“ Phân tích ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực”

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “ Phân tích ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê
tông trọng lực” được tác giả hoàn thành tại trường Đại học Thủy Lợi với sự nỗ lực
của bản thân và sự giúp đỡ của các thày cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi,
đặc biệt là Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, các giảng viên Khoa Công trình
– Trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức chuyên môn
cần thiết trong quá trình tác giả học tập tại trường.
Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, đã
trực tiếp hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho tác
giả hoàn thành luận văn.
Tác giả xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã
luôn động viên và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình tác giả thực hiện
luận văn.
Do trình độ hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và những ý kiến đóng
góp của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2012.
Tác giả luận văn

Lê Tuấn Anh


LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Lê Tuấn Anh
Học viên lớp: 17C2
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

LÊ TUẤN ANH


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài. ...................................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài. ............................................................................................................. 1
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. ............................................................ 1
4. Kết quả dự kiến đạt được..................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG
TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ................................................. 3
1.1. Tính hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở nước ta và trên thế giới. ....................... 3
1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới. ............................3
1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông ở Việt Nam. ............................................5
1.2 Hành lang công tác, cấu tạo và vai trò của hành lang công tác đối với đập. .............. 7
1.3 Kết luận chương 1. ............................................................................................................. 9
CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT
THÂN ĐẬP, ẢNH HƯỞNG CỦA HÀNH LANG CÔNG TÁC ĐẾN ỨNG SUẤT
THÂN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRONG THIẾT KẾ ................................... 11
2.1 Đánh giá hiện trạng công tác phân tích ứng suất thân đập, ảnh hưởng của hành lang
đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực trong công tác thiết kế. ..................................... 11
2.1.1 Phương pháp sức bề vật liệu.....................................................................13
2.1.2. Phương pháp Lý thuyết đàn hồi ..............................................................16
2.1.3. Phương pháp sai phân hữu hạn................................................................17
2.1.4. Phương pháp phần tử hữu hạn.................................................................17
2.2 Tình hình nghiên cứu các phương pháp phân tích ứng suất thân đập và ảnh hưởng
của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực . ................................................... 19
2.3 Kết luận chương 2 ............................................................................................................ 23

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP
KHI CÓ XÉT ĐẾN HÀNH LANG CÔNG TÁC ..................................................... 25


3.1 Phương pháp phân tích ứng suất sử dụng trong luận văn - phương pháp Phần tử hữu
hạn. ............................................................................................................................................ 25
3.1.1 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn............................................25
3.1.2. Các bước tính toán của phương pháp phần tử hữu hạn............................26
3.2 Lý thuyết về tiếp xúc........................................................................................................ 29
3.3 Lập mô hình tính toán, xử lý điều kiện biên bài toán. ................................................. 32
3.3.1. Lựa chọn, giới thiệu phần mềm tính toán ANSYS. .................................32
3.3.1.1.Khái niệm APDL........................................................................................... 35
3.3.1.2.Đặc điểm của APDL ..................................................................................... 36
3.3.1.3 Giải bài toán trong phần mềm ANSYS ......................................................... 37
3.3.1.4.Mô phỏng phần tử tiếp xúc ........................................................................... 38
3.3.2 Lập mô hình tính toán, xử lý điều kiện biên bài toán ...............................40
3.3.3 Cơ sở đánh giá, phân tíc kết quả............................................................... 40
3.4. Kết luận chương 3 ........................................................................................................... 41
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP, ẢNH HƯỞNG CỦA HÀNH
LANG ĐẾN ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP ĐỒNG ĐIỀN – KHÁNH HÒA................. 42
4.1 Giới thiệu về đập bê tông trọng lực Đồng Điền ........................................................... 42
4.1.1 Vị trí địa lý ...............................................................................................42
4.1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của dự án. ...........................................................42
4.1.2.1 Mục tiêu dự án............................................................................................... 42
4.1.2.2 Nhiệm vụ dự án. ............................................................................................ 43
4.1.3 Cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế .......................................................43
4.1.4 Quy mô công trình ...................................................................................44
4.2 Thu thập số liệu đầu vào, các trường hợp tính toán ..................................................... 46
4.2.1 Các thông số tính toán: .............................................................................46
4.2.1.1 Các đặc tính của vật liệu và của nền: ............................................................ 46

4.2.1.2 Các tải trọng tác dụng: .................................................................................. 47
4.2.2 Các trường hợp tính toán:.........................................................................47
4.2.3 Sơ đồ tính toán: ........................................................................................48


4.3 Ứng dụng phần mềm Ansys phân tích ứng suất thân đập ........................................... 49
4.4 Tổng hợp kết quả và đánh giá kết quả. .......................................................................... 51
4.4.1 Tổng hợp kết quả. ....................................................................................51
4.4.2 Phân tích, đánh giá kết quả. .....................................................................52
4.4.2.1 Phân tích, đánh giá bản chất các trường hợp tính toán. ............................... 52
4.4.2.2 Phân tích, đánh giá kết quả tính toán của các trường hợp. ........................... 54
4.5 Kết luận chung .................................................................................................................. 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 64
1. Kết luận ................................................................................................................................ 64
2. Kiến nghị ............................................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 67
CÁC PHỤ LỤC......................................................................................................... 68


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Bảng 1.1 Bảng thống kê số lượng đập của các châu lục ............................................. 3
Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) ........................... 4
Hình 2.1 Sơ đồ xác định các loại ứng suất ở biên đập .............................................. 14
Hình 2.2 Sơ đồ vòng Mo ứng suất tại 1 điểm ........................................................... 15
Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ giữa tỉ lệ x/H1 và hệ số ổn định trượt (H1 = 95.0m) ........ 21
Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa tỉ lệ x/H1 và ứng suất kéo chính lớn nhất thân đập . 21
Hình 2.5 Mặt cắt thiết kế tính toán và vị trí hành lang công tác hợp lý trong thân
đập. ............................................................................................................................ 22
Hình 2.6 Biểu đồ ứng suất chính lớn nhất và ứng suất chính lớn nhất lỗ khoét ở cao
độ 40m ....................................................................................................................... 23

Hình 3.1 Ba mô hình tiếp xúc phần tử hữu hạn giữa hai môi trường ....................... 30
Hình 3.2 Mô hình phần tử tiếp xúc mặt 2D hai điểm nút CONTA171 và phần tử mặt
mục tiêu TARGE169................................................................................................. 31
Hình 3.3 Phần tử biến dạng phẳng PLANE42 mô phỏng tiếp xúc giữa đập và hành
lang công tác.............................................................................................................. 32
Hình 3.4 Kết cấu chương trình ANSYS .................................................................... 33
Hình 3.5 Trình tự giải ANSYS ................................................................................. 34
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán ........................................................................................... 49
Hình 4.2 Mô hình Hành lang và đập làm việc đồng nhất ......................................... 50
Hình 4.3 Mô hình Hành lang một khối tiếp xúc với đập .......................................... 50
Hình 4.4 Mô hình Hành lang hai khối (trên)tiếp xúc với đập ................................... 50
Hình 4.5 Mô hình Hành lang hai khối (dưới) tiếp xúc với đập................................. 50
Hình 4.6 Mô hình Hành lang bốn khối tiếp xúc với đập........................................... 51
Hình 4.7 Đồng nhất - Phân bố ứng suất Sx toàn mô hình........................................ 55
Hình 4.8 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sx trong toàn mô hình .................. 55
Hình 4.9 Đồng nhất - Phân bố ứng suất S3 khu hành lang ....................................... 56
Hình 4.10 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 khu hành lang ......................... 56
Hình 4.11 Đồ thị quan hệ tỷ lệ ứng suất S1 giữa các trường hợp tính toán.............. 57


Hình 4.12 Mộ khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 khu hành lang .......................... 58
Hình 4.13 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 khu hành lang ........................ 58
Hình 4.14 Mộ khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sy toàn mô hình ............................ 59
Hình 4.15 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sy trong toàn mô hình ................. 59
Hình 4.16 Đồng nhất - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang................................... 60
Hình 4.17 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang ....................... 60
Hình 4.18 Đồng nhất - Phân bố ứng suất S1 trong thân đập phía ngoài hành lang .. 61
Hình 4.19 Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong thân đập ngoài hàng lang61

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.2 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam ................................... 5
Bảng 1. 2 Danh sách các đập BTĐL ở Việt Nam đến năm 2013 ............................... 6
Bảng 2.1 kết quả tính toán ứng suất biến dạng 3 trường hợp quanh lỗ khoét .......... 22
Bảng 3.1 Dữ liệu đầu vào phần tử TARGE169 ........................................................ 39
Bảng 3.2 Dữ liệu đầu vào phần tử CONTA172 ........................................................ 39
Bảng 3.3 Cường độ giới hạn của bê tông thân đập theo các tổ hợp tải trọng ........... 40
Bảng 4.1 Tổng hợp các thông số cơ bản công trình .................................................. 44
Bảng 4.2 Các đặc trưng của vật liệu và nền .............................................................. 46
Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp với Hđập=80(m) ..................... 51
Bảng 4.4 Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp với Hđập=80(m) ..................... 52
Bảng 4.5 Tổng hợp các hệ số so sánh các trường hợp tính toán ............................... 55
Bảng 4.6 Tổng hợp hệ số ứng suất Sx, Sy ............................................................... 58
Bảng 4.7 Tổng hợp ứng suất chính ngoài phạm vi hành lang................................... 61


DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 1
Hình 1: Đồng nhất - Phân bố ứng suất Sy toàn mô hình
Hình 2: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S1 khu hành lang
Hình 3: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S2 khu hành lang
Hình 4: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S1 trong hành lang
Hình 5: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang
Hình 6: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S2 trong thân đập phía ngoài hành lang
Hình 7: Đồng nhất - Phân bố ứng suất S3 trong thân đập phía ngoài hành lang
Phụ lục 2 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 2
Hình 8: Mộ khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sx toàn mô hình
Hình 9: Mộ khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 khu hành lang
Hình 10: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 khu hành lang
Hình 11: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong hành lang

Hình 12: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang
Hình 13: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang
Hình 14: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong thân đập xung quanh hàng
lang
Hình 15: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong thân đập xung quanh hàng
lang
Hình 16: Một khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong thân đập ngoài hàng lang
Phụ lục 3 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 3
Hình 17: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sx trong toàn mô hình
Hình 18: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sy trong toàn mô hình
Hình 19: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 khu hành lang
Hình 20: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 khu hành lang
Hình 21: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 khu hành lang
Hình 22: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong hành lang


Hình 23: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang
Hình 24: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang
Hình 25: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Hình 26: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Hình 27: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Phụ lục 4 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 4
Hình 28: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sx trong toàn mô hình
Hình 29: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất Sy trong toàn mô hình
Hình 30: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 khu hành lang
Hình 31: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 khu hành lang
Hình 32: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 khu hành lang

Hình 33: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong hành lang
Hình 34: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang
Hình 35: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang
Hình 36: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Hình 37: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Hình 38: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong thân đập xung quanh
hàng lang
Phụ lục 5 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 5
Hình 39: Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 khu hành lang
Hình 40: Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S1 trong hành lang
Hình 41: Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang
Hình 42: Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong thân đập ngoài hàng lang
Hình 43: Bốn khối tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong thân đập ngoài hàng lang


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay Việt Nam đang xây dựng rất nhiều các công trình thủy lợi lớn trên
khắp đất nước, trong đó có các công trình đập dâng nước là đập bê tông trọng lực
đang được áp dụng ngày một nhiều hơn. Việc tính toán thiết kế, phân tích ứng suất
thân đập nói chung và ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng
lực vẫn còn những hạn chế, chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn, các phương pháp tính
ứng suất trong các sách hướng dẫn còn thủ công không đáp ứng được đòi hỏi về
tiến độ cũng như chất lượng công tác thiết kế. Vai trò của việc phân tích ứng suất
hành lang một cách có hệ thống còn chưa được quan tâm đầy đủ. Chính vì vậy nên
trong thực tế xây dựng đập đã xuất hiện nhiều vết nứt trong hành lang công tác gây
ảnh hưởng đến an toàn ổn định cục bộ của đập.

Trong khuôn khổ luận văn này tác giả tập trung nghiên cứu các phương pháp
tích ứng suất thân đập bê tông trọng lực và ảnh hưởng của hành lang để từ đó tìm ra
phương pháp hữu hiệu nhất, nhằm hạn chế sự mất ổn định cục bộ của đập bê tông
trọng lực.
2. Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, mô hình toán trong phân tích kết cấu, ổn định,
quá trình mất ổn định cục bộ hành lang công tác của đập bê tông trọng lực trong quá
trình làm việc.
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: Đập bê tông trọng lực.
Phạm vi nghiên cứu: Các đập bê tông trọng lực có chiều cao 30÷100m
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ứng dụng phần mềm
tính toán kết cấu để phân tích đánh giá.


2
4. Kết quả dự kiến đạt được.
Miêu tả sơ lược và đánh giá hiện trạng công tác thiết kế – phân tích ứng suất
thân đập, ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực ở Việt
Nam.
Phân tích ứng suất thân đập, ảnh hưởng của hành lang công tác đến ứng suất
thân đập bê tông trọng lực cho đập Đồng Điền – tỉnh Khánh Hòa bằng phương pháp
phần tử hữu hạn.
Tạo cơ sở lý luận về tính toán, đề xuất phương pháp tính tối ưu.


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG
TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Tính hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở nước ta và trên thế giới.

1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực 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 xây trên sông Nile cao 15m, dài
450m có cốt là đá đổ và đất sét.
Theo con số thống kê của hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000
trên thế giới có khoảng 45000 đập lớn. Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có
chiều cao H=10 ÷ 15 m và có các điều kiện: Chiều dài L ≥ 500m, Qx ≥ 2000 m3/s,
hồ có dung tích W ≥ 1.000.000 m3 nước được xếp là loại đập cao.
Số lượng 45.000 đập được phân bố không đều trên các châu lục.
Bảng 1.1 Bảng thống kê số lượng đập của các châu lục
STT

Châu lục

Số lượng đập

Tỷ lệ

1

Châu á

31.340

69.6%

2

Bắc + Trung Mỹ

8.010

17.8%

3

Tây Âu

4.227

8.4%

4

Đông Âu

1.203

2.7%

5

Châu Phi

1.200

2.6%

6

Châu Đại Dương

577

1.2%

Nước có nhiều đập nhất thế giới là Trung Quốc với khoảng 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 khoảng thứ 16 trong số các nước có
nhiều đập cao trên thế giới.


4
Theo con số thống kê đập ở 44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15 ÷ 30 m
chiếm khoảng 56.2%. Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 23.8%, đập cao hơn 150m
chỉ khoảng 0.1%.

Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000)
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD – 1986 cho thấy 78% là đập đất, đập
đá đổ 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ 4%. Trong số các đập có chiều
cao hơn 100m thì tình hình lại khác, 30% là đập đất, 38% là đập bê tông, 21.5% là
đập vòm. Như vậy, trong số đập cao hơn 100m thì tỷ lệ đập bê tông và đập vòm
chiếm ưu thế.
Hiện nay Trung Quốc là nước có nhiều đập bê tông trọng lực được xây dựng
nhất trên thế giới tính đến năm 2000 đã có 22 đập cao trên 70m đã được xây dựng.
Phải kẻ đến những đập như Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đập
Baozhusi và Manwan cao 132m, Ankang cao 128m. Mỹ là nước đứng thứ 2 về số
lượng đập bê tông trọng lực được xây dựng ví dụ như đập Willow Creek cao 52m
đập Upper Stillwater cao 91m, đập Cuchillo Negro cao 50m, đập Spring Hollow cao

74m, đập Olivenhain cao 97m...


5
1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông ở Việt Nam.
Thời kì trước những 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
thuỷ 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 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số
đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước
tươi, đập Đáy ở Hà Nội (Hà Tây cũ) có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ
khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình…
Bảng 1.2 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam
(Giai đoạn trước năm 1945)
STT

Tên công trình

Địa điểm xây dựng

Năm xây dựng

1

Cầu Sơn

Sông Thương – Bắc Giang

2

Liễn Sơn

Sông Phó Đáy

3

Bái Thượng

Sông Chu – Thanh Hoá

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

1902
1914-1917

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư
xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có đập bê
tông trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập thuỷ điện


6
Thác Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim... Kĩ thuật và công nghệ xây dựng
ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật...

Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện
đại hoá nên các công trình thuỷ điện thuỷ lợi 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 thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleyKrông, Sê San 3 và Sê San 4,
Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang... và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình,
Tuyên Quang... là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều
cao từ 70 – 138m. Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ
hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô về cả chiều cao và khối
lượng bê tông ngày càng một lớn hơn.
Một trong những công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp dụng thành
công hiện nay là đập bê tông đầm lăn. Việt Nam đến với công nghệ bê tông đầm lăn
tương đối muộn so với một số nước trên thế giới, nhưng trước sự phát triển nhanh
chóng của nó và đặc biệt là nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự
nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn đã
và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này. Từ nay đến năm 2013 nước ta
có số đập bê tông đầm lăn lên đến 24 đập [5]. Việt Nam trở thành nước xếp hàng
thứ bẩy về tốc độ phát triển bê tông đầm lăn.
Bảng 1. 2 Danh sách các đập BTĐL ở Việt Nam đến năm 2013

STT

Tên công trình

Chiều

Địa điểm xây

cao (m)

dựng

Năm dự
kiến hoàn

Ghi chú

thành

1

PleiKrông

71

Kontum

2007

Đang VH

2

Định Bình

54

Bình Định

2007

Đang VH

3

A Vương

70

Quảng Nam

2008

Đang VH

4

Sê San 4

80

Gia Lai

2008

Đang VH


7

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2008

Đang VH

6

Bình Điền

75

Thừa Thiên Huế

2008

Đang VH

7

Cổ Bi

70

Thừa Thiên Huế

2008

Đang VH

8

Đồng Nai 3

110

Đắc Nông

2008

Đang VH

9

Đồng Nai 4

129

Đắc Nông

2008

Đang VH

10

ĐakRing

100

Quảng Ngãi

2008

Đang XD

11

Thượng KonTum

KonTum

2009

Đang XD

12

Nước Trong

70

Quảng Ngãi

2010

Đang XD

13

Sơn La

138

Sơn La

2010

Đang VH

14

Bản Chát

70

Lai Châu

2010

Đang XD

15

Bản Vẽ

138

Nghệ An

2010

Đang VH

16

Hủa Na

-

Nghệ An

2010

Đang XD

17

Sông Bung 2

95

Quảng Ngãi

2010

Đang XD

18

Sông Tranh 2

100

Quảng Ngãi

2010

Đang VH

19

Sông Côn 2

50

Quảng Nam

2010

Đang VH

20

Bản Uôn

85

Thanh Hoá

2011

Đang XD

21

Huội Quảng

-

Sơn La

2010

Đang XD

22

Lai Châu

-

Lai Châu

2012

Đang XD

23

Nậm Chiến

130

Sơn La

2013

Đang XD

24

Tà Pao

-

Bình Thuận

-

Chuẩn bị

1.2 Hành lang công tác, cấu tạo và vai trò của hành lang công tác đối với đập.
Hành lang công tác được bố trí trong thân đập, hành lang công tác bao gồm
hành lang dọc và hành lang ngang. Nhiệm vụ của các hành lang này là để kiểm tra

sự làm việc của các giếng tiêu nước và trạng thái bê tông đập; là nơi đặt các ống ,


8
các thiết bị kiểm tra đo lường để tiến hành phun xi măng vào các khớp nối, để thi
công màn chống thấm, cũng như làm công tác phục hồi sửa chữa sau này.
Thường thì hành lang công tác được bố trí ngay sau lớp bê tông mặt thượng
lưu đập bê tông trọng lực, đây là lớp bê tông chống thấm, tuỳ từng loại đập và điều
kiện thi công mà người ta sử dụng lớp chống thấm là bê tông cốt thép hay bê tông
giầu vữa xi măng. Phía sau lớp bê tông chống thấm thượng lưu là ống thu nước có
nhiệm vụ thu nước thấm về các hành lang công tác trong thân đập.
Theo chiều cao đập, các hành lang thường bố trí cách nhau 15-20m. Về
nguyên tắc phải thiết kế hành lang dọc thấp nhất cao hơn mực nước kiệt hạ lưu để
đảm bảo có thể tháo nước tự chảy. Trong trường hợp không bố trí được như vậy thì
phải bơm nước ra từ các hành lang này.
Việc chọn kích thước cho các hành lang công tác này cũng rất quan trọng, kích
thước của hành lang dùng để phun xi măng nền và các khớp nối thi công đập, để tạo
và khôi phục các giếng tiêu nước thẳng đứng cần chọn nhỏ nhất, đủ đảm bảo sự vận
chuyển và làm việc của các thiết bị khoan, phun xi măng v.v... Những hành lang
dùng để tập trung và tháo nước, kiểm tra trạng thái bê tông đập và làm kín nước cho
các khớp nối, để bố trí các thiết bị đo lường và các loại đường ống cần có các kích
thước như sau:
- Chiều rộng không nhỏ hơn 1.2m.
- Chiều cao không nhỏ hơn 2.0m
Các hành lang công tác trong thân đập thường có kết cấu bằng bê tông đúc sẵn
và được lắp đặt sau khi đổ bê tông đến cao độ nền hành lang công tác. Các hành
lang công tác có nhiệm vụ khoan các ống thu nước từ hành lang công tác trên xuống
hành lang công tác dưới (đối với đập RCC còn các đập bê tông thường thì ống thu
nước được đặt sẵn), ngoài ra hành lang công tác ở sát nền đập có nhiệm vụ để khoan
phun hàng trung tâm chống thấm, khoan thoát nước trong nền và đập. Hành lang

công tác còn đóng vai trò kiểm tra quan trắc trong quá trình thi công, vận hành đập.
Vị trí của hành lang công tác thường thẳng hàng nhau đối với đập có mái thượng


9
lưu bằng 0, đối với đập có mái thượng lưu khác 0 thì đặt ống thu nước xiên hoặc
khoan xiên theo mái đập vì vậy khoảng cách từ hành lang công tác tới mái thượng
lưu là không thay đổi.
Kích thước mặt cắt và vị trí hành lang công tác cũng có ảnh hưởng đến quá
trình thi công, vận hành đập và kết cấu đập đặc biệt là sự phân bố ứng suất vùng đập
quanh hành lang công tác. Cùng với đó số hành lang công tác cũng có ảnh hưởng sự
phân bố ứng suất đập, sự phân bố ứng suất quanh hành lang công tác và toàn đập.
Xung quanh hành lang công tác thường xuất hiện ứng suất kéo gây ra hiện tượng
nứt bê tông, nếu vị trí hành lang công tác quá sát mặt thượng lưu sẽ ảnh hưởng đến
khả năng chống thấm của đập. Hành lang công tác có hàng khoan phun thoát nước ở
sát nền đập nếu làm sát mặt thượng lưu đập sẽ làm giảm hiệu quả thoát nước, cách
xa mặt thượng lưu quá sẽ làm tăng áp lực thấm đáy đập làm giảm tính ổn định và độ
bền của đập.
Vì vậy việc nghiên cứu và phân tích ứng suất thân đập với các vị trí hành lang
khác nhau để xác định được vị trí hành lang công tác thích hợp là cần thiết. Vị trí
hành lang công tác thích hợp là vẫn đảm bảo khả năng chống thấm của lớp bê tông
mặt thượng lưu, đảm bảo điều kiện thi công ống thu nước và hàng khoan phun
chống thấm nền đồng thời vẫn không ảnh hưởng đến kết cấu thân đập, không mất
ổn định cục bộ đập.
1.3 Kết luận chương 1.
Trong chương 1 tác giả đã khái quát được tình hình xây dựng đập bê tông
trọng lực ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam, cho thấy việc thiết kế và thi công
ngày càng được hoàn thiện hơn, số lượng đập cao và quy mô lớn ngày càng nhiều
và chiếm ưu thế.
Hành lang công tác trong thân đập đóng vai trò quan trọng trong thi công cũng

như vận hành đập. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thu nước thấm trong thân
đập cũng như khả năng chống thấm đáy đập. Ngoài ra hành lang công tác còn ảnh


10
hưởng đến sự phân bố ứng suất trong thân đập đặc biệt là mặt thượng lưu đập xung
quanh hành lang công tác.
Với tầm quan trọng của hành lang công tác tác giả đề xuất những vấn đề sau
để nghiên cứu trong luận văn:
- Phương pháp tiếp cận: Từ những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thi công,
vận hành của hành lang công tác như khoan ống thu nước, thu nước thấm từ các ống
thu nước, khoan hàng khoan phun chống thấm nền, và những ảnh hưởng của hành
lang công tác đến kết cấu đập tiến hành phân tích nghiên cứu ảnh hưởng của hành
lang công tác đến ứng suất thân đập và và sự mất ổn định cục bộ của lớp bê tông
bao quanh hành lang công tác.
- Công cụ được sử dụng trong nghiên cứu: Sử dụng những phần mềm có sẵn là
ANSYS để phân tích ổn định, ứng suất của đập.
- Nội dung nghiên cứu :
+ Phân tích lựa chọn mặt cắt đập điển hình cho tính toán.
+ Tiến hành phân tích ứng suất thân đập bằng phương pháp PTHH với vị
trí hành lang công tác đã chọn để kiểm tra lại sự phân bố ứng suất trong thân đập và
đánh giá kết quả theo tiêu chuẩn thiết kế.
+ Ứng dụng các kết quả đã nghiên cứu vào đập Đồng Điền – tỉnh Khánh
Hòa để khẳng định những lợi ích mà các kết quả nghiên cứu đem lại.


11
CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC PHÂN TÍCH ỨNG
SUẤT THÂN ĐẬP, ẢNH HƯỞNG CỦA HÀNH LANG CÔNG TÁC ĐẾN
ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRONG THIẾT KẾ

2.1 Đánh giá hiện trạng công tác phân tích ứng suất thân đập, ảnh hưởng của
hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực trong công tác thiết kế.
Công tác phân tích ứng suất trong thân đập bê tông trọng lực trong thiết kế
nhằm xác định trị số, phương, chiều và trạng thái phân bố ứng suất dưới tác dụng
của ngoại lực và ảnh hưởng của các nhân tố khác như biến dạng của nền, sự thay
đổi nhiệt độ, sự phân giai đoạn thi công thân đập, cách bố trí các hành lang công
tác, … Trên cơ sở các số liệu tính toán được, tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực
của vật liệu, phân vùng đập để có có cơ sở lựa chọn mác bê tông khác nhau, phù
hợp với điều kiện chịu lực từng vùng, bố trí, cấu tạo các bộ phận công trình thích
ứng với điều kiện làm việc của chúng.
Trường hợp phân tích ứng suất thân đập trong bài toán thiết kế:
 Trường hợp khai thác
Trường hợp này đập làm việc dưới điều kiện tác dụng của hai tổ hợp lực:
-

Tổ hợp lực cơ bản.

-

Tổ hợp lực đặc biệt

 Trường hợp thi công
Đập vừa thi công song hồ chưa có nước tác dụng. Trong thực tế có nhiều
công trình người ta tiến hành khai thác ngay trong thời gian thi công, cột
nước trước đập chỉ dâng đến một độ cao nào đó, trường hợp này cũng cần
được tiến hành xem xét.
 Trường hợp sửa chữa
Tính toán ứng suất thân đập được tiến hành trong phạm vi bài toán phẳng
nghĩa là khảo sát một đoạn đập có chiều dài đơn vị, bỏ qua ảnh hưởng của
các lực tác dụng theo phương dọc trục đập.

12
Trong tính toán thiết kế và nghiên cứu đập bê tông trọng lực hiện nay thường
sử dụng ba phương pháp tính toán sau để phân tích ứng suất.
- Phương pháp sức bền vật liệu còn gọi là phương pháp phân tích trọng lực
hoặc phương pháp phân tích tuyến tính. Phương pháp này đơn giản cho kết
quả đủ độ tin cậy trong các bài toán thiết kế đập bê tông trọng lực có cấu tạo
mặt cắt cũng như nền không phức tạp.
- Phương pháp lý luận đàn hồi: Phương pháp này xem thân đập là một môi
trường liên tục, đồng nhất, đẳng hướng, ứng suất và biến dạng trong giai
đoạn đàn hồi của vật liệu tuân theo định luật Hook. Nói chung với những đập
cao, các giả thiết đặt ra cơ bản phù hợp với tình hình thực tế đối với những
vùng nằm cách xa nền. Phương pháp lý thuyết này có thể giải quyết được
những vấn đề đặc biệt như ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt... mà phương
pháp sức bền vật liệu không giải quyết được.
- Phương pháp phần tử hữu hạn: ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn có
thể phân tích một cách gần đúng điều kiện làm việc thực tế của đập cũng như
trạng thái ứng suất của đập bê tông trọng lực kể cả các đập có điều kiện biên
phức tạp, giải được các bài toán phẳng và cả bài toán không gian, các bài
toán có xét đến trạng thái làm việc đồng thời của môi trường vật liệu làm đập
và nền. Nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nên hiện nay
phương pháp này đang được ứng dụng một cách rộng rãi trong tính toán và
nghiên cứu đập bê tông trọng lực.
Các yêu cầu phân tích ứng suất thân đập:
Khi thiết kế mặt cắt mới thỏa mãn điều kiện ứng suất ở mép biên thượng và
hạ lưu đập. Để đảm bảo cho đập an toàn trong mọi trường hợp và điều kiện làm việc
cần phải tiến hành kiểm tra điều kiện ứng suất đập theo các nội dung sau:
1) Kiểm tra theo điều kiện ứng suất biên thượng lưu, hạ lưu.
2) Kiểm tra theo điều kiện ứng suất trong thân đập

3) Vẽ đường đẳng ứng suất để phân vùng sử dụng vật liệu cho thích hợp.


13
4) Vẽ đường quỹ đạo ứng suất chính, dựa vào đường này để bố trí các mặt
khe thi công, các đường ống đặt trong thân đập.
5) Tính các ứng suất tập trung cụ bộ xuất hiện quanh các đường hầm, hành
lang công tác trong thân đập và bố trí đặt thép chịu lực cho riêng khu vực
này.
6) Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến ứng suất đập như biến dạng nền,
lực thấm, nhiệt độ, phân đoạn thi công.
Tiêu chuẩn kiểm tra đối với mọi điểm trong thân đập và nền là khả năng chịu
nén và khả năng xuất hiện ứng suất kéo. Đối với nền đặc biệt chú ý không cho suất
hiện ứng suất kéo ở khu vực màng chống thấm.
Để phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp ta đi vào chi tiết của từng
phương pháp tính:
2.1.1 Phương pháp sức bề vật liệu.
Việc tính toán tiến hành cho một mặt cắt ngang bất kỳ theo chiều cao (có thể là
mặt cắt sát nền, hay mặt cắt ở lưng chừng đập).
*) Ứng suất pháp trên mặt phẳng nằm ngang
- Sử dụng công thức nén lệch tâm:
σ y' , σ "y =

∑P ± ∑M
F

W

o

(2-1)

Trong đó:
σy – ứng suất pháp trên mặt phẳng nằm ngang, ở đây và các phần tiếp theo,
ký hiệu 1 dấu phẩy là dành cho biên thượng lưu, 2 dấu phẩy là dành cho biên hạ
lưu.
ΣP – tổng hợp các lực thẳng đứng kể từ mặt tính toán trở lên (trường hợp mặt
tính toán ở sát nền thì ΣP phải kể đến các lực đẩy nổi do thấm và lực thuỷ tĩnh).
F – diện tích mặt tính toán, ở đây F = Bx1, B là chiều dài mặt tính toán từ
biên thượng lưu đến biên hạ lưu đập.


14

W – Mô đun chống uốn của mặt cắt : W =

1× B 2
6

ΣMo – Tổng mô men của các lực tác dụng kể từ mặt cắt tính toán trở lên đối
với điểm giữa của mặt cắt đó. Khi quy định chiều dương của M quay thuận chiều
kim đồng hồ và trong mặt cắt biên thượng lưu ở bên trái, biên hạ lưu ở bên phải thì
trong công thức (2-1), dấu - áp dụng cho σy’ và dấu + cho σy”.
*) Ứng suất cắt τxy tại biên (sau đây viết tắt là τ)
- Tại biên thượng lưu:
τ’ = (γ.y’ - σ.y’).m1;

(1-26)

- Tại biên hạ lưu:

τ” = (γ.y” - σ.y”).m2;

Trong đó:
γ - trọng lượng riêng của nước;
y’ - chiều sâu nước ở thượng lưu tính đến mặt cắt tính toán;
y” - chiều sâu nước ở hạ lưu tính đến mặt cắt tính toán;
σy’, σy” - theo kết quả xác định ở mục trên;
m1, m2 – tương ứng là hệ số mái đập thượng, hạ lưu.

Với ký hiệu α1, α2 như trên hình 1-11 thì: m1 = tgα1; m2 = tgα2

Hình 2.1 Sơ đồ xác định các loại ứng suất ở biên đập

(1-27)


15
a) Các ứng suất trên mặt phẳng đứng và ngang; b) Các ứng suất chính.
Quan hệ giữa các thành phần ứng suất tại một điểm tuân theo sơ đồ vòng Mo
ứng suất như trên hình 2.3
τ

Hình 2.2 Sơ đồ vòng Mo ứng suất tại 1 điểm

D
τ

0

N

F

C

E N

σ

OE=σx ; OF=σy ; ED=τxy

* Ưu điểm của phương pháp:
Phương pháp Sức bền vật liệu được coi là phương pháp tính toán cơ bản, giúp
ta tính toán ứng suất biện dạng đơn giản, dễ dàng. Tính được các giá trị σy, τyx tại
các điểm đang xét, từ đó xác định được ứng suất chính và phương chính tại mọi
điểm trong thân đập.
Phương pháp này thường được dùng cho giai đoạn đầu trong thiết kế, tính toán
sơ bộ mặt cắt, ổn định đập bê tông trọng lực.
* Nhược điểm của phương pháp:
Do giả thiết đập có dạng hình nêm để tính toán mà trong thực tế mặt cắt đập
có hình dạng khác rất nhiều nên kết quả tính toán không tránh khỏi sai lệch so với
thực tế.
Cũng với giả thiết đập và nền là đồng chất nên coi đập và nề là một nêm
không gian bán vô hạn để tính toán, như vậy sẽ không phản ánh được liên kết giữa
đập và nền, không phản ánh được quá trình làm việc của nền. Do đó kết quả tính
toán chỉ sát với thực tế cho những vùng còn cách xa mặt tiếp xúc giữa đập và nền.
Một giả thiết nữa của phương pháp là giả thiết vật liệu là đồng nhất và đẳng
hướng, nhưng trong thực tế thiết kế thì mặt cắt đập bê tông bao gồm nhiều vùng vật
liệu khác nhau, đặc biệt môi trường nền đập cũng thường không đồng nhất, nền