LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Đánh giá ổn định đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn và
giải pháp đảm bảo an toàn khi công trình gặp sự cố” được hoàn thành với
sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:Thầy giáo hướng dẫn 1:
GS.TS Phạm Ngọc Quý và Thầy giáo hướng dẫn 2: TS. Nguyễn Mai Đăng đã
tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết
cho luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học
và Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng
dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực
hiện luận văn này.
Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ
và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè. Hà Nội, ngày 19 tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn
Lê Nguyên Trung
LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Lê Nguyên Trung.
Học viên lớp: 19C12.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công

38T2.2.2. Kết quả tính toán38T 28
38T2.3. Tính toán điều tiết lũ qua công trình.38T 31
38T2.3.1. Cơ sở lý thuyết.38T 31
38T2.3.2. Xây dựng phần mềm tính toán điều tiết lũ với mực nước vượt đỉnh
đập chắn.
38T 32
38T2.3.3. Kết quả tính toán.38T 38
38T2.4. Đánh giá ổn định đập Định Bình38T 41
38T2.4.1. Mặt cắt và trường hợp tính toán38T 41
38T2.4.2. Các tài liệu cơ bản của công trình38T 43
38T2.4.3. Trình tự và kết quả tính toán38T 44
38T2.4.4. Phân tích đánh giá kết quả tính toán ổn định38T 55
38T2.5. Phân tích đánh giá kết quả.38T 56
38TCHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN
TOÀN ĐẬP ĐỊNH BÌNH
38T 58
38T3.1. Đánh giá ngập lụt khi công trình gặp sự cố38T 58
38T3.1.1. Đánh giá ngập lụt ngay sau tuyến đập.38T 58
38T3.1.2. Đánh giá ngập lụt hạ du khi đập Định Bình bị vỡ.38T 60
38T3.2. Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn đập38T 65
38T3.2.1. Giải pháp công trình38T 65
38T3.2.2. Giải pháp phi công trình38T 85
38T3.3. Phân tích đánh giá kết quả.38T 86
38TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ38T 87
38T1. Kết luận38T 87
38T2. Kiến nghị38T 88
38TTÀI LIỆU THAM KHẢO38T 89

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
38THình 1.1. Các loại đập đất38T 2

38THình 2.14. Kết quả tính toán điều tiết lũ PMF hồ Định Bình38T 41
38THình 2.15. Mặt cắt tính toán ổn định của đập tràn Định Bình38T 42
38THình 2.16. Mặt cắt tính toán ổn định của đập dâng chắn Định Bình38T 43
38THình 2.17. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH138T 45
38THình 2.18. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập tràn TH138T 50
38THình 2.19. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH238T 52
38THình 2.20. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập tràn TH238T 54
38THình 3.1. Nhà máy thủy điện Định Bình nhìn từ hạ lưu38T 58
38THình 3.2. Mặt bằng khu vực cống xả sâu và nhà máy thủy điện Định Bình38T 59
38THình 3.3. Khu vực đất đắp hạ lưu đập Định Bình tại mặt cắt 18.38T 60
38THình 3.4: Minh họa vết vỡ tại tuyến đập hồ Định Bình38T 61
38THình 3.5. Mực nước Hồ Định Bình và sông Côn trước khi bắt đầu vỡ đập38T 62
38THình 3.6. Mực nước hồ Định Bình và sông Côn sau khi đập chính vỡ hết38T 62
38THình 3.7. Bản đồ ngập lụt lớn nhất khi vỡ đập Định Bình do lũ PMF38T 64
38THình 3.8. Gia cố mái đất đắp hạ lưu đập Định Bình (mặt cắt 18)38T 65
38THình 3.9. Mặt cắt ngang mái gia cố của mặt cắt 1838T 66
38THình 3.10. Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ khi có tràn sự cố PA1.38T 67
38THình 3.11. Mặt bằng tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn sự cố PA1.38T 69
38THình 3.12. Mặt bằng đập tràn sự cố PA1.38T 70
38THình 3.13. Mặt cắt dọc tim tràn sự cố PA1.38T 71
38THình 3.14. Mặt cắt II-II của đập tràn sự cố PA1.38T 72
38THình 3.15. Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ khi có tràn sự cố PA2.38T 73
38THình 3.16. Mặt bằng tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn sự cố PA2.38T 74
38THình 3.17. Sơ đồ tính toán hố xói sau máng phun của dốc nước.38T 82
38THình 3.18. Mặt bằng tràn sự cố PA238T 83
38THình 3.19. Mặt cắt dọc tim tràn và dốc nước đập tràn sự cố PA238T 84
38THình 3.20. Mặt cắt 1-1 của đập tràn sự cố PA2.38T 84
38THình 3.21. Mặt cắt 2-2 của đập tràn sự cố PA2.38T 84
khả năng thiên tai bất thường xẩy ra sẽ còn nhiều hơn. Trong những thiên tai
này có sự xuất hiện của dòng chảy vượt lũ thiết kế và lũ kiểm tra, vì vậy việc
nghiên cứu tính toán ổn định của đập khi gặp lũ cực hạn, xây dựng bản đồ
ngập lụt khi công trình gặp sự cố và đề xuất giải pháp ứng phó là rất cần thiết.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Đánh giá tổng quan về ổn định và an toàn đập.
- Nghiên cứu tính toán ổn định của đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn.
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập.
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Cách tiếp cận: thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu thực
tế về sự cố công trình, tính toán ổn định đập, dự kiến kịch bản vỡ đập có thể
xẩy ra, xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du và đề xuất giải pháp ứng phó.
- Phương pháp nghiên cứu: phương pháp thống kê, phương pháp kế
thừa, phương pháp chuyên gia, phương pháp mô phỏng, mô hình toán
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
Trên cơ sở các cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đã đề ra, tác
giả dự kiến luận văn đạt được một số kết quả sau:
- Tính toán ổn định của đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn.
- Đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập

2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP
1.1. Khái quát về đập và hồ chứa.
1.1.1. Khái quát về đập.
Đập là những công trình chắn ngang sông, làm dâng cao mực nước ở
phía trước tạo thành hồ chứa. Vật liệu làm đập là bê tông, bê tông cốt thép,
gỗ, đá, đất và được gọi tên theo vật liệu làm đập là đập bê tông, đập bê tông
cốt thép, đập gỗ, đập đá, đập đất. Loại đập được dùng rộng rãi nhất là đập vật
liệu tại chỗ và đập bê tông.
a. Đập đất.


c. Đập bê tông.
Đập bê tông gồm đập bê tông trọng lực (hình 1.3a), đập bản chống
(hình 1.3b) và đập vòm (hình 1.3c).
Đập bê tông trọng lực không tràn có dạng mặt cắt ngang thường gặp là
dạng hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng hoặc có độ nghiêng nhỏ, trong
thân đập có thể bố trí đường ống dẫn nước qua đập như hình 1.3a. Đập bê
tông trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp là dạng mặt cong.
Đập bản chống bao gồm bản mặt ở trước thượng lưu mỏng và một hệ
thống các trụ chống hợp thành như hình 1.3b.
Đập vòm là loại dập được xây dựng bằng bê tông hoặc bê tông cốt
thép làm nhiệm vụ dâng nước và cũng cho phép bố trí những khoang để nước
tràn qua. Nhờ tính hợp lí của dạng vòm trên mặt bằng, đập có thể thu nhỏ mặt
cắt ngang, tỷ lệ chiều rộng đáy mặt cắt ngang trên chiều cao đập (β) dao động
trong khoảng 0,1- 0,65 (hình 1.3c). Nhờ tính ưu việt của kếtcấu dạng vòm,

4
măt cắt đập vòm được thu nhỏ nên tiết kiệm được vật liệu bê tông so với đập
bê tông trọng lực. Đập vòm trọng lực được xây dựng bằng công nghệ thi công
bê tông truyền thống và cả bằng công nghệ bê tông đầm lăn. Đập vòm thường
được sử dụng để xây dựng ở vị trí lòng sông có mặt cắt ngang lòng sông dạng
chữ V hoặc chữ U, đồng thời phải có chất nền đá tốt thì mới kinh tế. Trong
những điều kiện thích hợp, loại đập này có thể đạt đến những độ cao lớn[14].

Hình 1.3. Đập bê tông và bê tông cốt thép
a. đập bê-tông trọng lực; b.đập bản chống phẳng; c.đập vòm;
1.chân răng;2.màng ximăng; 3.thiết bị tiêu nước; 4.mối ghép nhiệt độ;
5.mối nối gia cố; 6.bản chắn nước ; 7. trụ chống;

d. Một số các loại đập khác như: đá đổ bọc bê tông, đập cao su, đập

) ,
Mực nước dâng bình thường (HR
bt
R)
Mực nước trước lũ (HR
tl
R),
Mực nước chết (HR
c
R),
Dung tích siêu cao (VR
sc
R),
Dung tích hiệu dụng (VR
h
R),
Dung tích chết (VR
c
R),
Dung tích kết hợp (VR
kh
R).
Hình 1.4. Các đặc trưng hình thái kho nước[7]
1.2. Lũ cực hạn và sự cố công trình.
1.2.1. Khái quát về lũ cực hạn.6
Lũ cực hạn hay lũ lớn nhất khả năng (PMF-Probable Maximum Flood)
là trận lũ lớn nhất được hình thành từ sự tổ hợp bất lợi nhất của các điều kiện

1.2.1.2.
Tính chuyển mưa PMP sang lũ PMF
Sau khi có phân bố mưa PMP theo thời khoảng ngắn như trình bày ở
trên, việc tính chuyển sang lũ PMF có thể dùng một trong các mô hình đơn
giản như: Mô hình tập trung nước tổng hợp (MHTTNTH); mô hình đường
lưu lượng đơn vị (Unit Hydrograph); mô hình Nash; mô hình truyền lũ
MUSKINGUM [7].
1.2.2. Khái quát về sự cố công trình

Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm sau đây:
1. Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra,trong đó có khảo sát(địa
hình,địa chất công trình,địa chất thủy văn,thủy văn công trình),thiết kế (thủy
công, cơ khí,điện),chế tạo,lắp đặt,thi công và quản lí khai thác.Thực tế về sự
cố đã xảy ra ở các công trình thủy lợi ở nước ta cho thấy rằng,trong các
nguyên nhân đó các nguyên nhân phổ biến là:khảo sát,thiết kế,thi công và chế
tạo lắp đặt.
2. Các hạng mục công trình xẩy ra sự cố có cả các công trình đầu
mối,hệ thống kênh,công trình thủy công cũng như cơ điện. Sự cố lớn thường
xảy ra với các công trình thủy công.
3. Sự cố xảy không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà
thường là nhiều năm.Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra ngay
khi gặp lũ cực lớn(như vỡ đập Vệ Vừng ở tỉnh Nghệ An và rất nhiều đập nhỏ
khác) và trong quá trình thi công (như sự cố cống Hiệp Hòa ở hệ thống thủy
nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An,sự cố sạt kênh dẫn và vỡ đập ở sông Mực

8
tỉnh Thanh Hóa,sự cố lần thứ 3 đập suối Trầu ở tỉnh Khánh Hòa,sự cố đập Cà
Giây tỉnh Bình Thuận,vv ). Hoặc ở năm tích nước đầu tiên,xả lũ đầu tiên(sự
cố vỡ đập suối Trầu lần thứ 1,lần thứ 2,vỡ đập Suối Hành,vỡ đập Am
Chúa,đều xảy ra tại tỉnh Khánh Hòa,vỡ đập Họ Võ ở tỉnh Hà Tĩnh,vỡđập Đáy

Mức nước lũ lớn, đập thấp
40
9,35

9
4
Thân của thiết bị tiêu năng của tràn bị hỏng
113
26,4
5
Cống lấy nước bị hỏng
77
17,99
6
Cửa van bị hỏng
16
3,74
Tổng
428
100
Từ số liệu thống kê ở bảng 1.1 cho thấy sự cố công trình thường xuất
hiện nhất là: Sạt gia cố mái thượng lưu và thân của thiết bị tiêu năng của tràn
bị hỏng chiếm hơn 26%. Sự cố mực nước lũ lớn, đập thấp chiếm 9,35%, trong
tương lai với sự diễn biến của thời tiết ngày càng phức tạp thì sự cố loại này
sẽ còn tăng thêm nữa.
1.2.3. Tổng quan việc sử dụng lũ cực hạn để đánh giá ổn định đập

Trên thế giới, việc sử dụng lũ cực hạn (PMF) để đánh giá ổn định đập
đã được thực hiện ở một số nước như Anh, Mỹ Theo hội đồng đập lớn thế
giới thì hồ chứa được chia thành 4 nhóm A, B, C, D và tiêu chuẩn thiết kế lũ

Sơn đã phải thiết kế thêm đập tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập tự vỡ.

10
1.3. Tổng quan ổn định và an toàn đập trên thế giới và Việt Nam.
Đánh giá ổn định công trình là một vấn đề rất rộng, với nhiều cách tính
cho nhiều loại công trình khác nhau, vì vậy trong luận văn này chỉ trình bày
vấn đề ổn định và an toàn đập cho đập bê tông trọng lực trên nền đá.
Với đập bê tông trọng lực trên nền đá, các khả năng mất ổn định có thể
xảy ra là:
* Trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt đáy đập tiếp xúc với nền,
hay mặt phẳng đi qua đáy của các chân khay (khi đập có làm chân khay cắm
sâu vào nền). Trường hợp nền đá phân lớp thì cần xét thêm mặt trượt đi qua
các mặt phân lớp, là nơi các đặc trưng chống trượt của đá giảm nhỏ so với
mặt trượt qua đá nguyên khối. Khi thân đập có các vị trí giảm yếu (khoét lỗ,
mặt ngang tiếp giáp giữa các khối đổ, ) thì cần xét mặt trượt đi qua các vị trí
này. Tuỳ theo đặc điểm bố trí công trình và cấu tạo nền đập mà mặt trượt có
thể nằm ngang hay nằm nghiêng (nghiêng về phía thượng lưu hay hạ lưu).
* Lật theo trục nằm ngang dọc theo mép hạ lưu của một mặt cắt nào đó,
thường là mặt đáy đập, hay mặt cắt mà đập bị khoét lỗ, giảm yếu. Khả năng
lật chỉ có thể xảy ra khi biểu đồ ứng suất trên mặt nằm ngang tính toán có giá
trị âm (trên một phần mặt tính toán có ứng suất kéo).
* Nền đập bị phá hoại khi trị số ứng suất từ đập truyền xuống vượt quá
sức chịu tải của nền. Trong trường hợp này, cần phải thay đổi hình dạng mặt
cắt đập, hoặc tăng bề rộng đáy đập để điều chỉnh lại phân bố ứng suất dưới
đáy đập.
1.3.1. Tổng quan ổn định và an toàn đập ở Việt Nam.
1.3.1.1. Tổng quan về ổn định
Theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT: Khi tính
toán ổn định, độ bền, ứng suất, biến dạng chung và cục bộ cho các công trình


R lấy theo [10].
k
R
n
R - hệ số tin cậy, phụ thuộc vào cấp công trình, kR
n
R lấy theo [10].
m - hệ số điều kiện làm việc. m lấy theo [10].
K
R
cp
R- là hệ số an toàn chung của công trình.
N
R
tt
R - là tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng
hoặc thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn. Tải trọng
tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải n (lấy theo [10]).
Tải trọng tiêu chuẩn có trong các tiêu chuẩn khảo sát thiết kế quy định riêng
cho mỗi loại công trình.
N
R
tt
R =n.NR
tc
R (1.3.3)
R - là sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác
được xác lập theo các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế.
1.3.1.2. An toàn đập ở Việt Nam.
Một số sự cố đập ở Việt Nam được trình bày dưới đây.

3
P, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp
không được đầm chặt.

Về quản lý chất lượng:Không thẩm định thiết kế.Giám sát thi công
không chặt chẽ, nhất là những chỗ quan trọng như mang cống, các phần tiếp
giáp giữa đất và bê tông, không kiểm tra dung trọng đầy đủ.Số lượng lấy mẫu
thí nghiệm dung trọng ít hơn quy định của tiêu chuẩn, thường chỉ đạt 10%.
Không đánh dấu vị trí lấy mẫu.

Như vậy, sự cố vỡ đập Suối Trầu đều do lỗi của thiết kế, thi công và
quản lý. Hình 1.5. Một số bản vẽ về sự cố lần 1 đập Suối Trầu [6].
2. Vỡ đập Suối Hành ở Khánh Hoà
Đập Suối Hành có một số thông số cơ bản sau: Dung tích hồ: 7,9triệu
m
P
3
P nước. Chiều cao đập: 24m. Chiều dài đập: 440m. Đập được khởi công từ
tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm

13
03/12/1986. Nguyên nhân là do sai sót trong quá trình: khảo sát địa chất, số
liệu thí nghiệm vật liệu đắp đập, thiết kế và thi công công trình
Thiệt hại do vỡ đập: Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng, 20 ha đất
trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp, 20 ngôi nhà bị cuốn trôi, 4 người bị nước cuốn
chết.


Trong đó:
Ctg
F
+=
φστ
.
, theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Couloml.
a. Mặt trượt phẳng
Với mặt trượt phẳng có các sơ đồ tính như hình 1.7.
a. Sơ đồ tính với mặt trượt
nằm ngang
b. Sơ đồ tính với mặt trượt
dốc phía thượng lưu
c. Sơ đồ tính với mặt trượt
dốc phía hạ lưu
Hình 1.7. Sơ đồ tính ổn định với mặt trượt phẳng[16].
* Với mặt trượt nằm ngang (hình 1.7.a)
( )
H
LCtgUW
K
.+−
=
φ

(1.3.5)

a. Hình dạng mặt trượt
b. Sơ đồ tính ổn định
Hình 1.8. Sơ đồ tính ổn định dạng mặt trượt gãy phức hợp[16]
Công thức tính toán cho dạng mặt trượt này như công thức (1.3.7).
(
) ( ) ( )
[ ]
{ }
( ) ( ) ( )
[ ]
iiiiiiiRiLi
iiiiiiiiRiLiiii
VWPPHH
lCtgUPPHHVW
K
ααα
φααα
sincoscos
sinsincos
1
1
+−−+−
+−−+−++
=
−
−

(1.3.7)

C
R
i
R – lực dính đơn vị tính tại mặt trượt thứ i.

16
lR
i
R- chiều dài mặt trượt thứ i.
i
α
- góc hợp giữa mặt trượt thứ i với phương nằm ngang.
i
φ
- góc ma sát trong của khối nêm thứ i.
U2. Tính toán ổn định lật.
An toàn chống lật căn cứ vào vị trí của hợp lực (R) như hình 1.9, chỉ số
tính toán là tỷ số giữa tổng mô men
∑
M
của các lực thẳng đứng và nằm
ngang lấy với chân đập trên tổng các lực thẳng đứng
∑
V
.
Hình 1.9. Vị trí của hợp lực trong các trường hợp tính ổn định lật[16]


Đập đất chiếm 63%;
đập đá đổ: 8%;
đập trọng lực: 17%;
đập trụ chống 1%;
đập cửa van 0.7%;
đập vòm 5%;
đập liên vòm 0.3%;
đập khác 5%.

Hình 1.11. Tỷ lệ các loại đập đã được xây dựng trên thế giới[25]
Nguồn: 38T
2. Một số sự cố đập trên thế giới.
a. Đập Francis (Mỹ)[23].
Đây là đập bê tông trọng lực cao 62,5m, bắt đầu xây dựng năm 1924 và
hoàn thành 1926, cách thành phố Los Angeles (Mỹ) khoảng 72km về phía

18
Bắc. Đến lúc 12h đêm ngày 12/3/1928 đập bị vỡ. Trước khi bị vỡ đập không
có bất cứ 1 dấu hiệu bất thường nào. Đập có chiều dài 213m, khi bị vỡ 2 bên
vai đập đều bị xói hỏng chỉ còn lại 23m đoạn đập ở giữa lòng sông. Vào thời
điểm vỡ, gần như toàn bộ dung tích nước trong hồ chứa (47 triệu m
P
3
P) đổ về hạ
lưu. Đỉnh sóng cao nhất lúc vỡ đập lên tới 38m trên đoạn dài 1,6km sau đập.
Nước lũ đã làm chết khoảng 450 người. Lũ lớn gây thiệt hại nặng nề cho
đường giao thông, đường sắt nhưng may mắn là do đập vỡ vào ban đêm nên
cũng có ít phương tiện giao thông trên đường bộ nên cũng giảm nhẹ được
thiệt hại về người. Nước lũ còn ảnh hưởng đến tận thị trấn Santa Paula cách
đập tận 61 km về phía hạ lưu.