TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 9152 : 2012
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - QUY TRÌNH THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
Hydraulic structures - Designing Process for Retaining Walls
Lời nói đầu
TCVN 9152 : 2012 được chuyển đổi từ TCXD.57-73 theo quy định tài khoản 1 điều 69 của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.
TCVN 9152 : 2012 do 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 - QUY TRÌNH THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
Hydraulic structures - Designing Process for Retaining Walls
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này áp dụng khi thiết kế các loại tường chắn tường cứng đặt trên nền thiên nhiên là đất hoặc đá.
Tiêu chuẩn này không dùng để thiết kế các loại tường chắn sau:
- Có kết cấu bằng gạch xây và đá xây, có và không có cốt thép.
- Các loại tường khác như tường mềm (tường cừ, tường cọc), tường có neo, kétson, tường trong đất, tường có cốt trong đất, tường ngăn tổ ong, có kết cấu bằng gỗ cũng như tường chắn của các công trình giao thông đường bộ, đường sắt và cho các tường chắn của các công trình ở vùng biển xây dựng không có đê quai.
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với 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 2737 : 1995 Tải trọng và thiết kế - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 4116 : 1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 4253 : 2012 Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế.
TCVN 5574 : 1991 Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 8421 : 2010 Công trình thủy lợi - Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu
TCVN 8422 : 2010 Công trình thủy lợi - Thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy công
TCVN 9137 : 2012 Công trình thủy lợi - Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép
TCVN 9143 : 2012 Công trình thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất của đập trên nền không phải là đá.
3 Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và phân loại
3.1 Thuật ngữ và định nghĩa
Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau:
3.11
Tường chắn đất (Retaining wall)
Loại công trình chắn đất, có mái thẳng đứng; gãy khúc hoặc nghiêng đối với đất đắp hoặc mái đào hố móng v.v… không bị sạt trượt. Tường chắn được gọi là tường cứng khi dưới tác dụng của các lực tính toán chuyển vị của tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao tường.
3.12 Trong thực tế, khái niệm về tường chắn đất được mở rộng cho tất cả những kết cấu công trình có tác dụng tương hỗ giữa đất với chúng. Trong phạm vi tiêu chuẩn này chỉ giới hạn loại tường chắn cứng. Tường cứng, dưới tác dụng của các lực tính toán có kể đến tính dễ uốn của bản thân tường, tính dễ biến dạng của nền tường gây ra chuyển vị của lưng tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao của phần tường đang xét kể từ đỉnh móng đến mặt cắt tính toán.
3.2 Ký hiệu
3.2.1 Các bộ phận và kích thước cơ bản của tường
Ht
bt
Bt
e
q
|
là chiều cao tường;
là chiều rộng đỉnh tường;
là chiều rộng chân tường;
là góc giữa mặt sau của tường và phương đứng;
là góc giữa mặt sau và phương ngang.
|
3.2.2 Các kích thước cơ bản của móng
hm
bm
Bm
|
là chiều cao móng;
là chiều rộng móng phía trên;
là chiều rộng móng phía dưới.
|
3.23 Các đặc trưng tính toán
g
|
là trọng lượng riêng của đất, T/m3;
|
N
|
là độ rỗng của đất;
|
j
|
là góc ma sát trong của đất;
|
j0
|
là góc ma sát của đất với tường;
|
q
|
là góc giữa mặt trượt với phương thẳng đứng;
|
a
|
là góc giữa bề mặt phẳng của đất với phương nằm ngang.
|
3.2.4 Các lực tác dụng
Ec
Eb
Ebt
E0
Ebc
Tt và Ts
Wt
Wđn
|
là áp lực đất chủ động;
là áp lực đất bị động không ép trồi;
là áp lực đất bị động có ép trồi;
là áp lực đất ở trạng thái tĩnh;
là áp lực bùn cát;
là áp lực nước lên mặt tường chắn (trước và sau tường);
là áp lực thấm tác dụng lên đáy móng tường;
là áp lực đẩy nổi tác dụng lên đáy móng tường.
|
3.3 Phân loại tường
3.3.1 Phân loại tường theo kết cấu
Tường được chia thành các loại theo góc nghiêng của lưng tường, mặt sau của tường gãy khúc, có bậc dật cấp, (xem Hình 3); tường bản góc, tường lắp ghép v.v… (xem Hình 4)
Hình 3
3.3.2 Phân loại tường theo chiều cao
- Tường thấp là tường có chiều cao H £ 5 m;
- Tường trung bình là tường có chiều cao từ 5 m < H £ 15 m;
- Tường cao là tường có chiều cao H > 15 m.
3.3.3 Phân loại theo vật liệu
- Tường bê tông;
- Tường bê tông cốt thép;
- Tường đá xây; tường bê tông đá hộc, tường gạch xây và tường đá xây.
3.3.4 Phân loại theo đặc điểm làm việc
3.3.4.1 Tường trọng lực (tường cứng)
Nguyên tắc của loại tường này là sự ổn định của tường nhờ vào trọng lượng của bản thân tường và khối lượng đất đè lên bản đáy.
- Tường trọng lực: ổn định nhờ trọng lượng bản thân của tường. Xem Hình 4a.
- Tường bán trọng lực. Xem Hình 4c.
- Tường bản góc: ổn định của tường nhờ trọng lượng khối đất đè lên bản đáy và nhờ một phần trọng lượng của bản thân tường. Xem Hình 4c.
- Tường bản góc có sườn chống: sự ổn định của tường như 2 tường trên, kết cấu như tường bản góc nhưng có thêm các sườn chống để tăng độ cứng cho tường. Xem Hình 4d.
- Loại tường bản góc có thể có dạng đổ liền hoặc lắp ghép để tăng nhanh tiến độ thi công. Xem Hình 4e.
- Tường ngăn (tường ô - tường kiểu cũi): tường được tạo nên bởi các ô lưới bằng BTCT bên trong các ô là vật liệu đất, đá, cuội sỏi đào hố móng. Xem Hình 4f.
3.3.4.2 Tường chắn cứng trên móng cọc (xem Hình 4g)
Được dùng để chắn đất trên nền mềm yếu. Những tường loại này khi tính toán nền thường tính với móng sâu, hoặc dùng sơ đồ tính như Hình 4, hoặc dùng phương pháp phần tử hữu hạn.
Hình 4
4 Quy định chung
4.1 Nguyên tắc chung
4.1.1 Khi thiết kế tường chắn ngoài yêu cầu của tiêu chuẩn này còn cần phải xét đến các yêu cầu của các tiêu chuẩn và của các tài liệu khác có liên quan.
4.1.2 Trong tiêu chuẩn này xét những tường chắn cứng có đặc điểm là chuyển vị nhỏ so với kích thước tường; những chuyển vị này phát sinh dưới tác dụng của các lực đặt lên tường và thực tế khi biến dạng thì lưng tường vẫn là mặt phẳng.
4.1.3 Khi điều kiện địa chất công trình của nền tường phức tạp (có động đất và các hang động karst) hoặc khi thiết kế loại tường có kết cấu mới thì ngoài tiêu chuẩn này còn cần phải dựa vào các yêu cầu bổ sung qua phân tích và nghiên cứu đặc biệt.
4.1.4 Khi bố trí tường chắn các công trình đầu mối thủy lợi và thủy điện, cần phải xét đến các khả năng và điều kiện hợp lý sau đây:
4.1.4.1 Kết hợp hoàn toàn (tường ô nối tiếp đập tràn với bờ) hoặc từng phần tường chắn với các công trình bên cạnh…
4.1.4.2 Xây tường nối tiếp có các kết cấu chống, neo.
4.1.4.3 Xây tường ngả về bên đất đắp.
4.1.5 Khi chọn vật liệu làm tường chắn cần chú ý đến các loại vật liệu dùng để xây dựng các công trình chủ yếu khác. Vật liệu xây dựng tường cần phải lựa chọn để phù hợp với môi trường khu vực xây dựng (nước, không khí) và phải phù hợp với các quy định hiện hành về vật liệu, thành phần cấp phối, phụ gia.
CHÚ THÍCH: Trong những tường chắn bằng bê tông khối, nên xét tới sự phân bố từng vùng của bê tông theo "mác" thiết kế.
4.1.6 Việc lựa chọn loại kết cấu tường chắn cần dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật nhiều phương án (xem chỉ dẫn trong 4.1.4).
4.1.7 Các yêu cầu đối với những cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn của tường chắn được xác định theo điều kiện làm việc của tường chắn dựa vào các quy định của những tài liệu tiêu chuẩn về chi tiết bê tông cốt thép.
4.2 Chỉ dẫn chung về tính toán tường chắn
4.2.1 Tính toán tường chắn theo hai trạng thái giới hạn
4.2.1.1 Theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH i) (không thích hợp hoàn toàn với công trình, kết cấu của chúng và nền trong thời kỳ khai thác) tính toán độ bền chung và ổn định hệ công trình nền; độ bền thấm chung của nền; ổn định chống lật đối với công trình trên nền đá và đối với các loại khối nứt của công trình; chống đẩy nổi; độ bền nứt của các cấu kiện về nứt của các công trình mà sự hư hỏng của chúng dẫn đến công trình ngừng vận hành; sự chuyển dịch không đều của các phần khác nhau của nền dẫn đến không còn khả năng không thể tiếp tục vận hành của công trình.
4.2.1.2 Theo trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) (không phù hợp với vận hành bình thường). Tính toán nền theo độ bền cục bộ, tính toán theo giới hạn chuyển vị và biến dạng; theo hình thành và mở rộng khe nứt; theo sự phá hoại độ bền thấm cục bộ của các bộ phận khối nứt của công trình mà không được xem xét theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
4.2.2 Tải trọng và sự tác động lên tường chắn cần được xác định theo TCVN có liên quan.
4.2.3 Cần thực hiện tính toán tĩnh cho tường chắn theo hai tổ hợp tải trọng và tác động: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.
4.2.4 Tổ hợp tải trọng và tác động cơ bản bao gồm:
4.2.4.1 Trọng lượng bản thân tường chắn, trọng lượng của đất, các thiết bị và tải trọng cố định đặt trên tường.
4.2.4.2 Áp lực đất lên tường chắn và móng tường kể cả tải trọng phân bố trên mặt đất.
4.2.4.3 Áp lực nước lên tường chắn và móng tường ứng với mực nước dâng bình thường.
4.2.4.4 Áp lực nước thấm khi chế độ thấm ổn định hoặc không ổn định lặp lại đều đặn, với điều kiện là các thiết bị thoát nước và chống thấm làm việc bình thường.
4.2.4.5 Tác động của sóng.
4.2.4.6 Tác động của nhiệt, ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi trường xung quanh lấy trung bình theo điều kiện nhiệt độ trong năm.
4.2.4.7 Tải trọng do các phương tiện vận chuyển máy móc xếp rỡ gây ra.
4.2.4.8 Tải trọng do tàu thuyền và neo buộc gây ra.
4.2.5 Tổ hợp tải trọng và tác động đặc biệt gồm: Tải trọng và tác động nêu ở điểm (1); (2); (5); (7) cộng thêm các loại sau:
4.2.5.1 Tác động của động đất.
4.2.5.2 Áp lực nước với tổ hợp mực nước bất lợi nhất có thể xảy ra.
4.2.5.3 Áp nước thấm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
4.2.5.4 Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi trường xung quanh theo năm có biên độ giao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm.
4.2.5.5 Tải trọng do tàu thuyền va đập gây ra.
4.2.5.6 Tổ hợp vừa thi công xong, không có nước.
CHÚ THÍCH:
1) Trong tổ hợp đặc biệt không được kể đến tác động đồng thời của những tải trọng ít khi xảy ra như tác động đồng thời của lực động đất và lực va đập của tàu thuyền; hoặc tác động đồng thời của tác động của động đất và mực nước lớn nhất.
2) Tổ hợp tính toán của tải trọng và tác động tính toán trong từng trường hợp được xác định theo khả năng thực tế tác dụng đồng thời của chúng lên công trình.
3) Trong giai đoạn xây dựng và sửa chữa cần xác định tổ hợp tính toán của tải trọng và tác động theo trình tự thi công đã chọn có kể đến tính liên tục của việc xuất hiện trạng thái ứng suất của tường chắn và nền của nó gây ra bởi việc thi công theo từng giai đoạn cũng như đảm bảo khả năng tăng nhanh nhất chiều cao công trình.
5 Trọng lượng bản thân và lực tác dụng lên tường chắn
5.1 Trọng lượng bản thân của tường chắn:
- Đối với kết cấu có khối lượng thi công không lớn (trong tất cả các giai đoạn) có thể lấy trọng lượng đơn vị thể tích của bê tông (không có chất phụ gia tăng dẻo và chất phụ gia tạo bọt khí) bằng 2,4 T/m3và của bê tông cốt thép bằng 2,5 T/m3.
- Đối với những kết cấu mà tính ổn định của chúng được bảo đảm chủ yếu nhờ trọng lượng bản thân thì cần xác định trọng lượng đơn vị thể tích của bê tông bằng cách thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu chọn thành phần bê tông. Trọng lượng đơn vị thể tích của bê tông cốt thép được lấy bằng tổng trọng lượng thể tích của bê tông và 0,7 trọng lượng cốt thép có trong 1 m3 kết cấu.
5.2 Áp lực nước trên mặt biên của tường chắn được xác định theo qui luật thủy tĩnh. Khi đó trọng lượng đơn vị thể tích của nước lấy bằng 1,0 T/m3.
5.3 Tải trọng do tàu thuyền được xác định theo TCVN 8421 : 2010 và TCVN 2737 : 1995. Đối với tường chắn các công trình thủy ở sông, khi tính toán ổn định và độ bền được phép lấy mức đảm bảo tính toán của chiều cao sóng là 2%.
5.4 Tác động của động đất: xem tài liệu tham khảo.
5.5 Tác động của nhiệt lên tường chắn được xác định theo TCVN 4116-85, TCVN 5574 : 1991
5.6 Áp lực đất lên tường chắn được xác định theo 5.12 của tiêu chuẩn này.
5.7 Áp lực thấm của nước tác dụng lên mặt đáy và mặt biên tường chắn đặt trên nền không phải là đá được xác định theo kết quả tính thấm (dùng phương pháp phân tử hữu hạn (PTHH) bằng cách sử dụng các phần mềm tính toán hoặc theo TCVN 9143 : 2012, TCVN 9137 : 2012).
5.8 Áp lực nước đẩy ngược lên mặt đáy móng của tường chắn đặt trên nền đá trong trường hợp không có thiết bị tiêu nước nền (Hình 5a) được xác định theo công thức:
Wtp = Wt + Wđn = 0,5a2gnB(Hmax - Hmin) + a2gnBHmin
Trong đó:
Wtp là áp lực toàn phần;
Wt là áp lực thấm;
Wđn là áp lực đẩy nổi;
a2 là hệ số lấy bằng 1 khi nền đá nứt nẻ nhiều; khi có thí nghiệm hoặc khi có cơ sở cụ thể về quan hệ giữa trị số a2 với tính nứt nẻ của nền và với những yếu tố khác thì có thể lấy a2 < 1;
gn là trọng lượng đơn vị thể tích của nước;
B là chiều rộng của tường chắn theo mặt đáy móng;
Hmin là chiều sâu nước nhỏ nhất trên mặt đáy móng tại biên sau hoặc trước;
Hmin là chiều sâu nước lớn nhất trên mặt đáy móng tại biên sau hoặc trước.
5.9 Áp lực nước đẩy ngược lên mặt đáy móng của tường chắn đặt trên nền đá khi có thiết bị thoát nước cho nền theo sơ đồ nêu trên Hình 5b được xác định theo công thức:
Wtp = Wt + Wđn = 0,5a2gnB(Hmax - Hmin)(l + a1"B) + a2gnBHmin
trong đó
l là khoảng cách từ biên tường chắn có chiều sâu nước lớn nhất đến đường thoát nước;
a1" là hệ số phần trăm của (Hmax - Hmin) kể đến tác dụng của vật thoát nước ở nền; nên lấy a1" = 0,4;
Khi có màn chắn xi măng thì tính toán áp lực ngược của nước theo công thức:
Wtp = Wt + Wđn = 0,5a2gnB(Hmax - Hmin)(l' + a1'B) + a2gnBHmin
trong đó
l' là khoảng cách từ biên tường chắn có chiều sâu lớn nhất đến trục màn chắn xi măng;
a1' là hệ số phần trăm của (H1 - H2) kể đến hiệu quả của màng chắn xi măng; nên lấy a1' = 0,5.
a) Khi không có thiết bị tiêu nước nền; b) Khi có thiết bị tiêu nước nền
Hình 5 - Biểu đồ phản áp lực của tường chắn khi nền là đá
5.10 Đối với những tường chắn có độ lớn cấp III, IV và V, không phụ thuộc vào loại nền, được phép xác định phản áp lực toàn phần Wtp theo các công thức gần đúng và áp dụng theo TCVN 9143 : 2012 hoặc dùng các phần mềm bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
5.11 Khi tính toán thấm cho tường chắn cần xét đến tỷ số giữa chiều dài tuyến L và chiều rộng đáy tường B: nếu L/B < 2,5 thì phải tính toán thấm theo bài toán không gian.
5.12 Áp lực đất lên tường chắn
Các công thức, sơ đồ tính toán áp lực đất lên tường chắn cứng (cho phép áp dụng theo các tài liệu tham khảo của tiêu chuẩn này và phần phụ lục kèm theo).
5.12.1 Cần xác định áp lực hông của đất lên tường chắn theo trị số và hướng chuyển vị của tường, khi đó có thể có 3 trường hợp:
a) Tường chuyển vị ngược với phía đất.
b) Tường không chuyển vị đối với đất, (nghĩa là thực tế không di động).
c) Tường chuyển vị về phía đất.
Tường chuyển vị về phía đất có thể do các yếu tố sau:
1. Biến dạng của nền tường;
2. Biến dạng của kết cấu do áp lực đất và những tải trọng ngoài khác đặt lên tường cũng như do nhiệt của môi trường xung quanh tác dụng lên tường chắn.
5.12.2 Tùy theo hướng và trị số chuyển vị của tường chắn mà có 3 loại áp lực hông của đất: áp lực chủ động; áp lực bị động và áp lực đất ở trạng thái tĩnh.
5.12.3 Áp lực chủ động của đất: Ec được xác định từ giả thiết về sự hình thành lăng thể phá hoại khi tường chuyển vị ngược phía đất với một trị số vừa đủ.
5.12.4 Áp lực bị động của đất: sinh ra do chuyển vị của tường về phía đất và được xem như phản lực đất chống lại chuyển vị này.
Cần xét đến 2 loại áp lực bị động của đất như sau:
- Loại áp lực bị động thứ nhất của đất (áp lực bị động có ép trồi). Ebt, được xác định từ giả thiết về sự hình thành lăng thể ép trồi của đất khi tường chuyển vị về phía đất với một trị số vừa đủ.
- Loại áp lực bị động thứ hai của đất (áp lực bị động không ép trồi) Eb, được xác định từ điều kiện chuyển vị của tường chắn về phía đất với trị số chưa đủ để hình thành lăng thể ép trồi.
5.12.5 Áp lực đất ở trạng thái tĩnh E0 được phát sinh trong trường hợp thực tế tường không chuyển vị ngược với phía đất hoặc về phía đất, nghĩa là thực tế tường chắn không di động đối với đất.
Áp lực chủ động và bị động có ép trồi của đất tương ứng với các trạng thái cân bằng giới hạn của đất sau tường. Để xác định áp lực chủ động và bị động một cách chính xác hơn thì nên tính theo các phương pháp của lý thuyết cân bằng giới hạn (trạng thái ứng suất giới hạn) của đất sau tường. Cần áp dụng phương pháp này trong những trường hợp tính toán khi có các bảng hoặc biểu đồ để xác định các hệ số áp lực hông của đất.
CHÚ THÍCH:
Đăng nhận xét