xây dựng quy trình công nghệ thi công bê tông bản mặt và những bài học kinh nghiệm khi thi công công trình cửa đạt

Tính cấp thiết của đề tài Đập đá đổ chống thấm bằng bản mặt bê tông là loại công trình đã và đang được sử dụng rộng rải trên thế giới như Trung Quốc, Bồ Đào Nha, Mỹ, Australia, Hàn Quốc

Luận văn “XÂY DỰNG QUY TRÌNH, CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG BẢN MẶT VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH CỬA ĐẠT ” được hoàn thành ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản

thân, tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và

gia đình

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS LÊ KIM TRUYỀN, đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa

học cần thiết để tác giả hoàn thiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp

đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này

Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè và đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả luận văn

Bùi Quốc Đạt

Tên tôi là: BÙI QUỐC ĐẠT

Học viên lớp: 19C11

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung

và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

kỳ công trình khoa học nào

Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả luận văn

Bùi Quốc Đạt

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊTÔNG 3

1.1 Lịch sử phát triển và cấu tạo mặt cắt ngang cơ bản đập đá đổ bản mặt BT 3

1.1.1 Mở đầu 3

1.1.2 Nguyên lý bố trí kết cấu đập và công nghệ xây dựng 3

1.2 Ưu nhược điểm của CFRD 5

1.2.1 Ưu điểm 5

1.2.2 Nhược điểm 6

1.3 Sự phát triển của CFRD trên thế giới và Việt Nam 7

1.3.1 Sự phát triển của CFRD trên thế giới 7

1.3.2 Sự phát triển đập CFRD ở Việt Nam 9

1.4 Những yêu cầu cơ bản khi thi công bản mặt bê tông 10

1.5 Kết luận chương I 12

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN HÌNH THỨC CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐÁ ĐỔ 14

2.1 Các hình thức chống thấm cho đập đá đổ 14

2.1.1 Đập đá đổ có VCT bằng đất 14

2.1.2 Đập đá đổ có vật chống thấm không phải là đất 18

2.2 Cơ sở khoa học sử dụng hình thức phòng thấm đập đá đổ bằng bản mặt bê tông .21

2.2.1 Thấm qua đập đá đổ khi chưa có bản mặt bê tông 21

2.2.2 Thấm qua đập đá đổ bản mặt bê tông 22

2.3 Tính toán thiết kế bản mặt bê tông 23

2.4 Phân tích lựa chọn kết cấu chống thấm cho đập đá đổ 25

2.5 Kết luận chương 2 26

CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG QUY TRÌNH, CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 27

3.1 Những yêu cầu kỹ thuật chung khi thi công đập đá đổ CFRD .27

3.1.3 Xử lý nền vai đập 30

3.1.4 Yêu cầu vật liệu đắp đập 31

3.1.5 Đắp đập 32

3.1.6 Thi công tấm bản chân và bản mặt 33

3.1.7 Thi công chắn nước khớp nối 34

3.2 Thi công đắp đập 35

3.2.1 Tiêu chuẩn đắp đập 35

3.2.2 Xác định cấp phối vật liệu các vùng đắp đập 36

3.2.3 Thiết bị thi công đắp đập 38

3.2.4 Trình tự thi công của mỗi khu vực đắp 40

3.2.5 Phương pháp thi công đắp đập 40

3.3 Thi công bê tông bản chân và bản mặt 42

3.3.1 Các tiêu chuẩn quy phạm áp dụng 42

3.3.2 Xác định cấp phối bê tông 42

3.3.3 Lựa chọn thiết bị thi công bê tông bản mặt 45

3.3.4 Quy trình thi công bê tông bản mặt 49

3.3.5 Biện pháp thi công bê tông bản chân 49

3.3.6 Biện pháp thi công bê tông bản mặt 50

3.4 Kết luận chương 3 52

CHƯƠNG 4.THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG CỬA ĐẠT VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM 53

4.1 Giới thiệu công trình Cửa Đạt 53

4.1.1 Địa hình 53

4.1.2 Địa chất 54

4.2 Cấu tạo mặt cắt ngang đập Cửa Đạt 54

4.2.1 Khối đá đắp chính 55

4.2.2 Các khối đắp chuyển tiếp 55

4.3.1 Thi công tấm bản chân 60

4.3.2 Thi công các khối đá đắp 64

4.3.3 Thi công bản mặt bê tông 73

4.4 Những bài học kinh nghiệm 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

I Kết luận 92

II Kiến nghị 92

Hình 2.1 Đập đá đổ Miboro 15

Hình 2.2 Đập đá đổ lõi thẳng đứng Infernilo 16

Hình 2.3 Đập đá đổ lõi giữa Triniti 16

Hình 2.4 Đập đá đổ lõi nghiêng Tichves 18

Hình 2.5 Đập đá đổ có VCT tường nghiêng Bê tông cốt thép 19

Hình 2.6 Đập Ây-khaghen có tường lõi bê tông atphan 21

Hình 2.7 Sơ đồ tính thấm qua đập đá đổ không có vật chống thấm 22

Hình 2.8 Sơ đồ tính thấm qua tường nghiêng 22

Hình 3.1 Nước lũ tràn qua cao trình 50m đập Cửa Đạt 29

Hình 3.2 Đường hầm xả lũ thi công đập Cửa Đạt 30

Hình 3.3 Hố móng thượng lưu đập Cửa Đạt 31

Hình 3.4 Máy đầm rung bánh thép XSM 220 sản xuất tại Trung Quốc, tải trọng tĩnh 20 tấn, tải trọng rung 32 tấn 39

Hình 3.5 Thi công mái hạ lưu đập Cửa Đạt 41

Hình 3.6 Thi công rải asphan 46

Hình 3.7 Máy rải Asphan 47

Hình 3.8 Máy thi công tấm đồng .48

Hình 3.9 Quy trình thi công bê tông bản mặt 49

Hình 4.1 Vị trí tuyến công trình Cửa Đạt 54

Hình 4.2 Mặt cắt ngang đập Cửa Đạt 55

Hình 4.3 Bản mặt bê tông đập Cửa Đạt 60

Hình 4.4 Lắp đặt cốt thép tấm phòng thấm sau bản chân đập Cửa Đạt 62

Hình 4.5 Lắp đặt cốt thép, ống PVC, khớp nối tấm bản chân đập Cửa Đạt 62

Hình 4.6 Lấy mẫu quản lý chất lượng bê tông bản chân 63

Hình 4.7 Bảo dưỡng bê tông bản chân 64

Hình 4.8 Đầm lớp IIIB tại cao trình +33 70

Hình 4.9 Mặt bẳng thi công lớp IIIC tại +55.45 ……… ……… 71

Hình 4.10 Mặt bằng lớp IIIF tại cao trình +33.5 72

Hình 4.11 Quản lý chất lượng công tác đắp đập 73

Hình 4.13 Bố trí cốt thép bản mặt 79

Hình 4.14.Thi công cốt thép, cốt pha ván khuôn trượt, máng và kiểm tra trước khi đổ bê tông bản mặt………81

Hình 4.15 Đổ bê tông bản mặt 81

Hình 4.16 Công tác xử lý khe thi công giữa hai đợt đổ bê tông bản mặt 84

Hình 4.17 Công tác xử lý khe thi công giữa hai đợt đổ bê tông bản mặt 85

Hình 4.18 Nghiệm thu công tác hoàn thiện lớp vữa bảo vệ lớp IIA trước khi tiến hành thi công cốt thép, cốt pha, khớp nối tấm bản mặt 88

Bảng 1.1 Một số CFRD trên thế giới đã và đang xây dựng cao trên 100m 8

Bảng 1.2 Các đập CFRD của Trung quốc xây cao hơn 100m 9

Bảng 3.1 Bảng chọn độ rỗng đá đắp 35

Bảng 3.2 Cấp phối vùng vật liệu IIA, IIB đập Tuyên Quang 37

Bảng 3.3 Cấp phối vật liệu vùng IIIA, IIIB đập Tuyên Quang 37

Bảng 3.4 Kết qủa thí nghiệm đầm nén hiện trường của đập Tuyên Quang 37

Bảng 3.5 Thành phần cấp phối bê tông bản mặt sử dụng cho đập Cửa Đạt theo kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đối chứng hiện trường 43

Bảng 3.6 Bảng thành phần cấp phối bê tông 44

Bảng 4.1 Bảng chức năng và yêu cầu vật liệu cho từng vùng 56

Bảng 4.2 Cấp phối vật liệu của vùng đệm IIA đập Cửa Đạt 65

Bảng 4.3 Cấp phối vật liệu của vùng đệm đặc biệt IIB đập Cửa Đạt 66

Bảng 4.4 Cấp phối vật liệu của vùng chuyển tiếp IIIA đập Cửa Đạt 66

Bảng 4.5 Cấp phối vật liệu của vùng đá chính IIIB đập Cửa Đạt 66

Bảng 4.6 Cấp phối vật liệu của vùng đá hạ lưu IIIC đập Cửa Đạt 67

Bảng 4.7 Thành phần cấp phối bê tông bản mặt sử dụng cho đập Cửa Đạt theo kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đối chứng hiện trường 76

Bảng 4.8 Các tiêu chuẩn thí nghiệm 86

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đập đá đổ chống thấm bằng bản mặt bê tông là loại công trình đã và đang được

sử dụng rộng rải trên thế giới như Trung Quốc, Bồ Đào Nha, Mỹ, Australia, Hàn Quốc, Chi Lê Ở nước ta trong những năm qua đã ứng dụng loại đập này ở một

số công trình như đập Tuyên Quang, đập Cửa Đạt – Thanh Hóa, đập Rào Quán- Quảng Trị

Đây là loại công trình ứng dụng công nghệ thi công mới ở nước ta nên kinh nghiệm chưa có nhiều Phần lớn công nghệ thi công do tư vấn nước ngoài đảm nhận, các Công ty của chúng ta trực tiếp thi công nhưng chưa đúc kết xây dựng được quy trình công nghệ thi công cho loại công trình này

Để đảm bảo chất lượng thi công, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí xây dựng trong giai đoạn thi công, chúng ta cần nghiên cứu, tổng kết và xây dựng quy trình công nghệ thi công Bê tông bản mặt ở nước ta, đó là vấn đề rất cần thiết, mang nhiều ý nghĩa kỹ thuật kinh tế trong quá trình xây dựng đập đá đổ bản mặt

bê tông

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu quy trình, công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt bê tông

- Nghiên cứu tổng kết công nghệ thi công bản mặt bê tông ở công trình Cửa Đạt – Thanh Hóa

3 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Đập đá đổ bản mặt bêtông Cửa Đạt

Phạm vi nghiên cứu: Quy trình và công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt BT Phương pháp nghiên cứu:

- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình thực tế: Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực đập đá đầm nén Khảo sát thực tế ở những công trình đã ứng dụng ở Việt Nam Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng Các đánh giá của các chuyên gia

- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn

- Nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam;

- Chuyển giao và ứng dụng các công nghệ mới trong nước và quốc tế

4 Kết quả dự kiến đạt được

Xây dựng được quy trình, công nghệ thi công bêtông bản mặt cho đập đá đổ

nói chung và đúc rút những bài học kinh nghiệm khi thi công công trình Cửa Đạt – Thanh Hóa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊTÔNG 1.1 Lịch sử phát triển và cấu tạo mặt cắt ngang cơ bản đập đá đổ bản mặt BT

1.1.1 Mở đầu

Đập đá đổ bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam - CFRD) là kết cấu đập đang được ứng dụng phổ biến hiện nay trên thế giới Nó có ưu thế đến mức đã được tổng kết trong các sách giáo khoa về thuỷ công là "loại đập đầu tiên được nghĩ đến khi có yêu cầu xây dựng đập" Vì nó là loại đập có tính an toàn cao, ít "kén chọn" điều kiện địa hình địa chất, có thể thi công ở mọi loại thời tiết, tận dụng được tối đa các loại đá thải loại đào từ hố móng tràn hoặc đường hầm tháo lũ, mang lại hiệu quả lớn về kinh tế và kỹ thuật

Hình1.1 : Mặt cắt ngang đập điển hình

1.1.2 Nguyên lý bố trí kết cấu đập và công nghệ xây dựng

Về nguyên lý, kết cấu đập gồm hai phần chính (h 1.1) Một là bộ phận chịu lực với yêu cầu bảo đảm cho đập ổn định dưới tác dụng đẩy ngang của khối nước chứa trong hồ ở thượng lưu đập Bộ phận này được cấu tạo chủ yếu bởi khối đá IIIB

và IIIC được đầm nén kỹ như công nghệ làm đường, trong đó khối IIIB được làm từ

đá chọn lọc lấy từ mỏ đá, còn khối IIIC được làm từ đá thải loại tận dụng từ đá đào

hố móng tràn hoặc đường hầm tháo lũ để giảm giá thành xây dựng đập cũng như

giảm thiểu tác động xấu đến môi trường Hai là bộ phận chống thấm bao gồm bản mặt và bản chân được làm bằng bê tông cốt thép với yêu cầu kín nước để hạn chế tối đa rò rỉ nước từ hồ chứa, tránh mất nước và gây xói thân đập, làm mất an toàn đập Vì bê tông cốt thép là loại vật liệu dòn, dễ bị nứt nẻ khi có biến dạng lớn nên yêu cầu khối đá đầm nện để làm nền cho bản mặt và nền được lựa chọn để đặt bản chân phải ít biến dạng trong quá trình chịu lực Bản mặt được thiết kế chủ yếu để bảo đảm yêu cầu chống thấm và đủ "mềm" để có thể biến dạng theo biến dạng của mặt thượng lưu thân đập, nên có bề dày khá mỏng 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 Về nguyên lý, vì thân đập được đầm nén kỹ, ít bị biến dạng, nên bản mặt hầu như không chịu uốn mà chỉ chịu biến dạng do bê tông co ngót và dãn nở do biến đổi nhiệt độ Vì vậy trong bản mặt chỉ bố trí một lớp cốt thép ở chính giữa chiều dày của nó

Thực tế làm việc của nhiều đập, nhất là các đập có chiều cao lớn cho thấy rất khó thực hiện để hạn chế biến dạng lớn của thân đập, vì rất khó kiểm soát sự đồng đều của đá dùng để đắp đập cũng như chất lượng đầm nén các khối đá ở hiện trường với khối lượng thi công lên tới hàng triệu khối Mặt khác, mặc dù bản mặt được đổ khi kết quả quan trắc cho thấy thân đập đã ổn định lún, nhưng trong quá 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

Đá là vật liệu được sử dụng từ hàng ngàn năm nay để xây dựng những đập ngăn nước trên các sông suối, nhất là ở những vùng sẵn có đá tự nhiên Đá là loại vật liệu bền chắc và có khả năng chịu nén cao, việc thi công ít bị ảnh hưởng bởi những biến động của thời tiết Tuy nhiên trong thân đập đá có những khoảng rỗng đáng kể làm cho nước dễ thoát qua đập xuống hạ lưu Để giữ nước, người ta phải dùng những biện pháp kết hợp với những vật liệu khác như làm lõi chống thấm giữa thân đập bằng đất, bê tông asphalt,… hoặc phủ mặt thượng lưu đập bằng bản bê tông cốt thép (gọi tắt là "CFRD" – concrete face rockfill dam)

Những CFRD đầu tiên trên thế giới được xây dựng từ những năm 20 của thế kỷ trước, song đó chỉ là một số ít đập nhỏ Vài thập kỷ gần đây, cùng với sự xuất hiện của các thiết bị lớn đủ sức đầm nện chặt khối đá thân đập, qua đó làm giảm hẳn độ lún mặt đập và giữ cho bản mặt bê tông không bị nứt gãy, tạo nên bước phát triển nhanh của đập CFRD ở khắp nơi, mang lại hiệu quả lớn

Có thể kể những CFRD vào loại cao nhất thế giới hiện nay như Shuibuya (233m, Trung Quốc), Jiangpinghe (221m, Trung Quốc), La Yesca (210, Mexico), Bakun (205m, Malaysia), Campos Novos (202m, Brazin),… Cũng có thể

kể thêm, tháng 5/2008, đã xảy ra trận động đất (8 độ Richter) tại vùng Tứ Xuyên (Trung Quốc) Cách tâm chấn 20km là CFRD Zipingpu cao 156m (thuộc "top" 50 CFRD cao nhất thế giới

và "top" 10 CFRD cao nhất Trung Quốc) vẫn an toàn tuy có chút ít xô xệch Ở nước

ta, hiện nay mới có 3 CFRD đều do các chuyên gia Việt Nam thiết kế và tổ chức thi công Đầu tiên là đập Rào Quán (Quảng Trị) cao 69m, tiếp đó là đập Nà Hang (Tuyên Quang) cao 92m và gần đây là đập Cửa Đạt (Thanh Hóa) cao 118m

