Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN9137:2012

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9137: 2012

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI - THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

Hydraulic structure − Design for concrete dam and reinforced concrete dam

Lời nói đầu:

TCVN 9137: 2012 được chuyển đổi từ 14 TCN 56-88 Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế theo quy định tại 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 9137: 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 THUỶ LỢI - THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

Hydraulic structure − Design for concrete dam and reinforced concrete dam

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật trong công tác thiết kế mới, thiết kế sửa chữa nâng cấp xây dựng các đập bê tông và bê tông cốt thép trong thành phần của các hệ thống thủy lợi, thủy điện, vận tải thủy, cấp nước, cũng như công trình chống lũ.

Tiêu chuẩn này áp dụng trong các bước thiết kế của các giai đoạn đầu tư xây dựng công trình thủy lợi, thuỷ điện, vận tải thuỷ, cấp nước và công trình phòng chống lũ. Nội dung và mức độ thiết kế thực hiện theo các quy định có liên quan trong các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về thành phần, nội dung và khối lượng lập các dự án đầu tư thủy lợi, thuỷ điện.

Đối với những đập bê tông và bê tông cốt thép xây dựng trong vùng động đất, trong điều kiện có đất lún sụt và hang ngầm các tơ (karst), cần phải lập những quy trình kỹ thuật riêng cho công tác thiết kế và trình duyệt theo thủ tục đã định.

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 nghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có). TCVN 375: 2006 Thiết kế công trình chịu động đất.

TCVN 4116: 1985 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình Thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 2737: 1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 8216: 2009 Thiết kế đập đất đầm nén.

TCVN 8215: 2009 Công trình thuỷ lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế, bố trí thiết bị quan trắc - cụm công trình đầu mối.

TCVN 8421: 2010 Công trình thuỷ lợi - Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu.

TCVN 9143: 2012 Công trình Thủy lợi - Tính toán đường viền thấm dưới đất của đập trên nền không phải là đá.

TCVN 9159: 2012 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thi công và nghiệm thu khớp nối biến dạng

3. Phân loại đập bê tông và bê tông cốt thép

3.1 Phân loại các kiểu đập trên nền đá hoặc trên nền không phải là đá được chỉ dẫn trong các Hình 1; Hình 2; Hình 3; Hình 4.

CHÚ DẪN:

Hình 1 - Đập bê tông và đập bê tông cốt thép trọng lực trên nền đá

CHÚ DẪN:

Hình 2 - Đập bê tông và đập bê tông cốt thép bản chống trên nền đá

CHÚ DẪN:

Hình 3 - Đập bê tông và đập bê tông cốt thép bản chống trên nền đá

CHÚ DẪN:

Hình 4 - Các loại đập bê tông và bê tông cốt thép xả nước chủ yếu trên nền không phải là đá

3.2 Các đập bê tông và bê tông cốt thép tùy thuộc vào kết cấu và mục đích sử dụng đập được phân thành các loại chủ yếu nêu ở Bảng 1.

Bảng 1 - Phân loại đập theo kết cấu và mục đích sử dụng

4. Các yêu cầu chung

4.1 Các yêu cầu chung lựa chọn kiểu đập và tính toán thiết kế

4.1.1 Việc chọn loại đập bê tông hay bê tông cốt thép phải dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án. Các phương án phải xét đến các yếu tố xã hội, di dân tái định cư, môi trường, sinh thái, biến đổi chế độ dòng chảy, v.v... Tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất thủy văn và điều kiện khí hậu, có xét đến cấp độ động đất của vùng đập, sự bố trí của cụm công trình đầu mối, sơ đồ tổ chức thi công, khả năng có vật liệu xây dựng tại chỗ, thời hạn xây dựng và các điều kiện quản lý đập để lựa chọn kiểu đập.

4.1.2 Những đập trên nền đá cần phải thiết kế theo các loại sau:

- Với các công trình xả ở tuyến áp lực được ưu tiên dùng loại đập bê tông, đập bản chống và đập kết cấu nhẹ bằng bê tông cốt thép;

- Trong điều kiện có khe núi cao và hẹp nên lựa chọn loại đập vòm và kiểu đập vòm trọng lực;

- Thông thường, đập bê tông và bê tông cốt thép trên nền không phải là đá được sử dụng làm đập xả nước;

- Chỉ dùng đập bê tông và bê tông cốt thép làm đập không xả nước trong tuyến chịu áp khi có luận cứ chắc chắn.

4.1.3 Cấp của đập bê tông và bê tông cốt thép cần được xác định theo tiêu chuẩn chung về thiết kế các công trình thủy công trên sông.

- Đối với các đập cấp I và cấp II thông thường phải tiến hành nghiên cứu thí nghiệm để bổ sung cho tính toán thiết kế.

- Đối với đập cấp III và IV thì cho phép thực hiện những nghiên cứu đó khi có luận chứng thỏa đáng.

4.1.4 Các tải trọng và tác động lên đập bê tông và bê tông cốt thép phải được xác định phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 8421:2010 và tiêu chuẩn TCVN 375-2006.

4.1.5 Khi tính toán thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép chịu các tải trọng và tác động của tổ hợp cơ bản cần xét:

4.1.5.1 Trường hợp các tải trọng thường xuyên:

a) Trọng lượng bản thân công trình bao gồm cả trọng lượng của các thiết bị hoạt động thường xuyên (cửa van, máy nâng, v.v ...);

b) Áp lực thủy tĩnh từ phía thượng lưu ứng với mực nước dâng bình thường (MNDBT);

c) Áp lực thủy tĩnh từ phía hạ lưu ứng với:

- Mực nước hạ lưu thấp nhất;

- Mực nước hạ lưu khi xả lưu lượng lớn nhất qua đập ở trường hợp trước đập là mực nước dâng bình thường (MNDBT);

d) Áp lực thấm ứng với mực nước dâng bình thường và khi các thiết bị chống thấm và tiêu nước làm việc bình thường;

e) Trọng lượng đất trượt cùng với đập, và áp lực bên của đất ở phía thượng, hạ lưu.

4.1.5.2 Trường hợp các tải trọng tạm thời dài hạn:

a) Áp lực bùn cát bồi lắng trước đập;

b) Tác động nhiệt (chỉ đối với đập bê tông) xác định đối với năm có biên độ dao động trung bình của nhiệt độ trung bình tháng.

4.1.5.3 Trường hợp các tải trọng tạm thời ngắn hạn:

a) Áp lực sóng ứng với tốc độ gió trung bình nhiều năm;

b) Tải trọng do các thiết bị nâng, đỡ và vận tải hoặc do các kết cấu và máy móc khác (cầu trục lăn, máy trục treo…);

c) Tải trọng do các vật nổi;

d) Tải trọng động khi xả lũ qua đập xả nước ứng với MNDBT.

4.1.5.4 Khi tính toán thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép với tổ hợp tải trọng và tác động đặc biệt, cần xét các tải trọng của tổ hợp cơ bản và khi có luận chứng thỏa đáng thì tính toán với hai trong những tải trọng sau đây:

a) Tính toán ứng với áp lực thủy tĩnh ở phía thượng lưu và hạ lưu ứng với mực nước gia cường (MNGC) ở thượng lưu (thay cho khoản c và d Điều 4.1.5.1);

b) Tính toán ứng với áp lực nước thấm xuất hiện khi có một trong những thiết bị chống thấm hoặc một trong những thiết bị tiêu nước bị hư hỏng (thay cho khoản d Điều 4.1.5.1);

c) Tác động nhiệt xác định đối với năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ trung bình tháng (thay cho khoản b Điều 4.1.5.2);

d) Áp lực sóng ứng với tốc độ gió lớn nhất nhiều năm (thay cho khoản a Điều 4.1.5.3);

e) Tải trọng động khi xả lũ qua đập xả nước, ứng với MNGC ở thượng lưu (thay cho khoản d Điều 4.1.5.4);

g) Tác động của động đất.

Các tải trọng và tác động trong thời kỳ thi công và trường hợp sửa chữa đập cần lấy theo các tổ hợp cơ bản và đặc biệt. Trị số của các tổ hợp tải trọng phải được xác định căn cứ theo các điều kiện cụ thể khi thi công và sửa chữa công trình.

Các tải trọng và tác động phải lấy theo những tổ hợp bất lợi nhất có thể xảy ra từng thời kỳ khai thác và thi công xây dựng công trình.

4.2 Yêu cầu đối với vật liệu xây dựng

4.2.1 Vật liệu xây dựng dùng cho các đập bê tông, đập bê tông cốt thép và các bộ phận của đập phải thỏa mãn những yêu cầu của các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành về thi công xây dựng các công trình thuỷ công. Việc lựa chọn những vật liệu này cần được tiến hành theo các chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCVN 4116:1985.

4.2.2 Trong các đập bê tông, đập bê tông cốt thép và các bộ phận của đập, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của bê tông ở các phần riêng biệt của đập trong thời kỳ khai thác, cần phải chia ra 4 vùng sau (Hình 13):

- Vùng I là vùng ngoài của đập và các bộ phận đập chịu tác động của khí quyển, nhưng không ngập nước;

- Vùng II là vùng ngoài của đập nằm trong phậm vi dao động của mực nước thượng, hạ lưu, cũng như các phần và các bộ phận của đập bị ngập nước từng thời kỳ như phần tràn, phần tháo, phần xả nước, bể tiêu năng.v.v…

- Vùng III là ngoài cũng như các phần tiếp giáp với đất đá nền và chân công trình, nằm dưới mực nước khai thác nhỏ nhất ở thượng lưu và hạ lưu;

- Vùng IV là phần bê tông trong thân đập, giới hạn bởi vùng I, II, III, kể cả phần bê tông của kết cấu nằm kề các khoang rỗng kín của đập bê tông, bê tông cốt thép kiểu bản chống.

Bê tông của các vùng trong đập bê tông, đập bê tông cốt thép thuộc tất cả các cấp đập phải đạt những yêu cầu nêu trong Bảng 2.

Bảng 2 - Yêu cầu bê tông ở các vùng đập

CHÚ THÍCH: Đối với đập cấp IV, cho phép bỏ qua yêu cầu về độ dãn dài giới hạn và độ tỏa nhiệt của bê tông.

4.2.3 Cần căn cứ vào kiểu và loại đập, độ lớn của cột nước tác dụng, điều kiện khí hậu của vùng xây dựng và kích thước các bộ phận của đập để xác định chiều dày vùng ngoài của đập, nhưng không được lấy nhỏ hơn 2m.

4.2.4 Thông thường khi thiết kế đập không được dùng quá 4 loại mác bê tông. Chỉ cho phép tăng số mác bê tông khi có luận chứng riêng.

4.2.5 Đối với xi măng dùng cho các đập cấp I, II và III cần phải xác định loại xi măng sử dụng ngay trong hồ sơ thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công, trong trường hợp cần thiết sử dụng bê tông đặc biệt có thể phải lập những quy trình sản xuất riêng với sự thỏa thuận của các cơ quan có liên quan và được trình duyệt theo quy định chung.

4.3 Những yêu cầu về bố trí tổng thể và kết cấu

4.3.1 Vị trí đập bê tông hoặc bê tông cốt thép trong tuyến công trình đầu mối cần được quyết định căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn, điều kiện nối tiếp đập với bờ và với các công trình khác; căn cứ vào sơ đồ tổ chức và biện pháp thi công, và phải được luận chứng bằng so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án nghiên cứu cụ thể.

4.3.2 Các thiết bị chống thấm và tiêu nước ở nền đập cần được nối tiếp với các thiết bị tương tự ở bên bờ và ở các công trình đầu mối tiếp giáp với đập.

Các thiết bị chống thấm cần phải được dự kiến trong tất cả các trường hợp mà đất nền thuộc loại đất có tính chất cơ lý không tốt, thấm nhiều, kém ổn định và chó chứa các thành phần dễ hòa tan trong nước. Đối với đất không có khả năng bị xói ngầm cơ học và hóa học thì việc bố trí các thiết bị chống thấm phải có luận chứng chi tiết riêng.

