Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập với sự giúp đỡ vô cùng quý báu, tận tâm của các

thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, các cán bộ, giảng viên Viện Đào tạo va Khoa học ứng dụng Miền Trung, bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực cé gắng học tập, tìm tòi, nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân, tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng công trình thủy đúng thời hạn với đề tài: “Tính toán đập bê tông làm việc đồng thời với nền, cọc”.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi, Viện

Dao tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Công trình và các thầy cô đã tham gia giảng dạy cũng như thầy cô trong bộ

môn Sức bén- Kết cấu trong thời gian qua đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể

hoàn thành khóa học và luận văn của mình.

Đặc biệt tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lý Trường Thành đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo giúp tận tình, cung cấp các thông tin khoa

học quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người đã khích lệ, động viên, tạo điều kiện cho tôi trong suốt qua trình học tập va

nghiên cứu vừa qua.

Do hạn chế về thời gian, kiến thức lý luận còn chưa sâu, kinh nghiệm thực tế còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp cũng như chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè đồng

nghiệp dé luận văn được hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm on!

Ninh Thuận, tháng 03 năm 2012 Tác giả luận văn

NGUYEN THE THÀNH

CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BẢN CAM KÉT

Tôi là: Nguyễn Thế Thành

Học viên lớp: — ISC-ĐH2

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Tính toán đập bê tông làm

việc đồng thời với nền, ge” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các

thông tin, tà liệu, bang bigu, hình vẽ lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn nguồn đầy đủ theo quy định Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu trách.

nhiệm theo quy định của nhà trường,

Ninh Thuận, thắng 03 năm 2012“Tác giả luận văn

NGUYEN THE THÀNH.

MỤC LỤC

MO DAU 1

CHUONG 1: TONG QUAN VE DAP VA DAP BE TONG 3

1.1 Tổng quan về các loại dap 3

CHUONG II: TINH HINH TÍNH TOÁN DAP BÊ TONG TRONG LỰC 22 2.1 Các yêu ổ ảnh hưởng đến hình thức mit ct đập bê tông trọng lực 2 2.2 Giới thiệu về các phương án tinh toán 22 2.2.1 Mặt cắt cơ bản của đập BTTL 2 2.2.2 Mặt cắt thực tẾ của dip BTTL 2

2.2.3 Các phương pháp tính toán ôn định đập bê tông trọng lực 242.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp — quan điểm tinh toán và trưởng hợp ứngđụng 24

2.3.1 Các quan điểm về lựa chọn tiêu chuẩn ôn định đập: 2

2.3.2 Các phương pháp phân tích ứng suất đập BTTL: 25 3.4 Một số vin dé chưa hop lý trong tinh ton dp bê tông trọng lực 28 CHUONG 3: PHAN TÍCH TINH TOÁN DAP BE TONG TREN NÊN VÀ COC 29 3.1 Giới thiệu v8 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và một số phần mềm

thông dụng hiện nay 29

3.1.1 Gi thiệu về phương pháp phần tử hữu han 29

3.12 Các quan hệ cơ bản trong một phn tử 33.1.3 Hệ phương tinh cơ bản của bài toán 3s

3.1.4 Các phầnmềm tính toán thông dụng hiện nay 36 3.15 Giới thiệu về phần mềm SAP 2000 36

3.2 Giới thiệu vé nén mông và mồng cọc 4ã3241 433.2.2 Móng 4ã

3.2.3 Ý nghĩa của công tác thiết kế nỀn - móng

3.2.4 Tinh toán nỀn mông theo trang thải giới ham3.3 Mông cọc

3.31 Khi niệm,3.32 Phân loại cọc

3.3.3 Cấu tạo, phương pháp thi công và các đặc điểm của cọc khoan nhỏi [4]

3.4 Tổng quan về sức chịu tải của cọc34.1 Sức chị ti đạc trục

3.4.2 Coe chịu tải trong ngang,3.5 Mô hình tính toán trong luận văn

4.1, Giới thiệu chung về công tinh

4.1.9 Các phuong dn lựa chọn tuyển đập

4.2.1, Điều kiện địa chất phương án tuyển A4.2.2 Đánh giá chung điều kiện địa chất công trình

4.3 Các thông số và các trưởng hợp tinh toán 4.3.1, Các thông số cơ bản để tính toán.

432ác chỉ tiêu tính toán của vật liệu4.3.3 Các trường hợp tính toán

4.4, Ap đụng tính toán cho dip hỗ Suối Nước Ngọt

44.1 Tính toán theo phương pháp truyền thống

44.2 Tính toán theo phương pháp PTHH (sử dụng phần mềm SAP 2000 v12)

4.5 Kết luận và giải pháp

4.5.1 Mặt cất đập theo thiết kế:

4.5.2 Mat cất dip có lỗ ing và mặt cắt đập mở rộng bản đấy, 4.5.3 Két quả tinh toán đối với các mặt cất khác

THONG KÊ CAC BANG BIEU

Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập của các khu vực tren thé giới (2000)

Bang 1.2: Bang thống kê một số đập cao nhất đã và đang xây dựng.

Bảng 3.1: Giá trị K, đối với các loại cọc hạ trong cát (Meyerhof 1976)

Bảng 3.2: Quan hệ giữa 8, và NyBảng 3.3 à

Bảng 3.4Bảng 3.5

Bảng 3.6: Hệ số ma sắt bên của đất và thân cọc f (TCVN 205-1998)Bảng 3.7: Tiêu chuẩn phân biệt loại cọc

Bảng 3 8: Giá tị vans

Bang 3.9: Giá trị K,, (KN/m’) cho đất ri Bảng 3.10: Hệ số nhóm n

HA.Bảng 4.1b: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đá phương án tuyển IA,Bảng 4.la: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất phương án tuyé

Bảng 4.2: Thông số tính toán phương án chọn

Bảng 4.3: Thông số các vật liệu lim đập và cọc.

THONG KÊ CÁC HÌNH VE

Hình 1.12: Các loại mặt cắt đập đất cơ bán

Hình |.1b: Đập Sông Trâu (Ninh Thuận) xây dựng theo hình thức đập đắt

Hình 1.2a: Các loại đập đá đỏ thông dụng.

Hình L.2b: Đập thủy điện Hòa Bình xây dựng theo hình thức đập đá đổ.Hình L.âa: Một số loại đập bê tông trọng lực cải tiến

Hình 1.3b: Đập Sơn La (Sơn La) xây đựng theo hình thức đập BTTLHình 1.4: Đập Nam Ch

Hình L.5: Một số loại đập ban chống thường gặp,in (Sơn La) dang thi công

Hình 1.6: Đập ban chỗi tự hình nêm

Hình 1.13: Đập Nurek (Tadjkistan) 7Hinh 1.14: Đập Bai Thượng (Thanh Hóa) xây dựng từ thời Pháp thuộc 18Hình 1.15: Biểu dé phân bổ hi chứa nước trên toàn quốc (2005) 19Hình 1,16: Dap Lòng Sông (Bình Thuận) 20Hình 1.17: Đập Tân Giang (Ninh Thuận) 20Hình 1.18: Hồ chứa nước Ngàn Trươi(Hà Tĩnh ) 21

Hình 2.1: Sơ đồ tinh toán mặt cắt cơ bản của đập BTTL 23

Hình 2.2: Mat ef thục tẾ của đập be tong tong lực 4Hình 3.1: Các phần tử cơ bản trong phương pháp PTHH 30

Hình 3.2: Mô phòng về vật thể dan hồi 32

Hình 3.3: Giao điện khỏi động của chương tình 40Hình 34: Thanh công cụ của chương trình 40Hình 3.5: Giao diện khi khai báo vật liệu 41Hình 3.6: Giao điện khai bio đặc trưng hình hoc 41Hình 3.7: Giao điện khai báo tai trong 4

Hình 3.8: Giao điện khai báo thuộc tinh của cúc liên kết 4

Hình 39: Giao diện giải bài toán 447

Hình 3.11: Sơ đồ thi công cọc khoan nhồi 49

Hình 3.12: Máy khoan cọc nh của hãng Benoto 50Hình 3.13: Máy khoan coe nh của hing Hitachi 50Hình 3.14: Máy khoan cọc nhôi Bauer BG 25C siHình 3.15: Máy khoan cọc nhỗi Soilmee R516 HD siHình 3.16: Máy khoan cọc nhoi Hausen HBN80-1 SIHình 3.17: Ludi khoan cắt

Hình 3.18: Mũi khoan phá

Hình 3.19: Cơ cấu mở rộng chân cọc bằng thủy lực.

Hình 3.20: Thi công cọc khoan nhỏi tại hiện trường 52

Hình 3.21: Các dang bién dang của cọc ngắn kh chịu tải trong ngang 63

Hình 3.22: Sức chị ti trọng ngang của cọc trong đất rời %6

Hình 3.23: Sức chịu tả ngang của cọc trong đất dính 68Hình 3.24: Đồ thị tim sức chịu tai ngang Q, theo chuyển vi cho phép yụy của cọctrong dat rồi.

Hình 3.25: Đồ thị tìm sức chịu tai ngang Q, theo chuyên vị cho phếp yas của cọc

trong đắt nh

Hình 3.26: Mô và các tải trong tác dung lên cọc.Hình 4.1: Vị trí tuyển dự kiến xây dựng công trình.

Hình 4.2: Mặt cắt ngang đại điện tạ vị trí tính toán theo thiết kế.

Mình 4.3: Mô hình tính toán dip không tràn hồ Suối Nước Ngọt ~ Khánh Hòa,Mình 4.4: So sánh biến dạng của công trình (THỊ)

MỞ DAU

1 Tính cắp thiết của đề tài

Dap là một trong những công tinh thủy lợi được xây đựng sớm nhất trong lịch

xử nhân loại Cách đây hơn 4000 năm đập xây dựng bằng vật liệu địa phương đã

xuất hiện ở nhiều nơi trên thể giới với mục đích chính là khai thác sit dung nguồ nước tự nhiên phục vụ nhủ cầu thiết yếu của con người VỀ sau này với sự phát tiển ‘cha khoa học ky thuật đập ngày cảng gia tng cả về số lượng, quy mô, vật liệu Đặc biệt sau khi phát hign ra các loi vật liệu xây dựng mới như bê tông, bề tang cốt

thép thì đập ngày cảng đóng vai trò quan trọng Theo thống kế đến năm 2000

trên thể giới có khoảng trên 45,000 công trình đập lớn nhỏ.

toán thiết kế

Song song với sự da dang của các loại đập thì các phương pháp.

cota thực tế, Với sự tiến bộ của khoa học

«dap cũng phát triển để đáp ứng các yêu c

công nghệ, đặc biệt là công nghệ tin học, việc mô hình hóa trong tính toán ngàycảng sát với thực tế, Tuy nhiên hiện nay ở nước ta các tiến bộ Khoa học KF thuật

chưa được ấp dụng nhiễu trong thực tiễn tinh toán, các duy định, quy phạm áp dụng

còn sử dụng các lý thuyết cũ, Trong đó có các giả thiết gin ding dẫn tới việc môi

hình hoá chưa sit với thực tế làm việc của đập gây tốn kém vật liệu hoặc không.

đảm bảo an toàn

Để đáp ứng yêu cầu tận dụng tối đa nguồn nước tự nhiên thi vige xây đựng thêm

n kiệnŠ, đập là không thể tránh khỏi Tuy nhiên không phải lúc nào các

tự nhiên như vật liệu, địa hình, địa chất cũng thuận lợi Do đó yêu cầu cắp thiết đặt

ác khó khăn đó,

ra là phải có biện pháp để khắc phục được

Kết cầu đập bê tông trọng lực được xây dựng khá phổ biễn Thông thường, đập

bê tông trọng lục edn phải đặt trên nên tốt, thường là đá gốc t nứt nẻ, song rên thực

tế nhiều khu vực ở nước ta như Miễn Trung, Tây Nguyên, Tây Nam Bộ tằng đá

sốc nằm khá sâu, phía trên là ting đất yếu hoặc xen kẹp các ting đất yếu nên khó có.

thể sử dụng đập bê tông trong lực thông thường Giải pháp sử dụng đập vật liệu địa

không phải lúc nào cũng khả thí do thiểu nguồn vật liệu đảm bao các tinh chất eo lý.

tốt hơn vớiGiải pháp khả thi là sử dụng đập bê tông kết hop cọc để liên

đồng thời tuyển ải trong tác dụng xuống nền đá gốc hoặc nén ở dưới sâu.

Méng cọc đã được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại hình công trình xây dựng trên

nên đất yếu như nhà cửa, cầu cổng, trạm bơm, bến cing Tuy nhién chưa có

nghĩsứa ấp dung cho đập bê tông trong lực

Để góp phần giải quyết vẫn đề tên, wong luận vin này tác giả sẽ tiến hành

nghiên cứu đập bê tông làm việc trên nền đất yếu kết hợp với mỏng cọc bing phương pháp truyền thống và phương pháp phần tử hữu hạn, từ dé so sánh kết quả

ính toán và lựa chọn giải pháp kết cầu hợp lý cho loại hình đập này.

2 Mục đích của di

- Dinh giá các phương pháp, các quan điểm phân tích tính toán hiện tại được sử

cdụng để thiết kế đập bê tông, ưu nhược điểm của các phương pháp;

- Đề xuất phương pháp tính toán bằng phần từ hữu hạn (PTHH);

~ Áp dung tính toán cho đập bê tông kết hợp cọc làm việc trên nền đắt yếu;

= So sinh kết quả tính toán của phương pháp truyén thống và phương pháp PTHH, Đưa ra kết luận, đề xuất một số giải pháp hợp lý.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

.Cách tiếp cận của đề tài:

= Thu thập các tài

- Thống kê, tổng kết đánh giá tổng quan tình hình tính toán thiết kế đập bê tông; tìm

hiểu các phương pháp tinh ton hiện tai, ưu nhược điểm của mỗi phương pháp.

gu liên quan.

~ Ấp dụng tính toán cho hồi Nước Ngọt (Cam Ranh, Khánh Hòa) theo phươngpháp cổ dién và phương pháp phần tử hữu han So sánh kết qua tính toán, tử đó rút

ra mặt cắt thích hợp,

4, Kết qua đạt được

~ Tổng quan về các loại đập ở trong về ngoài nước, wn nhược điểm cin từng loại + Các vin đề chưa hợp lý trong tính toán thiết kế mặt cắt đập bê tông trọng lực, nắm

được cách tính toin theo phương pháp phần tứ hữu hạn.

= Cée phương pháp phân ích tinh toán móng cọc, đặc biệt à cọc khoan nhồi

~ Vận dụng tính toán cho mặt cắt đập bê tông trong lực hồ Suối Nước Ngọt, TP.

(Cam Ranh, Khánh Hòa

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE DAP VÀ DAP BÊ TONG

1,1 Téng quan về các loại đập

“Theo vật liệu xây dựng thì đập trên thé giới hiện nay bao gồm các loại cơ bản sau:

1.1.1 Đập đất

Dap đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương.

XXây dựng đập đất có lịch sử lâu đồi G Ai Cập, Trung Quốc và một số nước

Khác người ta đã xây dựng đập đất từ 2500:4700 năm trước công nguyên Ví dụ

đập đất da hỗn hợp Sadd-I-Kafara được xây dựng 6 Ai Cập vào khoảng2178+256 trước công nguyên có chiều dài 108m, cao 12m,

Đập Marduka cao 12m được xây dựng năm 2500 trước công nguyên trên sông,Tygrys ở Irak

6 Trung Quốc, An Độ, Nhật Ban từ thé ky thứ II, III trước công nguyên đã xây

đập đài 300m,

dàng nhiều đập vật liệu địa phương bằng dit đá Ở Trung Qué

cao 30m được xây dựng năm 240 trước công nguyên, ở Nhật Bản đập dai 260m cao17m xây năm 162 trước công nguyên.

Đập đất thường là loại không tràn nước, Để đảm bảo tháo lũ, lấy nước tưới hoặc

cung cắp nước phải xây dựng những công trình riêng như đường tràn thío lũ, cổng lấy nước

Đập đất có những ưu điểm sau:

= Dùng vậtiệu tạ chỗ it kiệm được các vật iệu quý như sit, thp, xỉ măng

Công tác chuẩn bị trước khi xây không tồn nhiều công sức như các loại đập khác

- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ

= Bền và chống chắn động tốt hơn,

~ Dễ quản lý, tôn cao, đắp dây thêm.

~ Yêu cầu về nỀn không cao nên phạm vi sử dung rộng rã.

“Thể giới đã ích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý đâp [6]

Hình I.1b: Đập Sông Trâu (Ninh Thuận) xây đựng theo hình thức đập đắt

1.12 Đập đá và đập đá hỗn hợp,

Đập dé là một trong những công tinh cổ, thường dùng vật liệu tại chỗ, có thể

thi công vào mọi mùa, kỹ thuật xây dựng đơn giản.

Yêu tu địa chất nỀn đập đã thấp hơn so với đập bê tông Hiện nay trên th giới

đã có hơn 100 đập đ cao từ 60m trở lên Ở nước ta có đập Cảm Ly (Quảng Bình)cao trên 30m, đập Thác Ba cao 45m, đập Hoa Bình cao 120m

"Những đập để cao từ 8: Tôm trở lên thường là loại không tran nước, Lưu lượng

Hồ được thio qua công tinh xả lờ bổ tr trong thân đập hoặc ở bên bờ, Dối với những dip thấp có thé cho nước trin qua nhưng mái hạ lưu phải thoải và được bảo

vệ chủ đáo,

Để giảm lưu lượng thắm, người tab tí các thiết bị chống thắm trong thân đập Căn cử vào phương pháp xây dựng và vật liệu chủ yếu làm thân đập, người ta

phân loại như sau:

+ Đập da đồ:

Gồm 2 bộ phận chủ yếu: Khối đá đỗ và thiết bị chống thắm Đập đá đổ phân thành: đập đá đỏ có thiết bị thoát nước kiễu tường nghiêng và kiểu trồng tâm

+ Dap đá xếp (Xây khan)

So với dip đã đổ, đập đã xếp có yêu cầu hình dạng, kích thước và các loại đã

hắt khe hơn, thí công cần ki thuật cao hơn Do đó mái dốc hơn, khoảng 1:05 đến

1:07 Thiết bị chống thắm của dip để

+ Đập đá nứa đồ, nữa xếp:

p thường dùng loại tường nghiêng cứng

D§p đá nữa đỏ nửa xếp là những đập mà phần thân đập thượng lưu lả đá xếp, phần thân đập hạ lưu là đá đỏ Trên mái thượng lưu người ta bổ trí thiết bị chống

+ Đập hỗn hợp:

Thường dùng nhất là loại đập đá, đắt hỗn hợp ~ Trong đó đất chiếm một nửa

hoặc quá nữa thể tích đập, Phin thượng lưu thường làm bằng đắt để tạo thành thiết bị chống thắm

Ngodi ta còn dùng loại dip da và bê tông hỗn hợp Trong trường hợp này Khoi bê tông được bổ trí ở phần thân đập thượng lưu dưới dạng tường chin, đồng thời có tác dụng chống thắm [6|

Hinh 1.2a: Các loại đập đá dé thông dụng

Hình 1.2b: Đập thy điện Hòa Bình xây đựng theo hình thức đập đủ đổ33 Đập bê tông trọng lực

"Đập bê tông trong lực là loại đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy tri én địnhnhờ trọng lượng của khối bê tông này.

Loại đập này có ưu điểm là kết cầu và phương pháp thi công đơn giản, độ én

ảnh cao có thé ding dé trân nước hoặc không trần nước Né sớm được sử dụng trên

toàn thể giới.

Các thống kế v8 thể loại dip của tổ chức đập cao thé giới cho thấy dip dit chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập bê tông trọng lực chiếm 12%, đập vòm 4% “rong số các đập cổ chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: Đập đất chỉ

chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%.

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý luân tính toán dip ngày càng phát

triển và hoàn thiện, kích thước và inh dạng dip ngày cing hợp„ độ an toàn đậpgây cũng được nâng cao.

Thập kỹ 30:40 của thé kỷ 20, tỷ số giữa diy đập B và chiều cao đập H bằng Khoảng 0,9 Thập ky 50560, tỷ số B/H=0,8, Thập kỷ 70, B/H=0,7 Từ thập kỷ

3070 thể tích đập giảm được (20=30)%

Cae đập đã xây đựng tong nước ta chủ yếu là đập đắt Trong một số năm gin đây xu thé xây dựng đập bê tông đã và đang phát triển Đập Tân Giang thuộc tinh

Ninh Thuận cao 39,Sm được xem như là đập bê tông trọng lực đầu tiên do ngành

“Thủy lợi nước ta tự thiết kế và thị công và đã hoàn thành năm 20016]

Hiện nay ở nước ta đã có nhiều dp bê tông trọng lực đã được hoàn thành hoặcđang được xây dựng như đập Lòng Sông (Bình Thuận), Đập Đỉnh Bình (BìnhĐịnh), Đập Sơn La (Sơn La)

Ngoài hình thie đập bê tông trọng lực truyễn thống có có nhiều hình thức dp cải tiến như đập khe rỗng, đập có lễ khoét lớn, đập lắp ghép kiểu ngăn hộp, đập có ứng suất trước

1 Đập có lễ khoét lớn 2 Đập lắp ghép kiểu ngăn hộp 3 Đập ứng suất trước

Hình 1.3b: Dap Sơn La (San La) xây dựng theo hình thức đập BTTL14 Đập vom

Đập vom là một loại đập dng chắn nước, thường được làm bằng bê tông Theo các mặt cắt nằm ngang đập có dạng các cung tròn, chân tựa vào hai bờ Dưới tác

dụng của ngoại lực như áp lực nước, bản et đập én định nhờ sự chống đỡ ở hai

bờ Do vậy địa chất nơi xây dựng đập vòm phải tốt; thường là đá rắn chắc Đá

thường yêu cầu ứng suất nén cho phép [R],2100+120 Kglem?

Die điểm của đập vom:

Do tính chất nêu trên nên đập vòm có các đặc điểm sau:

1 Dựa vào sự chống đỡ của hai bờ để giữ dn định nên đập có thể khá mỏng so với đập bê tông trọng lực, chiều dày đáy vòm giảm từ (2+4) Lin, thậm chí có thé (6+8)

lin hoặc hơn thé

3 Do đập mong nên áp lục thắm tác dụng lên đập rõ ràng cũng giản di rắt nhiều

‘Tuy nhiên Gradien thấm sẽ tăng lên Vì vậy cần chú ý xử lý hiện tượng nay như

phụt mảng xi măng chống thắm ở nền đập.

3 Phát huy được khả năng làm việc của vật liệu thân đập Bê tông là loại vật liệu.chịu nén tốt, trong khi đó vòm chủ yêu chịu ứng suất nén Đây là ưu điểm lớn nhất

của đập vom, Thường ứng suất nén trong đập vòm (35:50) kg/em” Có nhiều đập đã cho phép đạt đến (90-100) kylem?, đôi khi còn lớn hơn Còn ứng suất kéo khoảng (1.1218) Kg/em’.

4, Trong đập vòm sự thay đổi nhiệt độ, sự co rút của bê tông là điều hết sức cần chú ý vì ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của đập (gây ứng suất kéo) Chính vi

vậy khi xây dựng đập vòm người ta thường chia lại các khe thẳng dimg chờ khi

nhiệt độ ngoài trời hạ thấp mới lắp kí khe tạo thành dp vòm liền khối.

5 Ngoài yêu cầu về địa chất tốt để giữ ôn định và chịu lực khá lớn ở chân vòm, vềđịa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây dựng đập

Lang sông có mặt cắt chứ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhất để xây dựng dipvòm ở dưới sâu, vòm chịu áp lực lớn song nhịp vòm lại nhỏ vì vậy tình hình chịulực của các lớp vòm là tương đối đồng đều Trong trường hợp này có thé xây dựng

được đập vòm cao mà chiều day vòm không lớn.[6]

Hiện nay ở nước ta chưa có đập vòm nào hoàn thành Đập Nim Chiến (Sơn La)

đang được xây dựng là công trình đầu tiên áp dụng hình thức đập vòm

Hình 1-4: Đập Ném Chiên (Son La) dang thi công,

1.1.5 Đập bản chống

1.1.5.1 Khái niệm

Đập bản chống được tạo bởi các bản chin nước nghiêng về thượng lưu và các trụ chống Áp lực nước được truyén qua bản chin đến try chống và truyễn xuống nỀn Vi vậy yêu cầu nền để xây dựng loại dip này phải cao Thường xây dip trên nền đã tốc, Khi cần thiết ing có thé xây dựng trên nền đã yếu nhưng phải xử lý phúc tạp, hoặc là phải mở rộng đáy để giảm ứng suất diy móng.

‘VE mặt địa hình, đập bản chống thích hợp với các lòng sông rộng, bở thoi

Vat liệu xây dựng đập thường làng cốt thép, với cávit liga gạch, đã xây.

~ Đập to đầu: Phin đầu của trụ được mở rộng ra tạo thành bản chắn nước Loại nay

có khối lượng lớn nên cũng gọi là đập bản chống trọng lực

- Đập liên clu: Ban chắn nước là những mặt cong hai hướng nổi liễn với trụ Loại

này có kết cầu phúc tạp, chỉ sử dụng khi đập cao, yêu cầu cầu nhịp lớn [6]

~ Đập bản chéng hình nêm: Xây dựng khi lòng sông hẹp, địa chit bờ tốt Do tuyến bố tr hình nêm nên toần bộ áp lục thông qua bản chấn và trụ được truyền vào bởi

Loại này có khả năng chống trượt tốt, nhưng khe nỗi kết cấu chỗ tuyển gãy để bị

căng rạn, nút nẻ

“Tuyển cong: Sử dụng khi phải tránh các điểm cục bộ có địa chất nền yếu

3 Theo khả năng trần nước

Đập bản chống thường là không trin nước, như các loại đã nêu trên Song khi cần

~ Ap lực thấm dy ngược lên trụ và bản chin nhỏ (với loại đập Không có bản diy hoặc có bản đáy nhưng có thiết bị thoát nước xuyên quan bản diy, nằm giữa các, tụ)

~ So với đập bê tông trong lve, đập bản chống cỏ kết cu mong, không lớn

&t kiệm được vật liệu Thống kê từ các đập đã xây dựng trên thé giới cho thấy

khối lượng bê tông sit dụng trong đập chống so với dap bê tông trọng lực giảm được(30+60)% hoặc giảm nhiễu hơn nữa (ở các đập liên vòm, lên cầu).

tương đối móng, dễ tòa nhiệt nên có thể ting tốc độ th

~ Khi đập cao, khoảng ách giữa hai try kể nhau khá lớn, có th bổ trí gian máy của

tram thủy điện ở khoảng giữa hai try, giảm được chiều dai ống dẫn nước và tiế

kiệm được mặt bằng công trình đầu mỗi.

NHược điểm

~ Vì trụ đập tương đối mỏng nên có thể bị mắt ôn định về uốn dọc khi chịu nén (do.

áp lực nước và trọng lượng bản thin), Động đắt cũng cỏ thé gây mắt én định hướng

ngang của trụ, nhất là khi đập cao.

~ Bản chin nước của đập bản phẳng liên vòm kha mỏng nên khả năng chống thắm

Không cao, nếu bản bị nứt thì rt khó sửa chữa, Vì vậy đồi hỏi vật liệu làm bản phải

có tính chống thắm, chéng xâm thực và độ bên cao.

Lượng cốt thép dùng trong đập nhiều, nhất là ở bản chin của đập bản phẳng, liên cầu về nền và xử lý nda cao, thường yêu cầu là nén đã Khi đó việc xử lý chủ

yếu là chống thắm ở nên bản chắn và ở chân mé trụ Nếu đập thấp xây dựng trên

nên đá yếu hoặc đất thì phải tăng kích thước bản đáy để truyền lực đều và giảm nhỏ.

ứng suất trong nén đập.

- Đập liên vòm là kết edu siêu tĩnh nên chịu ảnh hưởng rõ rệt của hiện tượng lún không đều, vi vậy yêu cầu phải xử lý nền để đạt được độ đồng đều và tinh chỉnh thể

tr thi công phúc tạp, tốn nhiễu ván khuôn, công tác din đồng thi công ở dip dap dang xây dựng thì chắn động thân đập và xói nền đập j6]

'Ngoài những loại đập chính đã trình bày ở trên, trong những điều kiện nhất định.

có thể áp dung các hình thức đập khác Các loại dip này được dé nghị áp dung do những ưu điểm nổi bật như tin dụng vật liệu tại chỗ, hạ giá thành công tình, bổ trí thi công đơn giản, rút ngắn thời gian xây dựng

Tuy nhiên các dang đập nảy thường ở mức kiênKhong cao, thích hợp vớiloại công trình nhỏ, cột nước thấp.|6]

1.1.5.2 Phân loại

“Tùy theo vit ligu xây dựng và dang kết cấu, có thé phân thành các loại sau:

+ Đập gỗ: Sử dụng vậ liệu gỗ là chỗ yêu

“Theo kết cầu có các loại: Đập cọc gỗ, đập tường chống, đập cũi 8.

Hiện nay giá thành của gỗ xây dựng không phải là rẻ Do đó các đập sử dụng nhiềusỗ như dip cũi gỗ, đập tưởng chống hầu như không còn được xây dựng Loại đập

coe a8 có thé xem xét sử dụng trong một số điều kiện nhất định.

khối đá đỗ thân đập có chuyển vị nên mặt tràn thường bị biển dạng sau mùa lũ,

công tá tu sửa phải iến hành hàng năm,

Hình 1.9: Một số dạng đập đá tràn nước.

+ Đập bằng ro đác Dũng diy thép dan thành ro trong bo đã để tạo thành đập Loại

này có cầu tạo đơn giản, gid thành rẻ và có độ ôn định cao hơn so với đập đá rồi nên

có triển vọng phất in nhiễu hơn,

+ Đập hỗn hợp bê tông, bê tông cốt thép - vật liệu địa phương: Thân đập gồm vỏ

bọc ngoài bằng bê tông, bê tông cốt thép và phần lõi bằng đất hay đá Theo kết cấu.

loại như sau

~ Đập Xen cốp: Gồm các bản và các vách dọc, ngang bằng bê tông cốt thép hoặc

«da xây, phía trong chất đầy vật liệu tại chỗ như đất, cát, sỏi đá.

- Đập đã xếp bọc bê tông: Phin lõi là khối đá xếp bên trong bọc bê tông

Sen sảng BICT

án so pm

Hình 1.10: Đập hỗn hop bê tông — vật liệu địa phương.

a Đập Xen cấp _ b Đập đủ xếp bọc bê tông

+ Đập cao su: Thân đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí

cđể tạo thành vật chin nước Thành túi được gắn chặt với bản đáy bằng bê tông cốt

thép tiếp giáp với nền Khi tháo lũ, người ta xả hết nước hay không khí trong túi cao

su ra, túi xẹp xuống bản đáy và nước chay tự do trên đó.

1.2 Tình hình xây dựng đập nói chung và đập bé tông trọng lực nói riêng

trên thể giới

Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Aitrình Thuỷ Lợi Đập được xây dựng đầu

ip đã bắt đầu xuất hiện những công.

là đập trên sông Nile cao 15m.dài

450m có cốt đá đổ và đất sét Theo con số thống kê của Hội đập cao nhất thé giới

(ICOLD) tính đến năm 2000 trên thé giới có khoảng trên 45.000 đập lớn.

Bang 1.1: Bang thẳng kê số lượng đập của các khu ve trên thé giới (2000) Châu A] Bắc My, Trung My] Tây Âu| Dang Au] Châu Phi] Châu Đại Dương)

31.340 8.010 4227 | 1203 | 1200 5m

696% 178% 94% | 22% | 26% 12%

Nude xây đựng nhiễu dip nhất thể giới là Trung Quốc với 22.000 địp chiếm

48% số đập trên thể giới Thứ hai là Mỹ có 6.575 đập Thứ ba là Ấn Độ có 4.291

Nam có.„ sau đó là Nhật Bản với 3.657 đập, Tây Ban Nha có 1.196 đập VI

gin 500 đập xếp thứ 16 trong tổng số các nước có nhiều đập lớn trên thể giới

Tốc độ xây dựng dip lớn trên thể giới cũng không đều Thống kê đập xây dựng

từ năm 1900 đến năm 2000 ta thấy thời kỳ xây dựng nhiễu là những năm 1950,

Dinh cao là năm 1970 Tình hình này cũng xủy ra tuong tự ở vùng xây dựng nhiều đập như ở Châu Á,Bắc Mg Ty Âu

Theo con số thống kê đập ở 44 nước của của ICOLD - 1997, s

15 30m chiếm khoảng 56,

đập cao"Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 13,8,đập cao hon

150m chiếm khoảng 0.1%,

loại đập của ICOLD ~ 1986 cho thấy 78% là đập đắt, đập đá 5% dip be tông trọng lực 12% đập vòm chỉ có 4%, Tuy nhiên nế xết những dp cổ

Các thống kê ví

‘chigu cao trên 100m thi tình hình lại khác: Chỉ có 30% là đập đất, 38% đập bê tôn;

21,5 đập vòm.

Cong nghệ xây dựng đập tiền bộ nên đã xây dựng được nhiều đập rất cao như đập Rogun ở TadiMivan cao trên 300m hay quy mô rit lớn như đặp Tam Hiệp ở

Trung Quốc dai 239 km,

Bang 1.2: Bang thong kê một số đập cao nhất đã và dang xây dung "Tên đập Chiều cao Loại đập Nước Sông.

Rogun 35m | Dipdit | Tajikistan | Vah

Nae 300m | Dapait | Tajikistan | Vaklsh

Xiaonan 292m | Dipvom | Chữa | LancangGrande Dixence | 285m |Betôngtonglựel Swizeland[ DixenceTu 25m | Dipvom | Georgia | MmgmiVajont 26.6m | Bip vom Hay | Vajont(Nguồn: Wikipedia.org)

“Hình 1.13: Đập Nurek (Tadjkistan)1.3 Tình hình xây dựng đập ở Việt Nam

ố đập bê tông trọng lực nhưng chỉ là những đập thấp cổ chiều cao khoảng trên Sm, có kết cầu

Thời kì trước những năm 1930 ở nước ta đã bắt đầu xuất hiện mộ:

đơn giản, thì công chủ yếu bằng thủ công, ky thuật đơn giản

Giai đoạn ti năm 1930 đến 1945 người Pháp tip tục xây dựng ở nước ta một

số đập bê tông trọng lực như đập Đô Lương (Nghệ An), đập Bái Thượng (Thanh

Héa), đập Thác Huồng (Thái Nguyên) chủ yêu làm nhiệm vụ nâng cao đầu nước để

tưới cho nông nghiệp

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, do điều kiện đất nước có chiến tranh nên

việc đầu te xây đựng các công tình thủy lợi bị han chế Trong thời kỳ này chưa có đập cao nhưng cũng đã xây dụng được một số đập thấp như dip Thác Bà, Cắm Sơn,

Da Nhim Kỹ thuật và công nghệ xây dựng ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (ci),(đập Ba Nhìn) (3)

‘Trung Quốc, ở phía Nam là của NI

Cho đến nay ở Việt Nam có khoảng trên 10.000 đập lớn nhỏ các loại tập trung

chủ yếu ở miễn Bắc và miỄn Trung trong đó có khoảng 500 đập lớn dũng thứ 16

trong số các nước có nhiễu đập cao trên thé giới Tuy nhiên sự phân bổ về loại hình

đập li không đều nhau Trong số các đập cổ chiều cao đập nhỏ hơn 100 thì đập vật

liệu địa phương chiếm tối trên 80%, đối với đập có chiều cao lớn hơn 100 m thì đập bê tông nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm tỷ lệ đáng kể, Hơn nữa, trong những năm gin diy do thiểu hụt điện chúng ta đã tiến hành xây dụng

hàng loạt công trình thủy điện với chiều cao đập tương đối lớn, da phin đều là đập

bê tông trọng lực như đập Định Bình (Bình Định), đập Sẽ San 3, Sẽ San 3A (GiaLai), đập Sơn La vv.

Hình 1.14: Dép Bái Thượng (Thanh Hỏa) xây dựng từ thời Pháp thuộc.

Theo thing kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đến năm 2002 cả nước ta đã có 1967 hỗ có dung tích từ 0.2,10'm” tử lên, Nếu chỉ tinh các hd có dung tích từ 1 triệu mỶ trở lên thì n nay có khoảng 587 hồ, chủ yếu làm nhiệm vụtưới.

Các hồ phân bổ không đều trên phạm vi toin quốc Trong số 64 tỉnh thành nước ta có đi tình thành có hd chứa nước Các hd chứa được xây dựng không đồng <u trong các thời kỳ, Tính từ năm 1960 trở về trước khu vực Miễn Bắc và Miễn

Trung xây đượng được khoảng 6% Từ năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được

khoảng 44% Từ năm 1975 đến nay xây xây dựng khoảng 50%,

Ở nước da đập vật liệu địa phương là chủ yếu Tuy nhiên gần đây đập bê tông phát triển mạnh do sự phát triển của công nghệ vật liệu xây dựng, điều kiện địa.

hình địa chit, công nghệ thi công, yêu cầu xây dựng các đập cổ quy mỗ lớn hơn và

an toàn hon

lial lÌ ÌÌii llli: PETE-/000/00/C0401/00001001/07400007.

Tỉnh, thành phố.

Hình 1.15: Biểu đỗ phân bổ hỗ chita nước trên toan quốc (2003)

số “hơn hổ chứa nướca

"Việt Nam cũng đã và dang áp dụng thành công công nghệ xây dựng đập bê tông.

đằm lin (RCC) Mặc dit áp dụng tương đối muộn nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ này đặc biệt là ở Trung Quốc, nude có các điều kiện tự nhiên

tương tự như ở Việt Nam, nên có dự ấn thủy lợi thấy điện lớn đã hoànthành hoặc đang chuin bị được thi công với công nghệ này (Thủy Điện Sơn La,Định Bình.)

Một vẫn đề đặt ra là hiện nay ở Việt Nam các vị tí có điễu kiện thuận lợi đểxây dựng đập bê tông trọng lực không còn n

tim giải pháp xây dựng đập khu diều kiện địa chất không thuận lợi Đặc biệt là ở iéu, do đó can thiết phải nghiên cứu

Miền Trung, Tây Nguyên, Tây Nam Bộ tang đá gốc nằm khá sâu hoặc có các lớp.

st đất yêu xen kẹp ting da cứng Gi pháp khả thi là sử dung móng cọc để

truyén tải trong của đập xuống nén đá cứng chắc ở phía dưới, im ting khả năng ôn

định của đập Tuy nhiên giải pháp này còn chưa được nghiên cứu đầy đủ mà mớichỉ được tính toán đưa vào xây dựng thử nghiệm.

Hinh 117: Đập Tan Giang (Ninh Thun)

Dip bê tông trọng lực (BTTL) trên nền đất yêu thường có diy rộng hơn dip

BTTL tên nền đ gốc dểự điện tích chịu tải của nền, do đó làm tăng chỉ phí

diumg, ting mức độ khổ khăn khi thiết kế Phương án xây dựng đập tên hệ móng

cọc có thể giải quyết được phần nào khó khăn đó, sử dụng hình thức đập rồng hoặc

dùng các vật liệu rẻ tiền hơn độn vào lòng dip để tiết kiệm chỉ phí

Hiện tại ở nước ta dang tiến hành xây dựng một số đập như đập Ngin Trươi

(Hà Tĩnh) có phần đập tràn xây dựng theo dang nay.

“Hình 1.18: Ho chứa nước Ngàn Trươi(Hà Tĩnh )

CHƯƠNG II: TINH HÌNH TÍNH TO.

TRONG LUC

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thức mặt cắt đập bê tong trọng lực

NÑ DAP BÊ TONG.

Bán đầu mặt cit đập bê tông trọng lực được thiết kế dạng hình thang hoặc chữ

nhật, sau này đo tiến bộ của khoa học kĩ thuật nên mặt cắt đập đã được thiết kế dạng

hình cong hoặc đa giác.

Co sở lý luận dé tính toán mặt cắt đập là đập phải đồng thời đảm bảo các yêu cầu về én định, ứng sua và ánh tế

1 Điều kiện ổn định: Đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt, lật trên mặt cắt nguy.

hiểm nhất không nhỏ hơn số cho phép Kạ > (KI

2 Điều kiện ứng suất Không chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép

thượng lưu hoặc có xuất hiện ứng suất kéo nhưng phải nhỏ hơn trị số cho phép ø„„„

3 Điều kiện kính té: Dâm bảo giá thành công tình là rẻ nhất

Các nghĩ Mặc tiêucứu cải tiến mặt cắt đập BTTL không ngừng phá trínghiên cứu là nâng cao an toàn và giảm khối lượng xây dựng đập Hình dạng mặt

cắt thực ổ của dip bê tông trọng lực tương đối da dang Trong các nghiên cửu cũng như ác tính toán thiết kể sơ bộ, các mặt cắt đập được quy vỀ dạng mặt cắt tinh toán

dang tam giác [6]

Hình thức mặt cắt đập BTTL chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tổ như: Ngoại lực tác dụng lên đập, vật liệu xây dựng, nhiệm vụ của đập, kỹ thuật thi công, điều kiện địa chất địa hình,

u về các phương án tính toán

co bản của đập BTTL,

ất cơ bản của đập ng trọng lực có dang tam giác, tải trọng tính toán bao

sẳm trọng lượng bản thân, áp lực nước, áp lực thấm Kích thước mat cắt cơ bản của

đập được xác định theo 3 điều kiện cơ bản sau:* Điều kiện dn định:

ô an toàn én định tructtrén mat cit nguy hiểm nhất pha om hơn trị số cho phép: K > [K,|

Khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở

mép thượng lưu hoặc có xuất hiện ứng suất kéo

nhưng phải nhỏ hơn trị số cho phép; ứng suất chính i

nến ở mép ha lưu không được vượt quá trị số cho

Ở trên ta chỉ mới tiến hành xác định mặt cắtta chi mới h mat cit cơ bin của đậpHình 2.1: Sơ đỗ tính toán

nh toán gồm mặt ct cơ bản và mặt cắt kinh tế "của đập BTTL dưới tác dụng của các lực chủ yếu.

nhất Trong điều kiện thự tẾ đập còn chịu tác dụng của nhiều ải trong khác như: ấp

lực bùn các, áp lực sóng, lực quán tính động đấ Khi xế tới cúc tải trọng đó đầyđập phải lớn hơn Dinh của đập không trăn nước cin phải di rộng để đảm bảo yêudu của giao thông và cấu to, phải cao hơn mực nước cao nhất ở thượng lưu đểđảm bảo không bị trần nước trong quả tình làm việc.

Đối với dip trần do yêu cầu thio nước, dinh đập được hạ thấp xung nên trọng

lượng đập giảm di một ít Mái đập hạ lưu thường có dáng cong Chân nối tiếp vớicông tình tiêu ning thường tốn cong theo một cung trin có bán kính R; hoặc do

sấu tạo tần có mũi phun nên ở chân đập ting thêm một khối lượng bê tông nằm

ngoài mặt cắt cơ bản Sự hay đổi này có ảnh hưởng dé phân bổ ứng suất trong đập

nhưng không lớn.Nói chung sự thay đổi về hình dạng của đập do các lực được xét

diy đủ hơn, hoặc do yêu cầu v cấu tao của đặp làm thay đổi tị số và sự phân bổ

ứng suất trong thân đập cũng như trạng thải én định và độ bền của đập.

Hình dang mit eit thục tẾ cia dip còn phụ thuộc vào điều kiện nổi tiếp của

đập với nỀn và bis hoặc với công trình khác Hình dang mặt cắt của đập cũng phụ

thuộc vào các biện pháp đặc biệt như tạo khe rỗng trong thân đập để giảm khối

lượng công trình đồng thời cải thiện được điều kiện tỏa nhiệt khi đỗ b tông thân

đập [6]

Hình 2.2: Mặt cắt thực tế của đập bê tông trọng lực 2.2.3 Các phương pháp tính toán ôn định đập bê tông trọng lực

+ Phương pháp trạng thái giới hạn:

Hiện nay nước ta cũng như nhiễu nước rên thể giới tinh toán ổn định và độ bền của đập theo trạng tái giới hạn thứ nhất Phương pháp này được ding để tính cho

đập xây trên nên đá cũng như đập xây trên nén đất Trong biểu thức kiểm tra, tải

trọng và khả năng chịu lực được biểu diễn bằng các đại lượng tổng quát là lực,

momen hoặc là ứng suất vì vậy có thé dùng kiểm tra ôn định chống trượt, ổn định chống lit và độ bin của dp và nén

+ Phương pháp hệ sổ an toàn chong trượi tại mặt tiếp giáp giữa đập và nên:

Dip xây rên nền đá, mặt trượt tah tần là mặt giữa đập v

trượt theo các lớp kẹp mm yêu Mặt trượt có thể nằm ngang hoặc nghiềng một góc ú với phương ngang Hệ số an toàn chống trượt được tinh theo công thúc chi xét ‘én lực ma sit rên mặt phá hoại hoặc công thức tinh đến lực chẳng cắt trên mặt phá hoại cho giá trị lớn hơn công thức chỉ xét đến lực ma sit vì vậy khi lựa chọn hệ số an toàn cho phép [K] phải chú ý đến sự khác biệt giữa hai công thức này [6]

2.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp - quan điểm tính toán và

trường hợp ứng đụng

2.3.1 Các quan điểm về lựa chon tiêu chuẩn dn định đập:

Trong các nghiên cứu về ổn định đập bê tông trọng lực có nhiều quan điểm.

khác nhau về lựa chon tiêu chuỗn ổn định đập Dưới đây trình bày một số quan

= Quan điểm 1: Nêu trên mặt cắt đập có một điểm bit ky bi phá hoại thì coi là toàn

bộ mặt cắt bị phá hoại Đây là một quan điểm tương đối cực đoan Tính toán để tìm.

được lời giải hợp lý có điểm phá hoại để đặc trưng cho phá hoại cả mặt cắt tiêu biểu

dẫn đến đập bị mat ổn định là việc làm phức tạp, không khả thi, Quan điểm nay

thường dẫn đến tăng khdi lượng công trình

~ Quan điểm 2: Khi lực ma sit trên mặt tiếp xúc giữa đập và nền không đủ khả

năng chống trượt thì đập mắt dn định Quan điểm này còn nhiễu hạn chế, chưa phản.ánh đúng tình hình làm việc của đập bê tông, thưởng chỉ phù hợp với đập làm việc

trên nền đá gốc, móng nông Với trường hợp đập trên nền dit yêu; nền hệ cọc thì

không phù hop.

~ Quam điềm 3: Lay iều chu biển hình cục hạn làm chuẩn tính toán, khi đập lầm

việc vượt quá giới han này thi coi như đập làm vikhông bình thường Quan điểmnày phù hợp về mặt lý luận tuy nhiên trả lời được câu hỏi khi nào gọi là biển hình.

cực hạn? Đây là một khó khăn, khi tính toán phái kết hợp với tiêu chuẩn cường đội

48 nghiên cứu.

~ Quan điểm 4: Tiêu chuẩn én định tạm thời Có thể hình dung tiêu chuẩn này nằm

giữa giới hạn phá hoại và không phá hoại Giới hạn tạm thời cho phép đập làm việc

đến một giới hạn phá hoại nào đó của vật liệu hoặc một phạm vi nào đó của mặt cắtxo với khả năng làm việc của vật liệu hoặc tổng thể dip vẫn còn đủ nhỏ, vẫn còn

phù hợp với các điều kiện kinh tế kĩ thuật Đây là một quan điểm tương đối toàndiện Tuy nhiên các nghiên cứu chưa hoàn thiện Vì vậy hiện nay chưa được đưa

l6]các quy phạm để tính toán thiết kế đập rộng.

