Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực theo các hệ tiêu chuẩn khác nhau ứng dụng cho đập Bản Chát

LỜI CẢM ƠNLuận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “ Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trong lực theo các hệ tiêu chuẩn khác nhau” được

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài

“ Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trong lực theo các hệ tiêu chuẩn khác nhau” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả của phòng Đào tao ĐH&SĐH, khoa công trình cùng các thầy, cô giáo, các bộ môn của trường Đại học thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo:

GS.TS Nguyễn Chiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới:

Phong Đào tạo DH va SDH, khoa công trình, các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy trực tiếp Cao học của trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội đã tận tình giúp đỡ

và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập chương trình Cao học cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên

Công ty Cổ phan Tư van Xây dựng Sông Đà đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian

thực hiện luận văn này.

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động khích lệ tỉnh thần và vật chất đề tác giả đạt được kết quả như ngày

Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN THIẾT KE MAT CAT DAP.

2.1 Mặt cắt kinh tế 19 2.1.1 Yêu cầu của mặt cắt kinh tế 19

2.12 Cách xác định mặt ct kinh tế »

2.2 Yêu cầu én định đối với đập bêtông trọng lực 20 2.3 Giới thiệu tiêu chuân Việt Nam (14TCN 56 - 88) [1] 21 3.3.1 Tải trong và tổ hợp tải trọng 21

2.32 Các điều kiện chẳng trượt, lt và điều kiện bên 5] 24

2.33 Cách tinh các le theo tiêu chun Việt Nam, 26

2.4 Thiết kế mặt cắt đập theo iêu chuẳn Mỹ, 30

2.4.1, Các 8 hop tải trong [14] 31

2.42 Kiểm tra các điều kiện ôn định, 33

2.43 Tính lực theo tiêu chuẫn Mỹ 37 2.5 Những điểm khác nhau của 2 hệ tiêu chuẩn 38

2.6 Kết luận chương 2 38

3.1 Giới thiệu công trình [7] 40 3.11 Vi tí công 40

3.1.2 Nhiệm vụ công 40 3.1.3 Cấp công trình AL

3.2 Tinh toán mặt cắt đập theo tiêu chuẩn Việt Nam 44 3.2.1 Cae thông số đầu vio 44 3.22 Các tổ hop ti trong tính theo tiêu chuẳn Việt Nam: “4 3.2.3 Khi vùng xây dựng không có động dit: 4 3.24 Khi vũng xây đựng có động đắt cắp 8 51

3.3 Tinh toán mat cắt đập theo tiêu chun Mỹ: 443.3.1 Giới thiệu phần mềm CADAM 54

3.32 Tổ hop ti trong tính toán 55

3.33 Khi vũng xây đựng không cỏ động đất 373.34, Khi vũng xây đựng có động dit 593.4 Phân tích kết qu tính ton 603.5 Kết luận chương 3 6Chương 4 KET LUẬN - KIEN NGHỊ,

4.1 Các kết quả đạt được của luận văn 6

4.2 Một số điểm tồn tại 65 4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu, 6S TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67

Hình 1 Một số ảnh của các đập đầu tiên trên Thể Giới

Hình 2 Đập Pleikrong tỉnh Komtum,

Hình! 3 Đập Định Bình tinh Binh Dinh

Hinh1 4 Đập Sơn La tinh Sơn La

Hình 5 Đập Ban Chat tinh Lai Châu

Hình 2- 4: Sơ đỏ áp lực day ngược (TCVN)

Hình 2-5: Ap lực nước tăng thêm khi có động đất

Hình 2- 6: Vị trí của hợp lực rong các trường hợp.

Hình 2- 7: Hình dang mặt trượt gy

Hình 2- §: Sơ đồ tính ổn định

Hình 2- 9: Vị tí của hợp lực trong các trường hợp

Hình 2- 10: Ap lực diy nỗi (TC Mỹ)

Hình 2- 11: Các phương ân mặt cất nghiên cứu

Hình 3 1: Sơ đồ tính toán của phương án mặt c

Hình 3, 2: Sơ dé tính toán của phương án mặt cắt 2

Hình 3 3: Quan hệ A fin)

Hình 3 4: Quan hệ A ~f[n)

Hình 3, 5: Sơ đỗ tính toán cho mặt c

Hình 3 6: Sơ đỗ tính toán cho mặt cắt 2

2 l2 l3 l3

Is 19 20 26

28

30

34 34 35 36 37

SaaS

3 37 38

Bảng Ì- 1: Số lượng dip BTDL tại các nước rên thể giới tinh đến 12/200 [S]10

Bảng Ì 2: Một số dip bê ông trọng lực đã và dang được xây dựng [J 11 Bảng I- 3:Các hư hong có thé gặp ở đập bôtông trọng lực 7

Bang 2 1: Các thảnh phần lực đối với cde trường hop 23Bang 2 2: Hệ số a’ = hy/H và a” = h/H 28

Bang 2 3: Hệ số động đắt 2 Bang 2 4: Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẳn My 33

Bang 2 5: Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 36

Bảng 2 6: Gia tốc động đất theo tiêu chuẩn Mỹ 37

Bang 3- 1: Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình 42

Bang 3- 2: Các đặc tinh vật liệu và nền 44Bang 3- 3: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 1, không có động đất 4sBang 3- 4: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 2, không có động đất 49

Bang 3- 5: Hệ số Kmin cho mặt cắt giảm yếu, không có động 50 Bảng 3- 6: Hệ số Kmin cho phương án mặt cắt 1, có động đắt SI

Bang 3-7: Hệ số Kmin cho phương án mat cắt 2, có động đắt 5

Bảng 3- 8: Hệ số Kmin cho mặt cắt giảm yếu, có động đắt 33

Bảng 3- 9: Kết quả tính toán trường hop m=0.75 (chi tét xem phụ lục ) 57Bảng 3-10: Két quả tỉnh toần trường hợp n2=0.3, m2=0.83 (Chi tết xem phụ

lục 6) 58 Bảng 3 11: Kết quả tính toán trường hợp mÌ=0 78 59

4,m2=0.83 60 Bảng 3- 12: Kết quả tính toán trường hợp n:

1 Tính cấp thiết cũa đề t

“Trong công trình (hủy lợi, thủy điện, đập dâng là một hang mục công trình lớn

cả về quy mô và tim quan trong Đập đảng được xây dựng nhằm mục đích đảng

nước tạo hồ chứa, đảm bao cho lắy nước tưới hoặc phát điện

Đập bê tông trọng lực là đập bêxtông khối lớn Đập duy trì én định nhờ trọnglượng của khối bétOng thân đập, Là đập bêtông khối lớn nên trong thời kỳ xâydụng do qué trình thủy hóa ximing lim nhiệt độ của bétOng tăng, lâm giảm tốc độ

thí công đập Để khắc phục nhược điểm nảy ngày nay người ta đã đưa vào công

nghệ méi- công nghệ dm lin RCC

Dap bê tông trong lự thi công theo công nghệ đầm lin RCC đã được áp dung

nhiều ở nước ta trong thời gian gần đây Bêtông đầm lăn là một phương pháp thi

công béténg kiểu mới nó cho phép rút ngắn thời gian thi công công trnh Bêtông

tầm lăn (RCC) là loại hỗn hợp b tông được trộn với một tỉ lệ nước rit nhỏ Hỗn.

hợp này được thi công bằng cách rãi thành từng lớp có chiều diy khoảng trong

khoảng 0.320.6 m Trong quá trình thi công không xử lý tốt tiếp gi áp giữa cde lớpbétOng thì lục ma sắt tiếp xúc giữa các lớp không đủ khả năng chống trượt gây mắt

n định đập Do đó.

ứng suất của đập bê tông đầm lăn theo lớp Vì vậy để đảm bảo an toàn cho dip

i với đập bêtông dim lăn cần phải phân tích tính én định và

trong quá trình vận hành ta cin áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn khác nhau (tiêuchun Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ) để có thể xét hết các tổ hợp ti trong và độ bên

của vật liệu mặt phân cách.

Khi thiết xế xây dựng đập ngoài việc dim bảo én định về cường độ, ôn định

chống trượt phải đảm bảo khối lượng vật ị ĐỂ thỏa manxây dựng đập lait

điều kiện dn định, chiều rộng đáy đập càng lớn cảng an toàn, đồng thời mái thượng

lưu nên làm nghiêng (n >0) để lợi dụng trọng lượng nước trên mãi thượng lưu, tăng cường 6n định đập Tuy nhiên mái thượng lưu quả thoải thi sẽ không có lợi cho việc

khống chế ứng suất kéo ở mặt hạ lưu đập và sự ổn định tại mặt cất giảm yêu đặc

biệt là với đập bê tông dim lăn, Ngược lại nếu chọn hệ số mái thượng lưu (n) nhỏ'

thi khả năng xuắt hiện ứng suất kéo ở mặt thượng lưu là lớn đặc biệt là khi hỗ đầy

nước và có động đất.

Š ti “Nghiên cứu xác định mặt cit cơ bản cña đập bể tông trọng lực

chuẩn khác nhau” là hết sức cần thiết nhằm giảm chỉ phí xây dựng

mà vẫn đảm bảo an toàn kỹ thuật

II Mục đích của đề tài:

~ Nghiên cứu xác định mặt cắt cơ bin của đập bê tông trong lực.

~ Nghiên cứu ôn định của mặt cắt lựa chọn theo các hệ tiêu chuỗn khác nhau

Ứng dung tính toán cho công trình thủy điện Bản Chit

IIL Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Điều ta, thống kẻ và tổng hợp tải liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước có iên quan đến để ti

- Lựa chọn phương php tính tần, mô hình tính oán và phần mềm hợp lý đểtính toán cho mặt cắt đập

Bin Chit

~ Ứng dung tinh toán cho đập của công trình thủ đi

TY KẾT quả đạt được

- Tổng quan về xây dụng đập bê tông tong lục và vấn đề đánh giáan toàn đập

~ Phương pháp và quy trình tính toán mặt cắt đập bê tông trọng lực theo tiêu

huấn Việt Nam và tiêu chin Mỹ

~ Ứng dụng tính toán mặt cắt hợp lý của đập Ban Chat,

+ Kiến nghị dạng một cất hợp lý của đập bê tông trong lực trong từng trường

hợp cụ thể

VAN DE THIẾT KE MAT CAT DAP.

1.1 Tình hình xây dựng đập bêtông trọng lực.

Dap bêtông trọng lực là đập có khối lượng bêtông lớn Đập duy trì én định

nhờ trọng lượng của khối bêtông.

Loại đập này cổ tu điểm là kết cfu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn

đình cao có thé ding để trin hoặc không trin nước Chính từ những ưu điểm nêu trên nên đập bêtông trọng lực sớm được sử dụng trên toàn thể giới.

Dap bêtông trong lực cổ từ 100 năm sau công nguyễn ở Ponte dĩ San Mauro

ap đầu tiên cao 15m được xây dựng khi chưa có cơ sở lý luận Từ năm 853 khỉ thiết kế và xây dựng đập bét6ng trong lực đã bất đầu có lý luận thực tiễn rên hai chuẩn: cường độ và én định trượt Tir năm 70 - 80 của thế ky XX đập bêtông trọng lực bit đầu phát a n mạnh, cứ và ba ngày lại có một đập mới được xây dụng

Theo con số thống ké của hội đập cao thể giới (ICOLD) thi ở Mỹ đập bêtôngtrong lực chiếm 34,5% tổng số các loại đập, ở Nhật 83%, ở Ý 51%, ở Tây Ban Nha

lớn nên dễ sinh ra ứng suất nhiệt trong thân đập và các biển dạng nhiệt Những,

nhược điểm nay đặt ra sự cần thiết phải tim ra các biện pháp cải tiến đập bêtông.trọng lục khối lớn Năm 1970, M.Rapher người Mỹ giới thiệu về "đập trong lực

tối ưu” lần đầu tiên đã ra phương pháp dùng máy dim nén và vận chuyỂn co giới

của đập đất đá, dùng vật liệu cấp phối hạt thô tự nhiên trộn với xi măng đầm nén tạo.thành thân dap, cường độ kháng cắt của nó tăng lên nhiều so với đập dit đá lâm cho

mặt

thống có thể rút ngẫn thời gian hi công giảm giá thành công tinh và đến năm 1972

ft ngang thân đập giảm nhỏ di, đồng thời so với đập bê tông trọng lực truyền

dùng đầm rung đầm nén bê tông, hình thành khái niệm sơ bộ của đập béténg dimlan, Đập bêtông dim lăn là đập làm bằng bê tông với công nghệ đầm lăn Bêtôngđầm lăn là một hỗn hợp gồm cốt liệu (đá, cát, sỏi), xi măng và các phụ gia được

trộn trước với một độ âm cho phép vận chuyển, đỗ bằng phương tiện thi công giống như vận chuyển đất đá và làm chặt bằng máy đầm lăn rung Cho tới nay, đập BTĐL.

được thi công xây đựng ở nhiều nước trên thé giới, ở nơi có nhiệt độ môi trườngthấp cho đến nơi có nhiệt độ môi trường cao và có thé tong cả những vũng thường

Hình) 1 Một số ảnh của các đập đầu tiên trên Thé Giới

"Bảng 1-1: SỐ lượng dip BTDL tại cic nước trên thế giới tình đến 12/200 18]

_ In T6aNhớc | a | RO | dip | | TênNước fanniy | Re | dip

Châu Âu Châu Phi

Ổ Việt Nam các đập đã được xây dựng trước đây chủ yếu là đập đất, đập đá

đổ, đập dit đá hỗn hợp, còn đập bêtông chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ Đập bêtõngtrọng lực bắt được xây đựng tương đối nhiễu trong khoảng gin chục năm gì

đây, Đập Tân Giang thuộc tinh Ninh Thuận cao 39,Sm được xem là đập bêtông trọng lực đầu tie đo ngành thủy lợi nước ta tự thì

năm 2001 Cho đến năm 1995 Bộ Thủy lợi mới quan tâm đến công nghệ bê tông

A thi công đã hoàn thành

dim lăn So với thể giới công nghệ RCC của Việt Nam phát triển tương đối muộn,nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của nó va đặc biệt tai nước ling giềng TrungQuốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rit nhiễu dự

ấn thủy lợi, thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ nay.

Cuối năm 2003, Bộ Công Nghiệp đã ra quyết định phê duyệt thiết kế kỳ thuật côngtrình thủy điện PlêiKrông tai tinh Kon Tum tong đỏ phần đập b tông được thisông bằng công nghệ bê tông dim lan với chiễu cao đập lớn nhất 71 m, khối lượng

bê lông RCC là 326 000 m3 trong tổng số 573 000 m3 bê

Hiện nay nhiều dự án lớn đang được rất ké va xây dụng theo phương in đập

lông các loại.

"bêtông trọng lực - bêtông đảm lăn

"Bảng 1-2: Một số đập bê tông wong lực đã và đang được xây đụng [8]

TT Ten đậi Địađiểm | H max | Công nghệ xây dựng

T Tông Sông Bình Thuận 4 BT thường

2 Dinh Bình Bink Dinh sử BT dim lin

3 PieiKrông Konium 78 BT dim lin

4 Som La Son La IS BT đầm lấn

5 Bản Về Nghệ An n5 BT dim lin

6 ‘A Vương Quảng Nam 100 BT dim lin

7 lua Na Nghệ An EJ BT thường

8 Ding Nai Dik Nông nộ BT đầm lin

9 Đồng Nai 4 Dik Nong 129 BT dim lin

10 — Nude Trong Quing Ngãi R BT dim lin

" Bản Chất Lai Châu 126 BT dim lấn

Hình] 2 Đập Pleikrong tỉnh Komtum

Ban đầu mặt cắt đập bêtông trọng lực được thiết kế dạng hình thang hoặc hình.chữ nhật, sau này do tiền bộ kỹ thuật các đập đã được thiết kế dạng hình cong hoặc

da giác,

£

Hình) 6 Một số dang mat edt cơ bản

4 Mặt cắt ngang đập có dạng hình tam giác có hệ số mái thượng lưu là mi,

hạ lưu là m2 (hình a) Đây ki dạng cỗ điển nhất của mặt cắt đập, nó phủ hợp với tỉnh.hình chịu lực của đập (áp lực nước xô ngang cũng có biểu đồ phân bổ dạng tam

giác) Việc chọn ml nhằm lợi dụng thêm một phần trọng lượng nước đề lên mái thượng lưu làm tăng thêm én định cho đập

b Mặt cắt ngang dip dang đa giác (hình b, , d {): tuỷ theo các điều kiện

chịu lực cụ thể (cao trình bùn cát, mực nước hạ lưu, áp lực sóng gi , tác động của động đắc.) mà có thé sử dụng một trong các dạng này để tăng tính hợp lý (tin dụng hết khả năng chịu lực của vật liệu tại mỗi mặt cắt, giảm khối lượng đập ).

Dang mặt cất trên hình b là khá hop lý, được sử dụng nhiều nhất, để bổ tri kết hợp

giữa phần đập trăn và không tràn, thuận tiện cho iệc bổ tí bệ đặt lưới chin rác vàcửa van của ống tháo nước dưới sâu Các hình thức e, đ, e được sử dụng để thỏa.mãn đơn thuần vé ôn định của đập hoặc ứng suit ở mép in thượng hạ lưi đập mã

không làm cho khối lượng đập tang lên quá nhiều

Co sở lý luận để tinh toán mặt cắt đập là đập phải đảm bảo ôn định về cường

4, ôn định chồng trượt và khối lượng xây đựng đập là ít nhất

“Các nghiên cứu cải tiễn mặt cắt đập bêtông trọng lực không ngờng phát triểnMục tiêu nghiên cứu là nâng cao an toàn và giảm khối lượng xây đựng đập Hìnhdang mat cắt thục tế của đập bêtông trọng lực tương đối da dạng Trong nghiên cứu

cũng như trong tinh toán thiết kế, các mặt edt đập được quy 8 dạng mặt cắt tính

toán Mặt cất được ding phổ biển nhất trong nghiên cứu là mặt cắt dạng tam giác.

"Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý luận tính toán đập ngày cảng phát

wi và hoàn thiện, kích thước và hình dang đập ngày cảng hợp lý, độ an toàn đập

ngày càng được nâng cao.

Thập kỷ 30 + 40 của thập ky 20, tỷ số giữa đây đập B và chiễu cao đập H bằng

Các hư hong thường gặp ở đập bếtông trọng lực là hư hỏng tổng th, hư hỏng

vởng độ, hư hỏng về biển dang đường biên và các dạng hư hỏng khác Các

dang hw hông có thé xếp loại A, B, C, D để dB ding trong việc phân tich nguyên

nhân hư hỏng từ đó đưa ra tiêu chuẩn đánh giá an toàn và các bài toán phân tích phi

hợp.

A: Hư hỏng tổng thể

B: Hư hong về cường độ, cục bộ

CC: Hư hỏng về biển dang đường biên

D: Các hư hồng Khác

Hình thức mắt ôn định tổng thể

Trượt theo mặt nào đó, thường là mặt đáy đập tiếp xúc với nén hay mặt phẳng

đã qua day của các chân khay (trong trường hợp dip có chân khay cắm sâu vào

nên) Trường hợp nền đá phân lớp thì cin xét thêm mặt trượt đi qua các mặt phân.

lớp - là nơi các đặc trưng chống trượt của dé giảm nhỏ so với mặt trượt qua đácác khối đỏ, ) cần xét thêm mặt trượt qua các vị trí này Tay theo đặc điểm bổ trí

n khối Khi thân đập có các vĩ tr giảm yếu (khoếtlỗ, mặt ngang tiếp giáp giữa

công tình và cấu tạo nền mi mặt trượt có thé nằm ngang hay nằm nghiêng (nghiêng

về phía thượng lưu hoặc hạ lưu).

Lit theo trục nằm ngang dọc theo mép hạ lưu của một mặt cắt nào đó, thường

là mặt đầy đập

én dip bị phi hoại hi tị số ứng suit từ đập truyễn xuống vượt quá sức chịutải của nên Trong trường hợp này, phải thay đổi ình dạng mặt ít đập hoc tăng bŠxộng đáy đập để điều chinh lại phân bổ ứng suất dưới đáy đập

Hình thức mắt định cục bộ

Dưới tác dụng của ngoại lực, các điểm trong thân đập sẽ xuất hiện ứng suất pháp và ứng suất tiếp, Khi một bộ phận nào dé của đập (chủ yếu là ở chân mặt thượng, hạ lưu đập) phát sinh ứng suất k ứng suất nền hoặc ứng suất cắt vượt quảsức chịu tải của vật iệu thì ving đồ bị nứt nẻ Tình hình chịu lực tăng dn, ứng suất

tập trung cảng lớn ở lân cận và vết nứt phát triển lảm tiết điện chịu lực thu hẹp dẫn.

Ứng suit cảng tăng, đến một lúc nào 46 vượt qua giới hạn nhất định, công trình sẽ

bị phá hoi Trong trường hợp này từ sự phá hoại cục bộ dẫn dén phá họại toàn đập

'bêtông trọng lực,

Bang 1- 3:Các Ine hỏng có thể gặp ở đập bôtông trong lực

l Xếp | Hướngphântíhnguyên | Tiêu chuẩn

Dang hư hing p h

loại nhân đánh giáTũng đoạn thânđậpbị | | ĐavwgtdisevditMitkếhoie |

xế dịch về phía hạ lưu do trong quá trình thi công bàiThin đập bị nghềng về | | Dodichitnônkhôngđồngmấ | 1p

phía thượng hoặc hạ lưu hoặc do thi công nà tên

Đỉnh đập thấp so với Do lún không đều hoặc do tỉ

thiết kế “ công [abu

Ấn không đề Lớn không đều, khớp nỗi không | [A]u„ kiểm.

Tip king db doe | A | fu kia

Bị đây nỗi A | Thânhôấp Ive đấy ngược Khu

tất tra ay Dong chảy vận tốc lớn, nhám Tiêu chuân

Mặt trin bị xâm thực vin ne

‘Mat đập bi nứt A,B | Cường độ về nhiệt lún không đều | [A]u, on oe

Cickich

đi lòng đã sch thước eke bộ phan vitw nane | thớt họp ý

'Xói lòng dẫn hạ lưu © | Kích hước các bộ phận iều nông | lu này

Liêu năng

si chân dap wan đề Kiếm ta XXối chân đập tn tiêu cmetittes Ta

nang bằng dong phạm Dane thing đng it lệ | dng so hỗ

Rồn nước Do nt bề mặt hoặc thi công khớp

nối

1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu.

"Việc nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực trong luận văn này được giới hạn trong phạm vỉ sau:

Nghiên cứu trong phạm vi bài toán phẳng cho mặt cắt đập bê tổng trong lựcccủa đoạn đập có chiều đài đơn vị (1 m) trên nén đá,

"Nền công trình là nền đá gốc, mặt trượt nằm ngang và chưa xét đến anh hưởng.

của nền,

Cơ sở nghiên cứu tinh toán theo tiêu chuẩn thiết ké công trình thuỷ hiện hành của Nhà nước và ngành Thuỷ Lợi Việt Nam và tiêu chin Mỹ,

1.5, Kết luận chương 1

Dip bêtông trong lực phát tiển từ tắt sớm và ngày cảng được sử dụng nhiều

trên thé giới Đặc biệt với sự ra đời của đập bêtông dim lăn thi hầu hết các đập có.chiều cao lớn éu áp dụng hình thức đập này Đập cảng lớn thi càng cần độ an toàn

cao và tiết kiệm nguyên vật liệu giảm giá thành.

Tir sự phân tích những hư hỏng có thể gặp của đập bêtông trong lực ta thé {ip bêlông trọng lực thường bị hư hỏng tổng thé mà nguyên nhân chủ yêu là trong quá trình tinh toán thiết kế chưa lựa chọn được mặt cắt dap hợp lý:

‘Voi sự phát triển của khoa học kỹ thuat thì hình dang mặt

mặt cắt đập thi đập

vita phải đảm bảo điều kiện ổn định, ứng suất vừa phải đảm bảo điều kiện kinh tế

đập ngày cảng.

phong phú và hợp lý, độ an toàn được nâng cao Khi thiết

Day luôn là bai toán khó nhưng điều kiện an toàn đập luôn được đặt lên hằng đầu.

Do dé trong quả trình tỉnh toán lựa chọn mặt cắt dip không chỉ áp dụng tiêu chuỗn Việt Nam mà cần áp dụng tiêu chuẩn của các nước tiên tiến và trong phạm vi luận

văn này chỉ xét đến tiêu chuẩn Mỹ

Hiện nay có nhiều phần mềm có khả năng tinh én định và ứng suất đập Phần

mim CADAM được lựa chon làm công cụ nghiên cứu cho luận vin này

“Chương 2 CO SỞ LÝ LUẬN THIET KE MAT CAT BAP.

2.1, Mặt cắt ánh t

2.1.1 Yêu cầu của mặt cắt kinh tễ

Mặt cắt kinh tế phải đảm bảo những,

điều kiện sau đây

+ Điều kiện ôn định : đảm bảo hệ

số an toàn ổn định trượt trên mặt cất

nguy hiểm nhất không nhỏ hơn tị số — +

cho phép

+ Điều kiện ứng suai khống chế “

không để ứng suất kéo ở mép thượng.

lưu hoặc xuất hiện ứng suất kéo nhưng

nhỏ hơn cho phép; ứng suất chính nén.

mép hạ lưu không vượt quá tị số cho

phép .

+ Điều kiện kinh tế : dim bao inh 2-1> Hình dang mặt edt kính té

khối lượng công trình là nhỏ nhất

2.1.2 Cách xác định mặt cất kink tế:

+ Giả thiết các số & như = 058 = 1s B= 02:6

+ Với mỗi & giả thiết nhiều tj số n, dựa vào yêu cầu én định chồng trượt

=03

K > [Ke] xác định được m ứng với mỗi n Vẽ quan hệ m = f¡(n) ứng với mỗi š

+ Ứng với mỗi cap ma của bước 2 tinh ứng suất chính biên thượng lưu và

lập quan hg c= fa) tính điện ich mặt cất đập và hit lập quan bệ A = Em)

+ Dựa vào các quan hệ m= fi(n), ø'¡= y(n), A hín) chọn được cặp mn vừa

thoả mãn điều kiện ôn định, điều kiện ứng suất lại kinh tế nhất (ứng với mỗi È)

+ Lap lại các bước trên cho các giá trị š khác nhau ta tìm được các tỏ hợp.

nm thoà mãn điều kiện dn định và ứng suất Chọn tổ hợp cho giá tỉ Anu được

mặt cắt kinh tế.

É +

ey eB ew

Hình 2- 2: Cách xác định mặt cắt kinh té2.2, Yêu cầu ôn định đối với đập bêtông trọng lực

Đuối tác động của tổ hop tải trong, đập bêtông trọng lực phải thỏa mãn các,

diều kiện an toàn chống trược chống lt vi an toàn về cường độ nền

‘Cac tính toán dé kiểm tra an toàn về trượt được thực hiện đối với các mặt tiếp.xúc giữa đập và nén hoặc đối với mặt phẳng dưới đáy đập, An toàn vé trượt được

phân tích ở mặt tiếp xúc giữa đập và nén hoặc mặt phing gây có thể hình thành

trong nén mồng

Ủng suất phát sinh ở đập và nén không vượt quá ứng suất giới hạn thiết kế của vật liệu làm đập hoặc đá nên.

Đập bêtông đồ lăn ngoài các tính toán như nêu trên côn phải kiểm tra các

điều kiện ổn định ở mặt iếp xúc giữa các tằng có thé hình thành khe lạnh trong thi

Giới thiệu tiêu chuẩn Việt Nam (14TCN 56 - 88) [1] :

2.3.1 Tai trọng và tỗ hop tai trọng.

23.1.1 Tải trọng tác dung

1 Tải trọng và tác động thường xuyên.

- Trọng lượng bản thân công trình và thiết bị đặt trên đập.

- Lực tác động của nước bao gầm: áp lực thủy tĩnh và áp lực thắm ứng với

thượng lưu là mực nước dâng bình thường (MNDBT), hạ lưu là mực nước tương,

ứng.

~ Ap lực đất của khối dat ở thượng, hạ lưu đập

2 Tải trong và tác động tạm thời

Ấp lực bin cát hing dong trước đập

+ Tác động của nhiệt với năm có biên dao động trung bình của nhiệt độ trung

Đình tháng

3 Tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn

+ Lue tác động của nước khi mực nước thượng lưu ứng với mực nước lũ thết

kế (MNLTK), hạ lưu ứng với lưu lượng xa thiết kể, thiết bị chống thắm và tiêu thoát nước lim việc binh thường

~ Ap lực sóng do gió có vận tốc bình quân nhiều năm tính với MNLTK

thiết bị khác.

= Các tải trọng do thiết bị nâng, bốc đỡ, vận chuyển

~ Các ải trong do neo buộc tu huyển, va đập của vật ồi

4 Các tải trọng và tác động đặc biệt.

- Lực tác động của nước khi mực nước thượng lưu là mực nước lũ kiểm tra

(MNLKT) và mực nước hạ lưu tương ứng, Ì ất bị chống thắm, tiêu nước lâm việc

«Ap lực sông cỏ vận tốc giỏ lớn nhất nhiều năm cổ tin suất >2, mực nước

hồ ở MNDBT

2.3.1.2 Cúc tổ hop tải rong

Theo tiêu chun Việt Nam tính toán ổn định theo hai tổ hợp ải trọng à tổ hop tải trong co bản vàtổ hợp đặc biệt

Tả hợp tải trong cơ bản gồm các tải trọng và ác tác động thường xuyên, tamthời dai hạn, tạm thời ngắn han ma đập có thé cùng tiếp nhận cùng một lúc

“Tổ hợp ti trong đặc biệt bao gồm các tải trọng và tic động đã xét rong tổ hợp

sơ bản nhưng một trong hai ải trong đó được thay thé bằng ti trọng hoặc tác động

đặc biệt Trường hop tải trọng cơ ban có xét thêm ti trọng động đất hoặc chin động

do vụ nỗ cũng xét vào loại ổ hợp đặc biệt Các tổ hợp ti trong tương ứng với các tinh toán như sau

+ Các thết bj chống thắm và thoát nước hoại động bình thường

tin suất thiết ké pry, mực nước trong hồ là mực nước lũ thiết

~ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng xả qua trần Quuazpc

'Tổ hợp đặc bi

“Tổ hợp đặc bi

đặc biệt, Có các trường hợp như sau.

bao gm các tải trong như tổ hợp cơ bán và thém một ti trong

+ Dường hop

Khi cửa van đồng, mục nước hồ là MNDBT,

+ Xuất hiện động dt

- Các thiết bị chống thim va thoát nước hoạt động bình thường

tường hop

- Khi hỗ xã lũ với tn suất kiểm tra Per, mục nước hb là mực nước lũ kiểm tra

(MNLKT)

~ Các thiết bi chống thắm va thoát nước hoạt động bình thường

~ Mựe nước hạ lưu ứng với lưu lượng xà qua trin Que

+ Trường hợp.

+ Khi cửa van đồng, mực nước hd là MNDBT.

~ Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng Quin.

- Thiết bị chống t hoặc thoát nước làm việc không bình thưởng.

Dựa vào các trường hợp tính toán trên ta có bảng tổng hợp các thành phần

lực cho các trường hợp như sau :

"Bảng 2.1: Các thin phan lực đối với các trường hop

Tíh | G | HI | H2 [Hồ | hi | h2 | hà Upi | Up2 [Ups] Ups] Be] S |ĐĐỊL

BRESKE + + xị+

zịa+ + B + + [> + 3|*|+ + + +Ìxrị+

ate + + + aye +s|]x|+ + | fete

Trong đó:

+ HI, H2, Hồ : Ap lực thuỷ tĩnh của nước hỗ lên mặt thượng lưu công trình

ứng với MNDBT, MNLKT, MNLTK.

© h1, h2, hề : Ap lực nước ha lưu ứng với các trường hợp van đóng hoàn toàn.

(Cag) xã lĩ thiết kế, xã lã với tận suất kiểm trụ

+ Upl, Up2, Up3, Up4 : Ấp lực diy ngược trong các trường hợp MNDBT,

MNLTK, MNLKT, khi MNDBT và màng chống thắm và thiết bj thoát nước hỏng.+ Be, S,L : Lin ot là áp lực bùn cát, sóng, ải trong động do xã lũ

+ DD : Tải trong tác động do có động đất, bao gồm :Wy ; Wae ; F

2.3.2 Cúc điều kiện chồng trượt, lật và điều kiện bền [5] :

+, (im) : Chỉ tiêu cơ lý lớp đá sit đấy đập

+ [Ke] Hệ số an toin trượt cho phép 2.3.22 On định chống lật

Dap sẽ không bị lật khi thoả mãn điều kiện sau đây

IMa y `

Ki Su >IKel (2-2)

Trong đó

+ Mạ: (1) : Tổng mô men chống lat tinh với trục qua mép hạ lưu đập

+ Mu (T) : Tổng mô men gay lật tính với trục qua mép hạ lưu đập.

+ [Ke] : Hệ số an toàn lật xác định như ôn định trượt

3 Công thức tính hệ sé an toàn theo tiêu chuẩn:

Được tinh theo TCXDVN 285 ~ 2002 [5]

Theo tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam hiện nay tính toán hệ số an toàn ôn định

(trượt, lật) và độ bin của công trình theo trang thái giới hạn thứ nhất.

m R

HN các Rhoậc K= IK]

Trong đó:

ne: hệ số tổ hợp tai trọng.

“Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất

nị = 1,00- đối với tổ hợp tải trọng cơ bản,

0,90- đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt

1, = 0,95 ~ đối với tổ hợp tai trong trong thời kỳ thi công và sửa chữa

Nit: trị số tính toán của tải trọng tổng hop.

m: hệ số điều kiện lam việc.

R: trị số tính toán của sức chịu tai tổng hợp của công trình hay nền

Kn: hệ bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình K, được.

xác định theo cắp công trình:

125 Công trình cấp II lấy: Kn =1,20.

Công tinh cấp Lấy: Ki

Công trình cắp TIT, [V và V lẫy : Kn = _

[KJ số an toàn chống trượt cho phép

K: hệ số ôn định trượt tính toán

+ EMu(T.m): ting mômen của các lục đi với trọng tim mặt cắt tính toắn

(Qui edu của ứng suất trong luận văn này như sau

+ Ứng suất nén mang đẫu (+)

¬ Ứng suất kéo mang đẫu )

Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nén the điều kiện sau đây

Øua„ SR„/[Kc] và lain! > Rư/[Ke] (2-4)

+ [Kel : Hệ số an toàn cường độ (tinh như trường hợp én định trượi)

+R, (Tim) : Cường độ kháng nén cho phép của nền đá, bê tông.+R, (Tim) : Cường độ kháng kéo cho phép của nền đá, bê tong.

2.3.3 Cách tính các lực theo tiêu chuẪn Việt Nam :

Hình 2-3: So đỗ cúc lực ác dụng lên đập (TCVN) 3.3.8.1 Ap lực thuỷ tĩnh

Áp lực thu tỉnh tác dụng ở mặt thượng lưu và mặt hạ lưu đập, bao gỗm các

thành phần thẳng đứng và nim ngang

Mặt thượng lưu

Thành phần thẳng đứng

Goel = 0.5, n HÀ (2-5)

“Trong đó: n- hệ số mai nghiêng thượng lưu.

‘yo trọng lượng riêng của nước, H: cột nước phía thượng lưu đập

Công thức (2-5) áp dụng khi mặt thượng lưu chỉ có 1 hệ số mái, trường hopmặt thượng lưu gy như hình 2-3 thi ta phải chia ra từng phần để tinh,

- Thành phần nằm ngang:

Pị=05,HỆ G6)

Math lưu

Thành phần thẳng đứng

Gohl =05., mí hệ on

“Trong đó: m= hệ túi nghiêng hạ lưu.

1c trọng lượng riêng của nước.

-+hs;s (m) : chiêu cao sóng với mức đảm bảo 1%.

+ Kụ, Ky: Li các hệ số hiệu chính phụ thuộc vào (W/H:h/2).

“+12 (m) : Lã ác thông số chiều đài và chiều cao sông trung bình

2.3.3.3 Tinh áp lực đẩy ngược lên đây công trình

Theo tiêu chuẩn Việt Nam áp lực đẩy ngược tác dụng lên day công trình (đập.

trọng lực khối lớn, có lớp chống thắm ở mặt chịu áp) như sơ đồ hình 2.3 Theo so

cđồ hình 2.3 áp lực dy ngược phân bổ tuyển tính, cửa vào có tr số áp lực là H, tại vị

trí màng chống thấm là hụ, tại vị trí giếng tiêu nước là hụ tại cửa ra là h

“rong 46: H,h fin lượt i cột nước hượng lư và bạ lư tính đến đấy đập, các

trị số hy và h, xác định như sau =

6-12)

Hư

Hinh 2- 4: Sơ do áp lực day ngược (TCVN)

“Theo tiêu chun Việt Nam các hệ số a’ ø” phụ thuộc vio tổ hợp ti trọng vàcắp công trình được ly như sau

+ the (Tim’) : Trọng lượng riêng day nỗi của bin cắt

-+hụ (mn): Chiều sâu bùn cát rước đập, hạ = Zoe —Ze

+ Keg = te (45° ~ @/2) (Tim') : Hệ số áp lực đất chủ động.

+=: La gốc ma sắt tong của bùn cất bão hoa nước.

Công thức (2-14) được áp dụng khi cao tình bin cát thắp hơn cao trình điểm

sy, trường hợp ngược lạ ta cần chia thành từng phần để tỉnh toán.

2.3.3.5 Trọng lương của thân đập

Để dễ ding tinh toán lực do trọng lượng bản thân và điểm đặt của nó, mặt cấtđập được chia thành các phần hình tam giác và chữ nhật Trọng lượng phần thân

ap có điện tích mặt cắt Q, sẽ G= y.2, (yp: Trọng lượng riềng của bêtông)

“Trọng lượng của toin đập sẽ là G=SG,

2.3.36 Tinh lực do động đắt

‘Theo quy phạm Việt Nam tải trong động đắt phải léy theo tổ hợp bắt lợi nhất

có thể xây ra trong thời ky khai thác và thí công Động đắt được tính với cấp cao

nhất có thể xảy ra trong vùng xây đựng Các lực tăng thêm do có động đất như sau.

* hy Là khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt in.

* ho Là khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt nên

~ k ¿ La hệ số động dit, bing t số giữa gia tốc động đất và gia tốc trọng trường ( k = t/g) Khi cấp động đất nhỏ hơn 6 thi k rất bé (không xét lục

quán tính) Khi cấp động bằng 6 trở lên k phụ thuộc cấp động đất xác định

như sau

Bing 2 3: Hệ số động đất

Cấp động dat 6 7 8 9

HỆ số động ditk=vg | 001 0025 005 010

+ Ap lực nước tăng thêm do động đất :

Khi có động đất nước phát sinh lực quấn tính Kim tăng thêm áp lực thuỷ tĩnh

lên bề mat công trình, sơ đồ áp lực tăng thêm.

“Trong đó: HLA cột nước tác dụng ở thượng lưu đập.

Khi đó tổng áp lực nước tăng thêm là; Wis

+ Ap lực bàn cất tăng thêm do có động đất :

Khi có động đắt bùn cát sinh ra lực quân tinh tác dụng lên công trình, Ấp lực

jinh như sau: Wye =(2.ktgø).BC @-17) bùn cát chủ động tăng thêm x

Trong đồ: +@: Góc ma sit trong của bùn cxát

+ BC : Ap lực bi et khi chứa có động đất2.4 Thiết kế mặt cắt đập theo tiêu chuẩn Mỹ

Các yêu cầu ổn định cơ bản đổi với đập bêtông trọng lục khi chịu tắt ea cácđiều kiện ti trọng:

+ Ôn định chống lật ở mặt phẳng bắt ki, mặt phẳng cắt qua thân, mặt phẳng

đã p hoặc mặt phẳng dưới day đập

+ Ôn định chống trượt ở mặt phẳng ngang, mặt phẳng cắt qua than, mặt phẳng

giữa đập và nên, mit trot sâu đưới nên

+ Ứng suất phá sinh trong đặp và nén đập không vượt quá ứng suất cho phép

+ Các tính toán kiểm ta đặc biệt chí ý ti mặt cắt giảm yêu ( mat cất có sựthay đổi hệ số mái thượng hoặc hạ lưu).

+ KẾt quả kiểm tra ồn định lật, trượt và ứng suất đập phải thỏa man các tiêu

chuẩn đánh giá của EM1110

24.1 Các tổ hợp tải trong [14] +

Khi toán dn định theo hệ thống tiêu chun Mỹ cần phải tính toán theo các,

trường hợp tổ hợp ải trọng như sau

Trường hap 1: Điều kiên tải trong bắt thường

+ Đập đã xây đựng xong hoàn toàn.

+ Thượng lưu đập không có nước.

+ Hạ lưu đập không cỗ nước

Trường hop 2: TỶ hợp tai trong cơ bản vận hành bình thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng.

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (Zp mia).

+ Ap lực day ngược.

+ Áp lực bùn cất

Trường hợp 3: Tổ hop tdi trong bắt thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đồng

+ Mặc nước hạ lưu thấp nhất Zi)

+ Ap lực day ngược với hiệu qua khoan thoát nước bằng 0.0%.

+ Áp lực bùn cất

Thường hop 4 : Tổ hop tải trong đặc biệt

+ Công trình vita xây xong, thượng và hạ lưu không có nước,

+ Động đất cơ sở vận hành thiết kế (OBE)

+ Gia tốc theo phương ngang hướng về thượng lưu

Thường hop 5 : TỔ hợp tải wong bắt thường

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng.

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (Zin nie)

+ Động đắt cơ sử vận hành thiết kế (OBE),

p lực nước ở mức trước khi có động đắt

Ấp lực bản cát

Trường hop 6 Tỷ hop tải rong de bit

+ Thượng lưu là MNDBT, van đồng

+ Mặc nước hạ lưu thấp n

+ Áp lực day ngược

+ Áp lực bùn cát

+ Động dat cực đại tin cậy (MCE)

Chú ý : Với tổ hợp này không đặt tiêu chuẩn vỀ sự ôn định mà chỉ xem xét

các hư hỏng có thể xay ra như

++ Mắt lực ình trong vùng có ứng suất kéo do động đắt gây ra

+ Giảm gốc ma sắt trong do động đất gây chuyển động vả lắc

+ Tăng áp lực bùn cắt và áp lực đấy ngược do bùn cát hoá lỏng.

Thường hap 7+ Điều kiên tôi trong đặc bid, tz lồn nhất

+ Hồ ở mực nước khi có lũ lớn nhất khả năng

+ Van mở hoàn toàn, MNHL ứng với lưu lượng xả

+ Ap lực diy ngược

+ Ấp lựe bin cát

Thường hap 8 : Điều kiên tài tong sau động đắt

+ Thượng lưu là MNDBT, van đóng.

+ Mực nước hạ lưu thấp nhất (Zana)

+ Ap lực diy ngược.

+ Ấp lực bản cất

+ Áp lực nước hạ lưu

Cac đặc tính của vật liệu là giá trị còn dư sau động đắt

Nhu vậy tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ có các tổ hợp tải trong như bảng 2.4.

Bảng 2 4: Các tổ hợp tải trong theo tiêu chuẩn Mp Trườnghợp | Tôhợp “Các thành phần

Trường hợp | Không B.T | Sau thi công, thượng hạ lưu không có nước

Trường hợp 2 | Bình thường | Vận hành bình thường, MNDBT, MNHL,„,

Trường hợp3 ¡ KhôngB.T ¡ MNDBT, màng chống thâm và thoát nước hỏng, Trườnghợp4 | Đặcbiệt | Sauthicôg,động đảtOBE hướng vềthượng lưu

Tring hop KhôngBT MNDBT,có động dit OBE

Trường hop 6 | Dac bit | MNDBT có động dat MCE

Trường hợp7 | Đặcbiệt Xuẩthiệnlù kigm tra

Trường hợp 8 Sau động đất | MNDBT, các điều kiện sau động đất

2.4.2, Kiểm tra các điều kiện on định, bên :

24.2.1 Phân tích én định trượt:

Quan di n nh và giá tiết

Hệ số dn định tính theo phương pháp cân bằng giới hạn là ỷ số giữa ứng suấttiếp giới hạn trên mặt trượt với ứng suất phát sinh trên mặt trượt như công thức sau:

(2-18) Trong 46:

1= otg + c theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr ~ Coulomb:

Khi tính toán rên toàn bộ mặt trượt, bệ số ổn định là ỷ số giữa lực cắt giới

bạn lớn nhất và lự cắt phát sinh trên mặtrượtT

Kat _ Ngô +CU 6-19)