Màng chống thấm phải được thiết kế đảm bảo tiếp xúc và xâm nhập đến tầng đất ít thấm hoặc thực tế không thấm nước. Khi thiết kế màng chống thấm vào đất có tầng không thấm thì chiều sâu của màng cho phép lấy bằng nửa trị số cột nước toàn tập của đập.

4.3.3 Khi nối tiếp các bộ phận riêng của đập (phần xả nước với phần không xả nước), các mặt chịu áp phải bố trí trên một mặt phẳng.

4.3.4 Chiều rộng và cấu tạo đỉnh của đập không xả nước cần được chọn dựa vào kiểu đập, điều kiện thi công. Chiều rộng đỉnh đập cũng được thiết kế căn cứ vào việc sử dụng đỉnh đập để phục vụ cho giao thông của người và xe cộ qua lại trong thời kỳ khai thác và tùy theo các mục đích khác, nhưng không được nhỏ hơn 2m.

4.3.5 Độ vượt cao của đỉnh đập không xả nước trên mực nước thượng lưu cần xác định theo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 8216:2009.

Trị số dự trữ về chiều cao đập (có kể cả tường chắn sóng) lấy như sau:

- Đối với đập cấp I: a = 0,8 m;

- Đối với đập cấp II: a = 0,6 m;

- Đối với đập cấp III: a = 0,4 m.

4.3.6 Kích thước trụ pin của đập bê tông có xả nước cần được quy định căn cứ vào kiểu và kết cấu cửa van, kích thước của các cửa xả, kích thước của các cửa ra vận hành và sự cố của hành lang dọc,

kích thước và cấu tạo của nhịp cầu. Trong tất cả các trường hợp, chiều dày của trụ pin tại chỗ có khe cửa không được nhỏ hơn 0,8 m.

4.3.7 Khi xác định cao trình đỉnh trụ pin của đập tràn về phía thượng lưu cần xét đến cao trình đỉnh đập không xả nước, kiểu cửa van, thiết bị nâng chuyển, điều kiện thao tác chung và kích thước theo chiều cao của cầu đặt trên trụ pin nếu có. Cao trình đỉnh trụ pin cần lấy theo trị số lớn nhất trong số các trị số xác định theo các điều kiện nêu trên.

4.3.8 Trong trường hợp cần thiết phải đưa trụ pin về phía thượng lưu theo điều kiện cần bố trí các cửa van hoặc cầu ở phần trên trụ pin phải xét đến việc tạo phần nhô ra kiểu công son ở phía trên của trụ pin.

4.3.9 Hình dạng trên mặt bằng của trụ pin ở phía thượng lưu phải bảo đảm cho dòng nước chảy vào khoang tràn được thuận và sự co hẹp dòng chảy nhỏ nhất.

4.3.10 Hình dạng trên mặt bằng và chiều cao của trụ pin phía hạ lưu được xác định theo những yêu cầu cấu tạo chung, xuất phát từ điều kiện bảo đảm độ bền, sự bố trí cầu qua lại và các công trình khác, cũng như điều kiện không cho nước ngập đỉnh trụ pin.

4.3.11 Mặt ngoài của các trụ phân dòng và trụ biên trong phạm vi công trình xả cần được thiết kế tương tự như bề mặt của các trụ pin.

4.3.12 Khi thiết kế cầu ô tô hoặc cầu đường sắt trên các trụ pin và trụ biên các trụ này ngoài việc thỏa mãn yêu cầu kết cấu trụ pin còn phải thỏa mãn đồng thời cả yêu cấu kết cấu trụ cầu theo tải trọng cho phép giao thông trên mặt cầu.

4.3.13 Ống dẫn áp lực vào tuốc bin của trạm thủy điện bố trí ở bên trong hoặc bên ngoài thân đập tùy thuộc kết quả so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án thiết kế.

4.3.14 Để ngăn nước thấm qua khối đập, thiết kế cần phải dự tính bố trí hệ thống tiêu nước theo kiểu các giếng tiêu nước dọc theo mặt thượng lưu đập, nối thông với hành lang dọc.

4.3.15 Yêu cầu thiết kế giếng tiêu nước

Khoảng cách từ mặt chịu áp của đập đến trục giếng tiêu nước, b_t cũng như đến mặt thượng lưu của hành lang dọc cần lấy không nhỏ hơn 2m và thỏa mãn điều kiện:

                                                                                   (1)

Trong đó:

h - cột nước trên mặt cắt tính toán;

J_cp - Gradien cột nước cho phép của bê tông đập.

Trị số gradien cột nước cho phép của bê tông (không phụ thuộc vào mác chống thấm của nó) cần lấy như sau:

- Đối với các đập trọng lực và đập bản chống kiểu to đầu: J_cp = 20;

^{- Đối với đập vòm, vòm trọng lực và các mặt trực tiếp chịu áp lực mới của đập liên vòm: Jcp = 40}

CHÚ THÍCH: Những yêu cầu của điều này không áp dụng đối với những đập có lớp chống thấm ở mặt chịu áp.

Đường kính của các giếng tiêu nước cần lấy trong khoảng 15 cm đến 30 cm; khoảng cách giữa các trục giếng tiêu nước từ 2 m đến 3 m.

Để giảm áp lực ngược tác dụng lên đế móng đập, cần trù tính bố trí các thiết bị tiêu nước nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, cũng như các thiết bị tiêu nước khác ở trong nền đập.

4.3.16 Thiết kế giải pháp tiêu nước trong giếng

Khi thiết kế hệ thống giếng tiêu nước phải dự kiến bố trí những hành lang dọc và ngang để tháo nước tiêu, để kiểm tra sự làm việc của các giếng tiêu nước và trạng thái bê tông đập, đặt các đường ống, các thiết bị kiểm tra quan trắc đo lường, để tiến hàn phun xi măng vào các khớp nối, để thi công màng chống thấm, cũng như để tiến hành các công tác phục hồi sửa chữa trong quá trình quản lý vận hành.

Theo chiều cao của đập, các hành lang dọc và ngang cần bố trí cách nhau từ 15 m đến 20 m. Về nguyên tắc phải thiết kế hành lang dọc thấp nhất cũng phải có cao trình hành lang cao hơn mực nước kiệt hạ lưu để đảm bảo có thể tháo nước tự chảy. Nếu như không bố trí được như vậy thì cần thiết kế lắp đặt máy bơm nước ra khỏi giếng và hành lang thoát nước.

Kích thước của hành lang cũng phải đảm bảo cho sử dụng làm mặt bằng thi công công tác phun xi măng nền và các khớp nối thi công đập, để tạo và khôi phục các giếng tiêu nước thẳng đứng cần chọn nhỏ nhất, đủ đảm bảo được sự vận chuyển và làm việc của các thiết bị khoan, phun xi măng v.v…

Những hành lang dùng để tập trung và tháo nước, kiểm tra trạng thái bê tông đập và làm kín nước cho các khớp nối, đồng thời dùng cho việc bố trí các thiết bị quan trắc kiểm tra, đo lường và các loại đường ống cần có các kích thước như sau:

- Chiều rộng hành lang không nhỏ hơn 1,2 m.

- Chiều cao không nhỏ hơn 2,0 m.

Sàn của hành lang tập trung và tháo nước, cần được thiết kế với độ dốc không lớn hơn 1: 50 về hướng máng tràn.

Trong những đập có nhiều tầng hành lang, cần dự kiến có sự liên thông giữa các hành lang bằng thang máy hoặc cầu thang thi công.

4.3.17 Trong vùng chịu kéo ở mặt chịu áp của đập bê tông, và của cả đập bê tông cốt thép khi có luận cứ để ngăn ngừa sự thấm qua bê tông làm cho vôi bị rữa lũa ra khỏi bê tông và để bảo vệ bê tông khỏi bị phá hủy do nước có tính xâm thực v.v…, cần trù tính bố trí lớp cách nước (bằng lớp trát nhựa đường, hoặc bằng các tấm nhựa đường, tẩm bitum, lớp trát khoáng vật, lớp sơn pôlime và pôlime- bitum).