“Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc”.

LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập với sự giúp đỡ vô cùng quý báu, tận tâm của các
thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, các cán bộ, giảng viên Viện Đào tạo
và Khoa học ứng dụng Miền Trung, bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực cố gắng
học tập, tìm tòi, nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân, tôi đã hoàn
thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng công trình thủy đúng thời hạn với đề
tài: “Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc”.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi, Viện
Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học,
khoa Công trình và các thầy cô đã tham gia giảng dạy cũng như thầy cô trong bộ
môn Sức bền- Kết cấu trong thời gian qua đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể
hoàn thành khóa học và luận văn của mình.
Đặc biệt tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lý Trường
Thành đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo giúp tận tình, cung cấp các thông tin khoa
học quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những
người đã khích lệ, động viên, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu vừa qua.
Do hạn chế về thời gian, kiến thức lý luận còn chưa sâu, kinh nghiệm thực tế
còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được
các ý kiến đóng góp cũng như chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Ninh Thuận, tháng 03 năm 2012
Tác giả luận văn

NGUYỄN THẾ THÀNH


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT
Tôi là:

Nguyễn Thế Thành

Học viên lớp:

18C – ĐH2

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Tính toán đập bê tông làm
việc đồng thời với nền, cọc” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các
thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn
nguồn đầy đủ theo quy định. Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm theo quy định của nhà trường.
Ninh Thuận, tháng 03 năm 2012
Tác giả luận văn

NGUYỄN THẾ THÀNH


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÀ ĐẬP BÊ TÔNG .................................... 3
1.1. Tổng quan về các loại đập................................................................................ 3
1.1.1. Đập đất .......................................................................................................... 3
1.1.2. Đập đá và đập đá hỗn hợp .............................................................................. 4
1.1.3. Đập bê tông trọng lực .................................................................................... 6
1.1.4. Đập vòm ........................................................................................................ 7

1.1.5. Đập bản chống ............................................................................................... 9
1.1.6. Các loại đập khác ......................................................................................... 12
1.2. Tình hình xây dựng đập nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng trên thế
giới ........................................................................................................................ 14
1.3. Tình hình xây dựng đập ở Việt Nam ............................................................... 17
CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH TÍNH TOÁN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC ............ 22
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thức mặt cắt đập bê tông trọng lực ................. 22
2.2. Giới thiệu về các phương án tính toán ............................................................. 22
2.2.1. Mặt cắt cơ bản của đập BTTL ...................................................................... 22
2.2.2. Mặt cắt thực tế của đập BTTL...................................................................... 23
2.2.3. Các phương pháp tính toán ổn định đập bê tông trọng lực ............................ 24
2.3. Ưu nhược điểm của các phương pháp – quan điểm tính toán và trường hợp ứng
dụng ...................................................................................................................... 24
2.3.1. Các quan điểm về lựa chọn tiêu chuẩn ổn định đập: ..................................... 24
2.3.2. Các phương pháp phân tích ứng suất đập BTTL: ......................................... 25
2.4. Một số vấn đề chưa hợp lý trong tính toán đập bê tông trọng lực .................... 28
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ĐẬP BÊ TÔNG TRÊN NỀN VÀ CỌC 29
3.1. Giới thiệu về Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và một số phần mềm
thông dụng hiện nay .............................................................................................. 29
3.1.1. Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn................................................. 29
3.1.2. Các quan hệ cơ bản trong một phần tử ......................................................... 32
3.1.3. Hệ phương trình cơ bản của bài toán ............................................................ 35
3.1.4. Các phần mềm tính toán thông dụng hiện nay .............................................. 36
3.1.5. Giới thiệu về phần mềm SAP 2000 .............................................................. 36
3.2. Giới thiệu về nền móng và móng cọc .............................................................. 43
3.2.1. Nền .............................................................................................................. 43
3.2.2. Móng ........................................................................................................... 43


3.2.3. Ý nghĩa của công tác thiết kế nền - móng..................................................... 44

3.2.4. Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn: ............................................... 45
3.3. Móng cọc........................................................................................................ 46
3.3.1. Khái niệm .................................................................................................... 46
3.3.2. Phân loại cọc ............................................................................................... 47
3.3.3. Cấu tạo, phương pháp thi công và các đặc điểm của cọc khoan nhồi [4] ...... 47
3.4. Tổng quan về sức chịu tải của cọc................................................................... 53
3.4.1. Sức chịu tải dọc trục .................................................................................... 53
3.4.2. Cọc chịu tải trọng ngang .............................................................................. 61
3.5. Mô hình tính toán trong luận văn .................................................................... 69
4.1. Giới thiệu chung về công trình ........................................................................ 71
4.1.1. Tên dự án..................................................................................................... 71
4.1.2. Chủ đầu tư và hình thức quản lý dự án ......................................................... 71
4.1.3. Tổ chức tư vấn lập dự án.............................................................................. 71
4.1.4. Chủ nhiệm lập dự án .................................................................................... 71
4.1.5. Mục tiêu đầu tư xây dựng ............................................................................ 71
4.1.6. Hình thức đầu tư .......................................................................................... 71
4.1.7. Địa điểm xây dựng....................................................................................... 71
4.1.8. Các chỉ tiêu thiết kế: .................................................................................... 72
4.1.9. Các phương án lựa chọn tuyến đập .............................................................. 73
4.2. Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu .......................................................... 74
4.2.1. Điều kiện địa chất phương án tuyến IIA ....................................................... 74
4.2.2. Đánh giá chung điều kiện địa chất công trình ............................................... 76
4.3. Các thông số và các trường hợp tính toán ....................................................... 76
4.3.1. Các thông số cơ bản để tính toán.................................................................. 77
4.3.2. Các chỉ tiêu tính toán của vật liệu ................................................................ 77
4.3.3. Các trường hợp tính toán ............................................................................. 78
4.4. Áp dụng tính toán cho đập hồ Suối Nước Ngọt ............................................... 79
4.4.1. Tính toán theo phương pháp truyền thống .................................................... 79
4.4.2. Tính toán theo phương pháp PTHH (sử dụng phần mềm SAP 2000 v12) ..... 79
4.5. Kết luận và giải pháp ...................................................................................... 81

4.5.1. Mặt cắt đập theo thiết kế: ............................................................................. 81
4.5.2. Mặt cắt đập có lỗ rỗng và mặt cắt đập mở rộng bản đáy ............................... 81
4.5.3. Kết quả tính toán đối với các mặt cắt khác ................................................... 82


THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập của các khu vực trên thế giới (2000). ........ 14
Bảng 1.2: Bảng thống kê một số đập cao nhất đã và đang xây dựng. ..................... 15
Bảng 3.1: Giá trị Ks đối với các loại cọc hạ trong cát (Meyerhof 1976) ................. 54
Bảng 3.2: Quan hệ giữa Su và Nc ........................................................................... 56
Bảng 3.3: Chiều sâu ngàm cần thiết ....................................................................... 58
Bảng 3.4: Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (T/m2) ..................................... 59
Bảng 3.5: Hệ số làm việc của đất ở mặt bên cọc (TCVN 205-1998) ...................... 59
Bảng 3.6: Hệ số ma sát bên của đất và thân cọc fi (TCVN 205-1998) .................... 60
Bảng 3.7: Tiêu chuẩn phân biệt loại cọc ................................................................ 62
Bảng 3.8: Giá trị n1 và n2 ....................................................................................... 64
Bảng 3.9: Giá trị Kh (KN/m3) cho đất rời ............................................................... 64
Bảng 3.10: Hệ số nhóm η ...................................................................................... 69
Bảng 4.1a: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất phương án tuyến IIA........................ 74
Bảng 4.1b: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đá phương án tuyến IIA ........................ 75
Bảng 4.2: Thông số tính toán phương án chọn ....................................................... 77
Bảng 4.3: Thông số các vật liệu làm đập và cọc..................................................... 78

THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1a: Các loại mặt cắt đập đất cơ bản .............................................................. 4
Hình 1.1b: Đập Sông Trâu (Ninh Thuận) xây dựng theo hình thức đập đất .............. 4
Hình 1.2a: Các loại đập đá đổ thông dụng ............................................................... 5
Hình 1.2b: Đập thủy điện Hòa Bình xây dựng theo hình thức đập đá đổ. ................. 6
Hình 1.3a: Một số loại đập bê tông trọng lực cải tiến ............................................... 7
Hình 1.3b: Đập Sơn La (Sơn La) xây dựng theo hình thức đập BTTL ..................... 7

Hình 1.4: Đập Nậm Chiến (Sơn La) đang thi công................................................... 9
Hình 1.5: Một số loại đập bản chống thường gặp ................................................... 10
Hình 1.6: Đập bản chống hình nêm ....................................................................... 12
Hình 1.7: Các dạng đập bản chống tràn nước......................................................... 12
Hình 1.8: Một số dạng đập gỗ thường dùng ........................................................... 13
Hình 1.9: Một số dạng đập đá tràn nước ................................................................ 13
Hình 1.10: Đập hỗn hợp bê tông – vật liệu địa phương .......................................... 14
Hình 1.11: Đập Tam Hiệp (Trung Quốc) ............................................................... 16
Hình 1.12: Đập Itaipu (Brasil) ............................................................................... 16


Hình 1.13: Đập Nurek (Tadjkistan) ....................................................................... 17
Hình 1.14: Đập Bái Thượng (Thanh Hóa) xây dựng từ thời Pháp thuộc................. 18
Hình 1.15: Biểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc (2005)........................... 19
Hình 1.16: Đập Lòng Sông (Bình Thuận) .............................................................. 20
Hình 1.17: Đập Tân Giang (Ninh Thuận) .............................................................. 20
Hình 1.18: Hồ chứa nước Ngàn Trươi(Hà Tĩnh ) ................................................... 21
Hình 2.1: Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản của đập BTTL. ....................................... 23
Hình 2.2: Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực. .............................................. 24
Hình 3.1: Các phần tử cơ bản trong phương pháp PTHH ...................................... 30
Hình 3.2: Mô phỏng về vật thể đàn hồi .................................................................. 32
Hình 3.3: Giao diện khởi động của chương trình ................................................... 40
Hình 3.4: Thanh công cụ của chương trình ............................................................ 40
Hình 3.5: Giao diện khi khai báo vật liệu ............................................................... 41
Hình 3.6: Giao diện khai báo đặc trưng hình học .................................................. 41
Hình 3.7: Giao diện khai báo tải trọng .................................................................. 42
Hình 3.8: Giao diện khai báo thuộc tính của các liên kết ....................................... 42
Hình 3.9: Giao diện giải bài toán ........................................................................... 42
Hình 3.10: Sơ đồ cấu tạo móng cọc ....................................................................... 47
Hình 3.11: Sơ đồ thi công cọc khoan nhồi ............................................................. 49

Hình 3.12: Máy khoan cọc nhồi của hãng Benoto .................................................. 50
Hình 3.13: Máy khoan cọc nhồi của hãng Hitachi................................................. 50
Hình 3.14: Máy khoan cọc nhồi Bauer BG 25C ..................................................... 51
Hình 3.15: Máy khoan cọc nhồi Soilmec R516 HD ............................................... 51
Hình 3.16: Máy khoan cọc nhồi Hausen HBN80-1 ................................................ 51
Hình 3.17: Lưỡi khoan cắt ..................................................................................... 52
Hình 3.18: Mũi khoan phá ..................................................................................... 52
Hình 3.19: Cơ cấu mở rộng chân cọc bằng thủy lực............................................... 52
Hình 3.20: Thi công cọc khoan nhồi tại hiện trường .............................................. 52
Hình 3.21: Các dạng biến dạng của cọc ngắn khi chịu tải trọng ngang ................... 63
Hình 3.22: Sức chịu tải trọng ngang của cọc trong đất rời...................................... 66
Hình 3.23: Sức chịu tải ngang của cọc trong đất dính ............................................ 68
Hình 3.24: Đồ thị tìm sức chịu tải ngang Qa theo chuyển vị cho phép yng của cọc
trong đất rời ........................................................................................................... 68
Hình 3.25: Đồ thị tìm sức chịu tải ngang Qa theo chuyển vị cho phép yng của cọc
trong đất dính ........................................................................................................ 68


Hình 3.26: Mô hình tính toán và các tải trọng tác dụng lên cọc .............................. 70
Hình 4.1: Vị trí tuyến dự kiến xây dựng công trình ................................................ 72
Hình 4.2: Mặt cắt ngang đại diện tại vị trí tính toán theo thiết kế ........................... 79
Hình 4.3: Mô hình tính toán đâp không tràn hồ Suối Nước Ngọt – Khánh Hòa...... 80
Hình 4.4: So sánh biến dạng của công trình (TH1) ................................................ 81


-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập là một trong những công trình thủy lợi được xây dựng sớm nhất trong lịch

sử nhân loại. Cách đây hơn 4000 năm đập xây dựng bằng vật liệu địa phương đã
xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới với mục đích chính là khai thác sử dụng nguồn
nước tự nhiên phục vụ nhu cầu thiết yếu của con người. Về sau này với sự phát triển
của khoa học kỹ thuật đập ngày càng gia tăng cả về số lượng, quy mô, vật liệu. Đặc
biệt sau khi phát hiện ra các loại vật liệu xây dựng mới như bê tông, bê tông cốt
thép . . . thì đập ngày càng đóng vai trò quan trọng. Theo thống kế đến năm 2000
trên thế giới có khoảng trên 45.000 công trình đập lớn nhỏ.
Song song với sự đa dạng của các loại đập thì các phương pháp tính toán thiết kế
đập cũng phát triển để đáp ứng các yêu cầu của thực tế. Với sự tiến bộ của khoa học
công nghệ, đặc biệt là công nghệ tin học, việc mô hình hóa trong tính toán ngày
càng sát với thực tế. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta các tiến bộ khoa học kĩ thuật
chưa được áp dụng nhiều trong thực tiễn tính toán, các quy định, quy phạm áp dụng
còn sử dụng các lý thuyết cũ. Trong đó có các giả thiết gần đúng dẫn tới việc mô
hình hoá chưa sát với thực tế làm việc của đập gây tốn kém vật liệu hoặc không
đảm bảo an toàn.
Để đáp ứng yêu cầu tận dụng tối đa nguồn nước tự nhiên thì việc xây dựng thêm
nhiều hồ, đập là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên không phải lúc nào các điều kiện
tự nhiên như vật liệu, địa hình, địa chất cũng thuận lợi. Do đó yêu cầu cấp thiết đặt
ra là phải có biện pháp để khắc phục được các khó khăn đó.
Kết cấu đập bê tông trọng lực được xây dựng khá phổ biến. Thông thường, đập
bê tông trọng lực cần phải đặt trên nền tốt, thường là đá gốc ít nứt nẻ, song trên thực
tế nhiều khu vực ở nước ta như Miền Trung, Tây Nguyên, Tây Nam Bộ . . . tầng đá
gốc nằm khá sâu, phía trên là tầng đất yếu hoặc xen kẹp các tầng đất yếu nên khó có
thể sử dụng đập bê tông trong lực thông thường. Giải pháp sử dụng đập vật liệu địa
không phải lúc nào cũng khả thi do thiếu nguồn vật liệu đảm bảo các tính chất cơ lý.
Giải pháp khả thi là sử dụng đập bê tông kết hợp cọc để liên kết tốt hơn với nền,
đồng thời truyền tải trọng tác dụng xuống nền đá gốc hoặc nền ở dưới sâu.

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

-2-

Móng cọc đã được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại hình công trình xây dựng trên
nền đất yếu như nhà cửa, cầu cống, trạm bơm, bến cảng . . . Tuy nhiên chưa có
nhiều nghiên cứu áp dụng cho đập bê tông trọng lực.
Để góp phần giải quyết vấn đề trên, trong luận văn này tác giả sẽ tiến hành
nghiên cứu đập bê tông làm việc trên nền đất yếu kết hợp với móng cọc bằng
phương pháp truyền thống và phương pháp phần tử hữu hạn, từ đó so sánh kết quả
tính toán và lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho loại hình đập này.

2. Mục đích của đề tài
- Đánh giá các phương pháp, các quan điểm phân tích tính toán hiện tại được sử
dụng để thiết kế đập bê tông, ưu nhược điểm của các phương pháp;
- Đề xuất phương pháp tính toán bằng phần tử hữu hạn (PTHH);
- Áp dụng tính toán cho đập bê tông kết hợp cọc làm việc trên nền đất yếu;
- So sánh kết quả tính toán của phương pháp truyền thống và phương pháp PTHH.
Đưa ra kết luận, đề xuất một số giải pháp hợp lý.

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận của đề tài:
- Thu thập các tài liệu liên quan.
- Thống kê, tổng kết đánh giá tổng quan tình hình tính toán thiết kế đập bê tông; tìm
hiểu các phương pháp tính toán hiện tại, ưu nhược điểm của mỗi phương pháp.
- Áp dụng tính toán cho hồ Suối Nước Ngọt (Cam Ranh, Khánh Hòa) theo phương
pháp cổ điển và phương pháp phần tử hữu hạn. So sánh kết quả tính toán, từ đó rút
ra mặt cắt thích hợp.

4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về các loại đập ở trong và ngoài nước, ưu nhược điểm của từng loại.

- Các vấn đề chưa hợp lý trong tính toán thiết kế mặt cắt đập bê tông trọng lực, nắm
bắt được cách tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn.
- Các phương pháp phân tích tính toán móng cọc, đặc biệt là cọc khoan nhồi.
- Vận dụng tính toán cho mặt cắt đập bê tông trọng lực hồ Suối Nước Ngọt, TP
Cam Ranh, Khánh Hòa.

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-3-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÀ ĐẬP BÊ TÔNG
1.1. Tổng quan về các loại đập
Theo vật liệu xây dựng thì đập trên thế giới hiện nay bao gồm các loại cơ bản sau:
1.1.1. Đập đất
Đập đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương.
Xây dựng đập đất có lịch sử lâu đời. Ở Ai Cập, Trung Quốc và một số nước
khác người ta đã xây dựng đập đất từ 2500÷4700 năm trước công nguyên. Ví dụ
đập đất đá hỗn hợp Sadd-el-Kafara được xây dựng ở Ai Cập vào khoảng
2778÷2563 trước công nguyên có chiều dài 108m, cao 12m.
Đập Marduka cao 12m được xây dựng năm 2500 trước công nguyên trên sông
Tygrys ở Irak.
Ở Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản từ thế kỷ thứ II, III trước công nguyên đã xây
dựng nhiều đập vật liệu địa phương bằng đất đá. Ở Trung Quốc có đập dài 300m,
cao 30m được xây dựng năm 240 trước công nguyên, ở Nhật Bản đập dài 260m cao
17m xây năm 162 trước công nguyên.
Đập đất thường là loại không tràn nước. Để đảm bảo tháo lũ, lấy nước tưới hoặc
cung cấp nước phải xây dựng những công trình riêng như đường tràn tháo lũ, cống
lấy nước.
Đập đất có những ưu điểm sau:

- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng.
Công tác chuẩn bị trước khi xây không tốn nhiều công sức như các loại đập khác.
- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ.
- Bền và chống chấn động tốt hơn.
- Dễ quản lý, tôn cao, đắp dầy thêm.
- Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi.
Thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý
đập. [6]

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-4-

Hình 1.1a: Các loại mặt cắt đập đất cơ bản

Hình 1.1b: Đập Sông Trâu (Ninh Thuận) xây dựng theo hình thức đập đất
1.1.2. Đập đá và đập đá hỗn hợp
Đập đá là một trong những công trình cổ, thường dùng vật liệu tại chỗ, có thể
thi công vào mọi mùa, kỹ thuật xây dựng đơn giản.
Yêu cầu địa chất nền đập đá thấp hơn so với đập bê tông. Hiện nay trên thế giới
đã có hơn 100 đập đá cao từ 60m trở lên. Ở nước ta có đập Cẩm Ly (Quảng Bình)
cao trên 30m, đập Thác Bà cao 45m, đập Hòa Bình cao 120m.
Những đập đá cao từ 8÷10m trở lên thường là loại không tràn nước. Lưu lượng
lũ được tháo qua công trình xả lũ bố trí trong thân đập hoặc ở bên bờ. Đối với
những đập thấp có thể cho nước tràn qua nhưng mái hạ lưu phải thoải và được bảo
vệ chu đáo

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

-5-

Để giảm lưu lượng thấm, người ta bố trí các thiết bị chống thấm trong thân đập.
Căn cứ vào phương pháp xây dựng và vật liệu chủ yếu làm thân đập, người ta
phân loại như sau:
+ Đập đá đổ:
Gồm 2 bộ phận chủ yếu: Khối đá đổ và thiết bị chống thấm. Đập đá đổ phân
thành: đập đá đổ có thiết bị thoát nước kiểu tường nghiêng và kiểu tường tâm
+ Đập đá xếp (Xây khan)
So với đập đá đổ, đập đá xếp có yêu cầu hình dạng, kích thước và các loại đá
khắt khe hơn, thi công cần kĩ thuật cao hơn. Do đó mái dốc hơn, khoảng 1:0,5 đến
1:0,7. Thiết bị chống thấm của đập đá xếp thường dùng loại tường nghiêng cứng.
+ Đập đá nửa đổ, nửa xếp:
Đập đá nửa đổ nửa xếp là những đập mà phần thân đập thượng lưu là đá xếp,
phần thân đập hạ lưu là đá đổ. Trên mái thượng lưu người ta bố trí thiết bị chống
thấm
+ Đập hỗn hợp:
Thường dùng nhất là loại đập đá, đất hỗn hợp – Trong đó đất chiếm một nửa
hoặc quá nửa thể tích đập. Phần thượng lưu thường làm bằng đất để tạo thành thiết
bị chống thấm
Ngoài ra còn dùng loại đập đá và bê tông hỗn hợp. Trong trường hợp này khối
bê tông được bố trí ở phần thân đập thượng lưu dưới dạng tường chắn, đồng thời có
tác dụng chống thấm. [6]

Hình 1.2a: Các loại đập đá đổ thông dụng

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

-6-

Hình 1.2b: Đập thủy điện Hòa Bình xây dựng theo hình thức đập đá đổ.
1.1.3. Đập bê tông trọng lực
Đập bê tông trọng lực là loại đập có khối lượng bê tông lớn. Đập duy trì ổn định
nhờ trọng lượng của khối bê tông này.
Loại đập này có ưu điểm là kết cấu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn
định cao có thể dùng để tràn nước hoặc không tràn nước. Nó sớm được sử dụng trên
toàn thế giới.
Các thống kê về thể loại đập của tổ chức đập cao thế giới cho thấy đập đất
chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập bê tông trọng lực chiếm 12%, đập vòm 4%.
Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: Đập đất chỉ
chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý luận tính toán đập ngày càng phát
triển và hoàn thiện, kích thước và hình dạng đập ngày càng hợp lý, độ an toàn đập
ngày càng được nâng cao.
Thập kỷ 30÷40 của thế kỷ 20, tỷ số giữa đáy đập B và chiều cao đập H bằng
khoảng 0,9. Thập kỷ 50÷60, tỷ số B/H=0,8. Thập kỷ 70, B/H=0,7. Từ thập kỷ
30÷70 thể tích đập giảm được (20÷30)%
Các đập đã xây dựng trong nước ta chủ yếu là đập đất. Trong một số năm gần
đây xu thế xây dựng đập bê tông đã và đang phát triển. Đập Tân Giang thuộc tỉnh

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-7-

Ninh Thuận cao 39,5m được xem như là đập bê tông trọng lực đầu tiên do ngành
Thủy lợi nước ta tự thiết kế và thi công và đã hoàn thành năm 2001.[6]
Hiện nay ở nước ta đã có nhiều đập bê tông trọng lực đã được hoàn thành hoặc

đang được xây dựng như đập Lòng Sông (Bình Thuận), Đập Định Bình (Bình
Định), Đập Sơn La (Sơn La)….
Ngoài hình thức đập bê tông trọng lực truyển thống có có nhiều hình thức đập
cải tiến như đập khe rỗng, đập có lỗ khoét lớn, đập lắp ghép kiểu ngăn hộp, đập có
ứng suất trước…

Hình 1.3a: Một số loại đập bê tông trọng lực cải tiến
1. Đập có lỗ khoét lớn 2. Đập lắp ghép kiểu ngăn hộp 3. Đập ứng suất trước

Hình 1.3b: Đập Sơn La (Sơn La) xây dựng theo hình thức đập BTTL
1.1.4. Đập vòm
Đập vòm là một loại đập dâng chắn nước, thường được làm bằng bê tông. Theo
các mặt cắt nằm ngang đập có dạng các cung tròn, chân tựa vào hai bờ. Dưới tác

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-8-

dụng của ngoại lực như áp lực nước, bùn cát… đập ổn định nhờ sự chống đỡ ở hai
bờ. Do vậy địa chất nơi xây dựng đập vòm phải tốt; thường là đá rắn chắc. Đá
thường yêu cầu ứng suất nén cho phép [R]n≥100÷120 Kg/cm2
Đặc điểm của đập vòm:
Do tính chất nêu trên nên đập vòm có các đặc điểm sau:
1. Dựa vào sự chống đỡ của hai bờ để giữ ổn định nên đập có thể khá mỏng so với
đập bê tông trọng lực, chiều dày đáy vòm giảm từ (2÷4) lần, thậm chí có thể (6÷8)
lần hoặc hơn thế.
2. Do đập mỏng nên áp lực thấm tác dụng lên đập rõ ràng cũng giản đi rất nhiều.
Tuy nhiên Gradien thấm sẽ tăng lên. Vì vậy cần chú ý xử lý hiện tượng này như
phụt màng xi măng chống thấm ở nền đập.

3. Phát huy được khả năng làm việc của vật liệu thân đập. Bê tông là loại vật liệu
chịu nén tốt, trong khi đó vòm chủ yếu chịu ứng suất nén. Đây là ưu điểm lớn nhất
của đập vòm. Thường ứng suất nén trong đập vòm (35÷50) kg/cm2.Có nhiều đập đã
cho phép đạt đến (90÷100) kg/cm2, đôi khi còn lớn hơn. Còn ứng suất kéo khoảng
(1,1÷1,3) Kg/cm2.
4. Trong đập vòm sự thay đổi nhiệt độ, sự co rút của bê tông là điều hết sức cần chú
ý vì ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của đập (gây ứng suất kéo). Chính vì
vậy khi xây dựng đập vòm người ta thường chừa lại các khe thẳng đứng chờ khi
nhiệt độ ngoài trời hạ thấp mới lấp kín khe tạo thành đập vòm liền khối.
5. Ngoài yêu cầu về địa chất tốt để giữ ổn định và chịu lực khá lớn ở chân vòm, về
địa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây dựng đập.
Lòng sông có mặt cắt chứ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhất để xây dựng đập
vòm. ở dưới sâu, vòm chịu áp lực lớn song nhịp vòm lại nhỏ vì vậy tình hình chịu
lực của các lớp vòm là tương đối đồng đều. Trong trường hợp này có thể xây dựng
được đập vòm cao mà chiều dày vòm không lớn.[6]
Hiện nay ở nước ta chưa có đập vòm nào hoàn thành. Đập Nậm Chiến (Sơn La)
đang được xây dựng là công trình đầu tiên áp dụng hình thức đập vòm.

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-9-

Hình 1.4: Đập Nậm Chiến (Sơn La) đang thi công
1.1.5. Đập bản chống
1.1.5.1. Khái niệm
Đập bản chống được tạo bởi các bản chắn nước nghiêng về thượng lưu và các trụ
chống. Áp lực nước được truyền qua bản chắn đến trụ chống và truyền xuống nền.
Vì vậy yêu cầu nền để xây dựng loại đập này phải cao. Thường xây đập trên nền đá
tốt. Khi cần thiết cũng có thể xây dựng trên nền đá yếu nhưng phải xử lý phức tạp,

hoặc là phải mở rộng đáy để giảm ứng suất đáy móng.
Về mặt địa hình, đập bản chống thích hợp với các lòng sông rộng, bờ thoải.
Vật liệu xây dựng đập thường là bê tông cốt thép, với các đập thấp có thể sử dụng
vật liệu gạch, đá xây.
1.1.5.2. Phân loại:
1. Theo hình thức chắn nước phân thành:
- Đập bản phẳng: Mặt chắn nước là các mặt phẳng.
- Đập liên vòm: Mặt chắn nước là các bản dạng vòm nối liên tục với bản chống.
- Đập to đầu: Phần đầu của trụ được mở rộng ra tạo thành bản chắn nước. Loại này
có khối lượng lớn nên cũng gọi là đập bản chống trọng lực.
- Đập liên cầu: Bản chắn nước là những mặt cong hai hướng nối liền với trụ. Loại
này có kết cấu phức tạp, chỉ sử dụng khi đập cao, yêu cầu cầu nhịp lớn.[6]

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-10-

Hình 1.5: Một số loại đập bản chống thường gặp
a) Đập bản phẳng b) Đập liên vòm c) Đập to đầu
2. Theo dạng tuyến trên mặt bằng:
- Tuyến thẳng
- Tuyến gãy khúc
- Đập bản chống hình nêm: Xây dựng khi lòng sông hẹp, địa chất bờ tốt. Do tuyến
bố trí hình nêm nên toàn bộ áp lực thông qua bản chắn và trụ được truyền vào bờ.
Loại này có khả năng chống trượt tốt, nhưng khe nối kết cấu chỗ tuyến gãy dễ bị
căng rạn, nứt nẻ.
Tuyến cong: Sử dụng khi phải tránh các điểm cục bộ có địa chất nền yếu.
3. Theo khả năng tràn nước:
Đập bản chống thường là không tràn nước, như các loại đã nêu trên. Song khi cần

thiết cũng có thể là loại đập tràn.
1.1.5.3. Ưu nhược điểm của đập bản chống:
Ưu điểm:
- Mặt chắn nước thường làm nghiêng do đó lợi dụng được trọng lượng khối nước để
làm tăng ổn định cho đập.
- Áp lực thấm đẩy ngược lên trụ và bản chắn nhỏ (với loại đập không có bản đáy
hoặc có bản đáy nhưng có thiết bị thoát nước xuyên quan bản đáy, nằm giữa các
trụ)
- So với đập bê tông trọng lực, đập bản chống có kết cấu mỏng, thể tích không lớn
nên tiết kiệm được vật liệu. Thống kê từ các đập đã xây dựng trên thế giới cho thấy
khối lượng bê tông sử dụng trong đập chống so với đập bê tông trọng lực giảm được
(30÷60)% hoặc giảm nhiều hơn nữa (ở các đập liên vòm, liên cầu).

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-11-

- Kết cấu trụ và bản chắn tương đối mỏng, dễ tỏa nhiệt nên có thể tăng tốc độ thi
công.
- Khi đập cao, khoảng cách giữa hai trụ kề nhau khá lớn, có thể bố trí gian máy của
trạm thủy điện ở khoảng giữa hai trụ, giảm được chiều dài ống dẫn nước và tiết
kiệm được mặt bằng công trình đầu mối.
Nhược điểm:
- Vì trụ đập tương đối mỏng nên có thể bị mất ổn định về uốn dọc khi chịu nén (do
áp lực nước và trọng lượng bản thân). Động đất cũng có thể gây mất ổn định hướng
ngang của trụ, nhất là khi đập cao.
- Bản chắn nước của đập bản phẳng , liên vòm khá mỏng nên khả năng chống thấm
không cao, nếu bản bị nứt thì rất khó sửa chữa. Vì vậy đòi hỏi vật liệu làm bản phải
có tính chống thấm, chống xâm thực và độ bền cao.

- Lượng cốt thép dùng trong đập nhiều, nhất là ở bản chắn của đập bản phẳng, liên
vòm.
- Yêu cầu về nền và xử lý nền cao, thường yêu cầu là nền đá. Khi đó việc xử lý chủ
yếu là chống thấm ở nền bản chắn và ở chân mố trụ. Nếu đập thấp xây dựng trên
nền đá yếu hoặc đất thì phải tăng kích thước bản đáy để truyền lực đều và giảm nhỏ
ứng suất trong nền đập.
- Đập liên vòm là kết cấu siêu tĩnh nên chịu ảnh hưởng rõ rệt của hiện tượng lún
không đều, vì vậy yêu cầu phải xử lý nền để đạt được độ đồng đều và tính chỉnh thể
cao.
- Bố trí thi công phức tạp, tốn nhiều ván khuôn, công tác dẫn dòng thi công ở đập
bản chống khó hơn so với đập bê tông trọng lực. Nếu bố trí dẫn dòng thi công qua
đập đang xây dựng thì dễ gây chấn động thân đập và xói nền đập.[6]

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-12-

Hình 1.6: Đập bản chống hình nêm

Hình 1.7: Các dạng đập bản chống tràn nước
1.1.6. Các loại đập khác
1.1.5.1. Khái niệm
Ngoài những loại đập chính đã trình bày ở trên, trong những điều kiện nhất định
có thể áp dụng các hình thức đập khác. Các loại đập này được đề nghị áp dụng do
những ưu điểm nổi bật như tận dụng vật liệu tại chỗ, hạ giá thành công trình, bố trí
thi công đơn giản, rút ngắn thời gian xây dựng…
Tuy nhiên các dạng đập này thường ở mức kiên cố không cao, thích hợp với
loại công trình nhỏ, cột nước thấp.[6]
1.1.5.2. Phân loại

Tùy theo vật liệu xây dựng và dạng kết cấu, có thể phân thành các loại sau:
+ Đập gỗ: Sử dụng vật liệu gỗ là chủ yếu.
Theo kết cấu có các loại: Đập cọc gỗ, đập tường chống, đập cũi gỗ.
Hiện nay giá thành của gỗ xây dựng không phải là rẻ. Do đó các đập sử dụng nhiều
gỗ như đập cũi gỗ, đập tường chống hầu như không còn được xây dựng. Loại đập
cọc gỗ có thể xem xét sử dụng trong một số điều kiện nhất định.

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-13-

Hình 1.8: Một số dạng đập gỗ thường dùng
+ Đập đá tràn nước: Sử dụng vật liệu đá, kết hợp với một phần vật liệu khác như
đất, bê tông để làm đập. Bao gồm đập trên nền đất và trên nền đá. Tuy nhiên do
khối đá đổ thân đập có chuyển vị nên mặt tràn thường bị biến dạng sau mùa lũ,
công tác tu sửa phải tiến hành hàng năm.

Hình 1.9: Một số dạng đập đá tràn nước
+ Đập bằng rọ đá: Dùng dây thép đan thành rọ trong bỏ đá để tạo thành đập. Loại
này có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và có độ ổn định cao hơn so với đập đá rời nên
có triển vọng phát triển nhiều hơn.

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-14-

+ Đập hỗn hợp bê tông, bê tông cốt thép - vật liệu địa phương: Thân đập gồm vỏ
bọc ngoài bằng bê tông, bê tông cốt thép và phần lõi bằng đất hay đá. Theo kết cấu

có các loại như sau:
- Đập Xen cốp: Gồm các bản và các vách dọc, ngang bằng bê tông cốt thép hoặc
đá xây, phía trong chất đầy vật liệu tại chỗ như đất, cát, sỏi đá.
- Đập đá xếp bọc bê tông: Phần lõi là khối đá xếp bên trong bọc bê tông

Hình 1.10: Đập hỗn hợp bê tông – vật liệu địa phương
a. Đập Xen cốp b. Đập đá xếp bọc bê tông
+ Đập cao su: Thân đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí
để tạo thành vật chắn nước. Thành túi được gắn chặt với bản đáy bằng bê tông cốt
thép tiếp giáp với nền. Khi tháo lũ, người ta xả hết nước hay không khí trong túi cao
su ra, túi xẹp xuống bản đáy và nước chảy tự do trên đó.

1.2. Tình hình xây dựng đập nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng
trên thế giới
Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công
trình Thuỷ Lợi. Đập được xây dựng đầu tiên là đập trên sông Nile cao 15m,dài
450m có cốt đá đổ và đất sét. Theo con số thống kê của Hội đập cao nhất thế giới
(ICOLD) tính đến năm 2000 trên thế giới có khoảng trên 45.000 đập lớn.
Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập của các khu vực trên thế giới (2000).
Châu Á Bắc Mỹ, Trung Mỹ Tây Âu Đông Âu Châu Phi Châu Đại Dương
31.340

8.010

4.227

1.203

1.200

577

69,6%

17,8%

9,4%

2,7%

2,6%

1,2%

Nuớc xây dựng nhiều đập nhất thế giới là Trung Quốc với 22.000 đập,chiếm
48% số đập trên thế giới. Thứ hai là Mỹ có 6.575 đập. Thứ ba là Ấn Độ có 4.291

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-15-

đập, sau đó là Nhật Bản với 3.657 đập, Tây Ban Nha có 1.196 đập. Việt Nam có
gần 500 đập xếp thứ 16 trong tổng số các nước có nhiều đập lớn trên thế giới.
Tốc độ xây dựng đập lớn 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 tuơng 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 của ICOLD – 1997, số đập cao
15÷30m chiếm khoảng 56,2%. Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 13,8%,đập cao hơn

150m chiếm khoảng 0.1%.
Các thống kê về loại đập của ICOLD – 1986 cho thấy 78% là đập đất, đập đá
5% đập bê tông trọng lực 12%,đập vòm chỉ có 4%. Tuy nhiên nếu xét những đập có
chiều cao trên 100m thì tình hình lại khác: Chỉ có 30% là đập đất, 38% đập bê tông,
21,5 đập vòm.
Công nghệ xây dựng đập tiến bộ nên đã xây dựng được nhiều đập rất cao như
đâp Rogun ở Tadjkistan cao trên 300m hay quy mô rất lớn như đập Tam Hiệp ở
Trung Quốc dài 2,39 km.
Bảng 1.2: Bảng thống kê một số đập cao nhất đã và đang xây dựng.
Tên đập

Chiều cao

Loại đập

Nước

Sông

Rogun

335 m

Đập đất

Tajikistan

Vakhsh

Nurek

300 m

Đập đất

Tajikistan

Vakhsh

Xiaowan

292 m

Đập vòm

China

Lancang

Grande Dixence

285 m

Inguri

271.5 m

Đập vòm

Georgia

Inguri

Vajont

261.6 m

Đập vòm

Italy

Vajont

Bê tông trọng lực Switzerland

(Nguồn: Wikipedia.org)

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

Dixence


-16-

Hình 1.11: Đập Tam Hiệp (Trung Quốc)

Hình 1.12: Đập Itaipu (Brasil)

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

-17-

Hình 1.13: Đập Nurek (Tadjkistan)

1.3. Tình hình xây dựng đập ở Việt Nam
Thời kì trước những năm 1930 ở nước ta đã bắt đầu xuất hiện một số đập bê
tông trọng lực nhưng chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng trên 5m, có kết cấu
đơn giản, thi công chủ yếu bằng thủ công, kỹ thuật đơn giản.
Giai đoạn từ năm 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một
số đập bê tông trọng lực như đập Đô Lương (Nghệ An), đập Bái Thượng (Thanh
Hóa), đập Thác Huống (Thái Nguyên) chủ yếu làm nhiệm vụ nâng cao đầu nước để
tưới cho nông nghiệp.
Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, do điều kiện đất nước có chiến tranh nên
việc đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có
đập cao nhưng cũng đã xây dựng được một số đập thấp như đập Thác Bà, Cấm Sơn,
Đa Nhim…. Kỹ thuật và công nghệ xây dựng ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ),
Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật (đập Đa Nhim) [3]…
Cho đến nay ở Việt Nam có khoảng trên 10.000 đập lớn nhỏ các loại tập trung
chủ yếu ở miền Bắc và miền Trung trong đó có khoảng 500 đập lớn đứng thứ 16
trong số các nước có nhiều đập cao trên thế giới. Tuy nhiên sự phân bổ về loại hình
đập lại không đều nhau. Trong số các đập có chiều cao đập nhỏ hơn 100 thì đập vật

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc


-18-

liệu địa phương chiếm tới trên 80%, đối với đập có chiều cao lớn hơn 100 m thì đập
bê tông nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm tỷ lệ đáng kể. Hơn

nữa, trong những năm gần đây do thiếu hụt điện chúng ta đã tiến hành xây dựng
hàng loạt công trình thủy điện với chiều cao đập tương đối lớn, đa phần đều là đập
bê tông trọng lực như đập Định Bình (Bình Định), đập Sê San 3, Sê San 3A (Gia
Lai), đập Sơn La vv...

Hình 1.14: Đập Bái Thượng (Thanh Hóa) xây dựng từ thời Pháp thuộc
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đến năm 2002 cả
nước ta đã có 1.967 hồ có dung tích từ 0,2.106m3 trở lên. Nếu chỉ tính các hồ có
dung tích từ 1 triệu m3 trở lên thì hiện nay có khoảng 587 hồ, chủ yếu làm nhiệm vụ
tưới.
Các hồ phân bố không đều trên phạm vi toàn quốc. Trong số 64 tỉnh thành
nước ta có 41 tỉnh thành có hồ chứa nước. Các hồ chứa được xây dựng không đồng
đều trong các thời kỳ. Tính từ năm 1960 trở về trước khu vực Miền Bắc và Miền
Trung xây đượng được khoảng 6%. Từ năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được
khoảng 44%. Từ năm 1975 đến nay xây xây dựng khoảng 50%.
Ở nước đa đập vật liệu địa phương là chủ yếu. Tuy nhiên gần đây đập bê tông
phát triển mạnh do sự phát triển của công nghệ vật liệu xây dựng, điều kiện địa

Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc