm2 đến 500 kg/cm2

c4: Đá mềm, cường độ kháng nén một trục Rn từ 50 kg/cm2 đến 150 kg/cm2

c5: Đá rất mềm, cường độ kháng nén một trục Rn nhỏ hơn 50 kg/cm2

Bảng 2 - Đặc trưng cơ lý của đất đá

Loại đất đá nền	Các đặc trưng cơ lý của đất đá
	Khối lượng thể tích V(103kg/m3)	Hệ số rỗng e	Sức chống kéo một trục ở trạng thái no nước Rk(kg/cm2)	Mô đun biến dạngE10-3 (kg/cm2)
1. Đá khối (gọi tắt là đá)
Đá (sức chống nén tức thời một trục Rn lớn hơn hoặc bằng 50 daN/cm2)	2,5 đến 3,1	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01	Lớn hơn hoặc bằng 10	Lớn hơn 50
- Phun trào (granit, điôrit, poocphirit, v.v…)
- Biến chất (gơnai, quắc zit, đá phiến kết tinh, đá hoa cương, …v.v…)
- Trầm tích (đá vôi, đôlomic và cát kết)
Đá nửa cứng (có Rn nhỏ hơn 50 kg/cm2)
- Trầm tích (đá phiến sét, sét kết, bột kết, cát kết, cuội kết đá phấn, mác mơ, túp, thạch cao … v.v..)	2,2 đến 2,65	Lớn hơn 0,2	Lớn hơn 10	10 đến 50
2. Không phải là đá (đất)
Loại tròn lớn (đá dăm, cuội, sỏi) và cát	1,4 đến 2,1	0,25 đến 1		0,05 đến 1
Bụi và sét (cát pha, sét pha và sét)	1,1 đến 2,1	0,35 đến 4		0,03 đến 1

CHÚ THÍCH: Đối với đá nửa cứng tùy theo mức độ nguyên vẹn, tùy theo các tính chất và đặc điểm kiến trúc của chúng, khi có cơ sở chắc chắn phải dùng các phương pháp xác định các đặc trưng cơ lý và các phương pháp tính toán như đối với đất, đá rời.

Khi thí nghiệm đất bằng phương pháp cắt, trượt bàn nén và cắt trụ, giá trị tiêu chuẩn của, các đặc trưng của đất và phải được xác định theo Phụ lục H. Trường hợp thí nghiệm bằng phương pháp nén vỡ, các giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng của đất phải được xác định cách dựng quan hệ đường thẳng (theo phương pháp bình phương nhỏ nhất) giữa các ứng suất chính nhỏ nhất và lớn hơn rồi dựng tiếp các vòng tròn ứng suất, sau đó dựng đường thẳng bao các vòng tròn nói trên sẽ xác định và . Khi dùng phương pháp cắt quay hoặc xuyên, phải lấy giá trị trung bình cộng của các kết quả của từng loại thí nghiệm riêng làm giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng và của đất.

2.2.4. Khi thiết kế nền công trình thủy công, trong trường hợp cần thiết, ngoài các đặc trưng cơ lý nêu trong tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình phải xác định thêm những đặc trưng dưới đây của đất đá:

- Hệ số thấm Kt;

- Các chỉ tiêu độ bền về thấm của đất đá (gradien thấm tới hạn Jth và vận tốc thấm tới hạn Vth);

- Hàm lượng các muối hòa tan trong nước và hàm lượng các chất hữu cơ;

- Hệ số nhớt và các thông số từ biển;

- Mô đun nứt nẻ Mn;

- Chiều rộng các khe nứt;

- Những đặc trưng độ chặt của chất nhét trong khe nứt;

- Vận tốc truyền sóng dọc Vd và sóng ngang Vng trong địa khối;

- Lượng hút nước đơn vị q;

- Hệ số nở hông m.

CHÚ THÍCH:

Bản word | Bản gốc