1

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài
“ Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực theo các hệ
tiêu chuẩn khác nhau” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả của
phòng Đào tạo ĐH&SĐH, khoa công trình cùng các thầy, cô giáo, các bộ môn của
trường Đại học thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo:
GS.TS. Nguyễn Chiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài
liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới:
Phong Đào tạo ĐH và SĐH, khoa công trình, các thầy cô giáo đã tham gia
giảng dạy trực tiếp Cao học của trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội đã tận tình giúp đỡ
và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập chương trình Cao học cũng như
trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Sông Đà đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian
thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong
gia đình đã động khích lệ tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả như ngày
hôm nay.
Hà Nội, tháng 03 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Thị Thanh Loan


2

MỤC LỤC

Chương 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO ĐẬP BẢN CHÁT. ........................... 40
3.1. Giới thiệu công trình [7]. ............................................................................... 40
3.1.1. Vị trí công trình : ..................................................................................... 40
3.1.2. Nhiệm vụ công trình : ............................................................................. 40
3.1.3. Cấp công trình ......................................................................................... 41
3.2. Tính toán mặt cắt đập theo tiêu chuẩn Việt Nam. .......................................... 44
3.2.1. Các thông số đầu vào .............................................................................. 44
3.2.2. Các tổ hợp tải trọng tính theo tiêu chuẩn Việt Nam: .............................. 44
3.2.3. Khi vùng xây dựng không có động đất: .................................................. 47
3.2.4. Khi vùng xây dựng có động đất cấp 8: ................................................... 51
3.3. Tính toán mặt cắt đập theo tiêu chuẩn Mỹ. .................................................... 54
3.3.1. Giới thiệu phần mềm CADAM ............................................................... 54
3.3.2. Tổ hợp tải trọng tính toán........................................................................ 55
3.3.3. Khi vùng xây dựng không có động đất. .................................................. 57
3.3.4. Khi vùng xây dựng có động đất. ............................................................. 59
3.4. Phân tích kết quả tính toán. ............................................................................ 60
3.5. Kết luận chương 3. ......................................................................................... 62
Chương 4. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ. ................................................................ 63
4.1. Các kết quả đạt được của luận văn. ................................................................ 63
4.2. Một số điểm tồn tại. ....................................................................................... 65
4.3. Hướng tiếp tục nghiên cứu. ............................................................................ 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 66
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 67


4

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình1. 1. Một số ảnh của các đập đầu tiên trên Thế Giới .................................. 9
Hình1. 2. Đập Pleikrong tỉnh Komtum ............................................................. 12

Bảng 2. 1: Các thành phần lực đối với các trường hợp .................................... 23
Bảng 2. 2: Hệ số α’ = hm/H và α” = ht/H ......................................................... 28
Bảng 2. 3: Hệ số động đất ................................................................................. 29
Bảng 2. 4: Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ ......................................... 33
Bảng 2. 5: Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ .................................................. 36
Bảng 2. 6: Gia tốc động đất theo tiêu chuẩn Mỹ ............................................. 37
Bảng 3- 1: Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình ............................... 42
Bảng 3- 2: Các đặc tính vật liệu và nền ........................................................... 44
Bảng 3- 3: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 1, không có động đất ............ 48
Bảng 3- 4: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 2, không có động đất ............ 49
Bảng 3- 5: Hệ số Kmin cho mặt cắt giảm yếu, không có động ....................... 50
Bảng 3- 6: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 1, có động đất ........................ 51
Bảng 3- 7: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 2, có động đất ....................... 52
Bảng 3- 8: Hệ số Kmin cho mặt cắt giảm yếu, có động đất ............................. 53
Bảng 3- 9: Kết quả tính toán trường hợp m1=0.75 ( chi tiết xem phụ lục5) ..... 57
Bảng 3- 10: Kết quả tính toán trường hợp n2=0.3, m2=0.83 (Chi tiết xem phụ
lục 6) .......................................................................................................................... 58
Bảng 3- 11: Kết quả tính toán trường hợp m1=0.78......................................... 59
Bảng 3- 12: Kết quả tính toán trường hợp n2=0.4, m2=0.83 ........................... 60


6

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Trong công trình thủy lợi, thủy điện, đập dâng là một hạng mục công trình lớn
cả về quy mô và tầm quan trọng. Đập dâng được xây dựng nhằm mục đích dâng
nước tạo hồ chứa, đảm bảo cho lấy nước tưới hoặc phát điện...
Đập bê tông trọng lực là đập bêtông khối lớn. Đập duy trì ổn định nhờ trọng
lượng của khối bêtông thân đập. Là đập bêtông khối lớn nên trong thời kỳ xây

II. Mục đích của đề tài:
- Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực.
- Nghiên cứu ổn định của mặt cắt lựa chọn theo các hệ tiêu chuẩn khác nhau.
- Ứng dụng tính toán cho công trình thủy điện Bản Chát.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài
nước có liên quan đến đề tài.
- Lựa chọn phương pháp tính toán, mô hình tính toán và phần mềm hợp lý để
tính toán cho mặt cắt đập.
- Ứng dụng tính toán cho đập của công trình thủy điện Bản Chát.
IV. Kết quả đạt được
- Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực và vấn đề đánh giá an toàn đập
- Phương pháp và quy trình tính toán mặt cắt đập bê tông trọng lực theo tiêu
chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ
- Ứng dụng tính toán mặt cắt hợp lý của đập Bản Chát.
- Kiến nghị dạng mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực trong từng trường
hợp cụ thể .


8

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC VÀ
VẤN ĐỀ THIẾT KẾ MẶT CẮT ĐẬP.
1.1. Tình hình xây dựng đập bêtông trọng lực.
Đập bêtông trọng lực là đập có khối lượng bêtông lớn. Đập duy trì ổn định
nhờ trọng lượng của khối bêtông.
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 hoặc không tràn nước. Chính từ những ưu điểm nêu
trên nên đập bêtông trọng lực sớm được sử dụng trên toàn thế giới.
Đập bêtông trọng lực có từ 100 năm sau công nguyên ở Ponte di San Mauro .

xuyên có mưa lớn.

Hình1. 1. Một số ảnh của các đập đầu tiên trên Thế Giới


10
Bảng 1- 1: Số lượng đập BTĐL tại các nước trên thế giới tính đến 12/200 [8]

Tên Nước

Số
đập
đã
xây
dựng

Khối
lượng
RCC
(103m3)

Tỷ lệ
đập
(%)

Tên Nước

Số đập
đã xây
dựng


3

5 248

Kyrgystan

1

Indonesia

1

Brazil

36

9 440

12,63

1,05

Chile

2

2 170

0,70

Nha

22

3164

7,72

Pháp

6

234

2,10

Hy Lạp

3

500

Nga

1

Ý

1


Angola

1

757

0,35

262

0,35

Eritrea

1

187

0,35

Bắc Mỹ

Châu Úc

Hoa Kỳ

37

5 081


trọng lực đầu tiên do ngành thủy lợi nước ta tự thiết kế và thi công đã hoàn thành
năm 2001. Cho đến năm 1995 Bộ Thủy lợi mới quan tâm đến công nghệ bê tông
đầm lăn. So với thế giới công nghệ RCC của Việt Nam phát triển tương đối muộn,
nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của nó và đặc biệt tại nước láng giềng Trung
Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự


11
án thủy lợi, thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này.
Cuối năm 2003, Bộ Công Nghiệp đã ra quyết định phê duyệt thiết kế kỹ thuật công
trình thủy điện PlêiKrông tại tỉnh Kon Tum trong đó phần đập bê tông được thi
công bằng công nghệ bê tông đầm lăn với chiều cao đập lớn nhất 71 m, khối lượng
bê tông RCC là 326 000 m3 trong tổng số 573 000 m3 bê tông các loại.
Hiện nay nhiều dự án lớn đang được thiết kế và xây dựng theo phương án đập
bêtông trọng lực - bêtông đầm lăn.
Bảng 1- 2: Một số đập bê tông trọng lực đã và đang được xây dựng [8]
TT

Tên đập

Địa điểm

H max

Công nghệ xây dựng

1

Lòng Sông


Sơn La

138

BT đầm lăn

5

Bản Vẽ

Nghệ An

135

BT đầm lăn

6

A Vương

Quảng Nam

100

BT đầm lăn

7

Hủa Na


Quảng Ngãi

72

BT đầm lăn

11

Bản Chát

Lai Châu

126

BT đầm lăn


12

Hình1. 2. Đập Pleikrong tỉnh Komtum

Hình1. 3. Đập Định Bình tỉnh Bình Định


13

Hình1. 4. Đập Sơn La tỉnh Sơn La

Hình1. 5. Đập Bản Chát tỉnh Lai Châu



2

m

m1

(a)

1

m

m1'

'
m2

(d)

(e)

(f)

Hình1. 6. Một số dạng mặt cắt cơ bản
a. Mặt cắt ngang đập có dạng hình tam giác có hệ số mái thượng lưu là m1,
hạ lưu là m2 (hình a). Đây là dạng cổ điển nhất của mặt cắt đập, nó phù hợp với tình
hình chịu lực của đập (áp lực nước xô ngang cũng có biểu đồ phân bố dạng tam
giác). Việc chọn m1 nhằm lợi dụng thêm một phần trọng lượng nước đè lên mái
thượng lưu làm tăng thêm ổn định cho đập.

dạng hư hỏng có thế xếp loại A, B, C, D để dễ dàng trong việc phân tích nguyên


16
nhân hư hỏng từ đó đưa ra tiêu chuẩn đánh giá an toàn và các bài toán phân tích phù
hợp.
A: Hư hỏng tổng thể.
B: Hư hỏng về cường độ, cục bộ.
C: Hư hỏng về biến dạng đường biên.
D: Các hư hỏng khác.
Hình thức mất ổn định tổng thể
Trượt theo mặt nào đó, thường là mặt đáy đập tiếp xúc với nền hay mặt phẳng
đi qua đáy của các chân khay (trong trường hợp đập có 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,...) cần xét thêm mặt trượt qua các vị trí này. Tùy theo đặc điểm bố trí
công trình và cấu tạo nền mà mặt trượt có thể nằm ngang hay nằm nghiêng (nghiêng
về phía thượng lưu hoặc hạ lưu).
Lật theo trục nằm ngang dọc theo mép hạ lưu của một mặt cắt nào đó, thường
là mặt đáy đập.
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, 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.
Hình thức mất ổn định cục bộ
Dưới tác dụng của ngoại lực, các điểm trong thân đập sẽ xuất hiện ứng suất
pháp và ứng suất tiếp. Khi một bộ phận nào đó của đập (chủ yếu là ở chân mặt
thượng, hạ lưu đập) phát sinh ứng suất kéo, ứng suất nén hoặc ứng suất cắt vượt quá
sức chịu tải của vật liệu thì vùng đó bị nứt nẻ. Tình hình chịu lực tăng dần, ứng suất
tập trung càng lớn ở lân cận và vết nứt phát triển làm tiết diện chịu lực thu hẹp dần.

phía thượng hoặc hạ lưu

A

Do địa chất nền không đồng nhất
hoặc do thi công

[∆]lún, σnền, θ0

Đỉnh đập thấp so với
thiết kế

A

Do lún không đều hoặc do thi
công

[∆]lún

Thấp không đều dọc trục

A

Lún không đều, khớp nối không
làm việc

[∆]lún, kiểm
tra khớp

Bị đẩy nổi

đường bao hố
xói

Dạng hư hỏng

Mặt đập bị nứt
Xói lòng dẫn hạ lưu

C

Xói chân đập tràn tiêu
năng bằng dòng phun

C

Dòng phun không đúng thiết kế

Rò rỉ nước

D

Do nứt bề mặt hoặc thi công khớp
nối.

1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu.
Việc nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực trong luận
văn này được giới hạn trong phạm vi sau:
Nghiên cứu trong phạm vi bài toán phẳng cho mặt cắt đập bê tông trọng lực
của đoạn đập có chiều dài đơn vị (1 m) trên nền đá.


Mặt cắt kinh tế phải đảm bảo những
điều kiện sau đây :
h = ξH

+ Điều kiện ổn định : đảm bảo hệ
số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt
H

m

nguy hiểm nhất không nhỏ hơn trị số
+ Điều kiện ứng suất : khống chế

n

cho phép.
không để ứng suất kéo ở mép thượng
lưu hoặc xuất hiện ứng suất kéo nhưng
nhỏ hơn cho phép; ứng suất chính nén
mép hạ lưu không vượt quá trị số cho
phép.
+ Điều kiện kinh tế : đảm bảo

Hình 2- 1: Hình dạng mặt cắt kinh tế

khối lượng công trình là nhỏ nhất.
2.1.2. Cách xác định mặt cắt kinh tế:
+ Giả thiết các trị số ξ như ξ = 0; ξ = 0,1; ξ = 0,2; ξ = 0,3…
+ Với mỗi ξ giả thiết nhiều trị số n, dựa vào yêu cầu ổn định chống trượt
K ≥ [Kc] xác định được m ứng với mỗi n. Vẽ quan hệ m = f1(n) ứng với mỗi ξ.

A4
A3

(n)

n
ξ1

C

C2

C1
ξ2

C3
ξ3

C4
ξ4

C5
ξ5

Hình 2- 2: Cách xác định mặt cắt kinh tế
2.2. Yêu cầu ổn định đối với đập bêtông trọng lực .
Dưới tác động của tổ hợp tải trọng, đập bêtông trọng lực phải thỏa mãn các
điều kiện an toàn chống trượt, chống lật và an toàn về cường độ nền.
Các tính toán để kiểm tra an toàn về trượt được thực hiện đối với các mặt tiếp
xúc giữa đập và nền hoặc đối với mặt phẳng dưới đáy đập. An toàn về trượt được

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.
4. 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.


22
- Áp lực sóng có vận tốc gió lớn nhất nhiều năm có tần suất p=2%, mực nước
hồ ở MNDBT.
2.3.1.2. Các tổ hợp tải trọng :
Theo tiêu chuẩn Việt Nam tính toán ổn định theo hai tổ hợp tải trọng là tổ hợp
tải trọng cơ bản và tổ hợp 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 cùng 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 hai tải trọng đó được thay thế bằng tải trọng hoặc tác động
đặc biệt. Trường hợp tải trọng cơ bản có xét thêm tải trọng động đất hoặc chấn động
do vụ nổ cũng xét vào loại tổ hợp đặc biệt. Các tổ hợp tải trọng tương ứng với các
tính toán như sau:
Tổ hợp cơ bản :
+ Trường hợp 1 :
- Khi vận hành mực nước trong hồ là mực nước dâng bình thường (MNDBT).


G

H1

1

+

+

2

+

3

+

4

+

5

+

H2

H3

+

Bc

S

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

ĐĐ

L
+

+ F (m2) : Diện tích mặt trượt.
+ ϕ (o), C (T/m2) : Chỉ tiêu cơ lý lớp đá sát đáy đập.
+ [KC] : Hệ số an toàn trượt cho phép.
2.3.2.2. Ổn định chống lật :
Đập sẽ không bị lật khi thoả mãn điều kiện sau đây :
KL =

∑ M CL
≥ [KC]
∑ M GL

(2- 2)

Trong đó :
+ ∑MCL (T) : Tổng mô men chống lật tính với trục qua mép hạ lưu đập.
+ ∑MGL (T) : Tổng mô men gây lật tính với trục qua mép hạ lưu đập.
+ [KC] : Hệ số an toàn lật xác định như ổn định trượt.
2.3.2.3. Công thức tính hệ số an toàn theo tiêu chuẩn:
Được tính theo TCXDVN 285 – 2002 [5] :
Theo tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam 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.
nc.Ntt
C n = [Kc]
Kn
m

(2- 3)

Trong đó:
+ ∑P (T) : Tổng các lực thẳng đứng.
+ B (m) : Bề rộng đáy đập.
+ ΣM0(T.m): tổng mômen của các lực đối với trọng tâm mặt cắt tính toán.
Qui ước dấu của ứng suất trong luận văn này như sau:
+ Ứng suất nén mang dấu (+)
+ Ứng suất kéo mang dấu (-)
Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nền theo điều kiện sau đây :
σmax ≤Rn/[KC] và |σmin | ≥ Rk/[KC]

(2- 4)

+ [KC] : Hệ số an toàn cường độ (tính như trường hợp ổn định trượt).