Tài liệu Công tác ván khuôn và công nghệ thi công tường thượng hạ lưu đập bê tông đầm lăn là bê tông làm giàu vữa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ------------------ MAI LÂM TUẤN CÔNG TÁC VÁN KHUÔN VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG THƯỢNG - HẠ LƯU ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN LÀ BÊ TÔNG LÀM GIÀU VỮA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ------------------ MAI LÂM TUẤN CÔNG TÁC VÁN KHUÔN VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG THƯỢNG - HẠ LƯU ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN LÀ BÊ TÔNG LÀM GIÀU VỮA CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ VĂN HÙNG HÀ NỘI - 2011 Trường Đại học Thủy Lợi 1 Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận văn Hiện nay, đất nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Hàng năm, ngành xây dựng cơ bản nói chung cũng như xây dựng thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng đang tiến hành xây dựng mới cũng như nâng cấp nhiều công trình. Thực tế xây dựng hiện nay với nhiều công trình lớn, yêu cầu khối lượng lớn, chất lượng cao, việc lựa chọn vật liệu địa phương để xây dựng đập không đáp ứng được. Vì vậy việc lựa chọn xây dựng đập bê tông trọng lực trong các dự án thuỷ lợi, thuỷ điện ngày càng đựơc áp dụng nhiều. Công nghệ thi công bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete - RCC) đã được nghiên cứu và đang được ứng dụng rộng rãi, đối với đập bê tông có khối lượng càng lớn thì hiệu quả áp dụng công nghệ RCC càng cao. So với đập bê tông truyền thống (Conventional Vibrated Concrete - CVC), đập RCC được thi công với tốc độ cao hơn do có thể được cơ giới hoá như dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu để đầm nén. Đập RCC có những ưu điểm so với đập CVC bởi nhiều lý do, đó là thi công nhanh, giá thành hạ. Việc lựa chọn phương án thi công RCC thường đem lại hiệu quả kinh tế cao do rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành. Công tác thiết kế và thi công đập RCC ngày càng hoàn thiện, tiến tới sử dụng đập RCC như một phương án tối ưu thay thế đập CVC. Với những nghiên cứu và áp dụng mới về RCC, có thể áp dụng thi công RCC 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. Đề tài "Công tác ván khuôn và công nghệ thi công tường thượng - hạ lưu đập bê tông đầm lăn là bê tông làm giàu vữa" sẽ đóng góp một phần nhỏ vào công tác ván khuôn thi công đập RCC, nhằm đảm bảo chất lượng công trình cũng như nâng cao hiệu quả của dự án đầu tư. Luận văn cung cấp thông tin một cách tổng quát về thi công RCC, công tác ván khuôn trong thi công đập RCC có tường thượng - hạ lưu là bê tông làm giàu vữa, các xu hướng mới trong thiết kế và thi công RCC. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 2 Luận văn Thạc sĩ 2. Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát phân tích đánh giá các công trình đã và đang xây dựng. - Tổng hợp, phân tích các tài liệu đã nghiên cứu trong và ngoài nước. - Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của hệ thống ván khuôn và công nghệ thi công đập RCC đến chất lượng và tiến độ. - Tính toán, phân tích và đề xuất những giải pháp cho hệ thống ván khuôn và công nghệ thi công đập RCC có tường thượng - hạ lưu đập là bê tông làm giàu vữa. 3. Nội dung của luận văn Chương 1: Tổng quan về bê tông đầm lăn + Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn (RCC) + Ưu điểm và nhược điểm của đập RCC + Các yêu cầu khi thi công RCC + Các xu hướng mới trong thiết kế và thi công đập RCC Chương 2. Công tác ván khuôn thi công bê tông đầm lăn và công nghệ thi công bê tông đầm lăn làm giàu vữa + Các hình thức lắp dựng ván khuôn thi công RCC + Lực tác dụng lên ván khuôn khi thi công RCC + Công nghệ thi công đập bê tông đầm lăn có tường thượng - hạ lưu đập là + Một số hình ảnh về công tác ván khuôn và thi công GEVR Chương 3. Tính toán ván khuôn cho đập thủy điện Bản Chát + Biện pháp thi công khối đổ C1 thủy điện Bản Chát + Tính toán luân chuyển ván khuôn thượng - hạ lưu đập thủy điện Bản Chát Kết luận và kiến nghị Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 3 Luận văn Thạc sĩ Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn (RCC) 1.1.1. Tổng quan Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete -RCC) có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất trong công nghệ đập bê tông trong một phần tư thế kỷ qua. Áp dụng đập RCC cho phép nhiều đập mới có tính khả thi về mặt kinh tế do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh và vật liệu rẻ. Điều này cũng khiến các kỹ sư thiết kế có cơ hội cải tạo các đập bê tông có sự cố về an toàn và cần gia cố, cải thiện biện pháp cho tràn qua đập một cách an toàn trong thi công. RCC thường được trộn bằng thiết bị trộn theo mẻ hoặc thiết bị trộn liên tục có năng suất cao, thường được vận chuyển bằng xe tải hoặc băng chuyền và rải, san bằng xe ủi thành các lớp đổ trước khi đầm. RCC có thể sử dụng nhiều loại vật liệu hơn CVC. 1.1.2. Lịch sử phát triển Trong quá trình phát triển mạnh mẽ việc áp dụng đập CVC và đập đất đá đã phát sinh ra đập RCC. Tính kinh tế và thi công thành công RCC đã nhanh chóng được công nhận và ứng dụng trên toàn thế giới. Trong những năm 1960 và 1970, có những cách sử dụng vật liệu có thể coi là tiền để của RCC. Những áp dụng này dẫn đến sự phát triển RCC trong kết cấu bê tông xây dựng. Năm 1961 một hỗn hợp bê tông không độ sụt được áp dụng cho đập Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở Canada, hỗn hợp bê tông được rải bằng xe ủi và được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng máy ủi. Thi công nhanh đập bê tông trọng lực sử dụng thiết bị đắp đất, bao gồm máy đầm lăn cỡ lớn cho công tác đầm, được kiến nghị áp dụng năm 1965 như một phương pháp khả thi để thi công đập kinh tế hơn. Tuy nhiên, phương án này không nhận được sự chú ý lắm cho đến khi Raphael giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970. Khái niệm trên có cân nhắc đến một phần tương tự, nhưng với khối lượng ít hơn phần đập đắp. Trong những năm 1970, một số các công trình đã đưa vào thí nghiệm nghiên cứu cả trong phòng thí nghiệm lẫn nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm hiện trường. Những nỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây dựng những đập RCC đầu tiên vào những năm 1980. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 4 Luận văn Thạc sĩ Năm 1972 tại hội nghị ''thi công kinh tế đập bê tông'' R.W. Cannon có đưa ra luận điểm xây đập bê tông dùng đất nện'' phát triển thêm một bước ý tưởng của Raphael. Cannon giới thiệu dùng xe ben chở bê tông nghèo theo sau là máy đầm, ông kiến nghị dùng phương thức ván khuôn trượt ngang phía thượng lưu và hạ lưu dùng bê tông giàu. Hiệp hội các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu công tác thi công RCC tại Cơ quan chuyên ngành đường thuỷ vào năm 1973 và ở đập Lost Creek năm 1974. Công trình do các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ thiết kế về cách thi công “một đập trọng lực tối ưu” cho đập Zintel Canyon. Thi công đập Zintel Canyon dùng RCC vào thời điểm đó không được ủng hộ, nhưng từ những khái niệm về đập này lại trở thành kinh nghiệm cho đập Willow Creek và đập này trở thành đập RCC đầu tiên tại Hoa Kỳ. Ở Anh, công ty chuyên xây dựng đập bê tông Dunstan bắt đầu nghiên cứu tích cực trong phòng thí nghiệm về RCC trong những năm 1970. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về RCC có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979). Năm 1973, trong hội nghị quốc tế về đập lớn lần thứ 11, Moffat đưa ra luận vấn đề ''nghiên cứu bê tông nghèo khô dùng trong thi công đập trọng lực'' cũng kiến nghị áp dụng bê tông nghèo khô đã từng sử dụng 50 năm trước ở Luki nước Anh để sửa đập, dùng xe lu để đầm. Thời kỳ đầu của cuối những năm 1970 tại Nhật Bản, phương pháp thiết kế và thi công liên quan tới đập bê tông đầm lăn (RCD) đã được phát triển để xây dựng đập Shimajigawa với mục đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình. Tuy vậy, vật liệu RCC và vật liệu RCD được xem như giống nhau. Đập Shimajigawa cao 89 m, dài 240 m, khối lượng RCC là 165.000 m3 trong tổng số 317.000 m3 của bê tông đập đã hoàn thành vào năm 1981. Phương pháp RCD sử dụng RCC cho phần bên trong đập có hai mặt ốp CVC tương đối dày (khoảng 1m) tại bề mặt thượng và hạ lưu, nền và đỉnh đập. Các khớp nối thường xuyên được sử dụng các chặn nước và cách thoát nước thông dụng. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 5 Luận văn Thạc sĩ RCD điển hình là các lớp đổ dày và nghỉ sau mỗi lớp đổ cho phép bảo dưỡng RCC và do vậy, RCC phải được làm sạch trước khi đổ lớp kế tiếp. Quy trình đổ RCD cho đập có sử dụng CVC làm tăng chi phí và mất thời gian hơn các đập RCC không sử dụng CVC. Đến nay Nhật Bản đã hình thành trường phái bê tông đầm lăn gọi là RCD (Roller-Compacted Dams) gồm 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” nghĩa là bên ngoài đập là CVC, bên trong thân đập là RCC. Năm 1982 Mỹ xây dựng đập trọng lực RCC đầu tiên trên thế giới, đập Willow Creek. Đập này cao 52m, chiều dài trục đập 543m, không có rãnh ngang dọc. Hàm lượng kết dính trong RCC chỉ có 66 kg/m3, chiều dày lớp đầm là 30 cm đổ liên tục để lên cao, với 331.000m3 RCC mà chỉ đổ trong thời gian 5 tháng. So với đập CVC thì thời gian thi công rút ngắn được 1~1,5 năm, giá thành chỉ bằng 40% giá thành của đập CVC và bằng 60% của đập đá đổ. Đập Willow Creek đã chứng minh một cách đầy đủ ưu thế lớn về kinh tế và tốc độ thi công của đập RCC. Việc xây dựng thành công đập RCC đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng ở Mỹ và ở các nước trên toàn thế giới. Những năm 1980 đã áp dụng thành công việc thi công RCC với tốc độ cao. Gần 1,1 triệu m3 RCC của đập Upper Stillwater thi công trong vòng 11 tháng giữa năm 1985 và 1987. Đập Stagecoach cao 46m được xây dựng chỉ trong 37 ngày đổ liên tiếp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là 1,2m/ngày. Tại đập Elk Creek, cường độ đạt trên 9200m3/ngày. Sử dụng RCC đối với đập cỡ vừa và nhỏ ở Hoa Kỳ trong những năm 1980 và đầu những năm 1990 và đã mở rộng áp dụng ở các công trình lớn hơn trên khắp thế giới. Ứng dụng RCC đã nhanh chóng lan ra các nước đang phát triển. Năm 1980, Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghệ RCC. Mặc dù áp dụng công nghệ RCC tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc độ phát triển công nghệ này rất nhanh. Sau khi xây dựng xong đập RCC đầu tiên vào năm 1986 (đập Khanh Khẩu), Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập RCC. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 6 Luận văn Thạc sĩ Hiện nay đập RCC của Trung Quốc nói chung về các mặt số lượng, chất lượng, chiều cao, kỹ thuật đều chiếm vị trí hàng đầu thế giới. Các chuyên gia Trung Quốc đã xây dựng tương đối hoàn chỉnh trường phái công nghệ RCC của mình, với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams). Phương pháp này gồm thiết kế mặt cắt đập, quy trình thiết kế, chọn vật liệu và thi công, quy trình thử nghiệm kiểm tra RCC tại hiện trường. 1.1.3. a) Tình hình xây dựng đập RCC trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới Tính đến cuối năm 1991 toàn thế giới có 75 đập RCC, có 17 đập đang ở giai đoạn thi công. Trong số đập trọng lực RCC đang thi công thì cao nhất là đập Cung Lạn của Nhật cao 155 m. Ngoài đập trọng lực còn xây xong 2 đập vòm trọng lực: là đập Knellpoort của Nam Phi cao 50m và Wolwedans cao 70m. Đập vòm RCC cao 75m ở Phổ Định - Quí Châu - Trung Quốc. Tính đến 2003 toàn thế giới đã xây dựng được 287 đập RCC. Khối lượng RCC đã và đang thi công tăng gần như gấp đôi sau mỗi 5 năm (Hình 1-1). Châu Á có số lượng đập RCC nhiều nhất (126 đập), tiếp đó là châu Mỹ (92 đập). Châu Âu và Châu Phi có số đập RCC tương ứng là 35 và 31. Hiện Trung Quốc là nước dẫn đầu về số lượng đập RCC. Sau đó là Nhật, Mỹ, Braxin và Tây Ban Nha (Bảng 1-1). Trung Quốc hiện nay là nước đi đầu trong việc nghiên cứu sử dụng RCC chống thấm cao thay cho CVC. Năm 1993, Trung Quốc xây dựng thành công đập vòm Phổ Định, cao 75 m, hoàn toàn bằng RCC, trong đó phía thượng lưu sử dụng RCC chống thấm Dmax 40 mm thay cho CVC, phía hạ lưu sử dụng RCC không chống thấm Dmax 80 mm. Tính đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập được thiết kế, thi công với công nghệ RCC cấp phối 2 để chống thấm (Bảng 1-2). Đây là một tiến bộ kỹ thuật bao gồm hàng loạt biện pháp từ thiết kế đến thi công xây dựng. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 7 Bảng 1-1: Danh sách 5 nước có số đập RCC nhiều nhất thế giới tính đến 2003 Nước TT Số lượng đập RCC Tỷ lệ so với thế giới (%) 1 Trung Quốc 57 19,9 2 Nhật 43 15,0 3 Mỹ 35 12,2 4 Braxin 31 10,8 5 Tây Ban Nha 22 7,7 Tổng khối lượng bê tông thường và bê tông đầm lăn đã và đang thi công trên thế giới phân chia theo các giai đoạn năm [13] 3 Khối lượng bê tông (1000m ) 70000 60000 24371.2 50000 40000 30000 5475 40832.8 20000 2529 21112 10000 2974 0 608 1507 5843 1963-1985 1986-1990 16299 1991-1995 1996-2000 Các giai đoạn (năm) Các dự án sau 2001tính tại thời điểm năm 2003 Bê tông thường bê tông đầm lăn RCC Hình 1-1: Khối lượng bê tông và RCC xây dựng đập trên thế giới Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 8 Bảng 1-2: Một số đập của Trung Quốc sử dụng RCC cấp phối 2 để chống thấm Chiều TT Tên công trình Loại đập cao đập (m) 1 Giang Á 2 Mác BT và cấp phối chống thấm Chiều dày lớp chống Tỷ lệ với thấm lớn cột nước nhất Trọng lực 131 R90200W12 8 1/15 Miêu Hoa Than nt 113 R180200W8 7 1/15 3 Đại Triều Sơn nt 111 R90200W8 7 1/15 4 Bách Sắc nt 130 R90200W10 8 1/15 5 Phân Hà nt 88 R90200W8 4 1/20 6 Thông Kê nt 86,5 R90200W6 5 1/15 7 Sơn Tử nt 64,6 R90100W6 4 1/15 8 Song Kê nt 60 R180200W6 3 1/15 9 Cao Châu nt 57 R90100W6 4 1/12 10 Phổ Định Vòm kép 75 R90200W6 6,5 1/10,6 11 Sa Bài Vòm đơn 132 R90200W8 11 1/10,5 12 Long Thủ Vòm kép 80 R90200W8 6,5 1/12 Ghi chú: RCC cấp phối 2 là RCC có Dmax = 40mm. b) Trong nước Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng RCC từ những năm 1990. Viện khoa học thuỷ lợi nghiên cứu phụ gia khoáng cho RCC. Năm 1995 Bộ Thuỷ lợi quyết định cho HEC-1 áp dụng RCC vào thiết kế đập Tân Giang (Ninh Thuận), đối chứng với phương án đập CVC. Đây là lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu áp dụng công nghệ RCC 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 RCC, trong đó sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc”. Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân Giang được điều chỉnh thành đập CVC. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 9 Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu thiết kế đập RCC Tân Giang đã tích luỹ một số kinh nghiệm quý báu về thiết kế đập RCC, sử dụng tro bay và phụ gia. 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. Công trình RCC xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thuỷ điện Pleikrong (thượng nguồn sông Sesan), khởi công xây dựng năm 2003. Tiếp đó hàng loạt công trình đập thuỷ điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng RCC (Bảng 1-3). Một số đập của hồ chứa nước công trình thuỷ lợi cũng được thiết kế và xây dựng theo công nghệ này (Định Bình đã xây dựng năm 2007, Nước Trong xây dựng năm 2010, Tân Mỹ đang xây dựng…) Đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ RCC của thế giới. Theo báo cáo của Dustan M.M tại Hội nghị xây dựng đập RCC, do Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN tổ chức tại Hà Nội tháng 4 năm 2007, đập RCC của thuỷ điện Sơn La đứng thứ 3 về chiều cao và đứng thứ 10 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất của thế giới, tính đến 2006. (Bảng 1-4 và 1-5). Bảng 1-3: Một số công trình đập RCC của Việt Nam TT Tên Chiều cao (m) Tỉnh Ghi chú Các đập đang thi công 1 TĐ Sơn La 139 Sơn La Khởi công 2007 2 TĐ Bản Chát 130 Lai Châu Chưa có đầm nén hiện trường 3 TĐ Huội Quảng 104 Sơn La Theo TKKT 1 4 TĐ Bản Vẽ 136 Nghệ An Thi công đập dùng RCC vào tháng 2/2007 5 TĐ A Vương 82 Quảng Nam Thi công đập RCC T3/2006 6 TĐ sông Tranh 95 Quảng Nam Chưa có đầm nén hiện trường 7 TĐ PleiKrong 71 Kon Tum Khởi công 2003 Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi TT Luận văn Thạc sĩ 10 Tên Chiều cao (m) Tỉnh Ghi chú Khởi công 2004 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 Các đập đang chuẩn bị đầu tư 12 TĐ Trung Sơn 90 Thanh Hóa 13 TĐ Sông Bung 4 110 Quảng Nam Các đập dự kiến RCC 15 TĐ Đak Mi 4 90 Đồng Nai 16 TĐ Hủa Na 90 Nghệ An Bảng 1-4: Mười đập RCC cao nhất thế giới tính đến 2006 TT Tên đập Nước 1 Guangzhao Trung Quốc 2 Longtan Trung Quốc 3 Miel 1 4 Thời gian đổ RCC Bắt đầu Kết thúc 2006 2007 Chiều Chiều dài, cao, m m Tổng Thể tích thể tích BT, RCC, 103m3 103m3 196 412 820 2870 10/2004 10/2007 192 761 4623 6410 Colom bia 4/2000 6/2002 188 188 1669 1669 Guanyinyan Trung Quốc 2006 2009 160 - - - 5 Urayama Nhật 156 372 1594 1860 6 Jinanglao Trung Quốc 2006 2008 156 640 - - 7 Mlyagase Nhật 11/1991 2/1995 155 400 1537 2000 8 Ralco Chi Lê 1/2002 10/2003 155 155 1596 1596 9 Takizawa Nhật 10/2001 6/2003 140 424 810 1800 10 Sơn La Việt Nam 11/2007 10/2010 139 900 3100 4600 Học viên: Mai Lâm Tuấn 12/1992 12/1999 Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 11 Bảng 1-5: Mười đập có khối lượng RCC lớn nhất thế giới tính đến 2006 TT Tên đập Nước 1 Tha Dan Thái Lan 2 Long Tan Trung Quốc 3 Thời gian đổ RCC Chiều Chiều cao dài m m Thể tích RCC 103m3 Tổng thể tích BT 103m3 Bắt đầu Kết thúc 3/2001 7/2004 95 2600 4900 5400 10/2004 10/2007 192 761 4623 6410 Sơn La Việt Nam 11/2007 10/2010 139 900 2960 4600 4 Beydag Thổ Nhĩ Kỳ 8/2006 8/2008 91 280 2700 3200 5 Yeywa Myanma 2/2006 12/2008 134 680 2450 2800 6 Balse Trung Quốc 10/2003 10/2006 131 734 1995 2672 7 Ben Harown Algêri 10/1998 7/2000 118 714 1690 1900 8 Miel 1 Colombia 4/2000 6/2002 188 188 1669 1669 9 Koudiat Acerdoune Algiêri 4/2006 6/2007 121 500 1650 1850 10 Ralco Chi Lê 1/2002 10/2003 155 155 1596 1596 1.2. Ưu điểm và nhược điểm của đập RCC 1.2.1. Ưu điểm Đập RCC đã kết hợp được đặc tính của đập CVC và đặc điểm thi công nhanh của đập đất đá. Vì vậy giảm được giá thành và thời gian thi công. a) Tốc độ thi công nhanh Kích thước mặt cắt của đập RCC cũng tương tự của đập CVC, sử dụng xi măng ít hơn, thân đập có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng khuôn, sử dụng các thiết bị thi công như đối với đập đất đá. Vì vậy, tốc độ xây dựng đập RCC nhanh hơn nhiều so với đập CVC. Ở đập Ngọc Xuyên của Nhật bản đã dùng ô tô tự đổ chuyển bê tông tới gần đập để đổ vào khoảnh đổ theo máng dốc. Qua 21 tháng thi công đã đổ được 1.000.000m3 bê tông, đã rút ngắn thời gian thi công 5~7 tháng so với dùng cần cẩu đổ bê tông. Ở đập này không thi công vào 5 tháng của mùa đông, Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 12 như vậy là rút ngắn thời gian thực tế là khoảng 1 năm. Đê Galesville của Mỹ cao 51m chỉ thi công trong 2 tháng. Ở đập Elk Creek của Mỹ, cường độ đổ bê tông cao nhất đạt 9.474m3/ngđ. Ở Trung Quốc, đập chính trạm thuỷ điện Nham Than ngày 10-11-1980 đã lập kỷ lục đổ bê tông cao nhất là 1.068 m3/ngđ. So với đập đất đá thì mặt cắt của đập RCC nhỏ hơn, khối lượng ít hơn, hơn nữa lại áp dụng thi công cơ giới như ở đập đất đá nên rút ngắn được thời gian thi công. Với đập Monksville của Mỹ đã thiết kế so sánh 4 loại đập và kết luận dùng đập RCC, thời gian thi công chỉ bằng nửa thời gian thi công của đập đất đá. Đập Olivettes của Pháp, toàn bộ công trình thi công trong 18 tháng, giảm 10 tháng so với phương án đập đá đổ. Cường độ và thời gian thi công của một số công trình xây dựng tham khảo bảng 1-6. Bảng 1-6: Tốc độ thi công đập RCC của một số công trình xây dựng Cường độ đổ Khối lượng Thời gian (1000m3) thi công (m3/ngđ) Liễu kê 33.10 < 5 tháng 4460 Middle Fozk 4.21 45 ngày 1530 Galessville 16.00 70 ngày 5700 Monksville 22.10 < 5 tháng 9760 Copper field 14.00 < 4 tháng 2600 Đê bao Cách hà nham 12.00 35 ngày 7930 Elk Creek 76.50 Giữa chừng dừng do sự cố 9474 Đê bao Nham than 30.50 97 ngày 8184 Đê chủ Nham than 32.50 Tên đập b) lớn nhất 10681 Kinh tế So với CVC thì đập RCC tiết kiệm được nhiều khi xây dựng công trình. Ván khuôn: căn cứ vào tính toán của đập Ngọc Xuyên đã tiết kiệm 30% chi phí ván khuôn, đồng thời còn tiết kiệm được cả chi phí làm lạnh và đổ vữa nối khe. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 13 Luận văn Thạc sĩ RCC dùng ít xi măng nên tiết kiệm được chi phí và đầu tư. Đập Ngọc Xuyên đã tiết kiệm được 11% xi măng, đơn giá bê tông giảm 10%. Đập Kháng Khẩu có đơn giá bằng 88% so với đập CVC. Đập Thiên Sinh Kiều dùng RCC cấp phối cấp 2, đơn giá bằng 77% so với CVC. Thể tích đập RCC nhỏ hơn nhiều so với đập đất đá nên giảm được vật liệu xây dựng. Chiều rộng móng đập nhỏ nên giảm bớt công việc đào và xử lý móng, chiều dài công trình dẫn dòng và xả lũ cũng giảm, có thể bố trí công trình xả lũ ngay tại lòng sông. Đập RCC loại vừa và nhỏ có thể xây xong trong vài tháng, cho phép giảm nhiều chi phí dẫn dòng. Đập Galesville áp dụng thiết kế lưu lượng trung bình năm mà không áp dụng tần suất lưu lượng lớn nhất thiết kế P=5÷10%, lưu lượng thiết kế dẫn dòng giảm từ 170 m3/s xuống còn 34 m3/s, đã đơn giản biện pháp dẫn dòng, giảm chi phí. Trong thời gian thi công đập RCC, nếu lũ tràn qua thì tổn thất cũng tương đối nhỏ. Ví dụ đập Craigbourne của Australia lũ tràn về trong lúc đang thi công thân đập, sau khi lũ rút thì chỉ có mặt bê tông ở tuổi 2 ngày là bị tổn hại và chỉ cần 5 ngày sau là trở lại thi công. Đê quai Nham Than và đê quai Cách Hà Nham đã từng bị lũ tràn qua trong năm xây dựng, đều không phát hiện hư hỏng. Chiều cao của đập RCC chỉ cần đạt đến mực nước lũ kiểm tra và dùng tường chắn sóng. Ở đập đất đá thì phải xét tới độ cao an toàn và nước tràn qua nên chiều cao phải cao hơn đập bê tông. Ví dụ thực tế về giảm được chiều cao của đập RCC là đập Trung Sai. Theo thiết kế, đây là đập đất đá có chiều cao 61m. Khi các công việc đào móng, đổ vữa và xử lý móng đã xong thì chủ doanh nghiệp thẩm tra lại chức năng, qui mô và chi phí của đập, kết quả phát hiện ra rằng nếu sửa đổi xây đập RCC thì chiều cao của đập có thể giảm nhiều (xét theo lũ 500 năm xảy ra 1 lần), với việc hiếm gặp lũ thì đập RCC cho phép lũ tràn qua mà không gặp sự cố. Việc sửa đổi và áp dụng đập RCC chỉ cao 37,8m có thể đơn giản công trình xả lũ thi công, lại rút ngắn được thời gian xây dựng, tiết kiệm rất nhiều chi phí Các ưu điểm trên đây được minh chứng ở một số đập theo bảng 1-7. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ 14 Bảng 1-7: So sánh tính kinh tế của các loại đập Giá dự toán (1.000.000 USD) Tên đập Đập bê tông Đập Đập bê tông Đập đá của đập bê tông đầm lăn đất đá truyền thống đổ đầm lăn 39,1 25,1 14,1 Liễu kê 17,3 Galesville 14,7 15,3 17,3 Monksville 18,1 20,5 33,6 Upperstillwater 75,9 1.2.2. Giá quyết toán 12,7 25,6 17 82 60,6 Nhược điểm Ứng dụng đập RCC tăng lên rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng nhiều, loại hình kiểu đập trọng lực phát triển theo hướng đập trọng lực vòm và đập vòm. Hiện đang còn không ít các vấn đề kỹ thuật còn phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu bao gồm 5 điểm sau: a) Vấn đề chất lượng liên kết mặt tầng Thông thường đập RCC sau khi nâng cao lên một tầng 3÷5m thì dừng thi công 3÷5 ngày rồi mới thi công tiếp. Chất lượng mặt tầng nếu không xử lý sẽ kém về cường độ cũng như khả năng chống thấm. Sau khi xây xong đập Liễu Kê vào mùa xuân năm 1983, hồ tích nước lần đầu tiên tới độ cao đến 15,2m, ở cống thoát nước và ở mặt hạ lưu đập lập tức xuất hiện thấm nước lớn, tổng lượng nước thấm lên đến 170 l/s. Theo phân tích thì nước thấm chủ yếu ở mặt tầng. Qua thí nghiệm chống cắt tại hiện trường của một công trình ở Trung Quốc chứng minh rằng lực kết hợp trong tầng RCC là 1,6 MPa, còn lực kết hợp mặt tầng không xử lý thì chỉ có 0,8 MPa, nghĩa là bằng 50% nội tầng. Lực kết hợp mặt tầng rải vữa xi măng cát là 1,25 MPa bằng 78% nội tầng. Điều này chứng tỏ mặt tầng thi công đầm lăn là một khâu rất yếu. Khi độ cao đập lớn, chỉ tiêu chống cắt mặt tầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng để thoả mãn chiều cao đập đang còn là vấn đề phải chú ý. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi b) 15 Luận văn Thạc sĩ Kết cấu chống thấm của RCC Như trên đã nói, chất lượng kết hợp mặt tầng không tốt là nguyên nhân thấm nước. Đập RCC thường có mặt thượng lưu bằng CVC để chống thấm. Có một số đập áp dụng màng chống thấm thượng lưu, một số đập dùng RCC để chống thấm. c) Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang Vấn đề đặt khe ngang của đập vòm RCC càng trở nên quan trọng. Với tình hình nào thì phải tạo khe ngang? Kết cấu khe ngang ra sao? Sau khi đã tạo khe ngang thì làm thế nào để hồi phục lại tính nguyên vẹn của đập vòm? Tất cả các vấn đề này từ lý luận đến công nghệ đều còn cần phải nghiên cứu tiếp. d) Thi công nhanh công trình lớn Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công ngày càng tăng. Việc ứng dụng thi công cơ giới trong xây dựng đập RCC mới có thể đáp ứng được nhu cầu thi công cường độ cao. Việc không ngừng nâng cao trình độ cơ giới trong thi công RCC luôn là yêu cầu hàng đầu. e) Tính bền vững của RCC Lượng xi măng ít, sử dụng nhiều chất độn đã làm cường độ thời kỳ đầu của bê tông phát triển chậm, nhưng cho tới thời kỳ sau (như là 180 ngày, 365 ngày) thì cường độ tăng cao. Tuy thế cho đến nay, tính bền lâu (ví dụ 50 năm, 100 năm) của loại bê tông này như thế nào còn chưa rõ, bởi vì đập RCC mới được xây dựng gần đây. Việc triển khai nghiên cứu tính bền vững của RCC tuy khó nhưng rất cần thiết. 1.3. Các yêu cầu khi thi công RCC 1.3.1. Yêu cầu chung Việc thi công đập RCC cũng như thi công CVC đều phải đáp ứng các yêu cầu về chất lượng, tiến độ và giá thành. Yêu cầu về chất lượng: chất lượng thi công phải đồng đều và đạt các yêu cầu về cường độ và khả năng chống thấm trong toàn bộ khối công trình, không có hiện tượng phân tầng, liên kết giữa các lớp phải đảm bảo chất lượng như bê tông trong khối, không gây hiện tượng thấm và trượt giữa các lớp. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 16 Luận văn Thạc sĩ Yêu cầu về tiến độ: Đặc điểm nổi bật nhất trong thi công RCC là có tốc độ thi công nhanh nhằm đạt các mốc yêu cầu về tiến độ như: vượt lũ tiểu mãn và lũ chính vụ, hoàn thành toàn bộ công trình. Yêu cầu về giá thành: Công nghệ thi công RCC là công nghệ tiên tiến nên có mức độ cơ giới hoá cao, lượng xi măng trong bê tông cũng giảm nhiều, do đó tiết kiệm được vật liệu xi măng và thời gian thi công, giảm giá thành công trình, đưa công trình vào sử dụng sớm, mang lại hiệu quả kinh tế cao. 1.3.2. Tiến độ thi công Tiến độ thi công RCC phải hết sức chặt chẽ do RCC khá nhạy cảm với các yếu tố khí hậu và toàn bộ lớp rải yêu cầu phải kết thúc cùng lúc. Tốc độ lên đập nhanh tạo ra hiệu quả kinh tế khi sử dụng RCC đặt ra yêu cầu chặt chẽ về lập kế hoạch, tiến độ thi công và sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà thầu và tư vấn thiết kế. Ở Hoa Kì khoảng thời gian khi trộn RCC đến khi đầm xong không quá 40 phút. Ở Nhật Bản thời gian này có thể gấp đôi. Mặt khác ở Nhật Bản mỗi một lớp rải phải được bảo dưỡng không dưới 36 giờ trước khi rải tiếp lớp khác. Ở Hoa Kì và các nước khác thì quá trình thi công các lớp RCC phải diễn ra liên tục. Để tránh chậm tiến độ làm thiệt hại kinh tế khi nảy sinh những bất đồng về sự phù hợp tiêu chuẩn chất lượng thì cơ quan được giao nhiệm vụ giải quyết những vấn đề kỹ thuật cần phải được trang bị đội ngũ cán bộ chuyên môn được đào tạo bài bản. Việc đào tạo cán bộ thi công và giám sát rải, bảo dưỡng RCC trong phòng và ngoài công trường phải được thực hiện hết sức chu đáo. Vì việc rải RCC nhanh và hiệu quả chi phối mọi công việc liên quan đến công tác làm sạch nền móng, hệ thống đường vào, lắp đặt các bộ phận chi tiết chờ, dự trữ vật liệu cần được quy hoạch và lập tiến độ hết sức cẩn thận trước khi khởi công công trình. Việc lắp dựng ván khuôn và lắp đặt các chi tiết chờ cần phải thực hiện ngoài phạm vi đập hoặc khoảng thời gian nghỉ giữa hai ca ngay trên bề mặt lớp rải. Tiến độ thực hiện các lớp rải thường bị phức tạp hoá do khách quan, và ta ngại vấn đề tích luỹ nhiệt. Vì tiến độ thi công RCC rất khẩn trương do vậy việc khống chế nhiệt có thể khống chế mùa được thi công, hay thời gian nào trong ngày được thi công RCC cũng như tốc độ lên đập sẽ làm cho việc lập tiến độ thi công phức tạp hơn. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi 1.3.3. 17 Luận văn Thạc sĩ Sản xuất cốt liệu và quy hoạch mặt bằng khu vực cung cấp cốt liệu Việc cung cấp cốt liệu đạt tiêu chuẩn đủ và liên tục cho tiến độ thi công RCC là hết sức quan trọng. Khoảng hơn 50% khối lượng cốt liệu cho một mùa thi công phải được dự trữ sẵn trước khi khởi công. Việc dự trữ vật liệu với khối lượng lớn cho phép lựa chọn thiết bị công nghệ một cách kinh tế và cho phép phối trộn các loại vật liệu không đáp ứng yêu cầu cấp phối để đạt cấp phối tốt. Vị trí và diện tích các bãi dự trữ cốt liệu cần phải được bố trí hợp lý tương thích với vị trí trạm trộn RCC. Khi không sử dụng băng tải thì có thể sử dụng máy xúc chuyển cung cấp cốt liệu cho máy trộn. Khoảng cách vận chuyển, quy trình đổ, vận hành quay trở lại của máy xúc chuyển phải được quy hoạch cẩn thận để bảo đảm an toàn và hiệu quả cao. Mặt bằng và vị trí của trạm trộn cần phải lựa chọn sao cho giảm thiểu chi phí vận chuyển RCC bằng xe tải hay băng tải đến mặt đập. Cụ thể là cần giảm thiểu quãng đường vận chuyển, chiều cao nâng, khả năng phơi lộ ánh sáng mặt trời, gió hay mưa. Khi ô tô tải hay các loại xe khác được sử dụng để vận chuyển thì trạm trộn phải đặt ở vị trí cao, thoát nước tốt. 1.3.4. a) Thiết bị đầm Thiết bị đầm lăn Lu rung tự hành, có trống thép được dùng ở những nơi có diện tích mở, rộng lớn. Lu rung loại nhỏ dùng ở những nơi khó vào đối với máy lớn, còn máy đầm bàn dùng ở những khu vực cần đầm mà không thể áp dụng 2 loại máy đầm trên. Lu rung phải được bảo dưỡng đúng kỹ thuật để đảm bảo khả năng đầm yêu cầu thiết kế. Lu rung sử dụng ở mỗi lớp RCC phải cùng một chủng loại, đời máy. Lu rung loại nhỏ có khả năng hoạt động gần với biên đứng của đập, được dùng để đầm RCC tại nơi lu rung cỡ lớn không thể sử dụng được. Số lượt đầm và độ dày của lớp đầm của lu rung được xác định trê cơ sở dung trọng thiết kế và thí nghiệm hiện trường. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11 Trường Đại học Thủy Lợi b) 18 Luận văn Thạc sĩ Thiết bị đầm bàn Máy đầm bàn rung được dùng dọc theo các mái dốc ở vai đập, dọc theo phần ván khuôn ở thượng và hạ lưu, và một số vùng khác nơi lu rung không thể hoạt động được. Máy đầm bàn có trọng lượng hoạt động trong khoảng từ 60 đến 150 kg, lực động trong khoảng từ 1000 đến 3000 kg, và tần số rung tối thiểu là 10 Hz. Các máy đầm bàn sử dụng ở khu vực đầm mọi lúc trong quá trình đổ RCC. Nếu sử dụng nhiều máy đầm bàn, yêu cầu phải cùng chủng loại, cùng đời, cùng kích cỡ và phải cùng vận hành theo một cách thức. Tại nơi sử dụng máy đầm bàn, lớp RCC được đổ từng lớp dày 15 cm, với lớp sau đổ ngay lên lớp trước sau khi lớp trước đã được đầm. 1.3.5. a) Công tác chuẩn bị đổ RCC Tổng quan Chỉ được phép đổ bê tông sau khi ở toàn bộ các vị trí sẽ đổ bê tông, công tác chuẩn bị bề mặt, biện pháp thi công cũng như các thiết bị máy móc cho công tác sản xuất, đổ và hoàn thiện bê tông đã được chấp nhận. Không được phép đổ ở chỗ nước chảy và cũng không cho phép nước chảy qua phần bê tông đã đổ nhưng chưa đông cứng. Phải thu dọn tất cả các loại vật liệu rơi vãi trên bề mặt bãi đổ trong quá trình đổ bê tông, hay khi khoan phụt vữa. Nổ mìn đào bóc xung quanh khối đổ phải được hoàn thiện trước khi đổ RCC. b) Chuẩn bị nền móng Ngay trước khi đổ lớp bê tông trám, bê tông làm phẳng hoặc RCC, tất cả các bề mặt trên nền móng mà bê tông sẽ được đổ lên phải được dọn sạch nước đọng, bùn, mảnh vụn, dầu mỡ, các lớp phủ ngoài, các vật liệu mềm, long, rời hoặc vật cứng ngoại lai. Những đoạn gồ ghề và những vết nứt nhỏ được làm phẳng và lấp đầy bằng cách phụt vữa xi măng hoặc vữa ximăng cát với tỉ lệ là 1: 2.5 (theo trọng lượng). Vữa xi măng được trám ở một số nơi tập trung có nhiều vết nứt nẻ bằng chổi chuyên dụng. Ngay sau khi trám thì phải phủ bê tông lên. Loại bê tông phủ có thể là bê tông lót hoặc RCC. Học viên: Mai Lâm Tuấn Lớp: 18C11