luận văn thạc sĩ nghiên cứu bố trí phân khe trong đập vòm

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và
bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực không ngừng của bản thân, luận văn thạc sĩ
với đề tài “Nghiên cứu bố trí phân khe trong đập vòm” đã hoàn thành.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên
PGS.TS. Nguyễn Quang Hùng và TS. Vũ Hoàng Hưng đã trực tiếp hướng dẫn tận
tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, Phòng đào tạo Đại
học và Sau đại học, khoa Công trình cùng toàn thể các thầy cô giáo đã giảng dạy,
giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn.
Lời cảm ơn chân thành xin được gửi tới các bạn bè đồng nghiệp, cơ quan đã tạo
điều kiện thuận lợi nhất cũng như hỗ trợ tác giả hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia
đình đã ủng hộ, động viên tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học viên




Phan Văn Thắng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Phan Văn Thắng. Tôi xin cam đoan:
- Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
- Kết quả của luận văn là trung thực không sao chép của bất kì công trình nghiên
cứu nào khác.
- Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn mọi trách nhiệm.


Tác giả





Phan Văn Thắng








MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÒM 1
1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP VÒM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM. 1
1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐẬP VÒM. 3
1.2.1 Công nghệ thi công đập vòm: 3

1.2.2 Vấn đề về thiết kế đập vòm 17
1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP VÒM. 19
1.4 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ KHẢ NĂNG VÀ BIỆN PHÁP KHÁNG CHẤN ĐẬP VÒM. 20
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU 22
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT ĐẬP VÒM. 22
2.1.1 Phương pháp dầm - Vòm: 22
2.1.2 Phương pháp PTHH 25
2.1.3 Phương pháp ứng suất đẳng hiệu PTHH 26
2.1.4 Phương pháp PTHH tự thích ứng 27
2.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH ĐẬP VÒM. . 27
2.2.1 Các hàm chuyển vị 27
2.2.2 Biến dạng 28
2.2.3 Ứng suất
28
2.2.4 Tải trọng 29
2.2.5 Độ cứng của phần tử 29
2.2.6 Các phương trình cân bằng 29
2.3 LƯỚI PHẦN TỬ HỮU HẠN TỰ THÍCH ỨNG TRONG PHÂN TÍCH ỨNG
SUẤT ĐẬP VÒM. 31

2.3.1 Phương pháp h – thay đổi kích thước phần tử (h – enrichment): 33
2.3.2 Phương pháp p – thay đổi cấp bậc hàm số phần tử (p – refinement): 35
2.3.3 Phương pháp r – thay đổi vị trí điểm nút mạng lưới phần tử (phương pháp
điểm nút di động): 37
2.3.4 Phương pháp tổ hợp: 37
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ PHÂN KHE HỢP LÝ TRONG ĐẬP VÒM
39
3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH TỚI ỨNG SUẤT TRONG ĐẬP VÒM 40

3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA CHẤT TỚI ỨNG SUẤT TRONG ĐẬP VÒM. 42
3.2.1 Địa chất 42
3.2.2 Mô hình 43
3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO ĐẬP TỚI ỨNG SUẤT TRONG ĐẬP VÒM. 51
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 56
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH. 56
4.1.1 Mô hình đập và nền 56
4.1.2 Các chỉ tiêu cơ lý 58
4.1.3 Các lực tác dụng 58
4.2 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG THÂN ĐẬP.
60
4.2.1 Ảnh hưởng của liên kết nền với đập. 60
4.2.2 Phân tích, đánh giá kết quả tính toán chuyển vị của các trường hợp. 61
4.2.3 Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ứng suất của các trường hợp. 65
4.3 PHÂN TÍCH VÀ BỐ TRÍ KHE HỢP LÝ. 71
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
KẾT LUẬN 73
TỒN TẠI 73
KIẾN NGHỊ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
PHỤ LỤC 76
PHỤ LỤC 3.1 76
PHỤ LỤC 3.2 78
PHỤ LỤC 3.3 79
PHỤ LỤC 4.1 81
PHỤ LỤC 4.2 83

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một số hình ảnh đập vòm tại các nước phương Tây 2
Hình 1.2: Một số hình ảnh đập vòm ở Trung Quốc 2
Hình 1.4: Kết cấu khe dẫn đập vòm RCC 9
Hình 1.5: SCC lấp đầy khối đá đổ hình thành RFC 14
Hình 1.6: Thi công RFC đập vòm 16
Hình 1.7: Đặc trưng hình học dầm vòm 18
Hình 1.8: Đặc trưng hình học vòm ngang 18
Hình 2.1: Sơ đồ phân bố tải trọng lên vòm và dầm 22
Hình 2.2: Sơ đồ phân phối tải trọng cho dầm và vòm trên mặt nằm ngang. 24
Hình 2.3: Phương pháp phần tử hữu hạn 26
Hình 2.4: Ba phương pháp thay đổi mạng lưới phần tử liên tục 33
Hình 3.1: Các loại khe trong đập vòm 40
Hình 3.2: Kết cấu khe thi công 40
Hình 3.3: Những điều kiện địa hình khi xây dựng đập vòm 41
Hình 3.4: Phổ S
R
1
Rứng với ER
1
R = 5800 Mpa 44
Hình 3.5: Phổ S
R
1
Rứng với ER
2
R = 7200 Mpa 44
Hình 3.6: Phổ SR
1
Rứng với ER

3
R = 9000 Mpa 45
Hình 3.7: Quan hệ E ~ Uy………………………………………………………….46
Hình 3.8: Quan hệ E ~ Uz………………………………………………………….46
Hình 3.9: Quan hệ E ~ S
R
1
R………………………………………………………… 46
Hình 3.10: Quan hệ E ~ S
R
3
R……………………………………………… ………46
Hình 3.11: Phổ S
R
1
Rứng với υR
1
R = 1,5 48
Hình 3.12: Phổ S
R
1
Rứng với υR
2
R = 2,0 48
Hình 3.13: Phổ S
R
1
Rứng với υR
3
R = 2,5 49

Hình 3.14: Quan hệ υ ~ Uy……………………………………………………… 49
Hình 3.15: Quan hệ υ ~ Uz……………………………………………………… 49
Hình 3.16: Quan hệ υ ~
S
R
1
R…………………………………………………………………50

Hình 3.17: Quan hệ υ ~
S
R
3
R………………………………………………………….50
Hình 3.19: Phổ Uy
R

Rứng với HR
2
R= 90 m. 52
Hình 3.20: Phổ Uy
R

Rứng với HR
3
R= 120 m. 52
Hình 3.21: Quan hệ H ~ Uy……………………………………………………………….53
Hình 3.22: Quan hệ H ~ Uz……………………………………………………… 53
Hình 3.23: Quan hệ H ~
S
R

1
R…………………………………………………………53
Hình 3.24: Quan hệ H ~
S
R
3
R…………………………………………………………53
Hình 4.1: Đập Moticello 56
Hình 4.2: Mô hình mặt bằng đập. 57
Hình 4.3: Mô hình cắt ngang đập. 57
Hình 4.4: Mô hình tính toán 57
Hình 4.5: Chuyển vị theo phương Y – TH1 62
Hình 4.6: Chuyển vị theo phương Y – TH2 63
Hình 4.7: Chuyển vị theo phương Y – TH3 63
Hình 4.8: Chuyển vị theo phương Y – TH4 64
Hình 4.9: Quan hệ giữa các trường hợp phân khe với chuyển vị theo phương Y 64
Hình 4.10: Ứng suất S1– TH1 65
Hình 4.11: Ứng suất S1– TH2 66
Hình 4.12: Ứng suất S1– TH3 66
Hình 4.13: Ứng suất S1– TH4
67
Hình 4.14: Quan hệ giữa S
R
1
R và số khe 67
Hình 4.15: Ứng suất S3– TH1 68
Hình 4.16: Ứng suất S3– TH2 69
Hình 4.17: Ứng suất S3– TH3 69
Hình 4.18: Ứng suất S3– TH4 70
Hình 4.19: Quan hệ giữa S

R
3
R và số khe 70





DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tỉ lệ cấp phối một vài đập vòm RCC điển hình ở Trung Quốc 5
Bảng 1.2: Tính năng kỹ thuật RCC của một vài đập vòm ở Trung Quốc 7
Bảng 1.3: Thống kê đập vòm ứng dụng bê tông vi giãn nở MgO ở Trung Quốc mấy
năm gần đây 10
Bảng 1.4: Bảng tỉ lệ cấp phối chủ yếu bê tông MgO trộn ngoài đã xây dựng 12
Bảng 1.5: Tỉ lệ cấp phối bê tông MgO thích hợp cho vùng Quảng Đông – Trung Quốc 12
Bảng 1.6: Tham số đặc trưng thí nghiệm phá hoại uốn và cắt 16
Bảng 3.1: Kết quả tính toán với các trường hợp E khác nhau 45
Bảng 3.2: Kết quả tính toán với các trường hợp hệ số Poisson υ khác nhau 49
Bảng 3.3: Kết quả tính toán với các trường hợp chiều cao đập khác nhau 53
Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý 58
Bảng 4.2: Kết quả tổng hợp chuyển vị ứng ứng suất của hai trường hợp 61
Bảng 4.3: Tổng hợp các chuyển vị của các trường hợp tính toán 64
Bảng 4.4: Tổng hợp các ứng suất S
R
1
R của các trường hợp tính toán 67
Bảng 4.5: Tổng hợp ứng suất chính S
R
3
R của đập 70

DANH MỤC VIẾT TẮT
CKD:
Chất kết dính
MH:
Mô hình
N/X:
Nước trên Xi măng
N:
Nước
PPPTHH:
Phương pháp phần tử hữu hạn
PTHH:
Phần tử hữu hạn
RCC:
Roller Compacted Concrete

S
R
1
R
:
Ứng suất chính lớn nhất
S
R
3
R
:
Ứng suất chính nhỏ nhất
TH1:
Trường hợp 1
TH2:
Trường hợp 2
TH3:
Trường hợp 3
TH4:
Trường hợp 4
Uy:
Chuyển vị theo phương Y
Uz:
Chuyển vị theo phương Z
VL:
Vật liệu
X:
Xi măng

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÒM
1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP VÒM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.
Đập vòm là một trong những loại hình đập vừa có tính an toàn và tính kinh tế cao,
điều này đã được trải nghiệm thực tiễn trong thời gian khá dài. Đây là loại đập có
kết cấu siêu tĩnh chịu nén đòi hỏi địa chất khá cao, địa hình ảnh hưởng rõ nét đến
việc thiết kế lựa chọn hình thức đập.
Đập vòm cổ nhất được phát hiện là đập vòm Vallon de Baume (cao 12m) được
xây dựng trong thời kỳ La mã cổ đại. Đến thế kỷ thứ XVII cùng với việc ra đời cách
mạng công nghiệp và cơ học công trình ở Châu âu, đập vòm Zola (cao 36m) được
xây dựng ở Pháp năm 1843, đây là đập vòm đầu tiên được xây dựng đã vận dụng
công thức ống tròn thành mỏng đơn giản để thiết kế đập vòm, nó đã mở đầu khơi
dòng áp dụng phân tích ứng suất đập vòm. Năm 1889, H.Vischer và L.Wagener khi
kiểm tra đập vòm Bear Valley (cao 18m) được xây dựng ở Mỹ năm 1884, đã đề
xuất phương pháp dầm vòm.
Sau mười mấy năm, phương pháp dầm vòm được vận dụng trong thiết kế đập
vòm Path Finder và đập vòm Buffalo Bill (cao 99m) là đập vòm trọng lực cao nhất
ở Mỹ thời bấy giờ. Năm 1917 kỹ sư người Thụy Sĩ lấy phương pháp dầm vòm phát
triển thành phương pháp nhiều dầm vòm, đã thiết kế đập vòm Montsalvens đầu tiên
tại Thụy Sĩ. Năm 1930, F.D.Kirm đã đề xuất phương tháp thử tải (Trial Load
Method), phương pháp này chiếm một vị trí quan trọng trong lịch sử phát triển đập
vòm. Năm 1936, Mỹ đã xây dựng đập vòm Hoover (cao 221m), là đập vòm đầu tiên
cao trên 200m. Năm 1939, Italia đã xây dựng đập vòm Osigletta (cao 79.8m) là đập

vòm đầu tiên có bố trí khe biên để loại bỏ ứng suất kéo. Năm 1958, đập vòm Vajont
(cao 265m) được khởi công tại Italia, đây là đập vòm mỏng cong hai chiều điển
hình
P
[5]
P.

2


Đâp vòm Vallon de Baume

Đập vòm Buffalo Bill
(1904-1910)

Đập vòm Vajont
(1958-1963)
Hình 1.1: Một số hình ảnh đập vòm tại các nước phương Tây
Xây dựng đập vòm ở Trung Quốc khởi đầu khá muộn, trước năm 1949 chỉ có 2
đập vòm cao trên 15 m. Sau năm 1949, bắt đầu xây dựng đập vòm quy mô lớn. Căn
cứ vào tài liệu thống kê của Hội đập lớn Trung Quốc năm 1999, đập vòm cao trên
30m được xây dựng trên toàn thế giới có 1102 đập, trong đó Trung Quốc có 517
đập, chiếm 46,9%, đập vòm bê tông cao trên 100m có 11 cái. Những năm gần đây,
xây dựng đập vòm cao ở Trung Quốc đã tiến đến một đỉnh cao mới, đập vòm cong
hai chiều Ertan cao 240m đã tích nước thành công, đập vòm Xiaowan cao nhất thế
giới (đập cao 292m), Xiluodu (đập cao 278m), Jinbing (đập cao 305m), Goupitan
(đập cao 233m), Laxiwa (đập cao 250m) cũng đã lần lượt được khởi công.

Đập Xiaowan
(2002-2010)

Đập Xiluodu
(2005-2013)

Đập Goupitan
(2003-2009)
Hình 1.2: Một số hình ảnh đập vòm ở Trung Quốc
Việt Nam đang trong giai đoạn khởi đầu xây dựng đập vòm. Đập vòm đầu tiên
3

đang được xây dựng ở Việt Nam là đập vòm bê tông cong hai chiều Nậm Chiến,
đập cao 138m, chiều dài đập tại đỉnh 273m, tỉ lệ độ dày/cao là 0,22. Đây là công
trình được coi là thiết kế khó bậc nhất ở Việt Nam hiện nay.

Hình 1.3: Đập vòm Nậm Chiến (2005-2009)
1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐẬP VÒM.
1.2.1 Công nghệ thi công đập vòm:
Đập vòm bê tông truyền thống từ trước đến nay đều sử dụng phương pháp thi
công phân khoảnh phối hợp đổ theo từng khối trụ đã làm giảm tốc độ thi công và
tăng giá thành công trình do cần nhiều biện pháp khống chế nhiệt độ và bố trí khe
kết cấu. Cải tiến vật liệu và phương thức thi công là một đòi hỏi tất yếu trong quá
trình xây dựng đập vòm. Hiện nay kỹ thuật bê tông đầm lăn (Rolled Compacted
Concrete - RCC), bê tông MgO (MgO Concrete), bê tông đá đổ (Rock Fill Concrete
- RFC) đã được ứng dụng vào lĩnh vực đập vòm. Đặc điểm chung của các loại bê
tông này là có thể áp dụng kỹ thuật thi công lên đều liên tục trên toàn bộ mặt đập,
do đó tăng nhanh tốc độ đổ bê tông đập, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng.
RCC ứng dụng trong xây dựng đập bê tông trọng lực từ lâu nhưng với đập vòm
thì chưa đầy 20 năm trở lại đây. Trung Quốc không phải là nước đầu tiên xây dựng
đập vòm RCC nhưng lại là nước phát triển mạnh nhất loại hình đập này. Tính cho
đến nay, Trung Quốc đã và đang xây dựng được gần 30 đập vòm RCC trong đó có

nhiều đập vòm cao như Longshou (cao 80m), Shapai (cao 132m) …Trong quá trình
phát triển xây dựng đập vòm RCC đặc biệt là đập vòm mỏng cong hai chiều, vấn đề
quan trọng cần giải quyết là bề mặt tiếp giáp giữa các lớp RCC kết hợp tương đối
kém và trở thành vị trí xung yếu về ổn định trượt và thấm, mặt khác do tiến độ thi
4

công nhanh và khống chế nhiệt đơn giản nên sau khi thi công đập và trước khi vận
hành nhiệt độ trong đập vẫn khá cao dẫn đến phát sinh nứt. Vì vậy nghiên cứu vật
liệu RCC, công tác thi công trên mặt đập, kết cấu và thi công khe nứt là cần thiết để
nâng cao an toàn đập.
Một vài thí nghiệm trong phòng và thực tiễn công trình đã chỉ rõ, khi trong bê
tông có một lượng MgO nhất định, sau khi đổ bê tông sẽ tự sinh giãn nở thể tích.
Quá trình giãn nở với co ngót nhiệt độ của bê tông cùng phát sinh đồng thời, vì vậy
đặc tính này có tác dụng bổ khuyết cho co ngót nhiệt độ, có lợi đối với phòng ngừa
phát sinh nứt nhiệt độ. Lợi dụng đặc tính này của bê tông MgO để ứng dụng vào
xây dựng đập vòm, loại trừ hoặc giản hóa biện pháp khống chế nhiệt truyền thống
của bê tông, đồng thời có thể không phân khe hoặc giảm nhỏ số lượng khe đập vòm,
tăng nhanh tốc độ xây dựng đập. Vấn đề mấu chốt đối với bê tông MgO là xác định
thành phần cấp phối bê tông và hàm lượng pha trộn MgO trong bê tông sao cho hợp
lý nhất.
Đối với đập vòm cao, do đặc điểm thể tích lớn của nó cần thiết phải giảm thấp
nhiệt độ thủy hóa của bê tông và cũng là giảm nhỏ lượng dùng xi măng. Thông
thường mà nói sử dụng cốt liệu đường kính lớn có thể thu được tác dụng này.
Nhưng trong quá trình thi công bê tông thường, chịu sự hạn chế của trộn, đầm và
phân tầng, đường kính cốt liệu lớn nhất đều nhỏ hơn 150mm. Bê tông đá thô và bê
tông đá xây vữa có thể giảm nhỏ lượng dùng xi măng, nhưng cường độ bê tông khá
thấp, chất lượng thi công khó đảm bảo, hạn chế thi công cơ giới, làm chậm tốc độ
thi công, không thích hợp với yêu cầu thi công tốc độ nhanh. Những năm gần đây,
bê tông tự đầm (Self Compacting Concrete - SCC) đã được ứng dụng trong công
trình xây dựng đặc biệt là trong thi công những kết cấu bê tông phức tạp và môi

trường thi công không thuận lợi do nó có tính lưu động cao, không cần đầm nhưng
vẫn đạt được hiệu quả lèn chặt, đồng thời bảo đảm tính dính và ngăn ngừa hiện
tượng phân tách vật liệu. RFC là một phương thức thi công bê tông mới ứng dụng
các ưu điểm của SCC. Phương thức thi công RFC là sử dụng trực tiếp cốt liệu thô
của bê tông để đưa vào hiện trường sau đó đổ SCC, lợi dụng tính năng lưu động cao
5

của SCC, khiến cho SCC tự chảy lấp đầy các khoảng rỗng của khối đá đổ hình
thành bê tông chỉnh thể, đặc chắc, cường độ khá cao. Ưu điểm nổi bật của RFC là
thi công tốc độ nhanh và giá thành tương đối thấp. Vấn đề quan trọng đối với RFC
là quan hệ thành phần cấp phối SCC với cấp phối khối đá đổ và công nghệ thi công
như thế nào để đạt được hiệu quả như mong muốn
P
[8]
P.
1.2.1.1 CÔNG NGHỆ RCC TRONG XÂY DỰNG ĐẬP VÒM
a. Tỉ lệ cấp phối và tính năng kỹ thuật RCC
Qua tổng kết các công trình RCC đã xây dựng, lượng vật liệu chất kết dính bình
quân sử dụng là 173 kg/m
P
3
P, trong đó lượng xi măng là 79 kg/mP
3
P, vật liệu phụ gia
khoáng là 94 kg/m
P
3
P chiếm 54%. Nhưng khi xây dựng đập vòm RCC ở Trung Quốc,
phần trong đập thông thường sử dụng RCC cấp phối 3, kết cấu chống thấm mặt
thượng lưu phần ngoài đập thường sử dụng RCC cấp phối 2. Bảng 1.1 tổng kết tỉ lệ

cấp phối một vài đập vòm RCC điển hình ở Trung Quốc.
Bảng 1.1: Tỉ lệ cấp phối một vài đập vòm RCC điển hình ở Trung Quốc
P
[8]
Tên
đập
N
(kg/m
P
3
P)
X
(kg/mP
3
P)
PGK
(kg/mP
3
P)
N/X
C/(C+Đ)
(%)
Cốt liệu
(kg/mP
3
P)
PG hoá
(%)
Vc
(s)

C
Đ
Puding
94
85
103
0,50
38
836
1396
0.55
10
84
54
99
0,55
34
768
1512
0.55
7
Wen
quanbao
107
100
95
0,55
37,7
788
1300

0,5/0,03
6~10
91
95
78
0,60
32.2
686
1520
0,5/0,03
8
Xibing
100
80
120
0,50
33
719
1450

7
87
70
105
0,50
31.6
676
1560

8.6

Hongpo
82
52
97
0,55
32
733
1534

7
Shapai
100
108
72
0,55
38
832
1378
0,55/0,15
8~9
94
89
89
0,53
34
743
1475
0,55/0,15
7,5~9
Shi

menzi
85
57
116
0,49
30
632
1487
0,95
7
93
88
106
0,48
32
643
1887
0,95
7
6

Tên
đập
N
(kg/m
P
3
P)
X
(kg/mP

3
P)
PGK
(kg/mP
3
P)
N/X
C/(C+Đ)
(%)
Cốt liệu
(kg/mP
3
P)
PG hoá
(%)
Vc
(s)
C
Đ
Lin
hekou
87
65
120
0,47
37
802
1366
1,3/0,037
5~8

81
60
112
0,47
34
750
1457
1,24/0,035
5~8
Bai
lianya
90
56
84
0,64
28.5
630

0,35
5
108
72
108
0,60
34.5
736

0,45
6
Zhao

laihe
85
89
89
0,48
37
785
1355
0,6
4~6
75
70
86
0,48
34
742
1464
0,6
4~6
Từ bảng 1.1 có thể thấy rằng, trong RCC đập vòm đều sử dụng phụ gia khoáng
làm vật liệu trộn, phụ gia khoáng trong vật liệu kết dính cao nhất có thể đạt đến
67%. Chất lượng của phụ gia khoáng có ảnh hưởng khá lớn đối với tính năng RCC.
Tỉ lệ N/X của RCC đập vòm thông thường dao động từ 0,5~0,65, cũng có số ít công
trình đập vòm RCC có tỉ lệ N/X nhỏ hơn 0,5. Cấp phối cốt liệu lý tưởng RCC đập
vòm cấp phối 2 thông thường là 1:1, cấp phối cốt liệu lý tưởng RCC đập vòm cấp
phối 3 thông thường là 3:3:4 hoặc 3:4:3 (đá nhỏ: đá vừa: đá lớn). Tỉ lệ C/C+Đ của
RCC đập vòm thông thường trong khoảng 28~38%, trong RCC đều trộn phụ gia
hoá, nhằm thoả mãn yêu cầu về thời gian ninh kết ban đầu, tính năng công tác với
tính bền của RCC.
Chất lượng của đập vòm chủ yếu là do tính năng của vật liệu xây đập quyết định.

Đập vòm đặc biệt là đập vòm mỏng và đập vòm cao có yêu cầu rất khắt khe đối với
tính năng kỹ thuật của RCC. Bảng 1.2 tổng kết kết quả thí nghiệm cường độ, tính
năng nhiệt học và tính năng biến hình của RCC đập vòm RCC. Giá trị bình quân
cường độ kháng nén, cường độ kháng kéo, mô đun đàn hồi, kéo dãn giới hạn RCC
đập vòm 90 ngày tuổi lần lượt là 26,26 MPa, 2,39 MPa, 30,57 MPa, 92,65x10
P
-6
P.



7

Bảng 1.2: Tính năng kỹ thuật RCC của một vài đập vòm ở Trung Quốc
P
[8]
Tên đập
Cường độ
kháng nén
(MPa)
Cường độ
kháng kéo
(MPa)
Mô đun đàn
hồi (MPa)
Kéo dãn
giới hạn
(x10
P
-6

P)
Nhiệt độ
tăng cao nhất
(
P
o
PC)
28d
90d
28d
90d
28d
90d
28d
90d
28d
Cuối
Shapai
14,0
18,4
1,11
1,61
15,4
19,1
92
104
14,5
17,5
13,3
18,0

1,09
1,53
15,2
19,8
102
108
17,7
19,9
Lin
hekou
14,3
20,2
1,15
1,64
15,2
20,5
99
108
17,4
19,5
18,0
26,7

2,45



89
19,2

Zhao
laihe
18,9
25,3






22.4

13,1
29,2
1,63
2,71

29,2

90,5
10,1
11,3
Long
shou
14,5
24,9
1.28
2,55

32,2

94
17,1
18,8
25,8
34,4
2,10
3,01
27,8
34,2
66
87
19,4

Wen
quanbao
20,8
27,5



29,6

78
16,0

17,7
21,4
1,92
2,71

39,9




24,5
29,9
2,41
2,76

33,9




Puding
23,8
31,0
2,22
2,91

38,2




Bai
lianya
22,2

32,1
2,20
2,85
35,3
39,2
76
90
16,3
23,6
19,7
28,7

1,97
24,1
31,0
73
78
15,9
18,8
b. Công nghệ thi công RCC
- Xác định độ dày tầng đầm nén
Xác định độ dày tầng đầm nén trong thi công bê tông đập vòm RCC dựa vào các
nhân tố phương án tập kết vật liệu với năng lực trộn, vận chuyển, diện tích mặt công
tác, thời gian ninh kết ban đầu của RCC…. Lấy ví dụ thi công đập vòm RCC Da
huashui (134,5 m): khi diện tích mặt đập công tác nhỏ hơn 3000m
P
2
P, độ dày tầng
đầm nén lựa chọn là 30 cm; khi diện tích mặt đập công tác lớn hơn 3000m
P

2
P, độ dày
tầng đầm nén lựa chọn là 25 cm, chiều cao thi công lên đập lớn nhất 33,5 m/tháng.
- Giá trị độ công tác Vc
Giá trị Vc của RCC ảnh hưởng rất lớn đối với chất lượng đầm nén, tuỳ thuộc
8

thay đổi điều kiện khí hậu mà thay đổi tương ứng. Từ bảng 1.1 có thể thấy rằng giá
trị độ công tác Vc thông thường là 8~10 s, số ít công trình có giá trị độ công tác Vc
nhỏ trong khoảng 4~7 s.
- Xử lý kết hợp giữa các lớp đầm và mặt khe thi công
Đối với đập vòm RCC áp dụng công nghệ thi công đầm nén lớp mỏng liên tục
trên toàn bộ mặt đập, khi thi công liên tục lên cao, giãn cách giữa các lớp không
vượt quá thời gian ninh kết ban đầu thì không cần xử lý. Trên mặt khe thi công đều
nên đánh xờm, đồng thời làm sạch bằng dòng nước áp lực; khi đổ lên cao, bề mặt
công tác của mỗi lớp lót một lớp vữa xi măng dày 2~3 cm để tăng cường kết hợp
giữa bê tông đầm nén cũ và mới.
- Thi công khe dẫn, khe ngang
Kết cấu khe đập vòm bê tông đầm lăn cao, bất kể khe dẫn hay là khe ngang nên
sử dụng kết cấu bản bê tông hình thức trọng lực chế tạo trước. Kết cấu một khe dẫn
điển hình xem hình vẽ 1.4. Thông thường bản bê tông chế tạo sẵn dài 1,0 m, chiều
cao 0,25 ~ 0,30 m (cần phải là một tầng đầm nén), bề rộng đáy (thêm bản chân)
0,25 ~ 0,35 m, lấy thích ứng với lắp ráp tốc độ nhanh tại hiện trường. Dựa vào độ
dày lớp đầm nén, cứ hai lớp đầm nén lại có một lớp có bản bê tông, trong bản bê
tông bố trí hệ thống ống phun vữa, đầu ống dẫn ra hạ lưu đập. Phương pháp chôn
bản dẫn bê tông chế tạo trước là: sau khi kết thúc lớp đầm nén dưới lớp cần chôn
bả
n dẫn bê tông, định vị vị trí chính xác khe dẫn sau đó lắp đặt cố định từng đôi bản
dẫn bê tông từ thượng lưu về hạ lưu, mỗi một đôi bản cách nhau 0,5 m. Khi rải vật
liệu cần đảm bảo đỉnh bản dẫn bê tông có khoảng 5 cm vật liệu bê tông để khi đầm

không trực tiếp nén lên trên bản dẫn bê tông mà gây phá hoại bản dẫn.



9



Hình 1.4: Kết cấu khe dẫn đập vòm RCC
1.2.1.2 CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG MgO TRONG XÂY DỰNG ĐẬP VÒM
a. Giới thiệu công nghệ bê tông MgO
Thí nghiệm trong phòng và thực tiễn công trình bê tông khối lớn thủy công đã
chỉ rõ, khi trong bê tông có một lượng MgO nhất định, sau khi đổ bê tông sẽ tự sinh
giãn nở thể tích. Quá trình giãn nở với co ngót nhiệt độ của bê tông cùng phát sinh
đồng thời, vì vậy đặc tính này đối với bê tông thủy công khối lớn có ràng buộc, có
thể dẫn đến tác dụng trung hoà hoặc bổ khuyết co ngót nhiệt độ, có lợi đối với
phòng ngừa phát sinh nứt nhiệt độ. Rất nhiều đập vòm bê tông ở Trung Quốc lợi
dụng đặc tính này của bê tông, loại trừ hoặc giản hóa biện pháp khống chế nhiệt
truyền thống của bê tông đồng thời đã nghiên cứu và thực tiễn trên đập vòm bê tông
kỹ thuật đổ liên tục không phân khe hoặc số lượng khe ít, giản hoá công nghệ thi
công bê tông, tăng nhanh tốc độ xây dựng đập. Nghiên cứu bổ khuyết giảm nhiệt
đập vòm dùng bê tông MgO bắt đầu từ năm 1973 trên đập vòm bê tông trọng lực
Baishan, nhưng mục đích thiết kế ban đầu chỉ lấy nó như là biện pháp bổ trợ, sử
dụng MgO có sẵn trong xi măng. Năm 1999, kỹ thuật bê tông MgO trộn ngoài đã
được nghiên cứu ứng dụng vào đập vòm Changsha và đã thu được thành quả nghiên
10

cứu to lớn. Bảng 1.3 thống kê đập vòm đã ứng dụng bê tông MgO ở Trung Quốc từ
năm 1999 đến nay.
Bảng 1.3: Thống kê đập vòm ứng dụng bê tông vi giãn nở MgO ở Trung Quốc

mấy năm gần đây
P
[8]
Tên đập
Chiều
cao (m)
Chiều
dài đỉnh
(m)
Lượng bê
tông
10P
3
PmP
3

Lượng
trộ
n MgO
(%)
Tình trạng
với loại
hình khe
Thời đoạn
đổ bê tông
Changsha
59,50
113,66
34,60
3,5~4,5

Không
phân khe
1~4/1999
Sha laohe
61,20
184,81
53,00
3,5~5,5
Không
phân khe
3~10/2001
Sanjiang
71,50
137,50
38,00
4,5
Khe dẫn
10/2002 ~
5/2003
Yu jianhe
81,00
214,18
110,0
3,0~4,0
Khe dẫn,
ngang
11/2003 ~
5/2004
Longshou
80,00

271,32
68,30
3,0~4,5
Khe dẫn,
biên

Bamei
53,50
125,00
38,00
5,5
Không
phân khe
2~7/2003
Changtan
53,00
124,00
29,00
5,5~5,75
Khe dẫn
4~12/2004
Luo jiaohe
81,00
195,60
96,00
5,0~5,5
Khe dẫn
1~10/2006
Ma caohe
69,50

142,10
38,00
6,0
Khe dẫn
1~11/2007
Lao jiangdi
67,00
128,00
65,00
5,9
Khe dẫn
12/2007 ~
10/2008
Huang
huazhai
108,00
253,40
285,0
2,5~3,0
Khe dẫn
1~10/2008
Từ bảng 1.3 có thể thấy rằng, các đập vòm ứng dụng công nghệ bê tông MgO
đều là những đập vòm vừa và nhỏ (chiều cao đập nhỏ hơn 100m), lượng trộn MgO
trung bình là 4,5%, cao nhất đạt đến 6,0%. Các đập vòm thời kỳ đầu đều thử
11

nghiệm không phân khe, nhưng qua tính toán phân tích mô phỏng chân thực và thực
tiễn công trình thấy rằng lượng giãn nở của MgO trộn ngoài không có khả năng
hoàn toàn bổ khuyết ứng suất nhiệt của đập, nếu không dùng biện pháp công trình
đập vẫn có khả năng phát sinh nứt. Vì thế đối với các đập cao sau này sử dụng công

nghệ bê tông MgO đều bố trí thêm một số ít khe dẫn nứt để nâng cao an toàn công
trình.
b. Thiết kế thành phần bê tông MgO
Thực tiễn công trình chứng minh, lựa chọn tối ưu tỉ lệ cấp phối bê tông thi công
là cải thiện tính năng của bê tông, làm dung hoà biến hình co ngót bê tông với biến
hình giãn nở của MgO có trong bê tông, đạt được hiệu quả thiết kế bổ khuyết ứng
suất, là biện pháp quan trọng bảo đảm chất lượng công trình.
- Nguyên tắc thiết kế tỉ lệ cấp phối bê tông
Nguyên tắc thiết kế tỉ lệ cấp phối bê tông MgO trộn ngoài là lựa chọn vật liệu
hợp lý và kinh tế đảm bảo cường độ yêu cầu và các tính năng bền của bê tông.
Thông thường cần dựa vào các điều kiện đặc điểm công trình, yêu cầu thiết kế,
phương pháp thi công và môi trường hiện trường…, xem xét đầy đủ đặc điểm kỹ
thuật đổ tốc độ nhanh bê tông MgO trộn ngoài, với yêu cầu thoả mãn tổng hợp tính
năng biến hình, cường độ, tính bền, tính ôn hoà…của bê tông, cần giảm tối đa đơn
giá m
P
3
P bê tông, tiết kiệm chi phí công trình.
- Các bước thiết kế tỉ lệ cấp phối bê tông
Thiết kế thành phần bê tông MgO cần thực hiện theo các bước sau đây:
+ Lựa chọn độ sụt và cường độ yêu cầu
+ Lựa chọn kích thước lớn nhất của cốt liệu
+ Lựa chọn lượng cốt liệu thô
+ Thiết lập lượng nước và hàm lượng khí chứa trong bê tông
+ Lựa chọn tỷ lệ nước/chất kết dính
+ Tính toán lượng chất kết dính (xi măng + phụ gia khoáng) cần thiết
+ Tính toán lượng xi măng cần thiết
+ Tính tỉ lệ c
ủa hỗn hợp bê tông khi chưa kể phụ gia
12

+ Tính tỉ lệ của hỗn hợp bê tông có cả phụ gia
Tiến hành trộn mẫu thử cho mỗi cấp phối đã tiến hành thiết kế từ bước 1 đến
bước 9.
Điều chỉnh thành phần bê tông để đạt được độ lưu động yêu cầu
Lựa chọn hỗn hợp tối ưu nhất đạt cường độ yêu cầu và các yêu cầu kỹ thuật khác
Bảng 1.4 cung cấp tỉ lệ cấp phối của một vài công trình đập vòm đã được xây
dựng sử dụng MgO trộn ngoài.
Bảng 1.4: Bảng tỉ lệ cấp phối chủ yếu bê tông MgO trộn ngoài đã xây dựng
P
[8]
C.trình
V.trí
hoặc
mùa
Nước
Nước
/
Chất
kết
dính
Tổng
VL
kết
dính
/kg
Lượng
dùng
XM
/kg

Phụ
gia
khoáng
/kg
Lượng
trộn
MgO
/(%)
Cát
/(%)
Cấp
phối
Changsha
Nền
152
0.55
276
193
83
2.5
30
3
Giữa
99
0.52
190
150
40
3.5
27

3
Trên
105
0.49
205
145
60
4.5
28
3
Bamei
Toàn
bộ
126
0.55
229
183
46
5.0~5.5
27
3
Sha laohe
Xuân
95
0.53
179
125
54
4.0
23

4
Hạ
95
0.53
179
107
72
5.0
22
4
Đối với điều kiện khí hậu của Việt Nam và tỉnh Quảng Đông-Trung Quốc là gần
như giống nhau, vì vậy có thể tham khảo tỉ lệ cấp phối bê tông MgO cho vùng
Quảng Đông-Trung Quốc áp dụng cho Việt Nam (xem bảng 1.5).
Bảng 1.5: Tỉ lệ cấp phối bê tông MgO thích hợp cho vùng Quảng Đông – Trung Quốc
Cấp
phối
Lượng
dùng
nước /kg
N /
CKD
Tổng
VL kết
dính /kg
Lượng
dùng XM
/kg
Phụ gia
khoáng
/kg

Lượng
trộn
MgO
Cát
/(%)
4
110
0.55
200
160
40
Theo TK
23
3
125
0.55
227
181
46
Theo TK
27
13

c. Khống chế lượng trộn MgO
MgO trong xi măng từ trước đến nay đều xem là thành phần có hại và bị dùng
hạn chế, thông thường cho rằng lượng trộn MgO không nên vượt quá 5%. Nguyên
nhân chính là: thứ nhất, giãn nở quá độ cục bộ bê tông làm phá vỡ kết cấu; thứ hai,
giãn nở của nó khó khống chế. Thông qua mấy chục năm tích luỹ tài liệu thí nghiệm
trong phòng và ứng dụng công trình, thời kỳ giãn nở chủ yếu của nó cơ bản có thể
xác định, tổng lượng giãn nở là có hạn. Trong thi công cũng có khả năng khống chế

hữu hiệu, ngăn ngừa xuất hiện hiện tượng giãn nở quá độ cục bộ. Vấn đề tăng nhiệt
thủy hoá của kết cấu bê tông thủy công khối lớn rất quan trọng, tăng nhiệt trong thời
kỳ ngắn sau khi hoàn thành đổ bê tông đến điểm cao nhất sau đó bắt đầu giảm chậm
xuống đến bằng với nhiệt độ môi trường, khi đó bê tông tương ứng sẽ phát sinh co
ngót. Quá trình giãn nở thể tích tự sinh trong bê tông lý tưởng là với co ngót giảm
nhiệt của bê tông phát sinh đồng thời, nhưng trong công trình thực tế là không thể
thực hiện. Tương đối mà nói, chúng chỉ có khả năng tác dụng bổ khuyết. Nhưng
hiện nay quy phạm hạn chế lượng trộn là 5%, thực tiễn công trình thấy rằng dưới
mức độ lượng trộn hiện nay, lượng giãn nở thực tế thu được khó hoàn toàn bổ
khuyết co ngót giảm nhiệt. Vì vậy cần phải nghiên cứu nâng cao lượng trộn MgO.
d. Một vài vấn đề cần lưu ý khi áp dụng công nghệ bê tông MgO xây dựng đập vòm
Tính năng vật lý của MgO cần được tiến hành thí nghiệm và lựa chọn rất nghiêm
ngặt cho phù hợp từng loại xi măng và tro bay. Cần coi trọng lựa chọn tối ưu
nguyên vật liệu và khống chế chất lượng thi công hiện trường.
Thiết kế kết cấu đập cần suy xét đầy đủ điều kiện khí hậu phạm vi công trình, khi
MgO bổ khuyết không đủ nên phân khe hoặc dùng biện pháp kết cấu khác.
Xây dựng đập vòm dùng phương pháp thi công tốc độ nhanh, tình trạng ứng suất
có khác với đập vòm bê tông dùng phương pháp thi công thông thường, ngoài dựa
vào phương pháp phân tải dầm vòm vẫn cần sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn
ba chiều tiến hành phân tích ứng suất.
Dưới mức độ nghiên cứu hiện nay, điều kiện khí hậu các vùng có sai khác, một
vài biện pháp khống chế nhiệt truyền thống không nên loại bỏ toàn bộ.
14

Hạng mục quan trắc đập vòm cần tiến hành khi thi công để khi cần thiết có thể
tiến hành điều chỉnh sửa chữa.
Đối với công trình quy mô lớn, điều kiện khí hậu kém, thời gian xây dựng đập
vòm dài cần phải tiến một bước nghiên cứu sâu.
1.2.1.3 CÔNG NGHỆ RFC TRONG XÂY DỰNG ĐẬP VÒM
a. Khái niệm công nghệ RFC

RFC là một loại phương thức thi công bê tông mới (do các chuyên gia ở Đại học
Thanh hoa Trung Quốc đề xuất), sau khi trực tiếp đổ đá vào hiện trường, đổ SCC,
lợi dụng tính năng lưu động cao của SCC, khiến cho SCC tự chảy, lấp đầy trong các
lỗ rỗng khối đá, hình thành bê tông chỉnh thể, đặc chắc, có cường độ khá cao (hình
1.5). Sử dụng RFC tiến hành đổ bê tông khối lớn có ưu điểm chủ yếu dưới đây: Thứ
nhất, tốc độ thi công nhanh, chất lượng đảm bảo. Do không có quá trình đầm, công
nghệ đơn giản, có thể nâng cao tốc độ thi công rất nhiều, khống chế chất lượng cũng
tương đối dễ dàng, chất lượng thi công dễ bảo đảm; Thứ hai, cường độ và tính bền
cao. SCC là một loại bê tông tính năng cao, đặc tính cường độ cao, bền vững đã
được kiểm chứng. Trên thực tế RFC chính là SCC bao hàm cốt liệu siêu lớn, vì vậy
RFC cũng có cường độ khá cao. Tính đặc chắc và cường độ của RFC đã được kiểm
nghiệm trong phòng thí nghiệm và ứng dụng trong công trình thực tế; Thứ ba, tiết
kiệm giá thành. Sau khi trực tiếp đổ đá vào hiện trường, tỉ lệ lỗ rỗng thông thường
là 40%~50%. Vì vậy lượng dùng SCC trong đơn vị thể tích RFC chỉ khoảng 45%,
lượng dùng xi măng ít; Thứ tư, nhiệt thuỷ hoá tăng khá thấp, khống chế nhiệt tương
đối dễ dàng, biện pháp khống chế nhiệt đơn giản.

Hình 1.5: SCC lấp đầy khối đá đổ hình thành RFC
15

b. Quá trình thi công RFC
Quá trình thi công RFC bao gồm 6 bước chủ yếu:
- Lựa chọn đá đổ: Lựa chọn đá nghiền có đường kính không nên nhỏ hơn 20cm,
dựa vào năng lực vận chuyển với rải đá có thể tận dụng hết khả năng đá khối lớn.
- Dọn dẹp mặt bằng công tác và rửa sạch khối đá: Xử lý khối đá mặt bê tông
công tác chỉ cần thoả mãn yêu cầu bình thường, bảo đảm hàm lượng bùn đất không
vượt quá tiêu chuẩn cho phép, không yêu cầu đặc biệt.
- Chống đỡ ván khuôn hoặc xây tường đá: So với chống đỡ ván khuôn bê tông
thường thì cần chặt chẽ hơn, cần bảo đảm tính ổn định, độ cứng và độ khít tốt hơn.
Nếu không có yêu cầu đặc biệt về bề mặt bê tông thì có thể sử dụng tường đá xây

vữa để thay thế ván khuôn, phương pháp này có khả năng giải quyết tốt hơn vấn đề
độ cứng, cường độ với độ khít của ván khuôn.
- Đổ đá vào khối đổ: Đổ đá vào khối đổ hình thành khối đá đổ tự nhiên là có thể được,
nếu dùng nhân công đổ đá thì độ đặc chắc có thể tăng lên nhưng giá thành tăng cao.
- Sản xuất SCC và đổ vào hiện trường: Sử dụng trạm trộn để sản xuất SCC, vận
chuyển và đổ vào hiện trường, không cần đầm vẫn có thể đặc chắc.
- Thực hiện thi công tuần hoàn liên tục nhiều lớp đổ: Độ cao mỗi lớp đổ RFC
không nên vượt quá 150cm, nhưng đủ khả năng thi công tuần hoàn liên tục, tức là
trong thời gian 4 gi
ờ sau khi hoàn thành đổ RFC lớp đầu tiên tuần tự quá trình rải đá
và đổ SCC, dưới tình trạng năng lực đổ đá và sản xuất SCC được đảm bảo, có thể
thi công tuần hoàn liên tục, nâng cao rất nhanh độ cao công trình.
c. Tính năng kỹ thuật của RFC
Kỹ thuật RFC phát triển đến ngày hôm nay đã trải qua các loại kiểm chứng thí
nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường đều cho rằng SCC có thể lấp đầy rất
tốt các lỗ rỗng giữa khối đá đổ hình thành kết cấu đặc chắc, đồng thời RFC sau khi
cứng hoá có tính năng cơ học và tính bền tốt.
Thông qua thí nghiệm so sánh khả năng chịu uốn và chịu cắt của hai loại kết cấu
dầm RFC và dầm SCC thấy rằng khả năng chịu lực của dầm RFC có phần nhỉnh
hơn dầm SCC, xem bảng 1.6. Vì vậy RFC có thể thay thế SCC trong kết cấu thực tế.