đã được khánh thành Các chuyên gia quốc tế nhất trí nhận định rằng CFRD có những yêu cầu kỹ thuật rất nghiêm khắc và đập càng cao thì càng có nhiều vấn đề rất phức tạp phải giải quyết, cả trong thiết kế và thi công Kỹ thuật CFRD không ngừng được điều chỉnh, đổi mới và cập nhật Chẳng hạn, trước đây có quan niệm coi bản mặt bê tông cốt thép như kết cấu màng mỏng, có chuyển vị áp theo mặt đập, nên chỉ đặt cốt thép đơn Thực tế tuy bề dày bản là nhỏ so với các kích thước khác của mặt đập, song bản vẫn phải được coi là kết cấu chịu uốn, có độ cứng kháng uốn nhất định, đặc biệt là ở những đập cao, nhiều khả năng bị lún không đều trên mặt đập Vì vậy, chúng ta đã đặt cốt thép kép tại bản mặt đập Cửa Đạt Cách làm này được thảo luận và nhất trí cao trong Hội nghị quốc tế Đập đá tại Thành Đô (Trung Quốc) tháng 10/2009

1.2 Ưu nhược điểm của CFRD

1.2.1 Ưu điểm

- Tận dụng được các vật liệu tại chỗ Đặc biệt có thể tận dụng đá đào móng tràn xả

lũ, đường hầm, nhà máy thủy điện để đắp đập, ít phải sử dụngvật liệu hiếm hoặc

vận chuyển từ xa tới Giá thành CFRD có thấp hơn các loại đập khác như đập bê tông trọng lực, vòm, bản chống v v Trường hợp hiếm đất có đủ tiêu chuẩn để đắp đập thì CFRD còn kinh tế hơn cả đập đất

- Thời gian thi công ngắn hơn so với các loại đập khác, quá trình thi công ít chịu ảnh hưởng của thời tiết nên có thể thi công ngay cả trong mùa mưa từ đó rút ngắn được thời gian thi công

- Mức độ an toàn cao do toàn bộ dòng thấm đã được bản mặt bê tông ngăn lại và phần đá đắp trong thân đập được đầm nén chặt nên hệ số ổn định của mái thượng hạ lưu đập khá cao và mái thượng hạ lưu có thể rất dốc ( m = 1.4 ÷ 1.7 ) dẫn đến khối lượng đá đắp giảm nhỏ so với đập đá đổ thông thường

- Dẫn đường thi công đơn giản mà ít tốn kém hơn

- Yêu cầu về địa chất nền thấp hơn các loại đập bê tông

- Về độ ổn định chống động đất chống trượt và tuổi thọ công trình không thua kém bất cứ loại đập nào

- Trong nhiều trường hợp CFRD có thể xây dựng ngay trên nền cát cuội sỏi lòng sông, mà phần lớn khối lượng cát sỏi không phải bóc bỏ khi đắp đập Có thể cho nước tràn qua đập đang xây dở nên vấn đề dẫn dòng víi lưu lượng lớn có thể được giải quyết với giá thành khá rẻ

1.2.2 Nhược điểm

- Sử dụng vật liệu nhiều khối ( mỗi vùng có chỉ tiêu cơ lý khác nhau) dẫn đến việc thiết kế, thi công yêu cầu phải tính toán, lựa chọn các phương án hợp lý, giám sát thi công phải chặt chẽ để tránh hiện tượng treo ứng suất hoặc biến dạng quá mức gây nên nứt gãy thủy lực đã xảy ra ở một số công trình ngay cả khi ở cột nước thấp, đặc biệt khi sự chênh lệch lớn về mô đun biến dạng của vật liệu giữa các lớp kề nhau

- Hiện tượng thoát không xảy ra ở lớp tiếp giáp dưới bề mặt bê tông và lớp phía dưới nó gây biến dạng bề mặt

- Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như kỹ thuật thi công cao hơn đập đá đổ thông thường, nhưng với khả năng thiết bị như ngày nay thì điều này không còn là yếu tố quan trọng nữa

1.3 Sự phát triển của CFRD trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Sự phát triển của CFRD trên thế giới

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật thiết kế và thi công các công trình thủy lợi - thủy điện trên thế giới có sự tiến bộ vượt bậc trong thời gian qua Với những ưu việt của CFRD nên nó được xây dựng ngày càng nhiều, hình thức bố trí mặt cắt đập ngày càng được nghiên cứu hoàn thiện và đạt hiệu qủa kinh tế hơn Nhật Bản là nước đặt tiền đề cho việc phát triển CFRD, trong thập kỷ 70 của thế kỷ 20 ở nước này đã xây dựng được rất nhiều CFRD với chiều cao lớn Ở các nước khác cũng có hàng loạt CFRD ra đời, đến năm 1998, căn cứ vào thống kê chưa đầy đủ về các đập đang và đã xây dựng xong từ sau năm 1966, trên toàn thế giới đã có 180 đập, trong đó đập cao trên 100m có 25 đập

Trung Quốc là nước có sự phát triển mạnh mẽ loại đập này trong thời gian qua Trong một thời gian ngắn vào cuối thế kỷ 20 hàng loạt đập lớn đã được xây dựng Việc xây dựng CFRD hiện đại của Trung Quốc bắt đầu từ năm 1985 Đập đầu tiên được xây dựng là đập hồ chứa Tây Bắc Khẩu - Hồ Nam, đập cao 95m Nhưng đập được hoàn thành đầu tiên là đập hồ chứa Quan Môn Sơn - Liên Ninh, đập cao 58.5m So với các nước đi đầu trong lĩnh vực xây dựng CFRD, tuy chậm sau nhưng Trung Quốc 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

Bảng 1.1 Một số CFRD trên thế giới đã và đang xây dựng cao trên 100m

TT Tên đập Tên nước Chiều cao

đập (m)

Chiều dài đập (m)

Khối lượng đập (106m3)

Bảng 1.2 Các đập CFRD của Trung quốc xây cao hơn 100m

1.3.2 Sự phát triển đập CFRD ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước có nhiều đập vật liệu địa phương (VLĐP) Tuy nhiên 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 CFRD nói riêng được xây dựng ở nước ta còn ít so với đập đất, nhưng những công trình loại này đều là các đập cao như Ialy, Hòa Bình, Hàm Thuận-Đa Mi (đập đá đổ hoặc đất đá hỗn hợp), Thủy lợi - Thuỷ điện Quảng Trị, Thuỷ điện Tuyên Quang, Thuỷ lợi - Thủy điện Cửa Đạt (CFRD), trong

đó đập Cửa Đạt (H=102m, khối lượng đắp 8x106m3) đang xây dựng được xếp vào hàng đập lớn của khu vực

CFRD 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 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 CFRD sẽ được hạn chế rất nhiều và việc xây dựng đập loại 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 sử dụng đập đá đổ bê tông bản mặt ( CFRD) như Quảng Trị, Tuyên Quang, Cửa Đạt, chúng ta hy vọng hàng loạt các công trình ứng dụng CFRD

sẽ được xây dựng rộng r·i ë ViÖt Nam trong t−¬ng lai

1.4 Những yêu cầu cơ bản khi thi công bản mặt bê tông

Bản mặt bê tông là kết cấu chống thấm chủ yếu của đập, nhưng độ dày khá mỏng; Mặc dù các lớp đá đổ ở hạ lưu có tính thấm nhỏ, nhưng hệ số thấm vẫn lớn hơn rất nhiều lần bản mặt bê tông, vì vậy tổn thất cột nước thấm chủ yếu phát sinh ở trong phạm vi độ dày của bản mặt bê tông, khiến bản mặt chịu chênh lệch áp lực rất lớn Trong thời kỳ dài, bản mặt bê tông dưới tác dụng của chênh lệch áp lực lớn, chất kết dính canxi trong bê tông sẽ bị nước thấm hoà tan và cuốn trôi, khiến cường

