230 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Chương Đập hỗn hợp đất đá, đập đá đổ, đập đá xây Biên soạn: GS TSKH Trịnh Trọng Hàn 2.1 Tổng quát phân loại 2.1.1 Tổng quát đập đá đổ Đập đá đổ thuộc loại đập vật liệu địa phương đất đá thi công theo phương pháp đổ trực tiếp, phần khối lượng chủ yếu đập đá cỡ lớn Để chống thấm qua thân đập đá đổ sử dụng loại kết cấu chống thấm khác (gọi tắt vật chống thấm - VCT) vật liệu thấm đất sét, đất sét kết cấu đất bê tông, bê tông cốt thép, gỗ, kim loại, bê tông atphan, chất dẻo tổng hợp v.v Đá đổ thường hỗn hợp đá núi khai thác từ mỏ đá đưa thẳng vào vị trí đắp đập không qua khâu xử lí hay sàng lọc Đập đá đổ có ưu điểm lớn là: 1) Sử dụng khối lượng lớn để xây dựng đập vật liệu chỗ, kể vật liệu đào hố móng công trình, giảm đến mức tối đa khối lượng vật liệu phải chuyên chở từ xa đến công trình; 2) Cho phép xây dựng đập điều kiện địa chất phức tạp kể đất cát sỏi; 3) Làm việc tin cậy môi trường tải trọng động vùng có động đất; 4) Đập có cấu tạo từ vật liệu thiên nhiên đất đá nên có độ bền vững cao (tuổi thọ lớn); 5) Công việc xây dựng đập tiến hành quanh năm điều kiện thời tiết khác kể vùng khí hậu băng tuyết bắc cực; 6) Có khả giới hoá toàn khâu thi công từ khai thác, vận chuyển ®¾p ®Ëp, ®ã cã thĨ rót ng¾n thêi gian thi công, hạn chế đến mức tối thiểu số lao động thủ công giảm giá thành xây dựng đập; 7) Trong điều kiện định xây dựng đập không cần làm đê quây xử lí nền, cách đổ đá vào nước có dòng chảy (trong trình đổ đá, loại hạt mịn cát nhỏ, đất bùn v.v bị dòng chảy trôi, nhờ chất lượng nâng cao hơn); 8) Trong số trường hợp tháo lưu lượng thi công qua phần đập đá đổ xây dựng 231 B - Đập đất đá Sử dụng đập đá đổ có lợi khối lượng đập chiều cao đập lớn Theo số liệu thống kê, tổng số đập có độ cao Hđ > 75m xây dựng giới từ năm 60 kỷ 20 nay, đập đá đổ chiếm 76%, đứng hàng đầu số lượng, tốc độ phát triển độ cao đập (xem bảng 2-1) Vị trí số số lượng chiều cao đập đá đổ nhờ ưu điểm nêu trên, có hai ưu điểm tính đơn giản làm việc tin cậy Bảng 2-1 Thông số số đập đá đổ có chiều cao 100m Tên đập Sông Nước Năm kết thúc xây dựng Chiều cao, m Chiều dài, m Khèi l­ỵng, triƯu m Dung tÝch hå, km Kura UlamÝt Mü 1961 157 490 9,6 - Inphernilo Panzax Mêhicô 1965 148 348 5,5 12,0 Gepat Farinba áo 1965 153 620 7,1 - Orovil Fetre Cana®a 1967 224 2314 61,0 4,3 Axuan Nil AicËp 1969 110 3600 41,5 15,6 Maika Colombia Canađa 1973 243 - 30,6 24,0 Kêban Ephơrat Thæ NhÜ Kú 1974 207 1095 12,8 1,35 Tarbela Und Pakistăng 1975 136 - 12,2 - Trarvac Trirtri Liên Xô (cũ) 1977 168 837 17,7 1,42 Nurêch Vash Liên Xô (cũ) 1979 300 730 58,0 10,5 Triquasen Grikhanbe Mêhicô 1979 250 761 15,0 16,8 Hoà Bình Đà Việt Nam 1990 128 640 21,0 9,45 Yêu cầu đập đá đổ là: 1) Hệ số mái dốc đập phải đảm bảo cho công trình làm việc ổn định thời gian xây dựng khai thác vận hành ứng với tổ hợp tải trọng tác động lên đập; 2) Những biến dạng đập phận cấu tạo thời gian thi công giai đoạn khai thác không phá hỏng làm việc bình thường đập công trình nói chung; 3) Kết cấu chống thấm hệ thống thoát nước phải thiết kế xây dựng cho lưu lượng thấm qua đập không vượt giới hạn quy định, đồng thời đảm bảo điều kiện ổn định thấm đập đập; 4) Các công trình tháo lũ đầu mối phải có đủ khả tháo để không xảy tượng nước tràn qua đỉnh đập đá đổ trường hợp khai thác đập Trong thực tế đ có số đập đá đổ thử nghiệm cho nước tràn qua đập thấp cao trung bình với kết cấu đặc biệt đập Borumba (H® = 45,7 m), ®Ëp Xirinumu (H® = 23 m), ®Ëp Laphing Dgien Mars (H® = 17 m) 232 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 2.1.2 Phân loại đập đá đổ Tương tự phân loại công trình thủy nói chung đập nói riêng, đập đá đổ phân loại theo nhiều hình thức khác theo vật liệu xây dựng, theo kết cấu đập, theo phương pháp thi công, theo quy mô tức chiều cao đập Tuy nhiên cần lưu ý phân loại có tính tương đối quy ước Phân loại đập theo vật liệu xây dựng Trong trường hợp đập chia thành hai loại là: a) Đập đá đổ hay đập đá, khối lượng chủ yếu đập đá đổ, kết cấu chống thấm làm vật liệu đất bê tông, bê tông cốt thép, bê tông atphan, kim loại hay chất dẻo (hình 2-1); Hình 2-1 Loại đập đá đổ có vật chống thấm đất a) Có tường nghiêng vật liệu đất; b) Có tường tâm vật liệu đất; 1- tường nghiêng; 2- lớp đệm tường nghiêng (đá xây đá lát khan); 3- đá đổ; 4- tường tâm b) Đập đất đá, bao gồm khối đá đổ đóng vai trò nêm tựa chịu lực vật chống thấm (VCT) đất thấm sét, sét (hình 2-2) Vì khối lượng chủ yếu đập đá, thi công phương pháp đổ rải đổ từ cao, nên gọi tắt đập đá đổ Phân loại đập theo cấu tạo vật chống thấm (VCT), gồm có - Đập đá đổ với VCT kiểu tường nghiêng; - Đập đá đổ với VCT kiểu lõi giữa, lõi có dạng thẳng đứng, nghiêng hỗn hợp đứng nghiêng Phân loại ®Ëp theo vËt liƯu cđa kÕt cÊu chèng thÊm, gåm: - Đập đá đổ với VCT đất; - Đập đá đổ với VCT không đất (như bê tông, bê tông cốt thép, bê tông atphan, kim loại, chất dẻo) Phân loại đập theo chiều cao Đối với đập đá đổ nên chia thành loại đập thấp (Hđ Ê 20 m), đập trung bình (Hđ = 20 70 m), đập cao (Hđ = 70 150 m) đập siêu cao (Hđ > 150 m) 233 B - Đập đất đá Hình 2-2 Các loại đập đá đổ có vật chống thấm đất a) Có tường nghiêng đất; b) Có lõi nghiêng đất; c) Có nêm thượng lưu đất; d) Có lõi thẳng đứng đất; 1- tường nghiêng; 2- lớp gia cố bảo vệ tường nghiêng; 3- đá đổ; 4- tầng lọc ngược; 5- lõi nghiêng; 6- lõi thẳng đứng; 7- nêm tựa đất 5) Phân loại đập theo phương pháp thi công, gồm hai loại chính: - Đập xây dựng có đầm nén nhân tạo; - Đập xây dựng không đầm nén nhân tạo Phương pháp đổ đá từ cao áp dụng đá cỡ lớn có kích thước tương đối đồng để tránh tượng phân tầng vỡ vụn đá rơi Nếu đầm súng phun thủy lực áp lực cột nước phun tới 10 kG/cm2 ứng với lưu lượng m3 nước cho 1m3 đá đổ 2.2 Vật liệu để xây dựng đập đá đổ 2.2.1 Tổng quát Yêu cầu vật liệu đập xác định vào vị trí mặt cắt ngang đập loại đập Để xây dựng kết cấu chống thấm đập đá đổ, thường sử dụng loại đất sét mỏ có lẫn hạt lớn cỡ nhóm hạt tối đa tới 150 mm, hạt đất cỡ nhỏ d < mm không 40 50% theo khối lượng Loại đất rải theo lớp mỏng đầm chặt Đất sử dụng vào kết cấu chống thấm phải có đủ tính chất không thấm (hệ số thấm nhỏ Kt < 10-6 10-7 cm/s), dễ khai thác mỏ, dễ đắp đầm đập Ngoài ra, nên 234 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập lựa chọn đất có đặc trưng biến dạng không khác nhiều với đá đổ sử dụng vào nêm tựa chịu lực đập Trong trường hợp loại đất thoả m n yêu cầu nêu trên, điều chỉnh tính chống thấm tính biến dạng đất cách loại bỏ hạt lớn bổ sung nhóm hạt cần thiÕt C¸ch xư l ý nh­ vËy nhiỊu sÏ kinh tế việc tìm kiếm mỏ đất có đủ tính chất theo yêu cầu, xa công trình có điều kiện khai thác phức tạp khó khăn Đối với mái dốc đập, đặc biệt mái thượng lưu, cần phủ lớp đá cỡ lớn có cường độ chịu lực cao, bao gồm khả chống bào mòn dòng chảy khả chống xâm thực môi trường nước Lớp đá phủ bên làm nhiệm vụ bảo vệ mái dốc thiết kế thi công kết cấu gia cố mái dốc 2.2.2 Tính chất vật liệu đá Việc sử dụng hợp lí vật liệu để xây dựng đập cho phép khai thác tối đa tài nguyên sẵn có khu vực công trình mà đảm bảo cho công trình (đập) có chất lượng tốt nhất, ổn định bền vững kinh tế Biết tính chất vật liệu điều kiện làm việc công trình sở để sử dụng bố trí vật liệu vị trí Trong bảng 2-2 giới thiệu đặc trưng tổng quát để phân loại đất cát đất đá hạt lớn (đá đổ) thành phần hạt tổng quát để phân loại đất giới thiệu đồ thị đường cong thành phần hạt hình 2-3 % 100 Hạt sét Hạt bụi Đất c¸t Sái - cuéi 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,001 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 10mm (lgd) H×nh 2-3 Đường cong thành phần hạt đất đá Đặc trưng chủ yếu vật liệu đá đập đá đổ cường độ kháng nén Tuỳ theo cấu tạo độ cao đập, cường độ chịu tải vật liệu khác Trong bảng 2-3 giới thiệu giá trị cần thiết cường độ kháng nén đá đập đá đổ có vật chống thấm dạng tường nghiêng cứng tường nghiêng đất (hoặc tường trọng lực đá xây hay bê tông) phụ thuộc vào chiều cao đập 235 B - Đập đất đá Cần lưu ý chọn đá cho đập đá đổ phải kể đến phương pháp thi công Nếu thi công đổ đá từ cao đá xây yêu cầu cường độ đá lấy cao so với đá rải đầm Bảng 2-2 Phân loại đất cát đất đá Hàm l-ợng hạt Loại đất Kích th-ớc hạt (mm) Tỉ lệ % theo khối l-ợng đất khô - Đá tảng lăn > 200 > 50 - Đá cuội đá dăm > 10 > 50 - Sỏi (sạn) >2 > 50 - Cát sái >2 > 25 - C¸t lín 0,5 > 50 - C¸t trung 0,25 > 50 - C¸t nhá > 0,1 ³ 75 - C¸t bơi < 0,1 < 75 Đất đá (đất hạt lớn): Đất cát: Bảng 2-3 Cường độ kháng nén yêu cầu đá C-ờng ®é kh¸ng nÐn (kG/cm ) ChiỊu cao ®Ëp H® (m) Đập đá đổ t-ờng nghiêng cứng Đập đá đổ t-ờng nghiêng đất t-ờng trọng lực < 10 30 20 10 - 50 50 30 50 - 100 60 40 > 100 80 60 Ghi chó: MÉu thÝ nghiƯm khối đá lập phương cạnh 20 cm Trên hình 2-4 giới thiệu đường cong thành phần hạt số đập đá đổ giới, có đập thi công phương pháp đổ đá từ cao (đập số 6, 12, 13, 15 17 hình 2-4) Việt Nam đập đá đổ Hoà Bình thuộc loại quy mô lớn giới độ cao đập (H = 128 m) khèi l­ỵng vËt liƯu sư dơng (21 triƯu m3, xem bảng 2-1) Đập Hoà Bình xây dựng hai phương pháp đổ lấn dần từ bờ phần lòng sông mực nước (từ cao độ 18,0 trở xuống) đắp rải khô có đầm phần từ cao độ 18,0 trở lên (xem hình 2-5) 1- ®Ëp Trarvacsk; 2- ®Ëp cougar; 3- ®Ëp Goschenen; 4- ®Ëp Gepatsche; 5- ®Ëp Infir nillo; 6- ®Ëp Ambuklao; 7- ®Ëp Akosombo; 8- ®Ëp Marmorena; 9- ®Ëp LiynBrianne; 10- ®Ëp Kokinbrod; 11- ®Ëp Uschikhantaiskaia; 12- ®Ëp Rastan; 13- ®Ëp Xerebranshaia; 14- ®Ëp Zinhvenschein; 15- ®Ëp Trangslet; 16- ®Ëp Montcenis; 17- đập Mattmark Hình 2-4 Đường cong thành phần hạt đập đá đổ đà xây dựng nước giới (đập số 6, 12, 13, 15 17 thi công phương pháp đổ đá từ cao) 236 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 1- lõi đất sét; 2- hỗn hợp cát sỏi; 3- đá nhỏ; 4- hỗn hợp đá núi - đá đổ; 5- lớp gia cố mái thượng lưu; 6- chống thấm phần đắp cát sỏi lòng sông (từ cao độ + 18,0 trở xuống) Hình 2-5 Mặt cắt đập đá đổ Hoà Bình (Tuyến lòng sông, sau đà hoàn thành năm 1990) B - Đập đất đá 237 238 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 2.3 lựa Chọn loại đập Loại đập lựa chọn vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, điều kiện khí hậu, khả cung cấp vật liệu có sẵn khu vực xây dựng, thiết bị thi công nhiệm vụ công trình Khi lập phương án so sánh cần ý đến yếu tố sau: 1) Nếu đá xây dựng đập đá đổ với loại hạn chế; 2) Đối với đất tuỳ thuộc vào chất lượng có phương án đập khác nhau, loại đất cuội sỏi, đất cát, đất băng tích, đất sét sét chặt nên ưu tiên sử dụng đập hỗn hợp đất đá, tượng lún gây vết nứt kÕt cÊu chèng thÊm (d¹ng VCT kiĨu lâi hay tường nghiêng VCT kiểu cứng); 3) Đối với có khả biến dạng lớn chịu tải nên ưu tiên sử dụng đập đá đổ có lõi giữa, tránh dùng đập có tường nghiêng loại tường nghiêng chống thấm vật liệu đất, loại kết cấu nhạy cảm với biến dạng lún không đều; 4) Khi chọn loại đập trước hết phải xét khả cung cấp vật liệu có sẵn chỗ (đất, đá, cát, sỏi ) mỏ vật liệu nằm gần vị trí xây dựng, có kể đến việc sử dụng khối đất đá đào hố móng công trình để đắp đập; 5) Trong điều kiện khí hậu thời tiết không thuận lợi mưa nhiều, khí hậu giá lạnh v.v , loại kết cấu chống thấm đất sét nên hạn chế mức tối thiểu; 6) Các loại kết cấu chống thấm đất sử dụng loại đất thích hợp khu vực công trình theo yêu cầu VCT; 7) Loại kết cấu chống thấm dạng lõi tường nghiêng chọn vào yếu tố sau: a) Khi xây dựng đập có tường nghiêng lăng trụ tựa (thân đập đá đổ) thi công trước không phụ thuộc vào tường nghiêng, điều kiện thời tiết mưa nhiều tiến hành đắp phần lăng trụ đá đổ, thời tiết thuận lợi (không mưa) đắp tường nghiêng; b) Lăng trụ đá đập có tường nghiêng sử dụng để tháo lũ thi công thời gian xây dựng (một phần lưu lượng thấm qua lăng trụ đá, phần khác tràn bề mặt lăng trụ đá); c) Đập đá có tường nghiêng cho phép đưa vào vận hành theo giai đoạn với hồ chứa tích nước phần với khối lượng thi công đập đá đổ mức tối thiểu; d) Nếu phun vữa đáy tường nghiêng để chống thấm tác dụng giảm áp lực thấm lên đập nhiều so với chân lõi, giảm chiều sâu lỗ khoan phun; đ) Đập đá có tường nghiêng cho phép tôn cao để nâng chiều cao đập cần thiết; việc tôn cao đập thực dễ dàng thuận lợi, tương tự giai đoạn xây dựng đập; B - Đập đất đá 239 e) Đất sử dụng cho tường nghiêng phải có cường độ chịu lực cao, không chọn loại đập đá đổ có lõi giữa; g) Tường nghiêng dễ quan sát, sửa chữa, song trực tiếp chịu tác dụng sóng gió áp lực đẩy ngược sãng rót vµ mùc n­íc hå rót (do thÊm ngược), nên cần có kết cấu gia cố bảo vệ chống sóng kết cấu chống tác hại áp lực thấm ngược (xem phần gia cố thấm); h) Tường nghiêng nhạy cảm so với lõi đập bị lún không đều: phần đá đổ phía sau tường nghiêng bị biến dạng lún chuyển vị ngang không dễ làm cho tường nghiêng bị đứt gy tách bóc trượt theo mái dốc; i) Trong điều kiện (hệ số an toàn ổn định nhau) đập có lõi khối lượng so với đập có tường nghiêng (khối lượng lõi nhỏ tường nghiêng); k) Biện pháp nối tiếp đập có lõi với bờ công trình bê tông dễ thực hơn; l) Đập có lõi nghiêng có áp lực kẽ rỗng nhỏ so với lõi đứng, làm mái dốc phía hạ lưu lõi dốc hơn; nhiên việc thi công nối tiếp lõi nghiêng với bờ công trình bê tông phức tạp m) Trong điều kiện có động đất lõi làm việc ổn định tốt tường nghiêng Ngoài yếu tố nêu trên, phương án đập lựa chọn phải có tiêu kinh tế - kĩ thuật tổng quát tối ưu (có kể đến ảnh hưởng tác động môi trường, tác động x hội, điều kiện khai thác vận hành công trình ) 2.4 Mặt cắt ngang đập đá đổ 2.4.1 Đỉnh đập Bề rộng đỉnh đập đá đổ xác định nhu cầu sử dụng, có việc sử dụng làm đường giao thông, đường vận hành đập công trình thủy đầu mối thủy lợi Khi có đường giao thông bề rộng đỉnh đập lấy theo cấp đường (xem chương 1, phần đỉnh đập đất) Nếu nhu cầu giao thông chiều rộng đỉnh đập đá đổ lấy không nhỏ 6m đập cao Có đường ôtô bề rộng đỉnh thường khoảng 10 12 m, cã thĨ tíi 20 m nh­ ë ®Ëp Hoà Bình Khi xây dựng đập cao siêu cao vùng động đất chiều rộng đỉnh đập ®é v­ỵt cao cđa ®Ønh so víi mùc n­íc tÝnh toán lấy lớn bình thường Ngoài ra, chiều rộng đỉnh đập liên quan đến độ làm việc an toàn đập, đập quan trọng lấy lớn so với bình thường Cao trình đỉnh đập đá đổ xác định tương tự công trình dâng nước khác, vào điều kiện sóng gió hồ chứa tầm quan trọng công trình (thể cấp công trình, xem chương mục 1.3.1) Kết cấu mặt đập (đỉnh đập) xem hình 1-12 chương Mép thượng lưu đỉnh đập xây dựng tường chắn sóng tường chắn sóng, tuỳ theo điều kiện cụ thể 263 B - Đập đất đá Đại lượng qo/(KtH1) ứng với giá trị B/H1, m1, m2 khác xác định theo đồ thị hình 2-20 b; qo - lưu lượng thấm đơn vị hạ lưu không cã n­íc (H2 = 0); Kt - hƯ sè thÊm đá đổ thân đập, m/s; kí hiệu khác xem hình 2-20 a Hình 2-20 Đồ thị xác định lưu lượng thấm a) Sơ đồ tính toán; b) Hµm qo/(KtH1) = f(B/H1; m1, m2) H2 = 0; c) Hàm q/q2 = f(H2/H1, H1/Hđ) H2 = ảnh hưởng ngập từ phía hạ lưu H2 xác định theo đồ thị (hình 2-20 c) ứng với giá trị hệ số mái dốc thượng lưu m1 mái dốc hạ lưu m2 phạm vi từ Độ cao dòng thấm hạ lưu hB xác định theo đồ thị (hình 2-21 a d) ứng với giá trị: H2 = 0; 1,25 £ m1 £ 3; £ m2 £ 3; £ B/H1 £ Trong tr­êng hỵp cã ảnh hưởng ngập hạ lưu (H2 > 0), đại lượng hB xác định dựa vào đồ thị 2.21, e theo trình tự sau: 1) Trên trục tung tìm điểm tương ứng với hB/H1 hạ lưu nước (H2 = 0); 2) Từ điểm kẻ đường song song với đường cong gần điểm gặp đường thẳng đứng kẻ từ điểm nằm trục hoành có giá trị cho trước H2/H1 Hai đường kẻ gặp cho ta điểm 3) Nhân giá trị điểm theo trục tung với đại lượng H1 ta có giá trị hB cần tìm 264 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Độ ổn định mái hạ lưu chống xói dòng thấm bề mặt mái dốc kiểm tra theo công thøc: io = d50 (tgj cos a - sin a) 10h (2.13) Trong ®ã: io - ®é dèc cho phÐp mái hạ lưu; d50 - đường kính viên đá có số hạt nhỏ chiếm 50% theo khối lượng vật liệu; j - góc mái dốc tự nhiên đá đổ; a - góc nghiêng mái dốc; h - chiều sâu dòng thấm mái dốc Hình 2-21 Đồ thị xác định chiều cao dòng thấm đổ hạ lưu a) d) Các hàm hđ/H1 = f(B/H1, m1, m2) H2 = 0; e) Hµm hđ/H1 = f(H2/H1) H2 > Ngoài ra, cần kiểm tra độ ổn định mái dốc có kể đến lực thủy động dòng thấm Việc tính toán theo c«ng thøc (2.13) cho thÊy thùc chÊt chØ cã thể tháo lưu lượng thấm không lớn mái dốc hạ lưu Vì cần phải gia cố mái dốc phạm vi dòng thấm lộ mặt mái dốc Kết cấu gia cố dầm có néo, lưới cốt thép lát đá cỡ lớn để gia tải 265 B - Đập đất đá 2.9 Đập đất đá thấm n-ớc tràn n-ớc Trong trường hợp lưu lượng lũ nhỏ áp dụng hình thức xả lũ phương pháp thấm qua đập, tràn mặt đập kết hợp thấm tràn Các phương án đập dâng nước đất - đá kết hợp để tháo lũ điều kiện giảm chi phí cho công trình tràn bê tông Phương pháp tính toán thủy lực đập đất đá thấm nước tràn nước đ nhiều nhà khoa học nghiên cứu, có công trình N.N Bêliashepski P.I Goócđiencô 2.9.1 Khả thấm n-ớc qua đập đá đổ Vận tốc dòng thấm rối qua đá đổ xác định công thức: v t = KJ 0,5 (2.14) Trong ®ã: vt - vËn tốc trung bình dòng thấm, m/s; J - độ dốc thủy lực; K - hệ số thấm đá ®æ, K = n(20 - 14 0,5 )D ; D n - độ rỗng đá đổ; D - đường kính trung bình đá quy đổi thành hình cầu, tính cm Lưu lượng thấm qua đập đá đổ thấm nước xác định từ hệ phương trình sau (xem sơ đồ tính toán hình 2-22) ü ï ï ï q h + (a o + h o ) h - ( a o + h o ) = , ï K S ý ï a a q = o + o × ( a o + h o - a o )ï K m1 m1 ï ï S = b H + m1 [ H - (a o + h o ) ỵ q H-h =2 ( H - H - h) , K m (2.15) Các kí hiệu xem hình 2-22 Lưu lượng tới hạn dòng thấm qua đập kiểm tra hiệu chỉnh theo kích thước viên đá Ngoài sơ đồ thấm nước qua đập hình 2-22 diễn trình thấm nước từ đỉnh tường nghiêng đổ vào đỉnh đập thấm xuyên qua đập xuống hạ lưu 266 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Hình 2-22 Sơ đồ thấm qua đập đá đổ 2.9.2 Đập đá đổ có bề mặt gia cố để tràn n-ớc Quá trình tràn nước trực tiếp qua đá đổ thực với lưu lượng đơn vị hạn chế Chẳng hạn với đ đổ cỡ hạt đến 50cm tháo an toàn lưu lượng đơn vị m3/s-m Vì thường sử dụng hình thức gia cố bề mặt tràn đập đá đổ để tăng khả tháo lũ Một dạng đập đá đổ có gia cố mặt tràn áp dụng đập Tisinskaia vùng Altai (Liên Xô cũ) xây dựng năm 1938 Đập cao 10 m, phần hạ lưu đập đá đổ Lưu lượng tháo đơn vị m3/s 1m dài bề mặt tràn Bề mặt tràn gia cố khung chuồng gỗ có ván phủ Vì trình tháo lưu lượng mặt tràn, phần lưu lượng nước thấm qua khối đá đổ thân đập nên đ tiêu hao bớt lượng dòng chảy tràn giảm nhẹ yêu cầu tiêu hạ lưu Tuy nhiên, theo kết làm việc đập, dòng thấm qua thân đập đ mang theo hạt cỡ nhỏ làm bịt lấp kẽ hổng đá đổ, lưu lượng thấm giảm nhanh chóng Lưu lượng đơn vị dòng chảy tăng lên đáng kể mặt gia cố bê tông (hình 2-23) Hình 2-23 Đập tràn đá đổ sông Iugiơnưi Buc 1- lớp bảo vệ mái thượng lưu; 2- bê tông dày 0,5 0,6 m; 3- lỗ thoát nước; 4- đá đổ; 5- tầng lọc cát đá dăm; 6- tường nghiêng sân trước B - Đập đất đá 267 2.10 Đập đất đá xây dựng nổ mìn định h-ớng 2.10.1 Điều kiện xây dựng Đập đất đá thi công phương pháp nổ mìn định hướng áp dụng vùng có điều kiện địa hình địa chất công trình thích hợp, cụ thể sau: 1) Tuyến đập tương đối hẹp, tỉ số chiều dài cao trình đỉnh đập so với chiều cao đập phạm vi L/H Ê 3, độ dốc hai bên sườn núi nên a 30o; 2) Các đồi núi hai phía có cấu tạo địa chất đất đá có tính chất lý phù hợp với vật liệu xây dựng đập; 3) Vị trí khối đất đá dự kiến sử dụng cho đập độ cao mực nước dâng bình thường có khối lượng đủ để xây dựng đập Trong trường hợp đủ điều kiện nêu xây dựng đập nổ mìn định hướng, nhiên việc thi công phức tạp hơn, chi phí thời gian xây dựng đập lớn Đất đá núi sử dụng để nổ mìn đắp đập cần có tính chất lí đồng đều, mái dốc tự nhiên khối núi có dạng cong lồi phía lòng sông thuận lợi cho việc nổ mìn hất vào tuyến đập, bề mặt mái núi không nên có rnh xói vết cắt, cao độ đỉnh khối núi tốt 2,5 3,5 lần chiều cao đập, độ dốc bờ lín, vÝ dơ a ³ 65o th× hiƯu st nỉ mìn cao, độ dày khối núi nên lớn lần chiều cao đập, tầng phủ bờ độ sâu phong hoá đá không lớn, mực nước ngầm khối đá nổ nằm sâu để không gây trở ngại cho việc tạo hầm nổ đặt khối thuốc nổ Kinh nghiệm nổ mìn định hướng cho thấy độ văng xa đất đá phạm vi 300 m hiệu nổ cao, vậy, chiều dài đỉnh đập nên lấy L £ 300 m nỉ m×n tõ mét phÝa L Ê 500 m nổ mìn từ hai phía hợp lí Một vấn đề phức tạp khó khăn xây dựng đập nổ mìn định hướng đảm bảo tính chống thấm tương đối đồng thân đập Yếu tố phụ thuộc trước hết vào cấu tạo thành phần hạt khối núi phá nổ, sau phương pháp nổ Nội dung nổ mìn định hướng sử dụng có hiệu hợp lí lượng nổ vào việc làm tơi (phá) di chuyển (hất văng) khối đất đá theo hướng cần thiết (hình 2-24) Đất phá nổ đắp vào thân đập lòng sông khô lòng sông có nước với vận tốc dòng chảy không lớn lưu lượng nhỏ Độ chặt đất đắp nổ mìn thường nhỏ so với độ chặt trạng thái tự nhiên trước nổ Mức độ tăng thể tích đất phá nổ biểu thị hệ số tơi xốp Kx có giá trị khoảng 1,15 1,5 theo số liệu thực tế đập đ xây dựng nổ mìn 268 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Hình 2-24 Sơ đồ mặt cắt đập thi công nổ mìn định hướng a) Nổ mìn từ phía bờ; b) Nổ mìn từ hai phía Như vậy, đ biết khối lượng thân đập (Vđ) xác định khối lượng đất đá cần khai thác nổ mìn (Vn) theo quan hệ sau: Vn = Vđ Kx Trong đó: Kx - hệ số tơi xốp vật liệu thân đập, phụ thuộc vào thông số nổ (độ cao độ văng xa đất, phương pháp trình tự nổ, v v ) 2.10.2 Loại đập thi công nổ mìn định h-ớng Căn kết nghiên cứu tính chất lí tính thấm đập đ xây dựng phương pháp nổ mìn định hướng, Viện NCKHTL toàn Liên Xô cũ (VNIIVODGEO) đề nghị bốn loại kết cấu đập là: đập đồng chất, đập có tường nghiêng tường nghiêng sân trước, đập phá nổ kết hợp bồi (hình 2-25) Hình 2-25 Các loại đập thi công nổ mìn định hướng a) Đập đồng chất; b) Đập có tường nghiêng chống thấm; c) Đập có tường nghiêng sân trước; d) Đập hỗn hợp thi công nổ mìn bồi; 1- vật liệu đất đá tạo nên nổ mìn; 2- tường nghiêng; 3- lớp gia cố bảo vệ tường nghiêng; 4- sân trước; 5- đất dính tạo nên phương pháp bồi; 6- vùng chuyển tiếp 269 B - Đập đất đá 2.10.3 Tính chất lí đất đập đá đổ thi công nổ mìn định h-ớng Chỉ tiêu định tính chất đất đá thân đập cấu tạo thành phần hạt Nó phụ thuộc vào tính chất lí vật liệu sử dụng để đắp đập, vào mức độ nứt nẻ đá núi phương pháp tiến hành khoan nổ Sơ dự báo thành phần hạt đất tạo nên thân đập dựa theo đồ thị đường cong ghi hình 2-26 Đặc trưng độ chặt đất đá cấu thành thân đập sau phương pháp nổ mìn định hướng độ chặt đất khô tự nhiên, có ảnh hưởng định đến thành phần hạt đá núi phá tơi trình nổ mìn Về tổng quát, khối đá núi có cấu tạo đá bị nứt nẻ nhiều (vùng I hình 2-26) thực nổ theo phương pháp khoan lỗ với lượng thuốc nổ đơn vị khoảng 0,4 0,6 kg/m3 có đất đá có hàm lượng đến 40 60% cỡ hạt nhỏ 100 mm % 50 60 I 40 II 20 III 10 20 40 80 150 300 600 1000 d, mm Hình 2-26 Đường cong tổng quát thành phần hạt đất đá nhận khai thác mỏ đất đá nổ mìn Đất đá bị nứt nẻ mạnh; Đất đá nứt nẻ nhiều; Đất đá nứt nẻ trung bình; Đất đá có nứt nẻ; I Vùng khối đá nhỏ (bị nứt nẻ mạnh nứt nẻ nhiều); II Vùng đá cỡ hạt trung bình lớn (loại đá nứt nẻ trung bình ít); III Vùng khối đá lớn (đá bị nứt nẻ ít) 2.10.4 Tính toán thông số nổ mìn Bán kính vành ép nát đất đá nổ mìn xác định theo công thức: G n = 0,062 QK n Trong đó: Q - tổng khối lượng thc nỉ, kg; Kn - hƯ sè nÐn phơ thc vào hệ số độ rắn f đá (xem bảng 2-6) (2.16) 270 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập Bảng 2-6 Hệ số nén ép đất đá Kn f Kn f Kn 0,5 250 6,5 - 0,6 150 5,5 - 6,5 0,8 40 - 50 4-5 1,0 32 - 40 10 3,2 - 1,5 21 - 30 12 2,7 - 3,3 2,0 16 - 20 15 2,1 - 2,7 3,0 11 - 14 20 1,6 - 2,0 4,0 - 10 25 1,3 - 1,6 H×nh dạng đường viền tách bóc đất đá nổ biểu thị bán kính hố nổ, phân biệt bán kính hướng ngang xuống núi (r1) hướng đứng lên núi (r2), (xem sơ đồ hình 2-27 b) r1 = w + n (2.17) r2 = cw (2.18) Trong đó: c = 1,7 3,5 phụ thuộc vào địa chất địa hình khu nổ tính toán; w - chiều dài tuyến kháng nhỏ nhất; n - số tác động nổ tỉ số nửa đường kính miệng phễu so với w, (n = ¸ 2) B¸n kÝnh r2 cã thĨ xác định theo công thức: r2 = w + b n (2.18) Trong ®ã: b - hƯ sè phụ thuộc vào độ dốc mặt đất vùng phá nổ, lấy giá trị b theo bảng 2-7 Bảng 2-7 Giá trị hệ số b Độ dốc mặt đất Trị số b Đất đá mềm, đá cứng vừa §¸ cøng o o 2-3 1,5 - o o 4-6 2-3 o o 6-7 3-4 20 - 30 30 - 50 50 - 60 271 B - Đập đất đá Hình 2-27 Các dạng phá nổ sơ đồ đống đất a) Nổ văng hất lên; b) Nổ văng ®ỉ xng; c) S¬ ®å ®èng ®Êt nỉ b»ng khối nổ đơn chiếc; d) Sơ đồ đống đất cã khèi nỉ (c¸c khèi nỉ cã cïng h­íng phá nổ); e) Sơ đồ nổ văng đổ xuống với khối nổ hình quạt để làm tơi đất đá; 1- khối thuốc nổ; 2- mái đổ tự đống đất; 3- khối nổ hình quạt 272 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Nổ hất lên thực bề mặt đất nằm ngang gần nằm ngang (hình 2-27 a), mặt đất có độ dốc < 30o so với mặt nằm ngang thực nổ hất xuống Năng lượng cần thiết nổ hất lên lớn nổ hất xuống khối đất đá phá nổ Lượng thuốc nổ tính theo công thøc: Q = k o w , ( kg) (2.19) Trong ®ã: ko - hƯ sè, cã thĨ tÝnh theo công thức M.M Borescốp trường hợp nổ hất lên, ko = k (0,4 + 0,6n2) K - lượng thuốc nổ đơn vị theo tính toán, tính kg/m3 đất phá nổ Đại lượng K thường xác định thí nghiệm nổ Công thức (2.19) cho kết phù hợp khối thuốc nổ đặt nông Nếu khối thuốc nổ đặt độ sâu lớn sử dụng công thức Pocrôpski G.I sau đây: 3ổ1+ ỗ ữ (1 + 0,02 w ) (2.20) Q = kw ỗ ữ ố ứ Trường hợp nổ hất xuống lượng thuốc nổ tính theo công thøc sau: n2 Q = qw3n2ks (2.21) Trong ®ã: q - lượng thuốc nổ đơn vị để làm tơi ®Êt, kg/m3 ( q = k ); k - hƯ sè cã kĨ ®Õn ®iỊu kiƯn nỉ hÊt lên; ks - hệ số kể đến độ sâu, ks = [0,75 (1/n + n)2.(1 + 0,02w)]cosa ; a - góc nghiêng mặt tự (độ) Nếu thuốc nổ gồm nhiều khối đặt thành hàng hệ số lượng thuốc nổ đơn vị có kể đến ảnh hưởng tác động tương hỗ khối nổ là: cos a é 0, 01w(n + 1) ù ỉ1 ổ k s = 0, 75 ỗ + n ữ ỗ + (2.22) ữỳ n ốn ứ ố ứỳ ỷ Khoảng cách a khối thuốc nổ tập trung xác định theo công thức: a = 0,5w(n + 1) (2.23) DiƯn tÝch ®èng ®Êt tạo xác định theo công thức: Sn = mSo Trong đó: So - diện tích phần đất bị tách ra; m - hƯ sè, m = 1,25 ®èi víi đá khối nổ trung tâm; m = 1,1 khối nổ bên cạnh Nếu đá mềm yếu giảm trị số m đại lượng tương ứng 0,1 273 B - Đập đất đá Độ văng xa đất đá L tính theo công thøc: L = 4nw (2.24) ChiỊu cao r¬i lín nhÊt đất đá: h = 2Sn/L (2.25) 2.11 đập đá xây Đập đá xây thuộc loại đập vật liệu địa phương, vật liệu chủ yếu đá, áp dụng sớm phổ biến, vùng núi - nơi có sẵn loại vật liệu Về lịch sử phát triển đập đá giới Trung Quốc xứ sở xây dựng đập đá từ lâu đời Theo tài liệu khảo cứu, năm 214 trước Công nguyên (đời Tần Thủy Hoàng năm thứ 33) hệ thống thủy lợi Linh Cừ tỉnh Quảng Tây Trung Quốc đ xây dựng đập tràn hình chữ nhân () đá xây để dẫn nước từ sông Tương vào sông Ly Thủy Cho đến đập vận hành bình thường, thể trình độ thiết kế thi công đập đá thời thực đáng khâm phục Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, vòng khoảng 20 năm (1960 1980) Trung Quốc đ xây dựng gần 1200 đập đá xây xây dựng gần 400 đập đá xây vữa khác, số đập có hình dạng kết cấu vòm sử dụng nhiều - tới khoảng 60% tổng số đập đá xây Chỉ riêng thập kỷ 70 đ xây dựng 591 đập vòm đá xây tổng số 888 đập đá xây thời kỳ 2.11.1 Phân loại đập đá xây Đập đá xây loại đập khác phân loại theo nhiều góc độ, song đáng ý xét theo ba mặt: a) Theo chiều cao đập, gồm có: Đập thấp: (Hđ Ê 15 m); Đập trung bình: Hđ = 15 á70m; Đập cao: Hđ > 70 m b) Theo hình thức kết cấu, gồm có: Đập đá xây trọng lực; Đập vòm đá xây; Đập tựa; Đập loại hình khác 274 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập c) Theo tính chất tràn nước có đập tràn đập không tràn Đập đá xây thường loại thấp trung bình Kết cấu đập tương đối đơn giản, có khả sử dụng rộng ri nhân lực thủ công kết hợp đào tạo tay nghề trình xây dựng, sử dụng loại đập đá xây cho phép phát huy mạnh khu vực có nhiều nhân lực có sẵn vật liệu đá để xây dựng loại đập đá Ngoài theo cấu tạo phương pháp thi công có loại đập đá xây không vữa (xây khan) hay đập đá xếp đập đá xây có vữa 2.11.2 ưu nh-ợc điểm đập đá xây So với loại đập khác, đập đá xây có ưu điểm sau: 1) Sử dụng vật liệu địa phương sẵn có khu vực công trình đá, cát, sỏi, kể đất dính để chống thấm vật liệu làm chất kết dính (vữa vôi sản xuất từ đá vôi); 2) Nhu cầu vật liệu đắt tiền xi măng, sắt thép, gỗ nhiều so với đập bê tông, đầu tư xây lắp rẻ hơn; 3) Khối lượng đập đá xây so với đập đất, đập đất đá hay đập đá đổ có chiều cao; 4) Cho phép dễ dàng nâng cao đập, phân kì đầu tư xây dựng đập thành nhiều giai đoạn, xây dựng đến đâu tranh thủ đưa vào khai thác vận hành đến đó, dễ dàng giải vấn đề tháo lũ tràn qua đập (điều kiện biện pháp tháo lũ thuận lợi đơn giản nhiều so với đập đất đập đất đá); 5) Biện pháp giải vấn đề toả nhiệt phân khối xây dựng đập đá đơn giản nhiều so với đập bê tông trọng lực, lượng toả nhiệt xây dựng đập đá xây không đáng kể (do lượng xi măng ít); 6) Công tác dẫn dòng thi công tháo lũ thi công sơ đồ đập đá xây đơn giản so với sơ đồ đập đất đập đất đá (ví dụ, chừa số lỗ để tháo lũ cho tràn qua đập, v.v ); 7) bị lệ thuộc vào điều kiện thời tiết (mưa, nắng) thi công đập đá xây so với thi công đất thi công bê tông; 8) Nhu cầu thiết bị thi công giới tương đối linh hoạt, tuỳ điều kiện cụ thể, tuỳ loại vật liệu mà áp dụng, kết hợp sử dụng thiết bị giới hoá đại với việc khai thác mạnh nhân lực tay nghề địa phương để nâng cao chất lượng tiến độ thi công công trình; 9) Công tác tu, sửa chữa vận hành đập tương đối đơn giản, dễ thực Nhược điểm lớn đập đá xây nhu cầu nhân lực thủ công việc xây đá lớn, công việc nặng nhọc vất vả, chưa có khả giới hoá toàn công tác xây lắp, tiến độ thi công bị hạn chế, đặc biệt phải quan tâm đến vấn đề an toàn lao động xây lắp Để tham khảo, hình 2-28 giới thiệu đập đá xây Hoàng Long Đới cao 63 m Tùng Hóa tỉnh Quảng Đông Trung Quốc a) Mặt bằng; Hình 2-28 Đập trọng lực đá xây Hoàng Long Đới a) B - Đập đất đá 275 276 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Hình 2-28 b) Mặt cắt đập tràn; 277 B - Đập đất đá Hình 2-28 c) Mặt cắt đoạn đập không tràn ... UlamÝt Mü 19 61 157 490 9,6 - Inphernilo Panzax Mêhicô 19 65 14 8 348 5,5 12 ,0 Gepat Farinba ¸o 19 65 15 3 620 7 ,1 - Orovil Fetre Cana®a 19 67 22 4 2 314 61, 0 4,3 Axuan Nil AicËp 19 69 11 0 3600 41, 5 15 ,6 Maika... Cana®a 19 73 24 3 - 30,6 24 ,0 Kêban Ephơrat Thổ Nhĩ Kỳ 19 74 20 7 10 95 12 ,8 1, 35 Tarbela Und Pakistăng 19 75 13 6 - 12 ,2 - Trarvac Trirtri Liên Xô (cũ) 19 77 16 8 837 17 ,7 1, 42 Nurêch Vash Liên Xô (cũ) 19 79... bảng 2- 6) (2 .16 ) 27 0 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Bảng 2- 6 Hệ số nén ép đất ®¸ Kn f Kn f Kn 0,5 25 0 6,5 - 0,6 15 0 5,5 - 6,5 0,8 40 - 50 4-5 1, 0 32 - 40 10 3 ,2 - 1, 5 21 - 30 12 2, 7