TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG

1

MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................6
T
0

T
0

2. Mục đích của đề tài ............................................................................................6
T
0

T
0

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................................6
T
0

T
0

3.1. Cách tiếp cận ................................................................................................6
T
0

T
0

3.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................6
T
0

T
0

4. Kết quả đạt được ................................................................................................7
T
0

T
0

Chương 1 .....................................................................................................................8
T
0

T
0

TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG...........................................8
T
0

T
0

1.1. Khái niệm chung về đập CFRD và sự phát triển của nó trên thế giới và Việt
T

0

Nam .............................................................................................................................8
T
0

1.1.1. Tình hình xây dựng đập CFRD trên thế giới ............................................8
T
0

T
0

1.1.2. Tình hình xây dựng đập CFRD ở Việt Nam ...........................................12
T
0

T
0

1.1.3. Phân loại đập CFRD ...............................................................................14
T
0

T
0

1.1.4. Cấu tạo các bộ phận của đập CFRD .......................................................16
T
0

T
0

1.1.5. Điều kiện xây dựng đập CFRD...............................................................18
T
0

T
0

1.1.6. Vật liệu xây dựng đập .............................................................................18
T
0

T
0

1.1.7. Công nghệ thi công đập CFRD ...............................................................21
T
0

T
0

1.1.8. Ưu, nhược điểm của đập CFRD .............................................................22
T
0

T

0

1.1.9. Vấn đề ổn định trượt ...............................................................................23
T
0

T
0

1.1.10. Vấn đề thấm ..........................................................................................23
T
0

T
0

1.1.11. Vấn đề ứng suất, biến dạng ...................................................................24
T
0

T
0

1.2. Đặc điểm của bản mặt và những yêu cầu kỹ thuật của nó trong xây dựng
T
0

đập CFRD..................................................................................................................24
T
0

1.2.1. Đặc điểm của bản mặt bê tông ................................................................24
T
0

T
0

1.2.2. Những yêu cầu kỹ thuật ..........................................................................25
T
0

T
0

1.3. Ứng xử thực tế của bản mặt, các hiện tượng hư hỏng và các giải pháp nâng
T
0

cao an toàn cho bản mặt ............................................................................................26
T
0

1.3.1. Ứng xử thực tế của bản mặt ....................................................................26
T
0

T
0

2

1.3.2. Các hiện tượng hư hỏng của bản mặt .....................................................31
T
0

T
0

1.3.3. Các giải pháp nâng cao an toàn cho bản mặt ..........................................40
T
0

T
0

Chương 2 ...................................................................................................................44
T
0

T
0

TÍNH TOÁN BẢN MẶT ..........................................................................................44
T
0

T
0

2.1. Phương pháp tính ứng suất và biến dạng bản mặt ........................................44
T
0

T
0

2.1.1. Tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn ...........................44
T
0

T
0

2.1.2. Trình tự giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn ....................46
T
0

T
0

2.1.3. Sơ lược giới thiệu về phần mềm SAP2000.............................................46
T
0

T
0

2.1.4. Tính toán bản mặt của đập đá đổ bản mặt bê tông bằng phương pháp

T
0

PTHH ........................................................................................................................51
T
0

Chương 3 ...................................................................................................................52
T
0

T
0

ỨNG DỤNG TÍNH BẢN MẶT CỦA ĐẬP CFRD TRONG CÔNG TRÌNH THỦY
T
0

ĐIỆN XÊKAMAN 3 .................................................................................................52
T
0

3.1. Nhiệm vụ và quy mô công trình ...................................................................52
T
0

T
0

3.1.1. Nhiệm vụ của công trình .........................................................................52

T
0

T
0

3.1.2. Quy mô công trình ..................................................................................53
T
0

T
0

3.2. Hình thức kết cấu bản mặt ............................................................................55
T
0

T
0

3.3. Trường hợp tính toán ....................................................................................56
T
0

T
0

3.3.1. Tiêu chuẩn tính toán ...............................................................................56
T
0

T
0

3.3.2. Mô hình tính toán ....................................................................................56
T
0

T
0

3.3.3. Các chỉ tiêu cơ lý ....................................................................................57
T
0

T
0

3.3.4. Trường hợp tính toán ..............................................................................58
T
0

T
0

3.3.5. Kết quả tính toán .....................................................................................58
T
0

T

0

3.4. Nhận xét ........................................................................................................65
T
0

T
0

Chương 4 ...................................................................................................................66
T
0

T
0

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................66
T
0

T
0

4.1. Những kết quả đạt được của luận văn ..........................................................66
T
0

T
0

4.2. Kiến nghị và tồn tại ......................................................................................66
T
0

T
0

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................67
T
0

T
0


3

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Đập Bê tông bản mặt (CFRD) Shuibuya – Trung Quốc, cao 233m .........10
TU
0

T
0
U

Hình 1.2: Đập Cirata – Indonesia – cao 125m .........................................................10
TU
0

T
0
U

Hình 1.3: Đập Zipingpu – Trung Quốc, cao 156m .................................................11
TU
0

T
0
U

Hình 1.4: Đập Foz Do Areia – Brazil, cao 160m .....................................................11
TU
0

T
0
U

Hình 1.5: Thi công bản mặt đập Tuyên Quang ........................................................12
TU
0

T
0
U

Hình 1.6: Thi công đợt 1 bản mặt bê tông đập Cửa Đạt ..........................................13
TU

0

T
0
U

Hình 1.7: Thượng lưu đập Rào Quán .......................................................................13
TU
0

T
0
U

Hình 1.8: Mặt cắt ngang điển hình đoạn lòng sông- Cửa Đạt .................................13
TU
0

T
0
U

Hình 1.9: Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng đá cứng ...............................................14
TU
0

T
0
U

Hình 1.10: Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng cuội sỏi .............................................15
TU
0

T
0
U

Hình 1.11:Mặt cắt ngang điển hình của CFRD .........................................................16
TU
0

T
0
U

Hình 1.12: Cấu tạo chi tiết chân thượng lưu đập ......................................................18
TU
0

T
0
U

Hình 1.13:Kết quả quan trắc lún của đập Tây Bắc Khẩu ..........................................27
TU
0

T
0

U

Hình 1.14:Kết quả quan trắc độ võng bản mặt của đập Tây Bắc Khẩu ....................28
TU
0

T
0
U

Hình 1.15:Chuyển vị và mô men uốn của bản mặt của đập Uhe Machadinho .........29
TU
0

T
0
U

Hình 1.16:Kết quả tính toán xác định vùng thoát không của bản mặt đập Thiên Sinh
TU
0

Kiều ...........................................................................................................................30
T
0
U

Hình 1.17:Các khu vực bị "thoát không" của bản mặt đập Thiên Sinh Kiều ...........30
TU
0

T
0
U

Hình 1.18:Nứt bản mặt của đập Tây Bắc Khẩu ........................................................32
TU
0

T
0
U

Hình 1.19:Nứt bản mặt của đập Thiên Sinh Kiều (các vết nứt đã được xử lý) ........32
TU
0

T
0
U

Hình 1.20:Nứt bản mặt đổ đợt 1 của đập Thủy Bố Ô ...............................................33
TU
0

T
0
U

Hình 1.21: Nứt bản mặt của đập Aguamilpa (đường nét đậm) .................................33

TU
0

T
0
U

Hình 1.22:Nứt dẫn đến sập gẫy bản mặt của đập Campos Novos ............................33
TU
0

T
0
U

Hình 1.23:Quá trình mực nước và lún của đập Campos Novos từ 2005 đến 2007 ..34
TU
0

T
0
U

Hình 1.24:Lún, chuyển vị ngang của thân đập và độ võng của bản mặt ..................36
TU
0

T
0
U

Hình 1.25:Các khu vực bị "thoát không" của bản mặt đập Thiên Sinh Kiều ...........38
TU
0

T
0
U

Hình 1.26:Áp lực nước trong hồ tác dụng vào bản mặt thời kỳ vận hành ................38
TU
0

T
0
U


4

Hình 1.27:Bản mặt của đập Châu Thụ Kiều (78m) bị sập gãy khi chịu áp lực nước
TU
0

T
0
U

...................................................................................................................................39
Hình 1.28:Phồng bản mặt đổ đợt 1 của đập Thuỷ Bố Ô về t/lưu khi đắp tiếp thân

TU
0

đập .............................................................................................................................39
T
0
U

Hình 1.29:Áp lực nước trong thân đập tác dụng vào bản mặt thời kỳ thi công ........40
TU
0

T
0
U

Hình 1.30:Bố trí cốt thép hai lớp cho bản mặt đập Cửa Đạt .....................................42
TU
0

T
0
U

Hình 2.1: Cửa sổ khai báo vật liệu ............................................................................48
TU
0

T
0

U

Hình 2.2: Cửa sổ khai báo tiết diện ...........................................................................49
TU
0

T
0
U

Hình 2.3: Cửa sổ khai báo tải trọng ..........................................................................49
TU
0

T
0
U

Hình 2.4a, b, c: Biểu diễn kết quả chuyển vị, ứng suất, nội lực ...............................50
TU
0

T
0
U

Hình 2.5: Mô hình tính toán ......................................................................................51
TU
0

T
0
U

Hình 3.1: Mặt cắt đập điển hình ................................................................................55
TU
0

T
0
U

Hình 3.2: Mặt bằng các tấm bản mặt ........................................................................56
TU
0

T
0
U

Hình 3.3: Mô hình đập và nền ...................................................................................57
TU
0

T
0
U

Hình 3.4: Ứng suất S11(T/m2)..................................................................................59
TU

0

T
0
U

Hình 3.5: Ứng suất S22(T/m2)..................................................................................60
TU
0

T
0
U

Hình 3.6:Chuyển vị theo phương đứng (m) ..............................................................61
TU
0

T
0
U

Hình 3.7: Chuyển vị theo phương ngang (m) ...........................................................62
TU
0

T
0
U

Hình 3.8: Chuyển vị theo phương ngang do áp lực nước (m) ..................................63
TU
0

T
0
U

Hình 3.9: Biểu đồ moment của bản mặt ...................................................................64
TU
0

T
0
U


5

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số đập đá đổ bản mặt bê tông cao trên 100m trên thế giới ................9
TU
0

T
0
U

Bảng 1.2: Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất nền .................................15
TU

0

T
0
U

Bảng 1.4: Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập ..............................20
TU
0

T
0
U

Bảng 1.5: Hệ số mềm hoá cho phép của vật liệu đá .................................................20
TU
0

T
0
U

Bảng 1.6: Độ lún của một số dập trên thế giới..........................................................37
TU
0

T
0
U

Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất đá đắp đập và đất nền ...................................57
TU
0

T
0
U

Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý của bê tông bản mặt ...........................................................58
TU
0

T
0
U


6

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bản mặt của đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD – concrete face rockfill dam)
chỉ giữ vai trò chống thẩm lậu nước từ thượng lưu về hạ lưu, nhưng nếu bị nứt hoặc
sập gãy dẫn đến hình thành dòng thấm trong thân đập, cuốn trôi vật liệu đắp đập,
làm rỗng thân đập thì sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, thậm chí vỡ đập. Vì lí do
đó, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm tìm hiểu ứng xử thực tế của bản mặt,
những khác biệt so với nguyên lý thiết kế hiện tại, trên cơ sở đó tìm giải pháp nâng
cao độ an toàn cho bản mặt nói riêng và đập nói chung.
2. Mục đích của đề tài
- Tiếp cận các nghiên cứu hiện có để nắm được đầy đủ hơn về ứng xử thực tế

của bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông.
- Tìm hiểu và ứng dụng các phương pháp tính toán để phân tích ứng suất biến
dạng của bản mặt dưới tác động của các nguyên nhân bên ngoài.
- Tìm hiểu và đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn cho bản mặt.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận
- Thu thập và tìm hiểu các tài liệu liên quan ở trong và ngoài nước.
- Nghiên cứu hồ sơ thiết kế kỹ thuật 2 của đập đá đổ bản mặt bê tông trong
công trình thủy điện XêKaman 3 – CHDCND Lào và ứng dụng các kiến thức tiếp
thu được phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cho bản mặt của đập này. Bản mặt
và lớp đệp của đập được mô tả như hai loại vật liệu đặc tính khác nhau và coi như
liên kết với đập. Mô hình tính toán là tuyến tính.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu, đúc kết và nghiên cứu ứng dụng.
- Ứng dụng để tính toán cụ thể cho bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông trong
công trình thủy điện XêKaman 3.


7

4. Kết quả đạt được
Tổng kết được các nghiên cứu hiện có và ứng dụng được tính toán vào công
trình đập đá đổ bản mặt bê tông XêKaman 3. Kiến nghị giải pháp kết cấu nâng cao
an toàn cho bản mặt.


8

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG
1.1. Khái niệm chung về đập CFRD và sự phát triển của nó trên thế giới và
Việt Nam
1.1.1. Tình hình xây dựng đập CFRD trên thế giới
CFRD ( Concrete Face Rockfill Dams) có lịch sử phát triển từ rất lâu đời, loại
đập này lần đầu tiên được xây dựng ở California (Mỹ) vào năm 1960. Tuy nhiên
phải từ những năm 1980 trở đi kiểu đập này mới phát triển mạnh mẽ, do công nghệ
thi công đắp đá đầm nén phát triển. J.Barry Cooke là người đầu tiên nghiên cứu
loại đập bản mặt bê tông hiện đại vào năm 1984 và vào năm 1989 ICOLD đã có
những khuyến nghị về kiểu đập này. Từ đó loại đập này được nhiều nước mạnh dạn
áp dụng, nhất là Trung Quốc, Brazil, Úc, Mêhicô....Ở Châu Á đập đá đổ bản mặt bê
tông được áp dụng xây dựng cho nhiều công trình thủy lợi, thủy điện lớn ở Trung
Quốc. Trung Quốc đã có những nghiên cứu và thành công nhất định trong lĩnh vực
xây dựng loại đập này. Hiện nay đây là một trong các loại đập đang phát triển mạnh
nhất thế giới.
CFRD là loại đập cải tiến của đập đá đổ truyền thống ( thường được chống
thấm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là đất sét). Mái của đập loại này tương đối
dốc ( 1: 1,0 ÷ 1: 1,5) do đó tiết kiệm được một lượng lớn vật liệu đắp đập so với đập
đá đổ truyền thống. Đập CFRD thường áp dụng cho các loại đập cao ( H>40m) và
đặt trên nền đá. Việc thiết kế các đập CFRD ban đầu chủ yếu dựa trên kinh nghiệm
và được hiệu chỉnh dần dần. Đến nay việc thiết kế và thi công đập ngày càng hoàn
thiện hơn, đập cao và quy mô của công trình ngày càng lớn, phát triển thành một
loại hình đập mới, phong phú và có sức cạnh tranh. Đập CFRD cao nhất trên thế
giới hiện nay đã đạt tới chiều cao 233m là đập Shuibuya ở Trung Quốc.
Với những ưu điểm nổi bật, đập CFRD đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước
phát triển như Mỹ, Úc...Nhưng sau đó được xây dựng đặc biệt nhiều và với chiều


9

cao lớn ở các nước đạng phát triển như Trung Quốc, Brazil, Mehico ... và ngày càng
được hoàn thiện về phương pháp tính toán cũng như công nghệ xây dựng.
Bảng 1.1: Một số đập đá đổ bản mặt bê tông cao trên 100m trên thế giới
STT

Tên đập

Tên nước

Chiều cao đập (m)

1
2

Shuibuya

Trung Quốc

233

3

La Yesca
Aguamilpa

Mexico
Mexico

210
187

4

Tianshengqiao

Trung Quốc

180

5

Foz deAreia

Brazil

160

6

Xingo

Brazil

150

7

Salvajina

Colombia

148

8

Segredo

Brazil

145

9

Alto Anchicaya

Colombia

140

10

Chuza

Colombia

135

11

Messochora

Hy Lạp

135

12

Koman

Albania

133

13

New Exchequer

Mỹ

130

14

Golillas

Colombia

130

15

Khao Laem

Thái Lan

130

16

Shiroro

Nigeria

130

17

Cirata

Indonesia

125

18

Reece

Úc

122

19

Neveri

Venezuela

115

20

Paradela

Bồ Đào Nha

110

21

Rama

Nam Tư

110

22

Cethana

Úc

110

23

Batang Ai, Sarawak

Malaysia

110


10

Các hình từ 1.1 đến 1.4 trình bày một số hình ảnh đập CFRD trên thế giới.

Hình 1.1: Đập Bê tông bản mặt (CFRD) Shuibuya – Trung Quốc, cao 233m

Hình 1.2: Đập Cirata – Indonesia – cao 125m


11

Hình 1.3: Đập Zipingpu – Trung Quốc, cao 156m

Hình 1.4: Đập Foz Do Areia – Brazil, cao 160m


12

1.1.2. Tình hình xây dựng đập CFRD ở Việt Nam
Đập CFRD mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây và hiện
đã được áp dụng cho một số công trình như thủy điện Tuyên Quang (2002), đập cao
92m, thủy điện Rào Quán (Quảng Trị, 2002), đập cao 78m và công trình Cửa Đạt
(Thanh Hoá, 2004), đập cao 117m. Tuy vậy nó đang dần từng bước chứng minh
được tính ưu việt của nó so với các loại đập khác, nhất là các loại đập cao. Với công
nghệ và trang thiết bị thi công ngày càng hiện đại, các khó khăn phát sinh trong quá
trình thi công đập CFRD sẽ giảm bớt nhiều và việc xây dựng loại hình đập này sẽ
ngày càng phát triển ở nước ta. Từ thành công và những kinh nghiệm rút ra từ công
tác khảo sát, thiết kế và thi công trong công trình đập CFRD như Rào Quán, Tuyên
Quang, Cửa Đạt, chúng ta hi vọng hàng loạt các công trình sử dụng đập CFRD sẽ
được xây dựng rộng rãi ở Việt Nam.
Các hình từ 1.5 đến 1.8 trình bày một số hình ảnh đập CFRD ở Việt Nam.

Hình 1.5: Thi công bản mặt đập Tuyên Quang


13

Hình 1.6: Thi công đợt 1 bản mặt bê tông đập Cửa Đạt

Hình 1.7: Thượng lưu đập Rào Quán

Hình 1.8: Mặt cắt ngang điển hình đoạn lòng sông- Cửa Đạt


14

1.1.3. Phõn loi p CFRD
Hin nay p CFRD cha cú nhiu loi, nhỡn chung vic phõn loi thng

c da vo cỏc tiờu chớ sau:
1.1.3.1. Phõn loi theo vt liu p p
Da vo vt liu dựng p p l ỏ cng hay cui si m ngi ta phõn
thnh 2 loi l:
- p ỏ bn mt cú thõn p c p bng ỏ cng, loi p ny thng
c phõn vựng vt liu trong mt ct ngang nh hỡnh 1.9.
11
8

3
5

a
6
2
1

9

7
10

4

1 (IA). Tầng phủ thượng lưu
2 (IB). Vùng gia trọnng
3 (2A). Vùng tầng đệm
4 (2B). Vùng tầng đệm đặc biệt
5 (3A). Vùng quá độ
6 (3B). Vùng thân đập chính

7 (3C). Vùng đá đổ hạ lưu
8 (3D). Bảo vệ mái hạ lưu
9. Vùng có thể biến động giữa vùng 6 và vùng 7
(dạng tam giác - góc ở đỉnh tuỳ thuộc vào vật liệu và chiều cao đập)
10 (3E). Vùng đá thải (thoát nước chân đập)
11. Bản mặt bê tông

Hỡnh 1.9: Mt ct ngang thõn p p bng ỏ cng
- p ỏ bn mt cú thõn p c p bng cui si, loi p ny thng
c phõn vựng vt liu trong mt ct ngang nh hỡnh 1.10.
p ỏ bn mt bờ tụng thõn p bng ỏ cng thng cú h s mỏi p
thng, h lu (1: 1,0 ữ 1: 1,4) nh hn so vi h s mỏi ca thõn p bng cui si
( 1: 1,5 ữ 1: 1,6). Tuy nhiờn thõn p p bng cui si tn dng c nhiu hn
vt liu o t múng cụng trỡnh hoc khai thỏc vi giỏ thnh r hn.


15

11
8

3
5

10

6
7

6

9

2
12
4

1

1 (IA). Tầng phủ thượng lưu
2 (IB). Vùng gia trọnng
3 (2A). Vùng tầng đệm
4 (2B). Vùng tầng đệm đặc biệt
5 (3A). Vùng quá độ
6 (3B). Vùng thân đập chính (cuội sỏi)

7 (3C). Vùng đá đổ hạ lưu (cuội sỏi)
8 (3D). Bảo vệ mái hạ lưu
9 (3E). Đống đá tiêu nước hạ lưu
10 (3F). Vùng tiêu nước
11. Bản mặt bê tông
12 . Tầng phủ nền đập

Hỡnh 1.10: Mt ct ngang thõn p p bng cui si
1.1.3.2. Phõn loi theo chiu cao
Theo chiu cao p, tiờu chun thit k p t ỏ kiu m nộn (SDJ 218
84) ca Trung Quc ó phõn thnh 3 loi:
- p thp: chiu cao p H < 30m
- p va: chiu cao p H t 30 ữ 70 m

- p cao: chiu cao p H > 70m
õy chiu cao p c tớnh t nh p n v trớ sõu nht ca nn sau khi
ó dn sch h múng.
1.1.3.3. Phõn loi theo cp cụng trỡnh
Theo tiờu chun xõy dng Vit Nam ( TCXDVN 285:2002) thỡ chiu cao p
t ỏ c xỏc nh nh bng 1.2
Bng 1.2: Cp cụng trỡnh theo chiu cao p v tớnh cht nn
Loi cụng trỡnh

p vt liu t, ỏ cú
chiu cao ln nht (m)

Loi t nn

Cp thit k
I

II

III

IV

V

A

>100

70ữ 100 25ữ70

10ữ25 10

B

> 75

35ữ 75

15ữ35

8ữ 15 8

C

> 50

25ữ 50

15ữ25

8ữ 15 8


16

Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình:
Nhóm A: Nền là đá
Nhóm B: Nền là đất cát, đất hạt thô, đất sét ở trạng thái cứng, nửa cứng
Nhóm C: Nền là đất sét bão hoà nước ở trạng thái dẻo.

Chiều cao đập tính từ mặt đập đến vị trí nền thấp nhất sau khi dọn sạch móng.
Nhận xét:
U

Vì đập đá đổ hầu như chỉ xây dựng trên nền đá ( yêu cầu nền cao hơn đập đất)
do vậy cũng có thể hiểu đập cấp I, II là đập cao, đập cấp III là loại vừa, đập cấp IV,
V là đập thấp.
1.1.4. Cấu tạo các bộ phận của đập CFRD
Đập CFRD có cấu tạo chính là khối đá cấp phối đắp, đầm nén ở thân đập và
bản bê tông cốt thép mác cao phủ trên bề mặt mái thượng lưu để ngăn nước thấm
qua đập. Khối đá đắp cũng được chia làm nhiều vùng khác nhau như những đập đá
đổ thông thường tùy thuộc vào các loại đá dùng trong thân đập. Phần tiếp giáp giữa
bản mặt bê tông và khối đá đắp là lớp đệm (dày từ 2m đến 3m) và lớp chuyển tiếp
(dày 4m). Mặt cắt ngang điển hình của đập CFRD được biểu diễn trong hình 1.11

Hình 1.11:Mặt cắt ngang điển hình của CFRD


17

Đá đắp trong thân đập thường được phân thành hai khối chính: khối đá đắp
thượng lưu và khối đá đắp hạ lưu. Khối đá đắp thượng lưu đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật
cao hơn khối đá đắp hạ lưu, cụ thể là cường độ kháng nén lớn hơn 30Mpa cho khối
thượng lưu, còn khối hạ lưu chỉ yêu cầu bằng hoặc nhỏ hơn 30 Mpa, có nơi đã dùng
khối đá đắp hạ lưu có cường độ kháng nén 10 Mpa với điều kiện nằm trên mực
nước hạ lưu. Phạm vi tiếp giáp hai khối đá này có thể thay đổi tùy thuộc tính chất
của từng công trình: chiều cao đập, vật liệu đắp đập, điều kiện nền ..vv.. Phần chân
hạ lưu đập có thể bố trí khối đá đổ có kích thước lớn hơn trong thân đập để tăng khả
năng ổn định cho đập.
Bản mặt bê tông có tác dụng chống thấm cho đập và được liên kết với nền

qua bản chân. Tại điểm tiếp giáp giữa bản mặt và bản chân được bố trí khớp nối
biên h.1.12a đảm bảo ngăn dòng thấm khi có chuyển dịch giữa bản mặt và bản
chân. Bản mặt cũng được chia làm nhiều tấm nối với nhau bằng khớp nối dọc với
cấu tạo cần thiết để đảm bảo không phát sinh dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu khi
có sự chuyển dịch khác nhau giữa các tấm bản mặt. Do bản mặt ở vùng vai đập chịu
kéo còn bản mặt ở vùng giữa chịu nén theo phương trục đập, nên khớp nối dọc cũng
được chia làm khớp nối chịu kéo (h.1.12b) và khớp nối chịu nén (h.1.12c).

2
4

1

5

3

1. B¶n ch©n
2. B¶n mÆt
3. Khíp nèi

4. Vïng tÇng ®Öm
5. Vïng tÇng ®Öm ®Æc biÖt

a)

b)


18

c)
Hình 1.12: Cấu tạo chi tiết chân thượng lưu đập

Để tăng độ an toàn về thấm cho khu vực tiếp giáp giữa bản mặt và bản chân,
người ta bố trí một tầng đệm đặc biệt ngay sau hạ lưu bản chân. Tầng đệm này được
cấu tạo từ cát cuội sỏi hoặc đá xay và được đầm nện chặt như tiêu chuẩn của lớp
đệm dưới bản mặt, nó còn có tác dụng như một lớp lọc khi có sự cố hư hỏng của
khớp nối giữa bản mặt và bản chân.
1.1.5. Điều kiện xây dựng đập CFRD
Về cơ bản, điều kiện để xây dựng đập CFRD cũng tương tự như đập đá đổ
thông thường. Đập CFRD đòi hỏi phải thực hiện một khối lượng công tác đất đá lớn
bao gồm: khai thác, vận chuyển, đắp vật liệu vào thân đập. Đặc biệt đối với đập cao
thì tải trọng truyền xuống nền khá lớn, nên đòi hỏi nền phải có đủ độ bền và ít biến
dạng. So với đập bê tông và đập đất, đập CFRD có yêu cầu nền không cao. Tuy
vậy, phần lớn các đập đã được xây dựng cho đến hiện nay vẫn được chọn đặt trên
nền đá IIB hoặc IIA, một số đập được chọn đặt trên nền đá IB.
Cũng cần nói thêm là, một số ít đập CFRD cũng đã được xây dựng ở vị trí có
tầng phủ khá dày, ví dụ đập Na Lan ở Trung Quốc (cao 109m), đập Toulnustouc ở
Canada (cao 75m), đập Reece của Áo (cao 122m). Trong tình huống này, để chặn
dòng thấm qua tầng phủ phải làm một tường bê tông đủ dày nối bản chân với tầng
đá nằm dưới tầng phủ.
1.1.6. Vật liệu xây dựng đập
Trước hết phải có đủ vật liệu để đắp các khối cho thân đập như: đá, đất làm
lõi, cát, sỏi lọc (có thể tận dụng đất đào móng) ..vv.. thường thì vẫn phải tính toán
thông qua luận chứng hiệu quả kinh tế và tài chính.


19

1.1.6.1. Vật liệu làm lớp đệm và vùng chuyển tiếp
Lớp đệm thường có chiều dày không đổi và được chọn theo kinh nghiệm,
thường không nhỏ hơn 3m. Lớp chuyển tiếp có chiều dày không đổi từ 3 ÷ 4m. Khi
thi công, lớp đệm và lớp chuyển tiếp thường được thi công đồng thời, chiều cao của
lớp đổ thường lấy bằng nửa chiều chiều cao của lớp đá đổ của khối đá thượng lưu.
Lớp đệm trong thân đập CFRD được bố trí ngay dưới tấm bản mặt bê tông.
Tác dụng của lớp đệm là tạo bề mặt “bằng phẳng” cho bản mặt bê tông đồng thời nó
cũng có tác dụng hỗ trợ phòng thấm. Hiện nay cấp phối lý tưởng cho lớp đệm do
Sherard đề nghị được dùng rất phổ biến. Trong thành phần cấp phối đó, các hạt có
đường kính nhỏ hơn 5mm có hàm lượng cao, nó thường chiếm từ 35% đến 55%,
các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,1mm chỉ chiếm từ 2% đến 12%. Đường kính hạt
lớn nhất D max = 80mm. Cấp phối này thoả mãn yêu cầu nửa thấm và lọc các hạt bụi.
R

R

Lớp đệm thường được làm bằng hỗn hợp cát cuội sỏi hoặc đá xay có cấp phối liên
tục. Điểm yếu nhất của đập CFRD là thủng khớp nối biên dẫn đến thấm nghiêm
trọng. Do vậy một vùng đệm đặc biệt với vật liệu hạt mịn có D max =40mm được
R

R

dùng khá phổ biến dưới khớp nối biên. Nó được đầm đến trạng thái chặt hơn để một
mặt giảm độ lún, mặt khác có thể hạn chế, rò rỉ xuất hiện qua khớp nối biên.
Vùng chuyển tiếp cũng được làm bằng hỗn hợp cát cuội sỏi hoặc đá xay có cấp
phối liên tục. Tuy nhiên tỷ lệ hạt lớn trong vùng chuyển tiếp cao hơn lớp đệm.
Đường kính hạt lớn nhất D max =300mm. Vùng chuyển tiếp này được bố trí ở giữa
R

R

lớp đệm và vùng đá đắp chính. Nó có tác dụng như một lớp lọc tránh sự rửa trôi các
hạt nhỏ từ lớp đệm vào vùng đá chính.
1.1.6.2 Vật liệu đắp đá thân đập
Vật liệu đá đắp thân đập có thể dùng đá cứng hoặc kết hợp giữa đá cứng, đá
mềm và cuội sỏi. Các loại đá dùng đắp đập có thể là đá vôi, đá cát kết, đá tuff,
granit v.v.. Vật liệu dùng đắp khối đá chính cần đảm bảo các yêu cầu: kích thước đá
lớn nhất không vượt quá chiều dày lớp đá đắp, thường D max =800 ÷ 1000mm; hàm
R

R

lượng các hạt có đường kính nhỏ hơn 25mm không vượt quá 50%; hàm lượng các


20

hạt có đường kính nhỏ hơn 2mm không vượt quá 10%; đá đổ phải có đặc tính thoát
nước dễ dàng. Thành phần cấp phối của vật liệu đá đắp thân đập cũng phải liên tục.
Các chỉ tiêu của đá thông thường được xác định dựa vào các kinh nghiệm thực
tế hiện có được nêu trong các tiêu chuẩn, quy phạm, sau đó xem xét điều chỉnh qua
thí nghiệm hiện trường vào thời gian bắt đầu đắp đập. Hầu hết đắp ở hiện trường
đều được khống chế bởi các thông số đắp và bằng sự quyết định dung trọng khô với
phương pháp đào hố thí nghiệm bổ sung. Qua các kết quả thu được, người ta thấy
rằng dung trọng khô của đá đắp thường nằm trong khoảng từ 1,79 T/m3 đến 2,39
P

P

T/m3.
P

P

Các loại đá mềm và cuội sỏi thường được dùng đắp trong vùng giữa đập và hạ
lưu đập. Sự lún của khối đá hạ lưu ảnh hưởng rất nhỏ đến tấm bản mặt bê tông nên
yêu cầu về chất lượng của nó không đòi hỏi cao như khối đá chính.
Có thể sử dụng các loại vật liệu đã khai thác hay lấy từ hố móng công trình, tốt
nhất là sử dụng các loại đá phún xuất và đá biến chất: sức kháng nén của đá sau 50
lần nhúng nước và 26 lần phơi khô tùy theo chiều cao đập được phân theo bảng 1.3.
Bảng 1.3: Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập
TT

Chiều cao đập (m)

Sức kháng nén (T/m2)

1

<25

3000

2

25 ÷75

3000 ÷ 6000

3

> 75

6000 ÷ 8000

P

P

Theo “ Cooke and Serard, 1987’’ thì chỉ yêu cầu cường độ > 3000 T/m2
P

Hệ số mềm hoá trong điều kiện khô gió và bão hoà phụ thuộc vào từng loại đá
như ở bảng 1.4.
Bảng 1.4: Hệ số mềm hoá cho phép của vật liệu đá
TT

Tên đá

Hệ số mềm hoá

1

Đá phún xuất và biến chất

0,9

2

Đá trầm tích

0,8


21

Đá đắp vào thân đập ngoài việc phải nằm trong đường bao vật liệu phải đảm
bảo hệ số không đều hạt η = D 60 /D 10 không nhỏ hơn 5 và không lớn hơn 25.
R

R

R

R

Vùng chuyển tiếp đá đắp có cấp phối hạt nằm từ giới hạn trên đến giới hạn
trung bình. Các vùng khác từ giới hạn trung bình đến giới hạn dưới. Đối với lớp gia
cố mái hạ lưu đường kính tính toán của viên đá không được nhỏ hơn 45cm và
không lớn hơn 100cm.
1.1.7. Công nghệ thi công đập CFRD
Đập CFRD thường được thi công theo trình tự sau:
- Đào móng công trình ( đào lớp đất phủ và các lớp đá phong hoá trên mặt)
- Đắp đập, kết hợp với khoan phụt tại một số vị trí nền cần xử lý
- Thi công bản chân và khoan phụt tạo màng chống thấm
- Thi công bản mặt kết hợp với một số hạng mục công trình khác trên đập
Trong quá trình thi công theo trình tự trên, tại mỗi hạng mục công trình cần áp
dụng các biện pháp thi công thích hợp để đạt được các yêu cầu thiết kế. Các biện
pháp thường dùng trong quá trình thi công:

1.1.7.1. Tạo mái và đầm đá
Vùng tầng đệm (2A) cần được đầm nén đặc biệt để đạt modun cao, tạo lớp
đệm đồng đều cho tấm bản mặt. Thiết bị thường dùng là đầm con lăn kết hợp rung,
chiều dày lớp rải cho một lần đầm phụ thuộc vào thiết bị đầm, thường là 20 ÷ 25cm.
Bề mặt tầng đệm (2A) cần được tinh chỉnh trong khoảng 5 ÷ 15cm độ phẳng thiết
kế. Để đạt được điều này thường sử dụng máy xúc đặt ngay trên đỉnh đập dưới sự
điều khiển của thiết bị quan trắc bằng laze.
Vùng thân đập chính (3B, 3C) được đắp theo từng lớp và sử dụng các thiết bị
máy móc như đối với đập đá đổ truyền thống.
1.1.7.2 Thi công tấm bản mặt bê tông
Dùng cốp pha trượt để tiến hành thi công các tấm bản mặt từ dưới lên trên
với bộ phận giữ và kéo tấm bản mặt tại 2 tời máy đặt trên đỉnh đập, ngoại trừ các


22

tấm đầu tiên có hình thang hoặc hình tam giác nằm kề bản chân, hoặc 2 vai đập
được thi công bằng phương pháp thủ công trước tấm bản mặt chính.
Cốp pha trượt có thể đạt được tốc độ thi công 1 ÷ 2m/giờ với bề mặt 12m, bê
tông dày từ 40÷60mm. Bê tông thường dùng là loại đạt cường độ 25 đến 30 MPa
trong 28 ngày.
1.1.8. Ưu, nhược điểm của đập CFRD
1.1.8.1. Ưu điểm của đập CFRD
- Tận dụng được các vật liệu tại chỗ, đặc biệt có thể tận dụng đá đào móng
tràn, đường hầm, nhà máy thủy điện để đắp đập. Ít phải sử dụng vật liệu hiếm hoặc
vận chuyển từ xa tới nên nhìn chung đập CFRD có giá thành thấp hơn các loại đập
khác như đập bê tông trọng lực, đập vòm, đập bản chống... đặc biệt những vị trí xây
dựng công trình hiếm đất có đủ tiêu chuẩn đắp đập đất thì đập CFRD sẽ có hiệu quả
kinh tế hơn.
- Có khả năng cơ giới hoá cao quá trình khai thác đá, vận chuyển và đắp đập,

có thể thi công ngay cả trong mùa mưa. Do toàn bộ dòng thấm đã được bản mặt bê
tông ngăn lại và phần đá đắp trong thân đập được đầm nén chặt nên hệ số ổn định
của mái thượng hạ lưu đập khá cao và mái đập có thể nhỏ ( m = 1,4 ÷ 1,5) dẫn đến
khối lượng đá đắp giảm nhỏ so với đập đất, đất đá thông thường.
- Yêu cầu về địa chất nền thấp hơn các loại đập bê tông.
- Về ổn định chống động đất, chống trượt và tuổi thọ công trình không thua
kém các loại đập khác.
- Đập CFRD trong nhiều trường hợp có thể xây dựng ngay trên nền cát cuội
sỏi lòng sông, mà phần lớn khối lượng cát sỏi không phải bóc bỏ khi đắp đập.
Trong quá trình xây dựng đập có thể cho nước tràn qua đập đang xây dở nên vấn đề
dẫn dòng khi lưu lượng dẫn dòng lớn có thể được giải quyết với giá thành rẻ.


23

1.1.8.2. Nhược điểm của đập CFRD
- Đập CFRD là loại đập mới (nhất là ở nước ta) nên các lý thuyết tính toán
chưa thật hoàn chỉnh, chủ yếu được thiết kế và thi công theo kinh nghiệm.
- Trong thân đập có nhiều vùng vật liệu, mỗi vùng có các chỉ tiêu cơ lý khác
nhau. Do vậy phân bố ứng suất và biến dạng trong thân đập phức tạp, hiện tượng
treo ứng suất hoặc biến dạng quá mức gây nên đứt gãy thủy lực đã xảy ra ở một số
công trình ngay cả khi ở cột nước thấp, đặc biệt khi sự chênh lệch lớn về mô đuyn
biến dạng giữa các lớp vật liệu kề nhau.
- Bản mặt bê tông chịu tác động của nhiều yếu tố, nhất là nó được tựa lên khối
đá đệm phía dưới bản mặt vừa mới được xây dựng xong sẽ có độ lún không đều.
Tấm bản mặt bê tông được thi công bằng ván khuôn trượt nên cường độ tăng nhanh,
lượng nhiệt toả ra lớn có thể làm chất lượng bê tông kém, làm ảnh hưởng đến khả
năng chịu lực và tuổi thọ của nó.
- Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như trình độ thi công cao hơn đập đá đổ
thông thường.

1.1.9. Vấn đề ổn định trượt
Đập CFRD có yêu cầu về địa chất nền cao hơn đập đất đá thông thường: bản
chân thường được đặt trên lớp đá tốt. Nền khối đá đắp có thể đặt trên lớp đá phong
hoá mạnh hoặc trên lớp đá có mô đuyn biến dạng tương đương với mô đuyn biến
dạng của khối đá đắp. Do các đặc điểm này mà ở đập CFRD không xảy ra hiện
tượng trượt sâu. Tuy nhiên do mái đập thường có độ dốc lớn nên có thể phát sinh
các cung trượt trụ tròn ở mái đập, nếu chất lượng đầm nện không đảm bảo hoặc
chịu tác động bất thường mạnh, ví dụ rút nước đột ngột trong hồ chứa, động đất
mạnh v.v..
1.1.10. Vấn đề thấm
Đập CFRD có những khớp nối cấu tạo đặc biệt như đã đề cập trên. Do đó,
trong quá trình làm việc của đập lượng nước thấm qua thân đập hầu như không
đáng kể. Tuy nhiên, với đập cuội sỏi có đặc tính cấp phối không liên tục, nếu thân


24

đập phát sinh thấm tập trung, có thể dẫn đến nước thấm lôi các hạt nhỏ đi, thậm chí
bị xói mòn. Để tránh sự cố đó, ngoài việc làm tốt bản mặt và hệ thống chắn nước
của nó, yêu cầu tầng đệm có tác dụng tới tuyến chống thấm thứ hai. Quy định cấp
phối phải liên tục, kết cấu nội bộ ổn định. Đem cuội sỏi có cỡ hạt nhỏ hàm lượng
cao đắp ở hạ lưu vùng tiêu nước, nơi được thiết kế có chuyên môn.
1.1.11. Vấn đề ứng suất, biến dạng
Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, khối nước ở thượng hạ lưu, tải trọng
của các thiết bị và các loại xe đi trên mặt đập..v.v.. bản mặt, thân đập và nền trong
mối quan hệ làm việc đồng thời với nhau sẽ sinh ra ứng suất và biến dạng. Do bản
mặt tựa hoàn toàn lên thân đập nên trạng thái ứng suất biến dạng của nền và thân
đập sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ứng suất biến dạng của bản mặt. Để tránh
biến dạng không đều của bản mặt theo phương trục đập, người ta chia bản mặt
thành các tấm có chiều rộng như nhau bằng các khớp nối chạy từ đỉnh xuống chân

đập (theo chiều vuông góc với trục đập) gọi là khớp nối dọc. Trong phạm vi luận
văn này, tác giả tập trung vào việc phân tích để làm rõ biến dạng và ứng suất của
bản mặt bê tông nhằm đề xuất giải pháp nâng cao an toàn của bản mặt.
1.2. Đặc điểm của bản mặt và những yêu cầu kỹ thuật của nó trong xây dựng
đập CFRD
1.2.1. Đặc điểm của bản mặt bê tông
Bản mặt bê tông ở phía thượng lưu của đập đá đổ là kết cấu bê tông cốt thép
có tác dụng chống thấm. Chiều dày bản mặt phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Đủ chiều dày để bố trí cốt thép và khớp nối chống thấm, chiều dày nhỏ nhất
là 0,3m.
- Gradient thấm không vượt quá 200.
- Càng mỏng càng tốt, để tăng sự mềm dẻo của bản mặt và giảm giá thành
công trình.


25

Thông thường, chiều dày của bản mặt ở đỉnh lấy bằng 0,30m, và lớn dần về
phía đáy. Chiều dày ở độ sâu bất kỳ kể từ đỉnh đập được tính theo công thức
t = 0,30 + (0,002 ÷ 0,004)H
trong đó: t - chiều dày bản mặt (m)
H- khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh đập tới vị trí tính toán
Ở đập loại vừa và thấp có thể chọn bản mặt có bề mặt không đổi và bằng 0,30
÷ 0,40m.
Bản mặt bê tông phải có độ lưu động, tính chống nứt, chống thấm tốt. Mác
bê tông bản mặt không lấy thấp hơn C25. Cốt thép bản mặt thông thường được bố
trí một lớp theo hai hướng, và đặt ở chính giữa chiều dày bản mặt, hàm lượng thép
theo phương mái dốc thường là 0,40%÷0,50%, theo phương ngang bằng 0,30 đến
0,40%.
1.2.2. Những yêu cầu kỹ thuật

- Phải căn cứ vào biến dạng của đập và điều kiện thi công để chia khe, phân
đoạn bản mặt. Thông thường khoảng cách giữa các khe thẳng đứng được lấy từ 12 ÷
18m.
- Bản mặt giáp hai vai đập thường bố trí khớp nối chịu kéo, khu vực giữa đập
bố trí khớp nối chịu nén.
- Bê tông bản mặt phải trộn thêm phụ gia sinh khí, phụ gia giảm nước, theo
yêu cầu cũng có thể trộn thêm phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết ban đầu. Lượng
phụ gia và vật liệu trộn thêm phải qua thí nghiệm để xác định.
- Bê tông cho bản mặt phải dùng cấp phối vật liệu với đường kính cỡ đá lớn
nhất không lớn hơn 40 mm. Cát dùng cho bản mặt lượng ngậm nước không quá 3%,
hàm lượng bùn đất không quá 2%, mô đuyn độ mịn nên trong phạm vi 2,4 ÷ 2,8. Độ
ẩm của đá không vượt quá 2%, hàm lượng bùn đất phải nhỏ hơn 1%.
- Trong bê tông bản mặt nên trộn thêm muội than để cải thiện tính lưu động
của bê tông ướt. Có thể dùng nhiều vật liệu thay thế, để giảm bớt lượng xi măng và
cát, cải thiện tính năng của bê tông.