Tài liệu Nghiên cứu trƣờng ứng suất nhiệt trong quá trình thi công đập bê tông đầm lăn

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Lê Thị Thanh Nga Học viên đợt: 23C11 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Vũ Hoàng Hƣng và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Lê Thị Thanh Nga i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Thủy lợi Hà Nội, đƣợc sự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các bộ môn trong Trƣờng Đại học Thủy Lợi, sự giúp đỡ tận tình của bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân tác giả đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng Công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu trƣờng ứng suất nhiệt trong quá trình thi công đập bê tông đầm lăn”. Để có đƣợc thành quả này, trƣớc tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cán bộ hƣớng dẫn khoa học là thầy giáo PGS.TS Vũ Hoàng Hƣng và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, các thầy giáo, cô giáo giảng dạy tại các bộ môn trong Trƣờng Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, ban Lãnh đạo nơi tác giả công tác đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã hết sức nỗ lực và cố gắng nhƣng do điều kiện thời gian và trình độ khoa học của bản thân còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả mong đƣợc đóng góp ý kiến, chỉ bảo của các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn Hà Nội, tháng 2 năm 2017 Tác giả Lê Thị Thanh Nga ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ........................................................................................... 1 3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................... 1 4. Kết quả dự kiến đạt đƣợc .................................................................................. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ DIỄN BIẾN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN .......................................... 3 1.1 Xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam ................................... 3 1.1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn trên thế giới ........................ 3 1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn tại Việt Nam........................... 7 1.2. Bê tông đầm lăn và tính chất cơ bản của bê tông đầm lăn ........................... 11 1.2.1. Định nghĩa .......................................................................................... 11 1.2.2. Ƣu , nhƣợc điểm của công nghệ BTĐL [3] ....................................... 11 1.2.3. Các đặc tính cơ học của BTĐL .......................................................... 12 1.2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến diễn biễn nhiệt trong BTĐL ........................ 17 1.2.5. Diễn biến nhiệt trong bê tông đầm lăn ................................................... 17 1.2.6. Nứt do nhiệt và ứng suất nhiệt ............................................................... 18 1.2.7. Một số công trình đập bê tông trọng lực bị nứt do nhiệt ................... 24 1.3 Những vấn đề đặt ra đối với luận văn ....................................................... 27 1.4 Kết luận chƣơng 1 ..................................................................................... 27 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHIỆT HỌC VÀ ỨNG DỤNG ............. 29 2.1. Cơ sở lý thuyết về truyền dẫn nhiệt [16] .................................................. 29 iii 2.1.1. Truyền dẫn nhiệt .................................................................................... 29 2.1.2. Đối lƣu nhiệt .......................................................................................... 31 2.1.3. Bức xạ nhiệt ........................................................................................... 32 2.2. Phần mềm ANSYS và khả năng tính toán nhiệt ....................................... 33 2.2.1. Phần mềm ANSYS[17] .......................................................................... 33 2.2.2. Khả năng tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt của phần mềm ANSYS ..... 35 2.3. Tính nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập BTĐL bằng phần mềm ANSYS . 40 2.3.1. Mô tả kết cấu đập BTTL ........................................................................ 40 2.3.2. Tham số đầu vào của mô hình ............................................................... 43 2.3.3. Mô hình hóa kết cấu đập BTĐL ............................................................ 43 2.3.4. Phân tích mô phỏng thi công đập BTĐL bằng phần mềm ANSYS [16] ................................................................................................................................ 44 2.4. Kết luận chƣơng 2 ..................................................................................... 45 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƢỜNG ỨNG SUẤT NHIỆT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 2.............................. 47 3.1. Giới thiệu công trình ................................................................................. 47 3.1.1. Vị trí xây dựng công trình ...................................................................... 47 3.1.2. Mục tiêu, nhiệm vụ của dự án ................................................................ 47 3.1.3. Quy mô, thông số công trình ................................................................. 48 3.2 Tính toán ảnh hƣởng của chiều dày khối đổ đến sự phát triển nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập BTĐL thủy điện Đồng Nai 2 ............................................. 49 3.2.1. Tài liệu tính toán .................................................................................... 49 3.2.2. Điều kiện biên về nhiệt .......................................................................... 53 3.2.3. Mô phỏng quá trình thi công đập ........................................................... 55 iv 3.2.4. Mô tả mặt cắt đập tính toán .................................................................... 56 3.2.5. Mô hình hóa kết cấu ............................................................................... 57 3.2.6. Phân tích kết quả tính toán nhiệt và ứng suất với các trƣờng hợp thi công......................................................................................................................... 59 3.2.7. Lựa chọn chiều dày khối đổ hợp lý để thi công đập Đồng Nai 2 trên cơ sở kết quả phân tích nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập................................... 74 3.3. So sánh kết quả tính toán nhiệt và ứng suất trong TH1 với kết quả của đơn vị tƣ vấn thiết kế ......................................................................................................... 76 3.3.1. Kết qủa tính toán nhiệt và ƣng suất của TVTK cho công trình thủy điện Đồng Nai 2 bằng phần mềm Contestpro V3........................................................... 76 3.3.2. Kết so sánh kết quả tính toán nhiệt và ứng suất của TVTK và của tác giả cho đập BTĐL Đồng Nai 2..................................................................................... 77 3.4. Kết luận Chƣơng 3 ................................................................................... 78 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 79 4.1. Đánh giá kết quả đạt đƣợc của đề tài ........................................................ 79 4.2. Những tồn tại của đề tài ............................................................................ 79 4.3. Kiến nghị phƣơng hƣớng nghiên cứu tiếp theo ........................................ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 81 PHỤ LỤC................................................................................................................ 83 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1. Đồ thị biểu diễn tỷ lệ sử dụng BTĐL theo các hƣớng khác nhau (12/2006) ........................................................................................................................ 3 Hình 1. 2. Biểu đồ phân bố các đập BTĐL đã và đang XD trên thế giới ................ 5 Hình 1. 3. Đập BTĐL đầu tiên trên thế giới Buchtarma - Kazastan cao 90 m (Internet) ......................................................................................................................... 6 Hình 1. 4. Đập BTĐL Long Than – Trung Quốc cao 192 m (Internet) .................. 6 Hình 1. 5. BTĐL đầu tiên tại Việt Nam, đập PlêiKrông- KonTum cao 71 m (Internet) ....................................................................................................................... 10 Hình 1. 6. Đập BTĐL thủy điện Sơn La cao 138 m (Internet) .............................. 10 Hình 1. 7. Quá trình thay đổi nhiệt độ của khối bê tông ....................................... 18 Hình 1. 8. Ứng suất nhiệt phát sinh trong khối bê tông ......................................... 19 Hình 1. 9. Biến dạng do nhiệt độ & ứng suất do nền kiềm chế của khối bê tông . 22 Hình 1. 10. Nứt bề mặt và nứt xuyên ở đập bê tông .............................................. 23 Hình 1. 11. Sơ đồ vết nứt đập Sơn La ................................................................... 24 Hình 1. 12. Hiện trạng vết nứt bề mặt đập Sơn La ................................................ 25 Hình 1. 13. Sơ đồ vết nứt đập Liễu Khê - Trung Quốc ......................................... 26 Hình 1. 14. Thấm nƣớc qua vết nứt đập RCC Upper Stillwater, Utah, Hòa Kỳ (Internet) ....................................................................................................................... 26 Hình 2. 1. Mặt cắt ngang đập trọng lực BTĐL ...................................................... 41 Hình 2. 2. Sơ đồ khối chia đợt thi công không đều đập BTĐL ............................. 42 Hình 2. 3. Sơ đồ khối gán điều kiện biên nhiệt vào từng đợt đổ ........................... 43 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Các đập BTĐL đã và đang đƣợc xây dựng ở Việt Nam ....................... 16 Bảng 2. 1. Ký hiệu và đơn vị sử dụng trong phân tích nhiệt ................................. 36 Bảng 2. 2. Phần tử dùng trong phân tích nhiệt ...................................................... 37 Bảng 3. 1. Thông số cơ bản của dự án ................................................................... 48 Bảng 3. 2. Đặc trƣng nhiệt độ không khí tại trạm Liên Khƣơng (oC) ................... 50 Bảng 3. 3. Đặc trƣng độ ẩm không khí không khí tại trạm Liên Khƣơng ............. 51 Bảng 3. 4. Các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL ................................................................ 51 Bảng 3. 5. Các chỉ tiêu về nhiệt của BTĐL ............................................................ 52 Bảng 3. 6. Các chỉ tiêu cơ lý của nền .................................................................... 53 Bảng 3. 7. Các chỉ tiêu về nhiệt của đá nền ........................................................... 53 Bảng 3. 8. Nhiệt độ ban đầu của môi trƣờng ......................................................... 53 Bảng 3. 9. Hệ số truyền nhiệt đối lƣu .................................................................... 54 Bảng 3. 10. Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập TH1 ...................................................................................................................................... 63 Bảng 3. 11. Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập TH2 ...................................................................................................................................... 69 Bảng 3. 12. Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt trong thân đập TH3 ...................................................................................................................................... 74 Bảng 3. 13. Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt thân đập trong 3 TH ................................................................................................................................. 75 Bảng 3. 14. Bảng so sánh kết quả tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt thân đập của TVTK và tác giả ........................................................................................................... 77 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ APDL : Phƣơng pháp lập trình tham số BTĐL : Bê tông đầm lăn TVTK : Tƣ vấn thiết kế TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PTHH : Phần tử hữu hạn viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng đập bê tông đã đƣợc ứng dụng tƣơng đối rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Ƣu điểm nổi bật của công nghệ này là tốc độ thi công nhanh, giá thành hạ so với công nghệ bê tông thông thƣờng. Tuy đã giảm đƣợc rất nhiều sự tăng nhiệt độ trong khối đổ bê tông do hàm lƣợng xi măng trong bê tông thấp nhƣng vẫn bị chi phối bởi nhiều nhân tố khác nhƣ tốc độ thi công, chiều dày khối đổ, nhiệt độ ban đầu của bê tông, nhiệt độ môi trƣờng…nên việc khống chế nhiệt gặp nhiều khó khăn và đây là điều kiện gây nên hiện tƣợng nứt trong quá trình thi công. Vấn đề phát sinh nứt trong các kết cấu đang diễn ra khá phổ biến, ảnh hƣởng nghiêm trọng đến an toàn của công trình nhất là đối với các công trình dâng nƣớc. Các biện pháp xử lý khi xảy ra nứt thƣờng phức tạp tốn kém, gây chậm tiến độ các công trình. Ngoài các nguyên nhân khách quan nhƣ lún không đều, tính kiềm trong cốt liệu đá, sỏi và sự biến dạng của ván khuôn, chất tải... thì một nguyên nhân quan trọng và chủ yếu gây ra nứt là phát sinh ứng suất nhiệt gây nứt trong bê tông. Vì vậy để khống chế nứt do ứng suất nhiệt trong quá trình thi công thì cần thiết phải nắm đƣợc ảnh hƣởng của các yếu tố đến sự phát triển nhiệt và ứng suất nhiệt, đáp ứng yêu cầu, đòi hỏi của cả khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu trƣờng ứng suất nhiệt trong quá trình thi công đập bê tông đầm lăn từ đó làm cơ sở cho đánh giá nứt do nhiệt trong quá trình thi công đập bê tông đầm lăn và lựa chọn đƣợc chiều dày khối đổ hợp lý khi thi công đập thủy điện Đồng Nai 2. 3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu a) Về cách tiếp cận: Tiếp cận từ các số liệu thực tế các công trình đã xây dựng nhƣ: đập thủy điện Sơn La, Lai Châu …. 1 Tiếp cận từ lý thuyết phân tích nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập bê tông. b) Về phƣơng pháp nghiên cứu: Áp dụng phƣơng pháp tổng hợp và phân tích các tài liệu thu thập. Nghiên cứu lý thuyết nhiệt và ứng suất nhiệt. Sử dụng mô hình toán để tính toán bài toán nhiệt và ứng suất nhiệt. 4. Kết quả dự kiến đạt đƣợc Nắm đƣợc cơ sở lý thuyết về nhiệt học. Sử dụng thành thạo phần mềm ANSYS phân tích nhiệt đập bê tông đầm lăn với các điều kiện biên khác nhau. Phân tích đƣợc ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình thi công đặc biệt là ảnh hƣởng của chiều dày khối đổ đến sự phát triển nhiệt và ứng suất nhiệt trong đập bê tông đầm lăn. Áp dụng tính toán cho một công trình cụ thể: đập bê tông đầm lăn Đồng Nai 2. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ DIỄN BIẾN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam 1.1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn trên thế giới Nhằm hạ giá thành và đẩy nhanh tiến độ thi công công trình, từ những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ 20, các nƣớc trên thế giới đã nghiên cứu và xây dựng đập bê tông trọng lực bằng công nghệ bê tông đầm lăn. Từ khi xuất hiện công nghệ BTĐL, đặc biệt từ năm 1996 đến 2006 số lƣợng đập BTĐL giàu chất kết dính trên thế giới tăng từ 43,3% năm 1996 lên 47,4% năm 2002 và 53,4% năm 2006 (Hình 1.1) [1]. Hình 1. 1. Đồ thị biểu diễn tỷ lệ sử dụng BTĐL theo các hƣớng khác nhau (12/2006) Năm 1961, tại công trình xây dựng đập Alpe Gera-Italia và đập Manicongan-Canada, lần đầu tiên hỗn hợp bê tông không độ sụt đƣợc rải bằng xe ủi, sau đó đƣợc đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau xe ủi hoặc đƣợc đầm chặt bằng máy ủi. Cũng trong năm 1961, tại công trình xây dựng đê quây của đập Thạch Môn - Đài Loan, hỗn hợp cát, đá trộn với xi măng đƣợc rải và đầm chặt bằng các thiết bị thi công đập đất. Tuy nhiên BTĐL chỉ thực sự đƣợc chú ý khi giáo sƣ Jerome Raphael (Mỹ) trình bày báo cáo “Đập trọng lực tối ƣu” vào năm 1970, trong đó nêu ra phƣơng pháp thi công nhanh đập BTTL bằng cách sử dụng thiết bị đắp đập đất và một số công trình ở Mỹ đã đƣa vào nghiên cứu BTĐL trong phòng và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm trên hiện 3 trƣờng. Những nỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây dựng đập BTĐL đầu tiên trong những năm 1980. Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W đã có những đóng góp đáng kể về nghiên cứu BTĐL. Kết quả thí nghiệm đã đƣa ra khái niệm bê tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung. Sau đó Hiệp hội kỹ sƣ quân đội Hoa Kỳ (USACE) đã thi công các lô bê tông thử nghiệm ở đập Lost Creek. Năm 1980, lần đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon. Đập cao 52 m, dài 543 m, khối lƣợng BTĐL 331.000 m3. Đến 1999, Mỹ có hàng chục đập BTĐL. Những năm 1970 ở Anh, Dunstan thực hiện các nghiên cứu về BTĐL. Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) đã tiến hành các dự án lớn nghiên cứu về BTĐL với hàm lƣợng tro bay cao, sau đó đƣợc thử nghiệm tại công trình trạm xử lý nƣớc Tamara - Coruwall (1976) và đập Wimbledall (1979). Năm 1974, các kỹ sƣ Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành các công trình đập bê tông. Công trình đập BTĐL đầu tiên của Nhật là đập Shimajigawa, cao 89 m, dài 240m với 165.000m3 BTĐL trong tổng số 317.000m3 bê tông đập. Đến cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL đƣợc thi công ở Nhật và đến nay Nhật Bản đã hình thành trƣờng phái BTĐL-RCD (Roller-Compacted Dams) gồm các công tác thiết kế mặt cắt đập, tính toán cấp phối, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ trong thân đập. Trung Quốc thực hiện nghiên cứu áp dụng công nghệ BTĐL từ năm 1980, đến năm 1986 đập Khang Khẩu là đập BTĐL đầu tiên đã đƣợc xây dựng. Đến nay Trung Quốc là quốc gia đứng đầu thế giới về số lƣợng, chiều cao và kỹ thuật…trong xây dựng đập BTĐL. Trƣờng phái công nghệ BTĐL của Trung Quốc đƣợc hoàn thiện với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams), bao gồm các công tác thiết kế mặt cắt đập; quy trình thiết kế, chọn vật liệu và thi công; quy trình thử nghiệm kiểm tra BTĐL tại hiện trƣờng. Đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD đã đƣợc sử dụng tại một số đập có chiều cao dƣới 60m ở Mỹ. Hiện nay, các đập BTĐL đƣợc xây dựng trên thế giới chủ yếu sử 4 dụng BTĐL có lƣợng CKD trung bình và giàu CKD nhƣ các nƣớc Tây Âu, Trung Quốc, Nhật Bản. Đã có trên 300 đập bê tông trọng lực BTĐL với khối lƣợng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m3 BTĐL đã đƣợc xây dựng (Hình 1.2). Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về số lƣợng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha. Hình 1. 2. Biểu đồ phân bố các đập BTĐL đã và đang XD trên thế giới (nguồn: Hội Đập lớn và PTNN Việt Nam 12/2005) Số liệu thống kê đến tháng 12/2005: đập Khun Dan của Thái Lan có khối lƣợng BTĐL lớn nhất thế giới 4,9 triệu m3 BTĐL trong tổng số 5,4 triệu m3 bê tông sử dụng cho đập; các đập Sawalkot (Ấn Độ) cao 197m và Giongzhao (Trung Quốc) cao 196m là 2 đập BTĐL có chiều cao lớn nhất thế giới; đập Longtan (Trung Quốc) cao 192 m với khối lƣợng BTĐL 4,623 triệu m3 đƣợc thi công trong 36 tháng là đập BTĐL có tốc độ thi công cao nhất thế giới. Một số hình ảnh đập bê tông đầm lăn trên thế giới: 5 Hình 1. 3. Đập BTĐL đầu tiên trên thế giới Alpa - Gera, Italy cao 178 m (Internet) Hình 1. 4. Đập BTĐL Long Than – Trung Quốc cao 216.5 m (Internet) 6 1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn tại Việt Nam Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nƣớc ta đã có những bƣớc phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nƣớc. Nhiều công trình lớn đang đƣợc xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng nhƣ các công trình giao thông, thuỷ lợi, thủy điện phục vụ sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Sự phát triển kinh tế với tốc độ nhanh kéo theo nhu cầu dùng điện ngày càng tăng cao, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao trong giai đoạn 2005-2015, Tổng công ty 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.Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công lớn hơn nhiều so với trƣớc đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã đƣợc đề nghị lựa chọn [2]. Việt Nam là nƣớc có tiềm năng lớn về nguyên vật liệu và máy móc thiết bị để áp dụng công nghệ BTĐL. Về nguyên vật liệu: ngoài yêu cầu về cốt liệu, cấp phối BTĐL cần một lƣợng lớn các phụ gia khoáng hoạt tính là tro bay và puzơlan. Nƣớc ta hiện có nhiều nguồn phụ gia khoáng có thể sử dụng làm PGK cho BTĐL gồm các nguồn nhân tạo nhƣ tro bay (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí…) và các loại puzơlan tự nhiên nhƣ puzơlan Sơn Tây, đá silic Hải Phòng, puzơlan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, puzơlan Gia Lai, điatomit Kontum, puzơlan Bà Rịa-Vũng Tàu, điatomit Phú Yên... Về thiết bị: các thiết bị chính để thi công BTĐL nhƣ máy trộn cƣỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đƣờng kính lớn, băng tải hoặc các thiết bị tƣơng đƣơng 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 nƣớc cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng, hệ thống phun nƣớc bảo dƣỡng bê tông…phần lớn đều đã có sẵn hoặc có thể đƣợc chế tạo bởi ngành cơ khí trong nƣớc. Với các ƣu điểm nổi bật và tiềm năng lớn về nguyên vật liệu, thiết bị thi công; việc áp dụng công nghệ BTĐL vào thi công đập bê tông trọng lực là hoàn toàn hợp lý. Để đáp ứng yêu cầu thực tiễn trên từ những năm 1990 Việt Nam đã bắt đầu nghiên cứu 7 ứng dụng BTĐL. Năm 1990 Viện Khoa học Thủy lợi đã nghiên cứu PGK cho BTĐL, ngày 16/10/1995 Bộ Thủy lợi (cũ) ra quyết định số 1570 QĐ/QLXD phê duyệt nghiên cứu khả thi công trình thủy lợi Tân Giang (Ninh Thuận) thống nhất phƣơng án công trình đầu mối là đập BTTL. Trên cơ sở quyết định số 1570 QĐ/QLXD, công ty tƣ vấn xây dựng thủy lợi HEC-1[9] đã tiến hành nghiên cứu thiết kế đập Tân Giang theo hai phƣơng án BTTL truyền thống và BTĐL. Đây là lần đầu tiên BTĐL đƣợc nghiên cứu vào công trình thực tế ở Việt Nam. Ngày 20/9/1997 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 đập BTĐL. Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân Giang đƣợc chỉnh thành đập bê tông truyền thống và đã thi công hoàn thành vào năm 2003. Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu thiết kế đập BTĐL Tân Giang đã tích lũy đƣợc nhiều kinh nghiệm quý báu về thiết kế đập BTĐL, sử dụng tro bay và phụ gia. Công trình đập BTĐL xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thủy điện Pleikrong tại tỉnh Kon Tum với chiều cao 71m đƣợc thiết kế bởi công ty Tƣ vấn xây dựng điện 1, công trình khởi công năm 2003, đã hoàn thành vào năm 2009. Tiếp đó hàng loạt công trình đập thủy điện đƣợc thi công và chuẩn bị xây dựng bằng BTĐL nhƣ thủy điện Bản Vẽ, hồ chứa nƣớc Định Bình, công trình thủy điện Sê San 4, công trình thủy điện A Vƣơng, thủy điện Sơn La, thủy điện Lai Châu ... Tính đến nay đã gần 30 đập BTĐL đã và đang đƣợc xây dựng tại Việt nam (xem bảng 1.1) [2]. Bảng 1. 1. Các đập BTĐL đã và đang đƣợc xây dựng ở Việt Nam TT Tên công trình Chiều cao (m) Địa điểm XD Năm dự kiến hoàn thành 1 PlêiKrông 71 Kon Tum 2007 2 Định Bình 54 Bình Định 2007 3 A Vƣơng 70 Quảng Nam 2008 4 Sê San 4 80 Gia Lai 2008 5 Bắc Hà 100 Lào Cai 2008 6 Bình Điền 75 Thừa Thiên Huế 2008 8 TT Tên công trình Chiều cao (m) Địa điểm XD Năm dự kiến hoàn thành 7 Cổ Bi 70 Thừa Thiên Huế 2008 8 Đồng Nai 3 110 Đắc Nông 2008 9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 2008 10 ĐaKrinh 100 Quảng Ngãi 2008 11 Nƣớc Trong 70 Quảng Ngãi 2010 12 Sơn La 138 Sơn La 2012 13 Bản Chát 70 Lai Châu 2010 14 Bản Vẽ 138 Nghệ An 2010 15 Hủa Na 94 Nghệ An 2011 16 Sông Bung 4 95 Quảng Nam 2010 17 Sông Tranh 2 100 Quảng Nam 2010 18 Sông Côn 2 50 Quảng Nam 2010 19 Bản Uôn 85 Thanh Hóa 2011 20 Huội Quảng 104 Sơn La 2012 21 Lai Châu 137 Lai Châu 2012 22 Trung Sơn 84 Thanh Hóa 2017 23 Tân Mỹ 58 Ninh Thuận 2018 Một số hình ảnh đập bê tông đầm lăn tại Việt Nam: 9 Hình 1. 5. BTĐL đầu tiên tại Việt Nam, đập PlêiKrông- KonTum cao 71 m (Internet) Hình 1. 6. Đập BTĐL thủy điện Sơn La cao 138 m (Internet) 10 1.2. Bê tông đầm lăn và tính chất cơ bản của bê tông đầm lăn 1.2.1. Định nghĩa Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông không có độ sụt đƣợc tạo bởi hỗn hợp bao gồm cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất kết dính (xi măng, PGK hoạt tính nghiền mịn), nƣớc, phụ gia đầy và phụ gia hóa học. Sau khi trộn đều, vận chuyển, san rải hỗn hợp đƣợc đầm chặt theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn. 1.2.2. Ưu , nhược điểm của công nghệ BTĐL [3] 1.2.2.1. Ưu điểm của BTĐL BTĐL là loại bê tông nghèo xi măng, hỗn hợp RCC khô và không có độ sụt. Khác với bê tông thƣờng, phƣơng pháp thi công RCC gần giống phƣơng pháp thi công đắp đập đất đá: San rải từng đợt mỏng, dùng đầm lu rung để đầm chặt. So với bê tông thƣờng về các mặt: Tiêu hao vật liệu, hiệu suất thi công và tính năng vật liệu của RCC ƣu việt hơn. Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng xây dựng đập bê tông trọng lực, khi khối lƣợng thi công bê tông càng lớn thì hiệu quả tác dụng càng cao. Những ƣu điểm nổi bật của công nghệ bê tông đầm lăn: Giảm lƣợng xi măng trong bê tông dẫn đến giảm ứng suất nhiệt và hạn chế nứt trong khối bê tông. Thi công nhanh: So với đập bê tông thƣờng, đập BTĐL đƣợc thi công với tốc độ cao hơn do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có cùng chiều cao, khối tích của đập BTĐL nhỏ hơn nên thi công nhanh hơn. Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đắp. Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40%. Việc hạ giá thành đạt đƣợc là do giảm đƣợc chi phí cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông. 11 Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, chi phí làm cửa tràn của đập BTĐL rẻ hơn (tƣơng tự nhƣ đập bê tông thƣờng). Đối với đập thuỷ điện đƣợc thiết kế có nhiều cửa nhận nƣớc ở nhiều cao trình khác nhau thì phƣơng án đập BTĐL càng rẻ hơn so với phƣơng án đập đắp. Hơn nữa khi làm đập BTĐL, chiều dài của kênh xả nƣớc ngắn hơn so với kênh xả nƣớc của đập đắp và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập. 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 nƣớc lũ tràn qua đê quai. Đối với đập BTĐL, đƣờng ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập 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 lƣu lƣợng xả nƣớc lớn nhất theo mùa thay vì lƣu lƣợng lớn nhất theo năm nhƣ đối với đập bê tông và đập đắp. Vì vậy đƣờng kính cống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phƣơng án đập bê tông thƣờng và đập đắp. 1.2.2.2. Nhược điểm của BTĐL Bên cạnh những ƣu điểm nêu trên, công nghệ BTĐL cũng tồn tại một số nhƣợc điểm mà nếu không có biên pháp khắc phục sẽ gây khó khăn cho công tác duy tu, vận hành, bảo dƣỡng sau này nhƣ: - Chất lƣợng RCC phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết khu vực đổ bê tông (đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm không khí). - Thời gian ninh kết đạt cƣờng độ thiết kế dài. - Yêu cầu giám sát các công đoạn vận chuyển, san ủi, đầm… cao, phụ thuộc nhiều vào nguồn cung cấp PGK: tro bay, puzơlan. 1.2.3. Các đặc tính cơ học của BTĐL 1.2.3.1. ư ng độ háng n n của BTĐL Cƣờng độ kháng nén là tính chất cơ học quan trọng nhất của bê tông nói chung và 12