LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình của các
thầy, cô giáo trong trường Đại học Thuỷ lợi, các cán bộ, nhân viên thư viện trường
Đại học Thuỷ lợi. Tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu
xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động
đất”.
Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong
quá trình tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng
có động đất. Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận
văn thạc sĩ kỹ thuật còn tồn tại một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – GS.TS Nguyễn Chiến đã
nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình làm
luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Công trình - Trường Đại
học Thuỷ lợi, và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tạo điều kiện
thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu để tác giả hoàn thành tốt luận văn.
Sau cùng tác giả xin cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã
động viên, khích lệ trong quá trình nghiên cứu và làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 02 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Duy Hưng


BẢN CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Duy Hưng, 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 bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.

TÁC GIẢ

2.4.2. Tính toán cho đập có mặt cắt hình tam giác. ..................................................23
2.4.3. Tính toán cho đập có mặt cắt hình đa giác. .....................................................27
2.5. Nhận xét các kết quả tính toán ...........................................................................30


2.6. Kết luận chương 2. .............................................................................................30
CHƯƠNG 3: KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN AN TOÀN CỦA ĐẬP THỰC TẾ KHI CÓ
ĐỘNG ĐẤT. .............................................................................................................32
3.1. Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực. .........................................................32
3.1.1. Nguyên tắc chung ............................................................................................32
3.1.2. Áp dụng cho các mặt cắt .................................................................................32
3.2.Phương pháp tính toán tải trọng động đất trong kiểm tra an toàn đập ................37
3.2.1.Phương pháp tĩnh học[8] ...................................................................................38
3.2.2.Phương pháp động lực[7]. .................................................................................39
3.2.3.Lựa chọn phương pháp và phần mềm tính toán ứng suất đập. ........................44
3.3.Áp dụng tính toán kiểm tra an toàn cho các dạng mặt cắt đập khi có động đất..47
3.3.1. Các thông số dùng để tính toán. ......................................................................47
3.3.2. Các trường hợp tính toán.................................................................................50
3.3.3.Hệ số an toàn[1] .................................................................................................53
3.3.4. Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam ...................................................55
3.3.5. Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ .............................................................58
3.4.Nhận xét kết quả tính toán ..................................................................................65
3.5.Kết luận chương 3. ..............................................................................................66
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO ĐẬP SƠN LA ..................................67
4.1.Giới thiệu công trình thủy điện Sơn La...............................................................67
4.1.1.Vị trí, nhiệm vụ công trình ...............................................................................67
4.1.2.Thành phần công trình đầu mối .......................................................................68
4.1.3.Các thông số thiết kế đập Sơn La.....................................................................68
4.2.Tính toán lựa chọn mặt cắt đập ...........................................................................70
4.2.1.Mặt cắt cơ bản ..................................................................................................70

Bảng 3.4: Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ .................................................53
Bảng 3.5. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam ..................................................54
Bảng 3.6. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ ............................................................54
Bảng 3.7. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường
hợp 3) ........................................................................................................................55
Bảng 3.8. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường
hợp 6) ........................................................................................................................56
Bảng 3.9. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN(Trường
hợp 3) ........................................................................................................................57
Bảng 3.10. Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo
TCVN(Trường hợp 6) ...............................................................................................58


Bảng 3.11. Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường
hợp 5) ........................................................................................................................59
Bảng 3.12.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (MCE) ....59
(Trường hợp 6) ..........................................................................................................59
Bảng 3.13.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường
hợp 5, OBE) ..............................................................................................................60
Bảng 3.14.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường
hợp 6, MCE) ..............................................................................................................61
Bảng.3.15: Bảng hệ số ξ, m, n, sau khi tiến hành giảm n. ........................................62
Bảng 3.16. Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường
hợp 5, OBE), sau khi thay đổi hệ số n. .....................................................................63
Bảng 3.17.Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường
hợp 6, MCE), sau khi thay đổi hệ số n. .....................................................................64
Bảng 4.1 : Bảng thông số chính chỉ tiêu thiết kế thủy điện Sơn La ..........................68
Bảng 4.2:Các đặc tính vật liệu và nền theo tiêu chuẩn Việt Nam ............................76
Bảng 4.3. Chỉ tiêu cơ lý của BT RCC thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam ..........77
Bảng 4.4: Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam .................................................77

Hình 3.3: Mặt cắt đập thủy điện Đồng Nai 3. ...........................................................35
Hình 3.4: Mặt cắt đập thủy điện Sông Tranh 2. ........................................................35
Hình 3.5: Mặt cắt đập thủy điện Bản Chát ................................................................36
Hình 3.6: Mặt cắt đập thủy điện Sơn La ...................................................................36
Hình 3.7: Hình dạng dao động riêng .........................................................................41
Hình 3.8: Phản ứng của công trình trong thời gian động đất ...................................41


Hình 3.9: Phổ gia tốc Sa ............................................................................................42
Hình 3.10: Cách thành lập phổ gia tốc của M.Bio ....................................................43
Hình 3.11: Sơ đồ mặt cắt tính toán đập dạng tam giác .............................................48
Hình 3.12: Sơ đồ mặt cắt tính toán đập dạng đa giác ...............................................49
Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ n~h, f, ứng với f= 0,7 ...................................................62
Hình 4.1 . Vị trí xây dựng thủy điện Sơn La.............................................................67
Hình 4.2 : Các phương án mặt cắt thực tế của đập Sơn La. ......................................72
Hình 4.3 : Sơ đồ tính toán PA1 . ...............................................................................73
Hình 4.4 : Sơ đồ tính toán PA2. ................................................................................73
Hình 4.5: Mặt cắt ngang đập theo kết quả tính toán của luận văn ............................82
Hình 4.6: Mặt cắt ngang đập của tư vấn thiết kế PECC1 ........................................82


1
PHẦN MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của Đề tài:
Nước ta có 2360 con sông có chiều dài trên 10km, trong đó có 9 hệ sông
chính và diện tích lưu vực hơn 10.000 km2. Tổng lượng dòng chảy trong năm 835 tỷ
m3. Đây là nguồn tài nguyên dồi dào nhưng lại phân bổ không đều cả về không gian
và thời gian, khoảng 70÷75% lượng dòng chảy năm tập trung vào 3-4 tháng mùa
mưa. Trong đó 3 tháng mùa khô chỉ chiếm 5÷8%. Vì vậy vào mùa mưa thì gây lũ
lụt còn mùa kiệt thì gây hạn hán khắc nghiệt cho một số khu vực. Với điều kiện tự

nhau, làm cơ sở lựa chọn phương án khi lập dự án và thiết kế đập bê tông trọng lực.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Tiếp cận thực tế: các đập đã xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam
- Tiếp cận lý thuyết: cơ sở tính toán mặt cắt đập theo các tiêu chuẩn về ổn định,
độ bền, kinh tế….
- Phương pháp nghiên cứu: tính toán mặt cắt đập với các cao trình khác nhau,
trong vùng có động đất, dựa vào lý thuyết về ổn định, độ bền, sử dụng mô hình
toán và phần mềm CADAM.
4. Kết quả đạt được:
- Cơ sở lý thuyết xác định kích thước hợp lý của mặt cắt đập bê tông
- Đưa ra mặt cắt hợp lý cho đập bê tông trọng lực trong vùng có động đất, với
những chiều cao khác nhau.


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
VÀ VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP
1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam.
1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới.
Đập bê tông trọng lực là loại đập được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới.
Ra đời sau đập đất và không phổ biến rộng như đập đất, nhưng đa số các đập cao
trên 100m là đập bê tông. Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD), tính
đến năm 2000, trên thế giới đã có khoảng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước.
Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với 22.000 đập chiếm 48% số
đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ có 6.575 đập. Đứng hàng thứ ba là Ấn Độ có
4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban Nha có 1.196 đập.
Việt Nam có gần 500 đập đứng thứ 16 trong các nước có nhiều đập cao 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%. Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều. Thống kê đập


5

Hinh 1.3 : Toàn cảnh đập Tam Hiệp
Đập Itaipu (Biên giới Brazil và Paraguay) được xây dựng trên sông Parana.
Chiều dài đập 7235m.

Hình 1.4 : Toàn cảnh đập Itaipu.


6
Đập Guri (Venezuela) được xây dựng trên sông Caronni.
Chiều cao đập: 162 m. Chiều dài đập: 7.426 m
Công suất phát điện thiết kế: 10.235 MW

Hình 1.5 : Toàn cảnh đập Guri.
Đập Tucurui (Brazil) là một đập bê tông trọng lực được xây dựng trên sông
Tocantins nằm ở huyện Tucurui, Brazil
Chiều cao đập: 78 m.
Chiều dài đập: 6.900 m

Hình 1.6 : Toàn cảnh đập Tucurui.


7
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam.
Thời kì trước 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 thủy

1914-1917
Bái Thượng
Sông Chu- Thanh Hóa
1920
Thác Huống
Sông Cầu- Thái Nguyên
1922-1929
Đồng Cam
Sông Đà Rằng- Phú Yên
1925-1929
Đô Lương
Sông Cả- Nghệ An
1934-1937
Đập Đáy
Sông Đáy- Hà Tây
1934-1937
Giai đoạn từ 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên xây dựng thủy lợi

bị hạn chế, nhưng cũng xây dựng được một số tràn thấp như tràn thủy điện Thác Bà,
đập tràn thủy điện Cấm Sơn, Đa Nhim….


8
Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại
hóa nên các công trình thủy lợi, thủy điện 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 thủy lợi, thủy điện như: Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông,
PleiKrong, Sê San 3 và Sê San 4, Bản Vẽ, Hòa Bình, Tuyên Quang, Sơn La… là
những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều cao từ 70-138m.
Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kĩ thuật và công nghệ hiện đại để xây

giác. Các đập nhỏ, kết cấu đơn giản dạng mặt cắt hình thang vẫn thường được sử
dụng.
Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực phải đảm bảo đủ về
cường độ chịu lực, ổn định về chống trượt và đảm bảo điều kiện kinh tế. Trong
nghiên cứu và tính toán thiết kế mặt cắt đập bê tông trọng lực thì mặt cắt được chọn
phổ biến nhất là mặt cắt dạng tam giác.


10
Hình dạng mặt cắt thực tế còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như: nối
tiếp giữa đập với nền và bờ, tạo các khe rộng trong thân đập….

g)

a)

b)

d)

e)

h)

c)

f)

i)


cách chấn tâm của một điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chấn tâm (còn gọi là
tâm cự, ký hiệu là D).
- Chấn tiêu ở độ sâu 300-700Km gọi là chấn tiêu sâu, chấn tiêu trung bình
60-300Km, chấn tiêu bình thường
1.0
1.00
1.67
2.33
3.00
3.67
4.33
5.00
5.67
6.33
7.00
7.00

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Năng lượng
E (Jun)
107.2
1010.5

nền đất trong trận động đất đó. Gia tốc cực đại là đại lượng rất quan trọng, được
dùng trong tất cả các tiêu chuẩn kháng chấn hiện nay.
Xác định chính xác gia tốc cực đại ở một điểm nào đó là điều không dễ dàng
vì thiếu biểu đồ gia tốc động đất mạnh và vì tính đa dạng của dao động địa chấn. Vì
vậy người ta thường sử dụng các băng ghi gia tốc dao động nền đất đã có để thiết
lập mối tương quan thống kê giữa các gia tốc cực đại trung bình và các đặc trưng
khác của động đất.
Bảng 1.3: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất[5]
Cấp động
đất
V
VI
VII
VIII
IX
X

Thang MSK-64
Đỉnh gia tốc nền (a) g
0,012-0,03
>0,03-0,06
>0,06-0,12
>0,12-0,24
>0,24-0,48
>0,48

Cấp động
đất
V
VI

sự thay đổi tính chất của khối đất đá, hóa mềm, hóa lỏng, chuyển bị , trượt đất hay
các chuyển vị bề mặt khác
Do tác hại to lớn của động đất đối với công trình xây dựng nói chung và đập
bê tông trọng lực nói riêng, mà hiện nay khi thiết kế các công trình xây dựng nói
chung và công trình thủy lợi nói riêng trong vùng có nguy cơ xảy ra động đất người
ta đã đưa ra nhiều phương pháp tính toán cũng như các chi tiết cấu tạo nhằm đảm
bảo an toàn cho công trình.

Hình 1.10. Vết gãy trên tường chắn tại đập Tử Bình Bạc (Zipingpu) tại tỉnh Tứ
Xuyên – Trung Quốc
1.4. Về các chỉ tiêu thiết kế đập bê tông
Các chỉ tiêu thiết kế đập bê tông được quy định chi tiết và cụ thể trong các
tiêu chuẩn, quy chuẩn, quy phạm như:
- Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 04 - 05 : 2012/BNN&PTNT) [1]
- Tiêu chuẩn ngành (TCVN 9137:2012 ) [2]
- Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 9386:2012) [5]
1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này đi sâu vào nghiên cứu xác định mặt cắt đập bê tông trọng lực
được xây dựng trên nền đá có cường độ đảm bảo. Các đặc trưng địa chất nền và cấp
động đất trong luận văn được giới hạn trong phạm vi qui định của tiêu chuẩn Việt
Nam. Việc tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông được dựa trên những lý
thuyết và phương pháp đang được áp dụng phổ biến.


15
CHƯƠNG 2 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA
ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý.
Tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực là đảm bảo các
yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế.

tông trọng lực thực tế khá đa dạng.
2.2.Tính toán đập có mặt cắt cơ bản hình tam giác
2.2.1. Hình dạng mặt cắt cơ bản[8]
Mặt cắt cơ bản dùng để tính toán là mặt cắt có dạng hình tam giác AEC (hình
2.1), có chiều dài đơn vị 1m tiết diện ngang, chiều cao h(m), chiều rộng đáy là B,
hình chiếu của mái thượng lưu lên mặt bằng là nB, của mái hạ lưu lên mặt bằng là
(1-n)B, trong đó n