Bộ Giáo dục và đào tạo Bộ Nông nghiệp và PTNT
Trờng đại học Thuỷ lợi
Đỗ Danh tuyên

nghiên cứu, tính toán và đánh giá ảnh hởng của hố
xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng
lực và áp dụng cho đập tân mỹ tỉnh ninh thuận Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn danh oanh
Hà Nội, 2010


Mẫu trang phụ bìa luận văn (sau trang bìa)
Bộ Giáo dục và đào tạo Bộ Nông nghiệp và PTNT
Trờng đại học Thuỷ lợi Họ và tên tác giả luận văn Tên đề tài luận văn

Chuyên ngành:
Mã số:
quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn thủy công,
thi công, Khoa sau đại học, Khoa công trình - Trường đại học Thủy lợi,
Trung tâm Thủy điện( nay là Viện Thuỷ điện và Năng Lượng tái tạo) - Viện
khoa học Thủy lợi, công ty tư vấn xây dựng Thuỷ Lợi 1 (HEC1) đã tạo điều
kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thu thập các tài liệu, thông tin
khoa học kỹ thuật, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và
các đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn
thành luận văn.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các
Thày cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn!
Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2010
Tác giả Đỗ Danh Tuyên
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
2
PHẦN MỞ ĐẦU
1.Ý nghĩa thực tiễn, sự cần thiết
Với địa hình nằm trải dài theo hình cong chữ S, phía Tây là đồi núi cao,
phía Đông là các vùng đồng bằng lớn ven biển, Việt Nam là một trong những
nước có hệ thống sông, suối dày đặc. Đây là một tiềm năng lớn để xây dựng
và phát triển các công trình thủy điện, thủy lợi phục vụ cho công cuộc công
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, góp phần vào quá trình phát triển xã hội,
cải thiện đời sống nhân dân.

2. Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
Phân tích, tính toán ổn định lật, trượt và ứng suất nền khi có sự hình
thành hố xói sau công trình tháo lũ và đánh giá ảnh hưởng về hình dạng và
kích thước của chúng đến ổn định của đập bê tông trọng lực.
2.2. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về các quy trình quy phạm, phương pháp tính
toán
- Ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể
3. Bố cục của luận văn
Chương 1: Tổng quan về tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực.
Chương 2: Tính toán dự báo xói sau đập vận hành dưới tác động của
dòng phun.
Chương 3: Tình hình nghiên cứu tính toán ổn định đập bê tông trọng
lực.
Chương 4: Nghiên cứu ổn định đập bê tông trọng lực khi có xét đến sự
hình thành hố xói sau đập vận hành
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
4
Mục lục
27TChương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG
LỰC
27T 5
27T1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới27T 7
27T1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam27T 13
27T1.3. Công trình tháo lũ và nối tiếp thuỷ lực hạ lưu.27T 17

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
5
Danh mục bảng biểu
27TBảng 1-1 :Một số công trình đập bê tông lớn ở Trung Quốc27T 12
27TBảng 1-2 :Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 194527T 13
27TBảng 1-3 :Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam những năm gần đây27T 15
27TBảng 1-4 :Tần suất lũ thiết kế các công trình thủy điện (TCVN-285-2002)27T 17
27TBảng 1-5: Tần suất lũ thiết kế các công trình thủy điện của Trung Quốc27T 18
27TBảng 2 - 1: Bảng thông số kỹ thuật hệ thống thủy lợi tân mỹ27T 29
27Tphương án kiến nghị chọn (dự án đầu tư)27T 29
27TBảng 3-2: Chỉ tiêu hiệu ích kinh tế dự án hệ thống thủy lợi Tân Mỹ27T 31
27TBảng 2- 3: Các phương án tính toán kích thước hố xói27T 32
27TBảng 2-4:Kết quả tính toán Lx với các góc nghiêng của mũi phóng27T 34
27TBảng 2 - 5: Kết quả tính toán hx với các hệ số xói27T 35
27TBảng 3-4: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn về ổn định tổng thể và ứng suất cho phép của
đập.
27T 56
27TBảng 3-5: Kết quả tính kiểm tra ổn định đập theo hệ số dự trữ27T 64
27TBảng 4-1:Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 72
27TBảng 4-2 Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 73
27TBảng 4-3: Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 74
27TBảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định đập tràn khi không xét đến sự ảnh hưởng
của hố xói
27T 75
27TBảng 4-5: Các trường hợp tính toán hố xói27T 79
27TBảng 4-6: Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 80
27TBảng 4-7: Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 81
27TBảng 4-8: Tổng hợp kết quả tính toán các lực tác dụng lên đập27T 82

