nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất

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
Nguyễn Duy Hưng












MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ
VIỆC XÁC ĐỊNH MẶT CẮT ĐẬP 3

1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở Việt Nam. 3

1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới 3

1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 7

1.2. Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực. 9

1.3.Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập 10

1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đất 10

1.3.2.Một số khái niệm về động đất 11

1.3.3. Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập 13

1.4. Về các chỉ tiêu thiết kế đập bê tông 14

1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 14

CHƯƠNG 2 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT HỢP LÝ CỦA
ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 15

2.1.Các tiêu chí để xác định mặt cắt hợp lý. 15

2.1.1. Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: 15

2.2.Tính toán đập có mặt cắt cơ bản hình tam giác 16

2.2.1. Hình dạng mặt cắt cơ bản
[8]
16

2.2.2. Xác định bề rộng đáy mặt cắt hình tam giác 17

2.3.Xác định các thông số của mặt cắt hình đa giác 20

2.3.1. Dạng mặt cắt đa giác
[8]
20

2.3.2.Các bước xác định mặt cắt kinh tế của đập bê tông trọng lực. 21

2.4.Áp dụng tính cho các đập có chiều cao khác nhau. 22

2.4.1. Xác định phạm vi nghiên cứu. 22

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

4.2.2.Mặt cắt thực tế 72

4.3.Kiểm tra an toàn của đập khi có động đất theo các phương án 72

4.3.1.Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 72

4.3.2.Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ. 78



4.3.3.Nhận xét các kết quả tính toán 80

4.4.Kết luận chương 4 83

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 84

1. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 84

2. MỘT SỐ ĐIỂM CÒN TỒN TẠI 85

3. HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 85





















DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng thống kê một số đập bê tông được xây dựng ở Việt Nam 7
Giai đoạn trước năm 1945 7
Bảng 1-2: Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất
[6]
12
Bảng 1-3: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất

[5]
13
Bảng 2.1 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,5 và chiều cao h 24
Bảng 2.2 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,6 và chiều cao h 24
Bảng 2.3 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,7 và chiều cao h 25
Bảng 2.4 : Bề rộng đáy mặt cắt đập ứng với f = 0,8 và chiều cao h 25
Bảng 2.5 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,5 và chiều cao h 29
Bảng 2.6 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,6 và chiều cao h 29
Bảng 2.7 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,7 và chiều cao h 29
Bảng 2.8 : Thông số mặt cắt đập ứng với f = 0,8 và chiều cao h 30
Bảng 3.1: Thông số mặt cắt của đập dạng tam giác 48
Bảng 3.2: Thông số mặt cắt cơ bản của đập dạng đa giác 49
Bảng 3.3: Bảng gia tốc nền tương ứng với động đất
[7]
50
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
Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán ổn định, trượt, lật, và ứng suất theo TCVN 77
Bảng 4.6: Bảng gia tốc nền tương ứng với động đất 78
Bảng 4.7: Các đặc tính vật liệu và nền theo tiêu chuẩn Mỹ 79
Bảng 4.8. Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 80
Bảng 4.9: Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ 80
Bảng 4-10 : Bảng so sánh kết quả tính toán 82








DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) 3
Hình 1.2 : Đập Grande Dixence nhìn từ hạ lưu 4
Hinh 1.3 : Toàn cảnh đập Tam Hiệp 5
Hình 1.4 : Toàn cảnh đập Itaipu 5
Hình 1.5 : Toàn cảnh đập Guri 6
Hình 1.6 : Toàn cảnh đập Tucurui. 6
Hình 1.7 : Toàn cảnh đập Sơn La nhìn từ hạ lưu 8
Hình 1.8 : Toàn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu 9
Hình 1.9 :Các dạng mặt cắt của đập bê tông trọng lực 10
Hình 1.10. Vết gãy trên tường chắn tại đập Tử Bình Bạc (Zipingpu) tại tỉnh Tứ
Xuyên – Trung Quốc 14
Hình 2.1: Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản dạng tam giác 16
Hình 2.2 : Mặt cắt đa giác dùng để tính toán 21
Hình 2.3 : Các đường quan hệ A, m, σ’
1
= f(n) ứng với một giá trị của ξ 21
Hình 2.4 : Tính toán chọn ξ, n, m của mặt cắt đa giác đập bê tông trọng lực 22
Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ n~f, h (với hệ số ma sát f ≥ 0,8 lấy n =0) 25
Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ B~h, f 26
Hình 2.7: Hình vẽ tính toán mặt cắt đa giác 27
Hình 2.8: Sơ đồ các lực tác dụng vào mặt cắt tính toán 27
Hình 3.1: Mặt cắt đập thủy điện Bản Vẽ 34
Hình 3.2: Mặt cắt đập thủy điện Sê San 4 34
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 S
a
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 km
2
. Tổng lượng dòng chảy trong năm 835 tỷ
m
3
. 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
nhiên của nước ta như đã nêu trên và nhu cầu dùng nước, nhu cầu phòng lũ thì
biện pháp xây dựng hồ chứa để điều tiết nước là biện pháp thủy lợi phổ biến và hiệu
quả. Nó đáp ứng đa mục tiêu, cung cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, cắt lũ cho
hạ lưu, phát điện, nuôi trồng thủy sản……
Theo con số thống kê của Bộ NN & PTNT năm 2002 cả nước có 1967 hồ
(dung tích mỗi hồ trên 2.10
5
m
3
). Trong đó 11 hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ
m
3
còn lại 1956 hồ thủy nông với dung tích 5,842 tỷ m
3
. Nếu chỉ tính hồ có dung
tích 1 triệu m
3
trở lên thì nước ta có 587 hồ có nhiệm vụ tưới là chính. Đa số các
đập được xây dựng ở nước ta sử dụng bằng vật liệu địa phương như đập đất, đập đá

đổ, đập đất đá hỗn hợp…… Đập đất là loại đập được xây đập sớm nhất và tới nay
vẫn còn được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm của nó. Ngoài ra đập bê tông,
bê tông cốt thép cũng là những loại đập được xây dựng phổ biến.
Đập bê tông đã được xây dựng từ rất lâu trên thế giới. Ở Việt Nam đập bê
tông được phát triển và xây dựng khá nhiều. Một số đập lớn đã, đang được xây
dựng như: Định Bình, Sông Tranh, Sơn La, Lai Châu….Việc tính toán chọn mặt cắt
cho đập là công việc quan trọng và có ảnh hưởng lớn tới sự làm việc của đập sau
này. Công việc tính toán đòi hỏi người thiết kế phải lựa chọn được các trường hợp
bất lợi, nguy hiểm để tính toán. Trong các trường hợp bất lợi thì trường hợp đập
chịu tác động của động đất là phức tạp và việc tính toán gặp nhiều khó khăn.


2

Ở nước ta, trong những năm gần đây thường xuyên xảy ra các trận động đất
nhỏ và vừa. Nhiều đập bê tông có chiều cao lớn được xây dựng trong vùng có động
đất như vùng Tây Bắc, vùng núi phía Tây Trung Bộ và Tây Nguyên. Chính vì vậy
việc tính toán thiết kế, lựa chọn mặt cắt cơ bản của đập bê tông trong vùng có động
đất là hết sức cần thiết.
2. Mục đích của Đề tài:
Nghiên cứu đưa ra được dạng và kích thước mặt cắt hợp lý cho đập bê tông
trọng lực xây dựng trong vùng có động đất, tương ứng với các chiều cao đập khác
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
xây dựng từ năm 1900 đến năm 2000 ta thấy thời kỳ xây dựng nhiều là những năm
1950. Đỉnh cao là năm 1970. Tình hình này cũng xảy ra tương tự ở vùng xây dựng

nhiều đập như ở Châu Á, Bắc Mỹ, Tây Âu.
Theo con số thống kê đập ở 44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15÷30m
chiếm 56.2%, đập cao hơn 30m chiếm 23.8%, đập cao hơn 150m chỉ có 0.1%.

Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000)


4

Một số đập bê tông trọng lực đã được xây dựng trên thế giới:
Đập Grande Dixence (Thụy sĩ) là đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới với
chiều cao lên tới 285m. Đập được xây dựng trên sông Dixence, một phụ lưu trên
thượng nguồn Rhône trong vùng núi Alpes phía tây nam Thụy sĩ, gần biên giới với
nước Pháp.

Hình 1.2 : Đập Grande Dixence nhìn từ hạ lưu
Đập Tam Hiệp (Trung Quốc) được xây dựng trên sông Dương Tử tại Tam Đẩu
Bình, Nghi Xương, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc.
Chiều cao đập: 185 m.
Chiều dài đập: 2.390 m
Hình thức: Đập bê tông trọng lực.
Tổng dung tích hồ: 38 tỷ m
3
.
Dung tích phòng lũ: 22,38 tỷ m
3
.
Diện tích mặt hồ: 13.000 km
2

Chiều dài hồ (theo sông): 660 km.
Số tổ máy phát điện: 26 tổ máy, công suất mỗi tổ 700 MW
Công suất phát điện thiết kế: 18.200 MW
Điện lượng: 84,3 tỷ kWh/năm.


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
văn của sông Đà Rằng. Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do các kỹ
sư Pháp thực hiện, xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa vào các
kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ phù hợp
với Việt Nam.
Giai đoạn từ năm 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một
só đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước
tưới, đập Đáy ở Sơn Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập
dâng An Trạch ở Quảng Nam….
Bảng 1.1 Bảng thống kê một số đập bê tông được xây dựng ở Việt Nam
Giai đoạn trước năm 1945
Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam
(Giai đoạn trước năm 1945)
TTT Tên Địa điểm xây dựng Năm xây dựng
1 Cầu Sơn Sông Thương-Bắc Giang 1902
2 Liễn Sơn Sông Phó Đáy 1914-1917
3 Bái Thượng Sông Chu- Thanh Hóa 1920
4 Thác Huống Sông Cầu- Thái Nguyên 1922-1929
5 Đồng Cam Sông Đà Rằng- Phú Yên 1925-1929
6 Đô Lương Sông Cả- Nghệ An 1934-1937
7 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 m
3
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
dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô cả về chiều cao và khối lượng bê tông
ngày một lớn hơn.
Một số đập bê tông trọng lực được xây dựng ở Việt Nam :
Đập Sơn La là đập bê tông trọng lực nằm trên dòng sông Đà tại địa phận xã
Ít Ong, huyện Mường La, tỉnh Sơn La.
Chiều cao đập: 138 m, Chiều dài đập: 1.000 m
Hình thức: Đập bê tông trọng lực, Tổng dung tích hồ: 9,26 tỷ m
3
.
Dung tích phòng lũ: 7 tỷ m
3
, Diện tích mặt hồ: 224 km
2

Số tổ máy phát điện: 6 tổ máy, công suất mỗi tổ 400 MW
Công suất phát điện thiết kế: 2400 MW
Điện lượng: 10,227 tỷ kWh/năm.

Hình 1.7 : Toàn cảnh đập Sơn La nhìn từ hạ lưu


9

Đập Bản Vẽ được xây dựng tại tỉnh Nghệ An.
Chiều cao đập: 137 m.
Chiều dài đập: 509 m
Hình thức: Đập bê tông trọng lực.
Tổng dung tích hồ:1,8 tỷ m
3
.
Số tổ máy phát điện: 2 tổ máy, công suất mỗi tổ 320 MW
Công suất phát điện thiết kế: 640 MW.

Hình 1.8 : Toàn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu
1.2. Hình dạng và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực.
Mặt cắt đập là phần giao cắt giữa thân đập và mặt phẳng thẳng đứng vuông
góc với trục đập. Ban đầu mặt cắt đập bê tông trọng lực có dạng hình thang hoặc
hình chữ nhật. Ngày nay, việc áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào thiết kế, thi
công đập bê tông trọng lực mặt cắt các đập đã được thiết kế dạng hình cong hoặc đa
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….
a) b) c)
d) e) f)


g) h) i) k)
Hình 1.9 :Các dạng mặt cắt của đập bê tông trọng lực
1.3.Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập
1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đất
Động đất hay địa chấn là sự rung động mạnh mẽ của vỏ quả đất dưới dạng các
dao động đàn hồi. Động đất có nhiều nguyên nhân: nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh.
-Nội sinh: liên quan đến vận động phun trào núi lửa, do sập đổ trần các hang
động ngầm, do sự cọ xát của các mảng thạch quyển đại dương đang bị hút chìm
xuống dưới một mảng khác, do hoạt động đứt gãy địa chấn bên trong các mảng lục địa.


11

-Ngoại sinh: do thiên thạch va chạm vào trái đất, các vụ trượt lở đất đá với
khối lượng lớn.
-Nhân sinh: do các vụ thử hạt nhân ngầm dưới đất, các hoạt động xây dựng
hồ chứa làm mất cân bằng trọng lực môi trường, do bơm hút nước ngầm, khí đốt
gây sụp đổ ngầm dưới đất.
Động đất ở Việt Nam thuộc kiểu do hoạt động của đứt gãy tạo ra, đều có

chấn tiêu (tâm phát sinh động đất) nông, thường ít sâu quá 20km. Nước ta không có
núi lửa đang hoạt động, nằm rất xa các đới hút chìm và đới dồn mảng nên không có
kiểu động đất liên quan đến cấu trúc này như ở Nhật Bản, Philipin, Inđônêxia, hay
vùng núi Himalaya.
1.3.2.Một số khái niệm về động đất
1.3.2.1. Chấn tâm, chấn tiêu.
-Nơi phát sinh dịch chuyển của động đất được gọi là chấn tiêu (hoặc lò động
đất). Hình chiếu của chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm của động đất.
- Độ sâu chấn tiêu H là khoảng cách từ chấn tiêu lên mặt đất , tức là khoảng
cách giữa chấn tiêu và chấn tâm. Khoảng cách chấn tiêu là khoảng cách từ một
điểm bất kỳ trên mặt đất đến chấn tiêu (còn gọi là tiêu cự, ký hiệu là ∆). Khoảng
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 <60Km, chấn tiêu nông <15Km. Chấn tiêu sâu
nhất đo được là 720Km ở Florida (Mỹ). Động đất có sức tàn phá lớn nhất là động
đất chấn tiêu nông, toàn bộ năng lượng được giải phóng là 75% năng lượng đàn hồi
tích lũy.
1.3.2.2. Biểu đồ động đất
Biểu đồ ghi lại chuyển động nền theo thời gian được gọi là biểu đồ động đất
bao gồm các loại biểu đồ: chuyển vị (mm), gia tốc (m/s
2
), vận tốc (m/s). Biểu đồ


12

động đất là các tài liệu quan trọng để đánh giá tính chất của một trận động đất đồng
thời là số liệu để suy ra các thông số quan trọng trong thiết kế kháng chấn.
1.3.2.3. Thang động đất và cấp động đất.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều thang động đất, nhưng phổ biến nhất vẫn
là các thang đo cơ bản sau:
Thang Richter: đo độ lớn hay mức năng lượng mà động đất phát ra, được
tính bằng Magnitude (M). Một Magnitude bằng một độ Richter.
Cường độ động đất được đặc trưng bởi trị số gia tốc địa chấn a, mô tả hiện
tượng động đất thông qua chuyển vị, gia tốc, vận tốc của mặt đất khi động đất đi
qua, xác định theo cấp động đất đại diện là các thang: MMI (12 cấp), MSK (12
cấp), JMA (8 cấp)
Theo thang quốc tế MSK con người không thể nhận biết chấn động cấp 1-2,
cấp 3-4 sẽ gây rung động nhẹ và cấp 6-7 làm chao đảo mặt đất, chấn động cấp 7 trở
lên sẽ gây thiệt hại lớn.
Bảng 1.2: Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất
[7]

Cấp động
đất MSK
Magnitude JMA Merkaly
Năng lượng
E (Jun)
Cấp năng
lượng KD
I 1.60 1.0 1 10
7.2
7.20
II 3.80 1.00 2 10
10.5
10.50
III 4.20 1.67 3 10
11.1
11.10

IV 4.60 2.33 4 10
11.7
11.70
V 4.80 3.00 5 10
12
12.00
VI 5.30 3.67 6 10
12.75
12.75
VII 5.60 4.33 7 10
13.2
13.20
VIII 5.90 5.00 8 10
13.65
13.65
IX 6.30 5.67 9 10
14.25
14.25
X 6.60 6.33 10 10
14.7
14.70
XI 6.90 7.00 11 10
15.15
15.15
XII 7.30 7.00 12 10
15.75
15.75


13

1.3.2.4. Gia tốc cực đại
Gia tốc cực đại của một trận động đất là gia tốc lớn nhất của chuyển động
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]

Thang MSK-64 Thang MM
Cấp động
đất
Đỉnh gia tốc nền (a) g
Cấp động
đất
Đỉnh gia tốc nền (a) g
V 0,012-0,03 V 0,03-0,04
VI >0,03-0,06 VI 0,06-0,07
VII >0,06-0,12 VII 0,10-0,15
VIII >0,12-0,24 VIII 0,25-0,30
IX >0,24-0,48 IX 0,50-0,55
X >0,48 X >0,60
1.3.3. Ảnh hưởng của động đất đến ổn định và độ bền của đập
- Khi xảy ra động đất, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền phải chịu các lực
kéo, nén, xoắn. Kết quả, nền có thể bị lún, nứt, hoặc bị phá hoại hoàn toàn không
đảm bảo cường độ, dẫn tới phát sinh các vết nứt trong đập, hoặc làm cho đập bị

nghiêng, chuyển vị về phía hạ lưu. Tất cả các hiện tượng trên làm cho đập bị mất ổn
định và bị hư hỏng.
- Khi động đất xảy ra, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền chưa bị phá hoại,
cường độ vẫn đảm bảo nhưng đập và nền sẽ xuất hiện các phản ứng (chuyển vị, vận
tốc, gia tốc). Như vậy ứng suất, chuyển vị của đập sẽ bị thay đổi dẫn tới vượt quá
các trị số ứng suất, chuyển vị tĩnh trước lúc xảy ra động đất. Khi vượt quá ứng suất,
chuyển bị giới hạn cho phép thì đập sẽ bị mất ổn định và phá hoại.


14

Ngoài ra còn có một số tác động làm ảnh hưởng tới ổn định và độ bền của
đập khi xảy ra động đất. Áp lực nước, sóng phía thượng lưu tăng thêm do động đất,
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.
2.1.1. Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật:
2.1.1.1. Yêu cầu về độ bền
Trong tính toán xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực, đảm bảo
yêu cầu về cường độ là vấn đề rất quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp tới sự làm
việc an toàn của đập, nếu cường độ vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ làm cho công
trình bị phá hoại. Tiêu chuẩn để xác định độ bền của vật liệu bê tông là cường độ
kéo và nén giới hạn (R
k
, R
n
). Tuy nhiên, vật liệu bê tông có khả năng chịu nén lớn

hơn nhiều so với chịu kéo, nên điều kiện bền thường do ứng suất kéo quyết định.
Trong tính toán, cần phải xét đến các trường hợp làm việc khác nhau của
đập. Ví dụ khi hồ đầy nước thì ứng suất kéo xuất hiện ở biên thượng lưu đập, còn
khi mới thi công xong và có động đất thì ứng suất kéo có thể xuất hiện ở biên hạ lưu
2.1.1.2 Yêu cầu về ổn định
Đảm bảo về ổn định chống trượt: Do điều kiện làm việc là thường xuyên
chịu tác dụng của áp lực nước đẩy ngang rất lớn, nên đập bê tộng trọng lực có thể bị
mất ổn định, lật, đẩy nổi. Ở đây xét các đập bê tông có chiều cao lớn (trên 60m),
nên điều kiện chống đẩy nổi được đảm bảo. Với đập bê tông trên nền đá, khi khống
chế ứng suất ở thượng và hạ lưu ở các mặt cắt ngang không vượt quá ứng suất cho
phép trong điều kiện làm việc bình thường thì điều kiện lật sẽ không xảy ra. Do đó
khả năng mất ổn định đầu tiên cần xem xét là trượt theo mặt nào đó. Có thể mặt tiếp
giáp giữa đập và nền, mặt nằm trong nền, hay trong đập. Khi tính toán cần căn cứ
vào các trường hợp làm việc cụ thể của hồ chứa, chỉ tiêu cơ lý của địa chất, và các
điều kiện khác để đảm bảo điều kiện ổn định về chống trượt.


16

2.1.1.3. Yêu cầu về kinh tế
Ngoài đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật còn phải đảm bảo yêu cầu khối lượng,
chi phí xây dựng là nhỏ nhất. Ngày nay có nhiều nghiên cứu cải tiến mặt cắt đập bê
tông trọng lực, mục tiêu chung của các nghiên cứu là nâng cao độ an toàn cho đập
và giảm khối lượng xây dựng đập. Từ yêu cầu trên mà hình dạng mặt cắt đập bê
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<1, tính toán với trường mực nước thuợng lưu ngang đỉnh đập, hạ
lưu không có nước. Tải trọng tính toán bao gồm trọng lượng bản thân G; áp lực
nước nằm ngang và thẳng đứng tác dụng lên mái thượng lưu đập là W1, W2; áp lực
thấm tác dụng lên đáy đập W
th
; được thể hiện chi tiết như hình 2-1.

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản dạng tam giác
Mặt cắt cơ bản được tính toán theo ba điều kiện.