Phương pháp đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông trong thời kỳ vận hành trường hợp áp dụng cho đập thủy điện bắc hà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM THANH ĐẠT

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ AN TỒN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG
TRONG THỜI KỲ VẬN HÀNH - TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG CHO
ĐẬP THỦY ĐIỆN BẮC HÀ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM THANH ĐẠT

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ AN TỒN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG
TRONG THỜI KỲ VẬN HÀNH - TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG CHO
ĐẬP THỦY ĐIỆN BẮC HÀ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
Mã số:

60-58-02-02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Vũ Hoàng Hưng

HÀ NỘI, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả Luận văn

Phạm Thanh Đạt

i


LỜI CÁM ƠN
Luận văn với đề tài “Phương pháp đánh giá an tồn kết cấu đập bê tơng trong thời kỳ
vận hành - Trường hợp áp dụng cho đập thủy điện Bắc Hà” là kết quả từ quá trình nỗ
lực học tập và rèn luyện của tác giả tại Trường Đại học Thủy Lợi.
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn gia đình và người thân đã ln ở bên động viên,
khích lệ và giúp đỡ để tác giả hồn thành chương trình học tập cao học tại Trường Đại
học Thủy Lợi.
Tác giả cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể cán bộ, giảng viên Trường Đại
học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi và truyền đạt kiến thức cho tác giả trong thời
gian học tập tại trường.

Đồng thời, tác giả chân thành cảm ơn các lãnh đạo,đồng nghiệp và bạn bè đã hỗ trợ,
giúp đỡ, tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập.
Cuối cùng, tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Vũ Hồng Hưng và TS. Mai Cao Trí
đã nhiệt tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu để giúp cho tác giả hoàn thành
Luận văn tốt nghiệp này.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.............................................................. 2
4. Dự kiến kết quả đạt được......................................................................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ AN TỒN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG.3
1.1 Tổng quan về đập bê tông trọng lực ......................................................................3
1.1.1 Đập bê tông trọng lực .....................................................................................3
1.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển đập bê tông ............................................................ 4
1.1.3 Thiết kế đập bê tông trọng lực ........................................................................7
1.1.4 Vấn đề an tồn đập bê tơng trọng lực ............................................................. 9
1.1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá an tồn đập bê tơng ........10
1.2 Tổng quan về các phương pháp đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông trọng lực
trên thế giới và tại Việt Nam ..................................................................................... 11
1.3 Kết luận Chương 1 .............................................................................................. 13
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TÔNG .................14
2.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................14
2.2 Phương pháp kiểm tra thực địa............................................................................17

2.2.1 Phương pháp quan sát hiện trạng .................................................................17
2.2.2 Phương pháp kiểm tra bề mặt bê tông .......................................................... 17
2.2.3 Nội dung, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng ..........................................18
2.3 Phương pháp phân tích dữ liệu quan trắc ............................................................ 19
2.3.1 Phương pháp xử lý dữ liệu đo ......................................................................19
2.3.2 Phương pháp phân tích dữ liệu đo ................................................................ 19
2.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng ............................................................ 20
2.4 Phương pháp phân tích tính tốn .........................................................................20
2.4.1 Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................................20
2.4.2 Phần mềm ANSYS trong tính tốn kết cấu đập bê tông .............................. 32
iii


2.4.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng .......................................................... 40
2.5 Kết luận Chương 2 .............................................................................................. 40
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ AN TỒN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC BẮC
HÀ - LÀO CAI .............................................................................................................. 42
3.1 Giới thiệu cơng trình ........................................................................................... 42
3.1.1 Quy mơ cơng trình........................................................................................ 42
3.1.2 Các thơng số kỹ thuật chính ......................................................................... 42
3.2 Đánh giá thơng qua kết quả kiểm tra thực địa..................................................... 45
3.2.1 Về ổn định và chuyển vị tổng thể của đập ................................................... 45
3.2.2 Về thấm và rò rỉ nước qua thân, vai đập và hành lang thân đập .................. 47
3.2.3 Về dịch chuyển của hai khối đập nằm hai bên khe biến dạng ..................... 48
3.3 Đánh giá thông qua kết quả quan trắc ................................................................. 49
3.3.1 Các dữ liệu quan trắc .................................................................................... 49
3.3.2 Chỉnh biên các dữ liệu đo ............................................................................. 52
3.3.3 Xử lý các dữ liệu đo ..................................................................................... 53
3.3.4 Nhận xét và kiến nghị .................................................................................. 55
3.4 Đánh giá độ bền thơng qua phân tích trạng thái ứng suất biến dạng .................. 57

3.4.1 Các tổ hợp tải trọng tính tốn ....................................................................... 57
3.4.2 Mơ hình tính tốn. ........................................................................................ 58
3.4.3 Trường hợp tính tốn.................................................................................... 60
3.4.4 Kết quả tính tốn ổn định ............................................................................. 63
3.4.5 Kết quả tính tốn chuyển vị, ứng suất và biến dạng của đập và nền ........... 67
3.5 Kiểm tra hệ số ổn định trượt ............................................................................... 78
3.5.1 Nhận xét và kiến nghị .................................................................................. 80
3.6 Đánh giá chung.................................................................................................... 81
3.7 Kết luận chương 3 ............................................................................................... 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1Đập bê tơng và bê tơng cốt thép trọng lực trên nền đá [8] ................................ 3
Hình 1.2Đập bê tơng trọng lực Grand – Dixence nhìn từ hạ lưu [Internet] ....................5
Hình 1.3Đập bê tơng trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu [Internet] .............................. 6
Hình 1.4Đập bê tơng trọng lực đầm lăn Sơn La nhìn từ hạ lưu [Internet] ......................6
Hình 2.1Phần tử tam giác có 3 nút ................................................................................31
Hình 2.2Đập trọng lực ...................................................................................................33
Hình 2.3Mặt cắt ngang thường dùng của đập trọng lực ................................................34
Hình 2.4Mơ hình tính tốn đập bê tơng trọng lực ......................................................... 34
Hình 2.5Tính tốn đập bê tơng trọng lực bằng phần mềm ANSYS .............................. 35
Hình 3.1Mặt thượng lưu đập khi mực nước hồ hạ thấp ................................................46
Hình 3.2Mặt hạ lưu đập .................................................................................................46
Hình 3.3Vị trí hành lang thu nước sau khi hồn cơng ...................................................47
Hình 3.4Một số hình ảnh trong các hành lang thu nước nằm dưới mực nước thượng lưu 48

Hình 3.5Sàn nhà máy ....................................................................................................49
Hình 3.6Các hạng mục yêu cầu lắp thiết bị quan trắc đối với đập bê tông trọng lực theo
qui định của qui phạm Trung Quốc SL 319-2005[14] ..................................................50
Hình 3.7Đầu ra của các thiết bị quan trắc đặt trong hành lang 141.5 ........................... 52
Hình 3.8Biểu đồ quan hệ ứng suất- theo thời gian của thiết bị S27 [15] ...................... 53
Hình 3.9Cụm cảm biến đo ứng suất kéo nén trong bê tơng Model 4370 ...................... 54
Hình 3.10Mơ hình phần tử hữu hạn đập làm việc đồng thời với nền ........................... 59
Hình 3.11Mặt cắt ngang đập ngăn tại vị trí CN20 thực tế ............................................59
Hình 3.12Biểu đồ ALNTL, ALNHL, ALBC, ALT-DN ứng với MNDBT ..................60
Hình 3.13Sơ đồ ALNTL, ALNHL, ALBC, ALT&DN ứng với MNLKT ....................63
Hình 3.14Sơ đồ tính toán ổn định trượt và lật ứng với tổ hợp lực cơ bản ....................64
Hình 3.15Sơ đồ tính tốn ổn định trượt và lật ứng với tổ hợp lực đặc biệt...................66
Hình 3.16Mơ hình hình học đập theo bài tốn phẳng tại mặt cắt CN20 thực tế ...........69
Hình 3.17Mơ hình phần tử hữu hạn đập theo bài toán phẳng tại mặt cắt CN20 thực tế
.......................................................................................................................................69
Hình 3.18Sơ đồ áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực thấm và đẩy nổi ............................ 70
Hình 3.19Sơ đồ áp lực bùn cát tác dụng vào đập .......................................................... 70

v


Hình 3.20Phổ chuyển vị tổng do các thành phần tải trọng gây ra ................................ 71
Hình 3.21Phổ màu ứng suất SX do tổ hợp tải trọng TH1B .......................................... 72
Hình 3.22Phổ mầu ứng suất SY do tổ hợp tải trọng TH1B .......................................... 73
Hình 3.23Ứng suất SX và SY tại mặt cắt đáy đập do TH1B ........................................ 73
Hình 3.24Ứng suất S1 và S3 tại mặt cắt đáy đập do TH1B .......................................... 74
Hình 3.25Phổ chuyển vị tổng do các thành phần tải trọng gây ra ................................ 75
Hình 3.26Phổ mầu ứng suất SX do tổ hợp tải trọng TH2B .......................................... 76
Hình 3.27Phổ mầu ứng suất SY do tổ hợp tải trọng TH2B .......................................... 76
Hình 3.28Ứng suất SX và SY tại mặt cắt đáy đập do TH2B ........................................ 77

Hình 3.29Ứng suất S1 và S3 tại mặt cắt đáy đập do TH2B .......................................... 77
Hình 3.30Sơ đồ tính tốn trọng lượng bản thân đập ..................................................... 78
Hình 3.31Phản lực tại vị trí gối tựa ............................................................................... 79

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1Đập bê tông trọng lực lớn được xây dựng tại Việt Nam [9] ............................. 7
Bảng 2.1Phần tử thường dùng trong phân chia mạng lưới tự thích ứng ....................... 36
Bảng 3.1Cấp cơng trình và tần suất thiết kế ..................................................................42
Bảng 3.2Các thông số kỹ thuật đập dâng ......................................................................42
Bảng 3.3Các thông số kỹ thuật tràn xả lũ ......................................................................43
Bảng 3.4Các thông số kỹ thuật cửa lấy nước ................................................................ 44
Bảng 3.5Số lần quan trắc tương ứng với các hạng mục quan trắc ................................ 56
Bảng 3.6Chỉ tiêu cơ lý của nền...................................................................................... 58
Bảng 3.7 Chỉ tiêu cơ lý của bê tông đập thực tế ............................................................ 59
Bảng 3.8Ứng suất cho phép của bê tông thân đập ứng với các tổ hợp tải trọng ...........68
Bảng 3.9Chuyển vị ở đỉnh đập do các thành phần tải trọng..........................................71
Bảng 3.10Ứng suất tại chân đập do TH1B ....................................................................74
Bảng 3.11Chuyển vị ở đỉnh đập do các thành phần tải trọng........................................75
Bảng 3.12Ứng suất tại chân đập do TH2B ....................................................................78
Bảng 3.13Trọng lượng bản thân đập .............................................................................79

vii



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

An tồn đập có ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng và tài sản của đông đảo người dân
sống ở vùng hạ lưu đập. Vỡ đập gây tổn thất lớn về kinh tế và chính trị, nhất là với các
đập lớn, do vậy vấn đề an toàn đập được hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt
quan tâm[1]. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề, Chính phủ Việt Nam đã ban
hành nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về quản lý an tồn đập[2], tiếp đó các
Bộ NN và PTNT vào năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các
thông tư hướng dẫn thực hiện nghị định này. Tiếp đó VNCOLD ban hành “Sổ tay An
tồn đập” năm 2012 [3], Tổng cục Thủy lợi ban hành “Hướng dẫn đánh giá an toàn
đập” năm 2015 [4]. Năm 2016 Việt Nam cũng đã ban hành Tiêu chuẩn quốc gia
TCVN 11699: 2016 Cơng trình thủy lợi - Đánh giá an tồn đập trong đó cũng đề cập
đến đánh giá an tồn kết cấu đập bê tơng và bê tơng cốt thép [5].
Nhiều nước trên thế giới đã ban hành các hướng dẫn quản lý an toàn đập, nhất là các
nước phát triển. Chẳng hạn, Úc ban hành "Qui phạm an toàn đập" (Dam Safety Code)
năm 2003, Mỹ ban hành "Hướng dẫn của liên bang cho an toàn đập"
(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004 [6]...
Trung Quốc là nước có số lượng đập nhiều nhất và một số dạng đập, như đập vịm
Cẩm Bính I, cao 305m, đập bê tơng đầm lăn Long Than, cao 215m, đập đá đổ bản mặt
bê tơng Thuỷ Bố Ơ, cao 233m, chiếm kỷ lục thế giới về chiều cao của các đập cùng
loại. Gần đây nhất Bộ Thuỷ lợi Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn "Hướng dẫn đánh
giá an toàn đập" (水库大坝安全评价导则) ký hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và
chính thức thực hiện từ 09/04/2017 thay thế tiêu chuẩn SL 258-2000, trong đó chỉ ra
khá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẩn đánh giá an toàn của các loại đập [7].
Trong tiêu chuẩn này đưa ra 3 phương pháp được sử dụng để đánh giá an tồn của kết
cấu đập bê tơng. Đó là:
+ Phương pháp kiểm tra thực địa;

1


+ Phương pháp phân tích các dữ liệu quan trắc;

+ Phương pháp phân tích tính tốn.
Việt Nam đã và đàng xây dựng nhiều đập bê tơng lớn, vì vậy cần thiết phải tiến hành
đánh giá để kiểm chứng lại thiết kế hoặc tìm giải pháp nâng cao an tồn cơng trình.
2. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá được an tồn kết cấu đập bê tông trong thời kỳ vận hành từ kết quả kiểm tra
thực địa, số liệu quan trắc và phân tích tính tốn.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kiểm tra thực địa để đánh giá bằng cảm quan an tồn kết cấu đập bê tơng.
Nghiên cứu phân tích số liệu quan trắc và kết hợp sử dụng phần mềm ANSYS phân
tích trạng thái ứng suất và biến dạng của đập bê tông trọng lực dưới tác dụng dưới các
tổ hợp tải trọng để đánh giá đúng tình trạng làm việc của đập.
4. Dự kiến kết quả đạt được
Nắm được phương pháp đánh giá an toàn kết cấu đập bê tơng.
Đánh giá được an tồn kết cấu đập bê tông trọng lực thủy điện Bắc Hà - Lào Cai trong
thời kỳ vận hành.

2


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN KẾT CẤU ĐẬP BÊ
TƠNG
1.1 Tổng quan về đập bê tơng trọng lực
1.1.1 Đập bê tông trọng lực
Đập bê tông trọng lực là loại đập có khối lượng bê tơng lớn. Đập duy trì ổn định nhờ
trọng lượng và độ bền chủ yếu theo khả năng chịu nén của bê tông. Loại đập này có ưu
điểm là kết cấu và phương pháp thi cơng đơn giản, độ ổn định cao có thể dùng để tràn
nước hoặc khơng tràn nước, độ an tồn xả lũ cao.
Đập bê tông trọng lực được xây dựng cả trên nền đá và trên nền đất, tuy nhiên, trên
nền đất chỉ xây dựng được những đập thấp. Đập bê tơng trọng lực khơng tràn có dạng
mặt cắt ngang thường gặp là hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng hoặc hơi nghiêng

như Hình 1.1. Trong thân đập có thể bố trí đường ống dẫn nước qua đập. Đập bê tơng
trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp là dạng mặt cong. Để thỏa mãn điều
kiện bê tông chỉ làm việc theo điều kiện chịu nén và đập ổn định về trượt thì chiều
rộng đáy đập bê tơng trọng lực trên nền đá thường bằng 0,65 - 0,8 chiều cao đập. Hiện
nay đập bê tông trọng lực được xây dựng bằng công nghệ bê tông truyền thống và
công nghệ bê tơng đầm lăn.

Hình 1.1Đập bê tơng và bê tông cốt thép trọng lực trên nền đá [8]
3


Đập bê tơng trọng lực duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông liên kết với
nền. Dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang, chủ yếu là áp lực nước hướng từ thượng
lưu về hạ lưu, đập có thể bị mất ổn định trượt, lật hoặc đập bị lún không đều do biến
dạng ở nền. Vật liệu bê tơng có khả năng chịu kéo nhỏ hơn khả năng chịu nén nhiều
lần, vì vậy độ bền của đập được thiết kế theo khả năng chịu kéo của bê tông. Để huy
động khả năng làm việc của vật liệu trong thân đập, mặt cắt đập được thiết kế theo
dạng kết cấu chịu nén lệch tâm theo hai phía. Khi khơng có cột nước tác dụng ở
thượng lưu, đập có xu thế lệch tâm về thượng lưu, khi có cột nước tác dụng ở thượng
lưu, đập làm việc lệch tâm về hạ lưu. Kết cấu đập bê tông trọng lực thuộc loại kết cấu
bê tông khối lớn nên thường xảy ra hiện tượng nứt do ứng suất nhiệt. Để giảm thiểu
ảnh hưởng xấu do ứng suất nhiệt gây ra đối với đập, các biện pháp kiểm sốt dịng
nhiệt và biện pháp xử lý nhiệt được chú trọng không chỉ trong thết kế mà cả trong thi
công cũng như thời gian vận hành đập.
Chênh lệch áp lực nước thượng hạ lưu khơng chỉ làm cho đập có nguy cơ mất ổn định
tổng thể mà cịn hình thành dịng thấm qua đập và nền. Dòng thấm này gây mất nước
của hồ đồng thời áp lực của nó có ảnh hưởng xấu đến ổn định và độ bề của đập. Vì vậy
ở đập cần bố trí các thiết bị chống thấm nhằm giảm thiểu các tác hại của dịng thấm.
Q trình làm việc của đập là quá trình tương tác giữa đập, nền và các tải trọng, trong
đó các lực xuất phát từ mơi trường nước là các lực chủ yếu. Vì vậy các bài tốn phân

tích ổn định và độ bền của đập là những bài toán cơ học tương tác giữa ba môi trường
Nước - Nền - Đập.
Yêu cầu về cấu tạo cũng như về tính tốn đập bê tơng trọng lực tuân thủ theo các tiêu
chuẩn hiện hành để đập đáp ứng được cơng năng cũng như an tồn về ổn định, về độ
bền và khả năng chống thấm cho đập và nền.
1.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển đập bê tông
Theo các tài liệu nghiên cứu về lịch sử phát triển đập, đập bê tông được xây dựng vào
khoảng năm 3000 trước Công nguyên. Các đập được xây dựng vào thời kỳ đầu như
đập Jawa ở Jordan, cách thủ đơ Amiman 100km về phía Bắc.
Đập bê tơng được xuất hiện rất sớm nhưng mãi đến thế kỷ thứ 18 trước sự đòi hỏi
cung cấp năng lượng ở châu Âu, việc xây dựng đập bê tông mới trở thành phổ biến.

4


Vào khoảng những năm 50 của thế kỷ này các tiến bộ khoa học kỹ thuật bắt đầu được
áp dụng vào việc xây dựng đập.
Nhờ sự phát triển kỹ thuật và công nghệ xây dựng, đập bê tông đã được sử dụng khá
phổ biến để xây dựng các đập có chiều cao lớn. Theo tổng kết của ICOLD, trong số
các đập có chiều cao lớn hơn 100m, đập bê tơng chiếm khoảng 60%.
Hình 1.2 là hình chụp từ phía hạ lưu đập bê tông trọng lực Grand-Dixence ở Thụy Sĩ.
Đập cao 285m, chiều dài ở đỉnh 700m, chiều rộng đáy 200m, chiều rộng đỉnh 15m, xử
lý chống thấm nền tới độ sâu 200m, sang hai phía vai đập 100m. Đập được bắt đầu xây
dựng năm 1950, hoàn thành năm 1960, khối lượng bê tông xây đập là 6 triệu m3. Hiện
nay đập này được coi là đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới.

Hình 1.2Đập bê tơng trọng lực Grand – Dixence nhìn từ hạ lưu [Internet]
Ở Việt Nam các đập bê tơng tràn nước có quy mơ vừa như đập Liễn Sơn, đập Bái
Thượng, đập Đô Lương... đã được xây dựng từ những năm 30 của thế kỷ XX. Các đập
bê tông trọng lực không tràn như đập Tân Giang, đập Sê San mới được xây dựng vào

những năm cuối thế kỷ XX. Đập Tân Giang ở Ninh Thuận cao 37,5 m được xem là
đập bê tông trọng lực không tràn đầu tiên được xây dựng ở thời kỳ này. Hình 1.3 là
hình ảnh đập Tân Giang nhìn từ phía hạ lưu.

5


Hình 1.3Đập bê tơng trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu [Internet]
Đến cuối thế kỷ XX nước ta mới tiếp thu công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn
nhưng được phát triển tương đối nhanh. Tính đến năm 2013, Việt Nam đã xây dựng
được 24 đập bê tông đầm lăn, đứng vào hàng thứ bảy về tốc độ phát triển, trong đó có
nhiều đập có chiều cao lớn hơn 100m như đập Sơn La cao 138m, đập Bản Vẽ cao
137m...Hình 1.4 là hình ảnh đập bê tơng trọng lực đầm lăn Sơn La.

Hình 1.4Đập bê tơng trọng lực đầm lăn Sơn La nhìn từ hạ lưu [Internet]
6


Bảng 1.1Đập bê tông trọng lực lớn được xây dựng tại Việt Nam [9]
TT

Tên cơng trình

Chiều cao (m)

Địa điểm XD

Năm xây dựng

1

Plêikrơng

71

Kon Tum

11/2003

2

Định Bình

54

Bình Định

5/2003

3

A Vương

70

Quảng Nam

8/2003

4

Bản Chát

100

Lai Châu

2003

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2004

6

Sê San 4

80

Gia Lai

11/2004

7

Đồng Nai 3

110

Đắc Nơng

12/2004

8

Đồng Nai 4

129

Đắc Nơng

12/2004

9

Bình Điền

75

Thừa Thiên Huế

1/2005

10

Cổ Bi (Hương Điền)

70

Thừa Thiên Huế

5/2015

11

Bản Vẽ

138

Nghệ An

2005

12

Sông Kôn 2

50

Quảng Nam

11/2005

13

Sơn La

138

Sơn La

12/2005

14

Sông Tranh 2

100

Quảng Nam

2006

15

Huội Quảng

104

Sơn La

2007

16

Nậm Chiến

136,5

Sơn La

2007

17

Nước Trong

68

Quảng Ngãi

12/2007

18

Đak Đrinh

100

Quảng Ngãi

2/2008

19

Sông Bung 4

95

Quảng Nam

6/2010

20

Lai Châu

137

Lai Châu

1/2011

21

Tân Mỹ

58

Ninh Thuận

2012

22

Sơng Bung 2

95

Quảng Nam

2012

23

Trung Sơn

84

Thanh Hóa

11/2012

1.1.3 Thiết kế đập bê tông trọng lực
- Nguyên tắc thiết kế:
Dựa vào các đặc điểm làm việc, đồng thời xét đến các điều kiện thi công và quản lý
đập sau này, khi thiết kế đập phải đảm bảo các nguyên tắc sau:
Đập và nền phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc (thời gian thi công và khai thác).

7


Đập phải đủ cao đồng thời bố trí cơng trình tháo lũ và các cơng trình khác như nhà
máy thủy điện, âu thuyền...

Đập và nền phải an toàn về thấm, về lún khơng đều, về ảnh hưởng của nhiệt độ.
Có hành lang cơng tác, có thiết bị quan trắc.
Lựa chọn hình thức đập, cấu tạo các bộ phận phù hợp với biện pháp, thời gian thi
công, thuận lợi trong quản lý, có giá thành và kinh phí quản lý rẻ.
- Các u cầu khi tính tốn thiết kế mặt cắt đập:
(1) Điều kiện ổn định: đảm bảo hệ số an tồn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm
nhất khơng nhỏ hơn trị số cho phép.
Kt Kcp
Trong đó:Kt - hệ số an toàn ổn định chống trượt; Kcp - hệ số an toàn ổn định cho phép,
phụ thuộc vào cấp của đập và tổ hợp tải trọng, xác định theo tiêu chuẩn hiện hành.
(2) Điều kiện độ bền: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu
hoặc có xuất hiện ứng suất kéo nhưng phải nhỏ hơn trị số cho phép; ứng suất chính
tính tốn nhỏ nhất ở mép hạ lưu không được vượt quá trị số cho phép:
S3≤ Rn
Trong đó: Rn - cường độ chịu nén tính tốn của vật liệu hoặc nền.
+ Tại mép đập, đặc biệt ở mép thượng lưu khi hồ đầy nước không cho phép phát sinh
ứng suất kéo:
S1  0
Hoặc 𝑆1𝑐 𝑅𝑘𝑐
Trong đó: S1 - ứng suất chính tính tốn lớn nhất tại biên thượng lưu đập;𝑆1𝑐 - ứng suất
chính tiêu chuẩn lớn nhất tại mép biên thượng lưu đập;𝑅𝑘𝑡𝑐 – cường độ chịu kéo tiêu
chuẩn của bê tông.

8


(3) Điều kiện kinh tế: mặt cắt đập phải có diện tích nhỏ nhất sau khi đã thoả mãn 2
điều kiện trên.
(4)Điều kiện sử dụng: mặt cắt đập còn cần phải thỏa mãn các yêu cầu trong sử dụng,
vận hành như cần có đường giao thơng trên đỉnh đập, có đường hầm trong thân đập để

đi lại kiểm tra, sửa chữa, đặt các thiết bị quan trắc thí nghiệm, bố trí các hành lang
thốt nước... Ngồi ra, cịn phải lưu ý đến việc tạo dáng kiến trúc đẹp của công trình.
Để thoả mãn yêu cầu nêu trên, khi thiết kế mặt cắt ngang đập thường tiến hành theo 2
giai đoạn:
Giai đoạn xác định mặt cắt cơ bản: dựa vào các yêu cầu ổn định, ứng suất, kinh tế tiến
hành tính toán chọn mặt cắt cơ bản của đập.
Giai đoạn xác định mặt cắt thực dụng: theo các yêu cầu về sử dụng như giao thông,
dẫn tháo nước, kiểm tra, sửa chữa.... mà bố trí thêm các phần cấu tạo đỉnh đập, các
đường ống tháo, lấy nước trong thân đập, hệ thống đường hầm và hành lang trong thân
đập, bộ phận nối tiếp với hạ lưu của đập tràn...
Sau khi đã chỉnh sửa, thêm bớt các bộ phận trên đập, cần tiến hành tính tốn ổn định
và phân tích ứng suất để kiểm tra điều kiện bền của đập.
1.1.4 Vấn đề an tồn đập bê tơng trọng lực
Vấn đề an tồn đập là vấn đề lớn trong xây dựng và quản lý đập. Để hồ chứa phát huy
được nhiệm vụ theo thiết kế, đảm bảo an tồn tính mạng và tài sản cho vùng hạ du thì
an tồn của đập rất quan trọng và có tính quyết định hiệu quả của hồ chứa.
Đập là cơng trình đầu mối của hồ chứa. Mức độ an tồn của đập khơng chỉ phụ thuộc vào
bản thân cơng trình, phá họai hoặc ngưng trệ sản xuất, cịn có thể gây ra tổn thất nặng nề
về sinh mạng, tài sản ở vùng hạ lưu đập, làm ách tắc giao thông gây thiệt hại to lớn cho
kinh tế, quốc phòng và an ninh của đất nước. Mức độ tác hại của sự cố phụ thuộc vào quy
mô, vị trí cơng trình cũng như đặc điểm khu vực hạ du nhưng dù ở mức dộ nào thì tổn thất
do sự cố vỡ đập gây ra sẽ là rất đáng kể về mặt kinh tế, chưa nói các tổn thất về sinh mạng
tài sản và làm đảo lộn môi trường sinh thái ở một khu vực nhất định.

9


Những năm sau này, những thiếu sót, hạn chế trên đã từng bước được khắc phục đối
với các hồ được xây mới. Tuy nhiên, tình hình nhìn chung vẫn chưa được cải thiện
nhiều. Thêm vào đó, diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi, cộng với rừng đầu nguồn

của hồ chứa bị tàn phá làm cho lượng nước tập trung về hồ nhanh và lớn hơn, tăng
mức độ nguy hiểm cho cơng trình.
Những tổn thất có thể do các sự cố mất an toàn đập, những vấn đề tồn tại tiềm tàng
trong hệ thống các hồ đập đã đề cập ở trên, cộng với những hệ lụy của việc biến đổi
khí hậu, mật độ dân cư đơng đúc cũng như yêu cầu phát triển kinh tế xác hội ở khu hạ
du đập đã nói lên yêu cầu bức thiết của cơng tác quản lý an tồn đập ở nước ta.
1.1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá an tồn đập bê tơng
- Trong nước:
Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề, chính phủ Việt Nam đã ban hành nghị
định 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về quản lý an tồn đập[2], tiếp đó các Bộ NN và
PTNT vào năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các thông tư
hướng dẫn thực hiện nghị định này. Hiện nay Việt Nam đã ban hành Tiêu chuẩn quốc
gia TCVN 11699:2016 về Cơng trình thủy lợi - Đánh giá an toàn đập[5].
Ngoài ra thành lập Ban An toàn Đập (DSU) trực thuộc Tổng cục Thủy lợi. Các hoạt
của Ban kể từ khi thành lập gồm (i) Phát triển và hoàn thiện các văn bản quản lý an
toàn đập Nghị định của Chính phủ số 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về Quản lý an
tồn đập[2]; Thơng tư số 33/2008/TT-BNN ngày 04/02/2008 hướng dẫn thực hiện một
số điều thuộc Nghị định số 72/2007/NĐ-CP và Quyết định số 3562/QĐ-BNN-TL ngày
13/11/2007 Quy định tạm thời về yêu cầu năng lực kỹ thuật của đơn vị quản lý
đập[10], (ii) Xây dựng Dự án “Nâng cấp hệ thống giám sát hồ chứa”, được phê duyệt
vào năm 2009; xây dựng “Chương trình Bảo đảm an tồn hồ chứa nước đã được Thủ
tướng Chính phủ phê duyệt tại văn bản số 1734/TTg-KTN ngày 21/9/2009”, (iii) Tổ
chức đào tạo tăng cường năng lực cho 150 cán bộ thuộc các đơn vị quản lý hồ chứa và
các cán bộ làm công tác quản lý nhà nước thuộc các Chi cục thủy lợi tại các tỉnh; đào
tạo tăng cường năng lực cho bộ phận Quản lý an toàn đập tại Tổng cục Thủy lợi.

