LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiêng cứu lựa chọn tốc độ thi công và khống chế nhiệt độ hỗn
hợp bê tông ban đầu hợp lý khi thi công đập bê tông CVC Hủa Na trên cơ sở
phân tích nhiệt trong thân đập” được hoàn thành ngoài sự cố gắng nỗ lực của
bản thân, tác giả còn được 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: GS.TS Vũ
Thanh Te 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
thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè. Hà Nội, ngày 21 tháng 08 năm 2014
Tác giả luận văn
Hoàng Văn Anh
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI: 1
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 1
IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC VÀ 3
DIỄN BIẾN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 3
BÊ TÔNG KHỐI LỚN 3
1.1 Tình hình xây dựng đập trọng lực trên thế giới và Việt nam 3
1.1.1. Tình hình xây dựng đập trọng lực trên thế giới 3

2.5 Kết luận chương II. 48
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƯỜNG ỨNG SUẤT TỪ
ĐÓ XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ THI CÔNG, NHIỆT ĐỘ HỖN HỢP BÊ TÔNG BAN
ĐẦU HỢP LÝ CHO ĐẬP THỦY ĐIỆN HỦA NA 49
3.1. Giới thiệu chung công trình thuỷ điện Hủa Na 49
3.1.1. Vị trí công trình 49
3.1.2. Nhiệm vụ của công trình 49
3.1.3. Quy mô công trình 50
3.1.4. Đặc điểm kết cấu các hạng mục chính của công trình 51
3.2. Tính toán phát triển trường nhiệt độ và trường ứng suất trong thân đập
Hủa Na 53
3.2.1. Tài liệu tính toán 53
3.3 Lựa chọn nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông và tốc độ thi công hợp lý cho
đập Hủa Na trên cơ sở kết quả phân tích nhiệt 91
3.4 Kết luận Chương III 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94
1. Kết luận 94
2. Kiến nghị 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 Mục lục hình ảnh

Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) 5

Hình 1.2: Đập bê tông trọng lực (CVC) - Hồ chứa nước Tân Giang 8
Hình 1.3: Đập Bê tông đầm lăn (RCC) - Sơn La 9

Hình 3-12: PA1 - Tmax= 49.65
o
C sau 5199h (hơn 216 ngày)–Thi công đập đếncao
độ 194.50m 68

Hình 3-13: PA1 - Ứng suất max sau 10248 h (427 ngày) –Thi công đập đến cao độ
227.50m 69

Hình 3-14:PA1- Sau 12024h (501 ngày) – thi công xong đập tại cao độ 244.50 70
Hình 3-15:PA2 - Biểu đồ nhiệt độ trung bình và ứng suất max trong thân đập 72
Hình 3-16: PA2 - Tmax= 44.4
o
C sau 5202h (217 ngày) – Thi công đập đến cao độ
194.50m 73

Hình 3-17: PA2 - Ứng suất lớn nhất sau 11670h (486 ngày) – Thi công đập đến cao
độ 239.50m 74

Hình 3-18: PA2 - Sau 12024h (501 ngày) – thi công xong đập tại cao độ 244.50 75
Hình 3-19:PA3 - Biểu đồ nhiệt độ trung bình và ứng suất max trong thân đập 77
Hình 3-20: PA3 - Tmax= 46
o
C sau 5200h (216 ngày) – Thi công đập đến cao độ
194.50m 78

Hình 3-21: PA3 - Ứng suất lớn nhất sau 10464h (436 ngày) – Thi công đập đến cao
độ 229.0m 79

Hình 3-22: PA3 - Sau 12024h (501 ngày) – thi công xong đập tại cao độ 244.50 80
Hình 3-24: PA4 - Biểu đồ nhiệt độ trung bình và ứng suất max trong thân đập 82

Bảng 3.2: Nhiệt độ không khí trung bình tại tuyến công trình 53
Bảng 3.3: Vận tốc gió trung bình năm tại tuyến công trình 53
Bảng 3.4: Độ ẩm trung bình tại Bái Thượng 54
Bảng 3.5: Trực xạ mặt trời tại khu vực công trình 55
Bảng 3.6: Nhiệt thủy hoá của chất kết dính 55
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén CVC 56
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo CVC 57
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của CVC 58
Bảng 3.10: Dữ liệu mô đun đàn hồi của bê tông (GPa) 58
Bảng 3.11: Kết quả tính toán nhiệt độ môi trường tính toán cho các bề mặt khối đập
CVC và không khí 60

