Tài liệu Nghiên cứu lựa chọn kích thước của bản mặt bê tông trong đập đá đổ bê tông bản mặt sông cạn

LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu và tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài “Nghiên cứu lựa chọn kích thước của bản mặt bê tông trong đập đá đổ bê tông bản mặt Sông Cạn” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định. Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo T.S Nguyễn Kiên Quyết và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện đào tạo & Khoa học ứng dụng miền Trung – nơi tác giả đang công tác; gia đình, bạn bè & đồng nghiệp 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 nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Ninh Thuận năm 2017 HỌC VIÊN Lưu Văn Kiên i BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn, kết quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. HỌC VIÊN Lưu Văn Kiên ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 I. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1 II. Mục đích của đề tài .................................................................................................. 2 III. Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện ............................................................ 2 IV. Kết quả đạt được .................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ ........................ 3 1.1. Tình hình xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt trên thế giới .............................. 3 1.2. Tình hình xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông ở việt nam ................................ 8 1.3. Những thành tựu, tồn tại trong xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt ở Việt Nam…………………………………………………………………………………...11 1.3.1. Những thành tựu ............................................................................................. 11 1.3.2. Những tồn tại .................................................................................................. 11 1.4. Những vấn đề kĩ thuật trong thiết kế đập đá đổ bê tông bản mặt ...................... 12 1.4.1. Phân loại đập đá đổ bê tông bản mặt ............................................................. 12 1.4.1.1. Phân loại theo vật liệu đắp đập ........................................................................ 12 1.4.1.2. Phân loại theo chiều cao đập ........................................................................... 13 1.4.1.3. Phân loại theo cấp công trình .......................................................................... 13 1.4.2. Cấu tạo các bộ phận của đập đá đổ bê tông bản mặt .................................... 14 1.4.3. Điều kiện nền xây dựng đập CFRD ................................................................ 15 1.4.4. Vật liệu xây dựng đập ..................................................................................... 18 1.4.4.1. Vật liệu làm lớp đệm và vùng chuyển tiếp ........................................................ 18 1.4.4.2. Vật liệu đá đắp thân đập .................................................................................. 19 1.4.5. Vấn đề ổn định trượt ....................................................................................... 20 1.4.6. Vấn đề ứng suất - biến dạng ........................................................................... 21 1.4.7. Vấn đề về thấm ................................................................................................ 21 1.4.8. Giải pháp kháng chấn cho thân đập ở vùng có địa chấn ............................... 21 1.5. Tình hình chịu lực và đặc điểm của bản mặt bê tông [2] .................................. 22 1.6. Kết luận chương 1 ............................................................................................. 24 1.6.1. Ưu điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt ........................................................ 24 1.6.2. Nhược điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt ................................................. 24 1.6.3. Kết luận ........................................................................................................... 25 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐẬP ĐÁ ĐỔ BÊ TÔNG BẢN MẶT ............................................................................................ 26 2.1. Các phương pháp chủ yếu tính toán trạng thái ứng suất biến dạng cho CFRD .. 26 2.1.1. Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng ........................................... 26 2.1.2. 2.2.2. Phương pháp tính toán được lựa chọn để phân tích trong luận văn ... 27 2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn [3] ..................................... 27 2.2.1. Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH ........................................... 28 iii 2.2.2. Giải bài toán phân bố ứng suất-biến dạng trong thân đập và bản mặt bê tông bằng phương pháp PTHH ............................................................................................. 29 2.2.2.1. Các giả thiết cơ bản và phiến hàm thế năng .............................................. 29 2.2.2.2. Phần tử tứ diện và hàm xấp xỉ bậc nhất ..................................................... 31 2.2.2.3. Phần tử tấm hình chữ nhật .......................................................................... 34 2.3. Tổng quan về phần mềm SAP2000 [4] ............................................................. 37 2.3.1. Phần mềm SAP2000 và những ưu điểm ......................................................... 37 2.3.2. Bài toán hình khối (Solid) ............................................................................... 38 2.3.2.1. Khái niệm về bài toán khối ............................................................................... 38 2.3.2.2. Một số quy ước về phần tử khối ....................................................................... 38 2.3.3. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng SAP2000 V14 ......................................... 40 2.4. Kết luận chương ................................................................................................ 40 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC BẢN MẶT VÀ ÁP DỤNG CHO ĐẬP SÔNG CẠN ................................................................................................ 41 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố tới đập bản mặt................................... 41 3.1.1. Mô hình tính toán............................................................................................ 41 3.1.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng .......................................................................... 42 3.1.3. Ảnh hưởng của chiều cao đập ........................................................................ 42 3.1.3.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 42 3.1.3.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 42 3.1.4. Ảnh hưởng của nhân tố nền ............................................................................. 46 3.1.4.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 46 3.1.4.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 47 3.1.5. Ảnh hưởng của mái đập .................................................................................. 51 3.1.5.1. Các tham số tính toán ....................................................................................... 51 3.1.5.2. Kết quả tính toán .............................................................................................. 52 3.2. Xây dựng mối tương quan giữa chiều rộng bản mặt và chiều cao của đập......... 56 3.2.1. Các tham số tính toán ..................................................................................... 56 3.2.2. Kết quả tính toán ............................................................................................ 57 3.3. Áp dụng cho đập đá đổ bê tông bản mặt Sông Cạn .......................................... 60 3.3.1. Giới thiệu công trình [5] ................................................................................. 60 3.3.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................ 60 3.3.1.2. Nhiệm vụ ........................................................................................................... 60 3.3.1.3. Quy mô công trình ............................................................................................. 60 3.3.1.4. Chỉ tiêu cơ lý của đá đắp đập và nền................................................................. 62 3.3.2. Tính toán lựa chọn kích thước bản mặt ........................................................... 62 3.3.2.1. Phạm vi tính toán .............................................................................................. 62 3.3.2.2. Tham số hình học và sơ đồ tính toán ................................................................. 62 3.3.2.3. Phân tích kết quả tính toán ................................................................................ 64 3.4. Kết luận chương ................................................................................................ 67 iv KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 68 1. Những kết quả đạt được của luận văn ....................................................................... 68 2. Những kết luận của luận văn ..................................................................................... 68 3. Những tồn tại của luận văn ........................................................................................ 69 4. Những kiến nghị của luận văn ................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 70 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 71 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Toàn cảnh đập Cirata cao 125m – Inđônêxia .................................................. 5 Hình 1.2. Mặt cắt đập Cirata cao 125m ........................................................................... 6 Hình 1.3. Đập Kanaviou - Cyprus ................................................................................... 6 Hình 1.4. Toàn cảnh đập Toulnustouc cao 77m - Canada .............................................. 6 Hình 1.6. Toàn cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu .......................................... 9 Hình 1.7. Mặt cắt đại điện công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt.............................. 10 Hình 1.8. Vai phải đập đá đổ bê tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008 ......................... 10 Hình 1.9. Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng đá cứng .................................................... 12 Hình 1.10. Mặt cắt ngang thân đập đắp bằng cuội sỏi .................................................. 12 Hình 1.11. Mặt cắt ngang điển hình của đập đá đắp bê tông bản mặt .......................... 14 Hình 1.12. Bố trí vùng tầng đệm đặc biệt...................................................................... 15 Hình.1.13. Khớp nối dọc bị ép vỡ ở đập Mohale (Lesotho, Châu Phi) ......................... 23 Hình 2.1. Màn hình khởi động của phần mềm SAP2000 .............................................. 37 Hình 2.2. Phần tử khối trong SAP2000 ......................................................................... 38 Hình 2. 3. Phần tử khối trong SAP2000 ........................................................................ 39 Hình 2.4. Phần tử khối 6 mặt và khối 5 mặt .................................................................. 39 Hình 3.1. Sơ đồ tính toán cho một một dải bản mặt khối đá đổ .................................... 41 Hình 3.2. Mô hình tính toán cho một một dải bản mặt khối đá đổ ............................... 41 Hình 3.3. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao đập 40m. ........................................................................................................................ 43 Hình 3.4. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao đập 60m. ........................................................................................................................ 44 Hình 3.5. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với chiều cao đập 80m. ........................................................................................................................ 45 Hình 3.6. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt. 46 Hình 3.7. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có E = 2*104 T/m2 .............................................................................................................. 48 Hình 3.8. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có E = 1*105 T/m2 .............................................................................................................. 49 Hình 3.9. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH nền có E = 1,8*105 T/m2 ........................................................................................................... 50 Hình 3.10. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt.51 vi Hình 3.11. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số mái mTL=1,30; m=1,25 .................................................................................................. 53 Hình 3.12. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số mái mTL=1,40; m=1,35 .................................................................................................. 54 Hình 3.13. Biểu đồ ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt ứng với TH hệ số mái mTL=1,50; m=1,45 .................................................................................................. 55 Hình 3.14. Biểu đồ tỷ lệ chênh lệch ứng suất chính mặt trên và mặt dưới tấm bản mặt.56 Hình 3.15. Biểu đồ ứng suất chính S11 lớn nhất ............................................................ 58 Hình 3.16. Biểu đồ ứng suất chính S22 lớn nhất ............................................................ 58 Hình 3.17. Biểu đồ ứng suất chính S33 lớn nhất ............................................................ 59 Hình 3.18. Cắt ngang đập điển hình .............................................................................. 61 Hình 3.19. Cắt ngang đập điển hình .............................................................................. 63 Hình 3.20. Phổ màu ứng suất chính S1 ......................................................................... 64 Hình 3.21. Phổ màu ứng suất chính S2 ......................................................................... 64 Hình 3.22. Phổ màu ứng suất chính S3 ......................................................................... 65 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1. Một số đập trên thế giới cao trên 100m .......................................................... 4 Bảng 1-2. Đập đá đổ bản mặt đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc .................. 7 Bảng 1-3. Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất nền [1] ............................... 13 Bảng 1-4. Tên đất đá theo phân loại của Nga ............................................................... 16 Bảng 1-5. Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập .................................. 19 Bảng 1-6: Hệ số mềm hóa cho phép của vật liệu đá ..................................................... 20 Bảng 3-1. Tham số hình học của đập ............................................................................ 42 Bảng 3-3. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.1 (Hđ = 40m) ...................... 43 Bảng 3-4. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.2 (Hđ = 60m) ...................... 43 Bảng 3-5. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH1.3 (Hđ = 80m) ...................... 44 Bảng 3-6. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................... 45 Bảng 3-7. Tham số hình học của đập ............................................................................ 46 Bảng 3-8. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nền ........................................................... 47 Bảng 3-9. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.1 nền có E = 2*104 T/m2 .... 47 Bảng 3-10. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.2 nền có E = 1*105 T/m2 .. 48 Bảng 3-11. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH2.3 nền có E = 1,8*105 T/m249 Bảng 3-11. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................. 50 Bảng 3-12. Tham số hình học của đập .......................................................................... 51 Bảng 3-13. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đập và nền ......................................................... 52 Bảng 3-15. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH3.2 hệ số mái mTL=1,40; mHL =1,35 .............................................................................................................................. 53 Bảng 3-16. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ứng với TH3.3 hệ số mái mTL=1,50; mHL=1,45 ....................................................................................................................... 54 Bảng 3-17. Chênh lệch ứng suất mặt trên và mặt dưới ................................................. 55 Bảng 3-18. Tham số hình học của đập .......................................................................... 56 Bảng 3-20. Ứng suất chính lớn nhất .............................................................................. 57 Bảng 3-21. Chỉ tiêu cơ lý của đá đắp đập và nền .......................................................... 62 Bảng 3-22. Tham số hình học của đập .......................................................................... 63 Bảng 3-23. Ứng suất chính dọc tấm bản mặt ................................................................ 65 viii BẢNG VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ ALN: Áp lực nước BNNPTNT: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn CFRD (Concrete Face Rockfill Dams): Đập đá đổ bê tông bản mặt DEAD: Trọng lượng bản thân PTHH: Phần tử hữu hạn QCVN: Quy chuẩn Việt Nam ƯSBD: Ứng suất biến dạng VLĐP: Vật liệu địa phương ix MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Các đập đá đổ ở nước ta và trên thế giới thường được xây dựng bằng hình thức: thân đập là đá đổ và chống thấm là tường nghiêng hoặc lõi giữa bằng đất sét hoặc bê tông atphal. Tuy nhiên khi nguồn vật liệu làm kết cấu chống thấm khan hiếm hoặc ở vùng thời tiết không thuận, mưa nhiều, yêu cầu tiến độ thi công nhanh, hoặc cần giảm công trình dẫn dòng bằng cách cho tràn qua mặt đập xây dở, … thì hình thức đập đá đổ chống thấm bằng lõi giữa hoặc tường nghiêng không còn phù hợp nữa mà thay thế vào đó là đập đá đổ chống thấm bằng lớp bê tông bản mặt. Đập đá đổ chống thấm bằng bê tông bản mặt (Concrete Face Rockfill Dams) được xây dựng đầu tiên vào năm 1985 tại Mỹ, đã dần thay thế các đập đá đổ truyền thống. Với những ưu điểm nổi bật của mình, nó đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển từ lâu, đặc biệt là Trung Quốc, Nga, Mỹ và ngày càng được hoàn thiện về phương pháp tính toán cũng như phương pháp xây dựng. Ưu điểm chính của loại đập này là thi công nhanh, giảm khối lượng đắp đập, áp dụng cho các đập 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, giảm được giá thành và đạt hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên để đảm bảo được chất lượng và lợi thế của CFRD đòi hỏi trình độ tổ chức thi công khá cao, trang thiết bị xe máy phải đồng bộ, đồng thời trong công tác khảo sát, thiết kế cũng phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe, đặc biệt là việc xử lý đúng đắn bản chân và phân khe dọc của bản mặt nhằm đảm bảo việc kín nước và ổn định bền vững khi bản mặt bị chuyển dịch và biến dạng. Đập đá đổ bê tông bản mặt là một loại hình thức đập tương đối mới đối với Việt Nam. Trong tính toán thiết kế loại hình đập này điều quan trọng chủ yếu là khống chế biến dạng của bản mặt bê tông nhằm đảm bảo an toàn chống thấm và độ bền tránh phát sinh vết nứt. Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là trong tính toán kỹ thuật, thông thường quan niệm bản mặt bê tông được ngàm chặt vào nền và được tựa lên khối đá đổ được đầm chặt theo yêu cầu. Chính vì vậy nên trong quá trình làm việc xảy ra hiện tượng chuyển vị không đều giữa các loại vật liệu khác nhau. Chính sự chuyển vị không đều này dẫn 1 đến biến dạng cục bộ gây mất ổn định cho công trình. Với sự phát triển của công nghệ tính toán thiết kế hiện nay đã dần mô phỏng được liên kết giữa bản mặt bê tông và thân đập bằng đá đổ nhằm tiếp cận sát với thực tế quá trình làm việc của đập đá đổ bê tông bản mặt. Nội dung đề tài này tiến hành nghiên cứu mô phỏng đầy đủ các liên kết giữa các bộ phận trong đập nhằm tìm ra kích thước bản mặt bê tông một cách hợp lý nhất về điều kiện chịu lực, một trong những nội dung chính trong công tác thiết kế và thi công quan tâm - với mong muốn góp phần phát triển vào việc xây dựng mạnh mẽ loại hình đập này ở Việt Nam hiện nay. II. Mục đích của đề tài Bản mặt bê tông là phần hết sức quan trọng của đập đá đắp chống thấm bằng bê tông bản mặt. Nó có tác dụng ngăn nước dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu. Vì vậy, vấn đề bảo đảm sự làm việc bình thường, không phát sinh các hư hỏng của bản mặt và để giữ ổn định tổng thể cho cả đập đá đổ bê tông bản mặt là rất quan trọng. Mục đích của luận văn này là sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại để phân tích ứng suất, biến dạng và sự ổn định của đập đá đổ bê tông bản mặt, từ đó đưa ra các kiến nghị về kích thước của tấm bê tông bản mặt một cách hợp lý. III. 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 pháp Phần tử hữu hạn. Việc xác định kích thước hợp lý của các tấm bê tông bản mặt dựa vào các lý thuyết của sức bền vật liệu, kết cấu bê tông cốt thép, địa kỹ thuật. IV. Kết quả đạt được Khái quát được tình hình xây dựng đập đá đổ bê bản mặt trên thế giới và Việt Nam; Nắm vững được các yêu cầu kỹ thuật tính toán đập đá đổ bê tông bản mặt; Xác định được mối tương quan giữa chiều dày và chiều rộng bản mặt theo điều kiện chịu lực. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ Đập đá đổ là một loại đập vật liệu địa phương do phần lớn khối lượng đắp là vật liệu được khai thác tại chỗ (khai thác ở mỏ vật liệu gần công trình hoặc đá đào móng hoặc sỏi đá tự nhiên). Việc bố trí các loại vật liệu trong mặt cắt đập là rất quan trọng. Nó quyết định đến tính ổn định trong quá trình làm việc của đập và nhất là tính kinh tế của dự án. Hiện nay mặt cắt đập đá đổ ngày càng phức tạp và được phân ra nhiều vùng. Tuỳ theo việc phân bố ứng suất trong thân đập, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của các vùng trong thân đập và căn cứ vào khả năng khai thác vật liệu trong vùng mà mặt cắt ngang của đập sẽ được tính toán để chọn ra mặt cắt hợp lý nhất. Người ta thường tận đất đá đào hố móng công trình để đắp vào một phần thích hợp của đập. Đập đá đắp bê tông bản mặt là một dạng đập trong nhóm đập đá đổ. 1.1. Tình hình xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt trên thế giới Đập đá đổ bản mặt bê tông có lịch sử phát triển từ rất lâu đời, cách đây khoảng hơn 1 thế kỷ các nước đã nghiên cứu xây dựng loại đập này. Năm 1895 loại đập này lần đầu tiên được xây dựng ở California (Mỹ). Tuy nhiên phải từ những năm 1980 trở đi kiểu đập này mới phát triển mạnh mẽ, do công nghệ thi công đắp đá đầm nén phát triển. J.Barry Cooke là người đầu tiên nghiên cứu loại đập bản mặt bê tông hiện đại vào năm 1984 và vào năm 1989 ICOLD đã có những khuyến nghị về kiểu đập này. Từ đó loại đập này được nhiều nước mạnh dạn áp dụng nhất là Trung Quốc, Mỹ, Anh, Ấn Độ, Nga, Nhật .... Ở Châu Á đập đá đổ bản mặt bê tông được áp dụng xây dựng cho nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn ở Trung Quốc. Trung Quốc đã có được những nghiên cứu và thành công nhất định trong lĩnh vực xây dựng đập loại này. Hiện nay đây là một trong các loại đập đang phát triển mạnh nhất trên thế giới. Đập đá đổ bản mặt bê tông là loại đập cải tiến của đập đá đổ truyền thống (thường được chống thấm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là đất sét). Mái của đập loại này tương đối dốc (1:1,0 ~ 1:1.5) do đó tiết kiệm được một lượng lớn vật liệu đắp đập so với đập đá đổ truyền thống. Đập đá đổ bản mặt bê tông thường áp dụng cho các loại đập cao (H>40m) và đặt trên nền đá. Việc thiết kế các đập đá đổ bản mặt bê tông ban đầu chủ yếu dựa trên kinh nghiệm và được hiệu chỉnh dần. 3 Đến nay việc tính toán thiết kế đập đá đổ bản mặt bê tông đã dần được hoàn chỉnh. Đập đá đổ bản mặt bê tông đã được áp dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho cả những đập cao tới 187m. Đến cuối năm 2008 theo thống kê của hội đập đá đổ bê tông bản mặt Thế giới thì trên thế giới đã xây dựng được khoảng 200 đập có chiều cao lớn hơn 100m, trong đó có 20 đập cao hơn 150m. Các đập điển hình được thống kê trong bảng sau (xem Bảng 1-1): Bảng 1-1. Một số đập trên thế giới cao trên 100m Tên đập TT Tên nước 1 Aguamilpa Mexico 2 Akbu Venezuela 3 For do Areia 4 Chiều cao đập (m) Chiều dài đập (m) 187 160.5 150 Braxin 160 828 NewExchquer Mỹ 150 427 5 Myxukhơla Hy Lạp 150 560 6 Sauvaxira Colombia 148 362 7 Segrado Braxin 145 705 8 Anto Anchicaya Colombia 140 280 9 Xingo Nam Tư 140 850 10 Aman Anbani 133 450 11 Khao lan Thái Lan 130 1000 12 Xello Nigeria 130 560 13 Clylass Colombia 127 110 14 Xila Indonexia 125 453 15 Yta Nam Tư 125 780 16 Recce Úc 122 360 17 Tumili Venezuela 115 650 18 Poltala Bồ Đào nha 112 540 19 Cetnana Úc 110 113 20 Uluai Malaixia 110 580 4 21 Thuỷ bộ á Hồ Bắc 22 Tam bản khê 23 233 584 Quế Châu 185.5 424 Hồng Gia Bộ Quế Châu 182.3 465 24 Thiện gia bình Hồ Bắc 180 25 Tham khang Triết Giang 161 506 26 Tài binh bổ Tứ Xuyên 159 638 27 Đại liệu thụ Ninh Hạ 156 770 28 Hương thuỵ đông An Huy 153 516 29 Cát lâm đài Tân Cương 152 392 30 Than khẩu Sơn Tây 140 1150 31 Va u sơn Tứ xuyên 140 32 Công bạch khuê Thanh Hải 130 Một số hình ảnh của đập CFRD trên thế giới. Hình 1.1. Toàn cảnh đập Cirata cao 125m – Inđônêxia 5 423 Hình 1.2. Mặt cắt đập Cirata cao 125m Hình 1.3. Đập Kanaviou - Cyprus Hình 1.4. Toàn cảnh đập Toulnustouc cao 77m - Canada 6 So với các nước đi đầu trong lĩnh vực xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt, Trung Quốc tuy bước đầu tiên hơi chậm nhưng khởi điểm rất mạnh và phát triển nhanh. Chỉ trong vòng 10 năm đã phổ biến ra toàn quốc. Đến cuối năm 1998, căn cứ vào thống kê chưa đầy đủ ở Trung Quốc đã hoàn thành 39 đập, đập cao nhất là đập thuỷ điện Bạch Vân tỉnh Hồ Nam, xây dựng năm 1998, cao 120m. Hiện nay ở Trung Quốc đập CFRD cao trên 100m đang xây dựng có hơn 20 đập (xem bảng 1.2). Bảng 1-2. Đập đá đổ bản mặt đang xây dựng cao trên 100m ở Trung Quốc TT Tên đập Địa điểm xây dựng Chiều cao đập (m) Chiều dài đập (m) Khối lượng đập (105m3) 233 584 1455 1 Thuỷ Á Bộ Hồ Bắc 2 Tam Bản Khê Quế Châu 185,5 424 991 3 Hồng Gia Bộ Quế Châu 182,5 465 1007 4 Thiện Gia Bình Hồ Bắc 180 5 Thẩm Khang Triết Giang 161 506 1000 6 Tài Binh Bổ Tứ Xuyên 159 638 1167 7 Đại Liêu Thụ Ninh Hạ 156 770 1450 8 Hương Thuỷ Đông An Huy 153 516 257 9 Cát Lâm Đài Tân Cương 152 392 920 10 Than Khẩu Sơn Tây 140 1150 2395 11 Va U Sơn Tứ Xuyên 140 12 Công Bạch Khuê Thanh Hải 130 423 455 13 Chè Miên Phú Kiến 126 478 342 14 Phan Khẩu Hồ Bắc 123 322 346 15 Ngũ Thiếu Trương Kháng 110 220 163 16 Linh Thiên Hồ Nam 110 261 250 17 Soang Câu Cát Lâm 109,7 312 258 18 Thiên Thuỷ Hồ Nam 102,5 313 172 7 19 Bàn Thạch Đầu Hà Nam 20 Tích Thạch Gi Thanh Hải 100,8 558 529 100 348 288 1.2. Tình hình xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông ở việt nam Đập đá đổ bản mặt bê tông mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây và đã được áp dụng cho một số công trình như: công trình Thủy điện Tuyên Quang (2002), công trình Thủy lợi - Thủy điện Rào Quán (Quảng Trị, 2002) và công trình Thủy lợi - Thủy điện Cửa Đạt (Thanh Hoá, 2004), công trình thủy điện An Khê & Kanak (Gia Lai 2009) và đập Sông Bung 2 (Quản Nam, đang xây dựng). Các nguyên lý tính toán và qui phạm áp dụng để thiết kế và thi công những công trình này thường dựa vào các qui phạm và kinh nghiệm đã áp dụng thành công cho các công trình cùng loại của Trung Quốc và Nga. Đập đá đắp bê tông bản mặt chống thấm là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào nước ta. Tuy nhiên nó đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với các loại đập khác nhất là với các loại đập cao. Với công nghệ và trang thiết bị thi công ngày càng hiện đại, các khó khăn phát sinh trong quá trình thi công đập đá bê tông bản mặt chống thấm sẽ giảm bớt nhiều và việc xây dựng loại hình đập này sẽ ngày càng phát triển ở nước ta. Chúng ta hi vọng hàng loạt các công trình đập đá đổ bê tông bản mặt sẽ được xây dựng rộng rãi ở trong nước. Thông số kỹ thuật của một số công trình đá đổ bê tông bản mặt đang được xây dựng. - Công trình thuỷ điện Tuyên Quang. + Chiều dài đập theo đỉnh : 717,9 m + Chiều cao đập lớn nhất : 92,2 m + Chiều rộng đỉnh đập : 10 m + Mực nước dâng trung bình : 36 m + Dung tích hồ chứa nước : 2.245 tỷ m3 + Số tổ máy : 3 + Công suất thiết kế : 342 MW + Loại đập : Đá đổ bê tông bản mặt 8 + Thời gian thi công : 5 năm Hình 1.6. Toàn cảnh thuỷ điện Tuyên Quang nhìn từ hạ lưu - Công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt. + Loại đập: Đập đá đổ bê tông bản mặt. + Cao trình đỉnh đập: 122,7m + Cao trình đỉnh tường chắn sóng: 123,53m + Chiều cao đập lớn nhất: 103,0m + Chiều dài đỉnh đập: 740,0m + Thời gian thi công: 2004 - 2009 9 Hình 1.7. Mặt cắt đại điện công trình thuỷ lợi - thuỷ điện Cửa Đạt Hình 1.8. Vai phải đập đá đổ bê tông Bản mặt Cửa Đạt tháng 2/2008 - Công trình thủy điện An Khê & Kanak. + Loại đập (cụm Kanak): Đập đá đổ bê tông bản mặt. + Chiều rộng đỉnh đập : 10 m + Dung tích hồ chứa nước : 300 triệu m3 + Số tổ máy : 3 + Công suất thiết kế : 173 MW + Thời gian thi công : 2005-2009 năm 10 1.3. Những thành tựu, tồn tại trong xây dựng đập đá đổ bê tông bản mặt ở Việt Nam 1.3.1. Những thành tựu Việt Nam là một trong những nước có nhiều đập VLĐP. Tuy nhiên đại đa số là đập có chiều cao H<40m thuộc loại đập thấp. Đập VLĐP được xây dựng nhiều nhất là ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên, hầu hết các công trình trên đều là đập đất đồng chất, hoặc đập đất nhiều khối. Đập đá đổ nói chung và đập đá đắp bê tông bản mặt chống thấm nói riêng được xây dựng ở nước ta còn ít so với đập đất, tuy nhiên những công trình sử dụng loại đập này đều loại đập cao như Ialy, Hòa Bình, Đa Mi-Hàm Thuận (đập đá đổ hoặc đất đá hỗn hợp), thuỷ điện Rào Quán (Quảng Trị), thuỷ điện Tuyên Quang, Hồ chứa nước Cửa Đạt (đập CFRD) và nhiều dự án chuẩn bị đầu tư khác có chiều cao đập từ 50m đến hơn 100m. Đập CFRD là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào xây dựng ở nước ta. Tuy nhiên nó đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với các loại đập đá đổ khác, nhất là với các loại đập cao. Với công nghệ và trang thiết bị thi công ngày càng hiện đại, các khó khăn phát sinh trong quá trình thi công đập đá đổ bê tông bản mặt chống thấm sẽ giảm bớt nhiều và việc xây dựng loại hình đập này sẽ ngày càng phát triển ở nước ta. Từ thành công và những kinh nghiệm rút ra từ công tác khảo sát, thiết kế và thi công trong các công trình CFRD như Rào Quán, Tuyên Quang, Cửa Đạt, chúng ta hi vọng hàng loạt các công trình sử dụng CFRD sẽ được xây dựng rộng rãi ở Việt Nam. 1.3.2. Những tồn tại CFRD là loại đập mới (nhất là ở nước ta) nên các lý thuyết tính toán chưa thật hoàn chỉnh, kinh nghiệm xây dựng đập loại này còn rất thiếu. Nhiều bộ phận của đập thường được chọn theo kinh nghiệm của nước ngoài hoặc tính toán bằng mô hình 2D và công cụ thô sơ nên chưa phản ánh đúng tình hình làm việc của đập, chưa tiết kiệm được giá thành xây dựng đập. Ở nước ta chưa có các tiêu chuẩn, qui phạm dành riêng cho các công tác khảo sát, thiết kế và thi công đập loại này. Việc xây dựng đập loại này thường được tiến hành theo các qui phạm và kinh nghiệm của nước ngoài. 11