Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông đầm lăn trong quá trình vận hành

BQ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HÀ THANH DƯƠNG

NGHIÊN (INH THÀNH VÀ PHÁT TRIEN VET NUTƒU SỰ

ANH HUONG TỚI KHẢ NĂNG CHỊU TAL CUA DAP TRỌNG LỰC BE TONG ĐÀM LAN TRONG QUÁ TRÌNH VAN HANH

UAT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NONG NGHIỆP VA PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HÀ THANH DƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIEN VET NUT ANH HUONG TỚI KHẢ NANG CHIU TAI CỦA DAP TRỌNG LUC

BE TONG DAM LAN TRONG QUA TRINH VAN HANH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 9.580202

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC 1 PGS.TS NGUYEN QUANG HUNG 2 GS.TS, VŨ THANH TE

HÀ NỘI, NĂM 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết qua nghiên cứu và các kết luận trong Luận án là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một nguồn tải liệu nào và dưới bắt kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tải liệu

(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn ti liệu tham khảo đúng quy định.

c giả luận án

Hà Thanh Dương.

LỜI CÁM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu thực hiện à với sự nỗ lực của bán thân cùng với sự giúp

đỡ tận nh của các Nhà giáo, các Nhà khoa bọc và các bạn bề đồng nghiệp, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vắt nứt ảnh hưởng tới khả ning chịu tải của đập trọng lực bê tông dam lần trong quá tình vận hành” đã hoàn thành

“Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hi, Phòng đảo tạo Đại học và Sauđại học, Bộ môn Thủy công, Khoa Công trình, Trường Dai học Thuy Lợi đã giúp đỡ

tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án.

Va tác giả xin chân thành cảm on sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tinh của tập thể PGS.TS.

Nguyễn Quang Hùng, GS.TS Vũ Thanh Te tử những ngày đầu đã có những ÿ kiến quý báu trong quá tình thực hiện Luận án Tập thể các thiy đã tạo điều kin tốt nhất cho NCS trong quá trình học tap và hoàn thành Luận án

‘Va tc giả chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp và bạn bề đã nhiệt tỉnh giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án

Do năng lục bản thân còn nhiễu bạn chế jc chắn Luận án không tránh khỏi những thiếu sit Tác gi kính mong các Nhà giáo, các nhà khoa học chỉ bo, các đồng nghiệp dong góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển để tài

Ha nội, thing 3/2019

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH vii DANH MUC CAC BANG BIEU xii DANH MỤC CÁC CHU VIET TẤT " soo Xt

DANH MỤC GIẢI THICH CÁC KÝ HIỆU VÀ DAILUONG XỈV

4.2 Phương pháp nghiên cứu,

5, Ý nghĩa khoa họ và thực tiễn ea Luận én

6 Cầu trúc của Luận án

CHUON' TONG QUAN VE NUT DAP BE TONG DAM LAN VA NHUNG VAN DE NGHIEN CUU

1.1 Khái quát về bê tông đầm lan

1.1.1 Giới thiệu công nghệ bê tông dim lấn1.12 Đặc điểm của BTDL.

1.1.2.1 Vat ligu BIBL.

1.1.2.2 Đặc điểm của kỹ thuật thi công BTDL.

1.2 Tổng quan về nh hình xây dụng đập BTDL trên thể giới và tại Việt Nam 10 12.1 Tình hình xây dựng đập BTDL trên thể giới 10 1.2.2, Tinh hình xây dựng dip BTDL ở ViệtNam B

13.1 Vấn đề nứt dip BTĐL trên thể giới 15

1.3.2.1 Theo bình thức vết nứt „ 13.2.2 Theo vị tí vết nút 18 1.4 Tổng quan về nghiên cứu nứt đập BTL 181.4.1 Nghiên cứu nứt đập BTDL trên thé giới 18

iii

1.4.1.1 Nghĩ cứu vật liệu nhằm nâng cao khả năng chống nút của BTDL 18 1.4.1.2 Về hình thức kết cấu và công nghệ thi công 201.4.1.3.VỀ công nghệ tính toán mô phỏng 21.4.2 Nghiên cứu nứt đập BTDL tai Việt Nam 261.4.3 Nhận xét về nghiên cứu nứt đập BTL trên thé giới va tại Việt Nam 28 1.5 Những vẫn dé cần nghiên cứu đặt ra đối với Luận án 29 1.6 Kết luận chương | 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN SỰ HÌNH THÀNH VA

PHAT TRIÊN VET NUT DAP BÊ TONG ĐÀM LAN 30

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng 30

2.2.1 Khái niệm chung 30

2.2.3 Kỹ thuật đánh gid sai số 33

2.2.4 Tính toán tự thích ứng trong ANSYS [43] 3

2.2.4.1 Điều kiện tinh toán 352.2.4.2 Các bước tinh toán 352.2.43 Thực hiện bằng số 362.2.5 Nhận xét 3

2.3 Phương pháp ứng suất tương đương PTHH tự thích ứng 38

2.3.1 Nguyên lý tinh toán 382.4 Mô phỏng quá trình phá hoại BTL 42.4.1, Tiêu chuẩn phá hoại BTBL 43

2.4.2 Mô phỏng quá trình phat triển vết nứt [43](60] 46

2.4.2.1, Mô phóng quá trình phát triển vết nút trong ANSYS 46 2.4.2.2 Thực hiện bằng số 50

iv

2.5 Xây dựng bài toán tính toán ứng suất và biến dang đặp trọng lực BTDL bing ngôn ngữ lập trinh tham số APDL trong ANSYS 52

2.5.1 Mô tả kết cấu đập 322.5.2 Xử lý điều kiện biên 5 2.5.2.1, Vấn đề điều kiện biên nén khi tính toán động 33 2.5.2.2 Điều kiện biên mô phòng môi trường vô hạn 54 2.5.2.3 Xử lý biên din hồi ~ cân nhớt trong phần mềm ANSYS 55 2.5.4, Chương trình tinh kết cầu đập BTL 56

2.5.5 Tinh toán ứng suất, biển dạng và nứt đập BTL 56

2.5.5.1 Số liệu tinh toán 56 2.5.5.2 Kết quả tính toán chuyển vị và ứng suất 58 3.5.5.3 Kết qua tinh toán nt 592.554, Nhận xét kết quả tinh toán “02.5.6 Kiếm tra độ tin cậy của Chương trình 61

2.6 KẾt luận Chương 2 5

HUONG 3 NGHIÊN CỨU ANH HƯỚNG CUA NUT TỚI KHẢ NANG

CHIU TAI DAP BÊ TONG ĐÀM LAN 68 3.1 Đặt vẫn dé 68 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nứt tới khả năng chịu tải của đập BTDL 68 3.2.1, Vết nứt ngang xuất hiện tại chân đập thượng lưu đập 68

3.2.1.2 Sơ đồ tính toán 69 3.2.1.3 Kết qua tinh toán 0

3.2.1.4, Nhận xét kết quả tinh toán 75

3.2.2 Vết nứt đứng xuyên từ nền, T5 3.2.2.1, Cơ sỡ nghiên cứu 75 3.2.2.2 Sơ đồ tính toán T6 3.2.2.3 Két qua tinh toán n

3.2.2.4 Nhận xét kết quả tinh toán 81

3.2.3, Vét nứt trong thân đập dọc trục đập 823.2.3.1 Cơ sở nghiên cứu 82 3.2.3.2 Sơ dé tính toán s2

3234 833.2.3.4, Nhận xét kết quả tinh toán S5 3.2.4, Các vất nứt xuất hiện đồng thời 8s

3.2.4.2 Sơ đồ tinh toán 85

quả tinh toán 86 3.2.4.4, Nhận xét kết quả tính toán 89 3.3 Két lug Chương 3 sọ CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIEN NUT DAP

BE TONG ĐÀM LAN SON LA 9

4.1 Giới thiệu công trình a14.1.1, Giới thiệu chung, 9 4.1.2 Thông số động dit thiết kế khu vực công trình thay điện Sơn La % 4.1.3, Các vết nút đập BTDL Son La được phát hiện trong quá trình thi công 3 4.2, Nghiên cứu sự hình thành vất nứt trong thân đập BTBL Sơn La 9 4.2.1, Sơ đồ tinh toán 94 4.2.2 Kết qua tính toán 954.2.3, Nhận xét kết quả tính toán 964.3 Nghiên cứu sự phat eign nit trong thân dip BTL Sơn La 96

4.3.1 Sơ dé tinh toán 96

4.3.2 Kết quả tính toán 98 4.3.2.1, Trường hợp vết nứt phát triển tai khối C2 9g 43.2.2 Trường hợp vết nứt phát triển tai khối C3 102 4.4, Đánh giá khả năng chịu ti của đập 105

4.5 Két luận Chương 4 105

KET LUẬN VÀ KIỀN NGHỊ 106

1, Những kết quả đạt được của Luận án 106

2 Những đồng góp mới của Luận án 1073 Những tồn tại và hướng phát triển nghiên cứu 1074 Kiến nghị 107

DANH MỤC CONG TRÌNH ĐÃ CONG BO 108

“TÀI LIỆU THAM KHAO 109

PHU LUC H5

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH.

Hình 1 1 Công nghệ thi công BTDL 6

Hình 1.2 Vị tí vết nứt trong đoạn số 6 (04/2000 và 08/2001) 7 Hình 1, 3 Hình thie kết cấu đập BTL của Mỹ và Nhật Bản 20 Hình 1 4 Hình thúc kết cấu đập BTBL Trung Quốc 21 Hình 1 5 Sơ đồ lưới PTHH tinh toán phat tiễn nứt của LJ Malvar 23Hình 1.6 Vũng phá hoi nit 2

Hình 1 8 Mạng lưới tự thích ứng trong quá tình phát triển vết nứt 24

Hình 1 9 Mô hình mô phỏng tiếp xúc tại vị tí vt nứt 24

Hình 1 10 Hai loại vết nứt tổn tại trong thân đập 25

Hình 1 11 Chuyển dịch tương đối lớn nhất tại vị tí vết nút đối với hai loại vất nứt 25 Hình 1 12 Quá trình phá hoại của đập tại các thời điểm với vết nứt loại Ï 26Tình 1 13 Qué tình phá hoại của dip ti cc thời điểm với vết nứt loi I 26

Hình 2.1 Ba mô hình eo bản dé thay đổi mạng lưới phan tử liên tục 32 2.2, Quá tình tinh toán PTHH thích ứng 2

Hình 2 3 Mô hình chia lưới PTHH tự thích ứng 36

Hình 2 4 Mô hình phần tử hữu hạn 37Hình 2 5 Phần trim sai số năng lượng 37Hình 2 6 Phân bổ chuyển vị tổng 37 Hình 2 7 Phân bổ ứng suất Von Mises 37 Hình 2 8 Kết quả tinh toán ứng suất trong thân đập 38 Hình 2.9 Sơ đồ quá trình thục hiện tính toán ứng suất tương đương 40 inh 2 10 Phân bổ ứng suất theo phương đứng oY 41 Hình 2 11 Phân bổ ứng suất theo phương đứng oY tại mit eit đáy khối theo PTHHAT

Hình 2 13 Tinh toán ứng suất SBVL, ái Hình 2 14 So sánh ứng suất phương ding oY theo PTHH và ƯSTD-PTHH 42 Hình 2 15, So sánh ứng suất phương đứng oY theo SBVL và ƯSTĐ-PTHH 42 Hình 2 16 Phương gia cố đưới hệ tọa độ phần tử 48

Hình 2 17 Hình biểu thị RẺ 49 Hình 2 18 Quan hệ ứng sut ~ biển dạng phi tuyến của vật liệu bé tong trong ANSYS siHình 2,19 Mô hình PTHH tự thích ứng si

Hình 2 20 Phân bố chuyển vị tong 51

Hình 2.21 Vết nit tai chân thượng lưu 5Hình 2.22 Kết cấu mặt cit đập bê tông trọng lực 33

Hình 2 33 Vị trí phát sinh vết nứt trong thân đập 60

Hình 2.35 Gia tốc động đắt Koyna tháng 11/1967 [I7] 61 Hình 2 36 Kết quả mô phòng số trên phần mém ABAQUS và thí nghiệm mô hình của Mridha § [16] 62Hình 2 37 Mô hình tinh toán tương tác 3D đập ~ nước —nén [19] 62 Hình 2 38 Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm mô hình của Gaohui Wang [19] 63 Hình 2 39 Kết qua tính toán nứt đập Koyna bằng Chương trình RCCD_FAILURE63 Hình 2.40 Mặt cắt ngang đập Guandi ~ Trung Quốc 64 Hình 2 41, Quá trình phá hoại của đập Guandi dưới tác dụng của động đất Koyna ho bài toán 2D [17] 65

Hình 2 42 Quá tinh phá hoại của đập Guandi dưới tác dụng của động đắt Koyna

cho bài toán 3D [19] 65

viii

Hình 2,43 Phân bổ chuyển vi tổng 66

Hình 2 45 Kết quả tính toán phá hoại nit đập Guandi bằng Chương tình RCCD_FAILURE 66

Hình 3.1 Ứng suất tại bé mặt khối bê tông 69 Hình 3 nit tir vết nứt bạn đầu “9Hình 3 toán phat tiễn vết nứttại chân thượng lưu đập 703 4 Gần áp lực nước lên mặt thượng lưu đập TT 3.5 Phân bổ chuyển vị tổng ứng với ổ hợp cơ bản 7 ‘Hinh 3 6 Vết nứt phát triển sau khi chịu tổ hợp tai trong cơ bản, Mì Hình 3 7 Mé hình PTHH tự thích ứng B

Hình 3 8 Vết nứt phát triển sau khi chịu tổ hợp tải trong đặc biệt có động đít 73

inh 3.9 Chuyển vị i inh đặp theo phương ngang ong gu tình động đt 73 Hình 3 10 Ung su chính lớn nhất trong thin pti thời điểm 10s 33 11 Vet nứt phát triển sau khi chịu tổ hợp tải trọng đặc biệt T43 12 Chuyển vị ti dinh đập theo phương ngang trong quá trình động đÍt 74

Hình 3 13, Vết nứt trước thời điểm đập bị phá hoại tổng thẻ T§

Hình 3 14 Chuyển vị tại dinh đập theo phương ngang đến thời điểm bị phá hại 75 Hình 3.15 Biển dạng do nhiệt độ và ứng suất của khối bê tong do nền kiểm chế 76 Hình 3 16 Sơ đồ tính toán phát tiễn vết nứt đứng xuyên từ nên m

3.18, Vềt nứt xuất hiện tại chân TL 8Hinh 3.19 Vt nút phát triển sau khi chi tổ hop ti trong ec biệt 19Hình 3.20 Chuyển vị định dp theo phương ngang trong quá tình động đÍ 79 Hình 3.21 Phát triển vắt nút tụi chân thượng lưu đặp và chuyỂn vi ngang tại đình đập với gia tốc động đất Koyna tăng gắp 2 lần s0 Hình 3 22, Phát triển vết nứt tại chân thượng lưu đập, ti vị tr vắt nứt ban đầu và chuyển vị ngang tại inh đập với giatốc động đắt Koyna tăng gắp 3 lẫn 80 3.23, Phat tiễn vết nút tại chân thượng lưu đập, ai vi trí vắt nứt bạn đầu và chuyén vị ngang tại đỉnh đập với gia tốc động đất Koyna tăng gắp 4 li 81

ix

Hình 3, 24 Vết nứt xuất hiện trong thân đập 82Hình 3 25 So đồ tinh toán phát triển vết nứt trong thân đập, 83Hình 3 26, Vùng nút tại chân đập dưới tác dung cùa 6 hợp tải trọng cơ ban 83Hình 3 27 Phổ chuyển vị tổng dưới tác dung cia tổ hợp tải trọng cơ bản 84

Mình 3 28 Vét nứt phát triển sau khi chịu tổ hợp tải trọng đặc biệt có động đắt 85

3.29 Sơ độ tính toán phát triển vết nút trong thân đập 86Hình 3.30 Gán áp lục nước lên mặt thượng lưu đập 87 inh 3 31 Phân bổ chuyển v tong ứng với tổ hop cơ bản 87 Hình 3.32 Vét nứt phát triển sau khi chị tổ hợp ải trong cơ bản 87 Hình 3, 33 V&t nit ph triển sau khi chịu tổ hợp tải trọng đặc iệt 88 Hình 3, 34 Phin bổ chayén vi tổng ứng với tổ hợp đặc biệt có động đất 88 Hình 3.35 Vết nứt ngang phát triển sau khi chịu tổ hợp ti trọng đặc biệt 88

Hình 4.1 Sơ đồ phân khối đỗ dip BTL Sơn La 92 Hình 4.2 Băng gia tố

in Sơn La [68] 9 4.3, Bing gia tốc số đa xắp xí với đường cong phổ động đất cơ sở vận hành cho sông tình thủy điện Sơn La [68] 93

số la xip xi với đường cong phổ động đắt thiết kế cực đại cho công trình thủy

nh 4.5 Quá trình phá hoại đập BTĐI Sơn La dưới tác dụng của tải trong động đắt 95 Hình 46 Kết qua tính toán ti thai điểm đập BTDL bị phá hoại hoàn toàn 6 Hình 4:7 Sơ đồ tính toán cho trường hop 1 tồn tại vết nút tại khối C2 9 Hình 48, Sơ đồ tinh oán cho trường hợp 2 tổn tại vết nứt tại khối C8 98 Hình 49 Mô hình PTHH tự thích ứng 99

Hình 4.10 Phân bố chuyển vj tổng dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng cơ ban 99

Hình 4.11, Phân bổ vết nút tại chan dp dud ác dụng của tổ hợp co bản 9Hình 4.12 Phá hoại cục bộ tai vi tri vất nứt đưới tức dụng của tổ hợp cơ bản 9 Hình 4.13, Gia tốc ti đình đập theo phương ngang 100 Hình 4.14 Gia tốc tại đỉnh đập theo phương đứng 100

Hình 4.15 Chuyến vị tại đỉnh đập theo phương ngang 100

Chuyển vị tại định đập theo phương đớng

Phát rin vết nứt ại chân đập thượng lưu trong quá trình động đất Phat ri vết nie giv tr vết nứt ban đầu rong quá trình động đắt Phân bố vết nứt ại chân đập dưới tác dụng của tổ hợp cực đoan Pha hoại cục bộ tại vị trí vết nứt đưới tác dụng của tô hợp cực đoan.Xô hình PTHH tự thích ứng

Phan bố chuyển vị tổng dưới tác dung của tổ hợp cơ bản.

Phan bé vết nứt tại chân đập dưới tác dụng của tổ hợp cơ bảnPhá hoại cụ bộ tại vị trí vất nứt đưới tắc dụng của tổ hợp cơ bản Gia tốc ti định đập theo phương ngang

Gia tốc ti định đập theo phương đớng

Chuyển vị tại định đập theo phương ngang theo thời gianChuyển vi ti đình đập theo phương đớng theo thời gian

Phin bổ vết nứ tại chân đập dưới tác dụng của tổ hợp cực đoan

Phân bổ ứng sud

Phi hoại cục bộ tại vị trí vất nút dưới tác dụng của tổ hợp cực đoan. hin in nhất dưới tác dụng của tổ hợp cục đoạn

DANH MỤC CAC BANG BIÊU

Bảng 1.1 $6 lượng đập BTDL tai một số nước rên th giới " Bảng 1.2 10 đập BTDL có th tích lớn nhất thé giới n Bảng 1.3 10 đập BTDL có chiều cao lớn nhất th giới "2 Bảng 14 Danh mục các đập BYDL ở Việt Nam “Bang 1.5 Thông kê vết nút đập Yushi (04/2000) 15] 16

Bảng 2.1 Chiêu eo lý của vt higu bê tông 36Bảng 22 Kết qua tính toán chuyển vị và ứng suất theo phương pháp PTHH ? Bảng 2.3, So sinh kết quả tinh toán theo hai phương pháp 4 Bảng 2.4 Chiêu cơ lý của vt liệu bê tông phi tuyển siBang 2.5 Chi tiêu cơ lý của vật liệu đập và nén ST Bang 2.6 Kết qua tinh toán chuyển vị và ứng suất 39 Bảng 2.7 Chi téu cơ lý dùng trong tinh toán đập Koyna 6Bang 28 Chỉ tiêu cơ lý ding tong tinh toán đập Guandi 64

Bang 3 1 Chi tiêu cơ lý của vật liệu bê tông phi tuyến 70 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết qu tính toán ứng vớ tổ hợp tải trong cơ bản n Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết qu tính toán ứng với tổ hợp tải song cơ bản 1w Bang 3.4 Bing tổng hop kết qua tính toán ứng với tổ hợp ti trọng cơ bản 84 Bảng 3.5 Bảng so sánh kết quả trong hai trường hop xuất hiện vất nút 87Bang 3.6, Bing so sinh kết qua trong hai rường hợp xuất hiện vết nứt 89

Bảng 4, 1, Thai gian thi công các khối đỗ BTDL tinh đến 02/2009 91 Bảng 4 2, Các thông số của bang gia tốc chọn lựa nhằm xắp xi với phd động dit thiết kế cực đại (ME) và cơ sở vận hành (OBE) cho công trình thủy điện Sơn La 92 Bang 4.3, Mô ti vết nứt tại các khổi đỗ BTDL, 94 Bảng 4 4 Chỉ tiêu cơ ý của vit liệu đập BTDL Sơn La 9Bang 4, 5 Chi tiêu cơ lý của vật liệu đập và niđập BTĐL Sơn La 97

xi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT

‘American Conerete Institute (Viện Bê1g Hoa Kỳ) Asian Institute of Technology (Viện Công nghệ Châu A) Ap lực nước.

‘Ansys Parametric Design Language (Ngôn ngũ thiết kể tham số)Bê ông cốt thếp

Bê tông dim lin

Construction Industry Research and Information Association (Hiệphội nghiên cứu va thông in công nghiệp xây dựng)

‘Conventional Vibrated Conc:(Bê tông thông thường)

Đại học Thủy Lợi

International Development Research Centrer

International Commission On Large Dams (Hội đập lớn thé giới)

Mực nước chết

Mực nước dâng bình thường

Mực nước dâng gia cường (Mực nước lũ lớn nhất,Mực nước thượng lưu

Luận án tiến Phy gia khoáng Phan tử hữu hạn

Roller Compacted Conerete (Bê tông đầm lăn)Roller Compacted ConerDams (Bip BTĐL) Roller Compacted Dam (Bip dim lin)

Sức bên vật liệuTỔ hợp ải trong tinh

“Trọng lượng bản thân

U.S Army Corps of Engineers (Hiệp hội kỹ sư quân đội Hoa Ky)U.S Bureau of Reclamation (Cục khai hoang Mỹ)

Ứng suất tương đương phần tử hữu hạn

xiii

DANH MỤC GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐẠI LƯỢNG

bì Miễn tích phân.

“ Sai số chuyển vị

" Giá trị chuyển vị giải chính xác “ Gia trị chuyển vị giải gin đúng

“ Sai số ứng suất

ø Giá trị ứng suất giải chính xác

tá trị ứng suất giải gin đúng

Sai số năng lượng

Mức độ hiệu quả dùng để đánh giá sai số Ma tận hằng số dn hội

Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào loại phần tửSai số toàn phần của toàn miễn tinh toán

Số phần tử cần gia tăng cục bộ trong lưới phần tử tự thích ứng

1 Mô men quấn tinh cia mặt cit đối với x. E ‘Médiun din hồi của vật liệu (kN/m”) ụ Hệ số Poisson của vật liệu

P Khối lượng riêng của vật liệu T/m).

fi CCuimg độ chịu kéo lớn nhất của bê tong (kN/n") f “Cường độ chịu nén lớn nhất của bê tông (KN/n?) « Hệ số tmyễn lực et khi vt nứt dng

en lực cất khi vết nứt mở.

xiv

MO DAU

1 Tinh cấp thiết của để tài

'Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú, có 2.360 con sông chiều dai trên 10km, trong đó 9 hệ thống sông chính có diện tích lưu vue hơn 10.000 km, Việt Nam cũng là nước cô truyền thống phát triển công trình thủy lợi, từ nhiều thể kỹ trước đó đã xây dựng các hệ thống đê sông và kênh đào dùng cho cấp nước và van tải thủy Sau năm 1954, dui sự tro giáp kỹ thuật của Liên Xô và Trung Quốc.Việt Nam đã xây dựng được một vài nhà máy thủy điện lớn như Thác Ba (tổng dunglượng lip máy 120MW, đập dit đá cao 48m); Hòa Binh (tổng dung lượng lắp may

1.920MW, đập đá đổ lõi sét cao 128m) Theo tài liệu thống kế của Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam, tính đến nay Việt Nam đã xây dựng được khoảng

6.500 đập lớn nhỏ phân bố ở 41/64 tính thành, trong 46 có 560 hồ chứa có dung tích

nước lớn trên 3 triệu m? hoặc đập cao trên 15m và chủ yếu tập trung ở miễn Bắc va

‘Nam Trung bộ, Tây Nguyên Các loại đập được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu là đập

dat đá, đập đất, đập bê tông tắt it Từ năm 2000 trở lại đây, cùng với sự phát triển của

các dự án thủy điện lớn, đập bê tông được xây dựng khá nhiều Tính đến nay Việt

‘Nam đã và đang thi công trên 30 đập bê

của Mỹ (ACI là loại "Bể tổng được dim bằng máy dm lan; hin hap bê tông ở dạng

lông lớn (đập cao trên 6Öm).

lông dim lăn (RCC — Roller Compacted Concrete) theo Viện nghiê cứu bê tông

chưa đồng cứng có khả năng hỗ trợ cho máy dim khi hoạt động đảm” Như vậy, bê

tông dim lăn (BTĐL) là loại bé

với bê tông truyén thống được làm chặt bằng phương pháp đầm rung Sử dụng BTĐL được coi như một bước phát triển đột phá trong công nghệ xây dựng đập bé

ng được làm chặt bằng phương pháp đầm lăn, khác

lực nói riêng, xây đựng đập công trình thủy lợi, thủy điện nói chung Với những ưu điểm vượt tội của BTDL đồ là: lượng ding xi ming thấp, ỷ lệ nước/chất kết dính

thấp, lượng nước chỉ vừa đủ cho sự thủy hóa của xi măng và các điều nay đã góp phần

làm giảm thiểu khả năng nứt đo nhiệt thủy hóa của xi măng và nứt do co ngót của bê.

tông; Hom thể nữa, do tốc độ thỉ công BTDL nhanh, nhất li đổi với thi công các đập có mặt bằng thi công rộng, khỗi lượng bể tông lớn ạo ra giá thành công trình giảm, dat hiệu quả kinh tẾ cao Tính kinh tế và việc thi công thành công BTDL đã nhanh chồng

.được công nhận trê toàn thé giới và được xem là sự phát tiển quan trọng nhất trong

công nghệ xây dựng đập trong suốt hon 40 năm qua Theo báo cáo của Hội đập lớn thé ốc tế lần thứ 5 về BTĐL tháng 02/2007), số lượng đập BTĐL không ngimg tăng lên theo thời gian Tinh đến nay toàn thể giới đã xây đựng được trên 300 giới (Hội nghị q

đập BTDL phân béBan Nha v.v,

n 44 quốc gia đứng đầu là Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Braxin, Tây Mặc dù di sau các nước trên thé giới và khu vực về việc áp dụng công nghệ BTĐI.

trong xây dựng đập Tuy nhiên, đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên

ban đồ công nghệ BTĐL của thé giới Da có trên 30 đập trọng lực thi công bằng công nghệ BTDL tại Việt Nam Theo báo cáo của Dustan MM tại Hội nghị xây dựng đậpBTDL, do Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) tổ chức tại Hà nội thing 4 năm 2007, đập BTDL thủy điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và đứng thứ 3 về khối lượng bê

tổng trong số 10 đập bê tông lớn nhất th giới, tính đến năm 2006, Từ năm 2000 trở lại

đây, cùng với sự phát triển của các dự an thủy điện lớn, đập bê tông được xây dựng.khá nhiều Một vài đập điển hình như; Định Bình (hoàn thành năm 2009, cao 54m);

tiếp theo là các đập Pleikrong (đập trọng lục BTĐL, đây là dp trong lực BTDL đầutiến ở it Nam, cao 73m); A Vương (đập trong lực BTDL, cao 83m): Đồng Nai 3 (đập tong lực BTDL, cao 108m); Bản Vẽ (đập trong lực BTBL, cao 137m); Sơn La

(đập trọng lực BTBL, cao 138,1m); Huội Quảng (dip trong lục bê tông truyén thống,

cao 104m), Lai Châu (đập trọng lực BTĐL, cao 137m) Từ nay đến năm 2020, số lượng dip lớn sẽ được xây dựng ở Việt Nam không ngimg tăng lên Một vải đập thủyđiện như Trang Sơn, A Sap, Sông Bung 4, Thượng Kon Tum, nước trong Tân Mỹ: dang dẫn được hoàn thành trong đó nhiễu dip trong số này sử dụng vật liu BTDL Mae đủ đập bê tông xuất hiện khá muộn so với các loại đập khác như đập đất, đập đá xây nhưng do bê tông có thể phối chế thành các loại sáu bê tông có cường độ khác nhau, tính năng khác nhau và hình dạng khác nhau, đồng thời có sẵn tính bền khá tt, ngoài ra chịu được sự tác động ăn mòn của môi trường, nên cỏ thé nói nỗ có tuổithọ khá cao Trên thể giới, cùng với tích lũy kinh nghiệm và nh độ khoa học kỹ thuật

Không ngừng được nâng cao, xu thể x‘dung đập cảng ngày cảng cao, chiều đài của đập cũng tăng lớn, ứng suất cho phép thiết kế nâng cao rõ rột, đối với điều kiện địa hình địa chất cũng được mé rộng, thậm chí dưới điều kiện địa hình địa chất kém cũng xây dựng không it đập bê tông Tuy nhiên hitượng nứt đặp bê lông đường như là ‘hd biến trong các đập đã xây dựng Nguyên nhân gây rant bê tông rất phức tap, ảnh hưởng đến công năng kết cấu cũng khắc nhau Nguyên nhân gây ra nứt có thé chỉ ranhư sau

Bê tông là loại vật liệu có đặc tính vật lý và cơ học biế

Natt có thé do quá trình ninh kết bê tông tạo nên Ở các khối bê tông lớn, nhiệt ta ra từ.

đổi rất nhiều theo thời gian phản ứng hỏa họ chậm thoát ra ngoài làm cho bê ông bị nóng ln và ứng suất nhiệt là

nguyên nhâniy ra nút, Ngoài ra nút có thể do việc bảo dưỡng bê tông trong quá trình.đông cứng chưa tốt

Do thay đổi nhiệt độ và độ 4m cùng với sự lún không đều cũng gây ra nứt Nirt do sự co ngót của bê tông gây ra,

Do công tác thi công (vận chuyển, dim, đường hộ ) cũng gây ra nứt.

Do trong cốt liệu bé tông hàm chứa một vải khoáng vật nào đó và các ỗ rổng dẫn đến nứt

Do tải trọng tỉnh và tai trọng động trong giai đoạn thi công và vận hành gây ra nứtNhững vết nứt tồn tại trong công ình có thể ảnh hưởng rt lớn đến tinh an toàn, tính thực đọng và sinh bn của đập bê tổng Nếu vết nút phát tiển có thé là một tong những nguyên nhân dẫn đến phá hoại công trình Vi vậy, thường xem sự hiện diện của vết nứt trong công trinh là dẫu hiệu của sự nguy hiểm Căn cứ vào tải liệu điều tra trong và ngoài nước, nguyễn nhân gây ra nứt kết cấu công tình thuộc về biển dạng làchính và chiếm tới 80%, do tải trong là chin chiếm khoảng 20% Trong thực tẾ, sự

hình thành và phát triển nứt thông thường là do ảnh hưởng của kết quả của tác dụng

đồng thời biến dạng và tải trọng Do vậy, nhận biết chính xác nguyên nhân gây ra nứt và cơ chế, nghiên cứu điều kiện phát triển vết nút bê tông, mô phỏng hợp lý tác dung vất nữt có ÿ nghĩa đặc biệt quan trọng,

“Tir những năm 60 của thể kỹ 20, nhiều học gi quốc tế vận dung cơ học rạn nứt, cơhọc phá hủy để nghiền cứu nứt bề tổng VỀ phương điện kỹ thuật mô phóng phát tiển vết nứt trên máy tính, nhiều học giả nước ngoài cũng như trong nước cũng đã lam rất

si dụng rt nhiều phương pháp mồi như: phương pháp phn từ

nhiều công việc cụ thí

hữu hạn, phương pháp lưu hình, phương pháp phần từ biên, phương pháp phân hình

hình học Nhưng nói chung vẫn chưa giải quyết thấu đáo, đặc biệt đối với điều kiện

nghiên cứu ở Việt Nam còn nhiều hạn chế.

Sự phát triển cường độ kháng kéo của bê tng là tương đối thấp và đặc biệt đối với thời gian đầu phát triển cường độ của BTĐL rit dé dẫn tới nit do nguyên nhân ứng suất ko gây ra và những vết nứt này thường ảnh hưởng đến tính năng cơ bản của cầukiện kết cấu bê tông Việc mô phỏng hợp lý, có hiệu quả từ đầu đến cuối quá trình phát sinh pht tiễn nứt là vẫn dễ quan trọng của phân tích phần tử hữu hạn trong bãi toán phân tích đập BTĐLL trong quá trình thi công cũng như vận hành sau này.

Khi Việt Nam sẽ còn xây dựng nhiều đặp đập thi công bằng công nghệ BTDIL, việc nghiên cứu không ché nút và hạn chế phát iển vét nữ là việc

tông trong đó có nl

Jam edn thiết, nó đồng vai wd quan trọng trong việc đảm bảo an toàn công trình

‘Tir những lý do này, đ tài tập trung đi sâu nghiên cứu sự phát triển của những vùng

ứng suất sục bộ trong thân đập dẫn tới ình thành và phát triển vết nứt ảnh hưởng tới Khả năng chịu tải của đập BTL, là một vin dé vẫn mang tính thời sự và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn góp phin đánh giá khả năng chịu lục của đập trong lực BTĐL trong giai đoạn vận hành dưới ác dụng ca ti trong nh và ải trong động

2 Mục tiêu nghiên cứu.

Đánh giá được khả năng chịu tải của đập trọng lực bê tông dam lăn trong giai đoạn vận.

hành khi tổn tại hoặc không tổn tại t nứt ban đầu dưới tác dụng của tải trọng tinh và động

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

“Các đập trong lực BTDL đã, dang và sẽ xây dựng ở Việt Nam.

8 nghiên cứu, phan tích và giải quyết các 4.2 Phương pháp nghiên cứu.

Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu phổ biến ở trong nước và trên thể giới. hương pháp ý duyắ: Trên cơ sở phân ích lý thuyết về tính năng cơ học của BTDL,

mô hình và tiêu chuẩn phá hoại của vật liệu BTDL trong công trình và phương pháp.

tính toán PTHH tự

số APDL trong môi trường phần mm ANSYS để nghiên cứu giải bài toin sự hình ch ứng xây dựng Modul tính toán bằng ngôn ngữ lập trình tham thành và phát tiển vết nứt đập BTDL đạt độ chính xác yêu cầu.

Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình toán đề mô phòng đánh giá xu thé và mức độ ảnh hưởng của các vết mit tới độ bn của đập trong lực bê tông dm lan chịu túc dung của lực trong quá tình vận hành thông qua gi thiết các kịch bản đầu vào 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án

5.1 Ýnghĩa khoa học

đập BTDL bing ngôn ngữ lập trình tham số APDL trên nề ting phần mềm ANSYS sử dung phương pháp phần Da nghiên cứu xây dựng được phẩn mém tính nứt kết

tử hữu hạn tự thích ứng Phần mềm tinh toán đã được kiểm chứng thông qua cácnghiên cứu đã có,

Trên cơ sở phần mềm tính toán được kiểm chứng đã tính toán ảnh hưởng một vài dạng

ết nứt tổ của đập BTĐL nói riêng và đập BTTL nói chung

tại trong thân đập đối với độ ba 5.2 Ý nghĩa thực tiễn

"Nghiên cứu đã cũng cấp một giải pháp tính toán ứng suất, biến dang và nứt đối với đập

BTTL bằng phần mém ANSYS dựa trên ngôn ngữ lập trình tham số APDL sử dụng,

phương pháp phản tử tự thích ứng L

điện Sơn La khi tồn tại các vết nứt ban đầu chưa được sử lý trong qua trình vận hành.in khẳng định lại l chả năng đảm bảo an toàn của công trình đập thay

6 Cấu trúc của Luận án

Ngoài phần Mở đầu, phin kết luận và kiến nghị, luận án được trình bầy tong 4

“Chương bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về nút đập BTDL và những vấn để nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán sự hình thành và phát triển vết nứt đập BTBL Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nứt tới khả năng chịu tải của đập BTBL Chương 4: Nghiên cứu sự hình thành và phát triển vết nút đập BTĐL Sơn La

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NUT DAP BÊ TONG DAM LAN VA NHUNG VAN DE NGHIEN CUU

1.1 Khái quát về bê tông đầm lăn

LLL Giới thiệu công nghệ bê tông dim lan

Bê tông dim lan (BTDL) là loại b tông sử dụng các nguyên vật lều tương tự như bê

tông thường Khác với bê tông thường được dim chặt bằng thiết bị rung đưa vào trong

lòng khối đổ, BTL được kim chặt bằng thiết bị rung lên từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp cho các công trình bé tông khối lớn, hình đáng không phức tạp như đập trọng lực, mặt đường, sin bãi Việc dim lèn bê tông bằng lu rung cho phép sử chất kết dính hơn so với bê tông thường nhờ vậy đối với

đập và đường bê tông, th công bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với

dâng công nghệ đổ b tổng truyền thống [1]

‘Cong nghệ BTDL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực,

Khối lượng bê tông được thi công cảng lớn thì higu quả áp dụng công nghệ BTĐL.cảng cao, Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL thường dem

lại hiệu quả kinh té cao hơn so với đập bê tông truyền thống va đập dat dip bởi các lý

do sau [2113]

Thi công nhanh: So với dip bê tông truyén thống, đập BTDL được thi công với tốc độ nhanh hơn do có thé dũng bang tải để vận chuyển bê tông, dùng may ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lên và không phải chờ khối đỗ hạ nhiệ, Công trình xây dựng đập cảng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL cảng lớn so với đập bêruyễn thống Giá thành hạ: Theo tổng kết từ các công trình BTĐL, đã xây dưng trên Thể gỉ giá

thành đập BTL rẻ hơn so với đập bé tông thi công bằng công nghệ truyền thông thông thường dao động từ 25% đến 40% Việc hạthấp được giá thình là do giảm được hảm lượng xi măng, chỉ phí cốp phá, giảm chỉ phí công tá thi công như: vận chuyển,

8, dim bê lông.

Giảm chi phí cho biện pháp thi công: Việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chỉ

phí din dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại các rồi ro khi nước lũ trăn

qua để quai Đôi với đập BTDL, thời gian thi công được rút ngắn nên các cổng dẫn dong cho đập BTĐL thông thường chi cin thiết kế để đáp ứng lưu lượng xã nước lớnnhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông truyền. thống Do vậy đường kính cống dẫn dong của đập BTDL thường nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông truyền thống. Ngoài ra công tình sớm đưa vào khai thắc cũng đem lạ hiệu quả kinh tế co.

1.12 Đặc điểm của BTĐL 1.1.2.1 Vật liệu BTBL

Điểm đặc biệt của vậtsu BTĐL chính là sự cấu thành của hai thành phn chính: vật liệu hoạt tính và vật liệu phi hoạt tinh hỗn hợp vào nhau Vật liệu hoạt tinh thường đăng có xi lò cao và puzolan; vật liệu phi hoạt nh có đã thạch anh, đá với, đá sathịch

Nhiều đập BTBL được xây dựng trong thời kỳ đầu sử dụng lượng vật liệu chất kết

dính thấp, hiện nay sử dụng lượng chất kết dính cao hơn, Vi dụ như lượng dàng xi măng trong lượng dùng vật liệu kết dính của đập Upper Still Water (Mỹ) là 79,5 ~

'92kg/mÌ, lượng trộn puzơlan là 50% ~ 70%; lượng dùng xi mang trong lượng dùng vật

liệu kết dính của đập Shimajigawa (Nhật Ban) la $4 ~ 91kg/m), lượng trộn puzotan là 30% ~ 50%; Trung Quốc đựa vào hàm lượng chất kết đính phân BTĐL thành 3 loại vat liga giàu kết dính 180kg/m’, vật liệu vừa kết dính 150kg/m và vật liệu ít kết dính 120kg/m*, xu thé phát triển hiện nay là sử dung trộn puzơlan cao dé giảm thiểu lượng

«ding xi ming, nói chung lượng dùng xi ming trong lượng đùng vật

~ 70kg/m", lượng trộn puzơlan là 50% ~ 70% |4|I]

Do lượng xi măng it, lượng trộn puzơlan cao,én BTL có một số đặc did Tang chân cường độ ở thôi đầu, tũng đăng kẻcưồng độ ở tồi đoạn saw

‘Tbe độ thủy hóa ban đầu của BTDL chậm, cường độ ban đầu khá thấp, tăng cường độ căng khá chậm, sau 28 ngày đặc bit là 90 ngày tuổi, do ting nhanh tốc độ thủy hóa tỉ

lệ tăng cường độ thời đoạn sau tăng lên đáng kẻ so với tỉ lệ tăng cường độ của bê tông.

không trộn puzơlin. Tính chẳng nứt tắt

“Tí lệ kếo/nén của bé tông thường khoảng bằng 0,08 ~ 0,105, thời đoạn sau không thayđổi nhiều Còn t lệ tăng cường độ kháng kéo với tăng cường độ kháng nén tại thờiđoạn sau của BTDL khá lớn, thông thường tỉ lệ kéo/nén là 0,

theo ngày tuổi, vì thể có độ déo dai khá tốt Tỉ

0.14 và su thể tăng tăng mô dun đàn hồi tại thời đoạn saucủa BTĐL lại khá nhỏ, vi thể biển độ tăng ứng suất kéo tại thời đoạn sau cũng khôngnhanh.

“Nhiệt thủy hóa thấp và phát triển chậm.

Do lượng trộn puzolan hoặc tro bay lớn để hạn chế lượng dùng xi măng vì vậy nhiệt thủy hóa giảm, tốc độ tỏa nhiệt do nhiệt thủy hóa chậm đã kéo dài thời gian xuất hiện nhiệt độ lớn nhất và giá trì nhiệt độ lớn nhất cũng giám đáng kể

1.1.3.3 Đặc điển của Kỹ thuật thi công BTL

‘Tir quan điểm của phương pháp thi công, phương pháp thing BDL phân thành hai loại chính Một là phương pháp thi công BTĐLL có nguồn gốc từ Mỹ và Anh, hai là

phương pháp thi công BTĐL có nguồn gốc từ Nhật Bản Đặc điểm của phương pháp.

thí công BTĐL là chiều dày thực nén là 30 ~ 50em, lên

nguyên tắc không có thồi gian ngưng, còn bê tông truyền thing có chiều day thực nén

5cm, mỗi lớp đỗ 75cm cách quãng 3 ~ 5 ngày

sn tục trên mặt đập, trên

Dam nén lip mong

ất hiểm khi sử dụng chiều dày cổ thể giảm Mỗi lớp dim nén thông thường được lựa chọn là c

đầm nén lớn 50cm, 70em, trong trưởng hợp mặt bằng rộng thậm chí còn

nhỏ chiều dày lớp dim nén xuống đến 20 ~ 25em để dip ứng yêu cầu thi công với tốc

độ nhanh

Thời gian nghỉ ngắn

Vấn đề chính để dam bảo chất lượng thi công BTDL là tốc độ thi công nhanh, đặc biệt 48 ning cao khả năng chẳng cit giữa ác kp, thôi gian nghĩ giữa các lớp là một trong những chỉ iêu quan trọng Thời gian giãn cách càng ngắn, liên kết giữa các lớp càng

t tính chống thắm cũng được nâng co ĐỒ liên tục

Do tong thành phin BTĐL, cổ lượng trộn puzơlan và tòa nhiệt cao nên sau khi bể tông

tăng nhigt, việc giãn cách thời gian thì công giữa các đợt đổ không có tác dụng nhiều

tông, mà ngược lại khiến lớp tiếp giáp giữa hai đợt đối với quá tinh tỏa nhị

để dễ phát

ign quy tinh công nghệ cho phép của tổng tiễn độ thi công, diễu này rat tốt cho cả ih phân tng Vì vậy, việc th công liên tye càng nhiều càng tốt dưới điễu

tiến độ thi công cũng như quản lý chất lượng giá thành cũng giảm tương ứng

Dé linh hoạt thập

CChỉ tiêu lính hoạt là một trong những chỉ tiêu quan tong khống ch chất lượng tỉ sông tại hiện trường, Di thập ky $0 của th kỷ 20 Nhật Bản xây dựng đập BTDL đầu iới (đập Shimajigawa, cao 89m) sử dụng giá tị độ linh hoạt (VC) là 10 ~ 30s và hình thành phương pháp thi công đập BTDL Nhật Bản Trung Quốc sử dung sid trị VC khoảng 8s đã nâng ao tính chống thắm và chỉ tiêu chống cắt giữa các lớp Daim nón trên toàn mặt cắt

“Các đập BTDL xây dựng gin đây da phần đã bỏ hình thức kết sấu bề tông biển thi bao ngoài BTDL hay còn gọi là hình thức “ving bọc bạc", đồng hình thức kết cấu

BTPL toàn mat cắt, lấy bản thân bê tông giàu vật liệu chất kết dính cắp phối I xem là

khối chống thẳm chính hay’ cli chẳng thắm trén toàn mặt et Sơ đỗ công nghệ thi công "đằm nén trên toàn mặt cất" đơn giản hơn, ti lệ cắp phổi được không ch

tinh giản nhằm dy nhanh tốc độ thi công Kỹ thuật hi

„ng đều đơn giản, cung ứng vật liệu xây dụng ít thay đi nh tự thi công đượcnày dẫn được cải tiến và là công nghệ thi công mang đặc thù Trung Quốc Công nghệ này cũng được áp dụng chủ yếu trong xây dựng các đập BTĐL ở Việt Nam.

1.2 Tổng quan về tinh hình xây dựng đập BTĐL trên thé 21 Tình hình xây dựng đập BTDL trên thé giới

Năm 1961, xây đựng dip Alpe Gera ~ Italia (cao 174m) và dp Manicongan ~ Canada (cao 52m) lần đầu tiên sử dụng hỗn hợp bê tông không độ sụt được rải bằng xe ủi, sau đồ được dim chit bằng các loi dim di gắn sau xe ủi hoặc được dim chặt bằng máy ủi [1] Cang trong năm 1961, tại công trình xây dựng tường quây của đập Thạch Môn -Đài Loan, hỗn hợp cát, đã trộn với xi ming được rải và dim chặt bằng các thiết bị thi công đập đất [2]

Năm 1970, giáo sư Jerome Raphael (Mỹ) tỉnh bày bảo cáo “Bap trong lực tối m”, trong đó nêu phương pháp thi công nhanh đập bê tông trong lực bằng các thit bị thi sông đập đấu và BTĐL đã thục sự được quan tâm đầu tơ nghiên cứu và ứng dụng [6] Tại Mỹ, trong những năm 1970, một số kết quả nghiên cứu về BTL trong phỏng nghiên cứu thiết kể thử nghiệm trên hiện trường được thực hiện và đã được áp dụng

trong thực tiễn; là nền tảng cho việc xây dựng các đập BTDL đầu tiên trong những.

im 80.

Từ 1972 đồn 1974, Cannon RW công bổ nhiều kế quả

6 thi nghiệm bé tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng 6 6, san got bằng xe Ui và đầm n cứu về BTĐLL; trong đồ

bằng lu rung Hiệp hội ky su quân đội Hoa Ky (USACE) đã ứng dụng để thi công cáclô bé tông thir nghiệm ở đập Lost Creek (cao 75,6m) Năm 1980, lần đầu tiên Mỹ sirdụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek (bang Oregon, cao 52m, dải 543 m với 331.000 m° BTDL) Đến năm 1999, tại Mỹ đã có hàng chục công trình đập BTĐL [7] Những năm 1970 ở Anh, Dunstan thực hiện các nghiên cứu về BTĐL Hiệp hội nghiên.

cứu và thông tin công nghiệp xây đựng (CIRIA) đã tiến hành các dự án lớn nghiên cứu

về BTĐL với ham lượng tro bay cao, sau đó được thử nghiệm tại côn

nước Tamara - Coruwall (1976) và đập Wimbledall (1979) [1]

inb trạm xử lý

phối BTDL có him lượng tro bay cao đã được Cục khai hoang My (USBR) sử dụng làm cơ sở để thiết kế xây dựng đập Upper Stillwater (cao 90m, dai 815m với

1,125 trigu mề BTĐL) Đặc điểm của công nghệ BTĐL của Mỹ (thường gọi Roller

‘Compacted Concrete - RCC) thiên về sử dụng BTĐL nghẻo xi măng (him lượng chất

kết dính dưới 100 kg/m’).