độ bê tông giảm xuống

Tốc độ hoà tan chất canxi và lưu lượng thấm có quan hệ trực tiếp với nhau; để giảm tốc độ hoà tan, kéo dài thời gian làm việc của bản mặt, bản mặt bê tông cần phải có tính năng phòng thấm cao, nên sử dụng bê tông chống thấm cao, thông thường không nên thấp hơn B6 Ở những nơi có khí hậu lạnh, cần yêu cầu cao hơn Bản mặt bê tông ở trong phạm vi trên mực nước chết và dưới mặt thoáng khí, tuỳ thuộc tăng giảm của mực nước trong hồ, chịu khô ướt xen kẽ trong thời kỳ dài, đồng thời chịu lạnh và tác dụng xâm thực của phong hoá tự nhiên; vì vậy bản mặt

bê tông nên có tính năng chịu được xâm thực cao, chịu nhiệt độ thấp, thông thường

không nên thấp hơn D100

Lớp đệm của bản mặt bê tông trên mái dốc tuỳ thuộc biến hình của khối đá đổ

mà biến hình theo, ở trong nội bộ bản mặt sẽ phát sinh ứng suất do uốn, vì vậy bản mặt bê tông nên có yêu cầu cường độ nhất định, thông thường không thấp hơn bê

tông M200

Theo tổng kết kinh nghiệm vận hành trước đây, nguyên nhân chủ yếu phát sinh nứt bản mặt bê tông là do ứng suất nhiệt, mà nguyên nhân trọng yếu là co ngót bê tông trong quá trình đông cứng; vì vậy nên khống chế lượng xi măng trong mỗi khối bê tông, để giảm nhỏ nhiệt thủy hoá của xi măng, đồng thời sử dụng biện pháp

khống chế nhiệt thích hợp; ngoài ra vẫn nên khống chế chặt chẽ tỷ suất thủy hoá vôi của bê tông, tăng cường dưỡng hộ và dưỡng hộ trong thời gian dài, để giảm nhỏ co

ngót Tỷ suất thủy hóa vôi của Bê tông nên nhỏ hơn 0,55

Qua thí nghiệm thừa nhận, trộn lượng phụ gia cuốn khí và các hợp chất khác vừa đủ trong bê tông bản mặt không những có lợi đối với tính năng bê tông mà còn

có thể đạt đến 40~50oC, điều kiện làm việc của bản mặt rất khắc nghiệt Vì thế yêu cầu thiết kế đối với bê tông bản mặt khá cao Bê tông bản mặt sử dụng xi măng lớn

525, cốt liệu lớn nhất 400mm, mác bê tông không thấp hơn 250, trộn bê tông bằng máy, thêm phụ gia ngoài để giảm lượng nước dùng, sớm đạt cường độ Tiêu chuẩn kháng lạnh của bê tông là D250, tiêu chuẩn kháng thấm là S8 Tình trạng làm việc

của bản mặt đập sẽ được nghiệm kiểm nghiệm qua thực tiễn

Chiều dày bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông thông thường giảm dần từ đỉnh

đập xuống dưới, được tính theo công thức dưới đây

t = a + bxH (1.1) Trong đó :

t – độ dày bản mặt ở mỗi cao trình khác nhau (m)

a – độ dày bản mặt ở đỉnh đập, thông thường là 0,3 m

H – mực nước tác dụng ở cao trình bẳn mặt tính toán ( m)

b – hệ số tỉ lệ gia tăng mực nước tác dụng và gia tăng độ dày bản mặt phía dưới

Trong giai đoạn đầu (1850 ~ 1940) đập đá đổ bản mặt bê tông thường dùng phương pháp đổ tự do, thông thường hệ số b lấy 0,0065 ~ 0,0075; trong giai đoạn thứ ba (1960 đến nay) đập đá đổ bản mặt bê tông dùng chấn động đầm nén, do đó

độ chặt thực của khối đá và lượng biến hình ngang đều khá cao, b thường lấy 0,001

~ 0,0037 Khi thiết kế đập Foz do Areia xét đến cấp phối của vật liệu đá đổ tương đối kém, đá có tính cứng, dự tính khi chịu áp khó đạt đến độ chặt cao, sau khi tích nước, khối đá sẽ phát sinh biến hình tương đối lớn, đồng thời vì đập đá đổ bản mặt

bê tông đang ở trạng thái cao nhất, để thận trọng nên sử dụng b tương đối lớn (b=0,00357) Năm 1978 tại Colombia, đập Golillas đang xây dựng, vì đập đá vụn đầm lăn bản mặt bê tông đang cao phải sử dụng b tương đối lớn (b = 0,0037 )

Nghiên cứu độ dày bản mặt bê tông bao nhiêu là hợp lý, ý kiến các chuyên gia đều không thống nhất Có người cho rằng bản mặt mỏng tính mềm tương đối lớn,

dễ thích hợp với biến hình của khối đá đổ; có người cho rằng sử dụng chiều dày bản mặt như nhau không những dễ thi công mà còn khá kinh tế; nhưng quy tắc chung cần xét đến đó là tính bền và tính ngăn nước

Trước đây sử dụng khá phổ biến công thức kiến nghị tính toán chiều dày của Cooke t = 0,3 + 0,0030H; đối với đập trung bình và cao (75~ 100 m), cũng sử dụng

độ dày bản mặt là 0,25 ~ 0,3 m) Xét đến khía cạnh thi công, chiều dày mỏng nhất nên là 0,25m; chiều dày nhỏ hơn 0,25m thi công rất khó khăn Sau khi tích nước, phần bản mặt ở phía dưới chịu chênh lệch thuỷ tĩnh không quá lớn và xét đến tính bền của bản mặt, sử dụng công thức (1.1) để tính toán là khá hợp lý Nhưng những năm gần đây, độ dày bản mặt có xu hướng giảm nhỏ một chút

1.5 Kết luận chương I

Đập đá đổ bản mặt bê tông ngày càng khẳng định ưu thế rõ ràng của nó so với các loại đập khác Nguyên lý làm việc của đập rất rõ ràng và đơn giản, tuy vậy cần chú trọng tuân thủ chặt chẽ các qui định về thiết kế, thi công cũng như vận hành đập

để bảo đảm an toàn và nâng cao tuổi thọ cho đập Mặt khác, cũng cần cập nhật kịp thời các công nghệ đã được áp dụng ở trong và ngoài nước để nâng cao khả năng an toàn của đập

Xu hướng phát triển đập CFRD:

+ Tính toán lựa chọn cấp phối hợp lý giữa các vùng

+ Sử dụng máy móc thi công có năng suất lớn

+ Nghiên cứu sử dụng bê tông mác cao, phụ gia và chất hộ trỡ khác trong bê tông như phụ gia gốc silica fume dùng kết hợp với phụ gia siêu dẻo để giảm lượng thấm và đạt cường độ cao, tăng độ bền cho bê tông

Nghiên cứu để xây dựng ở các loại nền khác nhau và nghiên cứu sự làm việc giữa nền - đập – bản mặt

Nghiên cứu khắc phục một số sự cố thường gặp trong quá trình thi công như nứt

nẻ bề mặt bê tông

Hiện ở Việt Nam đã có 6 đập được thiết kế và thi công bởi các đơn vị tư vấn và nhà thầu trong nước, trừ đập Sông Bung 2 đang xây dựng, các đập khác đang vận hành an toàn Đây là bước tiến đáng kể của đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật trong nước trong việc tiếp cận và ứng dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới về xây dựngđập

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN HÌNH THỨC CHỐNG THẤM

CHO ĐẬP ĐÁ ĐỔ 2.1 Các hình thức chống thấm cho đập đá đổ

Đập đá đổ là vật liệu thấm nước với hệ số thấm khá lớn tùy theo độ chặt và thành phần hạt, do vậy trong đập đá đổ cần thiết phải có kết cấu chống thấm

Kết cấu chống thấm, gọi tắt là vật chống thấm (VCT) được làm bằng vật liệu có

hệ số thấm nhỏ hơn rất nhiều so với đá đổ ( vật liệu đất) hoặc hầu như không thấm nước ( vật liệu không phải là đất)

Về cấu tạo và vị trí VCT trong thân đập có hai loại: tường nghiêng nằm ở mái thượng lưu đập và lõi giữa ( bố trí trong thân đập) Vật liệu của VCT được sử dụng phổ biến là đất ít thấm gọi là đất dính ( sét, á sét, bê tông sét)

Trong trường hợp không có đất ở vùng xây dựng đập thỏa mãn yêu cầu làm VCT ( về khối lượng hoặc chất lượng) thì phải sử dụng VCT làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, bê tông atphan, chất dẻo tổng hợp

2.1.1 Đập đá đổ có VCT bằng đất

Vật chống thấm bằng đất gồm hai loại chính là tường nghiêng và lõi giữa được cấu tạo bằng các loại đất dính ít thấm nước như á sét, sét hoặc bê tông sét

a) Vật chống thấm bằng đất loại tường nghiêng

Chiều dày tường nghiêng được xác định theo yêu cầu về gradian thấm J để đảm bảo không xảy ra biến dạng thấm của vật liệu tường nghiêng J=2-6

Chiều dày tối thiểu ở phần đỉnh của tường nghiêng được lấy theo điều kiện thi công, phụ thuộc vào phương pháp và thiết bị thi công

Phía mặt ngoài mái thượng lưu của tường nghiêng được phủ lớp bảo vệ gia cố mái để chống sóng

Ví dụ đập đá đổ Miboro: Lớp 1 là lớp đá đổ loại đá granit; lớp 2 tầng lọc ngược bằng cát sỏi; lớp 3 là tường nghiêng bằng đất á sét

Hình 2.1 Đập đá đổ Miboro

b) Vật chống thấm kiểu lõi giữa

Lõi giữa là loại kết cấu chống thấm được sử dụng rất phổ biến trong đập đá đổ Lõi giữa được chia làm hai loại: lõi thẳng đứng và lõi nghiêng

Đập có lõi giữa thẳng đứng thông thường có khối lượng nhỏ nhất so với đập có tường nghiêng chống thấm và đập có lõi nghiêng

Lõi giữa của đập có thể chia thành lõi mỏng và lõi dày Lõi mỏng khi tỉ số b/H≤1, còn lõi dày hay còn gọi là lõi trọng lực có tỉ số b/H>1

Đặc điểm của loại đập này: Vật liệu chủ yếu để xây dựng đập là vật liệu địa phương Mặt cắt đập thiết kế phù hợp với tình hình vật liệu tại chỗ, đất lõi có khả năng chống thấm tốt nhưng khả năng chịu lực yếu được đặt vào lõi đập, đá đổ là vật liệu có cường độ chống cắt cao hơn hẳn so với đất, được bố trí ở bên ngoài Cách bố trí này đó phát huy được hết các ưu điểm, hạn chế được nhược điểm của các loại vật liệu Hệ số ổn định của loại vật liệu này cao do vậy mà hệ số mỏi của đập thường nhỏ, chính vì vậy mà hầu hết các đập cao trên thế giới đều là loại đập này Đập loại này chịu động đất tốt, khó bị phá hoại do chiến tranh, xây dựng được cả ở trên nền đập có tầng cuội sỏi dày

Ví dụ đập lõi mỏng Infernilo: lớp 1 gia cố bằng đá lớn; lớp 2 đệm bằng cuội sỏi

có cỡ hạt tới 50mm; lớp 3 khối đá đắp chặt bằng đá nhỏ; lớp 4,5 là lớp lọc thứ nhất

và thứ hai có cỡ hạt tương ứng là 0,1-10 và 5-150mm; 6,7 đê quay hạ lưu đợt 1 và đợt 2; 8 hầm để khoan phun xi măng; 9 lõi đập; 10 màng phun xi măng chống thấm

Hình 2.2: Đập đá đổ lõi thẳng đứng Infernilo

Ví dụ đập đá đổ lõi trọng lực là đập Triniti ( Mỹ): lớp 1 lõi bằng hỗn hợp đất sét

và sỏi; 2 vùng chuyển tiếp bằng đất cát sỏi; 3 lăng trụ bên bằng sỏi đá cuội và đá tảng lăn; 4 đá đổ; 5 gia cố mái dốc; 6 đá andehit biến chất; 7 màng phun xi măng chống thấm ở nền; 8 răng bê tông

Hình 2.3: Đập đá đổ lõi giữa Triniti

Ở Việt Nam có đập đá đổ chống thấm kiểu lõi giữa như đập Ialy ở tỉnh Gia Lai, đập Hòa Bình tỉnh Hòa Bình Địa chất nền đập của công trình Thủy điện Ialy khá tốt cho việc xây dựng đập đá đổ, lõi đập ở phần lòng sông và một phần ở sườn đồi đặt trên nền đá, đây là loại đá rắn chắc nứt nẻ ít và đá rắn chắc nứt nẻ nhiều Đập Hoà Bình cũng ứng dụng hình thức mặt cắt này, do địa chất ở đây có tầng cuội sỏi dày tới (60 ÷ 70)m

2 1

1- L õi chống thấm đất á sét, chiều rộng đỉnh lõi b=4m ,

m ái dốc thượng hạ lưu lõi m =0.35, hệ số thấm k=1.10 cm /s-52- C át lọc được bố trí ở thượng và hạ lưu của khối lõi chiều dày 3m

4b- Đ á đắp chính thường là từ (80-100)cm , bố trí ở cả m ái thượng và hạ lưu.

5- L ớp đá bảo vệ là đá có cường độ cao, đường kính hạt lớn

+13.0

+123.0 Hỗn hợp cát sỏi 4m

1:2.75

1:4.50

1:1 75

1:1 75

1:2.5

Thay đổi 1:1.5

Khoan phụt xử lý nền

Hình 1.2 Mặt cắt ngang tại vị trí lòng sông của đập Hoà Bình, đập đá đổ có tường tâm là đất sét

Đập đá đổ lõi nghiêng là loại kết cấu chống thấm thuộc dạng trung gian giữa

tường nghiêng và lõi đứng, được lựa chọn phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể như yêu cầu nối tiếp lõi với kết cấu chống thấm ở nền, vấn đề thi công, các điều kiện kinh tế kĩ thuật

Ví dụ đập lõi nghiêng như đập Tichves: lớp 1 đá lớn gia cố mái đập; 2 đá nhỏ; 3

đá dăm; 4 đá lát; 5 khối đá đổ; 6 hỗn hợp đá núi; 7 lõi và sân trước bằng á sét; 8 màng chống thấm; 9 hành lang khoan phun

Hình 2.4 Đập đá đổ lõi nghiêng Tichves

2.1.2 Đập đá đổ có vật chống thấm không phải là đất

a) Vật chống thấm dạng tường nghiêng

Vật liệu tường nghiêng có thể gồm các loại sau: bê tông và bê tông cốt thép; bê tông atphan

Tường nghiêng bê tông và bê tông cốt thép: thường có các loại cứng, nửa cứng

và dẻo hàm lượng cốt thép trong bê tông có thể tới 0.5-1% Nếu đá đổ được đầm chặt thì hàm lượng cốt thép trong bê tông có thể giảm tới 0.1% Bê tông dùng cho tường nghiêng phải có mác cường độ chịu nén không dưới M200 và mác chống thấm không nhỏ hơn B8

Chiều dày của tường nghiêng bê tông cốt thép ở phần trên đỉnh thường là 30cm, còn ở dưới đáy được tăng lên đến 1% chiều cao đập

20-Tường nghiêng bê tông cốt thép loại cứng là tường có kết cấu nguyên khối đổ tại chỗ, do đó kích thước tấm có thể lớn với độ dày lớn Bê tông được đổ trực tiếp lên

trên bề mặt lớp đá lát hoặc đá xây khan ( xây không có vữa) và chỉ bố trí khớp nhiệt ( khe co dãn) theo phương thẳng đứng, không có khớp lún theo phương ngang Cốt thép được đặt theo cả hai hướng xuyên qua các khe thi công Hàm lượng cốt thép trong phạm vi 30-70 kg/ m3 bê tông

Chiều dày tường nghiêng được tăng từ 25-35cm ở trên đỉnh đến 1/60 chiều cao đập ở dưới chân tường Tường nghiêng được néo vào khối đá xây ( tầng đệm dưới đáy tường) với khoảng cách néo 1,2-1,5m

Tường nghiêng cứng được thi công sau khi hoàn thành thi công thân đập Loại tường nghiêng cứng ít phổ biến, chỉ sử dụng cho các đập có chiều cao nhỏ và xây dựng trên nền đá khi biến dạng lún không đáng kể

Tường nghiêng nửa cứng là loại kết cấu được chia thành các tấm có khớp nối chống lún và chống co dãn ( gọi là khe nhiệt-lún) được đặt ngang – dọc theo bề mặt mái dốc Khoảng cách giữa các khớp thay đổi trong phạm vi phổ biến là 4-5m Khoảng cách giữa các khớp nhiệt thẳng đứng thường là 12-18m, còn khoảng cách giữa các khớp lún lấy bằng 12-20m ở phần trên và bằng 3-6m ở phần sát nền

Hình 2.5 minh họa cắt ngang đập đá đổ tường nghiêng bê tông cốt thép: 1 đá đổ;

2 đá xây khan dày 3-8.6m; 3 tường nghiêng bê tông cốt thép dày 0.3-1.1m; 4 răng

bê tông có hành lang khoan phun; 5 màng phun xi măng chống thấm ở nền; 6 đổ cao su trong khớp góc; 7 nút; 8 gỗ; 9 mattit; 10 nhựa đường; 11 lá đồng; 12 bề mặt phủ nhựa đường

Hình 2.5 Đập đá đổ có VCT tường nghiêng bê tông cốt thép

Tường nghiêng bê tông cốt thép nửa cứng được đặt trên lớp bê tông có quét phủ nhựa đường ở bề mặt, hoặc dán vải tẩm nhựa đường, cho phép tường và mặt đập có thể biến dạng tự do, đảm bảo sự chống thấm tốt

Tấm bê tông của tường nghiêng được phân khối có thể là vuông hoặc chữ nhật với chiều dài 10-20m Khe nối giữa các tấm có kết cấu chắn nước để chống thấm

Bề rộng khe nối thường 2.5-5 cm Khu vực tường nghiêng nối tiếp với bờ và nền có khe biên để chống nứt khi tường nghiêng biến dạng

Biện pháp chống trượt theo mặt bitum đối với tường nghiêng nửa cứng là sử dụng các néo liên kết tấm bê tông cốt thép với tầng đệm bằng đá xây khan, hoặc làm tăng chiều dày ở chân tường nghiêng để tường tựa chắc và ổn định vào gối đỡ bằng bê tông

Loại kết cấu tường nghiêng bê tông cốt thép dạng nửa cứng được sử dụng khá phổ biến trong đập đá đổ

b) Vật chống thấm không phải bằng đất dạng tường tâm – lõi giữa

Vật chống thấm không phải bằng đất dạng tường tâm – lõi giữa cấu tạo bằng bê tông, bê tông cốt thép, bê tông atphan…Dạng kết cấu này thường áp dụng hạn chế Tường tâm bằng bê tông và bê tông cốt thép hiện nay ít được sử dụng, vì kinh nghiệm vận hành của các đập đã xây dựng với loại kết cấu vật chống thấm kiểu này như ở đập Xudoranskaia ( Nga), Asocan ( Mỹ), Vaynec ( Mỹ)…cho thấy rất khó khắc phục hiện tượng xuất hiện vết nứt trong vật chống thấm dưới tác dụng của áp lực nước và khối đá đổ bị đẩy nổi ở phía thượng lưu

Tường tâm bằng bê tông atphan hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở những đập thấp và trung bình

Ví dụ mặt cắt đập Ây-Khaghen ( Đức): 1 tường tâm bê tông atphan; 2 vùng lan tỏa của nhựa đường vào trong đá đổ; 3 răng bê tông; 4 màn xi măng chống thấm ở nền; 5 đá đổ được đầm chặt; 6 đá lát có đầm; 7 mực nước do nước dâng ở đập phụ;

8 bê tông nhựa đường có đá trộn chìm vào khi đầm; 9 vùng lan tỏa nhựa đường khi đầm; 10 lớp nhũ bitum; 11 máng bằng kim loại để thu và đo lượng nước thấm qua tường; 12 trầm tích aluvi

Hình 2.6 Đập Ây-khaghen có tường lõi bê tông atphan 2.2 Cơ sở khoa học sử dụng hình thức phòng thấm đập đá đổ bằng bản mặt bê tông

Cơ sở khoa học của việc sử dụng hình thức phòng thấm của đập đá đổ bằng bản mặt bê tông cũng giống như sử dụng hình thức tường nghiêng chống thấm bằng đất của đập đá đổ Để hiểu được thấm qua bản mặt bê tông chúng ta cần phải biết thấm qua đập đá đổ

2.2.1 Thấm qua đập đá đổ khi chưa có bản mặt bê tông

Vận tốc dòng thấm qua đập đá đổ được xác định bằng công thức:

0.5

t

v =KJ (2.1) Trong đó:

Lưu lượng thấm qua đập đá đổ thấm nước có thể xác định từ hệ 4 phương trình sau:

[ ]

1 1 1

Sơ đồ tính toán dòng thấm qua đập đá đổ:

Hình 2.7 Sơ đồ tính thấm qua đập đá đổ không có vật chống thấm

2.2.2 Thấm qua đập đá đổ bản mặt bê tông

Tính toán thấm giống như sơ đồ tính thấm qua đập đất có tường nghiêng bằng đất sét theo phương pháp N.N Pavolopxki Sử dụng giả thiết dòng thấm qua bản mặt có phương vuông góc với mái dốc của bản mặt và chia sơ đồ thấm qua tường thành hai phần: thấm qua đoạn tường nằm trên đường bão hòa với lưu lượng q1 và thấm qua đoạn tường phía dưới đường bão hòa với lưu lượng q2

Hình 2.8 Sơ đồ tính thấm qua tường nghiêng

Đối với đoạn tường nghiêng trên đường bão hòa lưu lượng phân tố qua đoạn dl cách mép nước l có thể viết theo công thức:

(2.4) Trong đó:

+ Kt – hệ số thấm của tường nghiêng

+ Jt – Gradian thấm qua tường nghiêng, Jt = z/δ

+ z – cột nước tác dụng tại mặt cắt xét + δ - chiều dày trung bình của tường nghiêng

+ θ - góc nghiêng của mái dốc tường so với mặt nằm ngang

Ta được lưu lượng q1 sẽ là:

(2.5) Đối với đoạn tường dưới đường bão hòa ta có:

(2.6)

Do đó:

(2.7) Lưu lượng toàn phần qua tường nghiêng có dạng:

(2.8)

2.3 Tính toán thiết kế bản mặt bê tông

Bản mặt bê tông cốt thép được chia theo phương trục đập thành các bản có chiều rộng B trừ 2 bản nằm ở hai vai đập Chiều dày bản mặt được tính toán theo công thức:

t = 0.3 + 0.003H (m) (2.9) Trong đó:

+ t là chiều dày bê tông tại độ sâu H, (m) + H là khoảng cách tính theo phương thẳng đứng từ điểm đỉnh bản mặt đến điểm tính toán, (m)

Bê tông bản mặt phải có độ lưu động tốt, tính chống nứt, chống thấm và tính bền vững Mác bê tông bản mặt không thấp hơn C250 Cấp chống thấm không thấp hơn B8 Cấp chống đông của bê tông bản mặt theo tiêu chuẩn SL 211-98 “ Quy phạm thiết kế kháng đông của công trình thủy công”

Bê tông bản mặt nên dùng xi măng Puzlan mác 525 hoặc xi măng Puzlan phổ thông Nếu dùng loại xi măng khác phải làm thí nghiệm để quyết định

Trong bê tông bản mặt nên trộn thêm tro bay hoặc các loại vật liệu khác có phẩm chất tốt Cấp tro bay không nên thấp hơn cấp II, lượng trộn thêm nên là 15%-30%, phải phù hợp với tiêu chuẩn GBJ 146-90 “ Quy phạm kỹ thuật ứng dụng bê tông tro bay”

Bê tông bản mặt phải trộn thêm phụ gia sinh khí, phụ gia giảm nước, theo yêu cầu cũng có thể trộn thêm phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết ban đầu Lượng phụ gia và vật liệu trộn thêm phải qua thí nghiệm để xác định

Bê tông bản mặt phải dùng hai cấp phối vật liệu, đường kính cỡ đá lớn nhất không lớn hơn 40mm Cát dùng cho bản mặt ngậm nước không quá 3%, hàm lượng bùn đất không quá 2%, môđun độ mịn nên trong phạm vi 2.4-2.8 Độ ẩm của đá không vượt quá 2%, hàm lượng bùn đất phải nhỏ hơn 1%

Tỷ lệ N/X của bê tông bản mặt nếu ở vùng ấm áp phải nhỏ hơn 0.5, nếu ở vùng lạnh giá phải nhỏ hơn 0.45 Nếu dùng máng trượt để đổ bê tông thì độ sụt phải thỏa mãn yêu cầu thi công, độ sụt trước máng trượt nên là 3cm-7cm Lượng khí trong bê tông khống chế ở mức 4%-6%

Cốt thép bản mặt được bố trí 1 lớp theo cấu tạo cho cả hai hướng, trong phạm vi

20 m đến khớp nối chu vi (vị trí sát bản chân) cốt thép được đặt với hàm lượng khoảng 0.5% cho mỗi hướng, phần còn lại được bố trí với hàm lượng 0.4% cho mỗi hướng Các vị trí sát khớp nối cốt thép được đặt cấu tạo phù hợp với kết cấu khớp nối

2.4 Phân tích lựa chọn kết cấu chống thấm cho đập đá đổ

Sử dụng hình thức phòng thấm đập đá đổ bằng bản mặt bê tông hay cách gọi khác là sử dụng vật chống thấm bằng bê tông dạng tường nghiêng Phương pháp này hiện nay được sử dụng phổ biến ở các đập đá đổ ở các nước trên thế giới và nước ta Ở nước ta các đập đá đổ sử dụng hình thức chống thấm này là đập Quảng Trị, đập Tuyên Quang và đập Cửa Đạt (Thanh Hóa)

Bản mặt bê tông làm vật chống thấm có tác dụng tích cực như chống thấm tốt,

ổn định cao, khối lượng nhỏ hơn so với loại tường nghiêng bằng đất, kết cấu đơn giản hơn vì không phải làm các lớp gia cố bảo vệ mái như tường nghiêng bằng đất Tuy nhiên nó cũng có một số điểm hạn chế như phải có công nghệ thi công bê tông bản mặt hiện đại, xử lý các khớp nối chống thấm khó khăn hay có hiện tượng thoát không giữa mặt dưới bê tông với lớp tiếp xúc đá đổ của đập gây mất ổn định bản mặt bê tông

Vấn đề thi công bê tông bản mặt ở Việt Nam đã được giải quyết, chúng ta đã thi công thành công nhiều đập đá đổ bê tông bản mặt thuộc loại đập lớn như đập Tuyên Quang Do đó lựa chọn hình thức đập đá đổ có kết cấu chống thấm bằng bê tông cốt thép là tốt hơn cả

Vấn đề chống thấm: Dùng bê tông có mác chống thấm cao như B8 trở lên tốt hơn là sử dụng đất sét chống thấm Như chúng ta đã biết thì bê tông có độ kết dính cao, sử dụng xi măng kết hợp các phụ gia chống thấm thì ổn định hơn so với đất sét

và có tuổi thọ cao hơn, không bị dòng thấm tác động như đối với đất sét

Dùng đất sét có hệ số thấm nhỏ tới đâu cũng xuất hiện đường bão hòa thấm trong thân đập, và nếu mái thượng lưu bảo vệ không tốt thì lớp đất sét có thể bị sóng đánh làm hư hãi, hoặc các hạt đất sét dễ dàng theo dòng thấm trôi xuống hạ lưu, theo thời gian dài sẽ làm dòng thấm lớn trong thân đập, gây mất ổn định

Đối với bản mặt bê tông vấn đề chống thấm ở chính các khớp liên kết các tấm bản mặt trong quá trình thi công Hiện nay các khe kết cấu sử dụng các tấm đồng để chống thấm Sử dụng các tấm đồng thiết kế theo chuẩn đã chặn được dòng thấm thấm qua các khe thi công và đảm bảo ổn định về chịu nứt cho tấm bản mặt

Từ những phân tích trên cho thấy rằng sử dụng kết cấu đập đá đổ có hình thức chống thấm bằng bê tông bản mặt là thích hợp nhất cho công nghệ xây dựng ngày nay Ngày nay với công nghệ vật liệu chống thấm bằng bê tông tốt hơn nhiều so với đất sét, và công nghệ thi công, các thiết bị thi công bê tông đáp ứng các yêu cầu thi công bê tông bản mặt

2.5 Kết luận chương 2

Đập đá đổ là loại công trình thường được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công trình thủy lợi-thủy điện, nó có nhiều ưu điểm và đặc biệt là sử dụng được vật liệu địa phương với mức độ an toàn cao, thích hợp với các loại nền khác nhau Nhưng tồn tại lớn nhất là vật liệu và hình thức chống thấm cho đập Theo phương pháp truyền thống chống thấm cho đập đá đổ có các hình thức: lõi đất ở giữa, tường nghiêng sân phủ, các tấm kim loại… Để đảm bảo độ an toàn cao cho công trình người ta đã chuyển sang thiết kế và xây dựng đập đá đổ bản mặt bê tông

CFRD là loại đập có thân đập được đắp bằng đá hoặc cuội sỏi được đầm nén từng lớp bằng loại đầm rung nặng, dùng bản mặt bằng bê tông, bê tông cốt thép phủ toàn bộ bề mặt thượng lưu để chống thấm Bản mặt bê tông được tiếp giáp với khối

đá đổ thông qua lớp chuyển tiếp

CFRD là loại đập được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam đã được sử dụng đầu tiên ở Tuyên Quang, đập Rào Quán- Quảng Trị và đập Cửa Đạt – Thanh Hóa, bởi vì nó có nhiều ưu điểm khi thi công cũng như làm việc trong quá trình sử dụng

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH, CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ

BẢN MẶT BÊ TÔNG 3.1 Những yêu cầu kỹ thuật chung khi thi công đập đá đổ CFRD

3.1.1 Các tiêu chuẩn, quy phạm áp dụng

Để thiết kế phần chuyên nghành xây dựng công trình thủy lợi- thủy điện, các tính toán thiết kế phải tuân thủ theo các Tiêu chuẩn Việt Nam có liên quan Đối với những điều khoản chuyên ngành mà chưa được đề cập đến trong các tiêu chuẩn Việt Nam sẽ áp dụng các tiêu chuẩn và hướng dẫn chuyên ngành của nước ngoài được phép sử dụng tại Việt Nam ( Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật, Nga, Úc và hai tổ chức quốc tế ISO và EURO)

Đối với đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông ( Concrete Face Rockfill Dam – CFRD) mới được thiết kế và xây dựng ở Việt Nam nhưng có những điều khoản chuyên ngành riêng chưa được đề cập đến trong các TCVN nên để thiết kế CFRD cần sử dụng tiêu chuẩn SL 228-98, DL/T 5128 - 2001 của Trung Quốc Tiêu chuẩn này đã được thỏa thuận của Bộ Xây Dựng cho phép áp dụng với Thủy điện Tuyên Quang, Cửa Đạt… Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này là thích ứng với đập cấp I,

II, III và cấp III trở xuống Đập cao 70m trở lên

Các đơn vị sử dụng tiêu chuẩn này nên sử dụng những nội dung mới nhất của các tiêu chuẩn được liệt kê dưới đây để khi vận dụng có hiệu quả nhất

GB 50201-1994: Tiêu chuẩn chống lũ

DL/T5016-1999: Quy phạm thiết kế đập đá đổ bản mặt bê tông

DL/T5115 – 2000: Quy phạm chắn nước khớp nối đập đá đổ bản mặt bê tông DL/T5123-2000: Quy trình nghiệm thu công trình xây dựng cơ bản nhà máy thủy điện

JGJ52 – 1992: Tiêu chuẩn chất lượng và phương pháp kiểm nghiệm cát dùng cho bê tông thông thường

JGJ53-1992: Tiêu chuẩn chất lượng và phương pháp kiểm nghiệm đá dăm hoặc cuội sỏi dùng cho bê tông thông thường

SDJ12-1978: Tiêu chuẩn thiết kế và phân chia cấp công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện

SDJ207-1982: Quy phạm thi công bê tông thủy công

SDJ128-1984: Quy phạm thiết kế đập đá đầm nén và quy định bổ sung

SDJ336-1989: Quy trình kỹ thuật quan trắc đập lớn bê tông

SL60-1994: Quy trình kỹ thuật quan trắc đập đất đá

3.1.2 Dẫn dòng, chống lũ

Dẫn dòng, chống lũ đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông bao gồm tiêu chuẩn phân cấp công trình và tiêu chuẩn chống lũ, tiêu chuẩn xả lũ qua công trình tạm trong thời kỳ thi công thân đập Tiêu chuẩn xả lũ qua thân đập sau khi bịt nút công trình dẫn dòng

Phần kết nối giữa công trình dẫn dòng với công trình vĩnh cửu phải thi công theo công trình vĩnh cửu, giảm thiểu khối lượng công việc chỉnh sửa giai đoạn sau Khi dùng mặt cắt tạm thời thân đập để chắn nước thì phải thi hành theo quy định DL/T 5016

Khi xả nước qua thân đập, hình thức kết cấu xả lũ qua thân đập và giải pháp bảo

vệ đường viền nước phải đảm bảo yêu cầu thiết kế và hoàn thành đúng thời hạn Trong quá trình thi công phải đảm bảo công trình dẫn dòng vận hành bình thường, tăng cường dự báo khí tượng thủy văn, tính đến giải pháp ứng cứu trong tình hình bất khả kháng, làm tốt phương án thoát hiểm chống lũ, chuẩn bị vật tư, xe máy… nhằm đảm bảo an toàn cho công trình

Cần phải nghiên cứu đặc điểm thủy văn khí tượng, địa chất và điều kiện thi công tại vị trí khu vực đập… định ra phương án dẫn dòng và chống lũ thi công Nên ưu tiên phương thức dẫn dòng, chặn dòng một lần bằng đường hầm xả lũ

Khi chọn phương thức dẫn dòng: dùng chặn dòng một lần bằng đê quay, dẫn dòng qua hầm Trước khi ngăn sông cần làm tốt mọi công việc chuẩn bị thi công bảo đảm trong mùa khô thứ nhất sau khi ngăn sông, đập phải đắp đến cao trình chống lũ do đó có thể áp dụng các giải pháp như:

+ Đê quay dùng tiêu chuẩn lưu lượng thiết kế mùa khô để chắn nước

+ Thân đập có thể đắp thành mặt cắt tạm thời, nên đắp đến cao trình vượt lũ + Mặt mái lớp đệm thượng lưu cần phải thi công lớp bảo vệ để trực tiếp chắn nước

Hình 3.1 Nước lũ tràn qua cao trình 50m đập Cửa Đạt

Khi chọn phương án dẫn dòng mùa lũ thứ nhất qua hầm và thân đập, nói chung nước chảy qua đê quay thượng lưu, mùa lũ không đắp thân đập, song nếu có điều kiện, tùy tình hình cụ thể, có thể chọn một trong hai hình thức sau để đắp phần thân đập vào mùa lũ:

+ Chừa khoang tràn tạm trong thân đập với một cao trình nào đó để xả lũ qua thân đập, đồng thời có giải pháp gia cố mặt tràn tạm và mái đập hạ lưu, tại hai vai đập vẫn tiếp tục đắp đập, sau mùa lũ nhanh chóng đắp khoang tràn tạm trong thân đập đến cao trình phòng lũ năm thứ 2

+ Thân đập, dùng kết hợp giữa phương thức ngăn nước và xả nước Trong mùa khô đắp thân đập, đồng thời tại mái hạ lưu đập gia cố chống xói lở bằng rọ đá, lưới cốt thép…khi nước chưa chảy qua tiếp tục đắp đập, chiều cao gia cố mái hạ lưu đạt đến cao trình chống lũ của mùa lũ thứ nhất sau khi chặn dòng

Hình 3.2 Đường hầm xả lũ thi công đập Cửa Đạt

Khi dùng khoan nổ đào nền tấm bản chân, cần khống chế nổ mìn để bảo vệ tốt lớp bảo vệ và mặt đá gốc nhằm bảo đảm nền tấm bản chân nằm trên mặt đá đúng yêu cầu thiết kế

Trước khi chặn dòng phải hoàn thành công tác đào hai bên vai đập, nền tấm bản chân và nền móng các công trình lân cận ảnh hưởng đến thân đập, phải hoàn thành

từ trên xuống Nếu có điều kiện, nên có kế hoạch xử lý nền khu vực thân đập nước

lũ không ảnh hưởng đến Nếu gặp điều kiện địa chất phức tạp nên phân đoạn, phân tầng để đào từ dưới lên trên thì phải lập kế hoạch tổ chức thi công

Khi gặp nền đá bị nứt nẻ nhiều thì dùng các biện pháp xử lý sau:

+ Khi đá thành khối hoàn chỉnh, ít nứt nẻ: Xối rửa sạch bụi đất trong khe nứt, phun vữa xi măng hoặc vữa xi măng cát vào khe nứt

+ Khi đá nhiều khe nứt, thấm nước nhiều: Không những phải phun vữa chèn vào khe nứt mà còn phải có giải pháp dẫn dòng nước thấm để khi đổ bê tông tấm bản chân nền luôn khô ráo

+ Khi trong hố móng có dòng nước ngầm phụt lên thì dùng giải pháp nút và thoát nước

Hình 3.3 Hố móng thượng lưu đập Cửa Đạt

3.1.4 Yêu cầu vật liệu đắp đập

Quy hoạch mỏ vật liệu:

+ Đơn vị thi công căn cứ vào hồ sơ thiết kế, kiểm tra về chất lượng, trữ lượng và điều kiện vận tải đề lập báo cáo, lập kế hoạch khai thác Nếu cần lập báo cáo quy hoạch tối ưu khai thác mỏ vật liệu

+ Căn cứ vào quy mô công trình, điều kiện địa hình, địa chất, phương thức dẫn dòng, phân chia giai đoạn thi công và cường độ đắp đập Theo nguyên tắc cân bằng tổng hợp vật liệu đập, quy hoạch gương tầng khai thác, trình tự khai thác, bố trí

đường vận chuyển, bãi trung chuyển vật liệu, bãi thải và mặt bằng bố trí hệ thống gia công đá, cát, sỏi

+ Quy hoạch tốt cân bằng đào, đắp tận dụng tối đa vật liệu phù hợp đào ở các hố móng công trình đầu mối Tại bãi trữ cần có quy hoạch để riêng vật liệu cần dùng tách khỏi vật liệu thải, không những cần có bãi trung chuyển vật liệu mà nên tận dụng khả năng xúc, chuyển vật liệu đắp trực tiếp vào đập

+ Tỷ lệ vật liệu khai thác tại mỏ và vật liệu tận dụng so với lượng vật liệu đắp đập nên từ 1,2-1,5; cát sỏi nên từ 1,5-2,0 ( trên cạn), dưới nước từ 2,0-2,5

+ Vật liệu đá chính của thân đập nên chọn mỏ đá có trữ lượng lớn, cự ly vận chuyển ngắn, dễ khai thác và bố trí trữ lượng đáp ứng nhu cầu cường độ đắp đập cao nhất

Khai thác và gia công vật liệu đắp đập:

Vật liệu đá đổ nên dùng phương pháp nổ mìn vi sai theo từng bậc thang lỗ sâu hoặc phương pháp nổ mìn chèn ép Trong điều kiện địa hình, địa chất và an toàn thi công cho phép có thể nổ mìn buồng nhưng khai thác theo chia tầng, giật cấp

Vật liệu vùng chuyển tiếp nên tổ chức khai thác trực tiếp bằng khoan, nổ tại mỏ

đá, tận dụng vật liệu đào hố móng các công trình đầu mối, qua tuyển chọn khống chế tốt cấp phối cỡ hạt vật liệu

Vật liệu đắp vùng lớp đệm và vùng lớp đệm đặc biệt: được gia công bằng hệ thống máy nghiền, sang, gia công trộn lại; có thể dùng cát sỏi hoặc đá hộc tươi cường độ trung bình để nghiền, sang rồi đảo trộn Công nghệ gia công đảo trộn phải căn cứ vào yêu cầu cấp phối rồi tiến hành thí nghiệm để xác định

3.1.5 Đắp đập

Đắp đập sau khi tiến hành nghiệm thu phần đào nền đập, vai đập và một phần tấm bản chân đã đổ bê tông Có thể tiến hành đắp một phần thân đập tại các khu vực nước lũ không ảnh hưởng đến tại một bờ hoặc hai bờ vai đập auk hi đào xong nền đập phần lòng sông, có thể tiến hành cùng lúc việc đào móng tấm bản chân và đắp đập