Trạng thái ứng suất của cống dẫn dòng công trình thủy điện đồng nai 2 có xét đến quá trình cố kết của bê tông rcc

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................4
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM .................................................................................................4
1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn trên thế giới .......................................... 4
TỔNG .................................................................................................................... 6

1.2. Tình hình xây dựng và ứng dụng đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam ..................10
1.3. Các sơ đồ thi công đập bê tông đầm lăn ............................................................... 13
1.4. Những tồn tại trong công tác thiết kế và thi công đập bê tông đầm lăn ở Việt
Nam ................................................................................................................................ 15
1.4.1. Những tồn tại trong công tác thiết kế ........................................................ 15
1.4.2. Những tồn tại trong công tác thi công và quản lý chất lượng................... 16
1.5. Kết luận chương 1 ..................................................................................................16
CHƯƠNG 2 ..............................................................................................................18
TỔNG QUAN VỀ DẪN DỊNG THI CƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ỨNG SUẤT CỐNG DẪN DÒNG ............................................................................18
2.1 Phương pháp dẫn dòng thường dùng và lựa chọn phương án .............................. 18
2.1.1 Phương thức dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng ....................... 19
2.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dòng .................................. 22
2.1.3 Chọn phương án dẫn dòng .......................................................................... 24
2.2 Phương pháp PTHH nghiên cứu ứng suất biến dạng của cống dẫn dòng ..........25
2.2.1 Nội dung của phương pháp PTHH ............................................................. 25
2.2.2 Các phương trình cơ bản của PP PTHH để giải bài tốn tuyến tính về ứng
suất – biến dạng .................................................................................................... 27
2.2.2.1 Sơ đồ tính tốn .................................................................................27

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

2

2.2.2.2 Xác định ma trận độ cứng của phần tử ............................................28
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................35
ÁP DỤNG PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CHO CỐNG DẪN DỊNG
CỦA CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 2 ..................................................35
3.1 Giới thiệu về cơng trình........................................................................................... 35
3.1.1 Bố trí tổng thể .............................................................................................. 35
3.1.2 Đập dâng bằng bê tông đầm lăn RCC ........................................................ 36
3.1.3 Đập tràn ....................................................................................................... 37
3.1.4 Đập vật liệu địa phương .............................................................................. 39
3.1.5 Nhà máy thủy điện ...................................................................................... 39
3.1.6 Cống dẫn dòng ............................................................................................ 40
3.2 Số liệu tính tốn .......................................................................................................42
3.2.1 Số liệu về cống dẫn dịng ............................................................................ 42
Mặt cắt dùng để tính tốn là mặt cắt lớn nhất đi qua tim đập3.2.2 Số liệu về
tải trọng tác dụng và chỉ tiêu cơ lý ................................................................42
3.2.2 Số liệu về tải trọng tác dụng và chỉ tiêu cơ lý ......................................43
3.3 Phần mềm tính tốn và ứng dụng tính tốn ........................................................... 45
3.3.1 Phần mềm ANSYS...................................................................................... 45
3.3.2 Ứng dụng tính tốn...................................................................................... 48
3.3.2.1 Tính tốn theo phương pháp có xét đến q trình cố kết của bê tơng

RCC theo thời gian ........................................................................................48
1. Kết quả tính tốn ngày thứ nhất: ...................................................................... 49
2. Kết quả tính tốn ngày thứ hai: ........................................................................ 50
3. Kết quả tính tốn ngày thứ Ba: ........................................................................ 52
4. Kết quả tính tốn ngày thứ tư: ......................................................................... 53
5. Kết quả tính tốn ngày thứ năm: ...................................................................... 55
6. Kết quả tính tốn ngày thứ sáu: ....................................................................... 56
7. Kết quả tính tốn ngày thứ bảy: ....................................................................... 58
8. Kết quả tính tốn ngày thứ tám: ....................................................................... 59
Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

3

9. Kết quả tính tốn ngày thứ chín: ...................................................................... 61
10. Kết quả tính tốn ngày thứ mười: .................................................................. 62
11. Kết quả tính tốn ngày thứ mười một: ........................................................... 64
12. Kết quả tính tốn ngày thứ mười hai: ............................................................ 65
13. Kết quả tính tốn ngày thứ mười ba: ............................................................. 67
14. Kết quả tính tốn ngày thứ mười bốn: ........................................................... 68

3.3.2.2 Kết quả tính tốn theo phương pháp không kể đến độ cố kết của bê
tông đầm lăn (RCC) theo thời gian. ..............................................................70
3.4 Nhận xét kết quả ......................................................................................................73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................76

Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1
MỞ ĐẦU

Cùng với công cuộc đổi mới và phát triển ngày càng nhanh của đất nước,
nhiều cơng trình thuỷ điện đang được xây dựng trên khắp mọi miền của tổ quốc. Vì
Thủy điện là một trong những giải pháp năng lượng có hiệu quả kinh tế và bảo vệ
môi trường tốt nhất.
Vấn đề chọn biện pháp dẫn dịng thi cơng trong q trình xây dựng là một
trong những vấn đề ảnh hưởng đến tiến độ, quy mơ tổng thể của cơng trình.Việc
tính tốn kết cấu cống dẫn dịng thi cơng là một trong những vấn đề rất quan trọng
nhằm đảm bảo cống dẫn dòng làm việc ổn định và hiệu quả trong suốt quá trình thi
công.
Với quy mô xây dựng nhà máy thuỷ điện ngày càng lớn, cùng với khoa học
phát triển ngày càng cao, vấn đề áp dụng các vật liệu tiên tiến vào việc xây dựng
cơng trình ngày càng nhiều nhằm đáp ứng đẩy nhanh tiến độ của cơng trình. Với tốc
độ phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung cũng như tốt độ phát triển các loại
đập lớn nói riêng thì đập bê tông đầm lăn (RCC) được áp dụng rất rộng rãi.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn là một xu hướng nghiên cứu mới
đang được các nhà khoa học áp dụng rộng rãi hiện nay. Nó có thể mơ phỏng và tính
tốn ứng suất –biến dạng của cống dẫn dịng có xét đến q trình cố kết của bê tông
đầm lăn (RCC) theo thời gian với kết quả chính xác cao. Với sự phát triển khơng
ngừng của khoa học cơng nghệ đã xuất hiện nhiều phần mềm tính toán dựa trên

thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn. Do đó hiểu và vận dụng được những
phần mềm vào việc mơ phỏng tính tốn cơng trình là một nhu cầu cấp thiết đối với
người cán bộ khoa học kỹ thuật.
Từ những nghiên cứu này giúp cho chúng ta có những biện pháp hiệu quả
trong q trình thiết kế và thi cơng nhằm tiết kiệm chi phí và đảm bảo điều kiện làm
việc của cống dẫn dòng trong quá trình thi cơng.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

2

Trong luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT
CỦA CỐNG DẪN DỊNG CƠNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN ĐỒNG NAI 2 CĨ
XÉT ĐẾN Q TRÌNH CỐ KẾT CỦA BÊ TƠNG RCC”, tác giả đã nghiên cứu
áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng trong phân tích trạng thái ứng suấtbiến dạng của cơng trình thay đổi theo thời gian nhằm góp phần vào việc lựa chọn
giải pháp tính tốn thiết kế cống dẫn dòng trong điều kiện xây dựng tại Việt nam
hiện nay.
Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu mơ phỏng và phân tích trạng thái ứng suất của cống dẫn dòng
bằng phương pháp phân tử hữu hạn. Từ điều kiện thực tế áp dụng tính tốn cho
cống dẫn dòng nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.
Luận văn gồm bốn Chương chính:
- Chương một: Tổng quan tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn trên thế giới và
Việt Nam
- Chương hai: Tổng quan về cơng tác dẫn dịng và phương pháp phân tích ứng suất

cống dẫn dịng dựa trên cơ sở lý thuyết và đã được áp dụng trong thực tiễn từ trước
đến nay.
- Chương ba: Áp dụng tính tốn cơng trình thủy điện Đồng Nai 2. So sánh với tính
tốn thiết kế
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ lợi,
Khoa Cơng trình đã giúp đỡ tác giả được thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Sức bền – Cơ Kết cấu Trường Đại học Thuỷ
lợi đã tạo điều kiện để luận văn hoàn thành đúng tiến độ. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Thắng đã tận tình hướng dẫn
tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
trong bộ môn Sức bền – Kết cấu, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã tạo mọi điều
kiện và động viên về nhiều mặt để tác giả hoàn thành tốt luận văn.
Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

3

Tuy nhiên, do thời gian có hạn và trình độ cịn nhiều hạn chế nên chắc chắn
luận văn khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, tác giả rất mong được sự đóng góp
của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Luận văn được hồn thành tại Khoa Cơng trình Trường Đại học Thuỷ lợi
tháng 12 năm 2010
Hà Nội, tháng 12 năm 2010

Lê Đăng Công

Chuyên ngành xây dựng công trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

4
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn trên thế giới
Bê tông đầm lăn RCC (RCC – Roller compacted concrete) là bê tông được
đầm bằng máy đầm lăn; hỗn hợp bê tông ở dạng chưa đông cứng sẽ có sự hỗ trợ của
máy đầm lăn rung để đầm chặt. Bê tông đầm lăn khi đông cứng sẽ có các tính chất
tương tự như bê tơng thơng thường. Tuy nhiên sự khác biệt cơ bản giữa bê tông
đầm lăn và bê tông thông thường là ở công nghệ thi công:
- Khác với bê tông thông thường, bê tông đầm lăn có lượng nước trong hỗn
hợp bê tơng ít hơn, gần như khơng có độ sụt nên việc đầm chặt được thực hiện bằng
trọng lượng của máy đầm.
- Bê tông thông thường được thi công theo chiều đứng với các khối riêng biệt
và sự phát triển theo chiều cao của các khối đổ không phụ thuộc vào các khối đổ
bên cạnh. Ngược lại, bê tông đầm lăn được thi cơng từng lớp theo chiều ngang trên
diện tích lớn nhất có thể được, giống như thi cơng đắp đất.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì cơng nghệ thi công đập bê
tông đầm lăn cũng phát triển khơng ngừng. Từ những năm 1960 các cơng trình
nghiên cứu về đập bê tơng đầm lăn đã bắt đầu. Thí nghiệm đầu tiên dùng bê tông
đầm lăn được thực hiện ở Đài Loan và năm 1963 đập AlpeGra (H=172m) đã được
xây dựng ở Ý bằng phương pháp bê tông đầm lăn. Sau đó phương pháp này được sử

dụng ở Mỹ, Canada, Anh, Pakistan, Nhật, Brazil… Các nhóm nghiên cứu người
Mỹ, Nhật đã tiến hành nghiên cứu xây dựng các đập Simajagawa ở Nhật (H=89m)
và đập Willon Greek (H=52m) ở Mỹ. Sau đó các kỹ sư người Nhật đã phát triển và
gọi là phương pháp đập bê tông đầm lăn (Roll Compacted Concrete Method –
RCCD). Công nghệ này cho hiệu quả cao vì thời gian xây dựng nhanh, xây dựng
đơn giản, rẻ tiền.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

5

Đến cuối năm 1986, mới chỉ có 15 đập RCC được xây dựng trên thế giới: 6
đập tại Mỹ, 2 tại Nam Phi, 2 tại Úc, 2 tại Nhật Bản, 1 tại Brazil, 1 tại Tây Ban Nha
và 1 tại Trung Quốc. Có một điều rất thú vị là 7 nước nêu trên vẫn đang dẫn đầu
trong công nghệ thi công đập bê tông đầm lăn. Dường như ngay sau khi một đập bê
tông đầm lăn được xây dựng tại một nước nào đó, người ta nhận ra ngay lợi ích của
phương pháp thi cơng này và đập bê tông đầm lăn sẽ phát triển rất nhanh chóng
trong quốc gia đó. Đến cuối năm 1996, đã có ít nhất 157 đập bê tơng đầm lăn được
thi công và thêm 32 đập khác đang được xây dựng. Bảng 1.1 là phân loại đập bê
tông đầm lăn dựa trên hàm lượng chất kết dính.
Bảng 1.1: Phân loại đập bê tơng đầm lăn
Phân loại

Kết dính
thấp

RCD

Kết dính
trung bính

Kết dính cao

Hàm lượng kết
dính {1}(kg/m3)

99

120 - 130

100 – 149

150

Hàm lượng phơ gia
khoáng chất (%)

0 – 40

20 -35

20 – 60

30 – 80

300

750 - 1000

300

300

30

15

15 – 50

20 – 75

Có

Có

Khơng

Khơng

Chiều dày lớp
(mm)
Khoảng cách khe
Màng chắn thượng
lưu

Copperfield
Willow
Shimajigawa
De Mist
Creek
Tamagawa
Các ví dụ điển hình
Kraal Les
Concepciún
Miyagase
Olivettes
Jordóo{3}
Joumoua
Ghi chú:

U. Stillwater Santa
Eugenia
Wolwedans New
Victoria Puding
Platanovryssi
Jiangya

1: chất kết dính = xi măng Pc lăng và phụ gia khoáng chất
2: bao gồm đập “đắp cứng” (chưa có đập CSG)
3: Jordóo là một ví dụ của đập RCC kết dính thấp “mịn cao”

Các quốc gia đã xây dựng đập bê tơng đầm lăn tính đến cuối năm 1996 được
đưa trong Bảng 1.2. Gần 2/3 các đập bê tông đầm lăn đã được xây dựng là ở các
nước Mỹ, Tây Ban Nha, Trung Quốc và Nhật Bản, tất cả đều đã xây dựng một đập
bê tông đầm lăn tính đến cuối 1986. Có một sự phân bố khá hợp lý các đập bê tông

Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

6

đầm lăn trên thế giới, chúng đã và đang được xây dựng ở các loại khí hậu khác
nhau, từ khơ cằn nhất, như đập Toker, đến lạnh giá nhất, như Lac Robertson
(Canada). Chúng cũng đã được xây dựng ở các quốc gia từ phát triển nhất đến đang
phát triển. Dường như khơng có một khu vực nào, ngồi những vùng có lượng mưa
cực lớn, mà ở đó đập bê tơng đầm lăn khơng phải là phương án khả thi. Như đập
Pangue cao 113m (Chilê) đã được thi công trong 13 tháng với một thời đoạn có
lượng mưa lên đến 4450mm. Sự phân bố của các đập bê tông đầm lăn chỉ không
đến 1/4 tại Nam Mỹ, khoảng 1/3 tại Châu Á, chưa đến 1/5 tại Châu Âu và 1/4 ở
phần còn lại của thế giới (xem bảng 1.2). Các đập bê tông đầm lăn giờ đây đang
được thi cơng cho mọi mục đích, và cơ bản đã thay thế các đập trọng lực bê tông
truyền thống. Chúng cũng đang được thi công trên một số vị trí tuyến trước đó xem
xét bố trí đập đá đổ và đập vòm hai chiều.
Bảng 1.2. Các quốc gia đã xây dựng đập bê tơng RCC tính đến cuối 1996
Châu Á

Số lượng Bắc Mỹ

Trung Quốc
Nhật
Kyrgyzstan
Thái Lan

CỘNG
Châu Âu
Tõy ban Nha
Pháp
Romania
Hy lạp
CỘNG
Châu Phi
Nam Phi
Ma-rốc
Angola

23
28
1
1
53

CỘNG

19

19
6
2
1
28
11
7
1

Mỹ
Hexico
Canada
CỘNG
Nam Mỹ
Brazil
Honduras
Argentina
Pháp Guyanan
Chilê
CỘNG
Châu Đại dương
Úc
CỘNG
TỔNG

Số
lượng
28
5
2
35
9
2
1
1
1
14
8

8
157

Như một bằng chứng về sự chấp nhận sử dông bê tông đầm lăn trong thi công
đập, đập bê tông đầm lăn cao nhất đã được xây dựng cao 155m (Miyagase - Nhật
Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

7

Bản) và đập bê tông đầm lăn lớn nhất hiện được thi công là đập Longtan tại Trung
Quốc, đập này cao 217m và có khối lượng bê tông hơn 7,5 triệu m3. Số lượng các
đập bê tông đầm lăn, các phân loại khác nhau, thi công mỗi năm được nêu trong
bảng 1.3.
Bảng 1.3. Số lượng đập bê tông đầm lăn xây dựng mỗi năm theo các loại
Năm
hoàn
thành
1981/83
1984/85
1986
1987
1988
1989
1990
1991

1992
1993
1994
1995
1996

Đắp
LCRCC
RCD
MCRCC HCRCC
cứng
SL cộng SL cộng SL cộng SL cộng SL cộng
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
2
0
1
3
3

1
1
0
0
3
5
1
2
3
6
1
2
0
0
0
5
0
2
3
9
3
5
0
0
0
5
5
7
5
14

3
8
0
0
1
6
0
7
2
16
9
17
0
0
2
8
3
10
6
22
6
23
0
0
1
9
2
12
3
25

8
31
0
0
3
12
1
13
1
26 14 45
1
1
2
14
4
17
4
30
8
53
0
1
1
15
1
18
4
34
7
60

0
1
2
17
6
24
0
24
3
63
0
1
3
20
5
26
0
34
5
68

Tổng
cộng
SL cộng
2
2
5
7
8
15

6
21
13
34
12
46
17
63
14
77
19
96
20 116
14 130
13 143
15 157

Ghi chú
LCRCC = RCC kết dính thấp
MCRCC = RCC kết dính trung bỡnh
HCRCC = RCC kết dính cao
Trong các năm 1993, 1994, 1995 và 1996, mỗi năm có một đập (hoặc hai đập
năm 1995) có hàm lượng kết dính khơng được biết đến và do đó khơng được đưa
vào trong phân tích này.
Xu hướng thiết kế đập bê tông đầm lăn (theo tập san số 126 của hội đập lớn thế
giới)
Có thể thấy từ bảng 1.3, cho đến cuối năm 1986, thế hệ đập bê tơng đầm lăn
đầu tiên – đã có 15 đập bê tông đầm lăn được xây dựng (xem hình 1.1). Trong số đó
Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

8

có 5 đập bê tơng đầm lăn kết dính thấp (33%), 2 đập RCD (13%), 6 đập bê tơng
đầm lăn kết dính trung bình (40%) và 2 đập bê tơng đầm lăn kết dính cao (13%).
Trong 10 năm sau đó đã có đến 142 đập bê tơng đầm lăn được xây dựng (xem hình
1.2). Trong đó có 15 đập bê tơng đầm lăn kết dính thấp (11%), 27 đập RCD (19%),
28 đập bê tông đầm lăn kết dính trung bình (20%) và 66 đập bê tơng đầm lăn kết
dính cao (46%). Cũng có 1 đập “đắp cứng” và 5 đập được xây dựng mà không biết
được hàm lượng chất kết dính. Có một thay đổi từ đập bê tơng đầm lăn kết dính
thấp hơn thi công vào những năm đầu thập kỷ 1980 thành đập bê tơng đầm lăn kết
dính trung bình và cao. Xem hình 1.3.
Lý do cho sự thay đổi theo xu hướng này là:
Hiểu biết sâu hơn về đặc tính bê tơng đầm lăn. Sau khi thí nghiệm các mẫu lấy
từ các loại hình đập khác nhau đã thi cơng, người ta thấy rằng bằng cách sử dụng
hàm lượng kết dính cao trong bê tơng đầm lăn có thể có được một đặc tính tốt hơn.
Các kết quả thí nghiệm người ta càng tự tin hơn nhiều trong sử dụng vật liệu.
Gia tăng đáng kể chiều cao đập bê tông đầm lăn. Đến cuối 1990, chỉ có 1 đập
bê tơng đầm lăn cao 100m hoặc cao hơn được xây dựng (Tamagawa), từ 1991 đến
1996, có 12 đập khác được xây dựng và đến cuối 1996 có thêm 5 đập nữa được xây
dựng. Khi kích thước gia tăng có nghĩa là phải có các đặc tính được cải thiện.
Người ta nhận ra rằng bê tơng đầm lăn kết dính thấp có các đặc tính tại chỗ thấp
hơn xét về cường độ căng trực tiếp và lực kết dính khi so với bê tơng kết dính cao.
Thay đổi ứng dụng đập bê tơng đầm lăn. Ban đầu việc ứng dụng đập bê tông
đầm lăn cho các cơng trình thuỷ điện cịn ít. Đến cuối những năm 1980 và 1990, đã
có nhiều đập bê tơng đầm lăn hơn được thi cơng cho các cơng trình thuỷ điện, tuy

nhiên, đòi hỏi cần cải thiện khả năng chống thấm của bê tơng đầm lăn.
Tính kinh tế. Với các tính chất đã cải thiện của bê tơng đầm lăn, hàm lượng kết
dính cao so với bê tơng đầm lăn hàm lượng kết dính thấp, mặt cắt ngang của một
đập trọng lực có thể giảm đi, đặc biệt tại những khu vực có hoạt động địa chấn. Mặc
dù giá thành vật liệu cao hơn, người ta vẫn thấy rằng giá thành chung của đập bê
Chuyên ngành xây dựng công trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

9

tông đầm lăn hàm lượng kết dính cao thường rẻ hơn so với đập bê tơng đầm lăn
hàm lượng kết dính thấp tương đương có hệ số an tồn tương tự.

Hình 1.1. Những đập bê tơng đầm lăn đã xây dựng tính đến cuối năm 1986

Đang thi cụng
Đã xây dựng

Hình 1.2. Những đập bê tơng đầm lăn đã và đang thi cơng tính đến cuối năm 1996

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

10

Tổng

Tổng số các đập RCC

Kết dính cao
Kết dính trung bình
RCD
Kết dính thấp
Đắp cứng
Khụng biết

Đang thi cơng

Năm

Hình 1.3. Tổng số các đập đã thi cơng mỗi năm theo các phân loại
1.2. Tình hình xây dựng và ứng dụng đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam
Tốc độ phát triển đập bê tông đầm lăn. Việt Nam đến với công nghệ bê tông
đầm lăn tương đối muộn so với một số nước trên thế giới, nhưng trước sự phát triển
nhanh chóng của nó và đặc biệt là nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm
tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn
đã và đang được thi công với công nghệ này. Từ nay đến năm 2013 nước ta có số
đập bê tơng đầm lăn lên đến 24 đập. Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ bẩy về
tốc độ phát triển bê tông đầm lăn [4]. Bảng 1.4 là danh sách các đập bê tông đầm
lăn đã và đang được thi công ở Việt Nam đến năm 2013.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

11

Bảng 1.4. Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013
Địa điểm xây
dựng

Năm dự
kiến hồn
thành

Ghi chú

STT

Tên cơng trình

Chiều
cao (m)

1

PleiKrơng

71

Kontum

2007

Đang VH

2

Định Bình

54

Bình Định

2007

Đang VH

3

A Vương

70

Quảng Nam

2008

Đang VH

4

Sê San 4

80

Gia Lai

2008

Đang XD

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2008

Chuẩn bị

6

Bình Điền

75

Thừa Thiên Huế

2008

Đang XD

7

Cổ Bi

70

Thừa Thiên Huế

2008

Đang XD

8

Đồng Nai 3

110

Đắc Nông

2008

Đang XD

9

Đồng Nai 4

129

Đắc Nông

2008

Đang XD

10

ĐakRing

100

Quảng Ngãi

2008

Chuẩn bị

11

Thượng KonTum

KonTum

2009

Chuẩn bị

12

Nước Trong

70

Quảng Ngãi

2010

Chuẩn bị

13

Sơn La

138

Sơn La

2010

Đang XD

14

Bản Chát

70

Lai Châu

2010

Đang XD

15

Bản Vẽ

138

Nghệ An

2010

Đang XD

16

Hủa Na

-

Nghệ An

2010

Chuẩn bị

17

Sông Bung 2

95

Quảng Ngãi

2010

Chuẩn bị

18

Sông Tranh 2

100

Quảng Ngãi

2010

Đang XD

19

Sông Côn 2

50

Quảng Nam

2010

Đang XD

20

Bản n

85

Thanh Hố

2011

Chuẩn bị

21

Huội Quảng

-

Sơn La

2010

Chuẩn bị

22

Lai Châu

-

Lai Châu

2012

Chuẩn bị

23

Nậm Chiến

130

Sơn La

2013

Chuẩn bị

24

Đồng Nai 2

80

Lâm Đồng

2012

Đang XD

Chuyên ngành xây dựng công trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

12

Các hình thức mặt cắt đập bê tông đầm lăn. Mặc dù đập bê tông đầm lăn trong
những năm gần đây mới được ứng dụng tại Việt Nam nhưng đã có tốc độ phát triển
nhanh chóng. Hầu hết các đập lớn trong thời gian gần đây đều dùng hình thức đập
bê tơng đầm lăn với lớp chống thấm ở mặt thượng lưu thường là GEVR (bê tơng
đầm lăn giầu vữa xi măng) có chiều dầy từ 0.5m đến 1m. Ngoài ra một số đập sử
dụng bê tông mác cao ở thượng lưu làm lớp chống thấm (thủy điện Sê San 4...),
hoặc khơng có lớp chống thấm ở thượng lưu (thuỷ điện Đồng Nai 3...).
Tình hình sử dụng vật liệu của đập bê tông đầm lăn. Hiện tại ở Việt Nam một
số đập bê tông đầm lăn sử dụng chất kết dính có hàm lượng xi măng cao (như đập
thuỷ điện Plêikrông là 90 kg/m3, đập thuỷ điện A Vương là 80 kg/m3...), một số đập

sử dụng chất kết dính có hàm lượng xi măng thấp (như đập thuỷ điện Sơn La là
60kg/m3, đập thuỷ điện Đồng Nai 3 là 65 kg/m3...). Đặc thù của đập bê tông đầm
lăn là tốc độ lên đập nhanh, nhiệt thuỷ hố trong bê tơng gần như tích tụ hồn toàn
trong đập, nhiệt toả ra chủ yếu phát tán ra mơi trường từ biên thượng hạ lưu đập. Do
đó với những đập sử dụng hàm lượng xi măng trong tổng lượng chất kết dính lớn sẽ
làm cho lượng nhiệt thuỷ hố trong bê tơng lớn, dẫn tới nhiệt trong thân đập tăng
cao, gây bất lợi về nhiệt cho đập. Ngược lại, đối với các đập sử dụng hàm lượng xi
măng trong tổng lượng chất kết dính nhỏ sẽ có lượng nhiệt thuỷ hố trong bê tơng
thấp, dẫn tới an tồn về nhiệt, nhưng phát triển cường độ chịu kéo và nén của bê
tông là kém hơn trường hợp trên, đặc biệt là trong thời gian đầu sau thi công.
Các tiêu chuẩn thiết kế áp dụng trong tính tốn. Các tính toán thiết kế của Việt
Nam hiện tại dựa trên đồng thời hai hệ thống các tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam Nga và Mỹ.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

13

1.3. Các sơ đồ thi công đập bê tông đầm lăn
1) Thi công đập bê tông đầm lăn theo phương đứng
Thi công bê tông đầm lăn trên toàn bộ chiều dài tuyến đập, chiều cao đập được
lên đều trên tồn tuyến (hình 1.4). Ưu điểm của phương pháp thi công này là tốc độ
thi công đập nhanh, việc thi công trên cùng một mặt bằng sẽ thuận lợi cho công tác
tổ chức thi công. Sơ đồ này thường áp dụng đối với các đập khối lượng trung bình
và chiều dài đập khơng q lớn, cường độ cung cấp bê tông đảm bảo thi công đập
trên tồn tuyến đập, sơ đồ dẫn dịng đơn giản.

Hình 1.4. Thi công đập bê tông đầm lăn theo phương đứng.
2) Thi công đập bê tông đầm lăn theo phương pháp so le
Dọc theo chiều dài ta chia đập thành hai phần và thi công hai phần này so le
nhau. Thi công một nửa đập lên một chiều cao nhất định sau đó lại chuyển lại thi
cơng nửa đập cịn lại, cứ như vậy cho đến cao trình thiết kế. Phương pháp này cũng
thuận tiện trong việc tổ chức thi công đập, tốc độ lên đập nhanh, thường được áp
dụng với các đập chiều dài lớn, khối lượng thi công lớn khơng thể đáp ứng việc thi
cơng trên tồn tuyến đập. Hình 1.5 là sơ đồ thi cơng đập bê tơng đầm lăn theo
phương pháp so le trên mặt bằng và mặt cắt dọc đập.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

14

Hình 1.5. Thi cơng đập bê tông đầm lăn theo phương pháp so le
3) Thi công đập bê tông đầm lăn chia theo các khối đập
Đập được chia thành các khối riêng biệt để thi công. Đối với sơ đồ thi công
này việc tổ chức thi công phức tạp, tốc độ lên đập chậm. Sơ đồ này được áp dông
với những đập lớn, không thể đáp ứng việc thi cơng trên tồn tuyến đập. Đồng thời
đập có sơ đồ dẫn dịng phức tạp, dọc theo chiều dài tuyến đập có bố trí các các hạng
mục như cửa lấy nước, cống dẫn dịng....Hình 1.6 là sơ đồ thi công đập theo khối
của đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sơn La.

Hình 1.6. Thi cơng đập bê tông đầm lăn theo khối đập ở thuỷ điện Sơn La.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

15

1.4. Những tồn tại trong công tác thiết kế và thi công đập bê tông đầm lăn ở
Việt Nam
1.4.1. Những tồn tại trong công tác thiết kế
1) Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế. Các đập bê tơng đầm lăn đã và đang được tính
tốn thiết kế ở Việt Nam đều dựa vào hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam - Nga và
của Mỹ. Các tính tốn giả thiết vật liệu theo mơ hình đàn hồi tuyến tính. Tuy nhiên,
trong thực tế vật liệu làm việc theo trạng thái đàn hồi phi tuyến, nghĩa là các tính
chất vật liệu biến đổi theo thời gian ở dạng đường cong chứ khơng phải là đường
thẳng. Từ đó nếu mơ phỏng vật liệu theo mơ hình đàn hồi tuyến tính sẽ khơng phù
hợp với trạng thái thực của vật liệu.
2) Trang thiết bị thí nghiệm, lựa chọn vật liệu. Các phịng thí nghiệm hiện nay
tại Việt Nam mới chỉ đáp ứng việc thí nghiệm một số chỉ tiêu của bê tông (cường
độ bê tông, mô đun đàn hồi, nhiệt thuỷ hố ...), cịn nhiều chỉ tiêu chưa tiến hành thí
nghiệm được (từ biến, co ngót, mơ đun duy trì của bê tông, ....). Các số liệu này
được lấy từ các kết quả thí nghiệm vật liệu tương tự của các phịng thí nghiệm của
nước ngồi như Mỹ, Thuỵ Điển... do đó khơng hồn tồn phù hợp với vật liệu tại
Việt Nam.
3) Các tính tốn. Trong tính tốn thiết kế đập bê tơng trọng lực, mặt cắt tính
tốn mới thoả mãn ứng suất ở mép biên thượng hạ lưu đập, và trạng thái ứng suất
đập được nghiên cứu khi bê tơng đã đạt cường độ tính tốn thiết kế. Trong các tính

tốn thiết kế, bài tốn đập chịu tác dụng của nhiệt độ và các tải trọng khác được
tách riêng. Từ đó dẫn đến việc khơng đánh giá được sự tác dông đồng thời của nhiệt
độ và các tải trọng khác lên đập (trong thời gian thi công chủ yếu là quá trình chất
tải). Đồng thời trong thời gian thi công cường độ bê tông của các vùng trong thân
đập là khác nhau, vùng thi công sớm cường độ bê tông đã đạt cao trong khi vùng
mới thi công cường độ bê tơng vẫn cịn thấp lên khả năng chịu tải kém hơn. Do đó
khi khơng tính tốn theo cường độ phát triển thực tế của bê tơng thì sẽ khơng phản

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

16

ánh đúng sự làm việc thực của đập nói chung và các bộ phận của cống dẫn dịng nói
riêng.
1.4.2. Những tồn tại trong cơng tác thi công và quản lý chất lượng
1) Phương pháp thi cơng. Q trình thi cơng bê tơng đầm lăn ở nước ta hiện
nay cơ bản đã được cơ giới hoá, từ trộn, vận chuyển đến dải, san và đầm bê tông.
Đối với từng đập bê tông đầm lăn đã xây dựng được qui trình thi cơng riêng. Tuy
nhiên việc tn thủ các qui trình thi cơng cịn nhiều hạn chế.
2) Bảo ơn sau thi cơng. Q trình thi cơng đập thường diễn ra trong một thời
gian tương đối dài, từ một đến vài năm. Các điều kiện về khí hậu biến đổi qua các
mùa sẽ tác động trực tiếp đến q trình thi cơng. Về mùa nóng, nếu việc khống chế
nhiệt độ bê tông tại khối đổ không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới nhiệt trong thân đập tăng
cao hơn q trình tính tốn thiết kế ban đầu. Điều đó có thể dẫn tới trạng thái làm
việc bất lợi của đập và khơng được kiểm sốt. Về mùa lạnh, cơng tác bảo ôn mặt

đập không đảm bảo sẽ dẫn tới chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa phần trong thân đập
có nhiệt độ cao và vùng mặt ngồi của đập có nhiệt độ thấp. Từ đó sẽ phát sinh ứng
suất nhiệt lớn, có thể gây nứt nẻ đập.
3) Kiểm sốt chất lượng. Việc tuân thủ nghiêm ngặt qui trình thi cơng, kiểm
sốt tốt chất lượng trong q trình thi cơng là một yếu tố tiên quyết quyết định đến
chất lượng thi cơng đập. Tuy nhiên trong thực tế vẫn cịn tồn tại nhiều sai sót do
việc quản lý chất lượng lỏng lẻo gây ra.
4) Một số biểu hiện ngoài ý muốn. Trong q trình thi cơng một số đập bê tông
đầm lăn ở nước ta đã xuất hiện hiện tượng nứt trong bê tông.
1.5. Kết luận chương 1
1. Trong chương của luận văn khái quát tình hình xây dựng đập bê tơng đầm
lăn trên thế giới, tình hình xây dựng và ứng dông công nghệ thi công đập bê tông
đầm lăn ở Việt Nam.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

17

2. Trong công tác thiết kế và thi cơng đập bê tơng đầm lăn cịn tồn tại nhiều
vấn đề chưa được giải quyết một cách thoả đáng. Việc nghiên cứu cường độ bê
tông đầm lăn trong thời gian thi công ảnh hưởng đến ứng suất biến dạng của các bộ
phận khác của cơng trình nói chung và của cống dẫn dịng nói riêng chưa được đề
cập đến.
3. Để giải quyết các vấn đề trên, đề xuất các nội dung cần nghiên cứu trong
luận văn: “TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA CỐNG DẪN DỊNG CƠNG

TRÌNH THUỶ ĐIỆN ĐỒNG NAI 2 CĨ XÉT ĐẾN Q TRÌNH CỐ KẾT
CỦA BÊ TÔNG RCC” là:
1) Phương pháp tiếp cận: Từ thực tiễn các cơng trình đã và đang thiết kế và
thi công, ứng dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật tiến hành nghiên cứu Trạng thái
ứng suất của cống dẫn dịng có xét đến q trình cố kết của bê tông RCC.
2) Công cụ được sử dụng trong nghiên cứu: Sử dụng phần mềm có sẵn là
ANSYS trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu.
3) Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu trạng thái ứng suất-biến dạng của cống
dẫn dịng có xét đến q trình cố kết của bê tông RCC theo thời gian thi công

Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

18
CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ DẪN DỊNG THI CƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT CỐNG DẪN DỊNG
2.1 Phương pháp dẫn dịng thường dùng và lựa chọn phương án
Dẫn dịng thi cơng cơng trình thủy lợi thủy điện dựa vào tình hình ngăn nước
và dẫn dịng trong thời kỳ thi công khác nhau, phân thành nhiều giai đoạn. Đối với
cơng trình có cột nước cao và vừa, có thể chia thành ba giai đoạn:
(1) Giai đoạn đê quai ngăn nước (thời kỳ đầu), là thời kỳ sau khi chặn dòng
đến trước lúc thân đập chuẩn bị điều kiện để ngăn nước.
(2) Giai đọan thân đập ngăn nước (thời kỳ giữa), là thời kỳ sau khi thân đập
chuẩn bị điều kiện ngăn nước đến trước lúc hoành triệt cơng trình dẫn dịng.

(3) Giai đoạn hồn thành và tích nước (thời kỳ cuối), là thời kỳ sau khi hồnh
triệt cơng trình dẫn dịng đến lúc cơng trình vĩnh cửu đi vào vận hành.
Đối với cơng trình có cột nước thấp thường chỉ có một hoặc hai giai đoạn.
Phân chia các giai đoạn trên, trong phương án dẫn dòng có một lần chặn dịng, ba
giai đoạn thường phân biệt rõ ràng; nếu phân kỳ dẫn dòng, các giai đoạn khơng thật
rõ ràng, thường có tình trạng các giai đoạn chồng chéo nhau. Các phương thức tháo
nước và ngăn nước của các giai đoạn nên có thiết kế quy hoạch chu đáo cẩn thận,
giúp cho phương án dẫn dòng được hồn chỉnh.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Công -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

19

2.1.1 Phương thức dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng

1. Đê quai thượng lưu 2. Đê quai hạ lưu

1. Đê quai giai đoạn 1 2. Đê quai giai đoạn 2

3. Cơng trình dẫn dịng 4. Tim đập

3. Nhà máy TĐ

Hình 2.1:Sơ đồ đê quai ngăn dịng một đợt

4. Cơng trình xả

Hình 2.2: Sơ đồ đê quai phân kỳ

(1) Phân kỳ dẫn dòng
Thường dùng với sông mà khu vực hạ lưu và khu vực trung lưu, lịng sơng
tương đối rộng nhất là sơng có bãi bồi, bãi nổi giữa sơng, đảo đá ngầm...
Ví dụ: Tam Môn Hiệp (Trung Quốc), đập Cát Châu (Trung Quốc)... đều sử dụng
đảo đá ngầm, bãi nổi giữa sông để làm đê quai dọc.
(2) Dẫn dòng qua kênh
Kênh được đào ở một bên bờ để dẫn dịng thi cơng. Thường khi bờ có địa hình
thuận lợi như mái dốc, dốc thoải có dịng sơng cũ, eo núi, sơng cong .…Việc thi
cơng đào kênh tương đối đơn giản, có thể sử dụng cơ giới lớn, cũng có thể sử dụng
nhân cơng để đào. Thuận lợi cho gia tăng tiến độ thi công, rút ngắn thời gian thi
công, thông thuyền, chở gỗ…

Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

20

Hình 2.3: Kênh dẫn dịng thi cơng - Cơng trình thủy điện Sơn La
(3) Dẫn dịng qua đường hầm
Nói chung thường ứng dụng ở các khu vực trung lưu và thượng lưu ở vào vùng
khe sâu, đoạn sơng khơng bố trí được đê quai dọc.
Ví dụ: Hầm dẫn dịng thi cơng thủy điện Huội Quảng tiết diện móng ngựa

BxH=(10x10)m, R=5m, chiều dài hầm khoảng 250m, kết cấu bê tơng cốt thép dày
0,5m

Hình 2.4: Mặt cắt dọc hầm dẫn dịng thi cơng - Cơng trình thủy điện Huội Quảng

(4) Dẫn dòng qua cống ngầm
Thường cống ngầm nằm trong thân đập đất hoặc đất đá hỗn hợp. So sánh với
đường hầm có ưu điểm là thi cơng giản đơn, tốc độ nhanh, giá thành rẻ vv… Chỉ
cần địa chất, địa hình đủ điều kiện bố trí cống ngầm là có thể áp dụng.

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

21

Ví dụ: Cống dẫn dịng thi cơng cơng trình thủy điện Na Hang - Tun Quang,
kích thước nx(bxh)= 3x(6,0x6,5)m

Hình 2.5: Mặt cắt ngang cống dẫn dịng thi cơng
(5) Dẫn dịng qua máng
Dùng cho cơng trình nhỏ, lưu lượng khơng lớn lắm. Ví dụ cơng trình Kim Giang
thuộc Hồ Nam - Trung Quốc, lưu lượng lớn nhất dẫn dòng qua máng là 146m3/s.
(6) Dẫn dòng qua cống đáy (lỗ xả sâu trong thân đập)
Thường dùng trong phân kỳ dẫn dịng, đơi khi dẫn dịng qua kênh làm thêm
cống xả đáy tạo thành kênh kết hợp cống xả đáy để dẫn dịng. Cũng có khi giai đoạn
giữa hoặc giai đoạn sau khi thi công vượt lũ tăng thêm cống xả đáy.

Hình 2.6: Mặt cắt dọc tim đập – Cơng trình thủy điện Huội Quảng
Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

22

(7) Dẫn dòng qua đập dở hoặc khe răng lược
Dẫn dòng qua đập xây dở được dùng rộng rãi, thường phối hợp với cống đáy
hoặc các cơng trình tháo nước khác trở thành phương thức dẫn dòng chủ yếu vào
thời kỳ giữa và thời kỳ cuối của thi công vượt lũ của đập bê tông. Cịn dẫn dịng qua
khe răng lược ít dùng, thường được dùng trong thi cơng cơng trình đập cống có cột
nước thấp.Ví dụ: Cơng trình thủy điện Sơn La: Đập tràn xây dở cao trình 126.00m,
Btràn=98m.

Hình 2.7: Hiện trạng cơng trình thủy điện Sơn La mùa lũ 2009
(8) Dẫn dòng qua nhà máy
Thường dùng cho trạm thủy điện lịng sơng cột nước thấp.
Ví dụ: Cơng trình thủy điện Lng PraBăng (Lào)
Trên đây là các phương thức dẫn dòng thường dùng. Căn cứ vào điều kiện cụ thể
cơng trình, có thể dùng một loại, hoặc phối hợp vài phương thức để dẫn dòng. Như
dẫn dòng qua kênh hoặc cống đáy kết hợp với đường hầm, lỗ đáy hoặc lỗ chừa kết
hợp với kênh dẫn hoặc trước dẫn qua khe răng lược sau dẫn qua lỗ đáy. Ngoài ra bất
kỳ một lần chặn dịng hoặc phân kỳ dẫn dịng đều có thể dùng đê quai cho nước tràn
qua hoặc không cho nước tràn qua.
2.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dịng

Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới chọn phương án dẫn dịng, nhưng chủ yếu có
mấy nhân tố sau:

Chun ngành xây dựng cơng trình thủy

Học viên: Lê Đăng Cơng -Lớp:16C2