Danh mục hình vẽ

27THình 2-9 : Quan hệ chiều sâu hố xói tR
x
R và hệ số xói K27T 36
27THình 3-15: Cấu tạo cơ bản đập bê tông trọng lực27T 43
27THình 3-16: Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản27T 44
27THình 3-17: Một số mặt cắt cơ bản đập bê tông trọng lực27T 45
27THình 3-18 :Một số dạng mặt cắt điển hình đập bê tông trọng lực đã xây dựng27T 46
27THình 3-19 :Sơ đồ tính ổn định trượt ngang27T 51
27THình 3-20 :Sơ đồ tính toán ổn định mặt trượt nằm nghiêng27T 53
27THình 3-21 :Sơ đồ tính toán ổn định mặt trượt nằm ngang, nền có lớp xen kẹp27T 54
27THình 3-22 :Vị trí của hợp lực trong các trường hợp27T 56
27THình 3-23: Vị trí cửa hợp lực trong các trường hợp27T 58
27THình 3-24: Hình dạng mặt trượt (a) và sơ đồ tính ổn định (b)27T 58
27THình 3-25: So sánh giữa K1và K2 khi C=0 và giữa K1 và K2 khi φ=027T 59
27THình 3-27 :Quá trình hình thành mặt phá hoại ở mặt tiếp giáp giữa đập và nền27T 66
27T Hình 4-4: Chiều dài của phễu trong đ ất không dính theo M.A.Mikhalep27T 76
27THình 4-5: Chiều dài của phễu trong đá theo G.A.Yuđixki27T 76
27THình 4-6: Hố xói vào trong phạm vi móng công trình27T 77
27THình 4-7:Hố xói nằm ngoài phạm vi móng công trình27T 78
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ
TÔNG TRỌNG LỰC
1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới [5]
Đập trọng lực được cho là đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại
Jordan tên là đập Jawa, xây vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên. Đập
Jawa có chiều cao 4,5m, dài 80m là đầu mối của một hồ chứa nước làm nhiệm
vụ cung cấp nước cho khoảng 2000 người.


cao nhất Châu Âu trong khoảng 20 năm,
bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m.
Thể tích đập 415.000 m
P
3
P. Dung tích hồ
51 triệu m
P
3
P nước, lưu vực hồ rộng 220
km
P
2
P trong vùng Alpes nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp.
Đập bê tông trọng lực cao nhất là đập Grand Dixence được khởi công
năm 1951 và hoàn thành vào năm 1962 tại Swiss Alps với chiều cao 285m.
Tốc độ xây dựng đập trên thế giới tăng nhanh vào những năm 1950 đến
1980, thời kỳ này có khoảng 5.000 đập lớn được xây dựng trên toàn thế giới.
Tập trung chủ yếu ở các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi
có nền khoa học kỹ thuật tương đối phát triển

Hình 1-3 :Đập Chambon, Pháp
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
9

Hình 1-4: Mặt cắt ngang đập Chambon
.
Theo thống kê của hội đập cao
thế giới (ICOLD), tính đến năm

23%
NhËt
6%

Hình 1-7:Tỷ lệ % phân bố đập trên thế giới
Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các
loại đập đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông
trọng lực chiếm khoảng 30%.
Trung Quốc hiện nay đang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây
dựng. Trong quá khứ, đập đã được xây dựng từ thời xa xưa ở Trung Quốc, tại
tỉnh Thiểm Tây, người ta đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
11
tr.CN) và Dujiangyan (năm 219 tr.CN) với đập dâng bằng đá xây cao 3,8m rất
nổi tiếng.

Hình 1-8:Phân bố theo thể loại

Hình 1-9:Phân bố theo chiều cao

Đến đầu thế kỷ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng Đông
Bắc cùng với những đập dâng bằng đá xây để cấp nước sinh hoạt và một số
đập đất để lấy nước tưới. Cho đến năm 1949 mới chỉ có 22 đập lớn được xây
dựng.

Hình 1-10: Đập Tam Hiệp,
sông Dương Tử

Hình 1-11:So sánh số lượng đập lớn

trình
Chiều cao
đập (m)
Năm hoàn
thành
Vị trí
1
Yantan
111
1992
Sông Hồng, Quảng Tây
2
Shuikou
101
1993
Sông Mân, Phúc Kiến
3
Jiangya
131
1999
Sông Lâu, Hồ Nam
4
Mianhuatan
115
2001
Sông Thing, Phúc Kiến
5 Dachaoshan 111 2002
Sông Lan Thương, Vân
Nam
6

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
13
1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam [5]
Trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở Việt Nam vẫn chưa có các đập bê
tông trọng lực lớn. Nếu có chủ yếu là các đập bê tông có chiều cao thấp
(khoảng 5-10m) với kết cấu đơn giản, dễ thi công, thời điểm này hầu như
công tác thiết kế, nguyên vật liệu và chỉ đạo thi công là do các kỹ sư nước
ngoài thực hiện.
Các công trình bê tông xây dựng trong thời gian này hầu như bị hư
hỏng đáng kể sau một thời gian vận hành, nguyên nhân một phần do công tác
khảo sát chưa kỹ, một phần giải pháp công trình chưa hợp lý, công nghệ thi
công chưa phù hợp với điều kiện trong nước.
Trong giai đoạn từ 1930 đến 1945, một số đập bê tông trọng lực được
xây dựng như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới,
đập Đáy ở Hà Tây với nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập
dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình… do các kỹ
sư người Pháp thực hiện, lực lượng cán bộ kỹ thuật của Việt Nam hầu như
không có.
Bảng 1-2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945
TT Tên
Chiều cao
đập (m)
Năm xây
dựng
Địa điểm xây dựng
1
Cầu Sơn
-
1902
Sông Thương, Bắc Giang

14
Từ năm 1945 cho đến 1975, do đặc điểm đất nước bị chiến tranh nên
việc đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi bị hạn chế, nhưng đã có những
tiêu chuẩn về thiết kế và thi công bê tông thủy công, cũng có một số đập tràn
thấp được xây dựng trong thời kỳ này như đập tràn thủy điện Thác Bà, đập
tràn thủy điện Cấm Sơn, Đa Nhim…Không có nhiều đập bê tông được xây
dựng trong thời kỳ này nhưng các kết quả nghiên cứu đã là nền tảng quan
trọng, khởi đầu cho quá trình phát triển công nghệ xây dựng đập bê tông trong
nước.
Từ năm 1975 đến nay, những nghiên cứu thiết kế và công nghệ thi công
đập bê tông trên thế giới đã khá hoàn chỉnh, sự giao lưu về khoa học kỹ thuật
thuận lợi nên việc tiếp thu và ứng dụng công nghệ thiết kế và thi công đập bê
tông trọng lực trở nên dễ dàng. Cùng với sự phát triển, hiện đại hóa của đất
nước, các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ở nhiều nơi, và đập bê
tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong
phú. Đầu mối các công trình như: Hòa Bình, Trị An, Hàm Thuận-Đa My,
Tuyên Quang, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Thạch Nham, Tân Giang,
Lòng Sông, Nước Trong… là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m
P
3
P
bê tông, chiều cao đập đến trên 70m, tự trong nước đảm nhận toàn bộ các
khâu từ thiết kế đến thi công, hoàn thiệt bàn giao vận hành công trình. Điều
đó chứng tỏ rằng quy trình thiết kế, công nghệ thi công đập bê tông trọng lực
ở nước ta đã được nghiên cứu, chuyển giao và phát triển mạnh, các vấn đề về
tính toán ổn định công trình bê tông có chiều cao lớn đã có sự quan tâm và đạt
những tiến bộ. Tuy nhiên, trong giai đoạn thiết kế, những nghiên cứu về ổn
định loại đập này chưa nhiều.
10
Thủy điện
Đồng Nai 3
108 2005-2009 Đăk Nông, Lâm Đồng
11
Thủy điện
Đồng Nai 4
128 2005-2010 Đăk Nông, Lâm Đồng
12 Thủy điện Sơn La 138,1 2006-2010 Sơn La
13 Hồ chứa Bản Vẽ 137 2005-2009 Nghệ An
14 Sông Ba Hạ 50 2005-2010 Phú Yên

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
16
Các đập xây dựng trước đây ở nước
ta chủ yếu là đập đất. Trong một số
năm gần đây xu thế xây dựng đập
bê tông đã và đang phát triển. Đập
Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận
cao 39,5m có thể được xem như là
đập bê tông trọng lực đầu tiên do
ngành thuỷ lợi nước ta tự thiết kế
và thi công đã hoàn thành năm
2001. Hiện nay ta đang xây dựng đập Lòng Sông ở Bình Thuận và nhiều dự
án như hồ chứa Định Bình, hồ chứa Sơn La đang được thiết kế và xây dựng
theo phương án đập bê tông trọng lực.

Hình 1-13:Đập trọng lực
bê tông đầm lăn (RCC)

Công trình
lâu dài P (%)
CT tạm P (%)

2 mùa khô (*)
Công trình Lấp

dòng P (%)
>300-1000
I
0,1
5,0
5,0
> 50-300
II
0,5
5,0
5,0
> 2-50
III
1,0
10,0
10,0
> 0,2-2
IV
1,5
10,0
10,0
< 0,2
V

500
30
2)Thiết kế tiêu năng phòng xói
a) – Hình thức thiết bị tiêu năng phòng xói nên căn cứ vào điều kiện địa hình,
địa chất, điều kiện dòng xả, phương thức vận hành, chiều sâu nước hạ lưu và
khả năng chống xói của lòng sông, yêu cầu tiêu năng phòng xói, nối tiếp dòng
chảy hạ lưu và ảnh hưởng tới các vật kiến trúc khác v v sau khi thông qua so
sánh kinh tế kỹ thuật rồi quyết định.
Tràn xả lũ kiểu bờ sông (tràn bên) thường dùng tiêu năng kiểu mũi phóng
dòng phun hoặc tiêu năng chảy đáy, cũng có thể dùng kiểu tiêu năng khác.
b) – Thiết bị tiêu năng được chọn nên thỏa mãn yêu cầu: trạng thái dòng chảy
của dòng xả của tràn xả lũ và hiện tượng bồi xói lòng sông không làm ảnh
hưởng tới an toàn của các hạng mục công trình khác và ảnh hưởng tới điều
kiện vận hành bình thường của nó, đồng thời yêu cầu trong phạm vi lưu lượng
thiết kế (tiêu chuẩn lũ tiêu năng phòng xói) và các cấp lưu lượng dưới nó, đặc
biệt là ở các con lũ thường gặp, hiệu quả tiêu năng phả tốt, kết cấu vững chắc,
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khóa 2007 - 2010
19
chống khí thực, chống mài mòn, nếu thấy cần thiết có thể dùng biện pháp hỗ
trợ tương ứng. Những công trình tiêu năng nằm dưới mặt nước (như bể tiêu
năng, công trình tiêu năng trợ giúp v v ) nên cố gắng nghiên cứu điều kiện
kiểm tra duy tu.
c) – Tiêu năng mũi phóng – dòng phun thích hợp với đầu mối có cột nước cao
hoặc vừa nền móng bằng đá. Hình thức mặt bằng của thiết bị tiêu năng dòng
phun có loại bề rộng không đổi, kiểu mở rộng và kiểu thu hẹp (bao gồm kiểu
khe hẹp). Mũi hắt nước chảy có loại liên tục, loại không liên tục và các loại
mũi dị hình khác v v
Nếu dùng tiêu năng dòng phun cần phải nghiên cứu thận trọng do dòng tia
văng xa tạo mù ảnh hưởng đến các công trình đầu mối và vận hành an toàn.