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 ...........................................................2
1. Cách tiếp cận ...........................................................................................................2
2. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
IV. Kết quả đạt được ...................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ
VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP ..........................................................................................3
1.1. Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam .................................3
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực ....................................8
1.3. Các yếu tố tác động làm cho nền đập bị nghiêng.................................................8
1.4. Vấn đề kiểm soát an toàn đập ..............................................................................8
1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ...............................................................................9
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIÊNG MẶT NỀN
ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC ............................................10
2.1. Các trạng thái mặt nền bị nghiêng .....................................................................10
2.1.1. Mặt nền nghiêng về phía thượng lưu ..............................................................10
2.1.2. Mặt nền nghiêng về phía hạ lưu ......................................................................10
2.1.3. Các trạng thái nghiêng dọc theo trục đập ........................................................11
2.2. Cơ sở tính toán ổn định của đập trên mặt nền nghiêng ......................................11
2.2.1. Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Việt Nam .....................................11
2.2.2. Tính toán ổn định của đập theo tiêu chuẩn Mỹ ...............................................27
2.1. Nghiên cứu quan hệ giữa độ nghiêng mặt nền với ổn định của đập ..................34
2.3.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ..........................................................................34
2.3.2. Xác định mặt cắt hợp lý của đập không tràn ...................................................36
2.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng mặt nền đến ổn định của đập ...........42
2.4. Giải pháp kiểm soát độ nghiêng của đập ...........................................................48
2.4.1. Con lắc thuận...................................................................................................48
2.4.2. Con lắc nghịch.................................................................................................50

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sông Tranh 2 ...........................................6
Hình 1.2 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sơn La .....................................................6
Hình 1.3 - Đập bê tông trọng lực Tân Giang - Ninh Thuận ........................................7
Hình 1.4 - Đập bê tông trọng lực Lòng Sông - Bình Thuận .......................................7
Hình 2.1 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu..................................10
Hình 2.2 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu .........................................11
Hình 2.3 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang...........15
Hình 2.4 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm nghiêng .......16
Hình 2.5 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập khi chưa bị nghiêng ...............................18
Hình 2.6 - Sơ đồ tính r 1 ’ và r 2 ’ khi đập bị nghiêng góc β về hạ lưu.........................19
Hình 2.7 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập theo TCVN ............................................22
Hình 2.8 - Áp lực nước tăng thêm khi có động đất ...................................................26
Hình 2.9 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm ngang...........30
Hình 2.10 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm nghiêng .....31
Hình 2.11 - Vị trí của hợp lực trong các trường hợp ................................................32
Hình 2.12 - Áp lực đẩy ngược theo tiêu chuẩn Mỹ ..................................................33
Hình 2.13 - Mặt cắt cơ bản của đập ..........................................................................37
Hình 2.14 - Mặt cắt thực dụng đập không tràn .........................................................38
Hình 2.15 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 1 (TCVN) ............................................39
Hình 2.16 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 3 (TCVN) ............................................40
Hình 2.17 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 2 và 5 (TC Mỹ) ...................................40
Hình 2.18 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 60m ...............................................43
Hình 2.19 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 80m ...............................................43
Hình 2.20 - Quan hệ K = f(β) của đập có H đ = 100m ..............................................44
Hình 2.21 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 120m .............................................45
Hình 2.22 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 140m .............................................45
Hình 2.23 - Quan hệ [β] = f (H đ ) ..............................................................................46
Hình 2.24 - Quan hệ K min = f (H đ ) khi β = 2o ...........................................................46
Hình 2.25 - Quan hệ K min = f (H đ ) khi β = 4o ...........................................................47

Bảng 2.12 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 100m ...............44
Bảng 2.13 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 120m ...............44
Bảng 2.14 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 140m ...............45
Bảng 2.15 - Góc [β] ứng với các chiều cao đập khác nhau ......................................46
Bảng 2.16 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 2o .............................................46
Bảng 2.17 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 4o .............................................47
Bảng 3.1 - Các thông số chính của công trình thuỷ điện Sông Tranh 2 ...................59
Bảng 3.2 - Các hư hỏng có thể gặp ở đập chính thuỷ điện Sông Tranh 2 ................64
Bảng 3.3 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K min = f (β) cho đập Sông Tranh 2 ......69
Bảng 3.4 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập Sông Tranh 2 theo TC Mỹ ....70
Bảng 3.5 - Bảng đánh giá hiệu quả tăng ổn định đập Sông Tranh 2 khi làm màn
chống thấm gia cường ...............................................................................................73


1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta hiện nay có rất nhiều hồ chứa vừa và lớn. Các đập trong công trình
đầu mối từ trước đến nay chủ yếu được xây dựng bằng đất hay bằng vật liệu địa
phương. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thời gian qua đã có nhiều
công trình được xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép với quy mô lớn.
Đập bê tông trọng lực duy trì ổn định nhờ trọng lượng của bản thân khối bê
tông. Vì thế nên những công trình này chủ yếu được xây dựng trên nền đá; góc
nghiêng của mặt nền bằng 0. Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có thể
có các đứt gãy kiến tạo, trong quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả
hoặc chưa phát hiện ra để có giải pháp xử lý trước khi xây dựng đập; cộng thêm tác
nhân động đất, động đất kích thích do quá trình tích nước trong lòng hồ tác dụng lên
công trình, làm cho đập bị nghiêng và có thể xảy ra các sự cố về đập như trượt, lật.
Nếu đập bị nghiêng về phía thượng lưu thì mức độ tác hại không nhiều, còn nếu

IV. Kết quả đạt được
- Khảo sát quan hệ giữa ổn định của đập và độ nghiêng mặt nền phụ thuộc vào
các thông số khác nhau.
- Thiết bị quan trắc cần thiết để kiểm soát độ nghiêng của mặt nền.
- Giải pháp an toàn cho đập BTTL khi bị nghiêng.
- Kết quả tính cho đập Sông Tranh 2.


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP
BÊTÔNG TRỌNG LỰC VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP
1.1. Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
Đập bê tông trọng lực là đập có khối lượng bê tông lớn. Đập duy trì ổn định
nhờ trọng lượng của khối bê tông.
Loại đập này có ưu điểm là kết cấu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn
định cao, có thể dùng để tràn nước hoặc không tràn nước. Chính từ những ưu điểm
đó nên đập bê tông trọng lực sớm được sử dụng trên toàn thế giới.
Đập bê tông trọng lực có từ 100 năm sau công nguyên ở Ponte di San Mauro.
Đập đầu tiên cao 15m được xây dựng khi chưa có cơ sở lý luận. Từ năm 853 khi
thiết kế và xây dựng đập bê tông trọng lực đã bất đầu có lý luận thực tiễn trên hai
chuẩn: cường độ và ổn định trượt. Từ năm 70 – 80 của thế kỷ XX đập bê tông trọng
lực bất đầu phát triển mạnh, cứ vài ba ngày lại có một đập mới được xây dựng.
Theo con số thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD) thì ở Mỹ đập bê tông
trọng lực chiếm 34,5% tổng số các loại đập, ở Nhật 83%, ở Ý 51%, ở Tây Ban Nha
85%, ở Pháp 51%, ở Canada 60%.
Bên cạnh những ưu điểm, đập bê tông trọng lực cũng có những nhược điểm:
khối lượng bê tông lớn, trong đó có vật liệu xi măng, dẫn đến giá thành cao so với
các kiểu đập khác. Sử dụng không hết khả năng chịu lực của vật liệu bê tông, đặc

Tỷ lệ
đập
(%)

Tên nước

Số đập
đã XD

KL
RCC
(103 m3)

Tỷ lệ
đập
(%)

Nam Mỹ

Châu Á
Trung Quốc

59

28275

20,00

Brazil


Colombia

2

2974

0,70

Kyrgystan

1

100

0,35

Indonesia

1

528

0,35

Argentina

1

590


Ma rốc

11

2044

3,86

Hy Lạp

3

500

0,70

Algeria

2

2760

0,70

Nga

1

1200


Hoa Kỳ

37

5081

12,98

Australia

9

596

3,15

Canada

2

622

0,70

Khác

17

7534


1

Lòng Sông

Bình Thuận

46

BT thường

2

Định Bình

Bình Định

50

BT đầm lăn

3

PleiKrông

Kon Tum

75

BT đầm lăn


7

Hủa Na

Nghệ An

99

BT thường

8

Đồng Nai 3

Đắk Nông

110

BT đầm lăn

9

Đồng Nai 4

Đắk Nông

129

BT đầm lăn


7

Hình 1.3 - Đập bê tông trọng lực Tân Giang - Ninh Thuận

Hình 1.4 - Đập bê tông trọng lực Lòng Sông - Bình Thuận


8

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực. Có thể kể
đến các yếu tố chính như áp lực nước (từ thượng, hạ lưu), áp lực nước thấm và đẩy
nổi, trọng lượng bản thân đập và thiết bị (cửa van, máy nâng v.v...), bùn cát bồi lắng
phía thượng lưu, sóng, gió, nhiệt độ, vật nổi, động đất, địa chất vai và nền đập, địa
hình lòng sông ...
Khi tính toán thiết kế đập bê tông trọng lực cần tính hết các yếu tố và tổ hợp
ảnh hưởng của chúng đối với công trình.
1.3. Các yếu tố tác động làm cho nền đập bị nghiêng
Có rất nhiều nguyên nhân khiến cho nền đập bị nghiêng, nhưng chủ yếu có thể
kể đến các nguyên nhân sau:
- Do đặc điểm bố trí công trình.
- Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có các đứt gãy kiến tạo, trong
quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả hoặc chưa phát hiện ra để có
giải pháp xử lý trước khi xây dựng đập. Khi hồ tích nước với chiều cao cột nước
lớn, làm tăng tải trọng lên nền, gây ra chuyển vị giữa các khối, có thể dẫn đến hậu
quả là làm cho nền đập bị nghiêng.
- Trong quá trình sử dụng có thể xuất hiện sự vượt tải trọng thiết kế, chiều từ
thượng lưu về hạ lưu. Đặc biệt là các đập được xây dựng trong vùng có động đất
mạnh và động đất kích thích do quá trình tích nước trong hồ. Các tác nhân như động
đất, nổ phá v.v... là các tác nhân khó lường, nguyên nhân gây nên sự vượt tải trọng

dựng được bố trí nằm ngang.
Tính toán cho trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu.
Cơ sở tính toán chỉ dựa trên tiêu chuẩn thiết kế công trình thuỷ hiện hành của
Việt Nam và Mỹ.


10

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIÊNG
MẶT NỀN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
2.1. Các trạng thái mặt nền bị nghiêng
2.1.1. Mặt nền nghiêng về phía thượng lưu
Khi mặt nền đập bê tông trọng lực bị nghiêng về phía thượng lưu sẽ làm cho
đập nghiêng về phía thượng lưu. Mặt thượng lưu là mặt chịu áp lực cột nước lớn,
các tác nhân gây ra ngoại lực tác dụng đa phần có chiều từ thượng lưu về hạ lưu. Vì
vậy, trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu có mức độ tác hại không
nhiều cho ổn định của đập bê tông trọng lực.

β
Hình 2.1 - Trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía thượng lưu
2.1.2. Mặt nền nghiêng về phía hạ lưu
Ngược lại với trạng thái mặt nền bị nghiêng ở 2.1.1, khi mặt nền đập bê tông
trọng lực bị nghiêng về phía hạ lưu sẽ làm cho đập bị nghiêng về phía hạ lưu. Đây
là trạng thái rất bất lợi cho ổn định của đập. Khi góc nghiêng của mặt nền lớn vượt
mức cho phép, cộng với các tác nhân khó lường như động đất, nổ phá v.v... có thể
dẫn đến các sự cố về đập như trượt ở mặt phẳng tiếp giáp giữa đập và nền, lật quanh
trục đi qua chân đập phía hạ lưu. Đồng thời cũng có thể gây nên các phá hoại về
ứng suất trong thân đập và nền do điểm đặt của hợp lực lệch tâm lớn về phía hạ lưu.


- Tác động của nhiệt với năm có biên dao động trung bình của nhiệt độ trung
bình tháng.
* Tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn:
- Lực tác động của nước khi mực nước thượng lưu ứng với mực nước lũ thiết
kế (MNLTK), hạ lưu ứng với lưu lượng xả thiết kế, thiết bị chống thấm và tiêu
thoát nước làm việc bình thường.
- Áp lực sóng do gió có vận tốc bình quân nhiều năm tính với MNLTK.
- Các tải trọng do thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển kết cấu, thiết bị khác.
- Các tải trọng do neo buộc tàu thuyền, va đập của vật trôi.
* Các tải trọng và tác động đặc biệt:
- Lực tác động của nước khi mực nước thượng lưu là mực nước lũ kiểm tra
(MNLKT) và mực nước hạ lưu tương ứng, thiết bị chống thấm, tiêu nước làm việc
bình thường.
- Áp lực thấm khi thiết bị chống thấm, thiết bị tiêu nước làm việc không bình
thường.
- Tác động của nhiệt được xác định với năm có biên độ dao động lớn nhất của
nhiệt độ trung bình tháng.
- Áp lực sóng có vận tốc gió lớn nhất nhiều năm có tần suất p=2%, mực nước
hồ ở MNDBT.


13

b) Các tổ hợp tải trọng
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tính toán ổn định theo hai loại tổ hợp tải trọng là tổ
hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt.
Tổ hợp tải trọng cơ bản gồm các tải trọng và các tác động thường xuyên, tạm
thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn mà đập có thể cùng tiếp nhận một lúc.
Tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gồm các tải trọng và tác động đã xét trong tổ hợp
cơ bản nhưng một trong số các tải trọng đó được thay thế bằng tải trọng hoặc tác

+ Khi mực nước hồ là MNDBT.
+ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng Q min .
+ Thiết bị chống thấm hoặc thoát nước làm việc không bình thường.
Dựa vào các trường hợp tính toán trên ta có bảng tổng hợp các thành phần lực
cho các trường hợp như sau:
Bảng 2.1 - Các thành phần lực đối với các trường hợp
T/h G H 1 H 2 H 3 h 1 h 2 h 3 Up 1 Up 2 Up 3 Up 4 Bc S ĐĐ L
1

+

2

+

3

+

4

+

5

+

+

+


+

+

+

+

+

+
+
+

Trong đó:
+ H 1 , H 2 , H 3 : áp lực thuỷ tĩnh của nước hồ lên mặt thượng lưu công trình ứng
với MNDBT, MNLTK, MNLKT.


15

+ h 1 , h 2 , h 3 : áp lực nước hạ lưu ứng với các trường hợp van đóng hoàn toàn
(Z HLmin ), xả lũ thiết kế, xả lũ với tần suất kiểm tra.
+ Up 1 , Up 2 , Up 3 , Up 4 : áp lực đẩy ngược trong các trường hợp MNDBT,
MNLTK, MNLKT, khi MNDBT và màng chống thấm và thiết bị thoát nước hỏng.
+ Bc, S, L: lần lượt là áp lực bùn cát, sóng, tải trọng động do xả lũ.
+ ĐĐ: tải trọng tác động do có động đất, bao bồm: W H ; W bc ; F.
2.2.1.2. Các điều kiện chống trượt, lật và điều kiện bền
a) Ổn định trượt

=
KT

ΣP

(∑ G.cos β − W + ∑ P.sin β).f + C.A
≥ [KC ]
∑ P.cos β − ∑ G.sin β

Σg

(2.2)

Σg

ΣP

β

β
F = c.a
W

F = c.a
w

Hình 2.4 - Sơ đồ tính ổn định trượt phẳng trường hợp mặt trượt nằm nghiêng
Trong các công thức (2.1), (2.2):
+ ΣG (KN): tổng hợp các lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên phần công
trình tính từ mặt trượt trở lên, trừ phần áp lực đẩy nổi do áp lực thấm và áp lực thuỷ

lưu đập.
+ ΣM GL (KN.m): tổng mômen gây lật tính với trục nằm ngang qua mép hạ lưu
đập.
+ [K C ]: hệ số an toàn chống lật cho phép xác định như ổn định trượt.
* Thành lập công thức tính hệ số ổn định chống lật cho trường hợp nền
đập bị nghiêng về hạ lưu:
- Trường hợp đáy đập nằm ngang:
Để thành lập công thức tính hệ số ổn định lật trong trường hợp đáy đập nằm
ngang, ta xét bài toán như hình 2.5. Xét khả năng lật quanh trục nằm ngang qua
điểm I (mép biên hạ lưu của đáy đập). Ta có:

b
2
∑ M CL = G1.r1 + G 2 .r2= G1.(B − ) + G 2 . (B − b);
2
3
∑ M GL = PBC .

hb
H
h
m .h
B
+ PTL . − PHL . − G HL . 2 + Wdn . + Wth .r3 ;
3
3
3
3
2


H

r1

O1
G1

m2

H®

d'

r2
Gnhl

O2
G2

Pbc

phl

h

I

B
Wdn



H®

d'

H®

r1

O1

H

H
m2

m2

G1
β

a a1

O2
c1

b1

r1'


- Xét tam giác vuông IB 1 C 1 (hình 2.6a):
r 1 ’ = IB 1 = IC 1 .cos β, với IC 1 = AI – AC 1 = B −

b Hđ
−
.tgβ
2 2

b Hđ


=
> r1' =
.tgβ  .cos β
B− −
2 2



(2.5)

- Xét tam giác vuông IB 2 C 2 (hình 2.6b):
r 2 ’ = IB 2 = IC 2 .cos β, với IC 2 = AI – AA 2 – A 2 C 2 = B − b −

⇒ r2'

B − b Hđ − d '
−
.tgβ
3



20

c) Công thức tính hệ số an toàn ổn định cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam
Theo Quy chuẩn của Việt Nam [6] hiện nay, tính toán hệ số an toàn ổn định
(trượt, lật) và độ bền của công trình theo trạng thái giới hạn thứ nhất.

n c .N tt ≤

n .K
R
m
.R hoặc K = ≥ C n =
[KC ] ,
N tt
m
Kn

(2.8)

trong đó:
+ n C : hệ số tổ hợp tải trọng.
Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất:
n C = 1,00: đối với tổ hợp tải trọng cơ bản;
n c = 0,90: đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt;
n c = 0,95: đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa.
+ N tt : trị số tính toán của tải trọng tổng hợp.
+ m: hệ số điều kiện làm việc.
+ R: trị số tính toán của sức chịu tải tổng hợp của công trình hay nền.

+ Ứng suất nén mang dấu dương (+).
+ Ứng suất kéo mang dấu âm (-).
Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nền theo điều kiện sau đây:

σn ≤

Rn
R
và σk ≤ k
[KC ]
[KC ]

(2.10)

+ [K C ]: hệ số an toàn cường độ (tính như trường hợp ổn định).
+ R n (KN/m2): cường độ kháng nén cho phép của nền đá, bê tông.
+ R k (KN/m2): cường độ kháng kéo cho phép của nền đá, bê tông.
Trị số R n lấy theo giá trị nhỏ trong số 2 giá trị cường độ kháng nén của đập và
nền; trị số R k lấy theo giá trị (tuyệt đối) nhỏ tương ứng của đập và nền.