Bảng 3.12: Nhiệt độ hỗ hợp bê tông trước khi đổ trong các tháng ( trong điều kiện
bình thường, cốt liệu chưa được xử lý) 62

Bảng 3.13: PA1-Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập
71

Bảng 3.14: PA2-Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập
76

Bảng 3.15:PA3-Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập 80
Bảng 3.16: PA4-Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập
86

Bảng 3.17: PA5-Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập
91

2. Tiếp cận từ lý thuyết phân tích nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập bê tông.
Về phương pháp nghiên cứu:

2 1. Áp dụng phương pháp tổng hợp và phân tích các tài liệu thu thập.
2. Nghiên cứu lý thuyết nhiệt và ứng suất nhiệt.
3. Sử dụng mô hình toán để tính toán bài toán nhiệt và ứng suất nhiệt.
IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:
1. Tổng quan được các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông CVC.
2. Giải quyết được bài toán nhiệt và ứng suất nhiệt cho đập Hủa Na theo tiến
độ thi công khác nhau.
3. Xác định được tốc độ thi công, nhiệt độ hỗn hợp bê tông ban đầu hợp lý của
đập Hủa Na để đảm bảo không bị nứt vì nhiệt.

500m, Q
xả lũ
≥
2.000 m
3
/s; hồ có dung tích
W
≥
1.000.000m
3
nước được xếp vào loại đập cao. Số lượng hơn 45.000 đập phân
bố không đều trên các châu lục.
Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập
chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba là Ấn Độ
với 4.291 đập. Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.196 đập. Việt
Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn.
Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kế xây dựng đập
từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào những
năm 1950, đỉnh cao là năm 1970.
Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD - 1997, số đập cao 15
÷
30m chiếm
khoảng 56,2%, cao từ 30
÷
150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm có
0,1%.

4
Nhược điểm của đập bê tông trọng lực:
- Yêu cầu về vị trí đập, địa chất công trình là cao, nền phải là nền đá tốt.
- Sử dụng nhiều thiết bị cơ giới hiện đại, giá thành cao hơn đập vật liệu địa
phương.
- Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như địa chất, nhiệt độ, biện pháp thi công
nên dễ nứt nẻ.
Theo chức năng đập bê tông trọng lực phân thành:

5 a. Đập trọng lực không tràn :
Đập có chức năng chắn nước, không cho nước tràn qua.
b. Đập trọng lực tràn nước:
Đập có chức năng vừa chắn dâng nước, vừa cho nước tràn qua.
Biểu đồ xây dựng đập trên toàn thế giới thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000)
Thống kê số lượng đập cao trên thế giới được trình bày ở bảng 1.1
Bảng 1.1. Bảng thống kê số lượng đập cao đã được xây dựng trên Thế giới
STT
Nước
Số lượng đập
STT
Nước
Số lượng đập
1
Trung Quốc
22.000
16

Zim-Ba-Buê
213
7
Hàn Quốc
765
22
Thái Lan
204
8
Thổ Nhĩ Kỳ
625
23
Thụy Điên
190
9
Braxin
594
24
Bungari
180

6 10
Pháp
569
25
Thụy Sĩ
156

* Số liệu lấy từ báo (Đập và an toàn đập) của tác giả Nguyễn Tiến Đạt.
1.1.2. Tình hình xây dựng đập trọng lực ở Việt nam
Thời kì trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập
bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến
10m, chưa có những đập lớn. Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ
công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên do đặc điểm
thuỷ văn của sông Đà Rằng. Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do
các kỹ sư Pháp thực hiện. Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa
vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ
phù hợp với Việt Nam.
Giai đoạn từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số
đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước
tươi, đập Đáy ở Hà Tây có 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,…
Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây
dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có đập bê tông
trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập thuỷ điện Thác
Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim Kĩ thuật và công nghệ xây dựng ở phía
bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật
Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại
hoá nên các công trình thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước 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 thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleiKrông, Sê San 3 và Sê San 4, Bản

7 Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình,
Tuyên Quang là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m
3

8 12 Lai Châu 137 Lai Châu RCC
13 Bản Chát 70 Lai Châu RCC
14 Bản Vẽ 138 Nghệ An RCC
15 Sông Bung 2 95 Quảng Ngãi RCC
16 Sông Tranh 2 100 Quảng Ngãi RCC
17 Sông Côn 2 50 Quảng Nam RCC
18 Tân Giang 37.5 Ninh thuận BT thường (CVC)
19 Lòng Sông 48 Bình Thuận CVC
20 Tuyên Quang Tuyên Quang CVC
21 Bắc Hà 100 Lào Cai CVC
22 Hủa Na 94.5 Nghệ An CVC
23 Dam’Bri 55 Lâm Đồng CVC
24 A Lưới 49.5 Huế CVC

Hình 1.2: Đập bê tông trọng lực (CVC) - Hồ chứa nước Tân Giang

9
Hình 1.3: Đập Bê tông đầm lăn (RCC) - Sơn La

Hình 1.3: Đập Bê tông (CVC) cao nhất thế giới (285m) Grande Dixence – Thuỵ sỹ

10

1.2.3. Vật liệu dùng cho bê tông khối lớn
1.2.3.1. Xi măng
Trong bê tông đập trọng lực nên dùng xi măng ít toả nhiệt. Để đảm bảo tính
ổn định của bê tông khối lớn cần chú ý chọn đúng các vật liệu thích hợp.
Xi măng ít toả nhiệt phải có lượng nhiệt phát ra sau khi thuỷ hoá (xác định
theo phương pháp termot) sau 3 ngày không lớn hơn 45-50 cal/g, sau 7 ngày không
lớn hơn 50, 60 cal/g.
Ở Việt nam đã ban hành tiêu chuẩn xi măng ít toả nhiệt qui định nhiệt thủy
hoá sau 7 ngày không lớn hơn 60 cal/g, nhưng thực tế hầu như chưa sản xuất,
nên trên thị trường xi măng ở nước ta không có mặt xi măng ít tỏa nhiệt, mà chỉ
có loại xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB) pha khoảng 15 – 30% phụ gia khoáng
hoạt tính và phụ gia trơ.

Xi măng PCB tuy có nhiệt thủy hoá thấp hơn xi măng poóclăng, nhưng chưa
đạt được yêu cầu của xi măng ít tỏa nhiệt. Tuy nhiên nếu tăng hàm lượng phụ gia
khoáng đến mức độ yêu cầu, thì có thể đạt được mục đích đó.

Trong bê tông khối lớn nói chung và bê tông đập nói riêng có thể pha
puzơlan, xỉ hạt lò cao, tro bay , nhằm mục đích giảm thiểu lượng dùng xi măng,
do đó giảm nhiệt thuỷ hoá trong bê tông. Các phụ gia đó được đưa trước vào xi
măng hoặc đưa vào bê tông khi trộn.

Trong bê tông khối lớn thường dùng phụ gia khoáng kèm thêm phụ gia hoá
học như phụ gia hoá dẻo kéo dài thời gian đông kết, nhằm tăng độ lưu động, giảm
co và kéo dài thời gian đông kết khi vận chuyển bê tông đường dài hoặc khi trời
nắng nóng về mùa hè và tăng độ bền mong muốn của bê tông. Việc kéo dài thời
gian đông kết cũng làm chậm sự phát nhiệt thủy hóa của xi măng.
1.2.3.2. Cốt liệu
Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn dùng cho bê tông khối lớn cũng giống như cốt

hàm lượng xi măng thấp.
1.2.4. Tính chất của bê tông khối lớn
1.2.4.1. Cường độ
Cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố chủ yếu,
trong đó có lượng và loại phụ gia khoáng hoạt tính (puzơlan). Cường độ bê tông
pha puzơlan nói chung phát triển chậm trong thời kỳ đầu, nhưng sau 28 ngày phát
triển tốt hơn.

13 Bê tông khối lớn thường không yêu cầu cường độ cao và không yêu cầu chịu
ứng suất lớn ban đầu. Mác bê tông khối lớn thường được xác định ở tuổi dài ngày
(90 ngày, 1 năm, 2 năm), tuỳ theo kết cấu và thời gian công trình được xây dựng.
1.2.4.2. Độ thấm nước
Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành phần
puzơlan trong bê tông. Puzơlan cũng có tác dụng giảm độ thấm nước. Hệ số thấm
của bê tông khối lớn K = (0,62 ÷ 11,9).10
-
4
ft/s. (1 ft = 30,48cm).
1.2.4.3. Độ bền
Trong bê tông khối lớn phản ứng giữa các thành phần trong bê tông được
xem là nhân tố quan trọng đối với độ bền bê tông. Phản ứng hoá học giữa kiềm
(Na
2
O và K
2
O) trong xi măng và SiO
2

b) Sự biến đổi thể tích tự thân là độ co do các phản ứng hoá học xảy ra trong
hồ xi măng trong bê tông không liên quan với lượng nước trong bê tông. Bê tông
dùng puzơlan đôi khi có độ co tự thân lớn hơn bê tông dùng xi măng pooclăng. Sự
biến đổi thể tích tự thân thuần tuý có thể nằm trong khoảng 0-150.10
-6
mm
3
.
c) Sự biến đổi thể tích do nhiệt thuỷ hoá:
Nhiệt độ bê tông tăng lên do nhiệt thuỷ hoá làm cho bê tông nở thể tích.
Ngoài các biến dạng nêu trên, còn có từ biến và biến đổi thể tích khi độ ẩm
của bê tông thay đổi.
1.2.4.5. Tính chất nhiệt
Tinh chất nhiệt bê tong khối lớn được trình bày ở mục 1.3 dưới đây.
1.3. Quá trình diễn biến nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn
Đầu thế kỷ 20, đối với vấn đề quá trình thay đổi nhiệt trong thân đập bê tông
và hậu quả của nó chưa được quan tâm đúng mức, vì thế trong thiết kế và thi công
thiếu sự chú ý cần thiết. Sau đó trong thực tế phát hiện trong thân đập xuất hiện
nhiều khe nứt có tính chất không giống nhau, đã làm rõ ứng suất nhiệt là nguyên
nhân chủ yếu làm xuất hiện khe nứt ở đập bê tông thể tích lớn, từ đó mới bắt đầu
đi sâu nghiên cứu vấn đề thay đổi nhiệt độ, vấn đề ứng suất nhiệt và biện pháp
khống chế nhiệt.
1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt của bê tông khối lớn
Nhiều nghiên cứu lý thuyết kết hợp với các tài liệu quan trắc đo đạc trên các
công trình bê tông trọng lực thực tế ở trong nước và trên thế giớ cho thấy diễn biến
nhiệt độ trong bê tông phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:
- Hàm lượng xi măng trong 1m
3
của bê tông;
- Tính chất thủy hóa của loại xi măng;

122

1212CaO SiO2
C
2
S
19

18

44

55

533CaO Al2O3
C
3
A 1700
188

202

188



Bảng 1.4 : Nhiệt thuỷ hoá của các loại xi măng theo thời gian. Loại xi măng Lượng phát nhiệt (cal/g)
3 ngày 7 ngày 28 ngày
Xi măng có cường độ sớm
10

10

11

Xi măng thường
7

8

9

Xi măng tỏa nhiệt trung bình
6

7

8

nhiệt độ ban đầu, chênh lệch giữa nhiệt độ ổn định và nhiệt độ đổ bê tông)
dần dần mất đi, nhiệt độ tại điểm này đạt đến thời kỳ ổn định. Lúc này nhiệt
độ sẽ tuỳ theo sự biến động có tính quy luật của nhiệt độ bên ngoài mà thể
hiện biến động rất nhỏ hoặc đều đều. Tất nhiên những vấn đề nêu ở trên là xu
thế chung, nếu như dùng các biện pháp khống chế đối với nhiệt độ thì đường
cong biến hoá của nó có thay đổi rất lớn.
Tóm lại diễn biến nhiệt độ chia làm 3 thời kỳ: Tăng nhiệt, giảm nhiệt, ổn
định nhiệt độ, được biểu thị hình 1.4. Hình 1.5: Quá trình thay
đ
ổi nhiệt
đ
ộ trong bê tông khối lớn
Từ hình vẽ ta thấy rằng nhiệt độ cao nhất của bê tông T
max
bằng nhiệt độ lúc
đổ bê tông T
p
cộng với nhiệt độ phát nhiệt lớn nhất của xi măng T
r
. Từ nhiệt độ
T
p
đến nhiệt độ T
max
là thời kỳ tăng nhiệt. Sau khi đạt đên T

µ
α
σ
−
∆
=
1
TE
(1-1)
Trong đó:
σ: ứng suất kéo lớn nhất có thể phát sinh tại mặt khoảnh (N/cm
2
);
α: hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông, thường lấy 10
-5
-:-8x10
-6
(1/
o
C);
E: mô đuyn đàn hồi của bê tông (N/cm
2
);
µ: hệ số poát xông, lấy 01.5-:-0.2;
∆T: chênh lệnh nhiệt độ bình quân giữa các khố bê tông và không khí ngoài
(
o
C).