Tài liệu Công nghệ thi công và khống chế chất lượng trong thi công bê tông đầm lăn

LỜI TÁC GIẢ Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Công nghệ thi công và khống chế chất lượng trong thi công bê tông đầm lăn” đã hoàn thành đúng thời hạn theo đề cương được phê duyệt. Trước hết tác giả 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 trân trọng cảm ơn TS.Nguyễn Như Oanh và 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 Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên Công ty tư vấn thủy lợi, thủy diện Thăng Long đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi 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 hôm nay. Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Tác giả Kiều Văn Hồng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Kiều Văn Hồng CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BTĐL: Bê tông đầm lăn CKD: Chất kết dính EVN: Tập đoàn điện lực Việt Nam RCD: Bê tông đầm lăn của nhật bản TDM: Hiệu quả đầm chặt NDT: Nhân dân tệ ASTM: Tiêu chuẩn về các thí nghiệm và thông số kỹ thuật chủ yếu là các loại vật liệu của Mỹ 14TCN: Tiêu chuẩn ngành của bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn – Việt Nam PCB: Xi măng Poocland VC: Trị số công tác -1- MỞ ĐẦU I. 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. Bê tông đầm lăn là một loại bê tông không có độ sụt được thi công bằng các thiết bị thi công đường, đập đất công suất lớn. Thiết bị rải là xe ủi hay xe rải bê tông asphalt, và đầm chặt BTĐL bẳng lu rung bánh thép và lu bánh hơi (để hoàn thiện bề mặt). Với ưu điểm nổi bật của BTĐL là sử dụng ít xi măng, tốc độ thi công nhanh… nên giảm giá thành. Công nghệ thi công BTĐL đem lại hiệu quả kinh tế cao so với bê tông truyền thống khi thi công các công trình đập bê tông trọng lực bởi lý do sau: + Thi công nhanh: Các kỹ thuật thi công nhanh (so với các kỹ thuật thi công bê tông thông thường và đắp) và giảm số lượng vật liệu (so với đắp). Quy trình thi công BTĐL tạo điều kiện cho công tác đổ gần như liên tục và tạo ra tốc độ thi công nhanh. + Thi công BTĐL sẽ giảm giá thành công trình từ 25-40% so với thi công bê tông thường. Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốt pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông và đặc biệt giảm được giá thành đơn vị bê tông. + Giảm chi phí cho biện pháp thi công: việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai. Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đất đắp. Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường và đập đất đắp. Vì thế đường kính cống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -2- đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đất đắp. Đập BTĐL đã dần trở nên phổ biến trên thế giới, trong đó thống kê cho thấy khu vực Châu Á là khu vực phát triển công nghệ này mạnh hơn cả, đặc biệt Trung Quốc và Nhật Bản là những quốc gia phát triển mạnh mẽ nhất công nghệ này. Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL còn được ứng dụng trong xây dựng mặt đường và sân bãi. Tới nay đã có hàng chục triệu m2 đường và sân bãi được xây dựng bằng công nghệ BTĐL ở một số nước. Các công trình mặt đường và sân bãi bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phí bảo dưỡng. Việt Nam là nước đi sau về công nghệ này nhưng đã được liệt vào hàng lớn nhất về số lượng đập lựa chọn nghiên cứu ứng dụng, nhiều đập bê tông được thiết kế và thi công theo công nghệ BTĐL. Bên cạnh đó các dự án bê tông hóa đường nông thôn cần cứng hóa hàng ngàn km đường. Việt Nam hiện nay đã xây dựng xong một số đập bằng BTĐL như Định Bình, A Vương, PleiKrong, Bản Vẽ, Bình Điền… Qua đó chứng minh một điều công nghệ BTĐL với trình độ hiểu biết của chúng ta hoàn toàn có thể ứng dụng được ở Việt Nam. Tuy nhiên công nghệ thi công yêu cầu từng bước được nâng cao và hoàn thiện về quy trình và kỹ thuật, chất lượng công trình đòi hỏi ngày một cao đòi hỏi chúng ta vẫn phải nghiên cứu thêm nữa để có những cải tiến nhằm ngày càng hoàn thiện hơn công nghệ BTĐL tại Việt Nam, rút ngắn thời gian thi công, giảm nhẹ bộ máy quản lý và tăng hiệu quả đầu tư. Vì vậy, nghiên cứu công nghệ thi công và khống chế chất lượng trong thi công bê tông đầm lăn trong điều kiện Việt Nam vừa có ý nghĩa khoa học vừa có giá trị thực tiễn cao. II. Mục đích của luận văn Mục đích của luận văn là đề xuất được quy trình thi công và khống chế chất lượng trong thi công BTĐL công trình thủy lợi thủy điện. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -3- III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Cách tiếp cận của luận văn là khảo sát đánh giá tình hình thi công BTĐL ở một số công trình đã và đang xây dựng ở Việt Nam và trên thế giới, kế thừa các thành tựu Khoa học công nghệ về BTĐL trong và ngoài nước, từ đó lựa chọn để nghiên cứu áp dụng vào điều kiện nước ta. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp đúc rút kinh nghiệm thực tế và lựa chọn công nghệ hợp lý. Tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có, các quy trình quy phạm tính toán và chỉ dẫn thi công. Thu thập các số liệu liên quan. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Khái niệm chung về bê tông đầm lăn Có nhiều định nghĩa về bê tông đầm lăn, nhưng các định nghĩa đều dựa trên nguyên tắc là một loại bê tông được tạo thành bởi hỗn hợp cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), xi măng, phụ gia hoạt tính nghiền mịn (tro bay nhiệt điện hoặc Puzolan thiên nhiên), nước và phụ gia hóa học. Sau khi trộn đều, vận chuyển, san rải, hỗn hợp được đầm chặt bằng máy đầm lăn. Dưới tác dụng của tải trọng nén ép và chấn động dung từ máy đầm lăn, bê tông được đầm chặt. Công tác đầm bê tông đầm lăn được thực hiện trong khi hỗn hợp vữa bê tông chưa bắt đầu đông kết. Có thể định nghĩa ngắn gọn Bê tông đầm lăn (BTĐL) là một loại bê tông không có độ sụt được rải và đầm chặt bằng các thiết bị thi công đường, đập đất công suất lớn. Thiết bị rải và đầm chặt BTĐL: + Xe ủi hay xe rải bê tông asphalt; + Lu rung bánh thép; + Lu bánh hơi (để hoàn thiện bề mặt) Bê tông đầm lăn - gồm hai dạng chính: + Bê tông đầm lăn dùng cho đập. + Bê tông đầm lăn dùng cho mặt đường; Điểm khác biệt lớn nhất của bê tông đầm lăn với bê tông thường là lượng xi măng và lượng nước dùng thấp so với bê tông thường. Lượng chất kết dính dùng trong BTĐL thay đổi trong phạm vi rộng từ 59 đến 297 kg/m3, trong đó một phần xi măng đươc thay thế bằng Puzolan, tro bay… nhằm giảm nhiệt thủy hóa, hạn chế phát sinh vết nứt bê tông làm ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ công trình. Tùy theo lượng dùng chất kết dính mà phân ra các loại BTĐL như sau: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -5- +Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp; + Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m3); + Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển ở Anh. Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp; Ngoài ra còn một hướng phát triển BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường sang sử dụng BTĐL. Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa loại BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có lượng CKD cao. Ưu điểm của BTĐL là lượng dùng xi măng thấp, lượng nước trộn thấp hơn nhiều so với lượng nước dùng cho bê tông truyền thống cùng mác. Do lượng dùng xi măng thấp nên mức độ tỏa nhiệt trong bê tông đầm lăn do nhiệt thủy hóa xi măng gây ra thấp, giảm thiểu được hiện tượng nứt bê tông do ứng suất nhiệt. Ngoài ra, thi công BTĐL có thể cơ giới hóa cao, tốc độ thi công nhanh, đặc biệt là với các đập lớn làm cho công trình sớm đưa vào khai thác vận hành dẫn đến hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều so với đập bê tông truyền thống. Mặc dù công nghệ BTĐL đã được khẳng định là công nghệ xây dựng tối ưu áp dụng cho đập trọng lực nhưng việc xây dựng đập BTĐL chỉ thực sự phát huy được tính ưu việt và tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông thường khi khắc phục được những điểm yếu của loại hình công nghệ này: Về chất lượng bám dính giữa các lớp Cường độ bám dính giữa các lớp đối với đập BTĐL là điểm yếu nhất của BTĐL. Vì vậy cường độ kéo bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ là mối quan tâm lớn nhất khi thiết kế kết cấu đập BTĐL. Do vậy cần phải có những thử nghiệm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -6- kỹ càng trên mô hình với các điều kiện về vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định các tính chất của bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp thi công và đảm bảo rằng các giá trị của các tính chất của bê tông không thấp hơn yêu cầu thiết kế. Về vấn đề thấm Do BTĐL được thi công thành những lớp nên các khe tiếp giáp giữa các lớp có thể là đường chính để nước thấm qua thân đập. Ngoài ra do sử dụng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nên BTĐL có tính chống thấm kém hơn so với bê tông thường cùng mác. 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. Về chất lượng thi công: Sự phân ly hỗn hợp bê tông là một trong những vẫn đề bất lợi nhất có thể xảy ra trong quá trình sản xuất và đổ BTĐL. Do đặc thù thi công trên diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát sự đồng nhất về thành phần và tính công tác của hỗn hợp BTĐL khó hơn so với bê tông thường. Điều này sẽ dẫn đến chất lượng của BTĐL sẽ dao động lớn. 1.2 Sự phát triển bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới 1.2.1. Ở Việt Nam Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh 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. Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao trong giai đoạn 2005-2015, Tập đoàn điện lực Việt nam (EVN) đã lập các dự án xây dựng mới 32 nhà máy điện trong đó có 20 nhà máy thuỷ điện. Từ năm 2003, EVN đã khởi công nhiều công trình thuỷ điện như thủy điện Avương (xây dựng trên địa bàn tỉnh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -7- Quảng Nam) công suất lắp máy 170MW khởi công 8/2003, Pleikrông (Kontum) công suất lắp máy 100MW (khởi công 11/22003), Bản Vẽ (Nghệ An) công suất lắp máy 300MW (khởi công 2004), thuỷ điện Sơn La (Sơn La) với công suất lắp máy 2400MW (khởi công năm 2005), đập Tân Mỹ,…. Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công lớn hơn nhiều so với trước đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã được đề nghị lựa chọn. Bảng 1.1. Một số công trình đập BTĐL đã được thiết kế và xây dựng ở nước ta TT Tên công trình Chiều cao Tỉnh Ghi chú (m) Năm 2007 thí nghiệm 1 TĐ Sơn La 139 Sơn La hiện trường. Thi công đập chính từ 7/2007 2 TĐ Bản Chát 130 Lai Châu Phát điện vào năm 2012 3 TĐ Huội Quảng 104 Sơn La Theo TKKT 1 4 TĐ Bản Vẽ 136 Nghệ An 5 TĐ sông Tranh 95 Quảng Nam Phát điện vào năm 2011 6 TĐ PleiKrong 71 Kon Tum Khởi công 2003 7 TĐ A Vương 82 Quảng Nam 8 TĐ Sê San 4 71 Gia Lai 9 TĐ Đồng Nai 3 100 Lâm Đồng 10 TĐ Đồng Nai 4 128 Lâm Đồng 11 TĐ Lai Châu 130 Lai Châu Khởi công 2011 12 TĐ Trung Sơn 90 Thanh Hoá Dự kiến hoàn thành vào Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thi công đập dâng BTĐL vào tháng 2/2007 Thi công đập BTĐL T3/2006 Khởi công 2004 Thi công BTĐL từ 4/2007 đến 3/2009. Thi công BTĐL từ 12/2007 đến 6/2010. Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -8- TT Chiều cao Tên công trình Tỉnh Ghi chú (m) năm 2016 Khởi công năm 2010 dự 13 TĐ Sông Bung 4 110 Quảng Nam kiến hoàn thành vào năm 2014 14 Khởi công năm 2009 TĐ Thượng Kon 73 Tum hoàn thành vào năm Kon Tum 2014 15 TĐ Đak Mi 4 90 Đồng Nai 16 TĐ Hủa Na 90 Nghệ An Khởi công tháng 4/2007 phát điện vào năm 2012 Dự kiến phát điện vào tháng 8 năm 2012 1.2.2. Trên thế giới Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2010, toàn thế giới đã xây dựng được trên dưới 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m3 BTĐL. Hiện Trung Quốc là quốc gia đang dẫn đầu về số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha. Bảng 1. 2. Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới Tên Số Thể Quốc Gia đập tích đã xây BTĐL 3 Tỷ lệ theo Tỷ lệ S.lượng % theo K. lượng% Tên Số Thể Quốc đập tích Gia đã xây BTĐL (103 dựng m3) 3 (10 m ) dựng Tỷ lệ theo S.lượng % Tỷ lệ theo K. lượng % Châu Âu Châu á T.Quốc 57 28.275 20 30.50 Pháp 6 234 2.1 0.25 Nhật Bản 43 15.465 15.09 16.68 Hy Lạp 3 500 0.7 0.54 Kyrgystan 1 100 0.35 0.11 Italy 1 262 0.35 0.28 Thái Lan 3 5.248 1.05 5.66 Nga 1 1.200 0.35 1.29 Inđonesia 1 528 0.35 0.57 T.B. Nha 22 3.164 7.72 3.41 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy -9Tên Quốc Gia Số đập Thể tích đã xây BTĐL 3 Tỷ lệ theo Tỷ lệ S.lượng % theo K. lượng% 105 Thể tích Gia đã xây BTĐL (103 dựng m3) 35 5.384 11.9 5.81 3 (10 m ) 49.616 36.8 53.56 Nam Mỹ Tỷ lệ theo K. Số đập dựng Tổng: Tỷ lệ theo S.lượng % Tên Quốc Tổng: lượng % Châu Phi Argentina 1 590 0.35 0.64 Algeria 2 2.760 0.7 2.98 Brazil 36 9.440 12.63 10.18 Angola 1 757 0.35 0.82 Chile 2 2.170 0.7 2.34 Eritrea 1 187 0.35 Colombia 2 2.974 0.7 3.21 Ma Rốc 11 2.044 3.86 2.20 Mexico 6 840 2.1 0.91 Nam Phi 14 1.214 4.91 1.31 Tổng: 51 16.014 16.48 17.27 Tổng: 29 6.962 10.17 7.51 Bắc Mỹ Châu úc Canada 2 622 0.7 0.67 Australia 9 596 3.15 0.64 Hoa Kì 37 5.081 12.98 5.48 Khác 17 7.534 5.96 8.13 Tổng: 39 5.703 13.68 6.15 Tổng 285 92.712 Hình 1.1. Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BTĐL BTĐL CKD BTĐL nghèo Loại khác RCD Nhật Giàu CKD Trung bình CKD 16.1% Bản 2.5% 15.4% 47.4% 18.6% Bê tông đầm lăn có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất của công nghệ đập bê tông trong một phần tư thế kỷ qua áp dụng đập bằng BTĐL cho phép nhiều đập mới có tính khả thi về mặt kinh tế do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh. Điều này cũng khiến các kỹ sư thiết kế có cơ hội cải tạo các đập bê Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 10 - tông hiện có mà đập đó có sự cố về an toàn và cần phải gia cố, cải thiện các đập có công suất tràn chưa hợp lý bằng biện pháp cho tràn qua đập một cách an toàn. Ưu điểm của BTĐL trong thi công đập so với các đập bê tông truyền thống (Bê tông đầm rung) bao gồm: - Thi công nhanh hơn: có thể tăng chiều cao đập từ 2,5 đến 5m trong 1 tuần đối với các đập lớn, ở các đập nhỏ có thể tăng chiều cao lớn hơn. Tính theo khối lượng: năng suất đổ bê tông đạt 122.265m3/tháng (đập Tha Đan - Thái Lan năm 2004) hoặc 125.325m3/tháng (đập Upper Stillwate - Mỹ năm 1987), năng suất trung bình thống kê ở các đập trên thế giới đã thực hiện là 90.000m3/tháng. Điều này rất có ý nghĩa trong việc sớm đưa công trình vận hành. Theo tính toán nếu công trình thuỷ điện Sơn La thi công bằng bê tông đầm lăn thì tiến độ có thể rút ngắn so với thi công bằng bê tông đầm rung khoảng 2 năm (về lợi ích kinh tế khi hoàn thành công trình thuỷ điện Sơn La mỗi năm sản xuất ra lượng điện 10 tỷ kw/h tính ra giá thành khoảng 400 triệu USD). - Sử dụng hiệu quả thiết bị thi công truyền thống: xe tải, xe ủi, xe lu rung. - Với 2 ưu điểm trên tạo nên yếu tố cho BTĐL giảm giá thành so với bê tông đầm rung. Theo tổng kết các đập đã thi công giá thành của BTĐL giảm so với bê tông truyền thống từ 15 - 30%. - Độ an toàn được gia tăng trong thi công nhờ giảm bớt các khác biệt trong các lớp giữa các lần đổ, phân cắt khối đổ lớn hơn vì vậy ít khe đứng hơn. - Chính vì có nhiều lợi ích cho nên trong những năm gần đây BTĐL đã được áp dụng rộng rãi khi thi công các đập ở các nước trên thế giới. Hình 1.2. Các đập BTĐL đã xây dựng và đang thi công - tính đến cuối năm 2010 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 11 - Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập BTĐL đã và đang phát triển theo các hướng chính: + Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp; + Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m3); + Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển ở Anh. Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp; Ngoài ra còn một hướng phát triển BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường sang sử dụng BTĐL. Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa loại BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có lượng CKD cao. Sau hơn 30 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục được cải tiến cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công. Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước thế giới , ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn. Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD được sử dụng tại một số đập có chiều cao dưới 60m ở Mỹ. Ngày nay, các đập BTĐL được xây dựng trên thế giới chủ yếu sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình và giàu CKD như các nước Tây âu, Trung Quốc, Nhật Bản. Hình 1.3. Thi công đập BTĐL bằng xe lu rung ( Beni-Haroun - Algeri) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 12 - Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xây dựng mặt đường và sân bãi. BTĐL cho mặt đường lần đầu tiên được áp dụng ở Canada vào năm 1976 tại Caycuse trên đảo Vancouver với diện tích tổng cộng 36.000m2. Cho tới nay, hàng chục triệu m2 đường và sân bãi được xây dựng bằng công nghệ BTĐL ở các nước Mỹ, Nhật và một số nước khác. Các công trình mặt đường và sân bãi bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phí bảo dưỡng. Hình 1.4. Thi công sân bãi Caycuse trên đảo Vancouver ở Canada bằng công nghệ BTĐL Ngoài việc áp dụng cho xây dựng đập, mặt đường và sân bãi, BTĐL còn được áp dụng được cho các dạng kết cấu khác. Năm 1986 cầu treo lớn nhất thế giới Akashi được khởi công xây dựng tại Nhật Bản. Cây cầu này nối liền đảo Honshu và đảo Shikoku với chiều dài nhịp giữa hai tháp chính 1960m. Đây là công trình đã ứng dụng nhiều công nghệ bê tông tiên tiến như bê tông tự lèn, bê tông đổ trong nước và bê tông đầm lăn. Móng trụ neo cáp của công trình này được thiết kế là bê tông trọng lực khối lớn. Để thi công khối móng với khối tích khoảng 200.000m3 trong thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn đã được lựa chọn áp dụng. C¸p trụ neo cáp cầu Khung angke Thanh neo DÇm cøng Th©n khung angke 38.5 Hình 1.5. Cấu tạo 84.5 Bª t«ng ®óc s½n treo Akashi 83.5 75.5 Kaiyko-Nhật Bản Tuêng bª t«ng Bª t«ng ®Çm l¨n 85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 13 - Có thể thấy rằng những dạng kết cấu bê tông có hình dáng không phức tạp và không có cốt thép đều có thể thi công bằng công nghệ bê tông đầm lăn. Khối đổ bê tông càng lớn, áp dụng công nghệ này càng hiệu quả. Bảng 1. 3. Những đặc tính và tham số của một số đập bê tông đầm lăn đã xây dựng xong và đang xây dựng TT Tên đập Chiều cao đập (m) Vật liệu kết dính Chiều Chiều dài Chất rộng đập XM độn đáy (m) Kg/m3 mịn Kg/m3 Thời gian Vc hoàn (giây) thành Đảo địa 1 xuyên(Nhật Bản) 89 240 91-84 2 Liễu (Mỹ) Kê 50 526 47 19 1983 3 Khang Khẩu 57 123 60 80 1986 1510 4 Thượng Tỉnh Thuỷ (Mỹ) 88 814 79 173 1987 17-29 5 Long Môn Than 58 139 48 54-86 86 96.31 1989 13-25 6 Thiên Sinh Kiều 61 470 43 53-47 85-44 1989 105 7 Phan Gia Khẩu 27 277 36 94 44 1989 3-5 1-3 8 Nham Than 111 525 73 90 55 1992 105 9 Thuỷ Khẩu 191 68 60-65 100105 1993 11.5 101 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 42 39-36 1980 2010 Thuyết minh Hình thức kim bao ngân, đập bê tông đầm lăn đầu tiên trên thế giới Ở thượng lưu có tấm chống thấm bằng bê tông đúc sẵn (tấm bản mặt) Trộn lượng tro bay cao, chống thấm bằng vữa cát nhựa đường Mặt thượng hạ lưu cấp phối 2, các thấm ở biên đầm chặt, độ sụt 0.61.14 cm, thường bằng cốp pha trượt, trộn lượng tro bay nhiều Thêm chống thấm bằng bê tông co ngót Chống thấm bằng bê tông cấp phối 2 Đầm nén trên toàn bộ mặt cắt thêm vữa vào để đầm Bê tông cấp phối 2 chống thấm Bê tông cấp phối 2 chống thấm Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 14 - TT Tên đập Chiều cao đập (m) Vật liệu kết dính Chiều Chiều dài Chất rộng đập XM độn đáy 3 (m) Kg/m mịn Kg/m3 Thời gian Vc hoàn (giây) thành 10 Phổ Định 75 196 28.2 11 ÔnTruyền Bảo 49 188 13.8 12 Quan Âm Các 82 1040 66 84 13 Thạch Man Than 40 674 33 104 56 1997 131 336 105 64-87 104 1999 118 480 85 68-110 96-107 2002 14 15 Giang á Đại Triều Sơn 85-54 103 1993 99 1994 1995 16 Long Than 192 736 168 Đang 90-90 96-100 xây dựng 17 Sa Bài 132 238 28 110-60 2000 18 Thạch Môn Tử 109 176.5 30 2002 19 Bách Sắc 130 734 113 Đang xây dựng 20 Đê quai Tam Hiệp 120 572 129.6 4/2003 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thuyết minh Đập vòm bê tông đầm lăn đầu tiên ở Trung Quốc. Bê 10.7 tông cấp phối 2 chống thấm, khe ngang có thể phun ciment trùng lặp Đập vòm bê tông đầm lăn, khe có thể 6-108 ngang khoan phụt trùng lặp Hình thức kim bao ngân, cắt khe, trong thi công nhiều lần xuất hiện khe nứt Toàn mặt cắt độ sụt của bê tông = 0, mặt hứng nước 6-12 hoặc thêm vữa hoặc phối cơ chế riêng để làm cho VC giảm còn 1- 3s 10.8 10.9 7.8 8-9 7.5-9 7 Sau khi xây xong sẽ trở thành đập đầm lăn cao nhất Trung Quốc Đập bê tông đầm lăn Đập vòm bê tông đầm lăn Đập bê tông cấp phối 2 chống thấm 1-5 5-8 Đê quây cao nhất của đập bê tông Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 15 - TT Tên đập Chiều cao đập (m) Vật liệu kết dính Chiều Chiều dài Chất rộng đập XM độn đáy 3 (m) Kg/m mịn Kg/m3 Thời gian Vc hoàn (giây) thành Thuyết minh đầm lăn của Trung Quốc (kỳ thứ 3 BTĐL) Những đập không chú thích là của Trung Quốc. 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu và khống chế chất lượng bê tông đầm lăn Trong một vài năm gần đây, nước ta có nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thủy lợi, thủy điện, các dự án bê tông hóa đường nông thôn. Các công trình này đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công nhanh và đạt hiệu quả kinh tế cao nên công nghệ thi công BTĐL là công nghệ được áp dụng. Tại Việt Nam, công trình BTĐL xây dựng lần đầu là đập thủy điện Pleikrông tại tỉnh Kon Tum với chiều cao 71m được thiết kế bởi Công ty tư vấn xây dựng Điện 1, khởi công xây dựng năm 2003 và hoàn thành vào năm 2009. Tiếp đó hàng loạt công trình đập thủy điện được thi công bằng BTĐL như: Thủy điện Bản Vẽ, Hồ chứa nước Định Bình, Công trình thủy điện Sêsan4, Công trình thủy điện Sơn La.... Cho đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL của thế giới. Theo báo cáo của Dr M.R.H.Dunstan tại hội nghị xây dựng đập BTĐL, do Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN tổ chức tại Hà Nội tháng 4 năm 2007, đập BTĐL của thủy điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và thứ 3 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất thế giới, và tính đến 2006 thì Việt Nam đứng thứ 2 thế giới, sau Trung Quốc, về số lượng đập cao hơn 60m đang thi công bằng BTĐL. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 16 - 1.3.1 Tiềm năng về nguyên vật liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL ở Việt Nam 1.3.1.1. Tiềm năng về nguyên vật liệu: Thông thường bê tông cho lõi đập trọng lực thường được thiết kế với mác thấp (khoảng 15-20MPa) nên lượng dùng xi măng thấp và vì vậy nếu không sử dụng thêm các phụ gia khoáng mịn, hàm lượng hồ chất kết dính sẽ quá thấp dẫn tới bê tông kém lưu động và không có độ đặc chắc cao, giảm tính chống thấm, chống xâm thực và giảm độ bền lâu của bê tông. Việc sử dụng các phụ gia khoáng mịn cho bê tông khối lớn ngoài việc giảm nhiệt sinh ra do CKD thuỷ hoá còn có tác dụng giảm giá thành, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông. Từ trước tới nay, phụ gia khoáng đã được sử dụng phổ biến cho các công trình bê tông khối lớn thi công theo công nghệ bê tông thường với mục đích giảm nhiệt thuỷ hoá, hạ giá thành bê tông như các đập thuỷ lợi (Đập sông Lòng Sông, đập Bái Thượng...) và đập thuỷ điện (Sê San 3). Thực tế cho thấy các loại phụ gia khoáng đã sử dụng cho các công trình nói trên đều mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt. Ở nước ta hiện có nhiều nguồn phụ gia khoáng có thể sử dụng làm phụ gia khoáng cho BTĐL gồm các nguồn nhân tạo như tro nhiệt điện (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí) và các loại puzơlan tự nhiên như puzơlan Sơn Tây, Đá si lic Hải Phòng, puzơlan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, puzơlan Gia Lai, điatomit Kontum, puzơlan Bà Rịa-Vũng Tầu, điatomit Phú Yên... 1.3.1.2. Tiềm năng về thiết bị: Thiết bị thi công BTĐL không phức tạp, các thiết bị chính để thi công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam. Thiết bị chính để thi công BTĐL cho đập và đường giống nhau. Tuy nhiên ở mỗi loại hình công nghệ đòi hỏi thêm những thiết bị thi công đặc chủng riêng. Các thiết bị chính cho thi công đập bằng công nghệ BTĐL gồm: Máy trộn cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy - 17 - lớn; băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ; máy san ủi; máy lu rung; máy tạo khe co; máy đánh xờm; hệ thống phun nước cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng, hệ thống phun nước bảo dưỡng bê tông. Thiết bị cho thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tải tự đổ; máy rải (asphalt); xe lu rung; xe lu lốp; mắy cắt bê tông. Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghệ BTĐL đã có sẵn ở Việt Nam hoặc có thể chế tạo một phần tại Việt Nam. Nếu phổ biến công nghệ BTĐL ở Việt Nam thì có thể tận dụng được các thiết bị có sẵn ở trong nước. 1.3.1.3. Hiệu quả áp dụng BTĐL làm đập và mặt đường ở Việt Nam Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài ra đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệ này cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư. Về kỹ thuật, khi áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng vì vậy giảm được nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt. Đối với xây dựng mặt đường, sân bãi, việc sử dụng BTĐL có thể rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng nhanh gấp hai lần so với bê tông thường. Về môi trường, nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong BTÐL và có thể thay thế một phần xi măng bằng phụ gia khoáng giúp giảm mức tiêu hao năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây nên. Hơn nữa việc có thể tận dụng phế thải tro than, cho phép giải quyết xử lý phế thải công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường. 1. Công nghệ thi công BTÐL cho đập: Công nghệ và tổ chức thi công BTÐL khác với bê tông khối lớn thông thường là được tiến hành cùng lúc trên một diện rộng. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành xây dựng công trình thủy