Tài liệu Các hình thức và công nghệ thi công kết cấu phòng thấm đập bê tông đầm lăn

1 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy LỜI TÁC GIẢ Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn thạc sĩ: “Các hình thức và công nghệ thi công kết cấu phòng thấm cho đập BTĐL” đã hoàn thành đúng theo đề cương được duyệt. Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ lợi đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Dương Đức Tiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Cán bộ nhân viên Viện Kỹ thuật công trình – Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả như ngày hôm nay. Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm2011 Tác giả Kiều Văn Nguyên Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 2 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy MỤC LỤC LỜI TÁC GIẢ ............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………………5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ............................9 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển BTĐL ...................................................................9 1.1.1 Trên thế giới ............................................................................................9 1.1.2 Ở Việt Nam ...........................................................................................14 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sử dụng phòng thấm đập BTĐL .........23 1.2.1 Nước Pháp.............................................................................................23 1.2.2 Ở Mỹ .....................................................................................................25 1.2.3 Ở Trung Quốc .......................................................................................31 1.2.4 Ở Việt Nam ...........................................................................................37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LỰA CHỌN CÁC HÌNH THỨC PHÒNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ........................................................................ 41 2.1. Cơ sở khoa học sử dụng hình thức phòng thấm đập BTĐL[15]....................41 2.1.1 Sự cần thiết ...............................................................................................41 2.1.2 Giống nhau ................................................................................................42 2.1.3 Khác nhau .................................................................................................42 2.2 Cơ sở thực tiễn lựa chọn hình thức phòng thấm đập BTĐL[15] ......................43 2.2.1 Tính chống thấm của BTĐL .....................................................................43 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ rỗng, độ chặt, cường độ, độ chống thấm của BT và BTĐL. .....................................................................................................46 2.2.3 Các biện pháp giảm xi măng ....................................................................51 2.3 Tình hình ứng dụng kết cấu phòng thấm đập BTĐL ......................................54 2.3.1 Kết cấu chống thấm cứng .........................................................................54 2.3.2 Kết cấu chống thấm mềm ........................................................................57 2.3.3 Kết cấu chống thấm kết hợp .....................................................................59 2.4 Kết luận chương 2 ...........................................................................................60 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ....................................................................................................61 3.1 Các công nghệ thi công kết cấu chống thấm ...................................................61 3.1.1 Tổng quan chung về công nghệ thi công bê tông đầm lăn .......................61 3.1.2 Công nghệ thi công kết cấu chống thấm bằng BTĐL ..............................72 3.1.3 Công nghệ thi công kết cấu chống thấm bằng hỗn hợp Bitum.................75 3.1.3 Chống thấm bằng bê tông bù ngót ............................................................80 3.1.4 Chống thấm bằng màng mỏng ..................................................................81 Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 3 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy 3.2 Thiết bị thi công và công tác kiểm tra chất lượng kết cấu phòng thấm đập BTĐL .....................................................................................................................83 3.2.1 Thiết bị thi công kết cấu phòng thấm .......................................................83 3.2.2 Công tác kiểm tra chất lượng kết cấu phòng thấm đập BTĐL .................86 3.3 Ứng dụng thi công kết cấu phòng thấm trên thế giới ......................................87 3.3.1 Công trình Kháng Khẩu ............................................................................87 3.3.2 Đập Elk Creek của Mỹ: ............................................................................88 3.3.3 Đập Auweite cuả Pháp: ............................................................................89 3.3.4 Đập Nirput và Walvistan của Nam Phi: ...................................................89 3.4 Ứng dụng thi công kết cấu phòng thấm tại Việt Nam .....................................92 3.4.1 Công trình Định Bình ...............................................................................92 3.4.2 Công trình thủy điện Pleikrông.................................................................94 3.4.3 Công trình Nước Trong ............................................................................94 3.4.4 Công trình Thủy điện Sơn La ...................................................................96 3.5 Kết luận chương 3 ...........................................................................................96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 99 1. TIẾNG VIỆT...................................................................................................99 2. TIẾNG ANH .................................................................................................101 Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 4 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Danh sách 10 quốc gia có số đập BTĐL nhiều nhất tính đến 2011[29] ... 13 Bảng 1.2. Một số đập của Trung Quốc sử dụng BTĐL cấp phối 2 để chống thấm[10] . 14 Bảng 1.3. Một số công trình đập BTĐL ở Việt Nam.............................................. 17 Bảng 1.4. Mười đập BTĐL cao nhất thế giới tính đến 2011 [29] ............................. 19 Bảng 1.5. Mười đập có khối lượng BTĐL lớn nhất thế giới tính đến 2011 [29] ...... 19 Bảng 1.6. Các nước có đập cao hơn 100 m đang thi công nhiều nhất [29] .............. 20 Bảng 1.7. Thống kê sử dụng biện pháp chống thấm của một số đập BTĐL[16] ...... 20 Bảng 1.8. Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Pleikrong ............................ 21 Bảng 1.9. Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập SêSan 4 ............................... 21 Bảng 1.10. Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Định Bình ........................... 21 Bảng 1.11. Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Sơn La ................................ 21 Bảng 1.12. Thành phần cấp phối BTĐL đề nghị dùng cho Đập A Vương .............. 22 Bảng 1.13. Thành phần cấp phối BTĐL TN hiện trường dùng cho đập Bản Vẽ ..... 22 Bảng 1.14. Thành phần cấp phối BTĐL đập Nước Trong ....................................... 22 Bảng 1.15. Thống kê kết quả TN các chỉ tiêu cơ lý của mẫu khoan BTĐL tại hiện trường ................................................................................................................23 Bảng 1.16. Giá trị cho phép cấp chống thấm tối thiểu của đập bê tông lớn[16] ......... 32 Bảng 1.17. So sánh thành phần cấp phối BTĐL chống thấm của Việt Nam và Trung Quốc ................................................................................................................ 38 Bảng 2.1. Quan hệ giữa cấp chống thấm và hệ số thẩm thấu của BTĐL. .............. 45 Bảng 2.2. Thể tích tương đối của các lỗ rỗng liên thông [25]................................... 49 Bảng 2.3. Độ rỗng liên thông và tính thấm khí của các mẫu vữa đóng rắn trong điều kiện khác nhau [25] .............................................................................................50 Bảng 3.1. Tính năng của các loại đầm sử dụng đầm BTĐL ................................... 66 Bảng 3.2. Tính năng kỹ thuật của máy chải SM400/800. ....................................... 69 Bảng 3.3. Tính năng kỹ thuật chủ yếu của máy cắt rung HZQ – GS. .................... 71 Bảng 3.4. Cấp phối bê tông bù co ngót ................................................................... 80 Bảng 3.5. Tỉ lệ cấp phối bê tông đầm lăn Kháng Khẩu (kg/m3) ............................. 88 Bảng 3.6. Cấp phối BTĐL mác 200B6 và 200B8 công trình Nước Trong ............ 95 Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 5 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các nước có số lượng đập BTĐL > 10 đập tính đến năm 2011 [28] ....... 13 Hình 1.2. Bản đồ kế hoạch phát triển điện và bố trí đập BTĐL ở Việt Nam ......... 15 Hình 1.3. Các kết cấu chống thấm mặt thượng lưu đập BTĐL[23] ......................... 29 Hình 1.4. Mặt cắt điển hình đập BTĐL của Trung Quốc. ...................................... 34 Hình 1.5. Hình thức mặt cắt đập BTĐL của Trung Quốc ...................................... 37 Hình 1.6. Hình thức mặt cắt đập BTĐL – đập Nước Trong................................... 39 Hình 1.7. Hình thức mặt cắt đập BTĐL – đập Định Bình...................................... 39 Hình 1.8. Hình thức mặt cắt đập BTĐL – đập Sơn La ........................................... 40 Hình 1.9. Hình thức mặt cắt đập BTĐL – đập Bản Vẽ .......................................... 40 Hình 2.1. Mối liên quan giữa cường độ kháng nén, N/CDK và mức độ đầm [23] .. 48 Hình 2.2. Cường độ BTĐL sử dụng cốt liệu tốt [23]................................................ 52 Hình 2.3. Cường độ BTĐL sử dụng cốt liệu chất lượng kém hơn [22].................... 52 Hình 2.4. Quan hệ cường độ bê tông và tỷ lệ N/CDK ở các tuổi khác nhau [22] .... 53 Hình 2.5. Khu bê tông thượng lưu (Ở Mỹ có một số đập cũng để một khu bê tông thường ở mặt thượng lưu, chiều dày lớp bê tông này tương đối mỏng) ................... 55 Hình 2.6. Kết cấu phòng thấm thượng lưu đập Bản Chát ...................................... 57 Hình 3.1. Trạm trộn bê tông đầm lăn ..................................................................... 62 Hình 3.2. Dùng xe ô tô vận chuyển bê tông ........................................................... 63 Hình 3.3. Dùng băng tải vận chuyển bê tông ......................................................... 63 Hình 3.4. Băng tải kết hợp ô tô vận chuyển bê tông TĐ Sơn La ........................... 64 Hình 3.5. Dùng cần trục vận chuyển bê tông ......................................................... 64 Hình 3.6. Dùng máy ủi san bê tông ........................................................................ 65 Hình 3.7. San lớp vữa liên kết giữa 2 đợt đổ (bằng thủ công) ............................... 65 Hình 3.8. Thi công đập BTĐL bằng xe lu rung...................................................... 67 Hình 3.9. Xử lý khe thi công bằng đánh xờm ........................................................ 69 Hình 3.10. Xử lý khe thi công bằng phụt khí ........................................................... 69 Hình 3.11. Máy cắt khe ngang .................................................................................. 70 Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 6 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Hình 3.12. Tạo khe ngang ........................................................................................ 70 Hình 3.13. Khe ngang cắt sau (TĐ Sơn La) ............................................................. 71 Hình 3.14. Đo dung trọng BTĐL sau khi đầm bằng máy đo phóng xạ ................... 72 Hình 3.15. Hiệu quả chống thấm của vữa cát bitum ................................................ 76 Hình 3.16. Đặt rãnh cắt thấm trên tầng đệm............................................................. 77 Hình 3.17. Hình thức nối tiếp phần đỉnh và tầng bitum chống thấm ....................... 78 Hình 3.18. Máy đầm cỡ nhỏ thi công GEVR phòng thấm ....................................... 84 Hình 3.19. Máy đầm dùi thi công GEVR phòng thấm ............................................. 84 Hình 3.20. Xử lý nơi tiếp giáp giữa 2 loại bê tông khác nhau.................................. 85 Hình 3.21. Bố trí hệ thống rót vữa và khe dẫn dụ ở đập Nirput .............................. 90 Hình 3.22. Mắt cắt chi tiết khe dẫn........................................................................... 91 Hình 3.23. Thi công BTĐL đập Định Bình .............................................................. 93 Hình 3.24. Hình ảnh đập Plêikrông .......................................................................... 94 Hình 3.25. Mặt cắt ngang đập Sơn La ...................................................................... 96 Hình 3.26. Thi công phần thượng lưu chống thấm bằng BTĐL đập Sơn La ........... 96 Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 7 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của luận văn Bê tông đầm lăn (BTĐL) được xem là bước phát triển đột phá trong công nghệ xây dựng đập bê tông nói riêng, xây dựng công trình thủy lợi nói chung. Ưu điểm nổi bật của BTĐL là sử dụng ít xi măng, tốc độ thi công nhanh… nên giảm giá thành, đạt hiệu quả kinh tế cao. Công trình thủy công nói chung, công trình bê tông đầm lăn nói riêng đều có yêu cầu chống thấm nhất định, nếu như thấm nước lâu dài sẽ ảnh hưởng rất lớn đến niên hạn an toàn và thời gian sử dụng. Do tính chất đặc thù công nghệ thi công BTĐL, để nâng cao năng lực chống thấm cho bê tông đầm lăn nói chung phải áp dụng biện pháp từ hai phương diện: một là nâng cao tính không thấm nước ở thân đập đặc biệt là ở mặt khe, hai là mặt thượng lưu thân đập sử dụng biện pháp phòng thấm ngăn không cho nước đi vào bên trong kết cấu. Từ khi ra đời kỹ thuật xây dựng đập BTĐL đến nay, trên thế giới không ngừng tiến hành nghiên cứu và tìm kiếm biện pháp phòng thấm và đặc tính thấm thấu của BTĐL. Hình thức phòng thấm của BTĐL chủ yếu có 3 loại hình: kiểu “vàng bọc bạc”, phòng thấm tự bản thấn BTĐL, làm thêm lớp phòng thấm mặt thượng lưu đập. Thời kỳ đầu những công trình vừa và nhỏ, đã từng tìm tòi qua sử dụng bảo vệ bề mặt bằng nhựa đường, đây là mô hình tham gia hạn chế thấm của bê tông, bổ sung cốt thép cho bê tông, hình thức kết cấu phòng thấm bằng PVC… Sau đó áp dụng nhiều mô hình “vàng bọc bạc” tuy nhiên hình thức này ảnh hưởng đến ưu thế tốc độ thi công nhanh của BTĐL. Mặt khác áp dụng thành công kỹ thuật phòng thấm tự bản thân bê tông BTĐL cấp phối 2, trong đó thân đập dùng BTĐL cấp phối 3, ở đó thượng lưu chọn dùng cấp phối 2 làm kết cấu phòng thấm. Ứng dụng kỹ thuật phòng thấm tự bản thân BTĐL cấp phối 3 toàn mặt cắt, thông qua ưu hóa thiết kế tỷ lệ cấp phối bê tông, tăng cường xử lý kết hợp mặt tầng và khống chế công nghệ thi công.v.v.., đây là 1 bước đột phá của kỹ thuật thi công BTĐL. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 8 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Cùng với sự phát triển của đập bê tông đầm lăn ngày càng nhiều thì kết cấu chống thấm kiểu mới và công nghệ thi công mới ngày càng xuất hiện nhiều hơn. Công nghệ BTĐL của Việt Nam cũng không nằm ngoài quy luật đó, nhiều đập sử dụng kết cấu “Vàng bọc bạc”, vài năm gần đây bắt đầu nghiên cứu áp dụng BTĐL chống thấm thay cho bê tông thường và các biện pháp nâng cao chống thấm khác. Vì vậy, quan tâm nghiên cứu đến các điều kiện công nghệ thi công kết cấu phòng thấm đập bê tông đầm lăn trong điều kiện Việt Nam vừa có ý nghĩa khoa học và có giá trị thực tiễn. 1.2 Mục đích của luận văn Đánh giá tình hình sử dụng các biện pháp phòng thấm, nghiên cứu các biện pháp công nghệ thi công kết cấu phòng thấm nhằm đảm bảo mặt thượng lưu đập đạt yêu cầu chống thấm theo quy định là vấn đề vô cùng quan trọng. 1.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng; - Khảo sát thực tế ở những công trình đã ứng dụng ở Việt Nam; - Các đánh giá của các chuyên gia. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn; - Nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam. 1.4 Kết quả dự kiến đạt được Tổng quan được tình hình sử dụng, công nghệ thi công kết cấu phòng thấm trong đập bê tông đầm lăn. Đề xuất ứng dụng trong điều kiện Việt Nam. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 9 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển BTĐL 1.1.1 Trên thế giới Vào những năm 1960 và 1970 đã có những cách sử dụng vật liệu làm vữa bê tông có thể coi là tiền đề cho sự ra đời của BTĐL. Năm 1960 hỗn hợp bê tông không độ sụt được rải bằng xe ủi đã áp dụng cho đập Alpe Gera ở Italia và đập Manicongan ở Canada. Hỗn hợp được đầm chặt bằng đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng lu rung [23]. Năm 1961 hỗn hợp bê tông được rải và đầm bằng các thiết bị thi công đập đất để xây dựng đê quai của đập Thanh Môn, Đài Loan, Trung Quốc [12] BTĐL thực sự được chú ý đến khi giáo sư Jerome Raphael (Mỹ) trình bày báo cáo “Đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970, trong đó nêu ra phương pháp thi công nhanh đập bê tông trọng lực bằng cách sử dụng các thiết bị của thi công đập đất đắp [23] . Trong những năm 1970, một số công trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL trong phòng thí nghiệm và tại hiện trường. Những nỗ lực trên đã tạo nền tảng cho việc xây dựng đập BTĐL đầu tiên trong năm 1980. Trong hội nghị “Thi công kinh tế đập bê tông” năm 1972, R. W. Canon có đưa ra luận điểm xây dựng đập bê tông dùng đất nện, phát triển thêm một bước ý tưởng của Raphael. Canon giới thiệu bê tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng xe ben, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung. Sau đó, Hiệp hội kỹ sư quân đội Hoa Kỳ (USACE) đã thi công các lô bê tông thí nghiệm ở đập Lost Creek. Năm 1980, lần đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon. Đập này cao 52m, dài 543m, không có rãnh ngang dọc. Hàm lượng chất kết dính trong BTĐL chỉ có 66kg/m3. Chiều dầy tầng đầm là 30cm đổ liên tục để lên cao. Với khối lượng 331.000m3 BTĐL mà chỉ đổ trong 5 tháng là xong. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 10 Luận văn thạc sĩ Ở Anh, Dunstan Chuyên nghành xây dựng công trình thủy [23] bắt đầu nghiên cứu tích cực trong phòng thí nghiệm về BTĐL trong những năm 1970. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA – Construction Industry Research and Information Association) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng rãi về BTĐL có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm xử lý Tamara – Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979). Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro bay sau này được Cục khai hoang Mỹ (USBR – United State Burean of Reclamation) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết kế đập Upper Still Water cao 90m, dài 815m, khối lượng BTĐL 1.125.000m3. Đặc điểm của công nghệ BTĐL của Mỹ(thường gọi RCC - Roller Compacted Concrete) là thiên về sử dụng BTĐL nghèo xi măng (hàm lượng chất kết dính dưới 100kg/m3). Để chống thấm cho đập, thường sử dụng kết cấu tường bê tông thượng lưu bằng bê tông thường đúc sẵn lắp ghép hoặc đổ tại chỗ bằng cốp pha trượt, kèm theo màng chống thấm. Nhật Bản, các kỹ sư bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL với mục đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình đập bê tông vào năm 1974. Công trình BTĐL đầu tiên của Nhật là Shimajigawa, đập này cao 89m, dài 240m với khối lượng BTĐL 165.000m3 trong tổng số 317.000m3 của bê tông đập. Đến cuối năm 1992 đã có khoảng 30 đập BTĐL được thi công ở Nhật. Đến nay, Nhật Bản đã hình thành trường phái BTĐL gọi là (RCD – Roller Compacted dams) gồm có thiết kế mặt cắt đập, tính toán thành phần bê tông, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập. Đặc điểm của phương pháp RCD là sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc”. Lõi đập làm bằng BTĐL, vỏ đập làm bằng bê tông thường chống thấm cao. Tây Ban Nha, năm 1988 đập San ta Eugenia được xây dựng trên sông Xallas, đập cao 85m, dài 285m, khối lượng BTĐL 319.000m3. Ngoài ra Tây Ban Nha còn xây dựng nhiều đập khác ứng dụng công nghệ BTĐL như đập Castiblanco de los Arroyos, Losmorales. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 11 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Pháp công nghệ BTĐL được ứng dụng khi xây dựng đập Les Ollivertest vào năm 1987. Đập này cao 36m, dài 225m, khối lượng BTĐL khoảng 80.000m3. Pakistan, năm 1975 BTĐL đã được sử dụng để sửa chữa đập Tarbela. Kỷ lục thế giới về tốc độ đổ bê tông đã được lập ở công trình này, với tốc độ trung bình 9.155m3/ ngày và có ngày lên tới 20.000m3. Đến năm 1980, công trình hoàn thành với tổng khối lượng BTĐL là 2.760.000m3. Liên Xô cũng bắt đầu nghiên cứu bê tông khô ít xi măng cho các đập trọng lực từ giữa thập kỷ 70 của thế kỷ trước. Công việc này được nghiên cứu tại viện nghiên cứu khoa học Thuỷ công vào năm 1975. Sau đó, đến năm 1979 và 1980 các chuyên gia Liên Xô đã tiến hành đổ thực nghiệm một số block bê tông trên tại đập nhà máy thuỷ điện Taskumir xây dựng trên sông Narin vào năm 1984, đập cao 75m, dài 320m, khối lượng BTĐL 85.000m3. Công trình đập này được hoàn thành vào năm 1988. Tiếp đó là một loạt các đập thuỷ điện khác như Burexop, Cuvmsko lần lượt được xây dựng bằng công nghệ BTĐL. Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu và áp dụng công nghệ BTĐL vào năm 1980. Mặc dù áp dụng công nghệ BTĐL tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc độ phát triển công nghệ này rất nhanh. Sau khi xây dựng xong đập Kháng Khẩu đầu tiên vào năm 1986, Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập BTĐL. Hiện nay đập BTĐL của Trung Quốc nói chung về mặt số lượng, chất lượng và chiều cao, kỹ thuật đều đứng đầu trên thế giới. Các chuyên gia Trung Quốc đã xây dựng hoàn chỉnh trường phái công nghệ BTĐL của mình với tên gọi là (RCCD - Roller Compacted Concrete Dams). Phương pháp này gồm có: thiết kế mặt cắt đập, quy trinhg thiết kế, chọn vật liệu và thi công, quy trình thử nghiệm, kiểm tra BTĐL tại hiện trường. Australia tiến hành xây dựng đập BTĐL đầu tiên vào năm 1984, đó là đập Coppfield cao 44m, trong đó dùng BTĐL siêu dẻo hóa và việc kết hợp nhập CO 2 rắn để hạ thấp nhiệt độ của hỗn hợp BTĐL, cải thiện cường độ. Đến nay Australia đã xây dựng trên 10 đập BTĐL. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 12 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Nam Phi, đập được xây dựng bằng công nghệ BTĐL đầu tiên vào năm 1986, đặc biệt có 2 đập BTĐL với hình thức dạng vòm trọng lực Knellpoort và Wolwedams là những đập vòm đầu tiên trên thế giới sử dụng BTĐL. Tính đến nay Nam Phi đã xây dựng được trên 22 đập BTĐL. Ma rốc, đập được xây dựng đầu tiên bằng công nghệ BTĐL là đập Ani al Koreima vào năm 1987 trên sông Akreuch, đập này cao 26m, dài 124m, khối lượng BTĐL 170.000m3. Chile, đập đầu tiên được xây dựng bằng công nghệ BTĐL là đập Pague được xây dựng vào năm 1992 trên sông Bio – Bio, đập này cao 121m, dài 410m. Chile là một đất nước có lượng mưa cao nhất trên thế giới đạt 4436mm/năm, tại thời điểm đổ bê tông lượng mưa đạt 4mm/giờ và khả năng động đất tại công trình lớn nhất 8,5 độ Richter. Algerie, nhiệt độ trung bình cao nhất 430C, nhưng cũng đã ứng dụng và xây dựng đập Kou diat Acerdoune trên sông Gravity, cao 221m, dài 500m sử dụng 1.650.000m3 BTĐL. Tính đến nay toàn thế giới đã và đang xây dựng 515 đập BTĐL phân bố tại 35 quốc gia trên thế giới (hình1.1). Hiện nay Trung Quốc là nước dẫn đầu về số lượng đập BTĐL. Sau đó là Nhật Bản, Mỹ, Bazaxin và Tây Ban Nha (bảng 1.1) [29]. Trung Quốc hiện đang là nước đi đầu trong việc nghiên cứu sử dụng BTĐL chống thấm cao thay cho bê tông thường. Hiện nay Trung Quốc xây dựng xong đập Long Than cao 217m, dài 449m ở Quảng Tây, với khối lượng BTĐL 49.520.000m3, đến nay là đập cao nhất thi công bằng BTĐL. Trước đó, năm 1993 Trung Quốc đã xây dựng thành công đập vòm Phổ Định, cao 75m, hoàn toàn bằng BTĐL, trong đó phía thượng lưu sử dụng BTĐL chống thấm Dmax 40 mm thay cho bê tông thường, phía hạ lưu sử dụng BTĐL không chống thấm Dmax 80 mm. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 13 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Tây Ban Nha (24) Trung Quốc (170) Marocco (22) Mỹ (48) Nhật (53) Me xi co (12) Việt Nam (24) Brazil (44) South Africa (16) Australia (14) Hình 1.1. Các nước có số lượng đập BTĐL > 10 đập tính đến năm 2011[29] Bảng 1.1. Danh sách 10 quốc gia có số đập BTĐL nhiều nhất tính đến 2011[29] TT Quốc gia Số lượng đập BTĐL Tỷ lệ so với thế giới (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Trung Quốc Nhật Mỹ Braxin Tây Ban Nha Việt Nam Ma rốc Phía Nam Châu Phi Australia Mê xi cô 170 53 48 44 24 24 22 16 14 12 33 10,3 9,3 8,5 4,6 4,6 4,3 3,1 2,7 2,3 Theo[12], tính đến nay Trung Quốc có số lượng đập được thiết kế, thi công với công nghệ BTĐL chống thấm lớn nhất (bảng 1.2). Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 14 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Bảng 1.2. Một số đập của Trung Quốc sử dụng BTĐL cấp phối 2 để chống thấm[12] TT Tên công trình Loại đập Chiều cao đập (m) 1 2 3 4 5 Giang Á Miêu Hoa Than Đại Triều Sơn Bách Sắc Hồ chứa số 2 sông Phân Hà Thông Kê Sơn Tử Song Kê Cao Châu Phổ Định Sa Bài Long Thủ Lậm Hà Khẩu Đập trọng lực nt nt nt nt 131 113 111 130 88 Mác bê tông và cấp phối chống thấm R 90 200W 12 R 180 200W 8 R 90 200W 8 R 90 200W 10 R 90 200W 8 nt nt nt nt Đập vòm kép Đập vòm đơn Đập vòm kép Đập vòm kép 86,5 64,6 60 57 75 132 80 100 R 90 200W 6 R 90 100W 6 R 180 200W 6 R 90 100W 6 R 90 200W 6 R 90 200W 8 R 90 200W 8 R 90 200W 8 6 7 8 9 10 11 12 13 Chiều dày lớp chống thấm lớn nhất (m) 8 7 7 8 4 Tỷ lệ với cột nước 1/15 1/15 1/15 1/15 1/20 5 4 3 4 6,5 11 6,5 6 1/15 1/15 1/15 1/12 1/10,6 1/10,5 1/12 1/15 Đây là một tiến bộ kỹ thuật bao gồm hàng loạt biện pháp từ thiết kế đến thi công xây dựng. Để tiếp cận và làm chủ công nghệ này trong điều kiện Việt Nam, đòi hỏi phải có quá trình nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và hiện trường, giám sát đánh giá chất lượng tổng kết rút kinh nghiệm liên tục qua mỗi công trình. 1.1.2 Ở Việt Nam Công nghệ BTĐL được nghiên cứu và ứng dụng vào Việt Nam khá muộn so với các nước trên thế giới. Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL từ năm 1990. Do viện khoa học thuỷ lợi nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTĐL [6] . Năm 1995 Bộ Thuỷ lợi (cũ) quyết định cho Tổng công ty tư vấn xây dựng thủy lợi 1 (HEC-1 hiện nay) áp dụng BTĐL vào thiết kế đập Tân Giang (Ninh Thuận), đối chứng với phương án đập bê tông truyền thống. Đây là lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu áp dụng công nghệ BTĐL vào công trình cụ thể. Năm 1997 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ra quyết định số 2425 NN/ĐTXD/QĐ phê duyệt đập đầu mối công trình Tân Giang là BTĐL, trong đó sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc”. Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân Giang được điều chỉnh thành đập bê tông Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 15 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy thường. Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu thiết kế đập BTĐL Tân Giang đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm quý báu về thiết kế đập BTĐL, sử dụng tro bay và phụ gia [22] . Các cấp phối bê tông M150 và M200 có cốt liệu Dmax tới 100 mm và lượng tro bay Phả Lại là 25 - 33% so với xi măng để khống chế nứt do ứng suất nhiệt được đưa vào quy trình xây dựng đập Tân Giang [21]. Lưu vực Diện tích lưu vực (km2) Nhà máy thủy điện Đã xây Đang thiết kế và quy hoạch 1 LôGâm 17.200 1 2 2 Đà 52.500 1 5 3 MãChu - 0 2 4 Cả 27.200 0 2 5 Vũ Gia 10.370 0 5 6 Ba 14.000 1 2 7 Sêsan 11.450 3 3 8 Srepok 12.300 0 4 9 Đồng Nai 17.600 6 9 Khác 1 7 Cộng 13 41 Hình 1.2. Bản đồ kế hoạch phát triển điện và bố trí đập BTĐL ở Việt Nam Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Luận văn thạc sĩ 16 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sách mở cửa của Nhà nước. Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện. Các dự án bê tông hoá đường nông thôn cần hàng ngàn km đường cần trải mặt. Công trình BTĐL xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thuỷ điện Pleikrong (Kontum). Một vài năm gần đây, ở Việt Nam sử dụng BTĐL trong xây dựng phát triển rất mạnh. Số lượng và quy mô các công trình đập thủy điện, thủy lợi đang được xây dựng ngày càng nhiều nhằm tăng sản lượng điện và lượng nước trong các hồ chứa để phục vụ phát triển công nghiệp, nông nghiệp. Hầu hết các công trình đang xây dựng hay đang trong giai đoạn thiết kế đều sử dụng công nghệ BTĐL. Có thể kể đến một số công trình thủy lợi, thủy điện, đã thi công như thủy điện Pleikrông, Sơn La, A Vương, Bản Vẽ,.. (EVN), đập dâng công trình thủy lợi hồ chứa nước Định Bình, Nước Trong, Tân Mỹ…(MARD) Tiếp đó hàng loạt công trình đập thuỷ điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng BTĐL (bảng 1.3). Công tác thiết kế và thi công đập BTĐL ở nước ta cũng ngày càng hoàn thiện, tiến tới sử dụng đập BTĐL như một phương án tối ưu thay thế đập Bê tông thường. Với những nghiên cứu và áp dụng mới về BTĐL, có thể áp dụng thi công BTĐL thuận lợi hơn trên nền có chất lượng không cao. Việc sử dụng bê tông làm giàu vữa giúp cho thi công nhanh hơn, đảm bảo yêu cầu về chịu lực, chống thấm và mỹ thuật. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ các giải pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu và quy trình thi công thích hợp để đảm bảo khả năng chống thấm cho đập. Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 17 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Luận văn thạc sĩ Bảng 1.3. Một số công trình đập BTĐL ở Việt Nam 1 2 3 Pleikrong A Vương Định Bình EVN EVN EVN Kon Tum Quảng Nam Quảng Nam 71 83 55 Bắt đầu đổ BTĐL (năm) 2005 2006 2005 4 5 Sea San 4 Bình Điền EVN - 104 75 2005 2006 6 7 Khe Bố Hủa Na Gia Lai Thừa Thiên Huế Nghệ An 8 9 10 11 12 13 14 15 Huội Quảng Sơn La Bản Vẽ Đồng Nai 3 Đak rinh Bản Chát Đồng Nai 4 Nước Trong 16 Đồng Nai 2 17 18 19 TT Tên đập Cơ quan quản lý Địa điểm xây dựng (Tỉnh) Chiều cao (m) Khối lượng BTĐL m3x103 326 260 183 Tổng khối lượng BT m3x103 753 300 1300 - 450 350 430 80 90 70 126 80 - 210 (N) 150 (N) 175 (F) 141 160 (N) - Ghi chú Kết thúc 2007, CT BT thường Kết thúc 2008, CT BTĐL Kết thúc 2008, CT BT thường Kết thúc 2009, CT BT thường Kết thúc 2009, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL EVN Hua Na Hydropower JSC EVN Sơn La EVN Sơn La EVN Nghệ An EVN Đắc Nông Quảng Ngãi EVN Lai Châu EVN Đắc Nông Mard Quảng Ngãi 35 90 2007 2009 99 138 136 108 100 130 128 69 2009 2008 2007 2008 2011 2009 2009 2009 400 2700 1520 1138 1200 1305 450 700 4800 1750 1235 1600 1370 600 Lâm Đồng 80 2010 786 1025 Sông Tranh 2 Trung Nam Power JSC EVN Quảng Ngãi 97 2010 1030 1315 TĐ Đak Mi 4 Sông Bung 4 EVN Đồng Nai Quảng Nam 90 114 2011 2011 720 764 954 Học viên: Kiều Văn Nguyên Chất kết dính Xi măng Phụ gia 3 (kg/m ) (kg/m3) Lớp: 17C2 70 60 80 75 60 85 125 80 80 90 70 60 95 80 150 (N) 160 (N) 120 (N) 160 (F) 95 (N) 218 (N) 230 120 (N) 110 110 (N) 115 125 (N) 120 (N) Kết thúc 2012, CT BTĐL Kết thúc 2012, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL Kết thúc 2012, CT BTĐL Kết thúc 2011, CT BTĐL Kết thúc 2013, CT BTĐL Kết thúc 2013, CT BTĐL Kết thúc 2014, CT BTĐL Kết thúc 2014, CT BTĐL 18 Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Luận văn thạc sĩ TT Tên đập 20 Trung Sơn 21 Hương Điền 22 Sông Bung 2 23 24 Sông Côn 2 Thượng Kon Tum Cơ quan quản lý Địa điểm xây dựng (Tỉnh) Chiều cao (m) Bắt đầu đổ BTĐL (năm) Khối lượng BTĐL m3x103 Tổng khối lượng BT m3x103 EVN Thanh Hóa 88 2011 810 916 FPT Corporation EVN Thừa Thiên Huế Quảng Ngãi 83 2011 260 400 95 2011 - - - Quảng Nam Kon Tum 50 73 2005 2009 - - Chú thích: N: puzơlan tự nhiên, F: Tro bay ít vôi Học viên: Kiều Văn Nguyên Lớp: 17C2 Chất kết dính Xi măng Phụ gia (kg/m3) (kg/m3) 60 80 70 90 140 140 (N) 150 100 (N) 80 60 - 120 (N) 140 - Ghi chú Kết thúc 2014, CT BTĐL Kết thúc 2014, CT BTĐL Kết thúc 2014, CT BTĐL 19 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL của thế giới, đập BTĐL của nhà máy thuỷ điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và đứng thứ 3 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất của thế giới, ngoài đập Sơn La còn có đập Bản Chát đứng thứ 7 về khối lượng bê tông. (bảng 1.4 và 1.5). Việt Nam đứng thứ 3 thế giới, sau Trung Quốc và Nhật Bản, về số lượng đập cao hơn 100 m đang thi công bằng BTĐL (bảng 1.6). Bảng 1.4. Mười đập BTĐL cao nhất thế giới tính đến 2011[29] TT Tên đập 1 Long Than 2 Guangzhao 3 4 Miel 1 Guanyinyan 5 6 Urayama Jin’angiao 7 8 9 10 Mlyagase Ralco Takizawa Sơn La Nước Trung Quốc Trung Quốc Colombia Trung Quốc Nhật Trung Quốc Nhật Chi Lê Nhật Việt Nam Thời gian đổ BTĐL Bắt đầu Kết thúc Chiều cao (m) Chiều dài (m) Thể tích BTĐL (103m3) Tổng thể tích BT (103m3) 10/2004 10/2007 217 849 4952 7458 03/2006 05/2008 201 412 820 2870 04/2000 01/2011 06/2002 -/2015 188 168 188 1250 1669 6473 1669 9364 12/1992 05/2007 12/1999 -/2009 156 156 372 640 1594 2400 1860 3920 11/1991 1/2002 10/2001 11/2007 2/1995 10/2003 6/2003 10/2010 155 155 140 139 400 155 424 900 1537 1596 810 2700 2000 1596 1800 4800 Bảng 1.5. Mười đập có khối lượng BTĐL lớn nhất thế giới tính đến 2011[29] TT Tên đập Nước 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tha Dan Long Than Sơn La Beydag Yeywa Balse Bản Chát Ben Harown Miel 1 Koudiat Acerdoune Thái Lan Trung Quốc Việt Nam Thổ Nhĩ Kỳ Myanma Trung Quốc Việt Nam Algêri Colombia Algiêri Học viên: Kiều Văn Nguyên Thời gian đổ BTĐL Bắt đầu Kết thúc 03/2001 10/2004 11/2007 08/2006 02/2006 10/2003 08/2009 10/1998 4/2000 4/2006 07/2004 10/2007 10/2010 08/2008 12/2008 10/2006 11/2011 7/2000 6/2002 6/2007 Chiều cao m Chiều dài m Thể tích BTĐL 103m3 Tổng thể tích BT 103m3 95 217 139 91 134 131 70 118 188 121 2600 849 900 280 680 734 420 714 188 500 4900 4952 2960 2700 2450 1995 1700 1690 1669 1650 5400 7458 4600 3200 2800 2672 1900 1669 1850 Lớp: 17C2 20 Luận văn thạc sĩ Chuyên nghành xây dựng công trình thủy Nếu xét về tỷ lệ đập BTĐL có chiều cao 100 m trở lên đang thi công thì Việt Nam còn vượt cả Trung Quốc, đứng thứ 2 thế giới, sau Nhật Bản tại thời điểm 2011 (bảng 1.6). Bảng 1.6. Các nước có đập cao hơn 100 m đang thi công nhiều nhất[29] TT Tên nước Tổng số đập Đập cao 100 m trở lên Tỷ lệ (%) 1 2 3 4 5 6 7 Trung Quốc Việt Nam Nhật Iran Thổ Nhĩ Kỳ Tây Ban Nha Ấn Độ 170 24 53 10 08 24 04 41 08 18 02 02 01 01 24,1 33,33 33,96 20 25 4,2 25 Kết quả thu thập một số công trình đã, đang và chuẩn bị thi công cho thấy các công trình BTĐL đầu tiên của Việt Nam không dùng BTĐL chống thấm, tiếp đó dần dần sử dụng BTĐL để chống thấm hoặc có kết hợp các giải pháp khác (bảng 1.7). Bảng 1.7. Thống kê sử dụng biện pháp chống thấm của một số đập BTĐL[16] Tên đập Chiều cao (m) Pleikroong 71 SeSan 4 104 Loại bê tông M150 D max 40 R 180 M150 D max 50 R 365 Khối lượng bê tông (m3) Địa điểm Yêu cầu chống thấm 300.000 Kontum Không 850.000 Gia Lai Không M150 D max 60R 90 Định Bình 55 Bản Vẽ 135 Sơn La 138 Bản Chát M200 D max 40, R 90 R90-150 – CP3 240.000 Bình Định M150 – CT2 M200 – CT4 M150 – CT2 1200.000 Nghệ An M200 D max 50 R 365 3.000.000 Sơn La CT10 130 M20B8R90 - Lai Châu B8 Đồng Nai 4 129 M20B8R90 1400.000 Đồng Nai B8 M20B6R90 - Tân Mỹ 89 R90-200 - CP2 B6 Ninh Thuận M15B2R90 Học viên: Kiều Văn Nguyên M200 – CT4 - B2 Lớp: 17C2