Năm 1974, các kỹ sư Nhật Ban bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành các công trình đập bê tông Công trình đập BTDL đầu

10

tiên của Nhật là đập Shimajigawa, cao 89 m, dải 240 m với 165.000 m" BTDL trong

tổng số 317.000 mỀ bê tông đập Đến cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL được thi công ởNhật và đến nay Nhật Bản đã hình thành trường phái BTDL - RCD

(Roller-‘Compacted Dam) gồm các công tá thiết kế mat cất dp, tinh toán cấp phối, công nghệ thi công và không chế nhiệt độ trong thân đập,

“rung Quốc thực hiện nghiên cứu áp dụng công nghệ BTBL từ năm 1980, đến nm 1986 đập Kengkou (cao S7m) là đập BTDL đâu tiên được xây dựng Đến nay Trung;

số lượng, chi

ệ BTDL của Trung Qué

tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams) RCCD bao gồm các công tie thiết Qube là quốc gia đứng đầu thé giới v cao và kỹ thuật trong xây,

được hoàn thiện với

dựng đập BTDL Trường phái công ng!

kế mặt cắt đập, uy trình thế kế, chọn vit liệu và thi công quy tình thử nghiệm kiếm tra BTDL tụi hiện tưởng

Hiện nay đã có trên 300 đập BTDL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m`BTĐIL đã được xây dựng trên thé giới Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về số lượng

đập BTDL sau đó là Hoa Kỷ, Nhật Bản và Tây Ban Nha [8]

Bảng 1.1 Số lượng đập BTDL tại một số nước trên thé giới

| Pal mm | ee | | ĐÁ | mg | tie | me

Tân Quác | te | sf!) | thee | ry1¢theo | | Tên Qube wet, | thea | theotie | aay | Miah [Shame in| |” | sty || sme me

m) me | ne

Châu A Châu Âu

T.Quéc | 57 |28275| 20 | 3050 | |T.B.Nha | 22 [3.164] 772 | 3.41 Nhật Bán | 43 [15465| 1509 | 1668 || Phấp | 6 [234 | 2l | 025Thái Lan | 3 | 524 | 105 | 566 || HyLap | 3 | 500 | 07 | 051

Nam Mỹ Châu Phi

Bảng L2 10 đập BTDL có thể tích lớn nhất thé giới

smỈ máy | œ6œ Chiều cao | Thêtích bê tông | Thétich

êm) | toàn đập (101m) | BTDL (10m)

1 | KhunDan | Thai Lan 95 5400 4900

2 Long tan Trung Quốc 215 7670 4623

1 | Logwn | Trung Quée | 2165 1600 463 | 2008-2007

2 Guang zhao Trung Quoc | 2005 2870 2410 | 2006-2007

3 Mini 1 Columbia | 188 1750) 1669 | 2000:2002

4 | Guanyinyan Trung Quốc 159, : : 2006-2009

4 | Urayama — Nhat Bin | 156 1860 1594 | 1992-1995

1.2.2, Tình hình xâp dựng đập BTĐL ở Việt Nam

Những năm gần đây, Việt Nam có nhiễu công trình lớn cin được xây dựng để phát

cơ sở hạ ting như ee công tình giao thông, thủy lợi, (hủy dig, Các đự án bêtông cứng hoa đường nông thôn có hàng ngân km đường cần trải mặt, các công tỉnh này đồi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công nhanh và đạt được hiệu quả kinh tẾ cao, Để giải quyết vẫn để trên thì giải pháp thi công và công nghệ thi công

được đặt lên hàng đầu Công nghệ thi công BTDL là công nghệ mới phát triển rất

nhanh chéng trên th giới do tinh cơ giới hỏa cao, tiễn độ thi công nhanh, công trình sớm được đưa vio khai thác, hiệu quả kinh tế mang lại to lớn, chính vì vậy việc áp

BTDL vào Việt Nam là didụng công ngt

Tir những năm 1990, Việt Nam da bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTDL Năm 1990

Viện Khoa học Thuỷ lợi đã nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTDL Ngày 16 tháng 10

năm 1995, Bộ Thuỷ lợi (ci) ra quyết định số 1570 QĐ/QLXD phê duyét nghiên cứu

khả thí công trình thủy lợi Tân Giang (Ninh Thuận), thống nhất phương án công trinh

lâu mỗi là đập bề tông trọng lực chọn phương án cao Trên cơ sử quyết định 1570 QDIQLXD, Công ty tư ví

lập Tân Giang theo hai phương án bê tổng trong lực tru)

lực dim lăn Đây là lần đầu tiên BTL được nghiên cứu vào công trình thực tế ở Việtthống và

Nam, Ngày 20 thing 9 năm 1997 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ra quyết định số 2425 NNIDTXDIQD phê duyệt đập đầu mỗi công trinh Tân Giang là BTBL.

Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân Giang được điều chỉnh thành đập bê tông truyền.

thing và đã thi công hoàn thành vào năm 2003, Mặc đỏ vậy, các kết quả nghỉ

thiết kế đập BTDL Tân Giang đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm quý báu vẻ thiết kế đập BTDL sử dụng tro bay và phy gia

“Công trinh BTĐL xây dựng đầu iên của Việt Nam là đập Plelưông thuộc tỉnh KonTum với chiều cao đập lớn nhất 71m, Công trình được khởi công tháng 11/2003 vakhánh thành và bản giao cho đơn vi quản lý sử đụng vào thing 5/2009 Tiếp đó, hàng

loạt công trình đập thủy lợi, thuỷ điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng

BTPL: thủy điện Định Binh, thủy điện Bản Ve, công trình thủy điện Sẽ San 4, công trình thủy điện Sơn La, Đồng Nai 4, Trung Sơn, Tân Mỹ

B

Với các ưu điểm nỗi bật và tiềm năng lớn về nguyên vật liệu, thiết bịthỉ công công

nghệ thi công dip BTBL đã được sử dụng tương đổi phổ biển ở Việt Nam Đền nay đã

số tén 30 công trình đập bê tông tong Ive được xây dụng bing công nghệ BTPL, trong đô phải kể đến các công mình lớn như đập Plékséng, Bán Vẽ, Sơn La, Lai “Châu đã được hoàn thành đưa vào sử dụng với chất lượng và hiệu quả kinh tế cao.

Bảng 4, Danh mục các đập BTĐL ở Việt Nam

TT | Tôncôngmình | Chiều cao (m) | Địađểm XD | Nămxây dung 1 Pikrong m Kon Tum 11/20032 Dinh Binh 523 Bình Định 3/2003

3 A Vương 10 Quảng Nam 3/2003

4 Sẽ Sun 4 so Gia Lai 11/2001 5 | ĐồngNa3 110 Đắc Nong 12/2001 6 | ĐồngNa4 129 Đắc Nông 12001 1 Bình Điền 1 “Thừa Thiên Huế | —_ 12005 8 | Cổ Bi (Huong Điền) T0 “Thừa Thiên Huế 5/2015 9 Ban Về 138 Nghệ An 20051O Ý— SôngKôn2 50 Quảng Nam 11/2005| Sonta 138 Son La 12/200512 | SôngTrnh2 100 Quảng Nam 2006

13 Hugi Quảng 104 Sơn La 2007

14 | Nước Trong 6s Quảng Ngấi 12/2007

l5 Dak Drinh 100 Quảng Ngãi 2/2008.

16 Bản Chất 125 Lai Châu 12/200817 | Song Bung 4 95 Quảng Nam 6/2010is | Lachaw lạ Lai Châu 1201119 Tân Mỹ % Ninh Thuận 201220 | Song Bung 2 95 Quảng Nam 2012

21 | Trung son s4 “Thanh Hóa 11/2012

4

1.3 Tổng quan về nút đập BTDL

1.3.1 Vấn đề mứt đập BTĐL trên thé giới

'Cùng với tích lay kinh nghiệm và trình độ khoa học kỹ thuật không ngừng được nâng

cao, xu Úxây đựng đặp cing ngày càng cao, chiều dài của đặp cũng tăng lớn, ứng suất cho phép thiết kế nâng cao hơn, đi với đi kiện địa hình địa chất cũng được mỡ

rộng, thậm chỉ đưới điêu kiện địa hình địa chất không tốt cũng đã xây dựng không ít

đập bê tông Tuy nhiêntượng nút đập bé tông dường như là phổ biến trong các đập đã xây dựng Nhà khoa học nỗi ng người Trung Quốc Zhu Bo Fang đã từng nói “hông có đập bê tông sẽ không có mit”, hay nứt đập là hiễn nhiên [9] Theo báo cáo điều tra của Hội đập lớn thể giới (ICOLD), tính đến nay có tổng cộng 243 đập bê tông bị phá hoại, đập bê tông đã được xây dựng ở các quốc gia trên thể giới tuyệt đại da số

đều xuất hiện nứt [10] Theo một tài liệu đã tổng kết 30 đập BTDL đã xây dựng cho

thay tinh trạng nút và thấm rat phổ biển (xem PL 1.1) [5] Các đập bị nứt điển hình có <p Gatesville (1985, Mỹ, cao 50m), đập Upper Stillwater (1985-1987 Mỹ, cao 90m),đập Elk Creek (1987-1988, Mỹ, cao 76m), đập Hudson River (1993, Mỹ, cao 21m), đập Big Haynes (1996, Mỹ, cao 27m), đập New Vietoria (1991, Úc, 52m), đập Amiaran (1992, Tây Ban Nha, cao 58m) và đập Salto Caxias (1998, Brazil, cao 67m) (51 Trong những năm 80 của thể ky trước, Viện nghiên cứu Khoa học thủy lợi thủy điện Trung Quốc đã tiến hành điều tra tình trạng nút của 15 đập bê tông lớn, kết quả thấy rằng đập bê tông trong lực Danjiangkou thuộc tỉnh Hi(cao 97m) xuất hiện

nhiều vết nứt nhất tổng cộng có 3.332 vết nút; đập bê tông Tuoxi thuộc tinh Hồ Nam (ao 104m) xuất hiện vết nút it hơn, nhưng cũng có đến 120 vết nứt [4], Đối với vẫn

út đập BTDL tại Trung Qui

(ao 75m) sau ba năm vận hành đã phát hiện tổng cộng 49 vết nứt rong đồ có hai vét cũng rt phổ biển Đập vòm BTDL đầu tiên Puding

nứt xuyên [4] Đập trọng lực sử dụng khối lượng BTBL lớn nhất là Guanyinge (cao

82m) được xây dựng năm 1992, hoàn thành năm 1996, khoảng thời gian từ thing02-04/1994 tại hiện trường đã phat hiện vết nút thi công ngang độ sâu lớn nhất đạt 3 ~‘6m, qua nghiên cứu phát hiện khi đập Guanyinge thi công mùa hè, nhiệt độ bê tông tại khối đỗ cao khiến tăng nhiệt cao nhất trong bê tông đạt d

thấp nhất trong thời kỳ nghỉ đông xuống dưới ~ 30°C dẫn

trên 30°C, còn nhiệt độ

in sự chônh lệch lớn giữanhiệt độ bên trong và bên ngoài, thượng lưu và hạ lưu, mặt trên và mặt dưới của lớp,

ein mặt nghĩ thi công đã xuất hiện ứng suất kéo vuông góc khá lớn, day là nguyên

nhân chính hình thành vết nứt [5] Đập BTĐL Jiangya (cao 131m) khởi công năm 1995, hoàn thành năm 2000, trong thời kỳ tích nước đã phát hiện 12 vết nứt, be rộng

Is

nứt từ 0,1 ~ 1.2mm, trong đỏ có một vết nút xuyên đến hành lang, nghiên cứu chỉ

ra rằng nguyên nhân gây nứt chủ yêu là bề rộng đoạn đập lớn (35m) din đến ứng suitnhiệt lớn, bảo dưỡng bề mặt trong thị công chưa hoàn toàn theo yêu cu thiết kể [5]

Một rong những đập điễn hình tại Trung Quốc ngay trong thời kỳ thi công đã xuất hiện nhiều vết nứt nghiêm trọng là đập BTĐL Yushi cao 50,2m [5] Cụ thể tháng

(09/1999 đoạn đập số 6 thi công đến cao trình +169.0m thì dừng để tiến hành báo ôn

nghĩ đông Thắng 03/2000 sau khi dờ vật liệu bảo ôn đã phát hiện một vết nứt trong

nút được cho ở (Hình 1.2) Tháng 04/2000 đã tibể

trắc và phát hiện vài vết núttự và chiễu dải như (Bảng 1.5) Đối với vết nút xuất hiện trong khối đập được các eo quan chuyên môn thảo luận và đưa ra quyết định ở vi tí vết nứt đập đã bổ tr 4 lớp cốt thép chống nứt 620200, đồng thôi giữa đoạn đập số 6 phân thành hai đoạn dai 12m Từ phân tích trên kết quả sau 3 lẫn quan tắc (0512000) cho thay bé rộng vết nứt có xu hướng giém nhỏ, không phát phát sinh vết nứt mới Trải qua mùa nghỉ đông thứ 2 (03/2001) sau khi tiến hành dỡ bỏ vật liệu bảo 6a đã tiến hành điều tra lại vùng gần vết nút phía mặt thượng lưu, kết quả cho d

ầ 03/2000 (tại cao trình +169.0m) không không phát triển lên phía tiên cao tình +169.0m bổ tí khe nứt nhân to, tháng 06/2000 khi tiễn hành quan

trắc thấy vết nút nhân tạo này phát triển xuống dưới 1,ấm; trên mặt bằng cao trình

Bảng 1.5 Thông kê vết nứt đập Yushi (04/2000) [5]

TT] Ký hiệu | Bề rộng | Chiều Thắm Ghi chú

vếtmứt | (mm) đầi(m)

1] ou1 07 615 Mặt thượng lưu2| 07 | 35 | C6ítlượng nước thắm | Mat bén TL hành lng

3 | Lis | 04-0,10 | Cóítlượng nước thắm | Bản định hành lang4 | Lid | 07-03 | 1Ó | Céitluong nước thẩm | Bản đấy hành lang

3| us | 06 | 35 Mặt bên HL hin lang 6| LL6 | 05-02, 39 Mit bing +169.0 (TL) 1Ị L7 | ot | 26 Mặt bing +169.0 (HL)

16

1.3.2 Vấn đề mứt đập BTDL tgi Việt Nam

Cac đập bê tông đã và đang xây dựng ở Việt Nam cũng không tránh khỏi tình trangnứt trong quá trình thi công Theo số liệu khảo sát có nhiều đập bê tông trong lực đãiy dựng ở nước ta bị nút như Lai Châu, Trung Sơn, Bản Vẽ, Sông Tranh 2, ĐịnhBinh, Tran Tả Trạch, đập Vũ Quang diễn hình như nứt đập trọng lực BTL Sơn La

tháng 06 năm 2008 trong quá trình thi công là một ví dụ, chiều dai yết nút 31,5 m, độ

sâu 6m và chiều rộng vét nút khoảng Imm, xem (PL 1.2) [11]

“Theo các tà liệu đã công bổ các vết nứt xuất hiện trên đập BTĐIL tại Việt Nam chủyếu có [12II13I[I4]

1.3.2.1 Theo hình thức vắt mứt © Mit bé mặt

Phin lớn vết nứt phát sinh trong đập BTDL là nứt bề mặt, chủ yếu là do ứng suất kéo phát sinh do chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bŠ mặt à bảo dưỡng không kịp thi.

© Mitxuyen

Vat nút này thông thường ở vị tí tiếp xúc giữa bê tông và nỀn da hướng lên kéo dài

vào trong thân đập và mang tính chất kết cấu Vt nút có khả năng bắt đầu với mùalạnh đầu tiên, cũng có thể phát sinh do bề mặt bê tông được phơi ra trong môi trường.

biên độ nhiệt giảm nhanh so với nhiệt độ ngày và phát triển vào trong than đập.

17

1.3.22 Theo itt vét nứt

+ — Mit than đập

Phát nh chủ yêu ta vị trí ếp giáp giữa các ớp đặc iệt là gin thượng hạ lưu mật bóc lộ mùa đông và mặt nghỉ thi công thông thường, nghiêm trọng có thể xuất hiện vết nứt uyên thượng hạ lưu, trong vũng khí hậ lạnh khó ngăn ngửa lại vt nứt này, VEE nứt này chủ yếu là do ứng suất chênh lệch nhiệt gây ra va có liên quan đến chiều dài khối đã đập cing đài ứng suất cing lớn do khối đập BTDL khả đồi, ứng suất nhiệt phát sinh do chênh lệch nhiệt độ thượng hạ lưu vượt quá cường độ kháng kéo của BTDL,

© Mức hành lang

“Thường xuất hiện ở gần hành lang, hướng vuông góc với bŠ mặt Nguyên nhân chủ

yêu là mép trong hành lang tiếp xúc với nước hoặc không khí thiệt độ nước mùa lạnh hoặc nhiệt độ không khí thấp hơn nhiều nhiệt độ ổn định trong đập ở phạm vi gin hành lang xuất hiện chênh lệch nhiệt độ lớn, hiện tượng này gọi là quá lạnh Trongthời kỳ thi công, bé mặt hành lang bị phơi dễ xuất hiện nứt b mặt, phạm vĩ

cường độ của nbn đập trọng lực th công lên đều khá lớn, ứng suất kiểm chế cũng khá lớn làm cho vết nút phát triển hướng vào trong thân đập.

1.4 Tổng quan về nghiên cứu nút đập BTĐL.

LALL Nghiên cứu mit đập BTDL trên thể giới

"Để ngăn ngừa phát sinh nút đập BTDL hoặc giảm thiểu nút đến mức tối đa, hiện nay

trên thể giới có ba xu hướng nghiên cứu:

1.4.1.1 Nghiên cứu vat liệu nhằm nâng cao khả năng chẳng nứt của BTĐI,

Nghiên cửu ning cao khả năng chống nứt của BTĐL, Nhiễu thí nghiệm đã chỉ rõ BTL có tinh chống nứt tốt cần có đặc điểm cường độ khang kéo cao, giá trị biến dang kéo giới hạn lớn, mô đun din hồi nhỏ, tí suất co ngót nhỏ, nhiệt độ tăng biên doan nhiệt"hình co ngót thể tích nhỏ.

Kỹ thuật thi công BTDL đã trải qua hơn 20 năm phát triển và din din được hoàn

thiện, cắp phối BTĐL cũng từng bước được ổn định Xi ming ding trong BTĐL thường sử dụng xi ming Portland thông thường, rit ít công trình sử dụng xi măng

18

Portland nhiệt vừa và nhiệt thấp, cường độ xi măng từ 32.5 ~ 42,5MPa Hầu hết các công tình đều sử dụng thêm vật liệu puzolan cấp phối I Căn cứ vào thực tế công trình, cốt liệu của BTDL có thé là cát đá thiên nhiên hoặc cát đá nhân tạo, cốt liệu thôi <u tii qua phân cấp nghiêm ngặt Phần lõi của khối đập sử dụng BTĐL cắp phối Il đường kính lớn nhất của cốt liệu thô là 80mm; phan bao ngoài chống thắm sử dung BTPL cấp phối It (

đường), đường kinh lớn nhất của eft iệu là 40mm Căn cứ vào thiết kế công ình, đề công trình sử dụng bê tông thông thường hoặc bê tông nhựa.

xuất yêu cầu kỹ thuật đối với BTL khác nhau, hiện nay ti lệ nước chất kết dịnh thông thường khống chế từ 0,45 ~ 0.60; tỉ lệ vữa thông thường khống chế từ 0.30 ~ 040; lượng vậ liệu trộn thêm từ 40% đến 20% Tỉ lệ cát của BTDL phụ thuộc vào cắp phối cia BTDL và chủng loại các, nói chung khoảng từ 30% ~ 38% Giá tri VC thích hợp, nhất tại hiện trường thi công khoảng 8 ~12s Lượng dùng vật liệu chất kết dính của.

BTDL thông thường là 130 ~ 190kg/m`,

«ing vat liệu chất kết dính của BTĐL, cấp phối Il có thể đạt đến 200 ~ 220kg/m”

1 có yêu cầu đặc biệt về chống thắm, lượng

Hiện nay có nhiều nghiên cứu để xuất rộn thêm MgO để nâng cao tính năng chốngnứt của BTDL Khi trộn thêm MgO trong BTDL, do sin phẩm của qué tình thủy hóa

Mg(OH): có đặc tính trì hoãn giãn nở, tăng thêm độ chặt của BTĐL, đồng thời ứng.

suất giãn nở cũng có thể bù trữ ứng suất kéo do giảm nhiệt gây ra, từ đồ lim cho tinh

năng chống nứt của BBL được nâng cao và cũng ning cao tinh năng cơ học khác [5]

VỀ phương điện vật liệu cố nghiên cứu đề xuất sử đụng xi măng thô dé nâng cao tinh năng chống nit BTL Biểu hiện chủ yéu không những l giảm nhiệt thủy hóa thời kỳ đầu của xi mang, nâng cao tính Gn định thể tích bê tông mà còn giảm diện tích bE mặt xi măng là giảm nhiệt thủy hóa tồi kỹ đầu của xi măng, đây là biện pháp hữu hiệu nâng cao tinh én định thể tích bê tông Việc giảm điện tích bể mặt xi măng được ứng, dung khá nhiều trong các công tỉnh đập BTBL ở Trung Quốc, chẳng hạn như không

chế diện tích bé mặt xi măng trong công trình thủy điện Guandi là 250 ~ 330mÈ/kg,

điến tích bề mặt xi ming Portland trong công tỉnh thủy điện Longtan là 250 ~

320m kg, diện tích bŠ mặt xi măng trong công tình thủy din Goupitan và Silin

khoảng 300mg, yêu cầu điện ch bé mặt xi măng Portland rong công tinh thủy

điện inging nhỏ hơn hoặc bằng 310m?/kg Ngoài ra côn có nghiên cứu ảnh hưởng của silica fume, xi phốt pho đến tính năng chồng nứt của BTĐL [5]

19

1.4.1.2 Về hình thức kết cấu và công nghệ thi công

"Nghiên cứu hình thức kết cấu va phần vùng vật liệu trong thân đập, nghiên cứu tốc độ thi công đập BTDL hợp lý, phân khe, phân khoảnh, làm lạnh bê tông bảo ôn bé mặt “Nghiên cứu hình thức kết cầu mặt cắt đập hop lý

“Các nghiên cứu đều chỉ rõ hình thức kết cấu có ảnh hưởng lớn đến ứng suất nhiệt và

sự xuất hiện vết nứt Về hình dang mặt cắt đập trọng lực BTDL cũng giống như đập

trong lực bê tông thông thường (CVC), chỉ khác về hình thức kết cầu và phân vũng vật

liệu trong thân đập để đảm bảo yêu cầu chống thắm Theo tổng kết có ba hình thức kết

cấu chính đập trong lực BTDL: bình thức kết cầu của Mỹ, Nhật và Trung Quốc.

Hình thức kết edu đập của Mỹ sử dụng hoàn toàn BTL Uu điểm thi công nhanh, giá sẻ nhưng đễ xây ra nứt và thắm, Để khắc phục nước thắm qua bê tông đã sử dụng giải pháp chống thấm trên bề mặt thượng lưu đập như: din lớp nhựa PVC (Polyvinyl

Chloride), lắp ghép các tắm panen BTCT phan giữa 46 nhựa đường (Hình I.3a).

Hình thúc kết cấu đập của Nhật Ban (Roller Compacted Dam - RCD) đảm bảo yêu cầu

chất lượng đập BTĐL có khả năng chống thắm và cường độ như CVC, Do vậy cấu tạo.

của đập được bổ tí hai loại bê tông, phía ngoài bao bọc bằng lớp BTCT thông thưởng sô mắc cao thỏa man yêu cầu chống thắm, phía trong sử dụng BTDL Kết edu mặt cắt đập như trên còn được gọi là kết câu "sảng Bọc bạc” (Hình 1.30).

(a) (b)

Hình 1 3 Hình thức kết cầu đập BTDL của Mỹ và Nhật Ban 20

Hình thức kết cấu đập của Trung Quốc (Roller Compacted Concrete Dam - RCCD) .được xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm và bài học tổng kết của 2 phương pháp thi công RCD và RCC Dùng hình thức kết elu BTDL toàn mặt cắt lấy bản thân bê tông giàu vật liệu chất kết dinh cắp phối II xem là khối chống thắm chỉnh (còn gọi la bê tổng biển thái chồng thắm, GEVR), phía trong thân đập là BTĐL Với việc bố trí mặt cắt nh trên đã đẩy nhanh được tốc độ thi công đập, giảm giá thành, bảo đảm được khả

năng chồng thám cũng như chịu lực của đập (Hình 1.4) là mặt cắt đại diện của đập

BTDL của Trung Quốc có trồng ching thắm bằng BTĐL cắp phối II và bê tông biến thai Hình thức kết cấu này dần được cải tiến và là công nghệ đặc thù của Trung Quốc.

BIDL cấp phối Br biến thác |

Hình 1.4 Hình thức kết cấu đập BTDL, Trung Quốc “Nghiên cửu hình thức khe và kế cấu khe hợp lý

Cé rit nhiều nghiên cứu của các tác giả về phân khe kết cdu, Nhưng nói chung đều cho ring không cin bổ trí khe doc trụ đập, chỉ cần bổ trí khe ngang và khoảng cách gia các khe ngang từ 16 ~ 20m Ngoài ra bổ trí thêm khe dẫn nút để đập nứt tại vị trí cố định Bất kể là khe din nứt hay là khe ngang thường sử dụng khối đúc tạo thành Khe bê tông chế tạo trước Khối đúc được ché tạo trước ở bên ngoài với dy đủ lỗ đường ống, rãnh chốt để vừa có thé đảm bảo tác dụng của khe lại có thé bio đảm đầm né trên toàn bộ bé mặt, thực hiện lên đều liên tục, hạn chế ở mức thấp nhất ảnh hưởng đến ‘qué nh thi công Đặc điểm kỹ thuật thành khe bằng khối đúc hình thức bê tông trong Ive chế tạo trước là: Đầu tiên chế tạo trước khối đúc bê tông thinh khe ở ngoài hiện

trường, khi thi công sẽ định vị lắp đặt, sau đó tiến hành thao tác đằm nén; thứ hai là

2

thiết kế mặt cắt khối đúc à hình thức trọng lực, mặt khe là mặt đúng, lấp đặt phun vữa với đường ống thoát khí, rảnh chất mặt lưng của khe là mặt nghiễng thêm bản chin, bổ tí kết cầu hình răng để đảm bảo liên kết chặt chế với BTDL: thứ ba là kích thước của khối đúc nên lấy theo năng lực vận chuyển tại hiện trường thi công, thông thường khối đúc dài 1,0m, chiều cao 0,25 ~ 0,30m (cần phải là một

đây (thêm bản chân) 0,25 ~ 0,35m, lấy phù hợp vệ

đầm nén), bề rộng rip tốc độ nhanh tai hiện

trường: thứ tư là trên bản chân bổ tí lỗ chốt cổ định bảo đảm chắc chắn khi lắp rip

hiện trường với thi công đầm nén định vị chính xác.Nghiên cứu công nghệ thi công

“Các nghiền cứu về công nghệ thi công BTDL trên thé giới đã dẫn di vào én định, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung cho một đối tượng công trình cụ thé vi dụ như tiến độ thi công tối ưu đảm bảo yêu cầu nhân lực, vật lực và chất lượng đồng đều của bê tông đập.

1.4.1.3 VỀ công nghệ tính toán mô phỏng

Sử dụng mô hình toán phân tích mô phỏng diễn biển nhiệt, ứng suất nhiệt trong quá.

trình thi công BTDL, diễn biển phát triển nit trong quá trình vận hành từ đó có biện pháp ngân ngừa nứt đập BTDL.

và công nghệ nghiên cứu mô phỏng quá trink hình thành và phát triển vết nứt kết cầu biện nay trên thể giới sử dụng rất nhiều phần mém như ROBOT STRUCTURAL,

TEKLA, SAFE, SAP, ETABS, SACS, ANSYS Một trong những phần mềm được sử dụng rộng rãi và cho kết quả chính xác là phần mém ANSYS Điểm nổi bật của

phần mềm ANSYS là có thể sử dụng ngôn ngữ tham số hóa thiết kế APDL để lập trình.

xây dựng bài toán tổng quát đựa rên các tham số định trước, ANSYS là phẫn mềm giải bằng các phương pháp số, chúng giải trên mô hình hình học thực ANSYS cho

phép xây dựng các mô hình 2D và 3D, với các kích thước thực, hình dáng đơn giản.

hóa hoặc mô hình như vật thật, vì thể nên chúng ta phải xây dựng mô hình gần như.

thật Hai mô hình sẽ được trao đổi và thống nhất với nhau dé tính toán.

Từ những năm 60 cña thể kỹ 20, nhiễu học gi quốc tế vận dụng cơ họ rạn nứt, cơ học phá hay để nghiên cứu nit bê tông Về phương diện k thuật mô phòng phát rin vết nứt trên máy tính, nhiều học giả nước ngoài cũng như trong nước cũng đã làm rất

2

nhiều công việc cụ thể, sử dụng rit nhiều phương pháp như: phương pháp sire bền vật

liệu, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phin tử biên, phương pháp phan tử."hữu hạn tự thích ứng Nhưng nói chung vẫn chưa giải quyết thấu đáo, đặc

điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam côn nhiễu hạn chế.

Hiện nay có nhiều phương thức để mô phóng quá trình phát triển vết nứt bê tông dưới tác dung của gia tải hoặc tai tong động dựa trên phương pháp PTHH Một trong những nghiên cứu đầu iên có thé kể đến là của LJ Malvar và G.E.Warren năm 1990 [15], Chương trình tỉnh phát triển vết nút theo phương pháp PTHH của LJ.Malvar với

mạng lưới phần từ hữu hạn không thay đổi trong quá tinh phá hoại Sơ đồ lưới PTE.

và phát iển vết nứt được cho ở (Hình 1.5) đến (Hình 1.8) Nhiều nghiên cứu v8 sau phát tiễn mô

vết nứt, Trong mỗi một bước gia tải lưới phần tử hữu hạn thay đổi, tuy nhiên các nút này đã ứng dụng lưới PTHH tự thích ứng trong quá trình phát triển

phần tử vẫn liên tục như Hình 1.8 [16J[I7]

Minh 1 5 Sơ đồ lưới PTHH tính toán phát triển nứt của LJ.Malvar

Hình 1.6 Vũng phá hoại nứt Hình 1 7 Biến dang ở thời điểm pha hoại

2B

Tình 1, 8 Mạng lưới tự thích ứng trong quá trình phát triển vết nứt

Đối với vẫn đề nút đập bê tang, hiện nay có hai hướng nghiên cứu chính dé là nghiên

cứu mô phỏng quá trình phát triển vết nứt và ảnh hưởng của vết nứt đến khả năng chịu

tải của đập bê tông,

Những nghiên cứu gin đây có Amir Behshad (2018) [IS] đã nghiên cứu ảnh hưởng của vết nứt đến khả năng chịu tải của đập bê tông dưới tác dụng của tải trọng động đất 6 xét đến tương tác giữa nước và kết cầu Trong nghiên cứu coi dip đã tồn tại vất nút {dựa trên sự phá hoại thực tế của đập Koyna - An độ khi chịu tác động của động đất năm 1967), tại vị trí b mặt vết nứt được mô phỏng bằng hệ lò xo có cản theo hai hướng như (Hình 1.9).

Hình 1.9 Mô hình mô phỏng tiếp xúc tại vị trí vết nứt

24