2.3.2 Các phương pháp phân tích ứng suất đập BTTL:2.3.3.1 Mục dich tinh toán

Phân tích ứng suất của đập nhằm kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu,

phân vùng để thiết kế vật liệu phù hợp với từng bộ phận của đập Mục đích cuối

cùng là đảm bào được các điều kiện kinh t kỹ thuật.

2.3.3.2 Trường hợp tính toán

1 Trường hop khai thác: Đập làm việc dưới điều kiện tác dung của 2 tổ hợp lực:

- Tổ hợp lực cơ bản.

= Tổ hợp lực đặc bit

2 Trưởng hợp thi công: Đập vừa thi công xong hồ chưa có nước tác dụng Trongthực tế nhiều công tình người ta tiến hành khai thác ngay trong thôi gian thi công,

cột nước trước đập chỉ dâng đến một độ cao nào đó, trường hợp này cũng cần tiền

hành xem xét

3 Tring hợp sửa chữa: Đập đã khai thác được một thời gian, một số bộ phận

hỏng hóc cần sửa chữa lại

phương pháp phân tích ứng suất

“Trong tính toán thiết kế va phân tích đập bê tông trọng lực hiện nay thường sử

cdụng ba phương pháp tinh toần sau để phân tích ứng sắt

~ Phương pháp sức bn vật liệu:

phương pháp phân tích uyn tính, Phương pháp này đơn giản cho kết quả đủ độ tin

“on gọi là phương pháp phân tích trọng lực hoặc.

cây trong các bài oán thiết kế đập bê tông trong lực có edu tạo mặt cắt cũng như

nên không phúc tạp

- Phương pháp lý thuyết đàn hồi: Phương pháp này xem thân đập như là một mỗi

trường liên tục, đồng nhất, đẳng hướng, ứng suất và biển dạng trong phạm vi đàn

hồi của vật liệu tuân theo định luật Hook Nói chung với những đập cao các giả thiết

446 cơ bản phù hợp với tình hình thực tổ, Phương pháp này có thé giải quyết được

những vấn đề đặc bgt hư ứng suất tập tung, ứng suit nhiệt nà phương pháp ste

bên vt liga không gi quyết được

~ Phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng dụng phương pháp phần tử hữu han có thể

phân tích một cách gần đúng trạng thái ứng suất của đập bê tông trọng lực kể cả cácap có điều kiện biên phức tạp, giải được các bài toán phẳng và cả bài toán không,gian, các bai toán c6 xét đến trang thai làm việc đồng thời của mỗi trường vật liệu

làm đập và nền, Nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nên hiện

nay phương pháp nảy đang được ứng dụng một cách rộng rãi trong tính toán vànghiên cứu đập bê tông trọng lực [6]

2.3.34 Un nhược điễn và trường hợp ứng dung của các phương pháp

~ Phương pháp sức bền vật liệu:

Uir did: Tính được ứng suất biển dạng dễ ding Tính được các giá ti ơ,.,„z, gi

các điểm đăng xéc, từ đó xác định được ứng suất chính và phương chính tại mọiđiểm khác nhau.

NHược điển: Kết quả tính toán có sai số khá lớn, không phản ảnh đúng trang thi ứng suit biến dạng công trình Nguyên nhân là do các giả thiết gin đúng của phương pháp này Mat khác không thể giải quyết được ác bài toán phức tạp như có

tại lỗ, ứng suất nhiệt biển dạng nền, ứng suất tập trung, ứng sui

Trường lợp áp dựng: Do sai số lớn nền phương pháp sức bền vật liga thường chỉ

dùng để tính toán trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

+ Phương pháp lý thuyết din hồ

Uu điểm: Giải được các bài toán phức tạp như ứng suất tập trung, ứ ng sult xung

quanh lỗ khoét, ứng suất nhiệt vy mà phương pháp Sức bền vat liệu không giải quyết được Với kết cầu có dang tải và điều kiện biên đơn giản th tính toán tương đối đơn giản, áp dụng dé dàng, độ chính xác tương đối cao.

“NHược điễn: Khó thực hiện được với những trường hợp kết cầu cổ hình dang, ti

trong và điều kiện biên phức tạp, vật liêu không đồng nhất, dị hướng Không xét

được ảnh hướng biển dang của nền.

Tường hop áp dung: Phường pháp này cho kết quả chính xác hơn so với phương

pháp Sức bền vật liệu Tính toán tương đối đơn giản, dễ áp dụng song chỉ áp dụng. được cho các kết cầu có dang hình học, tải trong và điều kiện biên đơn giản.

- Phương pháp phần tử hữu hạn:

iu điền: Đây là phương pháp tổng quất giải gin ding và hiệu quả cho bi toán kỹ

thuật khác nhau, đặc biệt có hiệu quả với các bài oán có dang hình học, nh chất ở

lý, điều kiện biên và tai trọng phúc tạp Từ các kết cấu công trình din dụng, giao.

thông, thủy lợi đến các bà toán của lý thuy trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lòng, thủy khí Phương pháp này đã giải được bài toán có xét đến ảnh

hưởng của nền, tính dị hướng của vật liệu Phương pháp nảy đặc biệt tiện lợi khi

c bai toán tim ứng suit biển dang quanh lỗ khoết, ứng suit tiếp xúc, ứng suất vhuye diém: Khối lượng tính toán lớn, phức tạp không thé thực hiện tính toán bằng

tay, mặt khác việc mô hình hóa kết cầu thực vẻ sơ đồ tinh còn gặp một số khó khăn,

khi chưa thành thạo có thé gặp sai sót dẫn đến lời giải kém chính xác.

Trường lợp áp dụng: Với sự phi triển vượt bậc của công nghệ tin học, phương

pháp PTHH ngày càng chứng tỏ wu thé, giải được hầu hết các bài toán mà các.

phương pháp khác gặp khỏ khăn hoặc không thé giải được Hiện nay đây là phương

pháp được sử dung rộng rãi wong thực tế Ké cả các công trình cỡ lớn Trong luận

văn tc giả áp dụng phương pháp này để tinh toắn

24.M số van dd chưa hợp lý trong tính đập bê tông trọng lực

Dap BTTL là những công tình có khối lượng bê tông rit lớn Do vậy việc giảm khối lượng công tinh mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu rắt quan

trong Tuy nhiên trong các quy phạm tinh toán hiện nay chủ yêu sử dụng các

phương pháp tính toán gần đúng, mô hình hóa chưa sát với thực tế làm việc của. công tinh, Dẫn đến tăng khối lượng công tình không cần thiết

‘Mat khác việc lựa chọn phương án thường chỉ dựa trên việc so sinh kính t, kỹ

thuật của 3 đến 5 phương ân khác nhau nên chưa thể đảm bảo phương én chọn là tối

ưa nhất

Do vậy, yêu cầu đặt ra là phát iển các phương pháp tính toán để giảm bớt các

giả thiết gần đúng, mô hình hóa công trình sat với thực tế để giảm tối da kinh phíxây dựng công trình mà vẫn đảm bảo các yêu cầu an toàn, én định của công trình.

Hiện nay việc mô hình hóa đập bằng phương pháp PTHH giúp phân tích quá

trình làm việc sắt với thực tế hơn Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cũng din phát

tiên đễ tìm được phương én tối ưu nhất từ ii các hàm mục tiêu.

CHƯƠNG 3: PHAN TÍCH TÍNH TOÁN DAP BE TONG TREN NEN VA COC

3.1 Giới thiệu về Phương pháp phan tử hữu han (PTHH) và một số phần mềm thông dụng hiện nay

3.1.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu han (PP PTHH) là một phương pháp tính đã đượchình thành và phát triển từ những năm 1950, nhưng do yêu cầu tính toán của mộtbài toán thực tế thường đòi hỏi một khối lượng tính toán rất lớn nên việc ứng dụng

phương pháp này trước diy gặp không ít khó khăn Chỉ có đến khi cổ sự xuất hiện

của máy tính cá nhân cùng với những tiễn bộ của công nghệ tin học trong những

gần đây mới that sự cho phép phương pháp này được ứng dụng một cách phd

biến vtộng rãi Cùiới vie tính giải các đại lượng cơ học của kết cầu như biểndang, ứng suit, chuyển v PP PTHH còn là cơ sở của lĩnh vực mô phòng hóa

trong các bài toán thiết kể Thông qua sự phát triển của kỹ thuật đồ họa tin máy

tính người ta có thé mô phỏng hóa các hoạt động của kết edu; giá định vô số các

phương án tính toán để từ đô chọn lựa giả pháp tố ưu Điều này cho phép giảm chỉ

phí và thời gian cho các thí nghiệm theo phương pháp truyền thống,

Củng với sự iễn bộ cia khoa học kỹ thuật máy tinh đã trở thành một bộ phận

quen thuộc và không thé thiểu trong các hoạt động nghiên cứu cũng như ứng dung

thực tiễn Theo đó, ngày càng xuất hiện nhiều hơn các chương trình tính toán sứ.‘dung PP PTHH với phạm vi ứng dụng ngày cảng phong phố vi da dạng: Tính toán

kết cầu, tính toán nhiệt, điện từ, mô phòng, tối ưu hóa Đối với thực tế ở Việt Nam

PP PTHH cũng từng được nghiên cứu và ứng dụng khoảng 25:30 năm tr lại đây

với số lượng người tham gia nghiên cứu ngày cảng tăng nhanh, phạm vi ứng dụng

ngày càng phong phú thêm [7]

PP PTHH cũng thuộc loi bài toánphân, song khác với các phương pháp

én phân cổ điển ở chỗ nó không tim dang hàm xp xỉ của hàm cẩn tì trong toàn.i trong từng miễn con thuộc mién nghiên cứu đồ Diều nà

thuận lợi đối với những bài toán mà miễn nghiên cứu gồm nhiễu miỄn con có những

đặc tính khác nhau, vi dụ như các bài toán đập, nên không đồng chất, dip vit liệu

địa phương, địa chit nền nhiều lớp, công trình làm bằng nhiễu loại vật liệu khác

Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTH

Bước 1: Chia miễn tính toán thành nhiều các miễn con (gọi là các phn tử)

Các phần từ này được ndi với nhau bởi một số hữu hạn các mit Cc nút này có thể là đinh, cũng có thé là một số điểm được quy ước trên cạnh của phan tử.

Các phần từ thường được sử dụng là các phin tử dạng thanh, dạng phẳng dang

khối như trên hình 3.1

Bước 2: Trong phạm vi của mỗi phần tử ta giả thiết một dạng phân bổ xác định nào.

46 của hàm cần tìm như: Ham chuyển vị, hàm ứng suất, hàm biển dang

Thông thường ta giả thiết các hàm này là những đa thức nguyên mà các hệ số của da thức này gọi là các thông số Trong phương pháp PTHH, các thông số này được biểu diễn qua các tri số của hàm và có thé là trị số của các đạo hàm cửa nó tại các, điểm nút của phần tứ

= AC DESH

Phin từ thanh Phần từ phẳng Phần tử khôi

"Hình 3.1: Các phần tử cơ bản trong phương pháp PTHH

Tay theo ý nghĩa của him xắp xi mà trong các bài toán kết cấu ta thường chia

thành 3 loại mô hình

<4 Mô hình tương thich: Ứng vối mô hình này ta biểu điễn gin ding dang phân bổ

của chuyển vị trong phần tứ Hệ phương tình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình

nay được thiết lập trên cơ sở nguyên lý bién phân Lagrange.

b Mô hình cân bằng: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dang phân b6 của

ứng suất hay nội lực trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng

mô hình này được tht lip trên cơ sở nguyên lý biển phân Casigiano.

© Mô hình hỗn hợp: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bổ của

cả chuyên vị lẫn ứng suất trong phần tứ Ta coi chuyển vị và ứng suất là 2 yếu tổ

độc lập riêng bigt Hệ phương tình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được

thiết lập trên cơ sở nguyên lý biển phân Reisner-Hellinger

"Như trên đã nói, các hàm xắp xi thường được chọn dưới dạng đa thức nguyên.

dang của da thức này được chọn để bài toán hội tạ, có nghĩa là ta phải chọn da thúc

để khí tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm cận tới kết quả

chính xác.

‘Mat khác hàm xắp xi cần phải chọn để đảm bio được một số yêu cầu nhất định,

trước tiên là phải thỏa mãn các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hỗi Nhưng để thỏa mãn tắt cả các yêu cầu th sẽ rit phức tạp trong việc chọn mô hình và lập thuật toán Do đó người ta phải giảm bớt một số điều kiện nhưng vẫn đảm bio

nghiệm đạt được độ chính xác yêu c

“Trong 3 mô lình trên th mồ hình trơng thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, còn

2 mồ hình sau chỉ sử dụng trung một số ài toán nhất định

Bước“Thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán

Để thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán giải bằng PP PTHH ta dựa vào,

‘ee nguyên lý biển phân Từ các nguyên lý biến phân ta rút ra được hệ phương trình

cơ bản của bài toán có dang hệ phương trình đại số tuyến tính:

Bước 4: Giải hệ phương tình cơ ban:

Giải hệ (3.1) sẽ tìm được các ấn số tại các điểm nút của toàn miễn nghiên cứu.

Bước 5: Xác định các đại lượng cơ học cin tìm khác:

Để xác định các đại lượng cơ học cần tìm khác ta dựa vào các phương trình co

bản của lý thuyết đần hồi

PP PTHH có thé tinh toán cho cả bài toán tinh và bài toán động Trong luận văn

này chỉ tình bày PP PTHH tính toán cho trường hợp bài toán th,

3.1.2, Các quan hệ cơ bản trong một phần từ

3.1.2.1 Nguyên lý công khả di của Lagrange áp dụng cho hệ đàn hỗi.

Giả sử có một vật thé đàn hỏi có thể tích V, điện tích bé mặt chịu tải là Sp, điện tích bề mặt có điều kiện biên chuyển vị là S, (Hình

Mit khác, trong vật thể đàn hồi tuyến tinh xuất hiện nội lực và biến dang, tạo nên

thé năng biển dang của vật thể:

ở Meares, x82, cruy, thợ, ter G2

Khi đó th năng toàn phần của vật thé hà

®=U+A=U-W 35)

“Theo nguyên lý Lagrange, khi có chuyển vị khả dĩ cho phép, néu vật thé ở trang thái

cân bằng và théa mãn điều kiện biên thì thể năng toàn phần của hệ đạt giá tị dừng,

về toán học được biểu diễn ở dang:

80~W)=0 G6)

Đây là cơ sở để thiết lập phương trình cơ bản của phương pháp PTHH theo mô hình tương thích gii bằng phương phip chuyỂn vi

3.1.2.2 Ham chuyển vj và ma trận hàm dang

Như đã tình bày trong mục 3.1.1, khi sử đụng mô bình tương thích cần chọn một

ham xắp xi chuyển vị trong phạm vi phan tử Với vật liệu làm việc trong giai đoạn.

dân hỗi tuyến tinh, có thể gi thiết chuyển vị tại một điểm bắt kỳ M trong phần từ

dưới dạng một đa thức nguyên, với bài toán không gian đa thức nay được biểu diễn

ở động:

(3, 962) = 9 (8 942) +a,@,tsz)= y2 G7)

Trong đó,

t9(6.y.2) là hàm chứa tọa độ x, y, zeta điểm M bắt kỳ trong phần tử

«ua hệ số hằng của đa thức

Him u(x, y.2) được chọn sao cho vừa đảm bảo được mức độ chính xác của lời giảivita đơn giản cho việc xây đựng thuật toán giải

Gọi u,v, là các thành phần của chuyển vị u theo phương của các trục tọa độ thì biểu thức (3.7) có thể được viết ở dạng ma trận:

Trong dé [A] là ma tin chứa các ma trận [M] đã thay x,y, Z lần lượt bằng tọa độ cụ

thé của các điểm nút của phẫn từ.

“Từ (3.9) rất ra

Â&]=IAI 4A), 6.10)

Thay (3.10) vào (3.8), được chuyển vị {u} tại điểm M bắt kỳ trong phần từ biểu diễn qua chuyển vị nút {4}, của phần từ: