Đánh giá cường độ bê tông tường chắn sóng đập thủy điện khe diên – tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ SĨ BẢN

ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG TƯỜNG CHẮN SÓNG
ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN - TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng, 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ SĨ BẢN

ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG TƯỜNG CHẮN SÓNG
ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN - TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 85.80.201

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Đà Nẵng, 2019

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Người cam đoan

HỒ SĨ BẢN


ii

LỜI CÁM ƠN
Luận văn thực hiện các phân tích nghiên cứu và thực nghiệm tại Khoa Xây
dựng Dân dụng và Công nghiệp thuộc trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng dưới sự
hướng dẫn tận tình của PGS. TS Trương Hoài Chính trong thời gian học tập và
nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Trương Hoài Chính đã
tận tình hướng dẫn khoa học trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo sau Đại
Học, Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện để hoàn
thành luận văn.


iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG TƯỜNG CHẮN SÓNG
ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN – TỈNH QUẢNG NAM
Học viên: Hồ Sĩ Bản
Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 85.80.201
Khóa: K35.XDD Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Tường chắn sóng – đập thủy điện Khe Diên là bộ phận ngăn không để mực nước
hồ tràn qua đỉnh đập khi thượng lưu xuất hiện lũ cao hơn mực nước lũ thiết kế Ztk = +211,2
m, tránh phá hoại mặt đập gây ra vỡ đập thủy điện, ảnh hưởng đến con người và tài sản vật
chất và tinh thần người dân hạ du đập. Theo nghị định 114/2018/NĐ-CP về Quản Lý An
Toàn Đập, Hồ Chứa Nước – Điều 18: Kiểm định an toàn đập, hồ chứa nước – mục 2: Kiểm
định định kỳ 5 năm kể từ lần kiểm định gần nhất đối với đập, hồ chứa nước quan trọng đặc
biệt, lớn và vừa. Đối với đập thủy điện Khe Diên thuộc đập, hồ chứa nước vừa, nhỏ thì bắt
buộc phải có khảo sát, thăm dò ẩn họa, khuyết tật công trình; Đánh giá Cường độ chịu nén
của công trình tại thời điểm hiện tại để có những kiến nghị trong vận hành cho Ban quản lý
thủy điện. Cũng như đánh giá an toàn kết cấu hiện tại để đưa ra mực nước vận hành đảm bảo
an toàn cho công trình hiện tại hoặc có biện pháp đảm bảo an toàn cho vùng hạ du đập thủy
điện. Đánh giá Cường độ chịu nén của Bê tông Tường chắn sóng Khe Diên được thực hiện
với hai phương pháp thí nghiệm thực nghiệm là Khoan lấy mẫu và Súng bật nảy. Cả hai
phương pháp thí nghiệm đều cho kết quả cường độ chịu nén Bê tông tường chắn sóng đạt cấp
bền thiết kế B15, đảm bảo làm việc đúng với cường độ thiết kế. Tác giả đã tóm tắt mục đích
thí nghiệm, các phương pháp thí nghiệm thực nghiệm và kết quả đã đạt được.
Từ khóa – Tường chắn sóng; Tường chắn sóng đập thủy điện Khe Diên; Cường độ chịu nén
bê tông Tường chắn sóng; Đập thủy điện Khe Diên; Khoan thí nghiệm Tường chắn sóng.
ASSESSMENT REPORT STRENGTH OF CONCRETE BREAKWATER
KHE DIEN HYDROPOWER DAMS - QUANG NAM PROVINCE
Abstract – Breakwater wall - Khe Dien hydropower dam is a part to prevent the water level
from overtopping the dam when the upstream flood appears to be higher than the designed
flood level Ztk = +211.2 m, in order to avoid undermining the dam causing busted dam,

affecting humans and material and spiritual assets of the people from the downstream.
According to Decree 114/2018/ND-CP on Safety Management Dams, reservoirs - Article 18:
Inspection of dam safety, water reservoirs - Section 2: Inspection of every 5 years since the
last inspection the nearest for dams, reservoirs particularly important, large and medium. For
Khe Dien hydropower dams under dam, reservoir medium, small, the required survey and
exploration of hidden painting, construction defects; Compressive strength rating of the
facility at the present time to make recommendations in operation for hydropower
management board. As well as assessing the structural safety given current to operate the
water level to ensure the safety of existing works or take measures to ensure the safety of
dams downstream areas. Assessment of compressive strength of concrete Khe Dien wave
retaining wall was carried out with two experimental testing methods: Sample Drilling and
Bouncing Gun. Both experimental methods have shown the compressive strength Concrete
wave retaining wall reaches the design grade B15, ensuring working properly with the design
intensity. The author summarized the purpose of the experiment, the experimental methods
and the results achieved.
Key words - Wall breakwater; Wall breakwater Khe Dien hydropower dams; Compressive
strength of concrete breakwater wall; Khe Dien hydropower dams; Experimental drilling of
wave wall.


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.............................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ viii

MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: ............................................................................................................. 3
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN................................................. 3
1.1. SƠ LƯỢC VỀ ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN ................................................ 3
1.1.1. Vị trí Công trình ............................................................................................. 3
1.1.2. Sơ lược kết cấu Đập thủy điện Khe Diên ....................................................... 5
1.2. CÁC TÍNH TOÁN KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VỀ AN TOÀN
CỦA ĐẬP ................................................................................................................. 10
1.2.1. Tính toán Kiểm tra Ổn định, độ bền Đập theo tiêu chuẩn hiện hành ............. 10
1.2.2. Tính toán Kiểm tra Ổn định Đập .................................................................... 12
1.2.3. Tính toán kiểm tra ứng suất và biến dạng thân Đập ....................................... 17
1.3. SƠ LƯỢC VỊ TRÍ CHỌN KHOAN TRÊN TƯỜNG CHẮN SÓNG .............. 23
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................. 27
CHƯƠNG 2: ............................................................................................................. 28
CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN BÊ
TÔNG TƯỜNG CHẮN SÓNG ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN ............................ 28
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 28
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG Ở HIỆN TRƯỜNG
.................................................................................................................................. 28
2.2.1. Mục đích xác định cường độ bê tông hiện trường.......................................... 28
2.2.2. Các phương pháp xác định cường độ bê tông ở hiện trường ......................... 28
2.2.3. Yêu cầu thí nghiệm của hai phương pháp chọn làm thí nghiệm .................... 30
2.3. ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG THEO CÁC MẪU Ở HIỆN
TRƯỜNG THEO TCXD VIỆT NAM (TCXDVN 239:2006, TCVN 4453:1995,
TCVN 5574:2012) .................................................................................................... 32
2.3.1. Tính toán cường độ bê tông hiện trường ........................................................ 33
2.3.2. Đánh giá cường độ bê tông hiện trường ......................................................... 35
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................. 37
CHƯƠNG 3: ............................................................................................................. 39
THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC ...................... 39

3.1. THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM ...................................................................... 39


v

3.1.1. Khoan lấy mẫu ................................................................................................ 39
3.1.2. Sử dụng súng Bật nảy ..................................................................................... 46
3.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM .................................................................................................................. 50
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................. 53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 54
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 55
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO ...................................... 56


vi

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh
g:

Gia tốc trọng trường;

M:
Mác bê tông theo cường độ chịu nén là giá trị trung bình làm tròn đến
hàng đơn vị MPa cường độ nén của các viên mẫu bê tông khối lập phương kích
thước (150x150x150) mm được đúc, đầm, bảo dưỡng và thí nghiệm theo tiêu chuẩn
ở tuổi 28 ngày đêm;
B:
Cấp độ bền (cấp cường độ) chịu nén của bê tông (grade of compressive

