Bài giảng thi công đập đá đổ: CHƯƠNG 3. NỔ MÌN VÀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ

Đập đá đổ chống thấm bằng đất, bằng bê tông asphalt, bằng bê tông cốt thép đập đá đổ bê tông bản mặt.. Ưu nhược điểm của đập đá đổĐập đá đổ: Đá xếp, đá đổ đổ đá lấn trên mái dốc với nhữn

TS Lê Văn Hùng

CHƯƠNG 3 NỔ MÌN VÀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ

3.1 Nổ mìn trong xây dựng 3.2 Thi công đập đá đổ 3.2.1 Các loại đập đá đổ

Đập đá đổ có thể là đập đá hoặc đất đá hỗn hợp

Đập đá đổ có tường tâm, tường nghiêng chống thấm Các loại tường tâm tường nghiêng rất phong phú Đập đá đổ chống thấm bằng đất, bằng bê tông asphalt, bằng bê tông cốt thép (đập đá đổ bê tông bản mặt) Ngoài ra còn có những loại đập đá đổ lõi bê tông cốt thép, bản mặt bằng gỗ ở một số đập thấp xây dựng vào cuối thể kỷ 19 nửa đầu thế kỷ 20 Những năm gần đây đập đá đổ bê tông bản mặt được xây dựng khá nhiều

ở Trung Quốc

IIIC IIIB

IIIA IIA

IIB B¶n mÆt bª t«ng

IIIF IIIE

Mặt cắt cơ bản của đập Cửa Đạt Thanh Hóa

TS Lê Văn Hùng

3.2.2 Giới thiệu các đập đá đổ trên Thế Giới và ở Việt Nam

3.2.3 Ưu nhược điểm của đập đá đổ

Đập đá đổ: Đá xếp, đá đổ (đổ đá lấn trên mái dốc với những lớp dày tới 7.5m, làm chặt bằng thủy lực), đá đắp (đá đắp theo lớp dày không quá 2.5m, đầm cơ giới)

Ưu điểm:

1) Sử dụng vật liệu tại chỗ, tận dụng cả đất đá đào móng và đào tuy nen

2) Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết khi thi công

3) Kỹ thuật thi công đơn giản, trình tự thi công không phức tạp, trình độ cơ giới hoá cao (hiện nay cường độ thi công Q >10.000m3/ngđ)

4) Cho nước tràn qua khi đang xây dựng

5) Yêu cầu về nền móng không cao

6) Thích hợp cho khu vực nhiều động đất

Nhược điểm:

1) Thân đập lún tương đối nhiều (Độ lún của đập có nhiều tác giả đưa ra cách tính bằng công thức kinh nghiệm khác nhau, theo F Lawton và M Lester S = 0.001 H 3/2 , trong đó S là

độ lún và H là chiều cao đập (m) Như vậy, đập cao 100m thì lún 1m)

2) Khối lượng lớn

3) Thời kỳ thi công thường phải xây dựng công trình dẫn dòng lớn (vì bề rộng mặt cắt đập lớn)

3.2.4 Những yêu cầu đối với nền đập và công tác chuẩn bị nền

Các yêu cầu:

1) Đủ khả năng chịu áp lực của thân đập truyền xuống

2) Ổn định và bền vững dưới tác động của áp lực nước

3) Chống được xâm thực, chống sunfat và không trương nở

Trong thực tế không có nền đập tự nhiên nào bảo đảm các yêu cầu trên, do đó trong khi thi công việc chuẩn bị nền thường phải làm các nội dụng sau:

Nếu là nền đá thì phải gia cố và chống thấm bằng biện pháp khoan phun xi măng

Nếu là lớp bồi tích thường xử lý bằng hai cách:

a) Có thể đóng hàng cừ thép rồi khoan phụt chống thấm bằng vữa xi măng +sét+silicát sau đó khoan phun gia cố và chống thấm cho tầng đá nứt nẻ phía dưới tầng bồi tích (Điển hình là đập Hòa Bình, đập Axuan (Ai Cập) có tầng khoan phụt xử

lý chống thấm nền cát cuội sỏi sâu tới 90m)

b) Làm tường răng bằng bê tông khi lớp bồi tích mỏng tới nền đá và khoan phun xi măng gia cố chống thấm cho nền đá nứt nẻ

(Đối với vai đập cũng xử lý tương tự)

Ngoài ra người ta có thể kết hợp cả việc làm tường răng và sân phủ thượng lưu

TS Lê Văn Hùng

3.2.5 Những yêu cầu đối với vật liệu đá đắp

1 Yêu cầu về cường độ

Đối với đập cao>60m, yêu cầu cường độ của đá R60MPa riêng phần đá chịu

tác dụng của sóng ở mái thượng lưu R80MPa (1MPa=10KG/cm 2 =100N/cm 2 ).

Đối với đập H=2060m yêu cầu R=5060MPa Lượng đá phong hoá mềm yếu không vượt quá 10%, đất <5%, độ rỗng < (3035)% đối với đập cao và

<(3540)% đối với đập thấp

Kích thước hòn đá càng lớn càng tốt để giảm lún, khối lượng đá d>20cm không ít hơn 50%

Ngày nay với trình độ cơ giới hoá cao người ta đã đắp đập đá bằng phương pháp đầm nén với loại đầm bánh hơi 50100 tấn, đầm rung có tải trọng tĩnh >20 tấn, lực rung>32 tấn và yêu cầu loại đá có cường độ không cao lắm (R>2030MPa)

2 Yêu cầu về cấp phối

Đá đổ thường đòi hỏi cường độ cao, không lẫn đất

Đất đá hỗn hợp thường đòi hỏi đá cường độ không cao Theo Tolbot thành phần cấp phối hạt P = 100(di/Dmax)x

P là % lượng hạt có d<di

x là số mũ 0.25 ÷ 0.55 tùy loại đất

Dmax tùy thuộc dung tích gầu và thùng ô tô

Đá đắp theo từng lớp và đầm thì cho phép cường độ không cao và cấp phối hạt

từ lớn đến nhỏ Ví dụ đập San Gabriel (1939) cao 114m khi khai thác mỏ chi đáp ứng 85% khối lượng nên đã dùng đá có cấp phối:

(500÷150)mm chiếm 30%

(150÷6)mm chiếm 30%

(6÷0.1)mm chiếm 38%

<0.1mm chiếm 2%

Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng lọc ngược ở phần chuyển tiếp như sau:

5 4 15

15





d

D

(1)

5 4 85

15





d

D

(2) trong đó:

D15 - Đường kính của hạt vật liệu loại lớn có lượng tích luỹ trên sàng là 15%

d15, d85 - đường kính của hạt vật liệu loại nhỏ kế cận có lượng tích luỹ trên sàng

là 15% va 85%

Điều kiện (1) bảo đảm yêu cầu lọc nước tốt

Điều kiện (2) bảo đảm không xảy ra hiện tượng phản áp (sạt mái) khi mực nước thay đổi đột ngột

Phần chuyển tiếp thường K=10-2cm/s

TS Lê Văn Hùng

Phần chống thấm thường sử dụng đất sét K=10-510-7cm/s, W = (2227) %,

k= (1,5-1,6)T/m3, độ mềm dẻo thích ứng với biến dạng của đập mà không bị nứt, dễ thi công, chống trượt tốt để mặt cắt gọn đỡ tốn khối lượng

Bảng 1: Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của các khối đắp đập Cửa Đạt

Khối đắp Dmax(mm) < 5mm(%) <0.075mm(%) Độ rỗngn(%) (t/mk3 )

K (cm/s)

Bảng 2: Cấp phối thiết kế của các khối đắp chủ yếu đập Cửa Đạt

dưới

CP

CP dưới

CP

CP dưới

CP

CP dưới

CP

CP dưới

CP trên

THÀNH PHẦN HẠT IIB CỬA ĐẠT

CẤP PHỐI HẠT

Kích

thước

mắt

sàng

Lượng sót

trên sàng

Tích lũy lọt sàng

Tổng 24.0

THÀNH PHẦN HẠT IIA CỬA ĐẠT

CẤP PHỐI HẠT

Kích

thước

mắt

sàng

Lượng sót

trên sàng

Tích lũy lọt sàng

TS Lê Văn Hùng

THÀNH PHẦN HẠT IIIA CỬA ĐẠT

CẤP PHỐI HẠT

Kích

thước

mắt

sàng

Lượng sót

trên sàng

Tích lũy lọt sàng

Tổng 686.6

THÀNH PHẦN HẠT IIIB CỬA ĐẠT

CẤP PHỐI HẠT

Kích thước

mắt sàng

Lượng sót

trên sàng

Tích lũy lọt sàng

Tæng 2114.2

TS Lê Văn Hùng

Sơ đồ mạng nổ khai thác đá đắp đập Cửa Đạt:

2 1

hµng lç khoan thø 1

hµng lç khoan thø 2

hµng lç khoan thø 3

lÊp bua lÊp bua

bao thuèc måi næ d©y næ

d©y næ 2

bao thuèc næ chÝnh 1

bao thuèc måi næ 2 bao thuèc næ chÝnh 2

cét kh«ng khÝ

d©y næ 1

47 , 1



c

x V V

trong đó:

Vx – thể tích đá sau nổ mìn

Vc – thể tích đá nguyên khai

Việc tính khối lượng và cường độ thi công tương tự như phần thi công đất

3.2.6 Trữ lượng mỏ đá

1 Thể tích đá tơi sau nổ mìn

Vx = K*Vc = 1.5*Vc

Trong đó: K là hệ số tơi (nở rời), K = 1.5, có một số tài liệu lấy trị số này là 1.47

hoặc 1.475

Vc- Thể tích đá liền khối

Vx- Thể tích đá tơi sau nổ mìn Việc tính hệ số nở rời theo Định mức vật tư 22/2001/QĐ-BXD (chương 6) là K=1.80 cho hỗn hợp đá sau nổ mìn thì không phù hợp Nếu theo hệ số này thì dung trọng đá rời chỉ khoảng (1.50÷1.55)t/m3, đây là dung trọng của đá hộc, đá ba … là đá

có độ rỗng rất lớn Đá nổ mìn, do sắp xếp cấp phối nên dung trọng phải lớn hơn nhiều Nói cách khác, hệ số nở rời nhỏ hơn 1.80 nhiều là đương nhiên

2 Tổn thất đá từ mỏ lên đập

Theo thống kê của các tài liệu nước ngoài thì tổn thất đá của mỏ khai thác như sau:

a) Tổn thất ở bãi vật liệu: Là đá mạt lẫn bùn bụi tồn đọng lại sau khi bốc xúc, lượng đá này phải thải bỏ ngay tại chân mỏ Trị số tồn thất này chiếm (3-5)%, trung bình là 4% khối lượng đá khai thác

b) Tổn thất rơi vãi dọc đường do vận chuyển (1.5-2.5)%, trung bình là 2% khối lượng đá khai thác

c) Tổn thất do lún sau khi đắp của đập (0.5-1.5)%H, trung bình là 1%H, H là

chiều cao đập (gần đúng có thể tính theo tỷ lệ thể tích đập) Các trị số tổn

thất đá này lớn hay nhỏ tùy thuộc vào khả năng tổ chức thi công của công trường Hệ số tận dụng đá là:

 Lớn nhất: 0.97*0.985*0.995 = 0.95

 Nhỏ nhất: 0.95*0.975*0.985 = 0.91

 Trung bình: 0.96*0.98*0.99 = 0.93 Nếu đá được đào ra đưa đến bãi trữ sau đó chuyển từ bãi trữ để đắp đập thì hệ số tận dụng cần phải kể thêm tổn thất ở bãi trữ và tổn thất do vận chuyển từ bãi trữ đến đập Phần kể thêm này có thể tham khảo điểm a) và b)

3 Cách tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích đá đắp đập

TS Lê Văn Hùng

Trường hợp tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích khối đắp có dung trọng thiết kế thì tính như sau:

Dung trọng đá nguyên khai là c (tấn/m3) Dung trọng thiết kế đá đắp đập là tk

(tấn/m3) Như vậy cứ 1m3 đá nguyên khai đắp được (c /tk) m3

ở đập, nếu kể đến hao đập, nếu kể đến haop, n u k ếu kể đến hao ể đến hao đếu kể đến haon hao

h t trong thi công có th tham kh o b ng 1.ụt trong thi công có thể tham khảo bảng 1 ể đến hao ảo bảng 1 ảo bảng 1

Dung trọng

đá đắp (t/

m 3 )

Khối lượng đá nguyên khai chưa kể hao hụt (tận dụng 100%)

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 91%

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 93%

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 95%

Ghi chú: Dung trọng đá nguyên khai 2.65 (t/m 3 ), tính cho trường hợp không có trung chuyển.

3.2.7 Công tác vận chuyển đá lên bề mặt đập

Vận chuyển đá thường dùng các phương tiện sau: ô tô tự đổ, máy kéo rơ moóc, xe goòng có đầu máy kéo, vận chuyển bằng xà lan Ngoài ra còn sử dụng băng chuyền vận chuyển đá từ nơi khác về xưởng gia công nghiền sàng hoặc về bãi trung chuyển

Vận chuyển bằng ô tô tự đổ vẫn được sử dụng chủ yếu hiện nay vì nó rất linh hoạt và thích ứng với mọi vị trí của đập và địa hình Việc tính toán và vận dụng tương

tự như thi công đập đất

3.2.8 Công tác rải san đầm

1 Trường hợp đá đầm nén

Về nguyên tắc dây chuyền thi công rải sau đầm cho đập đá đổ vẫn giống như dây chuyền thi công đập đất Tuy nhiên cần chú trọng mối quan hệ giữa các khối đắp khác nhau như tường tâm, khối chuyển tiếp, khối đá đổ về trình tự đắp và chiều dày mỗi lớp rải Việc đầm nén thường sử dụng đầm rung bánh hơi hoặc bánh thép, chiều dày lớp rải 12m Đầm bánh hơi có bộ phận rung 1050T, đầm bánh thép

>1925T, rung >32T

2 Trường hợp đá đổ không dùng đầm

Chiều cao đá đổ đối với đập có tường tâm trong trường hợp đống đá lên cao trước thì thường cao hơn phần tường tâm đã đắp khoảng 510m, còn đối với đập có tường nghiêng thì chiều cao đống đá đắp trước không hạn chế

Nói chung chiều cao đổ đá khi đắp không nên cao quá vì làm cho đá bị vỡ vụn hoặc phân cỡ Khi chiều cao đổ đá >5m thường kết hợp súng phun nước để đầm nén

đá Lượng nước dùng 24m3 cho một m3 đá đổ, áp lực 310atm Phương pháp này đã

áp dụng đắp phần dưới của trụ đá đập Thác Bà

TS Lê Văn Hùng

3.2.9 Cường độ thi công và trình tự đắp đập

1 Cường độ thi công

Khi thi công đập thường chia ra các giai đoạn và trình tự thi công các khối đắp khác nhau trên cơ sở phương án dẫn dòng và thời hạn thi công đã định Cường độ thi công của mỗi giai đoạn phụ thuộc vào khối lượng và thời gian phải hoàn thành khối lượng đó

2 Trình tự đắp đập

Trình tự thi công các khối đắp của các giai đoạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

 Kết cấu mặt cắt đập

 Điều kiện dẫn dòng và đắp đập vượt lũ

 Điều kiện thi công và cách phân chia các lớp đắp, chiều dày mỗi lớp đắp

 Tính chất mùa mà ưu tiên đắp đất hay đá trước

3.2.10 Thi công bản mặt bê tông

Bản mặt bê tông là một dạng của bộ phận chống thấm Bản mặt bê tông bao gồm bản chân (chân răng) cắm vào nền đập và bản mặt phủ toàn bộ bề mặt thượng lưu đập Tùy theo tình hình địa chất nền và cột nước thượng lưu mà bản chân có kích thước và khoảng cách giữa các khớp nối thích hợp Bản mặt là các dải bê tông liền khối chạy từ chân đập tới đỉnh đập, giữa các dải là khớp nối

Ngoài các đặc điểm thi công bê tông đổ tại chỗ thông thường thì bê tông bản mặt khi thi công có các đặc điểm sau:

 Đổ bê tông trên mái dốc m = (1÷1.5) nên phải dùng ván khuôn trượt

 Vữa bê tông trên máng chuyển tới vị trí phải có độ dẻo phù hợp với độ dốc máng để tránh phân cỡ

 Các khớp nối giữa các dải bản mặt đòi hỏi chất lượng cao

TS Lê Văn Hùng

Bản chân đập Fad được xây dựng trước năm 1970

TS Lê Văn Hùng

3.2.11 Kiểm tra chất lượng

1) Kiểm tra chất lượng của đá so với yêu cầu thiết kế về cường độ, cấp phối;

2) Kiểm tra tk và chiều dày lớp rải của đất đắp và các lớp chuyển tiếp;

40cm 40cm

H×nh 2 HiÖn tuîng gÉy ®o¹n H×nh 3 Chç tiÕp gi¸p gi÷a c¸c ®o¹n

3) Nếu là bản mặt bê tông thì cần nghiêm ngặt khống chế chất lượng bê tông cốt thép, khớp nối, chống thấm nền bản chân

4) Kiểm tra thực hiện theo đồ án thiết kế trong quá trình thi công đập

Tài liệu tham khảo

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА, Издание второе, переработанное и дополненое, С Н МОИСЕЕВ (ЭНЕРГИЯ) МОСКВА 1970.

2 ПРОИЗВОДСТВО ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ, Под редакцией проф д-ра техн наук В С ЭРИСТОВА издат литер по строительству Москва 1970.

3 КАМЕННО-ЗЕМЛЯРНЫЕ И КАМЕННОНАБРОСНЫЕ ПЛОТИНЫ, В Г РАДЧЕНКО, В А ЗАИРОВА (ЭНЕРГИЯ) Ленинградское отделение 1971.

4 ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, Под редакцией проф д-ра техн наук В С ЭРИСТОВА Москва строииздат 1977.

5 ПЛОТИНЫ ИЗ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, А А НИЧИПОРОВИЧ, Москва строииздат 1973.

6 Giáo trình Thi Công ĐHTL T1, T2

7 Thiết kế kỹ thuật công trình Cửa Đạt, công trình Tuyên Quang

8 Thí nghiệm nổ mìn cấp phối phục vụ đắp đập Cửa Đạt (ĐHTL – Lê Văn Hùng, Lê Đình Chung, Bộ môn Thi Công)

9 Thí nghiệm đầm nén đá phục vụ đắp đập Cửa Đạt (ĐHTL – Lê Văn Hùng, Lê Đình Chung, Bộ môn Thi Công)