(Luận văn thạc sĩ file word) Sử dụng lưới phần tử tối ưu phân tích ứng suất trong đập bê tông trọng lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN VĂN QUẾ

SỬ DỤNG LƯỚI PHẦN TỬ TỐI ƯU PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT
TRONG ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC

Chun ngành

: Xây dựng cơng trình thủy

Mã số

: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
Người hướng dẫn 1: TS. LÊ THANH HÙNG
Người hướng dẫn 2: PGS-TS NGUYỄN QUANG HÙNG

HÀ NỘI – 2014


LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cơ, đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả đã hoàn thành luận văn.

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Thanh Hùng,
PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, đã hướng dẫn trực tiếp định hướng khoa học cho
luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cơ giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi,
Phịng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập
và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ
cho tác giả trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các em trong
gia đình đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập và viết
luận văn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014.
Tác giả

Nguyễn Văn Quế


BẢN CAM KẾT
Tên đề tài luận văn: “Sử dụng lưới phần tử tối ưu phân tích ứng suất
trong đập bê tông trọng lực”
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tơi hồn tồn là do tơi làm. Những kết
quả nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tơi
xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà
trường.
Học viên

Nguyễn Văn Quế


MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài................................................................................ 1

2.

Mục đích của đề tài....................................................................................... 2

3.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.................................................... 2

4.

Kết quả dự kiến đạt được............................................................................... 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG
TRỌNG LỰC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM............................................... 3
1.1.

Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực trên thế giới.............................3

1.2.

Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực ở Việt Nam..............................11

1.3. Những vấn đề tồn tại trong thiết kế đập bê tơng trọng lực........................... 15
1.3.1. Phương pháp tính tốn........................................................................... 15
1.3.2. Tổ hợp tính tốn..................................................................................... 15

1.3.3. Về kết quả tính tốn............................................................................... 16
1.4. Kết luận chương........................................................................................... 16
CHƯƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......17
2.1. Phương pháp phân tích ứng suất trong đập bê tông trọng lực..................... 17
2.1.1. Phương pháp lý thuyết........................................................................... 17
2.1.2. Phương pháp phần tử hữu hạn............................................................... 18
2.2. Tác động của động đất tới đập bê tông trọng lực và những ảnh hưởng của nó
...............................................................................................................................25
2.3. Các phương pháp phân tích động................................................................. 26
2.3.1. Phương pháp giải tích............................................................................ 27
2.3.2. Phương pháp động lực........................................................................... 27
2.3.3. Phương pháp ngẫu nhiên........................................................................ 27
2.3.4. Phương pháp phố phản ứng................................................................... 28
2.4. Lựa chọn phương pháp giải phương trình vi phân động..............................40
2.5. Lưới phần tử tự thích ứng trong phân tích động........................................... 43
2.6. Sử dụng lưới phần tử tự thích ứng trong phần mềm Ansys để phân tích ứng
suất trong đập bê tơng trọng lực
46


MỤC LỤC
2.6.1. Khái niệm và điều kiện tiên quyết sử dụng lưới phần tử tối ưu.............47
2.6.2. Nâng cấp mạng lưới tự thích ứng........................................................... 50
2.7. Kết luận chương........................................................................................... 51
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO CƠNG TRÌNH
THỰC TẾ............................................................................................................... 53
3.1. Giới thiệu về vị trí và quy mơ cơng trình...................................................... 53
3.2. Phân tích ứng suất biến dạng đập bê tơng trọng lực dưới tác dụng của tải
trọng động
55

3.2.1. Xác định các tải trọng tĩnh..................................................................... 56
3.2.2. Kết quả tính tốn tổ hợp tải trọng cơ bản và tải trọng động đất.............71
3.3. Phân tích kết quả tính tốn và nhận xét kết quả tính tốn............................80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 90
Kết luận............................................................................................................... 90
Kiến nghị............................................................................................................. 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 92


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Bản đồ hệ thống cấp nước Jawa................................................................. 3
Hình 1-2 Dấu vết của đập Jawa................................................................................. 3
Hình 1-3 Đập Chambon, Pháp................................................................................... 4
Hình 1-4 Mặt cắt ngang đập Chambon...................................................................... 5
Hình 1-5 Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000...................................... 6
Hình 1-6 Tốc độ xây dựng đập trên thế giới trong thế kỷ 20..................................... 6
Hình 1-7 Tỷ lệ % phân bố đập trên thế giới............................................................... 7
Hình 1-8 Phân bố theo thể loại.................................................................................. 7
Hình 1-9 Phân bố theo chiều cao..............................................................................7
Hình 1-10 Đập Tam Hiệp, sơng Dương Tử............................................................... 8
Hình 1-11 So sánh số lượng đập lớn ở Trung Quốc với các châu lục........................8
Hình 1-12 Tồn cảnh đập bê tơng trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu....................15
Hình 2-1 Đường cong hệ số ảnh hưởng của động đất quy định trong GB 50011 –
2001......................................................................................................................... 30
Hình 2-2 Phổ phản ứng dùng trong thiết kế quy định trong TCXDVN 375:2006.. .32
Hình 2-3 Lựa chọn phân tích Modal........................................................................ 33
Hình 2-4 Tần suất mỗi bước phân tích Modal......................................................... 34
Hình 2-5 Lựa chọn phân tích phổ phản ứng............................................................ 35
Hình 2-6 Lựa chọn phân tích phổ phản ứng đơn điểm............................................ 36
Hình 2-7 Bảng định nghĩa tần số............................................................................. 36

Hình 2-8 Bảng định nghĩa giá trị phổ phản ứng...................................................... 37
Hình 2-9 Lựa chọn tính tốn dao động riêng........................................................... 37


Hình 2-10 Lựa chọn thơng số tính tốn dao động riêng........................................... 38
Hình 2-11 Tổ hợp dao động riêng............................................................................ 39
Hình 2-12 Bốn trường hợp phân chia kích thước mạng lưới phần tử hữu hạn khơng
giống nhau............................................................................................................... 44
Hình 2-13 Q trình sinh lưới tự thích ứng............................................................. 47
Hình 2-14 Q trình sinh lưới tự thích ứng khi phần tử khơng đặc khít (bị khoét một
phần)........................................................................................................................ 48
Hình 2-15 Ba phương pháp thay đổi mạng lưới phần tử liên tục.............................50
Hình 2-16 Biểu thị một quá trình chỉnh thể tính tốn phần tử hữu hạn tự thích
ứng. Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn thơng dụng ANSYS có khả năng
phân tích tự thích ứng hiệu quả cao....................................................................... 51
Hình 3-1 Mặt cắt tính tốn Thủy điện Suối Sập 3.................................................... 53
Hình 3-2 Mơ hình tính tốn gồm đập và nền........................................................... 59
Hình 3-3 Mơ hình tính tốn của đập........................................................................ 59
Hình 3-4 Chuyển vị tổng của cả đập và nền............................................................ 59
Hình 3-5 Ứng suất S1.............................................................................................. 60
Hình 3-6 Ứng suất S3.............................................................................................. 61
Hình 3-7 Chuyển vị tổng......................................................................................... 61
Hình 3-8 Chuyển vị theo phương X........................................................................ 61
Hình 3-9 Chuyển vị theo phương Y........................................................................ 62
Hình 3-10 Ứng suất theo phương X........................................................................ 62
Hình 3-11 Ứng suất theo phương Y......................................................................... 62
Hình 3-12 Ứng suất S1............................................................................................ 62
Hình 3-13 Ứng suất S3............................................................................................ 63

Hình 3-14 Mơ hình tính tốn đập............................................................................ 64
và nền...................................................................................................................... 64
Hình 3-15 Mơ hình tính tốn của nền...................................................................... 64
Hình 3-16 Chuyển vị tổng....................................................................................... 64
Hình 3-17 Ứng suất S1............................................................................................ 65
Hình 3-18 Ứng suất S3............................................................................................ 66
Hình 3-19 Chuyển vị tổng....................................................................................... 67
Hình 3-20 Chuyển vị theo phương X...................................................................... 67
Hình 3-21 Chuyển vị theo phương Y...................................................................... 67
Hình 3-22 Ứng suất Sx............................................................................................ 67
Hình 3-23 Ứng suất Sy............................................................................................ 67
Hình 3-24 Ứng suất S1............................................................................................ 68
Hình 3-25 Ứng suất S3............................................................................................ 69
Hình 3-26 Sai số mơ hình lưới phần tử thơng thường............................................. 71
Hình 3-27 Sai số mơ hình lưới phần tử tự thích ứng............................................... 71
Hình 3-28 Mơ hình tính tốn................................................................................... 71
Hình 3-29 Phổ phản ứng theo phương ngang.......................................................... 72
Hình 3-30 Hình dạng dao động riêng thứ nhất........................................................ 73
Hình 3-31 Hình dạng dao động riêng thứ hai......................................................... 73
Hình 3-32 Hình dạng dao động riêng thứ ba........................................................... 74
Hình 3-33 Hình dạng dao động riêng thứ tư............................................................ 74
Hình 3-34 Hình dạng dao kđộng riêng thứ năm...................................................... 75
Hình 3-35 Hình dạng dao động riêng thứ sáu.......................................................... 75


Hình 3-36 Hình dạng dao động riêng thứ bảy......................................................... 76
Hình 3-37 Hình dạng dao động riêng thứ tám......................................................... 76
Hình 3-38 Hình dạng dao động riêng thứ chín........................................................ 77
Hình 3-39 Hình dạng dao động riêng thứ mười....................................................... 77
Hình 3-40 Chuyển vị tổng: Trường hợp Tĩnh + Động Đất...................................... 78

Hình 3-41 Chuyển vị Ux: Trường hợp Tĩnh + Động Đất......................................... 78
Hình 3-42 Chuyển vị Uy: Trường hợp Tĩnh + Động Đất........................................ 78
Hình 3-43 Ứng suất Sx: Trường hợp Tĩnh + Động Đất........................................... 78
Hình 3-44 Ứng suất Sy: Trường hợp Tĩnh + Động Đất........................................... 78
Hình 3-45 Ứng suất S1: Trường hợp Tĩnh + Động Đất........................................... 78
Hình 3-46 Chuyển vị tổng: Trường hợp Tĩnh + Động Đất......................................79
Hình 3-47 Ứng suất S3: Trường hợp Tĩnh - Động Đất............................................ 79
Hình 3-48 Chuyển vị Ux: Trường hợp Tĩnh - Động Đất......................................... 79
Hình 3-49 Chuyển vị Uy: Trường hợp Tĩnh - Động Đất......................................... 79
Hình 3-50 Ứng suất Sx: Trường hợp Tĩnh - Động Đất............................................ 79
Hình 3-52 Ứng suất S1: Trường hợp Tĩnh - Động Đất............................................ 80
Hình 3-51 Ứng suất Sy: Trường hợp Tĩnh - Động Đất........................................... 79
Hình 3-53 Ứng suất S3: Trường hợp Tĩnh - Động Đất............................................ 80
Hình 3-54 Cách chia lưới AreaSize=5(m2), Số phần tử: 689, Ứng suất
S1:281(T/m2), Sai số tồn phần: 13.93%................................................................ 81
Hình 3-55 Cách chia lưới AreaSize=4(m2), Số phần tử: 1029, Ứng suất
S1:288(T/m2), Sai số tồn phần: 12.54%................................................................ 81
Hình 3-56 Cách chia lưới AreaSize=2.5(m2), Số phần tử: 2573, Ứng suất
S1:3.045(T/m2), Sai số toàn phần: 9.71%............................................................... 82


Hình 3-57 Cách chia lưới AreaSize=0.5(m2), Số phần tử: 65174, Ứng suất
S1:4.58(T/m2), Sai số tồn phần: 4.0%................................................................... 82
Hình 3-58 Đường quan hệ cỡ lưới phần tử và ứng suất S1 phương pháp chia lưới
thơng thường........................................................................................................... 84
Hình 3-59 Đường quan hệ sai số mơ hình và ứng suất S1 do tác giả chia..............85
Hình 3-61 Đường cong quan hệ số lượng phần tử và sai số mơ hình do tác giả chia
lưới và lưới tự thích ứng.......................................................................................... 86
Hình 3-62 Đường cong quan hệ số lượng phần tử và ứng suất S1 của lưới phần tử
thơng thường và lưới phần tử tự thích ứng.............................................................. 87

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Một số cơng trình đập bê tông lớn ở Trung Quốc...................................... 9
Bảng 1-2 Một số cơng trình đập bê tơng lớn ở Mỹ.................................................. 10
Bảng 1-3 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945..............12
Bảng 1-4 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam những năm gần đây 13
Bảng 2-2 Quan hệ giữa cấp động đất với hệ số động đất......................................... 31
Bảng 2-3 Giá trị hệ số ảnh hưởng động đất theo phương ngang αmax......................31
Bảng 2-4 Giá trị chu kỳ đặc trưng Tg....................................................................... 31
Bảng 2-5 Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng theo loại nền đất...........32
Bảng 2-6 Tính tốn giá trị phổ phản ứng ứng với 10 tần suất dao động..................34
Bảng 3-1 Các thơng số chính của cơng trình........................................................... 53
Bảng 3-2 Đặc trưng vật liệu làm Đập và Nền.......................................................... 54
Bảng 3-3 Tổng hợp kết quả tính tốn trường hợp chia lưới thơng thường...............69
Bảng 3-4 Tổng hợp kết quả tính tốn lưới tự thích ứng........................................... 70
Bảng 3-5 Tần suất dao động, chu kỳ dao động, giá trị phổ phản ứng......................72
Bảng 3-6 Kết quả tính tốn chuyển vị..................................................................... 80
Bảng 3-7 Tổng hợp kết quả tính tốn động đất........................................................ 80
Bảng 3-8 Kết quả phân tích ứng suất, chuyển vị, sai số mơ hình, số lượng phần tử 83


12

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập trọng lực ra đời tương đối sớm, vào khoảng 3000 năm trước Cơng
Ngun. Trải qua q trình phát triển của khoa học cơng nghệ và nhất là khoa học
vật liệu, hình thức đập bê tông trọng lực được ứng dụng tương đối rộng rãi và có
nhiều ưu thế hơn so với một số loại hình đập khác. Những số liệu thống kê đã cho

thấy rõ ràng rằng hình thức đập này được sử dụng tương đối rộng rãi với những đập
có chiều cao lớn như đập Chambon được xây dựng (1929-1934) trên sơng RhơneAples miền Tây Nam nước Pháp có chiều cao 136,7m là bê tông trọng lực cao nhất
Châu Âu trong khoảng 20 năm, bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m. Thể tích đập
415.000 m3. Dung tích hồ 51 triệu m3 nước, lưu vực hồ rộng 220 km2 trong vùng
Aples nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp. Đập bê tông trọng lực cao nhất hiện
nay là đập Grand Dixence được khởi cơng năm 1951 và hồn thành vào năm 1962
tại Swiss Alps với chiều cao 285 m…
Theo các số liệu thống kê của hội đập cao thế giới năm 2000: Hiện nay đập
bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập đã được xây dựng
trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông chiếm khoảng 30%
Đối với Việt Nam, cùng với sự phát triển, hiện đại hóa của đất nước, các
cơng trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ở nhiều nơi, và đập bê tông cũng trở
nên khá phổ biến với quy mơ và hình thức ngày càng phong phú. Đầu mối cơng
trình như: Tân Giang, Plêikrơng, Sê San 3 và Sê San 4, Lịng Sơng, Nước Trong…
là những đập bê tơng với khối lượng hàng trăm nghìn m3 bê tơng, chiều cao đập
trung bình nhiều đập hơn 100m. Hơn nữa với đặc thù Việt Nam là quốc gia nằm
trong khu vực hay có động đất nên vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của động đất tới
loại hình cơng trình đập bê tông trọng lực là hết sức cần thiết và mang tính xã hội
cao.
Đề tài “Sử dụng lưới phần tử tối ưu phân tích ứng suất trong đập bê tông
trọng lực” nhằm đi sâu nghiên cứu cơ chế tác động của tải trọng tĩnh, tải trọng động
tới loại hình đập đập bê tơng trọng lực để từ đó có những ứng xử về mặt cơng trình


trước những tác động của loại hình tải trọng bất thường động đất. Thông qua việc
ứng dụng lưới phần tử tự thích ứng trong q trình tính tốn phân tích nhằm chính
xác hóa lời giải của phương pháp phần tử hữu hạn trong q trình tải trọng tác
dụng.
2. Mục đích của đề tài
- Ứng dụng phần mềm ansys có sử dụng lưới phần tử tự thích ứng để giải

phương trình vi phân động trong q trình phân tích ứng suất trong đập bê
tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọng động.
- Ứng dụng phần mềm ansys có sử dụng lưới phần tử tự thích ứng để phân tích
ứng suất trong đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọng tĩnh.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Cách tiếp cận.
- Khái quát được tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới và ở
Việt Nam.
- Lựa chọn phương pháp tính tốn phù hợp.
- Lập sơ đồ thiết lập được bài toán để phân tích đối với đập bê tơng trọng lực
theo phương pháp phần tử hữu hạn.
- Sử dụng lưới phần tử tự thích ứng trong q trình giải phương trình vi phân động.
- Phương pháp nghiên cứu.
- Tổng kết thực tiễn.
- Phân tích lý luận, mơ hình tốn.
4. Kết quả dự kiến đạt được.
- Chính xác hóa lời giải của phương trình vi phân động trong suốt quá trình xảy
ra động đất.
- Chính xác hóa lời giải của phương trình cơ bản của phương pháp PTHH
trong suốt quá trình tác dụng của tải trọng.
- Có được những ứng xử về mặt cơng trình trước tác động của tải trọng động tới loại
hình đập bê tông trọng lực.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu cho cơng trình thực tế.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG
TRỌNG LỰC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực trên thế giới
Đập trọng lực được cho là đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Jordan tên
là đập Jawa, xây vào khoảng 3000 năm trước Cơng ngun. Đập Jawa có chiều cao

4,5m, dài 80m là đầu mối của một hồ chứa nước làm nhiệm vụ cung cấp nước cho
khoảng 2000 người.

Hình 1-1 Bản đồ hệ thống cấp nước Jawa

Hình 1-2 Dấu vết của đập Jawa

Những vết tích cịn lại cho thấy kết cấu bên trong đập gồm hai tường xây
khép kín, giữa được đắp đất tạo thành lõi dày 2m, phía thượng lưu đập có một lớp
chống thấm. Đập được đảm bảo ổn định bởi khối đất đắp phía hạ lưu có hệ số mái
m=1,0.
Đến năm 54-64 sau Cơng Ngun, ở Subiaco thuộc Italy. Người ta đã cho
xây một con đập cao 40m, rộng 13,5m và dài 80m. Đây là đập trọng lực cao nhất
trong số 3 chiếc được xây vào thời La Mã cổ đại ở Italy và tồn tại cho đến năm
1305.
Vào những năm 284 sau công nguyên, có rất nhiều đập trọng lực được xây
dựng ở khu vực bán đảo Iberian, Bắc Phi và Trung Đông, những người La Mã cổ


đại đã tạo một hồ chứa lớn nhất thời đó tại Homs Syria. Đập có chiều dài kỷ lục là
2.000m, cao 7m và rộng 14m, dung tích hồ khoảng 90 triệu m3.
Đập bê tông trọng lực được áp dụng khá rộng rãi và phổ biến những năm 30
của thế kỷ 20, nhiều đập bê tông cao đã được xây dựng với mục đích như tưới, phát
điện và cấp nước sinh hoạt… và vấn đề an toàn ổn định là vấn đề quan tâm hàng
đầu khi triển khai xây dựng các đập lớn.
Đập Chambon được xây dựng (1929-1934) trên sông Romanche thuộc tỉnh
Rhơne-Aples miền Tây Nam nước Pháp có chiều cao 136,7m là bê tông trọng lực
cao nhất Châu Âu trong khoảng 20 năm, bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m. Thể
tích đập 415.000 m3. Dung tích hồ 51 triệu m3 nước, lưu vực hồ rộng 220 km2 trong
vùng Alpes nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp.

Hình 1-3 Đập Chambon, Pháp


Hình 1-4 Mặt cắt ngang đập Chambon
Đập bê tơng trọng lực cao nhất là đập Grand Dixence được khởi công năm
1951 và hoàn thành vào năm 1962 tại Swiss Alps với chiều cao 285m.
Tốc độ xây dựng đập trên thế giới tăng nhanh vào những năm 1950 đến
1980, thời kỳ này có khoảng 5.000 đập lớn được xây dựng trên toàn thế giới. Tập
trung chủ yếu ở các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi có nền
khoa học kỹ thuật tương đối phát triển.
Theo thống kê của hội đập cao thế giới (ICOLD), tính đến năm 2000, trên
thế giới đã có khoảng 45.00 đập lớn phân bố ở 140 nước. Năm nước hàng đầu về
xây dựng đập trên thế giới bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Nhật
Bản. Số lượng đập trong các nước này chiếm khoảng 80% tổng số các đập lớn trên
thế giới. Chỉ riêng Trung Quốc đã xây dựng khoảng 22.000 đập lớn trong thế kỷ 20
và tập trung vào khoảng thời gian sau năm 1949 (trước năm 1949 Trung Quốc chỉ
có 22 đập lớn), các nước khác là Mỹ khoảng 6.575, Ấn độ 4.291, Nhật Bản 2.675
và Tây Ban Nha khoảng 1.196.


Hình 1-5 Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000

Hình 1-6 Tốc độ xây dựng đập trên thế giới trong thế kỷ 20


Cỏc nớc khỏc
23%

Nhật

6%

Mỹ
14%

ấn Độ
9%

Tây Ban Nha
2%
Trung Quốc
46%

Hỡnh 1-7 T l % phân bố đập trên thế giới
Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập
đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tơng trọng lực chiếm
khoảng 30%.

Hình 1-8 Phân bố theo thể loại

Hình 1-9 Phân bố theo chiều cao

Trung Quốc hiện nay đang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây dựng.
Trong quá khứ, đập đã được xây dựng từ thời xa xưa ở Trung Quốc, tại tỉnh Thiểm
Tây, người ta đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453 tr.CN) và
Dujiangyan (năm 219 tr.CN) với đập dâng bằng đá xây cao 3,8m rất nổi tiếng.
Đến đầu thế kỷ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng Đông Bắc
cùng với những đập dâng bằng đá xây để cấp nước sinh hoạt và một số đập đất để
lấy nước tưới. Cho đến năm 1949 mới chỉ có 22 đập lớn được xây dựng.

Hình 1-10 Đập Tam Hiệp, sơng Dương Tử
Theo thống kê đến năm 1999 đã có 17.526 đập cao trong khoảng 15-30m, 4.578 đập
cao trên 30m, 32 đập cao trên 100m. Do số đập cao ngày càng nhiều nên vật liệu bê
tông trở nên phổ biến. Đập Tam Hiệp trên sông Dương Tử có thể tích gần 28 triệu
m3 bê tơng, tạo hồ chứa có dung tích 39,3 tỷ m3 nước, tràn xả lũ 124.300 m3/s và
nhà máy thủy điện có cơng suất 18,2 GW lớn nhất thế giới.

Hình 1-11 So sánh số lượng đập lớn ở Trung Quốc với các châu lục

Nguồn: ICOLD-2000


Đầu thế kỷ XXI, hàng loạt đập lớn được triển khai như: đập vòm Xiluodu cao
273m, và đập trọng lực Xiangjiaba cao 191m trên sơng Jinshai, đập vịm cong theo
2 phương Jinping 1 cao 305m trên sông Yalong, đập CFR Hongjadu cao 178m trên
sơng Wu, đập vịm Xiaowan trên sơng Lanciang (thượng nguồn sông Mêkông), đập
RCC Longtan cao 216m trên Hongshui, đập vịm Laxiwa cao 250m trên sơng
Hồng Hà,... là những đập lớn vào loại kỷ lục trên thế giới.
Bảng 1-1 Một số cơng trình đập bê tơng lớn ở Trung Quốc
TT

Tên cơng trình

Chiều cao đập (m)

Năm hồn
thành

Vị trí

Sơng Hồng,

1

Yantan

111

1992

2

Shuikou

101

1993

3

Jiangya

131

1999

4

Mianhuatan

115

2001

5

Dachaoshan

111

2002

6

Sufengying

122

2005

7

Baise

130

Đang xây
dựng

Sơng Thạch,

Quảng Tây

8

Jinghong

110

Đang xây
dựng

Sơng Lan Thương,
Vân Nam

9

Pengshui

116.5

Đang xây
dựng

Sơng Ơ,

10

Longtan

216.5

Đang xây
dựng

Sơng Hồng,

Quảng Tây
Sông Mân,
Phúc Kiến
Sông Lâu,
Hồ Nam
Sông Thing,
Phúc Kiến
Sông Lan Thương,
Vân Nam
Sơng Ơ,
Q Châu

Q Châu
Quảng Tây


TT

Tên cơng trình

Chiều cao đập (m)

Năm hồn
thành

Vị trí

11

Jinanqiau

161

Đang xây
dựng

Sơng Kim Sa,

12

Gelantan

113

Đang xây
dựng

Sông Lý Tiên,

Vân Nam
Vân Nam

(theo Viện nghiên cứu khảo sát thiết kế Côn Minh KHIDI - Trung Quốc)
Mỹ hiện đang là nước thứ hai trên thế giới về số lượng đập (14%).

Bảng 1-2 Một số cơng trình đập bê tơng lớn ở Mỹ
STT

Tên cơng trình

Chiều cao đập
(mét)

Năm hồn
thành

Trên sơng

1

Oroville

262,4

1968

Feather,
California

2

Hoover

248,8

1936

Colorado, Nevada

3

Dworshak

244,4

1973

N. Fork
Clearwater, Idaho

4

Glen Canyon

242,0

1964

Colorado,
Arizona

5

New Bullards Bar

219,8

1969

North Yuba,
California

6

Seven Oaks

215,4

1999

Santa Ana,
California

7

New Melones

213,0

1979

Stanislaus,
California

8

Mossyrock

206,5

1968

Cowlitz,
Washington


STT

Tên cơng trình

Chiều cao đập
(mét)

Năm hồn
thành

Trên sơng

9

Shasta

205,2

1945

Sacramento,
California

10

Don Pedro

199,4

1971

Tuolumne,
California

11

Hungry Horse

192,2

1953

S. Fork Flathead,
Montana

12

Grand Coulee

187,4

1942

Columbia,
Washington

13

Ross

184,0

1949

Skagit,
Washington

14

Trinity

183,4

1962

Trinity, California

15

Yellowtail

178,9

1966

Bighorn, Montana

16

Cougar

176,9

1964

S. Fork
McKenzie,
Oregon

17

Flaming Gorge

171,1

1964

Green, Utah

1.2 . Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
Trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở Việt Nam vẫn chưa có các đập bê tơng
trọng lực lớn. Nếu có chủ yếu là các đập bê tơng có chiều cao thấp (khoảng 5-10m)
với kết cấu đơn giản, dễ thi công, thời điểm này hầu như công tác thiết kế, nguyên
vật liệu và chỉ đạo thi công là do các kỹ sư nước ngoài thực hiện.


Các cơng trình bê tơng xây dựng trong thời gian này hầu như bị hư hỏng đáng
kể sau một thời gian vận hành, nguyên nhân một phần do công tác khảo sát chưa kỹ,
một phần giải pháp cơng trình chưa hợp lý, công nghệ thi công chưa phù hợp với
điều kiện trong nước.
Trong giai đoạn từ 1930 đến 1945, một số đập bê tông trọng lực được xây
dựng như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới, đập Đáy ở
Hà Tây với nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập dâng An Trạch ở
Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình… do các kỹ sư người Pháp thực hiện,
lực lượng cán bộ kỹ thuật của Việt Nam hầu như khơng có.
Bảng 1-3 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945
Chiều cao đập

TT

Tên

1

Cầu Sơn

-

1902

2

Liễn Sơn

16,35

1914-1917

3

Bái Thượng

23,50

1920

4

Thác Huống

21,13

1922-1929

(m)

Năm xây dựng

Địa điểm xây

dựng
Sơng ThươngBắc Giang
Sơng Phó Đáy
Sơng Chu-Thanh
Hóa
Sơng Cầu-Thái
Ngun
Sơng Đà Rằng-

5

Đồng Cam

22,4

1925-1929

Tuy Hịa, Phú
n

6

Đơ Lương

-

1934-1937

Sơng Cả-Nghệ
An

Từ năm 1945 cho đến 1975, do đặc điểm đất nước bị chiến tranh nên việc
đầu tư xây dựng các cơng trình thủy lợi bị hạn chế, nhưng đã có những tiêu chuẩn
về thiết kế và thi công bê tông thủy cơng, cũng có một số đập tràn thấp được xây
dựng trong thời kỳ này như đập tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cấm
Sơn, Đa Nhim…Khơng có nhiều đập bê tông được xây dựng trong thời kỳ này
nhưng các kết quả nghiên cứu đã là nền tảng quan trọng, khởi đầu cho q trình
phát triển cơng nghệ xây dựng đập bê tông trong nước.
Từ năm 1975 đến nay, những nghiên cứu thiết kế và công nghệ thi cơng đập
bê tơng trên thế giới đã khá hồn chỉnh, sự giao lưu về khoa học kỹ thuật thuận lợi
nên việc tiếp thu và ứng dụng công nghệ thiết kế và thi công đập bê tông trọng lực
trở nên dễ dàng. Cùng với sự phát triển, hiện đại hóa của đất nước, các cơng trình
thủy lợi, thủy điện được xây dựng ở nhiều nơi, và đập bê tông cũng trở nên khá phổ
biến với quy mơ và hình thức ngày càng phong phú. Đầu mối các cơng trình như:
Hịa Bình, Trị An, Hàm Thuận-Đa My, Tuyên Quang, Plêikrông, Sê San 3 và Sê
San 4, Thạch Nham, Tân Giang, Lịng Sơng, Nước Trong… là những đập bê tông
với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều cao đập đến trên 70m, tự trong nước
đảm nhận toàn bộ các khâu từ thiết kế đến thi cơng, hồn thiệt bàn giao vận hành
cơng trình. Điều đó chứng tỏ rằng quy trình thiết kế, công nghệ thi công đập bê tông
trọng lực ở nước ta đã được nghiên cứu, chuyển giao và phát triển mạnh, các vấn đề
về tính tốn ổn định cơng trình bê tơng có chiều cao lớn đã có sự quan tâm và đạt
những tiến bộ vượt bậc. Tuy nhiên, trong giai đoạn thiết kế, những nghiên cứu về
ổn định công trình bê tơng trọng lực vẫn cịn khá mới mẻ và không nhiều, tổng kết
kinh nghiệm thực tiễn và ban hành các tiêu chuẩn, quy phạm riêng vẫn chưa có. Vì
vậy, rất cần có những tổng kết kinh nghiệm và nghiên cứu về đập BTTL ngay từ
những ngày đầu áp dụng để có thể rút ra những kinh nghiệm, bài học thiết thực
trong công tác thiết kế và thi công những cơng trình tiếp theo áp dụng cơng nghệ
thiết kế đập BTTL này.
Bảng 1-4 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam những năm gần

đây


TT

Tên cơng trình

Chiều cao đập
(m)

Năm hồn
thành

Vị trí

1

Đập Tân Giang

37,5

2001

Ninh Thuận

2

Đập Lịng Sơng

48

2000-2004

Bình Thuận

3

Đa Nhim

38

1964

Lâm Đồng

4

Hồ Định Bình

54

5

Thủy điện Thác Bà

48

1971

n Bình,

Yên Bái

6

Thủy điện Plei-krong

71

2004-2008

KonTum

7

Thủy điện A Vương

72

2004-2008

Quảng Nam

8

Thủy điện Quảng Trị

70

2003-2007

Quảng Trị

9

Thủy điện Đồng Nai 3

108

2005-2009

Đăk Nông,
Lâm Đồng

10

Thủy điện Đồng Nai 4

128

2005-2010

Đăk Nông,
Lâm Đồng

11

Thủy điện Sơn La

138,1

2006-2010

Sơn La

12

Hồ chứa Bản Vẽ

137

2005-2009

Nghệ An

13

Sơng Ba Hạ

50

2005-2010

Phú n

Bình Định