strength of concrete) là giá trị được kiểm soát nhỏ nhất của cường độ chịu nén tức
thời, tính bằng megapascan (MPA), với xác xuất đảm bảo không dưới 95%, được xác
định trên các mẫu lập phương chuẩn đã được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu
chuẩn và thử nén ở tuổi 28 ngày. Mẫu lập phương chuẩn để xác định cường độ chịu
nén có kích thước (150x150x150) mm;
Rht:
Cường độ bê tông hiện trường là cường độ bê tông của các mẫu khoan
quy đổi về cường độ mẫu lập phương chuẩn hoặc xác định bằng phương pháp không
phá huỷ;
Ryc:
Cường độ bê tông yêu cầu là giá trị định mức từ mác hoặc cấp bê tông
do thiết kế quy định dùng để đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình;
Đánh giá cường độ bê tông trên cấu kiện hoặc kết cấu công trình là so sánh cường độ
bê tông hiện trường Rht (xác định bằng phương pháp khoan lấy mẫu hoặc các phương
pháp không phá huỷ) với cường độ yêu cầu R yc để đưa ra kết luận bê tông trên kết
cấu, cấu kiện có đạt yêu cầu thiết kế hay không.


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Xác định cấp công trình đập thủy điện Khe Diên ................................... 10
Bảng 1.2: Danh mục quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng .............................................. 10
Bảng 1.3: Bảng hệ số điều kiện làm việc theo loại công trình và nền ..................... 11
Bảng 1.4: Hệ số an toàn cho phép [Kcp] đối với đập thủy điện Khe Diên .............. 12
Bảng 1.5: Bảng hệ số lệch tải .................................................................................. 12
Bảng 1.6: Các thông số, chỉ tiêu kỹ thuật ................................................................ 13
Bảng 1.7: Các trường hợp tính toán ổn định và độ bền chung đập BTTL .............. 16
Bảng 1.8: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra an toàn của đập không tràn ........... 16
Bảng 1.9: Tổng hợp kết quả tính toán độ bền chung – Đập không tràn .................. 17

Bảng 1.10: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định– Mặt cắt tràn ................................ 17
Bảng 1.11: Tổng hợp kết quả tính toán độ bền – Mặt cắt tràn ................................ 17
Bảng 1.12: Các thông số về mực nước tính toán ..................................................... 19
Bảng 1.13: Các đặc trưng cơ của đá nền và tiếp giáp đập - nền .............................. 19
Bảng 1.14: Các đặc trưng của bê tông thân đập ...................................................... 20
Bảng 1.15: Tổ hợp tải trọng tính ứng suất và biến dạng. ........................................ 21
Bảng 1.16: Tổng hợp kết quả ứng suất kéo nén lớn nhất trong thân đập ................ 23
Bảng 2.1: Trị số hiệu chỉnh theo góc ɑ .................................................................... 32
Bảng 2.2: Giá trị hệ số tα với xác suất bảo đảm 0,95 và số vùng kiểm tra .............. 36
Bảng 2.3: Cường độ tính toán của bê tông Rb khi tính toán theo các trạng thái giới hạn
thứ nhất, MPa ........................................................................................................... 37
Bảng 3.1: Lực phá hoại khi nén thí nghiệm các mẫu khoan .................................... 46
Bảng 3.2: Bảng ghi lại số vạnh khi thí nghiệm kiểm tra bằng súng bật nảy ........... 49
Bảng 3.3: Bảng kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông xi măng được thí
nghiệm bằng phương pháp Khoan lấy mẫu .............................................................. 50
Bảng 3.4: Bảng kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông xi măng được thí
nghiệm bằng phương pháp Súng bật nảy ................................................................. 51
Bảng 3.5: So sánh cường độ chịu nén bê tông tường chắn sóng theo hai phương pháp
thí nghiệm thực nghiệm ............................................................................................ 52


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ vị trí Công trình thủy điện Khe Diên .......................................... 4
Hình 1.2: Đập thủy điện Khe Diên nhìn từ Hạ lưu.................................................. 6
Hình 1.3: Mặt bằng đập ........................................................................................... 7
Hình 1.4: Cắt dọc tim đập ........................................................................................ 8
Hình 1.5: Mặt cắt ngang Đập................................................................................... 9
Hình 1.6: Mặt bằng thể hiện vị trí chọn khoan lấy mẫu .......................................... 24

Hình 1.7: Định vị các lỗ khoan trên Tường chắn sóng ............................................ 25
Hình 1.8: Cắt ngang Đập vị trí khoan lấy mẫu ........................................................ 26
Hình 3.1: Vị trí chọn lấy mẫu khoan thí nghiệm Bê tông Tường chắn sóng .......... 39
Hình 3.2: Máy khoan được đưa vào vị trí chuẩn bị khoan lấy mẫu ........................ 40
Hình 3.3: Sau khi khoan tới độ sâu 15 cm, mẫu khoan được đục lấy ra khỏi lỗ khoan
.................................................................................................................................. 41
Hình 3.4: Máy khoan được di chuyển đến vị trí khoan tiếp theo ............................ 41
Hình 3.5: Đổ bù bê tông vào lỗ khoan đã lấy mẫu thí nghiệm ................................ 42
Hình 3.6: Mẫu khoan thí nghiệm được gia công cắt phẳng 2 đầu ........................... 43
Hình 3.7: Dùng lưu huỳnh để làm phẳng 2 đầu mẫu khoan .................................... 43
Hình 3.8: Mẫu khoan được đưa vào máy nén ......................................................... 44
Hình 3.9: Lực phá hoại khi nén thí nghiệm mẫu ..................................................... 45
Hình 3.10: Mẫu bị phá hoại ..................................................................................... 45
Hình 3.11: Chọn vị trí và vệ sinh bề mặt tại vị trí thí nghiệm súng bật nảy ........... 46
Hình 3.12: Tiến hành thí nghiệm ............................................................................. 47
Hình 3.13: Đọc, ghi lại số vạch trên súng bật nảy ................................................... 48
Hình 3.14: Biểu đồ so sánh giữa Cường độ chịu nén của bê tông Tường Chắn Sóng
theo hai phương pháp thí nghiệm thực nghiệm ........................................................ 52
..................................................................................................................................


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cường độ bê tông của đập thủy điện suy giảm theo thời gian do thường xuyên
chịu ảnh hưởng biến động của môi trường nước.
Đập bê tông trọng lực thủy điện Khe Diên dùng để tích nước hồ chứa thủy điện
cũng là kết cấu chính của công trình. Sau quá trình đưa vào sử dụng từ năm 2007 đến
nay, phần bê tông đập có hiện tượng mọc rong rêu do tiếp xúc với nước lâu ngày. Để

chủ đầu tư chủ động trong công tác vận hành thì đánh giá cường độ bê tông của đập
hiện tại có đảm bảo theo thiết kế hay không là điều cần thiết. Khi đập chắn giữ một
khối nước rất lớn ở thượng lưu thì vấn đề an toàn công trình được đặt lên hàng đầu,
để không gây thiệt hại tài sản, tính mạng của người dân hạ du và chủ đầu tư. Từ đó
phần nào đánh giá cường độ bê tông các đập tương tự sau một thời gian sử dụng
tương ứng. Tránh xảy ra thảm họa nhân tạo khi có lũ về hồ.
Vì vậy việc nghiên cứu đề tài: “Đánh giá cường độ bê tông Tường chắn sóng
Đập thủy điện Khe Diên – tỉnh Quảng nam” là cần thiết.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu tổng quát: Đánh giá cường độ chịu nén bê tông Tường chắn sóng Đập
bê tông trọng lực sau hơn 10 năm sử dụng.
Mục tiêu cụ thể: Xác định được cường độ chịu nén của bê tông Tường chắn
sóng Đập bê tông trọng lực thủy điện Khe Diên. So sánh cường độ bê tông tương
đương 28 ngày.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng: Bê tông Tường chắn sóng Đập thủy điện Khe Diên.
Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá Cường độ chịu nén bê tông Tường chắn sóng
Đập thủy điện.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp đo đạc thực nghiệm
(sử dụng: khoan lấy mẫu, súng bật nảy, .........…).
5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Luận văn ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, còn gồm 3 chương với
các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về Đập thủy điện Khe Diên
Chương 2: Các phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê
tông Tường Chắn Sóng đập thủy điện Khe Diên
Chương 3: Thí nghiệm thực nghiệm và xử lý kết quả đo đạc
Phần Kết luận và Kiến nghị.

2
6. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công, Hồ sơ hoàn công Đập bê tông trọng lực thủy
điện Khe Diên.


3
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN
1.1. SƠ LƯỢC VỀ ĐẬP THỦY ĐIỆN KHE DIÊN
1.1.1. Vị trí Công trình
Công trình thủy điện Khe Diên (thuộc xã Phước Ninh, huyện Nông Sơn, tỉnh
Quảng Nam) có công suất lắp máy 9,0 MW, điện lượng bình quân nhiều năm thiết kế
Eo = 38,36 triệu kWh/năm do Công ty Cổ phần Sông Ba đầu tư xây dựng và quản lý
vận hành phát điện thương mại từ tháng 5/2007.
Công trình thủy điện Khe Diên được khởi công xây dựng ngày 29/9/2003, vận
hành phát điện vào tháng 5/2007 và khánh thành Nhà máy ngày 29/8/2007.
Công trình thuộc khu vực miền núi vùng Tây Quảng Nam thuộc lưu vực sông
Thu Bồn, một trong hai sông lớn của tỉnh Quảng Nam. Vị trí Công trình nằm trên
suối Khe Diên (địa phương gọi là Khe Rinh) là một phụ lưu của sông Thu Bồn bắt
nguồn từ các dãy núi cao phía tây huyện Nông Sơn chảy theo hướng Tây - Đông đổ
vào sông Thu Bồn tại vị trí cách cầu Nông Sơn khoảng 5 km đường sông.
Toàn bộ Công trình nằm trên địa phận xã Phước Ninh, huyện Nông Sơn, tỉnh
Quảng Nam (trước đây là xã Quế Ninh, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam). Vị trí
tuyến đập nằm ở khoảng 15 041'05" vĩ độ Bắc, 107 056'48" kinh độ Đông, cách thành
phố Tam Kỳ khoảng 60 km về phía Tây - Tây Bắc, cách thành phố Đà Nẵng khoảng
47 km về phía Tây Nam.

4

Hình 1.1: Bản đồ vị trí Công trình thủy điện Khe Diên
Địa hình khu vực xây dựng công trình đầu mối có độ cao +173 m ÷ +250 m và
tăng dần về phía thượng nguồn với những đỉnh núi độ cao +400 m ÷ +450 m. Địa
hình lưu vực dốc, lòng suối chính hẹp, hai bên vách đứng, có nhiều thác.
Kiểu: Bê tông trọng lực vừa làm nhiệm vụ dâng nước vừa xả tràn khi có lũ về
 Cao trình đỉnh đập không tràn

:

+212.44 m

 Cao trình ngưỡng tràn

:

+206.94 m

 Cao trình mũi hắt

:

+182.44 m

 Chiều cao đập

:

41.00 m

 Chiều dài đập

:

206.00 m

 Chiều rộng tràn

:

80 m

 Lưu lượng tràn thiết kế P (1%)

:

1281 m3/s

 Lưu lượng tràn kiểm tra P (0.2%) :

1593 m3/s

 Vận tốc dòng chảy mũi hắt

22 m/s

:

5
1.1.2. Sơ lược kết cấu Đập thủy điện Khe Diên
Đập thủy điện Khe Diên gồm hai phần chính: Đập không tràn và Đập tràn xã lũ
lòng sông.
Đập không tràn: Chiều cao đập cao nhất 41 m, đỉnh tường chắn sóng ở +212,3
m, mặt đập ở +211,2 m, chiều dài theo đỉnh đập 120,4 m. Kết cấu bằng bê tông cốt
thép B15 và lõi bê tông B10.
Đập tràn xả lũ lòng sông: Kết hợp dâng nước tạo hồ chứa. Kết cấu bằng bê tông
cốt thép, chiều cao đập cao nhất 35,4 m, ngưỡng tràn ở +206,94 m, chiều dài theo
đỉnh đập 80 m. Nền đập (đá trầm tích) được xử lý gia cố và chống thấm bằng khoan
phụt vữa xi măng. Trong thân đập có bố trí hành lang kiểm tra và thu nước rò.


6

Hình 1.2: Đập thủy điện Khe Diên nhìn từ Hạ lưu


7

Hình 1.3: Mặt bằng đập


8

Hình 1.4: Cắt dọc tim đập


9

Hình 1.5: Mặt cắt ngang Đập


10
1.2. CÁC TÍNH TOÁN KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VỀ AN TOÀN
CỦA ĐẬP
1.2.1. Tính toán Kiểm tra Ổn định, độ bền Đập theo tiêu chuẩn hiện hành
1.2.1.1 Cập nhật về cấp Công trình
Công trình thủy điện Khe Diên được thiết kế theo tiêu chuẩn TCXDVN
285:2002 “Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế”, theo đó đập thủy
điện Khe Diên là công trình cấp III.
Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 04-05:2012/BNNPTNT “Công trình thủy
lợi- Các quy định chủ yếu về thiết kế”, cấp công trình thủy điện Khe Diên được xác
định là cấp II như sau:
Bảng 1.1: Xác định cấp công trình đập thủy điện Khe Diên
Stt

Đặc điểm công trình

Cấp công
trình theo
đặc điểm

1

Hồ Khe Diên có dung tích ứng
với MNDBT: Wt bộ = 26,15
(106m3)

II

2

Đập Khe Diên (bê tông, bê tông
cốt thép) trên nền đá (loại A)
Hmax = 41,5 m

Cấp công
trình được
chọn

II
II

1.2.1.2 Quy phạm, tiêu chuẩn thiết kế sử dụng để tính toán kiểm tra
Các quy phạm, tiêu chuẩn thiết kế áp dụng trong tính toán kiểm kiểm tra độ bền
và ổn định đập như Bảng 1.2: Danh mục quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng.
Bảng 1.2: Danh mục quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng
STT

Ký hiệu

Nội dung tiêu chuẩn

1

QCVN 04-05:
2012/BNNPTNT

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Công trình thuỷ lợi.

Các quy định chủ yếu về thiết kế.

2

TCVN-8421-2010

Tải trọng và tác động do sóng và tàu lên công trình
thuỷ.

3

TCVN 2737-95

4

14TCN 56-88

5

TCVN 4253-86

Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.
Đập bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế.
Nền các Công trình thuỷ công.


11
1.2.1.3 Một số quy định chủ yếu trong tính toán
Tần suất lũ thiết kế, P = 1,0 %.
Tần suất lũ kiểm tra, P = 0,2 %.

Hệ số an toàn nhỏ nhất về ổn định của công trình – nền trong điều kiện làm việc
bình thường: 1,25.
K

Hệ số an toàn tính toán của công trình

R
N tt . Trong đó:

 R: là sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác được xác lập
theo các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế;
 Ntt: là tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng hoặc
thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn.
Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, hệ số an toàn tính toán như sau:
K

nK
R
 K cp   c n .
N tt
m

Trong đó:

nc là hệ số tổ hợp tải trọng, xác định như sau:
+ Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

+

Tổ hợp tải trọng cơ bản

:
nc = 1,00;
Tổ hợp tải trọng đặc biệt :
nc = 0,90;
Tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa: nc = 0,95.
Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai
:
nc = 1,00.

 m : là hệ số điều kiện làm việc, quy định.
Bảng 1.3: Bảng hệ số điều kiện làm việc theo loại công trình và nền
Loại công trình và loại nền
1. Công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền đất và đá nửa cứng.
2. Công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền đá:
- Khi mặt trượt đi qua các khe nứt trong đá nền;
- Khi mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá hoặc đi trong
đá nền có một phần qua các khe nứt, một phần qua đá nguyên khối.
3. Đập vòm và các công trình ngăn chống khác trên nền đá.
4. Các mái dốc tự nhiên và nhân tạo.

Hệ số đ.kiện
làm việc
1,00
1,00
0,95
0,75
1,00

 Kn là hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình. Khi tính
toán trạng thái giới hạn theo nhóm thứ nhất: Kn được xác định theo cấp công trình:

+ Công trình cấp đặc biệt lấy

Kn = 1,25;

+ Công trình cấp I lấy

Kn = 1,20;

+ Công trình cấp II, III và IV lấy

Kn = 1,15.


12
 Hệ số an toàn cho phép [Kcp] đối với đập bê tông, bê tông cốt thép ứng với trạng
thái giới hạn thứ nhất (kiểm tra về độ bền và độ ổn định) được xác định trong Bảng
1.4: Hệ số án toàn cho phép [Kcp] đối với đập thủy điện Khe Diên.
Bảng 1.4: Hệ số an toàn cho phép [Kcp] đối với đập thủy điện Khe Diên
Hệ số an toàn cho phép [Kcp]

Cấp công trình
Cấp II

Tổ hợp tải trọng cơ bản

Tổ hợp tải trọng đặc biệt

1,21

1,09

 Hệ số lệch tải:
Bảng 1.5: Bảng hệ số lệch tải
STT

Tên tải trọng và lực tác động

Hệ số lệch
tải (n)
1,05 (0,95)

1

Trọng lượng bản thân công trình.

2

1,2

3

Áp lực bùn cát.
Áp lực nước trực tiếp lên bề mặt công trình và nền, áp lực sóng,
áp lực nước đẩy ngược, áp lực lỗ rỗng.

4

Tải trọng động đất.

1,1

5

Áp lực đất.

1,1

6

Áp lực bê tông, đá.

1,2

1,0

1.2.2. Tính toán Kiểm tra Ổn định Đập
1.2.2.1 Số liệu tính toán
Kích thước hình học đập dâng (hai vai), đập tràn (lòng sông) theo bản vẽ hoàn
công.
Các thông số, chỉ tiêu kỹ thuật dùng trong tính toán:


13
Bảng 1.6: Các thông số, chỉ tiêu kỹ thuật
Đặc trưng

STT

Đơn vị

Giá trị

1

MNDBT

m

206,94

2

MN lũ thiết kế P = 1% (MNTK)

m

211,20

3

MN lũ kiểm tra P = 0,2% (MNKT)

m

211,78

4

MNHLlũ thiết kế

m

181,70

5

MNHLlũ kiểm tra

m

181,70

6
7

Hệ số ma sát trượt, tg()
Lực dính đơn vị giữa đập và nền

T/m2

20

8

Cường độ kháng nén

T/m2

700

9

Cường độ kháng kéo

T/m2

55

10

Dung trọng của bê tông

T/m3

2,4

11

Cấp động đất

Cấp

7

0,65

Tính toán kiểm tra ổn định theo bài toán phẳng: chọn 01 mặt cắt bất lợi nhất đại
diện cho phần đập tràn và đập dâng 2 vai để tính kiểm tra.
1.2.2.2 Tải trọng tác dụng
 Trọng lượng bản thân đập:

Xác định theo công thức: Gbt   btV ;
Trong đó: bt: Dung trọng của bê tông; V: Thể tích khối bê tông tính toán,
được xác định trên file Autocad.
 Trọng lượng nước lên đập (Gnt): Xác định theo diện tích biểu đồ áp lực.
 Áp lực thủy tĩnh thượng lưu và hạ lưu.
P n

H2
2

.

Trong đó:
+ n: Trọng lượng riêng của nước;
+ H: Chiều cao cột nước thượng lưu, hạ lưu.
 Áp lực bùn cát.
1


Pbc   bc H bc2 tan  450  
2
2


+ bc : áp lực đơn vị của bùn cát.
+ Hbc : Chiều cao khối bùn cát thượng lưu đập.
+  : Góc ma sát trong của bùn cát.


14

 Áp lực đẩy ngược lên đáy móng công trình.
 Áp lực ngược bao gồm áp lực đẩy nổi và áp lực thấm đẩy ngược tác dụng vuông
góc với mặt phẳng đáy hay mặt phẳng tính toán trượt của đập. Giá trị áp lực đẩy nổi
được xác định theo độ ngập nước của đập. Trị số áp lực thấm được xác định theo
phương pháp hệ số, có kể đến ảnh hưởng của màng xi măng chống thấm theo 14TCN
56-88.
 Áp lực sóng do gió: Xác định theo TCVN – 8421:2010.
 Lực quán tính do động đất.
 Lực quán tính do động đất được xác định theo TCXDVN 375:2006.
 Gia tốc nền thiết kế cho nền loại A được tính theo công thức:
a g   1 .a gR

Trong đó:
 l: Hệ số quan trọng, l =1,25;
 agR: Đỉnh gia tốc nền tham chiếu. Vùng động đất cấp 7, đỉnh gia tốc nền
tham chiếu là agR=0,12g.
 Gia tốc nền: a g   1 .a gR = 1,25*0,12g.
 Lực quán tính do động đất thiết kế theo phương ngang trong phép phân tích tĩnh
được tính như sau:
FH  k H W

Trong đó:
 kH: Hệ số động đất theo phương ngang: k H  0,5 H S
 H : Tỷ số của gia tốc nền thiết kế ag với gia tốc trọng trường.
ag
H 
 0,15 .
g
S: Hệ số nền, đối với nền đá S=1.
 KH = 0,5*0,15*1=0,075.

 W: Trọng lượng chịu lực động đất.
1.2.2.3 Hệ số an toàn tính toán
 Hệ số an toàn trượt ngang trên nền đá.
 Hệ số ổn định trượt Ktr được xác định bằng công thức:
K tr 

 G. f  C.F
P

Trong đó:
+ G: Tổng các lực đứng;
+ P : Tổng các lực ngang gây trượt;
+ f : Hệ số ma sát giữa đập và nền;


15
+ C: Thông số kháng trượt giữa đập và nền;
+ F: Diện tích mặt tiếp xúc giữa đập và nền.
 Hệ số an toàn lật:
Ổn định lật của đập được xem xét với điểm lật tại chân mép hạ lưu đập:
K1 

M
M

g
l

Trong đó:
+ Mg: Tổng mômen giữ;

+ Ml : Tổng mômen lật.
1.2.2.4 Tiêu chuẩn về độ bền
 Tính toán ứng suất:
Mặt đáy tràn có dạng gãy khúc vì vậy ứng suất đáy công trình được tính theo
công thức sau:
 max 

 min 

 G  6. M

L.B
G
L.B

0

2



L.B
6. M 0
L.B 2

Trong đó:
+ G: Tổng hợp lực của các lực tác dụng lên công trình;
+ F : Tổng diện tích mặt đáy đập;
+

M

0

: Tổng momen lấy đối với điểm O trọng tâm đập;

+ L: Chiều dài đập tính toán;
+ B: Chiều rộng đáy đập.
Mô men theo chiều kim đồng hồ lấy dấu (+) và ngược chiều kim đồng hồ lấy
dấu (-), ứng suất kéo lấy dấu (+) và ứng suất nén lấy dấu (-).
Điều kiện độ bền chung của đập.
Tính toán độ bền chung của đập tràn phải thoả mãn các điều kiện về độ bền và
thoả mãn:
 min  0
m
nc max 
Rtt
Kn

Trong đó:
+ nc, m, Kn: Hệ số tổ hợp tải trọng, hệ số điều kiện làm việc, hệ số độ tin
cậy;
+ min, max: Ứng suất chính nhỏ nhất và lớn nhất;