Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu lựa chọn kích thước của bản mặt bê tông trong đập đá đổ bê tông bản mặt sông cạn

Với sự phát triển của công nghệtinh toán thiết ké hiện nay đã din mô phỏng được liên kết giữa bản mặt bê tông và thân dip bằng đá đỗ nhằm tiếp cận sát với thực tế quá trình làm việc của

LỜI CẢM ON

Trong suốt quá trình học tap và lâm luận vin, được sự nhiệt tinh giảng dạy, giúp đờcủa các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cổ gắng học tip.nghiên cứu và tìm tòi, tích Hy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài “Nghiêm

cứu tea chọn kích thước của bản mặt bê tông rong đập đả đỗ bê tông bản mặt Sông

Cạn” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định.

Đặc biệt tae giả xin được bảy tổ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo T.S NguyễnKiên Quyết và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã

‘

n tinh hướng dẫn, chỉ bảo và cung

cấp các thông tin khoa hoe trong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin.chin thành cảm on các thiy gio, cô giáo và củn bộ công nhân viên Phòng Đảo tạo Đạihọc & Sau đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã giảng day, tạo điều.kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quả trình thực hiện luận văn

Cuối cing tác gi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện đào tạo & Khoa học ứngdụng min Trung ~ noi tic gi dang công tác: gia đình, bạn bè & đồng n gp đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn

Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh ngl

giả cồn it nên luận văn không thé tránh khỏi những thiểu sốt Tác giả rit mong nhận

được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tải của

uận van,

Xin tân trọng cảm ơn!

Ninh Thuận năm 2017

HỌC VIÊN

Lưu Văn Kiên

BẢN CAM KET

dẫn, kết

“Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trí

“quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bổ trong

bait kỳ công trình nào khác,

HỌC VIÊN

Lưu Văn

MỤC LỤC

MO ĐẦU, 1

1 Tính dp thit a d@ ti 1

IL Mục dich của dé tai 2

IL, Cich Hp cận vàphương pháp thực hiện 2

IV Kétqui dat duge 2CHUONG 1: TONG QUAN TINH HÌNH XÂY DUNG DAP | ĐÁ ĐÓ 3

LA Tin hình xây đựng đập đá đỗ bê tong bản mặt trên 3

12 Tỉnhhình xây dụng đập đã dd bản mat be lông ở việt nam 8 1.3 Những thành tựu, ton tai trong xây dựng đập đá dé bê tông bản mặt ở Việt.

¬ se 1ã ` Những Hành am u 13.2 Nhimg tn tai " 1.4 Những vấn đề kĩ thu trong thiết kế đập đã đồ bê tông bản mặt 2 14.1 Phin loại đập dé đổ Bê tông bản mat 2 1.4.1.1 Phân loại theo vật liệu đắp đập 12

14.1.2 Phân loi theo chiều cao đập B

14.1.3 Phân loại theo cấp công trình B 14.2 Cdu tao các bộ phận của đập đủ để be ting bản mặt 4

1.4.3 Điễu kiện nền xây dựng đập CFRD 1s

14d Đậtiệu xảy ding đập is 14.4.1, Vật liệu làm lip đện và vùng chuyên 18

1.4.4.2 Vật liệu đá đắp thân đập 19

145 Vin dé én dinh trượt 20

14.6 Vấn dé ing suất - bién dang 21

147 Vain dé vé thẳm 2114.8 — Giảipháp thing chén cho thin đập ở ving có dia chắn 21L5 Tinh hinh chịu lục và dae điểm của bản mat bê tong [2] 2

16 Kétluan chuong 1 24

1.6.1 Ưu điểm của đập đã đổ bê tông bản mặt ”

1.6.2 Nhược điển của đập đủ đổ bê ting bản mặt 24

163 Kếtuận 25CHUONG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET CUA PHƯƠNG PHÁP TINH TOÁN DAP ĐÁ

ĐÔ BE TONG BAN MAT 26

2.1 Cae phương pháp chủ yếu tinh toán trạng thái ứng suất biển dang cho CFRD 26

211 Các phương pháp tỉnh toán ứng suất: biển dạng 26

2.12, 22.2 Phung php tinh toàn được hua chọn dé phân tích trong luận van 27

22 Cơ sở lý thuyết eda phương pháp phần te hữu hạn (3) 2ï2.2.1 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH, 28

33:2 Giải bai tan phân bố ứng sudt-bién dang trong thân dép và bản mặt bê tôngbang phương pháp PTHH

2.221 Các giả thiết cơ bản và phiên hàm thé năng.

2.2.2.2 Phẫn tc tử diện và hàm xắp xi bậc nhất

2.2.2.3 Phần từ tắm hình chữ nhật

2.3 Tông quan vé phần mém SAP2000 [4]

2.3.1 Phẩn mềm SAP2000 và những wu điềm

2.3.2 Bàitoán hình khối (Solid)

3.3.2.1 Khái niệm vẻ bài toán khối

2.3.2.2 Mội số quy ước vé phần từ khối

2.3.3 Trình te gidi bai toán kết cấu bằng SAP2000 V14,

24 - KẾ luậnchương

29

29

31 34

37

37 38

38

38 40

40CHUONG 3: PHAN TÍCH LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC BAN MAT VA ÁP DỤNGCHO DAP SÔNG CAN

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tổ tới đập bản mặt

3/11 Mo hinh tinh tám

3.1.2 Tải trong vi tổ hap ta trong

3.13 Anh hướng của chiều cao đập

3.2 Xây dung mỗi tương quan gita chiều ring ban mit vi chiều cao của đập

3.2.1 Các tham 36 tink toán

3.2.2 Két qué tink toán

33 Áp dung cho dip đá dd bê tông bản mặt Sông Cạn

3.31 Giới thiệu công trình [5]

3/8/11 Vị trí địa lý

3.3.2 Nhiệm vụ

3.3.1.3 Quy mô công trình

3.3.1.4 Chỉ tiêu cơ lý của đá đắp đập và nê:

3.3.2 Tink todn lu chọn kích thước bản mặt

3.3.2.1, Pham vi tính toán.

3.3.2.2 Tham số hình học và sơ đồ tính toán

-33.23 Phân tích lết quả tính toán

3⁄4 Két in chương

4 41

4

4 4

4

222 :

67

KẾT LUẬN VA KIEN NGHỊ.

1 Những kết quả đạt được của luận van

2 Những kết luận của luận văn.

3 Những tồn tại của luận văn.

4, Những kiến nghị của luận văn.

TÀI LIỆU THAM KHAO

PHỤ LỤC

68 68

68

69

70

n

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1.1 Toàn cảnh đập Cirata cao 125m ~ Inđônsia 5

Hình 1.2 Mat edt đập Cirata cao 125m 6

Hinh 1.3 Đập Kanaviou - Cyprus

Hinh 1.4, Toàn cảnh dp Toulnustoue cao 77m - Canada

Hình 1.6 Toàn cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu.

Hình 1.7 Mặt cắt đại điện công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Dat, 10

Hình 1.8 Vai phải đập đá đổ bé tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008 10

Hình 1.9 Mặt cắt ngang than dap dip bằng đá cứng ifHình 1.10, Mat cắt ngang thân đập đắp bằng cuội sỏi 2

Hình 1.11, Mặt cắt ngang điễn hình của đập đá đấp be tông bản mặt "

Hình 1.12, Bồ tri ving ting đệm đặc biệt 15

Hinh.1.13 Khớp nối dọc bị ép vỡ ở đập Mohale (Lesotho, Châu Phi) 23

Hình 2.1 Màn hình khối động của phần mễm SAP2000 37Hình 2.2 Phần tử khối trong SAP2000 38

Hình 2 3 Phan tử khối trong SAP2000 39

Hình 2.4 Phần tử khối 6 mặt và khối 5 mặt 39Hình 3.1 Sơ đồ tinh toán cho một một dải bản mặt khối đã đỗ 4

Hình 3.2 Mô hình tính toán cho một một dải bản mặt khối đá đổ 4

Hình 3.3 Biểu đỗ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với chiều cao

đập 40m, 4 Hình 3.4 Biểu đỗ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với chiều cao đập 60m 44

Hình 3.5 Biểu đỗ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với chiều cao

đập 80m, 45

Hình 3.6 Biểu dé ty lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt đưới tắm ban mặt.46.Hình 3.7 Biểu đồ ứng sut chỉnh mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với TH nén cóE=2*10!'T/m? 48Hình 38 Biểu đỗ ứng suit chỉnh mje trên và mặt dưới tắm ban mặt ứng với TH nén có

E=1*10° Tím} 40

Hình 3.9 Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm ban mặt ứng với TH nn cóE=1,8*10° Tim? 50

Hình 3.11, Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với TH hệ số

30; m=1.25 53 mái m=!

Hình 3.12 Biểu đỗ ứng suất chính mặt trên và mat dưới tim ban mat ứng với TH he số

40; m=1,35 54 Hình 3.13 Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tắm bản mặt ứng với TH hệ số

Hình 3.20, Pho màu ứng suất chính S1 64Hình 3.21, Phổ màu ứng suất chính S2 4

Hình 3.22 Phd màu ứng suất chính $3 65

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 1-1 Một số đập trên thé giới cao trên 100m 4

Bang 1-2 Đập đá dé bản mat đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc 7

Bảng 1-3 Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất nên [1] 13

Bang 1-4 Tên dit đã theo phân loại của Nga 16 Bang 1-5, Sức kháng nền của vật ligu đá ứng với chiều cao đập, 19

Bảng 1-6: Hệ số mềm hóa cho phép của vật liệu đá 20

Bang 3-1 Tham số hình học của đập 4

Bang 3-3 Ứng suất chính dọc tim bản mặt ứng với THỊ (Hy 4Bảng 3-4 Ung suất chính đọc tắm bản mặt ứng với THỊ.2 (Ha ¬Bang 3-5 Ứng suất chính dọc tắm bản mặt ứng với TH1 3 (Hụ = 80m) 4a

Bang 3-6, Chénh lệch ứng suất mặt trên và mat dui 45 Bang 3-7 Tham số hình học của đập, 46 Bảng 3-8 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nề 47

Bang 3.9 Ứng suất chính đọc tim bản mặt ứng với THẢ nền có E=2*10* T? 87Bang 3-10 Ứng suất chính dọc tắm bản mặt ứng với TH2.2 nén có E = 1108 T/mÈ 4&Bảng 3-11 Ứng sut chỉnh doe tắm bản mặt ứng với TH2.3 nén có E = ],8*10* Tím?49Bảng 3-11 Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưi 50

Bảng 3-21 Chi iêu ơ lý cia di dip đập và nên 2

Bang 3-22 Tham số hình học của dap 6Bảng 3-23 Ứng suất chỉnh đọc tắm bản mặt 65

BANG VIET TAT VÀ THUẬT NGỮ

Vat liệu địa phương.

1 Tính cấp thiết cũa đề tài

CC đập dé đỗ ở nước ta và trên thể giới thường được xây dựng bằng hình thúc: thândập là da đỗ và chống thắm là tường nghiêng hoặc lõi giữa bằng dit sét hoặc bể tổngatphal Tuy nhiên khi nguồn vật liệu làm kết cấu chống thấm khan hiểm hoặc ở vùng

thời ét không thuận, mưa nhiễu, yêu edu tiến độ thi công nhanh, hoặc cần giảm công,trình dẫn dong bằng cách cho tràn qua mặt đập xây dé, thì hình thức đập đá đỏchống thắm bằng lõi giữa hoặc tường nghiêng không còn phủ hợp nữa mã thay thé vào

đó là đập đá đỏ chồng thắm bằng lớp bê tông bản mặt

"Đập di dé chống thắm bằng bê tông bản mặt (Concrete Face Rockfill Dams) được xây

cdựng đầu tiên vào năm 1985 tại Mỹ, đã din thay thé các đập đá dé truyền thống Với những tru điểm nỗi bật của mình, nó đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển

tử lâu, đặc biệt là Trung Quốc, Nga, Mỹ và ngây cùng được hoàn thiện về phương

pháp tinh toán cũng như phương pháp xây dựng Ưu điểm chính của loại đập này là thisông nhanh, giảm khối lượng dip đập, áp dụng cho các dip có chiều cao lớn, có thể

cho nước tràn qua mặt đập đang xây dựng, chủ động trong thi công nên rút ngắn được

thời gian xây dựng công trình, gm được giá thành và đạt hiệu quả kinh tế Tuy nhiền

để đảm bảo được chất lượng và lợi thể của CERD đồi hồi trình độ tổ chức thi công khá

ết kếcao, trang thiết bị xe máy phải đồng bộ, đồng thời trong công tác khảo sát, Ú

cũng phải đáp ứng được các yêu cầu Khit khe, đặc biệt là việc xử lý đúng din bản chân

và phân khe dọc của bản mặt nhằm đảm bảo việc kín nước và ôn định bền vững khi

bản mặt bị chuyển dich và biển dạng.

"Đập đá đổ bê tông bản mặt là một loại hình thức đập tương đối mới đối với Việt Nam:

“rong tính oán thiết kể loại hình đập này điều quan trọng chủ yếu là không ch biểndang của bản mat bê tông nhằm đảm bảo an toàn chống thắm và độ bỀn trinh phát sinhnứt Tuy nhiên một vấn để đặt ra là trong tính toán thông thường quan

niệm bản mặt bê ting được ngim chặt vào nền và được tựa lên khối đã đỗ được dằm

chặt theo yêu cầu Chính vi vậy nên trong quá trình làm việc xảy ra hiện tượng chuyển.

én biển dang cục bộ gây mit én định cho công tình Với sự phát triển của công nghệ

tinh toán thiết ké hiện nay đã din mô phỏng được liên kết giữa bản mặt bê tông và

thân dip bằng đá đỗ nhằm tiếp cận sát với thực tế quá trình làm việc của dip đá đổ bể

tông bản mặt

Nội dung đề tai nay tiến hành nghiên cứu mô phỏng day đủ các liên kết giữa các bộ.phận trong đập nhằm tim ra kích thước bản mặt bé tông một cách hop lý nhất về điều

kiện chịu lực, một trong những nội dung chính trong công tắc thiết kế và thi công quan

tâm - với mong muốn gốp phần phát trién vio việc xây dưng mạnh m loại hình đập

này ở Việt Nam hiện nay.

TL Mục dich của đề tài

Bản mặt bê tông là phần hết sức quan trong của dip đá dip chẳng thắm bằng bê tổngbản mat, Nó có tác dụng ngăn nước dòng thắm từ thượng lưu vẻ hạ lưu Vi vay, vấn đề

bảo đảm sự làm việ bình thường, không phát sinh các hơ hỏng của bản mặt và để giữ

‘én định tổng thé cho cả đập đá đổ bê tông bản mặt là rất quan trọng Mục dich của

"hân tích ứng suất, biến luận văn này 1d sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại

dạng và sự ôn định của đập đá đỗ bê tông bin mật, từ đó đưa ra các kiến nghị về kích

thước của tắm bê tông bản một một cách hợp lý

IIL Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện

Việc phân tích điều kiện làm việc đồng thời của bản mặt bê tông và đập đá đắp được.

nghiên cứu dựa trên phương php Phin tử hữu hạn

Việc xác định kích thước hợp lý của các tắm bê tông bản mặt dựa vào các lý thuyết cia sức bền vật „ kết cầu bs tng cốt thép, địa kỹ thuật

IV Kết quả dat được

Khái quát được tình bình xây dựng đập đá đỗ bê bản mặt trên thể giới và Việt Nam;

Nam vũng được các yêu cầu kỹ thuật tính toán đập đá đỗ bê tông bản mặt;

Xée định được mỗi tương quan giữa chiều diy và chiều rộng bản mặt theo điều kiện

chịu lực,

CHƯƠNG TONG QUAN TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP ĐÁ ĐÓ

Đập đá dé là một loại đập vật liệu địa phương do phần lớn khi lượng đắp là vật liệu.được kha thác tại chỗ (khai thác ở mỏ vật liệu gin công tình hoặc đá dio mỏng hoặcsỏi đá tự nhiên) Việc bố trí các loại vật liệu trong mặt cắt đập là rất quan trong Nó.quyết định đến tính ôn định trong quả tỉnh lâm việc cia đập và nhất là tính kinh tế của

dự án, Hiện nay mặt cắt đập đá đỏ ngày cảng phức tạp và được phân ra nhiều ving, Tuy theo việc phần bé ứng suất trong thin đặp, tuỳ thuộc vào điều kiện lâm việc của các vùng trong thin dip và căn cứ vào khả năng khai thác vật liệu tong vùng mà mặt cắt

ngang của đập sẽ được tính toán để chọn ra mặt cắt hợp lý nhất Người ta thường tận đất

đã đào hỗ mông công trình để dip vào một phin thích hợp của đập Bip da đắp bê tông

‘ban mặt là một dang đập trong nhóm đập đá đỏ.

1.1 Tình hình xây dựng đập đá đỗ bê tông bản mặt trên thé giới

"Đập da đỗ bản mặt bê tông cổ lịch sử phát triển từ rất lâu đi, cách đây khoảng hơn 1

thể ký các nước đã nghiên cứu xây dụng loại đập này Năm 1895 loi đập này lẫn đầu

tiên được xây dựng ở California (Mỹ) Tuy nhiên phi từ những năm 1980 trở đi kiểu

đập này mới phát triển mạnh mẽ, do công nghệ thi công đắp đá dim nén phát triển

“Barry Cooke là người đầu tiên nghiên cứu loại dip bản mặt bê tông hiện dai vào năm

1984 và vào năm 1989 ICOLD đã có những khuyến nghị về kiểu đập này Từ đó loạiđập này được nhiều nước mạnh dạn áp dụng nhất là Trung Quốc, Mỹ, Anh, An Độ,Nga, Nhat Ở Châu A đập đá dé bản mặt bê tông được áp dụ: xây dựng cho nhiều sông tình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn ở Trung Quốc Trung Quốc đã có được những nghiên cứu và thành công nhất định trong nh vực xây dựng dp loại này Hiện nay đây là một

trong các loại đập dang phát iển mạnh nhấttrến thể giới

"Đập đá d bản mặt bê tông là loại đập củi én của đập đá đổ truyền thông (hường đượcchống thấm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là dat sét) Mái của đập loại này tươngđối đốc (1:10 ~ 1:15) do đồ

.đá đỗ truyền thống, Đập đá đổ bản mặt bé tông thường áp dụng cho các loại đập cao

kiệm được một lượng lớn vật liệu đắp đập so với đập

(11>40m) và đặt trên nền đã Việc thiết kế các đập đã đổ bản mặt bê tông ban đầu chủ

Š dip đã đỗ bản mặt bé tông đã dẫn được hoàn chỉnh Đập

đã đỗ bản mặt bê tông đã được áp dung ở nhiều nơi và áp dụng cho cả những đập cao tối 187m,

"Đến cuối năm 2008 theo thing kế của hội đập đã đỗ be tông bản mặt Thể giới th trên

thể giới đã xây dựng được khoảng 200 đập có chiều cao lớn hơn 100m, trong đó có 20đập cao hơn 150m Ce đặp dién hình được thống kê tong bảng sau (xem Bảng 1-1:

Bảng 1-1 Một số đập trên thé giới cao trên 100m

rr | tandip | TRmasặc | CHữnG9đp | Chiba

21 [Thuy bội Hồ Bắc 233 sat

22 | Tam bản khé Qué Châu 1855 484

23 | Hồng Gia Bộ Qué Châu 1823 465

29 | Cat lam đài Tan Cuong 152 392

30 | Than khẩu Sơn Tây 140 1150

31 [Vausơn “Tứ xuyên 140

32 | Côngbạchkhuê | Thanh Hai 130 423

"Một số hình ảnh của đập CERD trên thé giới

Hình 1.1 Toàn cảnh đập Cirata cao 125m ~ Inđônôxia

| màng hăng thăm

Hình 1.4 Toàn cảnh đập Toulnustouc cao 77m - Canada

So với các nước đi đầu trong nh vực xây đựng đập đã đổ bê ông bản mặt, Trang Quốc

tuy bước đầu tiên hơi chậm nhưng khởi điểm rất mạnh và phát id nhanh Chỉ trong

vòng 10 năm đã phố biến ra toàn quốc Dén cuỗi năm 1998, căn cứ vào thống kệ chưa

dy đủ ở Trang Quốc đã hoàn thành 39 đập, dip cao nhất là đặp thuỷ diện Bạch Vintỉnh H Nam, xây dựng năm 1998, cao 120m Hiện nay ở Trung Quốc đập CFRD cao

trên 100m đang xây dung có hơn 20 đập (xem bang 1.2).

Bang 1-2 Đập đá đỗ bản mặt đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc

Tr | _Tenaip into) | anton | ape

2 | Tam Ban Khé Qué Châu 185,5 424 991

3 | Hồng Gia Bộ Quê Châu 182,5 465 1007

4 | Thiện Gia Binh Hồ Bắc 180

13 | Chè Miễn Phú Kiến 126 478 342

14 | Phan Khẩu Hỗ Bắc 123 322 346

15 | Ngũ Thiểu Khô 110 220 163

19 | Ban Thach Diu | Ha Nam 100,8 558 529

20 |TíehThạchGi | Thanh Hai 100 348 288

1.2 Tinh hình xây dựng đập đá đồ băn mặt bê tông ở việt nam

Đập đá đỗ ban mặt bê tông mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây

và đã được áp dung cho một số công trình như: công trình Thủy điện Tuyên Quang

(2002), công trinh Thủy lợi - Thủy điện Rao Quán (Quảng Trị, 2002) và công trình

“Thủy lợi - Thủy điện Cửa Dat (Thanh Hoá, 2004), công trình thủy điện An Khê & Kanak (Gia Lai 2009) và đập Sông Bung 2 (Quản Nam, đang xây dụng) Các nguyên lý tỉnh toán và qui phạm áp dụng để thiết kế và thi công những công trình nay thường dựa vào các qui phạm và kinh nghiệm đã áp dụng thảnh công cho các công trình cùng loại của Trung Quốc và Nga

"Đập da đắp bê tông bản mặt chống thắm là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vàonước ta Tuy nhiên nó đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với.sắc loi dip khác nhất là với các loại đập cao Với công nghệ và trang thiết bị thi công

ngày cing hiện đại, ác khó khăn phát sinh trong qué tình thí công đập đá bê tông bản

im bot

mặt chống thấm và việc xây dựng loại hình đập này sẽ ngày cảng phát triển ở nước ta Chúng ta hi vọng hàng loạt các công trình đập đá đổ bê tông bản mặt sẽ duge xây dựng rộng rãi ở trong nước,

“Thông số kỹ thuật của một số công trình đá đổ bê tông bản mặt dang được xây dựng.

~ Công tình thuỷ điện Tuyên Quang,

+ Chiu đãi đập theo định 9m

+ Chiều cao đập lớn nhất 922m

“+ Chiều rộng định đập 10m

+ Mực nước ding trung bình: 36m

+ Dung tích hồ chứa nước 2.245 tỷ mã

tổ máy 3

+ Công suất thiết kế 342MW

+ Loại đập "Đã dé bể tông bản mặt

Hình 1.6, Toản cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu

~ Công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt

+ Loại đập "Đập đá đồ b tổng bản mặt

+ Cao trình đỉnh đập: 1227m

+ Cao tinh dh trởng chin sống: 12353m

4+ Chiều cao dp lớn nhất I00m

+ Chiều đã nh đập 2400m

+ Thời gian thi công 2004-2009

nyheter

Hình 1.8 Vai phải đập đá dé bê tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008

~ Công trình thủy điện An Khê & Kanak.

+ Loai đập (cum Kanak): ip di đổ b tông bản mặt

+ Chiều rộng đình đập : 10m

+ Dung tích hỗ chứa nước 300 triệu m”

+ SỐ tổ máy: 3

+ Công su thiết kể: I3MW

+ Thời gian thi sông 3005.2009 nim

10

ip đã đỗ nói chung và dip đá đắp bê tông bản mặt chống thắm nói rêng được xây

cdựng ở nước ta còn ít so với đập đất, tuy nhiên những công trình sử dụng loại đập này loại đập cao như laly, Hòa Binh, Đa Mi-Hàm Thuận (đập đá đồ hoặc đất đá hỗn hợp), thuỷ điện Rio Quán (Quảng Trị), thuỷ điện Tuyên Quang, Hỗ chứa nước Cửa Đạt(đập CFRD) và nhiều dự án chuẩn bị đầu tư khác có chiều cao đập từ 50m đến hơn.100m,

Bap CFRD là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào xây dựng ở nước ta Tuy nhiên

nó dang din từng bước chứng minh được tính wu việt của nó so với các loại đập đá đổ khác, nhất là với các loại đập cao Vo công nghệ và trang thiết bị thi công ngày cing

hiện đại, các khó khăn phát sinh trong quá trình thi công đập đá đỏ bê tông bản mặtchống thắm sẽ giảm bớt nhiều và việc xây dụng loi hình đập này sẽ ngày công pháttriển ở nước ta Từ thành công và những kinh nghiệm rút ra từ công tác khảo sát, thiết kế

và thi công tong các công nh CFRD nh Rio Quin, Tuyển Quang, Cửa Đạt, chúng ta

hi vọng hàng loạt các công trình sử dụng CFRD sẽ được xây dựng rộng rãi ở Việt Nam 1-32 Những tồn tỉ

'CERD là loại đập mới (nhất là ở nước ta) nên các lý thuyết tinh toán chưa thật hoàn

chỉnh, kinh nghiệm xây dựng dip loại nảy còn rất thiểu.

NI

toán bing mô hình 2D và công cụ thô sơ nên chưa phan ánh đúng tình hình làm việc của

bộ phận của đập thường được chọn theo kinh nghiệm của nước ngoài hoặc tính

kiệm được giá thành xây dựng đập.

6 nước ta chưa có các tiêu chuẩn, qui phạm dành riêng cho các công tác khảo sát, thiết

1.4 Những vin đề kĩ thuật trong thiết kế đập đá đỗ bê tông bản mặt

LAL Phân loại đập đá đỗ bê tông bản mặt

1.4.1.1 Phân loại theo vật liệu đắp đập

Dựa vào vật liệu dùng để đắp đập người ta phân thành 2 loại là

~ Đập đá đổ bản mặt có thân đập được đắp bing đá cứng, loại đập này thường được phânvũng vậtliệu theo mặt cắt ngang như hình L9

hàn đợ me —-,

Hinh 1.9 Mat cất ngang thân đập đắp bằng đá cứng

~ Đập đá đổ ban mặt có thân đập được đắp bằng cuội sôi, loại đập này thường được phân

vùng vậtliệu theo mặt eft ngang như hình L0

inh 1.10, Mặt cắt ngang thin đặp dip bằng eudi sôiDap đá dd bản mặt bé tông thân đập đắp bằng đã cứng thường có hệ số mái đập thượng,

hạ lưu (1:1,0 ~ 1:1,4) nhỏ hơn so với hệ số mái của thân dap đắp bằng cuội sói (1:1,5 ~

12

1:16) Tuy nhiên thin đập dip bằng cuội si thì để tan dụng vật liệu đào từ mồng công

trình hoặc khai thác với giá thành rẻ hơn

1.4.1.2 Phân loại theo chiều cao đập,

“Theo chigu cao đập, tiêu chun thiết kế đập đất đá kiểu dim nén (SDJ 218-84) củaTrung Quốc đã phân thành 3 loại:

= Bip thấp: chiều cao đập (H)<30m

~ Đập vito: chiều cao đập (H) từ 30:70m

~ Đập cao: chiều cao đập (H)>70m.

6 đây chiều cao đập được tỉnh từ đỉnh đập đến vị tr sâu nhất của nên sau Khi đã dọn

sạch hồ mồng (với đập đã đỗ bê tông bản mặt là nền bản chân).

1.4.1.3 Phân loại theo cấp công trình

Theo quy chun Việt Nam (QCVN 04-05:201YBNNPTNT) thi chiều cao dip

.được xác định như ở s lu (xem bang 1-3).

Bang 1-3 CẤp công trình theo chiều cao đập và tính chất nén [1]

Cấp công trình.

ông tà Loại đất

Logi công trình nền Đặc biệt | 1 " m [iw

ee A > 100 | >70+ 100 [325 +70] s1025 | <10 Dap vật liệu dit, đất -

4 có chiều cao lớn B ~ [eases |>ISz35| >§=15 | <8

hắt, m

e - -— |>I5+25| assis | <5

Đắt nền chữa thành 3 nhôm điền hình:

Nhóm A: Nền là đá.

Nhóm B: Nén là đất cát, đất hạ hô, đắt sét ở trang thấi cứng, nữa cứng:

"Nhóm C: Nền là đắt sé bão hỏa nước ở trạng thi déo

chẽ

cao đập tinh từ mặt đập đến vị tí nên thấp nhất sau khi dọn sạch móng

Nhận xế; Vì đập đã đô hằu như chỉ xây dựng rên nền đã (yê cầu nỀn cao hơn đập dt)

đo vậy cũng có thé hiểu đập cấp đặc biệt, I, là đập cao, đập cấp I, II là loại vừa, đập.

1.442 Cấu tạo các bộ phận của đập đá đỗ bê tông bản mặt

Dap da đắp bê tông bin mặt chẳng thắm CERD có cấu tạo chính là khối đá cấp phối

Š mặt mái thượngnén ở thân đập và phần bê tông cố thép mác cao phủ trên

ưa để ngăn cản nước thắm qua đập Khối đá dip cũng được chia làm nhiều vùng khác.

nhau như những dp đá đỗ thông thường tuỷ thuộc vào các loại đ dùng trong thân dip.Phin tiếp giáp giữa bê tông bản mặt và khối đá dip là lớp đệm (diy từ 2m đến 3m) và

lớp chuyển tiếp (day 4m), Hai lớp này được cầu tạo bằng cát cuội sỏi dim chặt với cắp phối phủ hợp Mặt cắt ngang điển hình của CFRD cho ở Hình 1.11

—._

248 vim gators 6381 vinn indo o¥ (agin pg eh pa ei can)

Hình 1.1 Mặt cắt ngang điển hình của đập đá đắp be tông bản mặt

Dã đắp trong thân đập thường được phân thành hai khi chính: khối đá đắp thượng lưu

và khối đá dip hạ lưu Khối đá đắp thượng lưu đòi hỏi yêu cẩu kỹ thuật cao hon khối đá

ối thượng lưu, còn khối hạ lưu

đấp hạ lưu (cường độ kháng nén lớn hon 30Mpa cho ki

chi yêu cầu bằng hoặc nhỏ hơn 30Mpa, có nơi đã dùng khối đá đắp hạ lưu có cường độ

kháng nên 10Mpa với điều kiện nằm trên mực nước bạ lưu) Phạm vỉ tiếp giáp hai khối

đã này có thể thay đổi tuỳ thuc tinh chit của từng công nh: chiều cao đập, vit liệu

thướcđắp đập, diều kiện nên vv Phin chân hạ lưu dp có thể bổ tí khôi đá đổ có kí

lớn hơn tong thân đập để tăng khả năng ôn định cho đập

Bê tông bản mặt có tác dụng chống thắm cho đập va được liên kết với nền qua bản chân

Tai diém tiếp giáp giữa bản mật và bản chân được bổ tí khớp nối biên đảm bảo ngăn dong thắm khi có chuyển dịch giữa bản mat và bản chân, Bản mặt cũng được chia làm

4

nhiều tim bằng các khe lần (khóp nỗi) đọc để đảm bảo không phát sinh dòng thắm từ

thượng lưu về ha lưu khi có sự chuyển địch khác nhau giữa các tắm bản mặt.

Để đảm bio cho sự Ôn định của phin tấp giáp giữa bản mật và bản chân, người ta bổ trímột ting đệm đặc biệt ngay su hạ lưu bản chân Ting đệm này được cấu ạo từ cát cuộisỏi hoặc đá xay và được dim nén chặt như tiêu chuẩn của lớp đệm đưới bản mặt Ngoàirating đệm đặc biệt này còn có tic dụng như một lớp lọc khi cổ sự cỗ của khóp nổi giữabản mặt và bản chân (xem Hình 1.12).

A ⁄ 2

ma

inh 1.12, Bồ trí vàng ting đệm đặc bí1.4.3 Điều kiện nên xây dựng đập CFRD

VỀ cơ bản, điều kiện dé xây dựng CFRD cũng tương tự như đập đá đỏ thông thường

tác đất đá lớn bao gồm: khai thi

CCERD đòi hỏi phải thực hiện một khối lượng côn

vận chuyển, dip vật liệu vio thân đập, Đặc biệt đối với đập cao thì việc chuyển tải tronglên nền khá lớn cho nên đòi hỏi nền phải có đủ độ bền và ít biển dạng

Theo quy phạm “SDJ 218-84° thi tổng độ lún của đập đá đỗ không được lớn hơn 1%

chiều cao đập

vi điều kiện quyết định đ x

thiết, bịcủa địa chất cao ở vị tí dt ti đập TẾt cả các đập đã đổ được xây dựng ở nước ta tỉ lõi

các lý do tự dựng CERD về định tính là: Đá nền đảm

"bảo yêu cầu et lún it đưới tác dụng của tải trong ngoài Đập đá đỗ có

cđều được đặt lên lớp đá IIA-IB, đối với dap loại vừa đến thấp hoặc vị trí sườn đổi có thể

đặttrên lớp IB-IA2, vit liệu đá đỗ có th đặt trên lớp IA2-IAL Ở đây tên gọi củatheo hệ thông phân loại của Nga nh liệt ke ở Bảng 14

Tên đất đá theo phân loại của Nga

sạn, có chỗ l ` °

0 | con gữ dn pit | V |Riiu| 8

on aur dược Dac biệt

sấu trúc của a].

đá mẹ xan

Đã mềm Di nữa

Bị nin ne và cứng biển

1 Ũ “| w | xá | 6 |Risá anit sắt hóa dạng tắt

4 |ehie, không | 1B +20000| dạng 1 | rite] 2 | tới

bị phong hoá 0 | varit yéu 1 | eves

nửt ne yêu tết

Trong tắt ed các đập đá đỗ đã thiết kế ở nước ta đều cần phải xử lý chống th

với nền đã th chủ yéu là dùng biện pháp khoan phụt xi măng hoặc hoa chất

“Thông thường chiều sâu khoan phụt được tiễn hành theo số liệu thí nghiệm ép nước lỗkhoan, cần khoan phụttới hết ting có độ mắt nước q>3lu (luy rông)

Khoảng cách giữa các hàng khoan và giữa các lỗ trong hàng thường được xác định

thông qua thí nghiệm hoặc theo các công trình tương tự.

"Đập Hod Binh 7 hàng khoan phụt, aly S hàng, Đa him 3 hàng, Tuyên Quang 3 hing, Cita Đạt 4 hing, v.v các đập trên thể giới cũng thường bố tí không nhỏ hơn 3 hàng khoan.

1.4.4 Vật liệu xây dựng đập

Trước t phải có đ vật liệu để dip ác khối cho thân đập như: đá, đắt làm lõi, tối

tận dụng đất

lọc (có lá đảo móng) v.v thường thi vẫn phải tinh toán thông qua luận

“chứng hiệu quả kinh tế và tải chính.

14.4.1, Vật liệu làm lớp đệm và vùng chuyển

Lớp đệm thường có chiều day không đổi và được chọn tu theo thiết bị và phương pháp

thí công Chiều day này thường không nhỏ hơn âm khi thi công bằng máy hoặc có thể

còn từ [+1,Sm khi thi công bằng thủ công hoặc may nhỏ Lớp chuyển tgp

dây không đổi từ 34m Khi thi công, lớp đệm và lớp chuyển tiếp thường được

thi công đồng thời, phần tiếp giáp giữa hai lớp thường được đầm kỹ hơn để đảm bao sự

không phân lớp

Lớp đệm trong đập CFRD được bổ trí ngay dưới bê tông bản mặt Tác dụng của lớp.

đệm là ạo bề mặt Ổn định cho bê ông bản mặt đồng thời nó cing cổ tie dụng như một

lớp chống thắm Hiện nay cắp phối lý tường của lớp đệm do Sherard để nghị được dùng

rit phố biến Trong thành phin cấp phối đó, các hại có đường kinh nhỏ hơn Smm có

hàm lượng cao, nó thường chiếm từ 35% đến 55%, các hạt có dường kính nhỏ hơn

(0mm chiếm từ 2% đến 12% Đường kính hạt lớn nhất Daue* 80mm Cp phối nàythoà mãn yêu cầu nữa thim và lọ các hạt bụi Lớp đệm thường được lâm bằng hỗn hợp

cat cuội sôi hoặc đá xay có cắp phối liên tye, Điểm yêu nhất của đập CERD là thing

khớp nỗi biên din đến thắm nghiêm trọng Do vậy một vũng đệm đặc biệt với vật liệuhat mịn có D„„.=40mm được dùng khá phổ biển dưới khớp nổi biên Nó được dim đếntrạng thái chặt hơn để một mặt là giảm độ lún, mặt khác có thể hạn chế dòng thắm, rò rỉxuất hiện

‘Ving chuyển tiếp cũng được kim bằng hỗn hợp cát cuội sỏi hoặc đá xay có cấp phối liên

tục Tuy nhiên tỷ lệ hạt lớn trong ving chuyển tiếp cao hơn lớp đệm Đường kính hạt

lớn nhất Dạ«=300mm Vùng chuyển tiếp nảy được bố trí ở giữa lớp đệm và vùng đá

dip chính Nó có tác dung như một lớp lo trénh sự rửa rồi cóc hạt nhỏ từ lớp đệm vào

vùng đá chính.

18

= 800=1000mm; him lượng các hat có đường kính nhỏ hơn 25mm không vượt quá

50%; hàm lượng các hạt có đường kính nhỏ hơn 2mm không vượt quá 10%; đá đỗ phải

6 đặc tính thoát nước để dàng Thành phin cắp phối của vậ liệu đá đắp thân đập cũng phải liên te,

Các chỉ tiêu của đá thông thường được xác định đựa vào các kinh nghiệm thực tẾ hiện

có được nêu trong các tiêu chuẩn, quy phạm, sau đó sẽ xem xét mà điều chỉnh qua thínghiệm hiện trường vào thỏi gian bắt đầu dip đập Hau hỗt dip ở hiện trường đều đượckhống chế bởi các thông số dip và bằng sự quyết định dung trọng khô với phương pháp.đảo hồ thí nghiệm bổ sung Qua các kết quả đã thu được, người ta thấy rằng dung trọngkhô của đá đắp thường nằm trong khoảng từ 1,79 Tim” đến 2,3911/n

“Các loại đá mễn và cuội söi thường được dùng đắp trong vùng giữa đập và hạ lưu đập.Việ lún của khối đá hạ lưu ảnh hưởng rit nhỏ đến tắm bê tông bản mặt nên yêu cầu vềchất lượng của nó không đòi hỏi nghiêm ngặt

“Có thể sử dụng các loại vật liệu đã khai thác hay lấy từ hỗ móng công tỉnh, st nhất là

sir dung các loại phn xuất và đá biển chất sức kháng nền của đá sau 50 in nhúng

nước và 26 ln phơi khô uy theo chiều cao dip được phân theo Bing 1-5 (Số tay KTTL

~ Tập 3)

Băng 1-5 Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập

TT Chiều cao đập(m) Sức kháng nên (Tim)

Hệ số mễm hóa trong điều kiện khô gi6 và bảo hoà phụ thuộc vào từng lại đã như ở

Ving chuyển tiếp đá đắp có cấp phối hạt nằm từ giới hạn trên đến giới hạn trung bình

“Các ving khác từ giới hạn trung bình đến.

Đối với lớp gia cố mái thượng lưu đường kính tinh toán của viên đá không được nhỏ

hơn 45cm và không lớn hơn 100cm,

thiết bị tiêu nước).

"Độ đốc mái dap đá dé bản mặt bê tông thưởng được chon theo kinh nghiệm hoặc tương

tự theo các công trình đã có (thường là m = 1,01,6 ở hạ lưu và m=1,0+1,5 ở thượng

ưa), thường không phân tích dn định Trong các trường hợp sau, cằn phải phân tích én

định mái đập

~ Nến đập có kẹp ting mềm yếu hoặc nén cuội sỏi kẹp lẫn tang cát mịn, đắt tho;

- Tuyển đập xây dựng ở vùng có động dit cấp 8, 9;

~ Khi thi công cho nước tràn qua đập, hoặc dùng ting đệm chắn nước mức nước.

lũ tương đối cao;

~ Thân đập đắp bing đá mềm;

ều kiện địa hình không thuận lợi

20

1.46 Vin đề ứng suất biến dạng

Dưới tic dụng của trong lượng bản thân, khối nước ở thượng hạ lưu, ải trọng của các

én trong mỗi quan hệthiết bị và các loại xe đi trên mặt đập v.v bản mặt, thân đập và

lim việc đồng thời với nhau ẽ sinh ra ứng suất và bién dạng Do bản mặt tựa hoàn tin

lên thân đập nên trạng thái ứng suất biển dạng của nền và thân đập sẽ ảnh hưởng trựctiếp đến trang thái ứng suit biễn dang của bản mặt, Đ tránh sự vượt quả giới hạn ben

“của bản mặt, người ta phải chia bản mặt thành các tắm có chiễu rộng khác nhau bằng

sắc khớp nổi chay từ đình đập xuống chân đặp (heo chigu vung gốc với trục đập) g

“Chuyển vị theo phương dọc trực đập nhằm xác định hưởng chuyển dich cia các tắm bản

mặt cũng như độ lớn của chuyển dịch của chúng, từ đó xác định được vị tí các loại khớp nỗi (khóp ni chịu nén, khớp nổi chịu ko) và độ rộng của các khớp nổi

Nel n cứu ứng suất trong thân đập và bản mat theo sơ đồ không gian giúp ta phản ánh.

xát thực trạng thải ứng suất thực của nó Thông qua trạng thái ứng suất của các điểm cho

ta một ái nhịn tổng quất hơn về việc phân bổ ứng sut của bê tông bản mặt nhằm đưa racác giải pháp phân chia khớp nối thích hợp

1.47 Vấn đề về tắm

ap CERD có những khóp ối cấu tạo đặc biệt như đã đề cập ở mục 1.4.2 Do đó, trong

qui tình làm việc của đập lượng nước thắm qua thân đập hầu như không đăng kể

“Chính vì vậy trong luận văn này tác giả không để cập đến vấn đ tỉnh toán thắm trong

thân đập

1.4.8, Giải pháp kháng chắn cho thân đập ở vùng có địa chấm

Khi thiết kế đập ở vùng có địa chắn (động dat) cắp 8, 9 nên mở rộng đỉnh đập, mái đậpnên chon thoải hoặc mai trên dốc mái dưới thoi, chỗ mái thay đổi nên cổ cơ Mái hạ lưu

gÌn đình đập dùng đá quá cỡ để lit, có thể tăng cường thép neo cúc hòn đá quá cỡ với

"Độ vượt cao an toàn của đập ở ving có địa chắn phải xét đến độ dễnh cao của sóng dưới tác động của sóng có địa chin Đập xây dựng ở vùng có động đất cấp 8, 9 thì độ vượt

‘cao an toàn phải xem xét kể đến cả độ lún của thân và nén đập do tác dụng của động đất

‘Tang chiều rộng của vit ong đệm, tăng cường sự in kết thin đập với nề và vai đập

Khi vai đập tương đổi dốc, nên kéo dài đường tiếp xúc giữa vật liệu ting đệm và nền đá

và ding vậ liệu ing đệm có kích cỡ nhỏ hơn

Nộn bố tr cốt thép tong bản mặt ở phần đỉnh dip đoạn giữa lòng sông, đặc biệt là cốt thép dọc theo mái

“Tăng cường độ dim nén chặt ật liệu đã dip đập, dic biệt là những chỗ địa hình đột

biển.

Khi ding cuội sỏi đấp thân đập phải ting cường nang lực tiêu nước của vùng thoát

nước Trong vùng hạ lưu đập nên bé tri một khu vực nhất định dùng đá đỏ

1.5, Tình hình chịu lực và đặc điểm của bản mặt bê tông [2]

Hai bộ phận chống thắm của đập đi đổ bể tông là bản chân và bản mặt được làm bằng

tu cầu kín nước để hạn cl da rò ri nước tir hồ chứa, tránh matnước và gây xi thân đập làm mắt an ton dip BE tông cốt thép là loại vậtiệu đồn, để

‘bj nứt nẻ khi có biển dang lớn nên yêu cầu khối đá dim nện dé làm nền cho bản mặt và.

nền được lựa chọn để đặt bản chân phải ít biến dạng trong quả nh chịu lục Bản mặt

được thiết kế chủ yếu để bảo đảm yêu cầu chống thắm và đủ "mềm" để có thể biển dạngtheo biển dang của mặt thượng lưu thin đập, nên có bề đây khá móng Do vậy, khả năng

chịu lực của bản mặt chủ yếu dựa vào sự tiếp xúc chặt chẽ của bản mặt với mặt thượng

lưu của thân đập hin dp được dim nén kỹ, í bị biến dang nên bảngue

mặt hầu như không chịu uốn mà chỉ chịu biến dang do bể tông co ngớt và dẫn nở dobiển đổi nhiệt độ Vì vậy trong bản mặt chi bổ trí một lớp cốt thép ở chính giữa chiễday của nó Thực tế làm việc cho thấy rit khó thực hiện dé hạn chế biển dạng lớn của

thân đập, vì rất khó kiểm soát sự đồng đều của đá dùng để đắp đập cũng như chất lượng.

dim nén các khối đá ở hiện trường với khối lượng thi công lên tối hàng triệu khối Mặt

khác, mặc dù bản mặt được đổ khi kết quả quan trắc cho thấy thân đập đã én định lún, nhưng trong quả trình tích nước kết quả tính toán cũng như quan trắc thực tế cho thấy, thân đập vẫn tiếp tục bị lún và bị chuyển dịch về phía hạ lưu Ngoài ra với đập cao,

2

‘rong quá trình thi công phải phân đợt đắp đập và dé bản mặt Thân đập được đắp và đỗ

‘ban mặt ở đợt trước tiếp tục bị lún và chuyên vị về phía hạ lưu khi đắp tiếp các khối phía

trên ở các đợt thi công sau KẾt quả là mặt thượng lưu của đập bị võng và bản mặt mặc

đủ được thiết kế có chiều dy mông, nhưng lai làm bằng bê tông cốt thép là loại vt liệucứng nên không thé uốn theo mặt thượng lưu của thân đạp bị võng như ý định của ngườithiết kế, din đến hiện tượng mắt tiếp xúc giữa bản mặt và mặt thượng lưu của thân đập

“Chính vì lý do nên dưới tác dụng của trọng lượng bản thân bản mặt và nhất là áp lựcnước bản mặt dễ bị nứt, dẫn đến rò ri, thẩm lậu nước qua thân đập Có thể

mặt đập đá đỏ ban mặt bê tông là điều hau như không thể tránh khỏi, chỉ có vin dé là số

lượng vết nứt t hay nhiều và b rộng vết nứt to hay nhỏ.

i, nút bản,

‘Van đề thứ bai là bản mặt được chia thành nhiều tắm, giữa các tắm là các khe dọc Dovai đập nằm trên sườn đốc nên các khe đọc nằm ở hai bên vai chịu kéo, còn các khe nằm

giữa lòng sông chịu nén Mặc đà đã có sự tính toán và có các biện pháp cấu tạo thích

hợp cho từng loại khe, nhưng với nhiều đập vẫn xay ra sự ép vỡ các khe chịu nén ở khu

vực giữa đập

Hình 1.13 Khớp nối đọc bị ép vỡ ở đập Mohale (Lesotho, Châu Phi)

1.6, Kết luận chương 1

161 th của đập đá đỗ bê tông bán mặt

Đập đá đỗ bê tông bản mặt tận dụng được vật liệu tại chỗ, đặc biệt có thể tận dụng đáđảo móng trăn, đường him, nhà máy thay điện dé đắp đạp it phải sử dụng vật liệu hiểmhoặc vận chuyển từ xa về nên nhìn chung đập CFRD có giá thành thấp hon các loại đậpkhác như đập bé tông trong lực, vom, bản chống v.v đặc bigt gin chỗ xây dựng côngtrình hiểm dat, có đủ tiêu chuẩn đắp đập thì đập CERD còn kinh tế hơn

"Đập CFRD có khả năng cơ gsi hoa cao trong quá tình khai thắc đá, vận chuyển và dip đập, có thể thi công ngay cả khi trong mùa mưa Do toàn bộ đồng thắm đã được bản mat

ng ngăn lại vi phần đá dp trong thân đập được dim nén chặt nở

mái thượng bạ lưu dập khá cao và mái thượng hạ lưu đập có thé rất dốc (n

«din tới khối lượng đắp đá giảm nhỏ so với đập đá đỗ thông thường

Đập CERD yêu cầu địa chất nén thấp hơn đập bê tông

"Đập CERD có độ ôn định chống động đắt, chống trượt và tuổi thọ công trình không thua

1.6.2 Nhược điềm của đập đá dé bê tông bản mặt

"Đập CERD là loại đập mới (nhất là đối với nước ta) nên các lý thuyết tính toán chưa thật

hoàn chỉnh, kinh nghiệm xây đụng đặp loi này côn st hiển,

“Trong thin đập CFRD cỏ nhiều vùng vật liệu, mỗi vũng cổ các chỉ tiêu cơ lý khác nhau

do vậy việc phân bổ ứng suất và biển dạng trong thân đập phức tạp, tuy nhiên nó không

ảnh hưởng lớn đến quả tình vận hành an toàn của đập Hiện tượng treo ứng suất hoặc

biến dạng quá mức gây nên các nứt gây thủy lực đã xay ra ở một số công trình ngay cả

hi ở cột nước thấp, đặc biệt khi sự chênh lệch lớn vé modul biển dạng giữa các lớp vật

liệu kề nhau.

Bản mặt ông chiu tác động của nhiều yếu tổ khác nhau, thay đ

ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và tuổi thọ của nó.

theo thời gian, làm,

Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như tình độ thi công cao hơn đập đã đổ thông thưởng.

ngoại lực và biển dang của phần thân đập, phần bản mặt bê tông cũng bị biến dang

theo Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn này tác giả đi sâu vào nghiên cứunhững nhân tổ ảnh hưởng đến bản mặt bê tông, Từ đó sẽ xây dựng được mỗi tương

quan hợp lý giữa kích thước tắm bê tông bản mặt va các nhân tổ khác của đập và nên.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CUA PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN DAP

ĐÁ ĐỒ BÊ TÔNG BAN MAT

2.1 Các phương pháp chủ yếu tính toán trạng thai ứng suất biến dang cho CFRD3.1.1 Các phương pháp tính toán ứng sudt- biến dang

Việc tỉnh toán ứng suất — biển dạng (ƯSBD) của đập đá đắp chính là giải các phương,

trình vi phân đạo ham riêng và buộc chúng phải thoả mãn các điều kiện biển động học

và nh học, Việc giải ai toán din hai có thể được thực hiện bằng các phương pháp giải tích - tức là tìm nghiệm của bài toán din hồi từ việc giải các phương trình vi phân đạo

him riêng thoả min các điều kiện biên để tìm nghiệm của bài toán dưới dạng hàm giảitích, Bài toán din hồi còn có thé được gi bằng các phương pháp số là các phương pháp,gần đúng với kết quả không phải là các him giải tích mà là những trị số của đại lượng,

sẵn tim tai một số điểm nhất định trong miễn tính toán và tn biên Ngo ra bài toánđần hồi edn có thể được giải bằng các phương pháp thí nghiệm mô hình

“Các phương pháp giải tích chỉ có thể giải được một số bài toán nào đó Với những kết

clu có hình đáng đa dang và điều kiện biên phức tạp thì phương pháp giải tích tỏ ra kém

hiệu quả và đối khi không thể giải được

Những nhược diém của các phương pháp giải tích hoàn toàn có thể được giải quyết bằng

phương pháp số với sự trợ giúp của các phương tiện tính toán Phương pháp số hay còn.

sai là phương pháp rồi rac hoá có thé chia thành hai nhóm chính: phương pháp rời rackiểu toán học và phương pháp rời rạc kiểu vật lý.

“Trong phương pháp rồi rạc kiểu toán học, nghiệm của bài toán không được mô tả qua

sắc him mà được thay bing nghiệm gin ding mô tả qua một số hữu hạn số với việcchọn tương ứng hệ him xấp xi Điển hình củ phương pháp này là phương pháp sai

phân hữu hạn Phương pháp này trơng đối đơn giản nhưng không thuận tiện trong việc

lập trình

Bản chất của phương pháp rồi rac kiễu vật lý là ở chỗ ta thay thé hệ thục (hệ liền tục)

bằng một mô hình vật ý gần đúng bằng một số hữu han các phần con gọi là các phần từ

Kết quả nhận được từ phương pháp này cũng không phải là các hàm chính xác mã li các

it s ti cc nút của các phần tứ Đại điện cho phương pháp này là phương pháp

phần từ hữu hạn,

2.1.2 2.2.2 Phương pháp tính toán được lựu chọn dé phân tích trong l

Do đặc diém của dip di dip là đập có nhiều khối với các lại vật fu khác nhau, nền

đập thường có nhiều lớp, nên việc giải bài toán ứng suất biến dạng bằng các phương

hấp giải ích là không thích hợp Trong phạm vi uận văn này phương pháp thích hợp

để gũi bài toán ứng suất biến dng trong bản mặt va thân đập là phương pháp phần từ

hữu hạn với mô hình không gian 3D,

2.2 Cơ sử lý thuyẾt của phương pháp phần tr hãu hạn [3]

Phương pháp phần tử hữu hạn lả một phương pháp số hiệu qua đẻ tìm dạng gin đúng.của một ham chưa biết trong miễn xác định V của nó Tuy nhiên phương pháp PTHHkhông tim dang xắp xi của ham ci trên ton miễn V mà chỉ trong từng miễn con Ve(hẳn từ) thuộc min xá định V Do đỏ phương pháp này rt thích hợp với hàng loạt bãi

toán vật lý và kỹ thuật tong đó him cần tìm được xác định trên những miễn phức tạpgém nhiều vùng nhỏ có đặc tinh hình học, vật lý khác nhau, chịu những điều kiện biênkhác nhau.

“Trong phương pháp phin tử hữu hạn miễn V được chia thành một số hữu hạn các miễncon (V.) gọi là các phần tử Các phần tir này được kết nổi với nhau tại các điểm địnhtrước trên biên phần tử, gọi là nút, Trong phạm vi mỗi phần tử, đại lượng edn tìm (nhưứng suit, biển dạng) được lấy xắp xỉ trong một hàm đơn gin được gọi là các him xấp

xi, Các hàm xắp xi này được biểu diễn qua các giá tỉ của hàm (và có khi cả đạo him

‘eta nó) tại các điểm nút trên phần tử C it này được gọi là các bậc tự do của phần

tử và được xem là dn số cần tìm của bài toán.

Tuy theo ý nghĩa vật lý của hàm xấp xi, người ta có thé phân bài toán theo ba loại mô

hình sau

~ Mô hình tương thích: lấy chuyển vị làm ẩn số và lập him xắp xi chuyển vị

~ Mô hình cân bằng: lấy ứng suất làm dn số, lập hàm xắp xỉ của ứng suất

~ Mô hình hỗn hợp: hàm xắp xi bao gồm cả chuyển vị và ứng suất.

Negiy nay với sự ợ giúp của cơng nghệ tin học nhiễu bài tin phức tạp trong các ngành

kỹ thuật đã giải quyết được băng phương pháp phần tử hữu hạn.

2.2.1 Trình n giải bài ốn bằng phương pháp PTHH

3) Chia miễn tính tốn thành nhiều các miễn nhỏ gọi là các phần tử Các phần từ đượcnối với nhau bằng một số hữu hạn các điểm nút Các nút này cỏ thé la đỉnh các phần tử,cũng cĩ thé là một số điểm được quy ớc trên cạnh của phần tử Tuỷ thuộc bài tốn cin

giải cĩ thé sử dung các loại phần tử dạng thanh, dang phẳng hoặc phần tử khổi.

ần từ giả thiết một dạng phân bổ xác định nào dé của himcẩn tìm Đồi với bài ốn kết cầu thì him xắp xỉ cĩ thể là him chuyỂn vị hoặc him ứng

suất hoặc cả hàm chuyển vị và ứng suất

Đối với bài ốn thắm thì ham xắp xi cĩ thể là hm cột nước

“Thường giá thiết hàm xp xi là những da thức nguyên mà hệ số của nĩ được gọi là các.thơng số, Trong phương pháp PTHH, cic thơng số này được iu diễn qua các ti số của

him và cĩ thể là trị số của đạo hàm của nĩ tại các điểm nút của phần tử Dạng da thức nguyên của him xắp xi phải được chọn đảm bảo để bai tốn hội tụ Nghĩa là khi ting số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính tốn sẽ ti n cận đến kết quả chính xác.

Ngồi ra him xấp xi cịn phải chọn sao cho dim bảo một số lu nhất định, trước

Viên là phải thộ mãn với các phương trình của lý thuyết đàn hồi (bãi tốn kết cấu), hoặc

định luật Darey (bài tốn thám) Song để thoả mãn chặt chẽ tat cả các yêu cầu thì sẽ gặp.nhiễu khĩ khăn trong vige lựa chọn mơ hình và lập thuật tốn giải Do dé trong thực tế

người ta phải giảm bớt một số yêu clu nào đĩ nhưng vẫn đảm bào được nghiệm dat độ chính xác yêu.

©) Thế lập hệ phương tinh cơ bản bài tốn

Để thiết lập hệ phương trình cơ bản bai tốn giải bằng phương pháp PTHH thường dựavào nguyên lý biến phân Từ các nguyên ý biển phản rit ra được hệ phương tình đại sốtuyển ính ở dang:

Trong đĩ: [K]: ma trận độ cứng của kết cấu.

(A): véctơ chuyén vị nút của cả kết cầu

28

IẾ): véc to ti tong nút của toàn bộ kết cầu

4d) Giải phương trình cơ bản (2-1) sẽ tìm được các ham ẩn của miền xét tại các điểm nút (thông qua giá trị him hoặc đạo him của nổ).

Đề giải hệ phương trình trên thi một yêu cầu rất quan trọng là ma trận độ cứn # IK]không được suy biển, có nghĩa là đet(K) # 0 Để đáp ứng được yêu cầu này khi giải ta có.thể xử lý bằng điều kiện biên khi đã xử lý điều kiện biên thi điều kiện trên đương nhiên

thoả man, Thường có thé xử lý điều kiện biên bằng 2 cách sau trong khi lập trình là xử

lý kiểu gin 0 và xử ý bằng số v6 cũng lớn

$) Dựa vào phương trình cơ bản ca loại

Đối với bài toán kết

toán nghiên cứu để tìm các đại lượng khác,

u sử dung các phương trình cơ bản của lý thuyết đản hồi

trường ứng sult, trường biển dang vv

2.2.2 Giải bài toin phân bổ ứng sudt-bién dạng trong thân đập

bằng phương pháp PTHH

bin mặt bê tong

2.2.2.1, Các giả thiết cơ bản và phiên hàm thé năng

đân hồi

“Các bài toán phẳng của lý thu hay gặp trong tính toán công trình, ching

hạn như khi ta phân tich ứng suét-bién dạng trong thân đập, ong đường him áp lực,

trong cổng hộp v.v Tuy nhiên, như đã nêu trong phần việc nghiên cứu USBD của

bê tông bản mặt được giải quyét bằng bai toán không gian của lý thuyết din hồi bao

gdm hai trường hợp riêng của bai toán ứng suất không gian hoặc biển dạng không gian.

- Bài toán ứng suất không gian

Trong hệ tọa độ Để-các ba hướng, trạng thái ứng suất được đặc trưng bởi các ứng suất

đc 6), Gu 9 Tus Tas Các thành phn ứng suất được biểu diễn dưới dang hệ thông véc

tơ - ma trận sau:

{0} = {0% Oy 62 Try tự tà]

- Bài toán biến dạng không gian

“Các thành phần biến dạng được thể hiện dưới dạng hệ thống véc tơ - ma trận như sau:

fe} = (ee by Gx yay Vẽ Ye)”

“Thân dip đá đắp thường được mô hình hoá bing các phin từ khi (phin tr tr điện hoặc

phần từ lục diện) Phan tử thường dùng là phan tử tứ diện

Ban mặt có chiều dây nhỏ hơn nhiều lần so với chiều dài và lều rộng nên thường được

mô hình hoá bằng các phin tử tắm vỏ Phin tử thường dùng là phn từ tắm chữ nhậthoặc phần tử tắm tam giác

30

2.2.2.2 Phần tử tử diện và hàm xdp xi bậc nhẳ:

“Ta ký hiệu các ứng lực đặt tai các nút 1.2.3.4 của ph từ là

(R) = { Rix Ray Re)

va ký hiệu (q) = {uiviwius ws} là vectơ chuyển vị nút của phan từ đó

Nội dung bài toán nhằm xác định mỗi liên hệ

(R) =[KI (a) @5)

“Trong đồ: [K là ma trận độ cứng của phần tử.

Ta biết rằng vị trí của tử điện hoàn toàn phụ thuộc vị tri của 4 điểm nút, nghĩa la tứ diện

sẽ có vịt hoàn toàn xác định khi biết đ 12 thành phần chuyển vị nút Do đổ ta có thé

giả thiết tổn tại mỗi liên hệ sau: