NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Ở CÔNG TY TƯ VẤN XÂY DỰNG THỦY LỢI 1 (HEC1) potx

KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN : Các nhà vật liệu xây dựng qua nghiên cứu nhận thấy rằng lượng nước N yêu cầu để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng X trong khối bê tông là thấp hơn nhiều

NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Ở CÔNG TY TƯ VẤN

XÂY DỰNG THỦY LỢI 1 (HEC1)

Th.S Nguyễn Trí Trinh-HEC1

I MỞ ĐẦU:

Vào năm 1961, đê quây của đập Thạch Môn ở Đài Loan Trung Quốc, Năm

1961-1964 đập Alpe Gera ở Ý được áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn Năm 1975 ở Pakistan trong công việc sữa chữa các công trình, đã áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn để thi công Đây là lần sớm nhất ở các đập xuất hiện bê tông đầm lăn (BTĐL)

Do hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao mang lại, nên rất nhiều công trình BTĐL được xây dựng khắp nơi trên thế giới Cùng quá trình phát triển đến nay đã hình thành 3 trường phái chính về công nghệ BTĐL trên thế giới : Mỹ, Nhật, Trung Quốc Đập cao nhất đã đạt được đến 200m và công nghệ này đã từ đập trọng lực phát triển đến đập vòm, thậm chí đập vòm mỏng, chất lượng của đập càng ngày càng cao

Ở nước ta, công nghệ BTĐL còn nhiều mới mẻ Bài viết này xin được trình bày những nghiên cứu về BTĐL của HEC1

II KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN :

Các nhà vật liệu xây dựng qua nghiên cứu nhận thấy rằng lượng nước (N) yêu cầu

để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng (X) trong khối bê tông là thấp hơn nhiều

so với lượng nước được trộn vào hổn hợp bê tông truyền thống Mặt khác qua nghiên cứu lí luận về cường độ bê tông phát hiện ra rằng cường độ bê tông Rb tỷ

lệ thuận với tỷ lệ N/X (Rb=F(N/X)) Vậy nếu giảm lượng nước trộn thì có thể

giảm được lượng xi măng của hổn hợp mà cường độ bê tông vẫn không thay đổi

Do giảm lượng nước trộn nên bê tông khô như đất, muốn đầm phải sử dụng máy

đầm rung thay vì đầm dùi như bê tông truyền thống BTĐL hình thành từ những ý tưởng rất đơn giản như vậy

1 Bê tông đầm lăn: RCC ( Roller compacted concrete)

BTĐL là loại bê tông được đầm bằng máy đầm rung Bê tông đầm lăn được sử dụng cho nhiều đối tượng: kè chắn sóng, sân bay, đập

2 Đập bê tông đầm lăn: RCCD( Roller compacted concrete dam)

Đập được xây dựng bằng BTĐL gọi là đập BTĐL

3 Một số đặc điểm bê tông đầm lăn:

- Do lượng nước được đưa vào hổn hợp BTĐL nhỏ (trên dưới 100l/m3 bê tông, với bê tông truyền thống là trên dưới 200l/m3 bê tông), nên bê tông rất khô, phải sử dụng máy đầm rung mới có thể đầm được

- Để bù lại lượng chất mịn do lượng xi măng giảm nhỏ, tăng cường cường

độ và độ chống thấm, hổn hợp bê tông đầm lăn được bổ sung chất độn tro bay

- Bảng cấp phối bê tông đầm lăn

Bảng 1: Tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn ở một số công trình ở Trung Quốc

Tên công trình Mác Cấp

phối

Ciment

C

kg/m3

Tro bay

F

kg/m3

Vật liệu kết dính

C+F

Lượng tro bay trộn vào

F/C+F

Lượng dùng nước

W

kg/m3 kg/m3

Khang khẩu R90100 3 60 80 140 57 98 0.70

Long môn than R90100 3 54 86 140 61 98 0.70

Thiên sinh kiều R90100 3 55 85 140 60.7 83 0.59

Đồng hằng tỉ R90100 3 65 85 150 57 90 0.60

Thạch Nham R90150 3 55 104 159 65.4 90 0.57

Đại quảng 2

Đào thụ khẩu R90150 3 70 85 155 55 75 0.48

Thạch bản thuỷ R90150 3 60 90 150 60 103.5 0.69

Song kê

R18020

R90100 3 63 80 143 56 85.5 0.60 Sơn khẩu

R90200 2 105 86 191 45 95 0.50

R90100 3 46 107 153 70 93 0.61 Giang á

R90200 2 87 107 194 55 103 0.53

R90150 3 54 101 155 65.2 84 0.54 Hồi Long

R90200 2 75 111 185 60 85 0.46

- BTĐL có khả năng phát triển cường độ hậu kỳ lớn hơn bê tông truyền thống Xem bảng 2

Bảng 2: Tình hình phát triển cường độ của bê tông đầm lăn

TT Loại bê tông R28 R90 R180

4 Một số đặc điểm đập bê tông đầm lăn:

Đập đất có ưu điểm thi công nhanh, song khối lượng lại lớn, độ bất định về vật liệu cao hơn đập bê tông, đập cao ít được áp dụng Đập bê tông truyền thống có ưu điểm khối lượng nhỏ so với đập đất, độ bất định thấp hơn, song thi công bằng thủ công, tiến độ rất chậm đặc biệt công trình có khối lượng lớn gặp nhiều khó khăn

Đập bê tông đầm lăn kết hợp ưu điểm của đập đất về công nghệ thi công, ưu điểm của đập bê tông truyền thống về mặt kết cấu đập

Ưu điểm :

- Do kế thừa công nghệ thi công cơ giới của đập đất nên đập bê tông đầm

lăn có ưu điểm lớn là thi công nhanh, hiệu quả kinh tế cao so với thi công thủ công

ở đập bê tông truyền thống Áp dụng công nghệ này sẽ đẩy nhanh được tiến độ thi

công, công trình sớm đưa vào khai thác vận hành, hiệu quả kinh tế sẽ lớn hơn

nhiều so với đập bê tông truyền thống Những công trình có khối lượng bê tông lớn là sở trường của công nghệ BTĐL

- Do sử dụng ít nước trong hổn hợp bê tông nên lượng dùng xi măng trong hổn hợp BTĐL nhỏ Yếu tố này làm cho nhiệt lượng thuỷ hoá trong khối BTĐL nhỏ hơn nhiều so với bê tông truyền thống Theo đó vấn đề khống chế nhiệt độ không phức tạp như đập bê tông truyền thống và càng phức tạp hơn đối với đập

cao, vì phải sử dụng hệ thống ống làm lạnh bên trong thân đập, ngoài các biện pháp hạ nhiệt hổn hợp bê tông bên ngoài

Nhược điểm :

- Các mặt tiếp xúc giữa các lớp đổ nếu kiểm soát không chặt chẽ sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống thấm của đập Tuy nhiên vấn đề này cho đến nay đã được giải quyết khá triệt để: (1) trong thiết kế đã bố trí lớp chống thấm thượng lưu

và lớp bê tông biến thái ở phía thượng lưu bê tông chống thấm; Sau khi đập hoàn thành mặt thượng lưu đập được xử lý bằng 1 lớp chống thấm dạng kết tinh (Xypex hoặc Krystol); Sau lớp bê tông chống thấm là hệ thống tiêu nước trong thân đập (2) Trước khi thi công đã tiến hành thí nghiệm đầm nện hiện trường để xác định thông số đầm nện, quy trình thi công, thời gian khống chế để không được phát sinh khe lạnh ở 2 lớp tiếp giáp

III VẤN ĐỀ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀO ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM :

1 Thành tựu áp dụng công nghệ BTĐL trên thế giới:

Năm 1961 có đê quây tường tâm của đập Thạch Môn ở Đài Loan Trung Quốc và năm 1975 ở Pakistan trong công việc sữa chữa các công trình, cũng dùng phương pháp trên để thi công Đây là lần sớm nhất ở các đập cục bộ xuất hiện bê tông đầm lăn

Đến năm 1980 - 1984 ở Nhật Bản, Anh, Mỹ cũng đã xây dựng xong các đập bê tông đầm lăn

Năm 1986 - 1989 ở Trung Quốc xây dựng xong các đập bê tông đầm lăn Khang Khẩu Cầu Thiên Sinh, Long Môn Than, Phan Gia Khẩu v.v

Qua quá trình phát triển đến nay đã hình thành 3 trường phái chính về công nghệ BTĐL trên thế giới : Mỹ, Nhật, Trung Quốc Mặc dầu công nghệ BTĐL được áp dụng muộn hơn so với các nước phương Tây, song đến nay Trung Quốc với sự nổ lực và sáng tạo, đã trở thành đầu đàn trên thế giới về công nghệ BTĐL này, thể hiện qua các yếu tố sau:

- Số lượng đập BTĐL được xây dựng nhiều nhất so với các nước trên thế giới

- Số lượng đập cao được xây dựng nhiều nhất so với các nước trên thế giới Đập cao nhất đã nghiên cứu cao gần 200m - đập Long Than

- Cường độ thi công đạt cao nhất thế giới ( thể hiện tính cơ giới hoá cao)

- Đã phát minh ra bê tông biến thái theo đó đã đưa tỷ lệ (BTĐL:Tổng khối lượng bê tông đập) lên cao nhất thế giới Trình độ thiết kế đập BTĐL được thể hiện thông qua tỷ lệ này Tỷ lệ càng cao thể hiện trình độ càng cao

- Lần đầu tiên trên thế giới đã áp dụng công nghệ BTĐL vào đập vòm trọng lực và ngay cả vòm mỏng

Bảng 3 Những đặc tính và tham số hữu quan của một số đập bê tông đầm lăn đã xây dựng xong và đang xây dựng

S

T

Tên đập Chiề

u

Chiề

u

Chiề

u

Vật liệu kết dính

Thờ

i

Vc (giây) Thuyết minh

T cao

đập (m)

dài đập (m)

rộng đáy Cime

nt Kg/m

3

Tro than Kg/m

3

gian hoà

n thàn

h

1

Đảo địa

xuyên(Nh

ật Bản)

89 240 91-84 39-36 198

0 20±10

Hình thức kim bao ngân, đập bê tông đầm lăn đầu tiên trên thế giới

2 Liễu

(Mỹ) Kê 50 526 47 19

198

Ở thượng lưu có tấm chống thấm bằng bê tông đúc sẵn (tấm bản mặt)

3 Khang

Khẩu 57 123 42 60 80

198

6 15±10

Trộn lượng tro bay cao, chống thấm bằng vữa cát nhựa đường

4

Thượng

Tỉnh

Thuỷ

(Mỹ)

88 814 79 173 198

7 17-29

Mặt thượng hạ lưu cấp phối 2, các thấm ở biên đầm chặt, độ sụt 0.6-1.14 cm, thường bằng cốp pha trượt, trộn lượng tro bay nhiều

5

Long

Môn

Than

58 139 48 54-86 86

-96.31

198

9 13-25

Thêm chống thấm bằng

bê tông co ngót

6 Thiên

Sinh Kiều 61 470 43 53-47 85-44

198

9 10±5

Chống thấm bằng bê tông cấp phối 2

7 Phan Gia

Khẩu 27 277 36 94 44

198

9

3-5

1-3

Đầm nén trên toàn bộ mặt cắt thêm vữa vào để đầm

8 Nham

Than 111 525 73 90 55

199

2 10±5

Bê tông cấp phối 2 chống thấm

9 Thuỷ

Khẩu 101 191 68 60-65

100-105

199

3 11.5

Bê tông cấp phối 2 chống thấm

1

0 Phổ Định 75 196 28.2 85-54 103

199

3 10.7

Đập vòm bê tông đầm lăn đầu tiên ở Trung Quốc Bê tông cấp phối

2 chống thấm, khe ngang có thể phun ciment trùng lặp

1 ÔnTruyề 49 188 13.8 99 199 6-108 Đập vòm bê tông đầm

lăn, khe ngang có thể

1 n Bảo 4 khoan phụt trùng lặp

1

2

Quan Âm

Các 82

104

199

Hình thức kim bao ngân, cắt khe, trong thi công nhiều lần xuất hiện khe nứt

1

3

Thạch

Man

Than

40 674 33 104 56 199

7 6-12

Toàn mặt cắt độ sụt của

bê tông = 0, mặt hứng nước hoặc thêm vữa hoặc phối cơ chế riêng

để làm cho VC giảm còn 1- 3s

1

4 Giang á 131 336 105 64-87 104

199

9 10.8

1

5

Đại Triều

Sơn 118 480 85

68-110

96-107

200

2 10.9

1

6

Long

Than 192 736 168 90-90

96-100

Đan

g xây dựn

g

7.8

Sau khi xây xong sẽ trở thành đập đầm lăn cao nhất Trung Quốc

7 Sa Bài 132 238 28

110-60

200

0

8-9

7.5-9

Đập bê tông đầm lăn

1

8

Thạch

Môn Tử 109

176

200

Đập vòm bê tông đầm lăn

1

9 Bách Sắc 130 734 113

Đan

g xây dựn

g

Đập bê tông cấp phối 2 chống thấm

2

0

Đê quai

Tam Hiệp

(kỳ thứ 3

RCC)

120 572 129.

4/20

03

1-5

5-8

Đê quây cao nhất của đập bê tông đầm lăn của Trung Quốc

Những đập không chú thích là của Trung Quốc

2 Vấn đề áp dụng BTĐL vào điều kiện Việt Nam:

Bê tông đầm lăn hiện nay được áp dụng khá phổ biến trên thế giới Do được cơ

giới hoá cao, tiến độ thi công nhanh, công trình sơm đưa vào khai thác, hiệu quả

kinh tế mang lại to lớn, việc áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn vào Việt Nam là

điều không bàn cãi Những thập niên qua, nhìn lại chặng đường phát triển BTĐL

Trung Quốc cũng đủ thấy ưu điểm của loại công nghệ này

Bê tông đầm lăn không chỉ áp dụng vào xây dựng đập mà còn phải được tiếp tục nghiên cứu áp dụng vào việc xây dựng sân bay, cảng, kè chắn sóng, các công trình

bê tông khối lớn, diện rộng

Do còn mới mẻ nên việc áp dụng công nghệ này vào điều kiện Việt Nam cần phải

có bước đi và giải pháp thích hợp:

- Nghiên cứu kinh nghiệm của các nước để rút ngắn thời gian nghiên cứu Qua phân tích nhận thấy Trung Quốc là nước láng giềng Việt Nam, là nước đầu đàn về công nghệ BTĐL trên thế giới, chi phí học tập nghiên cứu với Trung Quốc lại rẽ,

vì vậy có thể xây dựng công nghệ BTĐL Việt Nam bằng việc kế thừa kinh nghiệm Trung Quốc

- Xây dựng đập nhỏ, thấp trước, đúc rút kinh nghiệm để làm đập cao sau

- Dịch thuật các tài liệu, quy phạm các nước đặc biệt của Trung Quốc để trên

cơ sở thực tiễn xây dựng tại Việt Nam , hoàn chỉnh thành bộ quy phạm thiết kế, thi công đập BTĐL của Việt Nam

- Đối với các dự án BTĐL đầu tiên, lớn, quan trọng cần phải có :

+ Thuê, hợp tác với nước ngoài để cùng Việt Nam tham gia tư vấn thiết kế

+ Thuê Tư vấn thẩm định quốc tế để thẩm định lại hồ sơ thiết kế

+ Thuê Tư vấn Giám sát chất lượng xây dựng quốc tế để giám sát thi công

+ Thuê Tư vấn Kiểm định chất lượng xây dựng quốc tế để kiểm định chất lượng xây dựng

Nếu có những bước đi và giải pháp như trên được áp dụng thì công nghệ BTĐL sẽ được áp dụng vào Việt Nam một cách hiệu quả và an toàn nhất

IV CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CỦA HEC1 :

Do lợi ích mang lại lớn, trước xu thế ứng dụng công nghệ BTĐL trên thế giới, nhất là những thành tựu phát triển của Trung Quốc, nước láng giềng của ta, HEC1

đã có chủ trương nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ thiết kế, thi công đập BTĐL vào thiết kế đập

1 Công trình Tân Giang:

- Ngày 16 tháng 10 năm 1995, thay mặt BộThuỷ Lợi, thứ trưởng Phan Sỹ

Kỳ đã ra quyết định số 1570 QĐ/QLXD phê duyệt NCKT công trình thuỷ lợi Tân Giang, thống nhất phương án công trình đầu mối là đập bê tông trọng lực chọn phương án cao Trên cơ sở quyết định 1570 QĐ/QLXD, theo chỉ đạo của thứ trưởng Phan Sỹ Kỳ, HEC1 đã tiến hành nghiên cứu thiết kế đập Tân Giang theo 2

phương án bê tông trọng lực truyền thống và bê tông trọng lực đầm lăn Đây là

lần đầu tiên bê tông đầm lăn được nghiên cứu vào một công trình thực tế ở Việt Nam

- Trên cơ sở hồ sơ thiết kế của HEC1, ngày 20 tháng 9 năm 1997, Bộ Nông Nghiệp & PTNT, thứ trưởng Phạm Hồng Giang đã ký quyết định số 2425 NN-ĐTXD/QĐ phê duyệt TKKT-TDT công trình thuỷ lợi Tân Giang Thống nhất phương án đập đầu mối là BTĐL RCC Cho phép chuyển bước thiết kế sang giai đoạn BVTC

- Quyết định phê duyệt TKKT đã được ký, là sự vui mừng kèm sự lo âu của HEC1 Bởi tại thời điểm bấy giờ, kinh nghiệm thiết kế và thi công đập bê tông cổ điển có chiều cao tầm cở Tân Giang ta chưa có, mà lại phải cho ra đời đập BTĐL theo công nghệ mới Trước tình hình trên HEC1 đã thực hiện một số biện pháp sau :

+ Nhận chuyển giao phần mềm thiết kế đập bê tông đầm lăn của Viện Thiết Kế Thiên Tân Trung Quốc

+ Hợp tác với Viện Hoàng Hà Trung Quốc để đưa đoàn cán bộ HEC1 sang học tập

về cơ sở lý luận và kinh nghiệm thiết kế, thi công đập BTĐL Trung Quốc Đoàn HEC1 có 4 người : ông Trần Minh Tân ( XNTK3), Lê Minh Chí (VPTV), Giả Kim Hùng ( XNTK3), Nguyễn Trí Trinh ( XNTK3)

- Sau khi về nước, trên cơ sở góp ý của bạn về hồ sơ TKKT công trình Tân Giang, các kiến thức được học tại Trung Quốc, HEC1 đã cơ bản hoàn thành hồ sơ BVTC đập Tân Giang theo phương án đập BTĐL trường phái Trung Quốc Tuy nhiên do nhiều lý do, đập bê tông đầm lăn Tân Giang được hiệu chỉnh thành đập

bê tông truyền thống và đã thi công hoàn thành năm 2003

- Để phục vụ việc nghiên cứu thiết kế đập BTĐL Tân Giang, HEC1 đã triển khai nhiều chuyên đề nghiên cứu liên quan: Nghiên cứu thiết kế và thí nghiệm cấp phối BTĐL tại Việt Nam; Nghiên cứu dịch các tài liệu nước ngoài liên quan đến thiết kế thi công đập BTĐL, chủ yếu là của Trung Quốc; Tổ chức nhiều đoàn tham quan, thực tập tại Trung Quốc Quá trình thiết kế ngoài các vấn đề về nghiên cứu

bố trí tổng thể, tối ưu mặt cắt, xử lý nền, dẫn dòng thi công, phân khoảnh đổ, lần đầu tiên đã nghiên cứu áp dụng cấp phối bê tông thường có trộn tro bay để giảm nhiệt thuỷ hoá, phụ gia chống thấm và nhiều phụ gia khác phục vụ chặn dòng vào tháng 9 năm 2001 (phụ gia ninh kết nhanh POZZOLITH 122 HE, lớp bám dính Imatex, phụ gia chống thấm Xypex Admix C-2000, phụ gia hoá dẻo MBT )

- Công trình Tân Giang tuy sau cùng được thiết kế là đập bê tông trọng lực truyền thống, song các nghiên cứu của HEC1 về BTĐL Tân Giang đã tạo tiền đề

để HEC1 tiếp tục nghiên cứu cho đập BTĐL Định Bình đang được thi công

2 Công trình Định Bình: