Nghiên cứu lựa chọn kích thước của bản mặt bê tông trong đập đá đổ bê tông bản mặt sông cạn

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ
của các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cố gắng học tập,
nghiên cứu và tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài “Nghiên
cứu lựa chọn kích thước của bản mặt bê tông trong đập đá đổ bê tông bản mặt Sông
Cạn” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định.
Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo T.S Nguyễn
Kiên Quyết và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung
cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin
chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại
học & Sau đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, tạo điều
kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện đào tạo & Khoa học ứng
dụng miền Trung – nơi tác giả đang công tác; gia đình, bạn bè & đồng nghiệp đã động
viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác
giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận
được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của
luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Ninh Thuận năm 2017
HỌC VIÊN

Lưu Văn Kiên

i


BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn, kết
quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.

HỌC VIÊN

Lưu Văn Kiên

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
I. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
II. Mục đích của đề tài .................................................................................................. 2
III.
Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện ............................................................ 2
IV.
Kết quả đạt được .................................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ ........................ 3
1.1.
Tình hình xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt trên thế giới .............................. 3
1.2.
Tình hình xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông ở việt nam ................................ 8
1.3.
Những thành tựu, tồn tại trong xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt ở Việt
Nam…………………………………………………………………………………...11
1.3.1. Những thành tựu ............................................................................................. 11
1.3.2. Những tồn tại .................................................................................................. 11

1.4.
Những vấn đề kĩ thuật trong thiết kế đập đá đổ bê tông bản mặt ...................... 12
1.4.1. Phân loại đập đá đổ bê tông bản mặt ............................................................. 12
1.4.1.1. Phân loại theo vật liệu đắp đập ........................................................................ 12
1.4.1.2. Phân loại theo chiều cao đập ........................................................................... 13
1.4.1.3. Phân loại theo cấp công trình .......................................................................... 13
1.4.2. Cấu tạo các bộ phận của đập đá đổ bê tông bản mặt .................................... 14
1.4.3. Điều kiện nền xây dựng đập CFRD ................................................................ 15
1.4.4. Vật liệu xây dựng đập ..................................................................................... 18
1.4.4.1. Vật liệu làm lớp đệm và vùng chuyển tiếp ........................................................ 18
1.4.4.2. Vật liệu đá đắp thân đập .................................................................................. 19
1.4.5. Vấn đề ổn định trượt ....................................................................................... 20
1.4.6. Vấn đề ứng suất - biến dạng ........................................................................... 21
1.4.7. Vấn đề về thấm ................................................................................................ 21
1.4.8. Giải pháp kháng chấn cho thân đập ở vùng có địa chấn ............................... 21
1.5.
Tình hình chịu lực và đặc điểm của bản mặt bê tông [2] .................................. 22
1.6.
Kết luận chương 1 ............................................................................................. 24
1.6.1. Ưu điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt ........................................................ 24
1.6.2. Nhược điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt ................................................. 24
1.6.3. Kết luận ........................................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐẬP ĐÁ
ĐỔ BÊ TÔNG BẢN MẶT ............................................................................................ 26
2.1.
Các phương pháp chủ yếu tính toán trạng thái ứng suất biến dạng cho CFRD .. 26
2.1.1. Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng ........................................... 26
2.1.2. 2.2.2. Phương pháp tính toán được lựa chọn để phân tích trong luận văn ... 27
2.2.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn [3] ..................................... 27

2.2.1. Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH ........................................... 28

iii


2.2.2. Giải bài toán phân bố ứng suất-biến dạng trong thân đập và bản mặt bê tông
bằng phương pháp PTHH ............................................................................................. 29
2.2.2.1.
Các giả thiết cơ bản và phiến hàm thế năng .............................................. 29
2.2.2.2.
Phần tử tứ diện và hàm xấp xỉ bậc nhất ..................................................... 31
2.2.2.3.
Phần tử tấm hình chữ nhật .......................................................................... 34
2.3.
Tổng quan về phần mềm SAP2000 [4] ............................................................. 37
2.3.1. Phần mềm SAP2000 và những ưu điểm ......................................................... 37
2.3.2. Bài toán hình khối (Solid) ............................................................................... 38
2.3.2.1. Khái niệm về bài toán khối ............................................................................... 38
2.3.2.2. Một số quy ước về phần tử khối ....................................................................... 38
2.3.3. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng SAP2000 V14 ......................................... 40
2.4.
Kết luận chương ................................................................................................ 40
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC BẢN MẶT VÀ ÁP DỤNG
CHO ĐẬP SÔNG CẠN ................................................................................................ 41
3.1.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố tới đập bản mặt................................... 41
3.1.1. Mô hình tính toán............................................................................................ 41
3.1.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng .......................................................................... 42
3.1.3. Ảnh hưởng của chiều cao đập ........................................................................ 42
3.1.3.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 42

3.1.3.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 42
3.1.4. Ảnh hưởng của nhân tố nền ............................................................................. 46
3.1.4.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 46
3.1.4.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 47
3.1.5. Ảnh hưởng của mái đập .................................................................................. 51
3.1.5.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 51
3.1.5.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 52
3.2.
Xây dựng mối tương quan giữa chiều rộng bản mặt và chiều cao của đập......... 56
3.2.1. Các tham số tính toán ..................................................................................... 56
3.2.2. Kết quả tính toán ............................................................................................ 57
3.3.
Áp dụng cho đập đá đổ bê tông bản mặt Sông Cạn .......................................... 60
3.3.1. Giới thiệu công trình [5] ................................................................................. 60
3.3.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................ 60
3.3.1.2. Nhiệm vụ ........................................................................................................... 60
3.3.1.3. Quy mô công trình ............................................................................................. 60
3.3.1.4. Chỉ tiêu cơ lý của đá đắp đập và nền................................................................. 62
3.3.2. Tính toán lựa chọn kích thước bản mặt ........................................................... 62
3.3.2.1. Phạm vi tính toán .............................................................................................. 62
3.3.2.2. Tham số hình học và sơ đồ tính toán ................................................................. 62
3.3.2.3. Phân tích kết quả tính toán ................................................................................ 64
3.4.
Kết luận chương ................................................................................................ 67

iv


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 68
1. Những kết quả đạt được của luận văn ....................................................................... 68

2. Những kết luận của luận văn ..................................................................................... 68
3. Những tồn tại của luận văn ........................................................................................ 69
4. Những kiến nghị của luận văn ................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 70
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 71

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Toàn cảnh đập Cirata cao 125m – Inđônêxia .................................................. 5
Hình 1.2. Mặt cắt đập Cirata cao 125m ........................................................................... 6
Hình 1.3. Đập Kanaviou - Cyprus ................................................................................... 6
Hình 1.4. Toàn cảnh đập Toulnustouc cao 77m - Canada .............................................. 6
Hình 1.6. Toàn cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu .......................................... 9
Hình 1.7. Mặt cắt đại điện công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt.............................. 10
Hình 1.8. Vai phải đập đá đổ bê tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008 ......................... 10
Hình 1.9. Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng đá cứng .................................................... 12
Hình 1.10. Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng cuội sỏi .................................................. 12
Hình 1.11. Mặt cắt ngang điển hình của đập đá đắp bê tông bản mặt .......................... 14
Hình 1.12. Bố trí vùng tầng đệm đặc biệt...................................................................... 15
Hình.1.13. Khớp nối dọc bị ép vỡ ở đập Mohale (Lesotho, Châu Phi) ......................... 23
Hình 2.1. Màn hình khởi động của phần mềm SAP2000 .............................................. 37
Hình 2.2. Phần tử khối trong SAP2000 ......................................................................... 38
Hình 2. 3. Phần tử khối trong SAP2000 ........................................................................ 39
Hình 2.4. Phần tử khối 6 mặt và khối 5 mặt .................................................................. 39
Hình 3.1. Sơ đồ tính toán cho một một dải bản mặt khối đá đổ .................................... 41
Hình 3.2. Mô hình tính toán cho một một dải bản mặt khối đá đổ ............................... 41
Hình 3.3. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao
đập 40m. ........................................................................................................................ 43

Hình 3.4. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao
đập 60m. ........................................................................................................................ 44
Hình 3.5. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao
đập 80m. ........................................................................................................................ 45
Hình 3.6. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt. 46
Hình 3.7. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có
E = 2*104 T/m2 .............................................................................................................. 48
Hình 3.8. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có
E = 1*105 T/m2 .............................................................................................................. 49
Hình 3.9. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có
E = 1,8*105 T/m2 ........................................................................................................... 50
Hình 3.10. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt.51

vi


Hình 3.11. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số
mái mTL=1,30; m=1,25 .................................................................................................. 53
Hình 3.12. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số
mái mTL=1,40; m=1,35 .................................................................................................. 54
Hình 3.13. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số
mái mTL=1,50; m=1,45 .................................................................................................. 55
Hình 3.14. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt.56
Hình 3.15. Biểu đồ ứng suất chính S11 lớn nhất ............................................................ 58
Hình 3.16. Biểu đồ ứng suất chính S22 lớn nhất ............................................................ 58
Hình 3.17. Biểu đồ ứng suất chính S33 lớn nhất ............................................................ 59
Hình 3.18. Cắt ngang đập điển hình .............................................................................. 61
Hình 3.19. Cắt ngang đập điển hình .............................................................................. 63
Hình 3.20. Phổ màu ứng suất chính S1 ......................................................................... 64
Hình 3.21. Phổ màu ứng suất chính S2 ......................................................................... 64

Hình 3.22. Phổ màu ứng suất chính S3 ......................................................................... 65

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Một số đập trên thế giới cao trên 100m .......................................................... 4
Bảng 1-2. Đập đá đổ bản mặt đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc .................. 7
Bảng 1-3. Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất nền [1] ............................... 13
Bảng 1-4. Tên đất đá theo phân loại của Nga ............................................................... 16
Bảng 1-5. Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập .................................. 19
Bảng 1-6: Hệ số mềm hóa cho phép của vật liệu đá ..................................................... 20
Bảng 3-1. Tham số hình học của đập ............................................................................ 42
Bảng 3-3. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.1 (Hđ = 40m) ...................... 43
Bảng 3-4. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.2 (Hđ = 60m) ...................... 43
Bảng 3-5. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.3 (Hđ = 80m) ...................... 44
Bảng 3-6. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................... 45
Bảng 3-7. Tham số hình học của đập ............................................................................ 46
Bảng 3-8. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nền ........................................................... 47
Bảng 3-9. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.1 nền có E = 2*104 T/m2 .... 47
Bảng 3-10. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.2 nền có E = 1*105 T/m2 .. 48
Bảng 3-11. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.3 nền có E = 1,8*105 T/m249
Bảng 3-11. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................. 50
Bảng 3-12. Tham số hình học của đập .......................................................................... 51
Bảng 3-13. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nền ......................................................... 52
Bảng 3-15. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH3.2 hệ số mái mTL=1,40; mHL
=1,35 .............................................................................................................................. 53
Bảng 3-16. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH3.3 hệ số mái mTL=1,50;
mHL=1,45 ....................................................................................................................... 54
Bảng 3-17. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................. 55

Bảng 3-18. Tham số hình học của đập .......................................................................... 56
Bảng 3-20. Ứng suất chính lớn nhất .............................................................................. 57
Bảng 3-21. Chỉ tiêu cơ lý của đá đắp đập và nền .......................................................... 62
Bảng 3-22. Tham số hình học của đập .......................................................................... 63
Bảng 3-23. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ................................................................ 65

viii


BẢNG VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
ALN:

Áp lực nước

BNNPTNT:

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

CFRD (Concrete Face Rockfill Dams): Đập đá đổ bê tông bản mặt
DEAD:

Trọng lượng bản thân

PTHH:

Phần tử hữu hạn

QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam

ƯSBD:

Ứng suất biến dạng

VLĐP:

Vật liệu địa phương

ix


MỞ ĐẦU
I.

Tính cấp thiết của đề tài

Các đập đá đổ ở nước ta và trên thế giới thường được xây dựng bằng hình thức: thân
đập là đá đổ và chống thấm là tường nghiêng hoặc lõi giữa bằng đất sét hoặc bê tông
atphal. Tuy nhiên khi nguồn vật liệu làm kết cấu chống thấm khan hiếm hoặc ở vùng
thời tiết không thuận, mưa nhiều, yêu cầu tiến độ thi công nhanh, hoặc cần giảm công
trình dẫn dòng bằng cách cho tràn qua mặt đập xây dở, … thì hình thức đập đá đổ
chống thấm bằng lõi giữa hoặc tường nghiêng không còn phù hợp nữa mà thay thế vào
đó là đập đá đổ chống thấm bằng lớp bê tông bản mặt.
Đập đá đổ chống thấm bằng bê tông bản mặt (Concrete Face Rockfill Dams) được xây
dựng đầu tiên vào năm 1985 tại Mỹ, đã dần thay thế các đập đá đổ truyền thống. Với
những ưu điểm nổi bật của mình, nó đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển
từ lâu, đặc biệt là Trung Quốc, Nga, Mỹ và ngày càng được hoàn thiện về phương
pháp tính toán cũng như phương pháp xây dựng. Ưu điểm chính của loại đập này là thi
công nhanh, giảm khối lượng đắp đập, áp dụng cho các đập có chiều cao lớn, có thể

cho nước tràn qua mặt đập đang xây dựng, chủ động trong thi công nên rút ngắn được
thời gian xây dựng công trình, giảm được giá thành và đạt hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên
để đảm bảo được chất lượng và lợi thế của CFRD đòi hỏi trình độ tổ chức thi công khá
cao, trang thiết bị xe máy phải đồng bộ, đồng thời trong công tác khảo sát, thiết kế
cũng phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe, đặc biệt là việc xử lý đúng đắn bản chân
và phân khe dọc của bản mặt nhằm đảm bảo việc kín nước và ổn định bền vững khi
bản mặt bị chuyển dịch và biến dạng.
Đập đá đổ bê tông bản mặt là một loại hình thức đập tương đối mới đối với Việt Nam.
Trong tính toán thiết kế loại hình đập này điều quan trọng chủ yếu là khống chế biến
dạng của bản mặt bê tông nhằm đảm bảo an toàn chống thấm và độ bền tránh phát sinh
vết nứt. Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là trong tính toán kỹ thuật, thông thường quan
niệm bản mặt bê tông được ngàm chặt vào nền và được tựa lên khối đá đổ được đầm
chặt theo yêu cầu. Chính vì vậy nên trong quá trình làm việc xảy ra hiện tượng chuyển
vị không đều giữa các loại vật liệu khác nhau. Chính sự chuyển vị không đều này dẫn

1


đến biến dạng cục bộ gây mất ổn định cho công trình. Với sự phát triển của công nghệ
tính toán thiết kế hiện nay đã dần mô phỏng được liên kết giữa bản mặt bê tông và
thân đập bằng đá đổ nhằm tiếp cận sát với thực tế quá trình làm việc của đập đá đổ bê
tông bản mặt.
Nội dung đề tài này tiến hành nghiên cứu mô phỏng đầy đủ các liên kết giữa các bộ
phận trong đập nhằm tìm ra kích thước bản mặt bê tông một cách hợp lý nhất về điều
kiện chịu lực, một trong những nội dung chính trong công tác thiết kế và thi công quan
tâm - với mong muốn góp phần phát triển vào việc xây dựng mạnh mẽ loại hình đập
này ở Việt Nam hiện nay.
II. Mục đích của đề tài
Bản mặt bê tông là phần hết sức quan trọng của đập đá đắp chống thấm bằng bê tông
bản mặt. Nó có tác dụng ngăn nước dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu. Vì vậy, vấn đề

bảo đảm sự làm việc bình thường, không phát sinh các hư hỏng của bản mặt và để giữ
ổn định tổng thể cho cả đập đá đổ bê tông bản mặt là rất quan trọng. Mục đích của
luận văn này là sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại để phân tích ứng suất, biến
dạng và sự ổn định của đập đá đổ bê tông bản mặt, từ đó đưa ra các kiến nghị về kích
thước của tấm bê tông bản mặt một cách hợp lý.
III. Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện
Việc phân tích điều kiện làm việc đồng thời của bản mặt bê tông và đập đá đắp được
nghiên cứu dựa trên phương pháp Phần tử hữu hạn.
Việc xác định kích thước hợp lý của các tấm bê tông bản mặt dựa vào các lý thuyết
của sức bền vật liệu, kết cấu bê tông cốt thép, địa kỹ thuật.
IV. Kết quả đạt được
Khái quát được tình hình xây dựng đập đá đổ bê bản mặt trên thế giới và Việt Nam;
Nắm vững được các yêu cầu kỹ thuật tính toán đập đá đổ bê tông bản mặt;
Xác định được mối tương quan giữa chiều dày và chiều rộng bản mặt theo điều kiện
chịu lực.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ

Đập đá đổ là một loại đập vật liệu địa phương do phần lớn khối lượng đắp là vật liệu
được khai thác tại chỗ (khai thác ở mỏ vật liệu gần công trình hoặc đá đào móng hoặc
sỏi đá tự nhiên). Việc bố trí các loại vật liệu trong mặt cắt đập là rất quan trọng. Nó
quyết định đến tính ổn định trong quá trình làm việc của đập và nhất là tính kinh tế của
dự án. Hiện nay mặt cắt đập đá đổ ngày càng phức tạp và được phân ra nhiều vùng. Tuỳ
theo việc phân bố ứng suất trong thân đập, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của các
vùng trong thân đập và căn cứ vào khả năng khai thác vật liệu trong vùng mà mặt cắt
ngang của đập sẽ được tính toán để chọn ra mặt cắt hợp lý nhất. Người ta thường tận đất
đá đào hố móng công trình để đắp vào một phần thích hợp của đập. Đập đá đắp bê tông

bản mặt là một dạng đập trong nhóm đập đá đổ.
1.1. Tình hình xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt trên thế giới
Đập đá đổ bản mặt bê tông có lịch sử phát triển từ rất lâu đời, cách đây khoảng hơn 1
thế kỷ các nước đã nghiên cứu xây dựng loại đập này. Năm 1895 loại đập này lần đầu
tiên được xây dựng ở California (Mỹ). 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, Mỹ, Anh, Ấn Độ,
Nga, Nhật .... Ở Châu Á đập đá đổ bản mặt bê tông được áp dụng xây dựng cho nhiều
công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn ở Trung Quốc. Trung Quốc đã có được những nghiên
cứu và thành công nhất định trong lĩnh vực xây dựng đập loại này. Hiện nay đây là một
trong các loại đập đang phát triển mạnh nhất trên thế giới.
Đập đá đổ bản mặt bê tông 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 đá đổ bản mặt bê tông thường áp dụng cho các loại đập cao
(H>40m) và đặt trên nền đá. Việc thiết kế các đập đá đổ bản mặt bê tông ban đầu chủ
yếu dựa trên kinh nghiệm và được hiệu chỉnh dần.

3


Đến nay việc tính toán thiết kế đập đá đổ bản mặt bê tông đã dần được hoàn chỉnh. Đập
đá đổ bản mặt bê tông đã được áp dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho cả những đập cao tới
187m.
Đến cuối năm 2008 theo thống kê của hội đập đá đổ bê tông bản mặt Thế giới thì trên
thế giới đã xây dựng được khoảng 200 đập có chiều cao lớn hơn 100m, trong đó có 20
đập cao hơn 150m. Các đập điển hình được thống kê trong bảng sau (xem Bảng 1-1):
Bảng 1-1. Một số đập trên thế giới cao trên 100m

Tên đập

TT

Tên nước

1

Aguamilpa

Mexico

2

Akbu

Venezuela

3

For do Areia

4

Chiều cao đập
(m)

Chiều dài
đập (m)

187
160.5

150

Braxin

160

828

NewExchquer

Mỹ

150

427

5

Myxukhơla

Hy Lạp

150

560

6

Sauvaxira

Colombia

148

362

7

Segrado

Braxin

145

705

8

Anto Anchicaya

Colombia

140

280

9

Xingo

Nam Tư

140

850

10

Aman

Anbani

133

450

11

Khao lan

Thái Lan

130

1000

12

Xello

Nigeria

130

560

13

Clylass

Colombia

127

110

14

Xila

Indonexia

125

453

15

Yta

Nam Tư

125

780

16

Recce

Úc

122

360

17

Tumili

Venezuela

115

650

18

Poltala

Bồ Đào nha

112

540

19

Cetnana

Úc

110

113

20

Uluai

Malaixia

110

580

4

21

Thuỷ bộ á

Hồ Bắc

22

Tam bản khê

23

233

584

Quế Châu

185.5

424

Hồng Gia Bộ

Quế Châu

182.3

465

24

Thiện gia bình

Hồ Bắc

180

25

Tham khang

Triết Giang

161

506

26

Tài binh bổ

Tứ Xuyên

159

638

27

Đại liệu thụ

Ninh Hạ

156

770

28

Hương thuỵ đông

An Huy

153

516

29

Cát lâm đài

Tân Cương

152

392

30

Than khẩu

Sơn Tây

140

1150

31

Va u sơn

Tứ xuyên

140

32

Công bạch khuê

Thanh Hải

130

Một số hình ảnh của đập CFRD trên thế giới.

Hình 1.1. Toàn cảnh đập Cirata cao 125m – Inđônêxia

5

423


Hình 1.2. Mặt cắt đập Cirata cao 125m

Hình 1.3. Đập Kanaviou - Cyprus

Hình 1.4. Toàn cảnh đập Toulnustouc cao 77m - Canada

6


So với các nước đi đầu trong lĩnh vực xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt, Trung Quốc
tuy bước đầu tiên hơi chậm nhưng khởi điểm rất mạnh và phát triển nhanh. Chỉ trong
vòng 10 năm đã phổ biến ra toàn quốc. Đến cuối năm 1998, căn cứ vào thống kê chưa
đầy đủ ở Trung Quốc đã hoàn thành 39 đập, đập cao nhất là đập thuỷ điện Bạch Vân
tỉnh Hồ Nam, xây dựng năm 1998, cao 120m. Hiện nay ở Trung Quốc đập CFRD cao
trên 100m đang xây dựng có hơn 20 đập (xem bảng 1.2).
Bảng 1-2. Đập đá đổ bản mặt đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc
TT

Tên đập

Địa điểm
xây dựng

Chiều cao
đập (m)

Chiều dài
đập (m)

Khối lượng
đập (105m3)

233

584

1455

1

Thuỷ Á Bộ

Hồ Bắc

2

Tam Bản Khê

Quế Châu

185,5

424

991

3

Hồng Gia Bộ

Quế Châu

182,5

465

1007

4

Thiện Gia Bình

Hồ Bắc

180

5

Thẩm Khang

Triết Giang

161

506

1000

6

Tài Binh Bổ

Tứ Xuyên

159

638

1167

7

Đại Liêu Thụ

Ninh Hạ

156

770

1450

8

Hương Thuỷ Đông An Huy

153

516

257

9

Cát Lâm Đài

Tân Cương

152

392

920

10

Than Khẩu

Sơn Tây

140

1150

2395

11

Va U Sơn

Tứ Xuyên

140

12

Công Bạch Khuê

Thanh Hải

130

423

455

13

Chè Miên

Phú Kiến

126

478

342

14

Phan Khẩu

Hồ Bắc

123

322

346

15

Ngũ Thiếu

Trương
Kháng

110

220

163

16

Linh Thiên

Hồ Nam

110

261

250

17

Soang Câu

Cát Lâm

109,7

312

258

18

Thiên Thuỷ

Hồ Nam

102,5

313

172

7


19

Bàn Thạch Đầu

Hà Nam

20

Tích Thạch Gi

Thanh Hải

100,8

558

529

100

348

288

1.2. Tình hình xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông ở việt nam
Đập đá đổ bản mặt bê tông mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây
và đã được áp dụng cho một số công trình như: công trình Thủy điện Tuyên Quang
(2002), công trình Thủy lợi - Thủy điện Rào Quán (Quảng Trị, 2002) và công trình
Thủy lợi - Thủy điện Cửa Đạt (Thanh Hoá, 2004), công trình thủy điện An Khê &
Kanak (Gia Lai 2009) và đập Sông Bung 2 (Quản Nam, đang xây dựng). Các nguyên lý
tính toán và qui phạm áp dụng để thiết kế và thi công những công trình này thường dựa
vào các qui phạm và kinh nghiệm đã áp dụng thành công cho các công trình cùng loại
của Trung Quốc và Nga.
Đập đá đắp bê tông bản mặt chống thấm là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào
nước ta. Tuy nhiên nó đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với
các loại đập khác nhất là với 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 đá bê tông bản
mặt chống thấm sẽ giảm bớt nhiều và việc xây dựng loại hình đập này sẽ ngày càng phát
triển ở nước ta. Chúng ta hi vọng hàng loạt các công trình đập đá đổ bê tông bản mặt sẽ
được xây dựng rộng rãi ở trong nước.
Thông số kỹ thuật của một số công trình đá đổ bê tông bản mặt đang được xây dựng.
- Công trình thuỷ điện Tuyên Quang.
+ Chiều dài đập theo đỉnh :

717,9 m

+ Chiều cao đập lớn nhất :

92,2 m

+ Chiều rộng đỉnh đập :

10 m

+ Mực nước dâng trung bình :

36 m

+ Dung tích hồ chứa nước :

2.245 tỷ m3

+ Số tổ máy :

3

+ Công suất thiết kế :

342 MW

+ Loại đập :

Đá đổ bê tông bản mặt

8


+ Thời gian thi công :

5 năm

Hình 1.6. Toàn cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu

- Công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt.
+ Loại đập:

Đập đá đổ bê tông bản mặt.

+ Cao trình đỉnh đập:

122,7m

+ Cao trình đỉnh tường chắn sóng:

123,53m

+ Chiều cao đập lớn nhất:

103,0m

+ Chiều dài đỉnh đập:

740,0m

+ Thời gian thi công:

2004 - 2009

9


Hình 1.7. Mặt cắt đại điện công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt

Hình 1.8. Vai phải đập đá đổ bê tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008

- Công trình thủy điện An Khê & Kanak.
+ Loại đập (cụm Kanak):

Đập đá đổ bê tông bản mặt.

+ Chiều rộng đỉnh đập :

10 m

+ Dung tích hồ chứa nước :

300 triệu m3

+ Số tổ máy :

3

+ Công suất thiết kế :

173 MW

+ Thời gian thi công :

2005-2009 năm

10

1.3. Những thành tựu, tồn tại trong xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt ở Việt
Nam
1.3.1. Những thành tựu
Việt Nam là một trong những nước có nhiều đập VLĐP. Tuy nhiên đại đa số là đập có
chiều cao H<40m thuộc loại đập thấp. Đập VLĐP được xây dựng nhiều nhất là ở khu
vực miền Trung và Tây Nguyên, hầu hết các công trình trên đều là đập đất đồng chất,
hoặc đập đất nhiều khối.
Đập đá đổ nói chung và đập đá đắp bê tông bản mặt chống thấm nói riêng được xây
dựng ở nước ta còn ít so với đập đất, tuy nhiên những công trình sử dụng loại đập này
đều loại đập cao như Ialy, Hòa Bình, Đa Mi-Hàm Thuận (đập đá đổ hoặc đất đá hỗn
hợp), thuỷ điện Rào Quán (Quảng Trị), thuỷ điện Tuyên Quang, Hồ chứa nước Cửa Đạt
(đập CFRD) và nhiều dự án chuẩn bị đầu tư khác có chiều cao đập từ 50m đến hơn
100m.
Đập CFRD là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào xây dựng ở nước ta. Tuy nhiên
nó đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với các loại đập đá đổ
khác, nhất là với 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 đá đổ bê tông bản mặt
chống thấm 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 các công trình CFRD như Rào Quán, Tuyên Quang, Cửa Đạt, chúng ta
hi vọng hàng loạt các công trình sử dụng CFRD sẽ được xây dựng rộng rãi ở Việt Nam.
1.3.2. Những tồn tại
CFRD là loại đập mới (nhất là ở nước ta) nên các lý thuyết tính toán chưa thật hoàn
chỉnh, kinh nghiệm xây dựng đập loại này còn rất thiếu.
Nhiều bộ phận của đập thường được chọn theo kinh nghiệm của nước ngoài hoặc tính
toán bằng mô hình 2D và công cụ thô sơ nên chưa phản ánh đúng tình hình làm việc của
đập, chưa tiết kiệm được giá thành xây dựng đập.
Ở nước ta chưa có các tiêu chuẩn, qui phạm dành riêng cho các công tác khảo sát, thiết
kế và thi công đập loại này. Việc xây dựng đập loại này thường được tiến hành theo các
qui phạm và kinh nghiệm của nước ngoài.

11


1.4. Nhng vn k thut trong thit k p ỏ bờ tụng bn mt
1.4.1. Phõn loi p ỏ bờ tụng bn mt
1.4.1.1. Phõn loi theo vt liu p p
Da vo vt liu dựng p p 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 theo mt ct ngang nh hỡnh 1.9:

11
5
8

3

6
7

9
2

10
1

4

1 (IA). Tầng phủ th-ợng l-u

5 (3A). Vùng quá độ

2 (IB). Vùng gia trọng

6 (3B). Vùng thân đập chính

3 (2A). Vùng tầng đệm

7 (3C). Vùng đá đổ hạ l-u

10 (3E). Vùng đá thải (thoát n-ớc chân đập)

4 (2B). Vùng tầng đệm đặc biệt

8 (3D). Bảo vệ mái hạ l-u

11. Bản mặt bê tông

9. Vùng có thể biển động giữa vùng 6 và vùng 7
(dạng tam giác - góc ở đỉnh phụ thuộc vào vật liệu và chiều cao đập)

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 theo mt ct ngang nh hỡnh 1.10.

11
5
3

10

8
6

7

6

9

2
12
1

4

1 (IA). Tầng phủ th-ợng l-u

5 (3A). Vùng quá độ

9 (3E). Đống đá tiêu n-ớc hạ l-u

2 (IB). Vùng gia trọng

6 (3B). Vùng thân đập chính(cuội sỏi)

10 (3F). Vùng tiêu n-ớc

3 (2A). Vùng tầng đệm

7 (3C). Vùng đá đổ hạ l-u( cuội sỏi)

11. Bản mặt bê tông

4 (2B). Vùng tầng đệm đặc biệt

8 (3D). Bảo vệ mái hạ l-u

12. Tầng phủ nền đập

Hỡnh 1.10. Mt ct ngang thõn p p bng cui si
p ỏ bn mt bờ tụng thõn p p bng ỏ cng thng cú h s mỏi p thng,
h lu (1:1,0 ~ 1:1,4) nh hn so vi h s mỏi ca thõn p p bng cui si (1:1,5 ~

12


1:1,6). Tuy nhiên thân đập đắp bằng cuội sỏi thì dễ tận dụng vật liệu đào từ móng công
trình hoặc khai thác với giá thành rẻ hơn.
1.4.1.2. Phân loại theo chiều cao đập
Theo chiều cao đập, tiêu chuẩn thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén (SDJ 218-84) của
Trung Quốc đã phân thành 3 loại:
- Đập thấp: chiều cao đập (H)<30m.
- Đập vừa: chiều cao đập (H) từ 3070m.
- Đập cao: chiều cao đập (H)>70m.
Ở đây chiều cao đập được tính từ đỉnh đập đến vị trí sâu nhất của nền sau khi đã dọn
sạch hố móng (với đập đá đổ bê tông bản mặt là nền bản chân).
1.4.1.3. Phân loại theo cấp công trình
Theo quy chuẩn Việt Nam (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) thì chiều cao đập đất đá
được xác định như ở sau (xem bảng 1-3).
Bảng 1-3. Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất nền [1]

Loại công trình

Loại đất
nền

Đập vật liệu đất, đất đá có chiều cao lớn
nhất, m

Cấp công trình
Đặc biệt

I

II

III

IV

A

> 100

>70  100

>25  70

>10  25

 10

B

-

> 35  75

>15  35

>8  15

8

C

-

-

>15  25

>5  15

5

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 hòa 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: 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 đặc biệt, I, là đập cao, đập cấp II, III là loại vừa, đập
cấp IV là đập thấp.

13


1.4.2. Cu to cỏc b phn ca p ỏ bờ tụng bn mt
p ỏ p bờ tụng bn mt chng thm CFRD cú cu to chớnh l khi ỏ cp phi
p, m nộn thõn p v phn bờ tụng ct thộp mỏc cao ph trờn b mt mỏi thng
lu ngn cn nc thm qua p. Khi ỏ p cng c chia lm nhiu vựng khỏc
nhau nh nhng p ỏ thụng thng tu thuc vo cỏc loi ỏ dựng trong thõn p.
Phn tip giỏp gia bờ tụng bn mt v khi ỏ p l lp m (dy t 2m n 3m) v
lp chuyn tip (dy 4m). Hai lp ny c cu to bng cỏt cui si m cht vi cp
phi phự hp. Mt ct ngang in hỡnh ca CFRD cho Hỡnh 1.11.

11
5
8

3

6
9

7

2
10
1

4

1 (IA). Tầng phủ th-ợng l-u

5 (3A). Vùng quá độ

2 (IB). Vùng gia trọng

6 (3B). Vùng thân đập chính

3 (2A). Vùng tầng đệm

7 (3C). Vùng đá đổ hạ l-u

10 (3E). Vùng đá thải (thoát n-ớc chân đập)

4 (2B). Vùng tầng đệm đặc biệt

8 (3D). Bảo vệ mái hạ l-u

11. Bản mặt bê tông

9. Vùng có thể biển động giữa vùng 6 và vùng 7
(dạng tam giác - góc ở đỉnh phụ thuộc vào vật liệu và chiều cao đập)

Hỡnh 1.11. Mt ct ngang in hỡnh ca p ỏ p bờ tụng bn mt
ỏ p trong thõn p thng c phõn thnh hai khi chớnh: khi ỏ p thng lu
v khi ỏ p h lu. Khi ỏ p thng lu ũi hi yờu cu k thut cao hn khi ỏ
p h lu (cng khỏng nộn ln hn 30Mpa cho khi thng lu, cũn khi h lu

ch yờu cu bng hoc nh hn 30Mpa, cú ni ó dựng khi ỏ p h lu cú cng
khỏng nộn 10Mpa vi iu kin nm trờn mc nc h lu). Phm vi tip giỏp hai khi
ỏ ny cú th thay i tu thuc tớnh cht ca tng cụng trỡnh: chiu cao p, vt liu
p p, iu kin nn v.v...Phn chõn h lu p cú th b trớ khi ỏ cú kớch thc
ln hn trong thõn p tng kh nng n nh cho p.
Bờ tụng bn mt cú tỏc dng chng thm cho p v c liờn kt vi nn qua bn chõn.
Ti im tip giỏp gia bn mt v bn chõn c b trớ khp ni biờn m bo ngn
dũng thm khi cú chuyn dch gia bn mt v bn chõn. Bn mt cng c chia lm

14


nhiều tấm bằng các khe lún (khớp nối) dọc 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.
Để đảm bảo cho sự ổn định của phần 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. Ngoài
ra tầng đệm đặc biệt này còn có tác dụng như một lớp lọc khi có sự cố của khớp nối giữa
bản mặt và bản chân (xem Hình 1.12).

2
3

4
5
1

CHÚ THÍCH: 1 - Bản chân; 2 - Bản mặt; 3 - Khớp nối biên;
4 (2A) - Vùng tầng đệm; 5 (2B) - Vùng tầng đệm đặc biệt.
Hình 1.12. Bố trí vùng tầng đệm đặc biệt

1.4.3. Điều kiện nền xây dựng đập CFRD
Về cơ bản, điều kiện để xây dựng CFRD cũng tương tự như đập đá đổ thông thường.
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 việc chuyển tải trọng
lên nền khá lớn cho nên đòi hỏi nền phải có đủ độ bền và ít biến dạng.
Theo quy phạm “SDJ 218-84” thì tổng độ lún của đập đá đổ không được lớn hơn 1%
chiều cao đập.
Với các lý do trên, điều kiện quyết định để xây dựng CFRD về định tính là: Đá nền đảm
bảo yêu cầu cần thiết, bị lún ít dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Đập đá đổ có yêu cầu
của địa chất cao ở vị trí đặt lõi đập. Tất cả các đập đá đổ được xây dựng ở nước ta thì lõi
đều được đặt lên lớp đá IIA-IB, đối với đập loại vừa đến thấp hoặc vị trí sườn đồi có thể

15


đặt trên lớp IB-IA2, vật liệu đá đổ có thể đặt trên lớp IA2-IA1. Ở đây tên gọi của đất đá
theo hệ thống phân loại của Nga như liệt kê ở Bảng 1.4.
Bảng 1-4. Tên đất đá theo phân loại của Nga
Ký hiệu các

Các hệ thống phân loại

đới ĐC

Hệ thống

Nhóm
đá

Của Nga

Mô tả vắn

gãy

Hệ thống Q
(Banon)

(Bieniawski)

tắt các đặc Tron Trong
trưng của đá g khối đứt
đá

RMR

Gọi tên
theo biến
E (kG
/cm2)

dạng
CHU

Tên

Tên

Xếp

chất

Xếp

chất

loại

lượng

loại

lượng

đá

đá

2.02.02-85
Đất lẫn dăm
sạn, có chỗ
0

còn giữ được
cấu trúc của

9
d-eQ

d-eQ

IA1

IA1

Đất

V

Rất xấu

8
7

đá mẹ
Đá mềm yếu,
1

bị nứt nẻ và
ôxít sắt hóa

Cực kỳ
xấu
Đặc biệt
Xấu

Đá nửa
IA2

IB

5000

mạnh

cứng biến
dạng rất

IV

Xấu

6

Rất xấu

5

Xấu

mạnh

Đá cứng chắc

2

trung

bình,

phong

hóa

trung

bình

đến nhẹ, nứt

Đá biến
dạng
IB

IIA

15000
50000

nẻ rất mạnh,

mạnh
trung
bình

bị ôxits sắt
hoá dọc theo

16

III

Trung
bình