10


- Ngoài nước:

Nhiều nước trên thế giới đã ban hành các hướng dẫn quản lý an toàn đập, nhất là các
nước phát triển. Chẳng hạn, Úc ban hành “Quy phạm an toàn đập” (Dam Safety Code)
năm 2003, Mỹ ban hành “Hướng dẫn của liên bang cho an toàn đập”
(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004...
Trung Quốc là nước có số lượng đập nhiều nhất và một số dạng đập. Bộ Thủy lợi
Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn “Hướng dẫn đánh giá an toàn đập”
(水库大坝安全评价导则)ký hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và chính thức thực
hiện từ 09/04/2017[7], trong đó chỉ ra khá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẩn đánh
giá an toàn của các loại đập.
1.2 Tổng quan về các phương pháp đánh giá an tồn kết cấu đập bê tơng trọng
lực trên thế giới và tại Việt Nam
An toàn đập được đánh giá trên cơ sở đánh giá an toàn các nội dung quyết định sự an
toàn của đập, bao gồm: Chất lượng đập và các cơng trình liên quan, quản lý vận hành,
khả năng chống lũ, kết cấu đập và các cơng trình liên quan, thấm qua nền, thân và vai
đập, các thiết bị, kết cấu cơ khí và hệ thống điện vận hành.
Đánh giá tổng hợp an toàn kết cấu đập bê tơng và các cơng trình liên quan:
Đập ổn định chống trượt và lật;
Chuyển vị của thân đập, nền đập nhỏ hơn giá trị cho phép;
Bê tông thân đập không bị nứt, đảm bảo điều kiện bền, không bị thấm nước;
Nền đập ổn định về cường độ;
Bê tông thân đập đảm bảo điều kiện bền;
Cống lấy nước, tràn xả lũ:
Chuyển vị của nền cống, nền tràn xả lũ nhỏ hơn giá trị cho phép;
Các bộ phận của cống, tràn xả lũ không bị nứt, chuyển vị, thấm nước;

11


Bộ phận tiêu năng, hai bờ lòng dẫn nối tiếp sau tiêu năng khơng bị xói lở.
Các cơng trình liên quan: Các thiết bị và kết cấu kim loại, lớp bảo vệ mái đập thượng

và hạ lưu đập, tường chắn sóng, đỉnh đập, đường quản lý, nhà quản lý, hệ thống điện
vận hành cơng trình...có kết cấu ổn định, chưa bị hư hỏng.
Phương pháp đánh giá an toàn đập được tiến hành từ đơn giản đến phức tạp, từ quan
sát trực quan ngồi hiện trường đến tính tốn chi tiết và kiểm định, cụ thể gồm:
Phương pháp 1: Kiểm tra, quan sát trực quan tại hiện trường
Đánh giá an toàn đập bằng cách kiểm tra, quan sát trực quan bằng mắt thường tại hiện
trường, đánh giá mức độ an toàn của đập bằng kinh nghiệm của người kiểm tra.
Phương pháp 2: Phân tích tài liệu lưu trữ
Đánh giá an tồn đập thơng qua phân tích các số liệu đo đạc, quan trắc được thống kê,
lưu trữ; thông qua các hồ sơ tài liệu về quản lý chất lượng, kiểm tra chất lượng, các
báo cáo giám sát, nghiệm thu trong thời kỳ thi cơng và trong q trình quản lý vận
hành để tiến hành phân tích đánh giá;
Trường hợp ở những đập không tổ chức đo đạc quan trắc, thiếu tài liệu lưu trữ, cần thu
thập tài liệu, tham khảo ý kiến từ các đơn vị, cá nhân đã trực tiếp thiết kế, quản lý xây
dựng, quản lý vận hành đập.
Phương pháp 3: Tính tốn kiểm tra
Để đánh giá mức độ an tồn của đập và cơng trình liên quan, người đánh giá phải cập
nhật bổ sung tài liệu khí tượng thủy văn, địa hình, địa mạo, thảm thực vật trên khu vực
đến thời điểm kiểm tra, thu thập các tài liệu thiết kế cơng trình (hồ sơ địa chất, thiết kế
bản vẽ thi công, các thông số thiết kế của cơng trình, tài liệu tính tốn thủy văn...), hồ
sơ kiểm định các lần trước đây (nếu có); tiến hành tính toán kiểm tra về lũ, thấm, ổn
định đập và các cơng trình liên quan theo quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành, đánh giá
mức độ an toàn đập.

12


1.3 Kết luận Chương 1
Vấn đề về đánh giá an tồn kết cấu đập bê tơng trọng lực là vấn đề hết sức quan trọng
trong việc đảm bảo an toàn cơng trình cũng như an tồn đến tính mạng và tài sản của

vùng hạ du. Trong chương này, luận văn đã phân tích một số khái niệm cơ bản nhất về
đập bê tơng trọng lực, an tồn đập và các phương pháp đánh giá an tồn đập bê tơng
trọng lực.

13


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG
2.1 Đặt vấn đề
An tồn đập có ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng và tài sản của đông đảo người dân
sống ở vùng hạ lưu đập. Vỡ đập gây tổn thất lớn về kinh tế và chính trị, nhất là với các
đập lớn, do vậy vấn đề an toàn đập được hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt
quan tâm. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề, chính phủ Việt Nam đã ban
hành nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về quản lý an toàn đập[2], tiếp đó các
Bộ NN và PTNT vào năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các
thông tư hướng dẫn thực hiện nghị định này. Hiện nay Việt Nam đã ban hành Tiêu
chuẩn quốc gia TCVN 11699:2016 về Cơng trình thủy lợi - Đánh giá an toàn đập[5].
Nhiều nước trên thế giới đã ban hành các hướng dẫn quản lý an toàn đập, nhất là các
nước phát triển. Chẳng hạn, Úc ban hành "Qui phạm an toàn đập" (Dam Safety Code)
năm 2003, Mỹ ban hành "Hướng dẫn của liên bang cho an toàn đập"
(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004...
Trung Quốc là nước có số lượng đập nhiều nhất và một số dạng đập, như đập vịm
Cẩm Bính I, cao 305m, đập bê tơng đầm lăn Long Than, cao 215m, đập đá đổ bản mặt
bê tông Thuỷ Bố Ô, cao 233m, chiếm kỷ lục thế giới về chiều cao của các đập cùng
loại. Bộ Thuỷ lợi Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn “Hướng dẫn đánh giá an toàn
đập” (水库大坝安全评价导则) ký hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và chính thức
thực hiện từ 09/04/2017[7], trong đó chỉ ra khá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẩn
đánh giá an toàn của các loại đập.
Trong mục 9 của tiêu chuẩn SL 258-2017 quy định [7]:
Phương pháp được sử dụng để đánh giá an toàn của kết cấu đập bê tông gồm:

+ Phương pháp kiểm tra thực địa;
+ Phương pháp phân tích các dữ liệu quan trắc;
+ Phương pháp phân tích tính tốn.

14


Trên cơ sở kiểm tra an toàn hiện trường, dựa vào các tài liệu khảo sát địa chất cơng
trình, quan trắc an toàn, kiểm tra an toàn, tiến hành đánh giá tổng hợp phân tích tài liệu
quan trắc và tính tốn kết cấu đối với an tồn đập. Đối với đập có tài liệu quan trắc
biến hình, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, cần ưu tiên tiến hành phân tích tài liệu quan
trắc. Đối với các vấn đề ảnh hưởng đến an toàn kết cấu trong vận hành như nứt, lỗ
rỗng, xâm thực, trượt mái… hoặc tình trạng bất thường cần làm phân tích riêng.
Đánh giá an tồn kết cấu là kiểm tra tính ổn định, biến dạng và cường độ của đập
dưới tác dụng của tải trọng tĩnh có thỏa mãn các yêu cầu của quy phạm hiện hành
hay khơng.
Nội dung chủ yếu của đánh giá an tồn kết cấu bao gồm kiểm tra biến dạng, cường độ,
ổn định của kết cấu đập, cao trình đỉnh đập và bề rộng đỉnh đập... Quan trọng nhất đối
với đập bê tông là phân tích cường độ và ổn định.Kiểm tra cường độ chủ yếu bao
gồm: kiểm tra ứng suất, kiểm toán bố trí thép cục bộ. Kiểm tra ổn định chủ yếu cần
tính tốn kiểm tra ổn định trượt đập trọng lực và đập trụ chống trên lớp xen kẹp mềm
yếu, trên mặt đứt gãy, ổn định trượt chân vòm ở hai vai đập vòm và ổn định bên của
trụ chống trong đập trụ chống. Đối với đập trọng lực bê tông đầm lăn cần kiểm tra ổn
định trượt trên mặt các lớp đầm nén. Đối với đập vịm có độ cong nhỏ trên mặt bằng
cần tính tốn kiểm tra ổn định trượt trên mặt nền. Khi cần thiết nên phân tích ổn định
tổng thể của các đoạn đập trên dốc nghiêng.
Tham số có liên quan đến tính tốn phân tích an tồn kết cấu đập bê tơng, khi cần thiết
đối với đập cao nên tiến hành lại thí nghiệm khoan sâu vào thân đập và nền; đối với
đập vừa và thấp khi tài liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy ứng suất khá cao
hoặc biến dạng khá lớn hoặc hệ số an tồn thấp cũng cần thí nghiệm lại để xác định

tham số tính tốn. Khi có đầy đủ tài liệu quan trắc cần đồng thời sử dụng tài liệu quan
trắc để tiến hành phân tích ngược, tổng hợp xác định các tham số tính tốn.
Để đánh giá an tồn đập bê tơng cần sử dụng các tiêu chuẩn đánh giá như dưới đây:
Trong kiểm tra hiện trạng hoặc quan sát, phát hiện một trong các biểu hiện dưới đây có
thể xem là kết cấu đập khơng an toàn hoặc tồn tại nguy cơ mất an toàn và cần tiến một
bước quan trắc và phân tích:
15