Đánh giá an toàn đập bê tông trọng lực trên cơ sở hồ sơ lưu trữ và số liệu quan trắc, áp dungnj cho đập bản chát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRỊNH TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN CƠ
SỞ HỒ SƠ LƯU TRỮ VÀ SỐ LIỆU QUAN TRẮC, ÁP DỤNG
CHO ĐẬP BẢN CHÁT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRỊNH TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN CƠ
SỞ HỒ SƠ LƯU TRỮ VÀ SỐ LIỆU QUAN TRẮC, ÁP DỤNG
CHO ĐẬP BẢN CHÁT

Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS Nguyễn Chiến

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài
“Đánh giá an tồn đập bê tơng trọng lực trên cơ sở hồ sơ lưu trữ và số liệu
quan trắc, áp dụng cho đập Bản Chát” là kết quả của quá trình cố gắng không
ngừng của bản thân và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè
đồng nghiệp và người thân. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những
người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tơi xin tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với 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 và các thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học
Thủy lợi đã truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Cơng trình và
Bộ mơn Thủy cơng đã tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu
khoa học của mình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp – đơn vị cơng tác đã giúp đỡ
tơi trong q trình học tập và thực hiện Luận văn.
TÁC GIẢ

Trịnh Tiến Dũng


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu
có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Trịnh Tiến Dũng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................1
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................2
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................3
IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .........................................................................................3
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................................
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC VÀ ĐÁNH GIÁ AN
TỒN ĐẬP ........................................................................................................................... 4

1.1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC ...........................4
1.1.1. Lịch sử phát triển ..........................................................................................4
1.1.2. Ứng dụng các công nghệ mới trong xây dựng đập bê tông trọng lực ..........6
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực ở Việt Nam ................................7
1.2. CÁC KHẢ NĂNG MẤT AN TOÀN CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC ..........11
1.2.1. Nứt...............................................................................................................11
1.2.2. Thấm và rị rỉ nước .....................................................................................15
1.2.3. Động đất kích thích (đối với đập cao) ........................................................18
1.3. TÌNH HÌNH LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐẬP BÊ TÔNG
Ở NƯỚC TA. .............................................................................................................20
1.3.1. Tình hình lắp đặt thiết bị quan trắc ở các đập đã xây dựng ......................20
1.3.2. Tình hình sử dụng số liệu quan trắc hiện nay ............................................21
1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN ..................................................22
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ....................................................................................22

CHƯƠNG 2 ............................................................................................................................
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ ĐÁNH GIÁ
AN TỒN ĐẬP BÊ TƠNG ............................................................................................... 23

2.1. ĐÁNH GIÁ AN TỒN CỦA ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC .............................23
2.1.1. Đánh giá kết quả công tác quản lý đập ......................................................23
2.1.2. Kiểm tra, phân tích tài liệu đo đạc, quan trắc đập .....................................23
2.1.3. Kiểm tra, đánh giá chất lượng về an toàn của đập ....................................24


2.1.4. Kiểm tra tình trạng bồi lắng của hồ chứa ..................................................24
2.1.5. Tính tốn lũ, khả năng xả lũ của hồ chứa theo tiêu chuẩn thiết kế đập hiện
hành và tài liệu khí tượng thuỷ văn và các thay đổi về địa hình, địa mạo đã được
cập nhật.................................................................................................................25
2.1.6. Đánh giá khả năng phịng chống lũ của cơng trình....................................25
2.1.7. Tổ chức, cá nhân kiểm định lập báo cáo chi tiết và chịu trách nhiệm trước
pháp luật về kết quả kiểm định. .................................................................................25
2.2. CÁC QUI ĐỊNH VỀ LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG THIẾT BỊ QUAN
TRẮC ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC........................................................................25
2.2.1. Thành phần khối lượng quan trắc ..............................................................25
2.2.2. Nguyên tắc bố trí thiết bị quan trắc giám sát cơng trình: ..........................26
2.2.3. Kết nối các thiết bị quan trắc .....................................................................36
2.2.4. Cấp điện ......................................................................................................36
2.2.5. Lưu và xử lý dữ liệu ....................................................................................37
2.3. ĐÁNH GIÁ VỀ THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP ...........................................38
2.3.1. Thấm qua thân đập .....................................................................................38
2.3.2. Thấm qua nền đá dưới đáy cơng trình ........................................................40
2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến áp lực thấm và lưu lượng thấm qua đập trong
thực tế....................................................................................................................49
2.4. ĐÁNH GIÁ VỀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ................................................................50

2.4.1 Ổn định trượt ...............................................................................................50
2.4.2. Tính tốn ổn định về lật. .............................................................................52
2.5. ĐÁNH GIÁ VỀ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẬP .........53
2.5.1.Về ứng suất ..................................................................................................53
2.5.2. Biến dạng theo phương dọc trục đập..........................................................53
2.5.3. Biến dạng tương đối của hai phía của khe theo phương ngang ( thượng –
hạ lưu ) và đứng. ...................................................................................................54
2.5.4. Độ nghiêng của đập. ...................................................................................54
2.5.5. Độ lún của đập. ...........................................................................................54


2.6.ĐÁNH GIÁ VỀ NHIỆT ĐỘ TRONG THÂN ĐẬP. ..............................................54
2.6.1.Giai đoạn thi công. ......................................................................................54
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ....................................................................................55
CHƯƠNG 3 ............................................................................................................................
ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ AN TỒN ĐẬP CHO CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BẢN
CHÁT .................................................................................................................................. 56

3.1. GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT ..............................56
3.1.1. Vị trí cơng trình...........................................................................................56
3.1.2. Nhiệm vụ của cơng trình .............................................................................56
3.1.3. Cấp cơng trình ............................................................................................57
3.1.4. Một số nét khái qt về Dự án xây dựng cơng trình ..................................57
3.2. THU THẬP CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ QUAN TRẮC ĐẬP TỪ KHI VẬN
HÀNH ĐẾN NAY.......................................................................................................59
3.2.1. Tổng quan về hệ thống quan trắc của đập thủy điện Bản Chát .................59
3.2.2.Đánh giá công tác lắp đặt thiết bị quan trắc ...............................................68
3.2.3.Đánh giá hiện trạng thiết bị quan trắc, xử lý các thiết bị khơng có tín hiệu,
số liệu đo khơng tin cậy. .......................................................................................70
3.2.4.Đánh giá công tác thu thập và xử lý số liệu quan trắc ................................72

3.3. TÍNH TỐN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP THEO HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH
ỨNG VỚI TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚC HỒ Ở MNDBT, MNLTK, MNLKT ..........72
3.3.1. Các số liệu đầu vào.....................................................................................72
3.3.2. Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam, Nga...................................................75
3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN ................................................................83
3.4.1. Kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam ...............................................83
3.4.2. Kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ .........................................................83
3.5. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ĐỂ HỒN THIỆN QUY TRÌNH THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT, ĐO
ĐẠC VÀ SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ............................................................83
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG III ..................................................................................85
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 86


I. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN VĂN ........................................................86
II. HẠN CHẾ, TỒN TẠI ............................................................................................87
III. HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU ...................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 88

Tiếng Việt ..............................................................................................................88
Tiếng Anh ..............................................................................................................89


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 : Thi cơng bê tơng đầm lăn tại thủy điện Sơn La.........................................7
Hình 1-2. Đập PleiKrong tỉnh KomTum ..................................................................10
Hình 1-3. Đập Sơn La tỉnh Sơn La ...........................................................................10
Hình 1-4 Cận cảnh vết nứt ngày càng lan rộng ở thân đập chính của thủy điện Sơng
Tranh 2 . ...................................................................................................................12
Hình 1-5.Thấm tiết vơi tại nhà máy thủy điện Thác Bà và thủy điện Hịa Bình ......15
Hình 2-2. Các biểu đồ áp lực đẩy ngược dòng của nước ở mặt tiếp giáp giữa đập

và nền đá khi có màn chống thấm và thiết bị tiêu nước. .......................................44
Hình 2-3 - Sơ đồ tác động lực của dòng thấm ở nền đập .....................................45
Hình 2-4. Sơ đồ màn chống thấm và thốt nước dưới đập .......................................49
Hình 2-5 :a.Sơ đồ tính tốn ổn định khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu ..............52
b. Xử lý chống trượt khi nền đập nghiêng về hạ lưu. ..............................52
Hình 3-1.Mặt cắt dọc đập ..........................................................................................58
Hình 3-2: Sơ đồ bố trí mặt cắt quan trắc ...................................................................62
Hình 3-3: Sơ đồ bố trí TBQT mặt cắt quan trắc 1-1 .................................................63
Hình 3-4: Sơ đồ bố trí TBQT mặt cắt quan trắc 2-2 .................................................64
Hình 3-5: Sơ đồ bố trí TBQT mặt cắt quan trắc 3-3 .................................................65
Hình 3-6: Sơ đồ bố trí TBQT mặt cắt quan trắc 4-4 .................................................66
Hình 3-7: Sơ đồ bố trí TBQT mặt cắt quan trắc 5-5 .................................................67


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Danh sách các đập bê tông trọng lực lớn đã và đang được xây dựng ở
Việt Nam cho đến năm 2013 .......................................................................................9
Bảng 2-1. Thành phần khối lượng quan trắc .............................................................26
Bảng 2-2. Các trị số h m /H tt và h t /H tt .......................................................................46
Bảng 2-3. Gradien cho phép của cột nước trong màng chống thấm ở nền đá .....47
Bảng 3-1: Tổng hợp thiết bị quan trắc cho các hạng mục cơng trình .......................60
Bảng 3-2: Số đo Piezometer ở nền đập .....................................................................73
Bảng 3-3: Bảng chỉ tiêu cơ lý nền đá ........................................................................74
Bảng 3-4. Chỉ tiêu cơ lý của bê tơng RCC thí nghiệm .............................................74
Bảng 3-5: Bảng tổ hợp tải trọng ................................................................................79
Bảng 3-6: Bảng kết quả tính tốn ..............................................................................79
Bảng 3-7: Bảng kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ..............................................83


1

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

An tồn đập và cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy điện đang là mối quan tâm
lớn của các cơ quan chức năng và người dân cũng như của các tổ chức xây dựng
quản lý cơng trình do tính nghiêm trọng, mức độ thiệt hại đến hạ du nếu xảy ra sự
cố vỡ đập.Điêu này cũng đã được cụ thể bằng Nghị định số 72/2007/NĐ-CP của
Chính phủ [9], Thơng tư 34/2010/TT-BCT của Bộ Cơng Thương [2]. Trước đây, an
tồn cơng trình thường được xem là đạt yêu cầu khi thiết kế đảm bảo các yêu cầu kỹ
thuật theo Tiêu chuẩn, Quy phạm. Hiện nay, an toàn đập được tiếp cận một các tổng
hợp, từ thiết kế, thi cơng đến q trình quản lý vận hành với các phân tích dựa trên
kết quả quan trắc, đo đạc trong quá trình xây dựng và vận hành.
Dự án thủy điện Bản Chát với đập RCC chiều cao lớn nhất 132m, hồ chứa có
dung tích 2,17 tỷ m3 , là dự án có quy mơ cơng trình tuyến áp lực rất lớn ở Việt
Nam hiện nay. Vì vậy, ngồi đảm bảo an tồn phát điện thì đảm bảo an toàn cho
con người, tài sản hạ du phải được ưu tiên hàng đầu.
Do vậy, khi thiết kế đã bố trí hệ thống thiết bị quan trắc cơng trình. Hệ thống
giám sát này được sử dụng để quan trắc trạng thái của cơng trình chính, bắt đầu từ
khi thi cơng cho đến suốt q trình vận hành cơng trình và kịp thời ghi nhận được
sự sai lệch chế độ làm việc của kết cấu xây dựng so với thiết kế. Hệ thống giám sát
phải đảm bảo thu thập thông tin chính xác, tin cậy về trạng thái của cơng trình.
Khi lập TKKT, các mặt cắt điển hình ( mặt cắt mang tính chất khống chế )
được lựa chọn để tính tốn dựa trên đặc điểm kết cấu cơng trình, điều kiện địa
chất,... Số lượng mặt cắt như vậy thường khơng nhiều, cụ thể : đập tràn tính tốn cả
1 khoang tràn, cửa lấy nước tính cho 1 phân đoạn ứng với 1 tổ máy, đập khơng tràn
tính theo bải toán phẳng.Các chỉ tiêu địa chất, vật liệu xây dựng được xác định trên
cơ sở khảo sát, thí nghiệm,...
Thực tế khi thi cơng mở móng cơng trình điều kiện địa chất thực tế có những

sai khác so với dự kiến trong hồ sơ TKKT, đặc biệt là vị trí các đứt gãy, sự xuất
hiện đới ép phiến rộng tại khu vực lòng song dẫn đến phải thiết kế xử lý, thay đổi
cao trình đáy móng, chỉ tiêu địa chất nền. Ngoài ra, các chỉ tiêu vật liệu thực tế thi


2
cơng đại trà có thể sai khác so với thí nghiệm và dự kiến ban đầu. Vì vậy, các kết
quả tính tốn về ứng suất, biến dạng, tính thấm, nhiệt trong giai đoạn TKKT khơng
hồn tồn phù hợp với điều kiện thực tế.
Đối với cơng trình Bản Chát, hệ thống thiết bị quan trắc được thiết kế bố trí
theo 5 tuyến chính, các tuyến quan trắc này khơng hồn tồn trùng với các mặt cắt
điển hình khi TKKT. Tại mỗi tuyến quan trắc lại bố trí nhiều loại thiết bị quan trắc,
mỗi loại lại phân bố từ thượng lưu về hạ lưu. Khi lập TKKT thì đối với bài tốn
phân tích thấm, ứng suất biến dạng cho các mặt cắt này, các đại lượng, vị trí lấy kết
quả theo tiêu chí riêng ( thường là các chân thượng, hạ lưu, trước và sau màn chống
thấm, các điểm thay đổi đột ngột về đường biên hình học,...). Trong khi các thiết bị
quan trắc bố trí tại nhiều điểm nhằm giám sát được nhiều vị trí và có kể đến dự
phịng một số bị hư hỏng hoặc kết quả bất thường. Vì vậy, chỉ tiêu ( giá trị ) thiết kế
cho từng đại lượng tại từng vị trí thiết bị quan trắc là chưa có được đầy đủ trong
TKKT.
Điều đáng lưu ý hơn là ở nhiều đập, mặc dù đã đầu tư lắp đặt thiết bị quan
trắc theo qui định chung, nhưng việc quan trắc thường xuyên, tiến hành lưu trữ các
số liệu quan trắc lại không được quan tâm đúng mức. Nhiều thiết bị quan trắc đã
không được bảo dưỡng kịp thời và dần mất tác dụng. Như vậy, vấn đề lắp đặt, bảo
dưỡng, khai thác hệ thống quan trắc đập bê tơng nói chung hiện nay cịn có những
bất cập.
Vì vậy việc nghiên cứu về hệ thống quan trắc trong đập bê tơng và ứng dụng
trong đánh giá an tồn đập là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Do đó
trong đề tài này ta sẽ nghiên cứu việc đánh giá an tồn đập bê tơng, trong đó có sử
dụng các số liệu quan trắc, tài liệu bản vẽ hồn cơng, và số liệu địa chất khi mở hố

móng.
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Làm rõ vai trò và tác dụng của hệ thống quan trắc trong việc đánh giá an tồn của
đập bê tơng.
- Chỉ rõ hiện trạng của hệ thống quan trắc đập bê tong ở nước ta hiện nay.


3
- Nghiên cứu điển hình ở cơng trình thủy điện Bản Chát.
- Đưa ra những khuyến cáo về lắp đặt, quản lý và sử dụng số liệu quan trắc đập bê
tông
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Điều tra và thu thập số liệu thực tế.
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có.
- Ứng dụng các phần mềm tính tốn thấm, ứng suất và biến dạng, nhiệt trong phân
tích đánh giá an tồn đập.
- Nghiên cứu điển hình cho cơng trình thực tế.
IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
- Tổng quan về xây dựng đập bê tông và hệ thống thiết bị quan trắc đập bê tông.
- Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập bê tông.
- Ứng dụng cho đập dâng và đập tràn thủy điện Bản Chát.
- Đưa ra những khuyến cáo về quản lý và khai thác hệ thống thiết bị quan trắc đập
bê tông.


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ
ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP
1.1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

1.1.1. Lịch sử phát triển
Đập bê tông trọng lực là loại đập dùng vật liệu bê tông để xây dựng đập, đập
dùng trọng lượng của bản thân để giữ ổn định. 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
khơng tràn nước, độ an tồn xả lũ cao, tuy nhiên đập phải được xây dựng trên nền
đá rắn chắc, không thể xây dựng đập trên nền đất yếu hay cuội sỏi.
Đập bê tơng 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 việc
thiết kế và xây dựng đập bê tơng trọng lực đã bắt đầu có cơ sở lý luận dựa trên hai
chuẩn: cường độ và ổn định trượt. Từ năm 70 - 80 của thế kỷ XX đập bê tông trọng
lực bắt đầu phát triển mạnh, cứ vài ba ngày lại có một đập mới được xây dựng.
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. Năm nước hàng đầu về xây
dựng đập trên thế giới bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Nhật
Bản. 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. Đập bê tơng có sự phát triển như hiện nay bởi chúng có những ưu điểm
hết sức rõ rệt như sau :
- Có khả năng bố trí cơng trình tháo lũ ngay trong thân đập (trên đỉnh hoặc
dưới sâu).
- Có thể cho ngập trong các cơn lũ và đập có thể thích nghi với lũ kiểm tra có
tần suất lớn.
- Có thể phối hợp dể dàng với các cơng trình khác (tháo cạn, cơng trình lấy
nước) và có thể xây dựng nhà máy thủy điện ngay trong thân đập. Điều này sẽ


5
không thực hiện được nếu đập dâng bằng bê tông đầm lăng (RCC). Phương pháp

xây dựng đập RCC gần giống với đập bằng vật liệu địa phương hơn là đập bê tơng
truyền thống.
- Đập có thể dể dàng thiết kế để có thể tháo nước tràn qua thân đập trong q
trình thi cơng, điều này cho phép rút ngắn thời gian thi cơng (đập RCC cũng có tính
chất này) và cho phép tháo các con lũ có tần khác nhau. Điều này cho phép xây
dựng các cơng trình tháo lũ tạm thời khác kinh tế hơn. Chúng ta cũng có thể lưu ý là
một vài đập quy mô nhỏ RCC có thể chỉ cần thi cơng trong vịng một mùa khơ, do
đó nó cho phép giảm tối đa cơng trình dẫn dịng tạm.
- Chúng có thể xây dựng ngay trong mùa mưa, điều khơng thể có thể đối với
đập vật liệu địa phương. Đây là một ưu điểm lớn của đập bê tông, nhất là trong các
quốc gia thuộc miền nhiệt đới, ở đó thường có độ ẩm cao và mùa mưa thường kéo
dài. Nhất là trường hợp khi mà vật liệu đắp đập có độ ẩm cao hơn nhiều so với độ
ẩm tối ưu cho đầm nén. Sự giảm thời gian thi công là ưu điểm quan trọng nhất trong
việc lựa chọn giữa đập bằng bê tông hay đập vật liệu địa phương trong nhiều dự án
gần đây trong các quốc gia vùng nhiệt đới. Các quốc gia này thường là nơi có trử
lượng latétrite lớn.
- Chúng ít bị tác dụng với hiện tượng ăn mòn bên trong đập và ngay cả trong
vùng tiếp xúc của đập và nền.
- Chúng có khả năng chống động đất rất tốt. Cho đến nay chưa có ghi nhận
đập bê tơng nào bị hư hại đáng kể vì động đất.
Ngồi những ưu điểm nêu trên đập bê tơng cũng cịn những hạn chết nhất
định như sau :
- Đập bê tơng thường có u cầu địa chất nền đá tốt. Yêu cầu nền phải có
khả năng tốt về phương diện chịu nén và biến dạng nền bé.
- Đập bê tông, nhất là bê tông trọng lực có tính ổn định rất nhạy đối với áp lực
ngược. Do đó nó thường có yêu cầu cao về thốt nước nền, đơi khi cần thiết phải bố
trí thốt nước ngay cả phía bên trong cơng trình để giảm áp lực ngược.


6

- Đập bê tơng có thể xuất hiện các vết nứt dưới tác dụng của hiện tượng nhiệt
trong thời kỳ xây dựng và cả thời kỳ khai thác. Các vết nứt sẽ làm giảm khả năng
chịu lực của kết cấu. Ngồi ra hiện tượng này cịn dẫn đến sự khơng kín nước của
cơng trình.
- Đập bê tơng có thể bị ảnh hưởng xấu của nhiều tác nhân khác như vật lý, hố
học làm biến chất các đặc tính của nó.
- Xây dựng đập bê tơng trọng lực địi hỏi nhiều công việc phối hợp đồng thời,
yêu cầu đội ngũ công nhân lành nghề cao: sản xuất bê tông, vận chuyển bê tông, lắp
đặt cốp pha, đầm nện bê tông, xử lý mối nối, công tác thép, xử lý các mạch ngừng,
phương pháp làm nguội bê tông…. Tất cả các yêu cầu trên đã làm gia tăng giá thành
đập bê tông và làm cho chúng khó cạnh tranh với đập bằng vật liệu địa phương. Tuy
nhiên với sự xuất hiện của đập RCC đã cho phép xây dựng các đập trọng lực kinh tế
và nhanh chóng hơn trong xây dựng đập
1.1.2. Ứng dụng các công nghệ mới trong xây dựng đập bê tông trọng lực
Đối với dự án thủy điện và thủy lợi, các hạng mục quan trọng nhất, phức tạp
nhất liên quan đến vấn đề đảm bảo an toàn cho cơng trình và hạ du là đập dâng và
đập tràn. Những hạng mục này luôn được ưu tiên nghiên cứu, phân tích lựa chọn
phương án trong q trình khảo sát thiết kế và xây dựng.
Bê tông đầm lăn (RCC) đang là những công nghệ tiên tiến được áp dụng phổ
biến trên thế giới. Tại nước ta, sau thành công ban đầu tại các dự án thủy điện thi
công trong những năm 2003-2006, hiện nay hầu hết các đập thủy điện và thủy lợi
lớn đều lựa chọn kết cấu RCC.
Đập RCC là công nghệ đập bê tông nhưng được thi công như đập đất, sử
dụng thiết bị vận chuyển, rải, san và đầm chặt bê tơng có cơng suất lớn. Hỗn hợp bê
tơng có hàm lượng chất kết dính thấp và độ ẩm nhỏ được lèn chặt bằng máy đầm lu
rung. Theo các chuyên gia xây dựng, công nghệ RCC đặc biệt hiệu quả khi áp dụng
cho xây dựng đập bê tông trọng lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì
hiệu quả áp dụng cơng nghệ RCC càng cao. Việc lựa chọn phương án xây dựng đập
bằng công nghệ RCC đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với công nghệ CVC và

7
đạt được tiến độ nhanh hơn nhiều do tăng được tốc độ đổ bê tông, giảm lượng tiêu
thụ xi măng (chỉ từ 60-100 kg/m3 bê tông RCC), tận dụng được tro bay thải của các
nhà

máy

nhiệt

điện

hoặc

nguồn

puzzolan

sẵn

có

trong

nước.

Cả nước hiện có 16 đập thủy điện, thủy lợi đã sử dụng công nghệ RCC hoàn
thành là Sơn La, Bản Chát, Bản Vẽ, A Vương, Sê San 4, Pleikrông, Sông Tranh 2,
Sông Bung 4, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đak Mi 4, Bắc Hà, Hương Điền, Bình Điền,
Định Bình, Nước Trong; 3 đập thủy điện đang xây dựng là Lai Châu, Đak Đrinh và

Trung Sơn. Qua thực tế xây dựng đập RCC ở nước ta, trình độ khoa học cơng nghệ
của các đơn vị thiết kế, thi công đã tiến bộ vượt bậc. Đối với thiết kế, các đơn vị đã
chủ động và giữ vai trị chủ trì trong nghiên cứu cấp phối bê tơng, phụ gia tro bay
hoặc puzzolan trong q trình thiết kế các đập cao. Đối với thi công, đã làm chủ
được dây chuyền công nghệ sản xuất RCC, chế tạo cốp pha trượt, làm chủ được
công nghệ san đầm và xử lý các khe nối giữa các khối đập và bề mặt tiếp giáp giữa
các lớp đắp…

Hình 1-1 : Thi công bê tông đầm lăn tại thủy điện Sơn La
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực ở Việt Nam
Ở Việt Nam các đập đã được xây dựng trước đây chủ yếu là đập đất, đập đá
đổ, đập đất đá hỗn hợp, cịn đập bêtơng chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ. Đập bêtông


8
trọng lực bắt đầu được xây dựng tương đối nhiều trong khoảng gần chục năm gần
đây. Đập Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận cao 39,5m được xem là đập bê tông
trọng lực đầu tiên do ngành thủy lợi nước ta tự thiết kế và thi cơng đã hồn 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
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 cơng
trình thủy điện PlêiKrơng tại tỉnh Kon Tum trong đó phần đập bê tơng 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 tơng các loại.
Từ đó đến nay đập bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức
ngày càng phong phú. Đầu mối các cơng trình thủy lợi, thủy điện như: Pleikrong, Sê
san 3 và Sê san 4, Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sơng...và đập tràn ở các

đầu mối thủy điện Hịa Bình, Tuyên Quang... là những đập bê tông với khối lượng
hàng triệu m3 bê tông, chiều cao đập từ 60-138m. Việt Nam đã và đang sử dụng
thành công kỹ thuật và công nghệ hiện đại để xây dựng các đập bê tơng trọng lực có
quy mơ cả về chiều cao và khối lượng bê tông ngày một lớn hơn.
Một trong những kỹ thuật và công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp
dụng thành công hiện nay là đập bê tơng đầm lăn.
Nhìn chung Việt Nam đến với cơng nghệ bê tông đầm lăn tương đối muộn so
với một số nước trên thế giới, 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 án thủy lợi thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được
thi công với cơng nghệ này. Tới năm 2013 nước ta có một số đập bê tông trọng lực
lên tới 22 đập. Việt Nam trở thành nước được xếp hàng thứ 7 về tốc độ phát triển
đập bê tông trọng lực. Địa danh, quy mô các đập đã, đang và sẽ xây dựng ở nước ta
được thống kê ở bảng 1-1:


9
Bảng 1-1. Danh sách các đập bê tông trọng lực lớn đã và đang được xây
dựng ở Việt Nam cho đến năm 2013
STT Tên cơng trình Chiều cao (m)

Địa điểm XD Năm hồn thành

Cơng nghệ XD

1

Pleikrong

71

Kon Tum

2007

BT đầm lăn

2

Định Bình

54

Bình Định

2007

BT đầm lăn

3

A Vương

83

Quảng Nam

2008

BT đầm lăn

4

Sê san 4

80

Gia Lai

2008

BT đầm lăn

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2008

BT đầm lăn

Thừa Thiên6

Bình Điền

70

Huế

BT đầm lăn
2008

Thừa Thiên-

BT đầm lăn

7

Hương Điền

75

Huế

2008

8

Đồng Nai 3

110

Đắc Nông

2010

BT đầm lăn

9

Đồng Nai 4

129

Đắc Nông

2011

BT đầm lăn

10

ĐakĐrinh

99

Quảng Ngãi

Đang xây dựng

BT đầm lăn

11

Nước Trong

70

Quảng Ngãi

Đang xây dựng

BT đầm lăn

12

Sơn La

138

Sơn La

2011

BT đầm lăn

13

Bản Chát

130

Lai Châu

2012

BT đầm lăn

15

Bản Vẽ

136

Nghệ An

2011

BT đầm lăn

16

Hủa Na

98

Nghệ An

2011

BT thường

17

Sông Bung 2

95

Quảng Nam

2010

BT đầm lăn

18

Sông Tranh 2

99

Quảng Nam

2010

BT đầm lăn

19

Sông Cơn 2

50

Quảng Nam

2010

BT đầm lăn

20

Trung Sơn

88

Thanh Hóa

Đang xây dựng

BT đầm lăn

21

Huội Quảng

120

Sơn La

Đang xây dựng

BT thường

22

Lai Châu

137

Lai Châu

Đang xây dựng

BT đầm lăn


10

Hình 1-2. Đập PleiKrong tỉnh KomTum

Hình 1-3. Đập Sơn La tỉnh Sơn La


11
1.2. CÁC KHẢ NĂNG MẤT AN TOÀN CỦA ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC

Các vấn đề mất an tồn của đập bê tơng trọng lực ở Việt Nam hiện nay có
thể kể đến đó là: nứt, thấm và rị rỉ nước, mất ổn định do động đất kích thích (đối
với đập cao).
1.2.1. Nứt
1.2.1.1. Hiện tượng nứt ở đập bê tông
Vết nứt ở khối bê tơng trong q trình xây dựng đã được phát hiện ở một số
đập lớn như: Bản Chát, Nước Trong, Bản Vẽ (các đập xây dựng theo công nghệ
RCC) và một số đập khác... Kết quả khảo sát cho thấy một số đặc điểm phân bố vết
nứt như sau:
- Phương của vết nứt: các vết nứt có phương thẳng đứng, kéo dài theo hướng song
song với trục đập (phổ biến nhất), hoặc hướng vng góc với trục đập (số lượng ít

hơn). Khơng có vết nứt theo mặt nằm ngang (song song với mặt đập)
- Chiều sâu vết nứt: thường khơng q 6m, tính từ bề mặt khối đổ bị phơi lộ.
- Chiều rộng vết nứt: thường nhỏ hơn 1mm
- Thời gian xuất hiện: ở các khối khác nhau, phát hiện thấy thời gian xuất hiện vết
nứt sau khi bóc lộ bề mặt khối đổ RCC là rất khác nhau, có thể từ 40 ngày đến 300
ngày [8].


12

Hình 1-4 Cận cảnh vết nứt ngày càng lan rộng ở thân đập chính của thủy
điện Sơng Tranh 2 [8] .
1.2.1.2. Nguyên nhân gây nứt bê tông
a) Nứt do chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài khối RCC
Nứt do chênh lệch nhiệt độ ΔT : Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 305:
2004 “ Bê tông khối lớn, Quy phạm thi cơng và nghiệm thu” [14] có 2 điều kiện sau
đây làm cho bê tông bị nứt do hiệu ứng nhiệt thủy hố của xi măng trong bê tơng:
Độ chênh nhiệt độ: ΔT > 20º C - ( điều kiện cần ) Gradien chênh nhiệt độ MT ≥ 50º
C/m – ( điều kiện đủ ).Ý nghĩa của 2 điều kiện này như sau:
- Khi khơng có điều kiện cần: bê tơng khơng nứt
- Khi có điều kiện cần: bê tơng có thể nứt có thể khơng
- Khi có cả điều kiện cần và điều kiện đủ: bê tông nhất định nứt.
Vì vậy để RCC khơng bị nứt ta cần loại trừ điều kiện cần, nghĩa là khống chế chênh
lệch nhiệt độ: ΔT < 20º C.


13
b) Nguyên nhân sinh ra các vết nứt do co ngót
Cơ chế phổ biến của hiên tượng co ngót là: co khơ và “co ngót dẻo”. Co khơ
là do trong q trình thủy phân thủy hóa của RCC có hiện tượng nước thừa bị bốc

hơi, gây nên áp suất mao quản trong lỗ rỗng của bê tông, Nghĩa là khi bề mặt bê
tơng khơ, nước ở bề mặt của nó và trong vùng lân cận của các ống mao quản được
phân bố lại, bề mặt ống mao quản hình thành các mặt cong, sinh ra do sự phát triển
của ứng suất kéo các mép ống mao quản trong giai đoạn bê tơng đang cứng hóa.
Khi ứng suất kéo đạt đến một giá trị tối đa (do áp lực mao dẫn), và sau đó giảm
mạnh sẽ sinh ra các vết nứt co khô, khi áp lực lớn làm cho sự co ngót của bê tơng
càng tăng. Trước khi áp lực mao dẫn đạt giá trị tối đa, độ co khô tỷ lệ thuận với áp
lực mao dẫn.
c) Nứt do nhiệt độ
Có 2 nguyên nhân chủ yếu sinh ra các vết nứt bê tông đầm lăn do nhiệt độ:
1. Thứ nhất, là do sự thay đổi thể tích, bao gồm cảviệc biến đổi nhiệt độ của
khối bê tông và thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh làm gây ra sự co và nở bê
tông và phát sinh các vết nứt;
2. Do nhiệt độ môi trường làm cho sự bốc hơi nước trong bê tơng nhanh hơn
nên xảy ra co ngót dẻo bê tông quá nhanh, làm phát sinh các vết nứt trên bề mặt
khối bê tông.
d) Các vết nứt do lún nền
e) Các vết nứt do thi công
1.2.1.3. Ảnh hưởng của vết nứt đến an toàn đập và hướng xử lý
Vết nứt làm mất tính chỉnh thể của khối đập. Tuy nhiên về an tồn đập thì phải
xét đến các khía cạnh tác động khác nhau của khe nứt.
Về mặt thấm nước:
- Các vết nứt thông từ thượng lưu về hạ lưu sẽ làm cho đập bị rò nước ra hạ
lưu và điều này là không cho phép. Cần xử lý theo hướng bịt kín miệng vết nứt từ
phía thượng lưu, khoan thốt nước ở phần sau đó và dẫn về hành lang tập trung
nước trong thân đập.


14
- Các vết nứt phương dọc chạm đến bờ và nền đập cũng khơng cho phép xảy

ra, vì khi đó nước thấm từ nền và bờ sẽ tập trung vào khe nứt, làm tăng áp lực đẩy
nổi và lực xô ngang về phía hạ lưu có thể làm đập mất ổn định (bị trượt). Cần phải
xử lý không cho miệng vết nứt tiếp xúc với nền và bờ, khoan thoát nước từ vết nứt
cho tập trung vào hành lang trong thân đập.
Về mặt gây trượt:
- Các vết nứt nằm ngang là nguy hiểm nhất vì làm giảm khả năng chống cắt
trên mặt ngang, tăng áp lực đẩy nổi, dẫn đến khả năng đập bị trượt theo mặt ngang
bị nứt. Vì vậy các vết nứt loại này là không được phép tồn tại. Ở các đập RCC đã
xây dựng thì khơng phát hiện thấy vết nứt loại này.
- Các vết nứt thẳng đứng theo phương từ thượng lưu về hạ lưu nếu được xử lý
kín nước tốt ở mặt thượng lưu và thốt nước ở phần sau đó thì có thể chấp nhận như
một khe co giãn thông thường.
- Các vết nứt thẳng đứng theo phương song song với trục đập nếu có bề rộng
nhỏ và được xử lý cách ly với nền và bờ cũng như khoan thoát nước tốt thì nói
chung là khơng ảnh hưởng đến ổn định trượt của đập.
Về mặt chịu lực của khối đập:
Các vết nứt làm mất đi tính tồn khối của đập nên sẽ có ảnh hưởng đến trạng
thái ứng suất-biến dạng của tồn đập. Tuy nhiên theo nguyên lý Xanh-Vơ năng, sự
thay đổi này chỉ đáng kể trong một phạm vi nhất định xung quanh vết nứt và không
tác động đến các điểm ở xa. Vì vậy, về mặt kết cấu có thể chấp nhận vết nứt trong
khối nếu thỏa mãn các điều kiện sau:
- Vết nứt có chiều rộng nhỏ để các thành phần ứng suất có thể truyền qua khe
nứt thơng qua các hòn cốt liệu đan cài giữa hai bờ khe.
- Vết nứt đã được xử lý cách nước và thoát nước như đã nêu ở trên.
- Vết nứt nằm trong vùng ứng suất nén của khối đập (theo kết quả phân tích
ứng suất biến dạng với đập tồn khối).


15
Trường hợp vết nứt nằm trong vùng ứng suất kéo hoặc vùng phá hoại do

động đất thì cần phải xử lý để đảm bảo tính chỉnh thể và khả năng chịu ứng suất kéo
của đập.
1.2.2. Thấm và rò rỉ nước
Một trong những vấn đề được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây là xử
lý chống thấm qua thân đập và các khe co giãn. Ở các đập đã xây dựng như Plei
Krơng, Sesan 4, Sơng Tranh 2 đã có hiện tượng nước rò rỉ mạnh qua các khe co
giãn mà việc xử lý rất khó khăn với các vấn đề kỹ thuật và công nghệ phức tạp, tốn
kém do hồ đã tích đầy nước.
1.2.2.1.Lý do phải chống thấm.
Quy định nước thấm khơng được xun qua tồn mặt cắt đập là bởi các lý do
chính như sau:
- Để giảm áp lực thấm đẩy ngược lên thân đập, do đó mà tăng ổn định chống trượt
và cải thiện trạng thái ứng suất trong thân đập (hạn chế phát sinh ứng suất kéo).
-Về lâu dài, nước thấm có thể làm giảm chất lượng bê tơng do hiện tượng xâm thực
hịa tan, tiết vơi tại các vị trí thốt nước thấm .

Hình 1-5.Thấm tiết vôi tại nhà máy thủy điện Thác Bà và thủy điện Hịa Bình [1]
1.2.2.2.Chống thấm cho đập RCC.
Về ngun tắc, đập RCC cũng là đập bê tông trọng lực nên cần tuân thủ các
quy đinh về chống thấm và thốt nước thấm như đã nêu trên. Trong tiến trình phát
triển công nghệ RCC, để phát huy cao khả năng thi công nhanh của công nghệ này