Tải bản đầy đủ

nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi công và quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông khối lớn




LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã được thực hiện trong thời gian ngắn với sự nỗ lực của bản thân,
tác giả đã hoàn thành với đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi
công và quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông khối lớn”. Trong quá trình thực
hiện, tác giả nhận được sự giúp đỡ tận tình của Phòng đào tạo Đại học và Sau đại
học, khoa Công trình – Tr
ường Đại học Thủy lợi cùng các thầy cô giáo, đồng
nghiệp và gia đình.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân và các đồng
nghiệp luôn động viên và chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
học tập và hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, tác giả chân thành cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Trọng Tư
đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tậ
n tình tác giả trong quá trình thực hiện luận văn.
Với hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung của luận văn
không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng
góp ý kiến của thầy cô giáo, các độc giả quan tâm và đồng nghiệp.



Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Tác giả



Vũ Đình Thắng






LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kì công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả



Vũ Đình Thắng



MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG BÊ
TÔNG KHỐI LỚN VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG BÊ TÔNG 3
1.1. Tổng quan về các công trình thi công bê tông khối lớn trong và ngoài nước. 3
1.1.1. Khái niệm bê tông khối lớn 3
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới. 6
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tông ở Việt Nam 8
1.2. Giới thiệu các biện pháp thi công bê tông khối lớn trong và ngoài nước 11
1.2.1. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn trên thế giới 11
1.2.1.1. Giai đoạ
n trước năm 1900 11
1.2.1.2. Giai đoạn từ 1900 đến 1930 11
1.2.1.3. Giai đoạn từ 1930 đến 1970 13
1.2.1.4. Giai đoạn từ 1970 đến nay. 14
1.2.2. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn tại Việt Nam 20
1.2.2.1. Giai đoạn trước 1945 20
1.2.2.2. Giai đoạn từ 1945 đến 1975 21
1.2.2.3 Giai đoạn từ 1975 đến nay. 22
1.3. Quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông. 26
1.4. Kết luận chương 1 27
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA BIỆN PHÁP THI CÔNG VÀ
QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NHI
ỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 28
2.1. Đặc điểm các phương pháp phân chia khoảnh đổ và điều kiện thi công bê tông
khối lớn. 28
2.1.1. Cơ sở phân chia khoảnh đổ 28
2.1.2. Phương pháp phân chia khoảnh đổ. 29
2.1.2.1. Phương pháp kiểu xây gạch. 29
2.1.2.2. Phương pháp hình trụ 29


2.1.2.3. Phương pháp lên đều 29
2.2. Nghiên cứu diễn biến nhiệt trong bê tông 30
2.2.1. Diễn biến nhiệt của bê tông khối lớn trong quá trình thi công. 30
2.2.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt của bê tông khối lớn. 30
2.2.1.2. Nhiệt thủy hóa của xi măng. 30
2.2.1.3. Diễn biến nhiệt độ của bê tông 31
2.2.2. Lựa chọn kích thước khoảnh đổ 34
2.3. Mối quan hệ giữa biện pháp thi công và quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông
khối lớ
n. 35
2.3.1. Hình thức phân khoảnh kiểu trụ 37
2.3.2. Hình thức phân khoảnh kiểu lên đều 39
2.3.3. Hình thức phân khoảnh kiểu xây gạch 41
2.4. Kết luận chương 2 43
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BIỆN PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG HỢP LÝ ĐẬP
DÂNG TÂN MỸ - DỰ ÁN HỆ THỐNG THỦY LỢI TÂN MỸ 45
3.1. Phân tích quá trình biến đổi nhiệt ảnh hưởng đến ứng suất, chất lượng công trình. 45
3.1.1. Nứt bề mặt 45
3.1.2. Nứt xuyên 47
3.2. Lựa chọn biện pháp thi công h
ợp lý cho đập dâng Tân Mỹ - Dự án thủy lợi Tân Mỹ 50
3.2.1. Thông số kỹ thuật công trình. 50
3.2.2. Khí tượng thủy văn 52
3.2.3. Các hạng mục kết cấu công trình chính. 55
3.2.4. Tiến độ thực hiện dự án 58
3.2.5. Các vật tư, vật liệu sử dụng và các đặc trưng. 59
3.2.5.1. Xi măng 59
3.2.5.2. Sắt thép 59
3.2.5.3. Khớp nối 59
3.2.5.4. Xăng dầu 60
3.2.5.5. Nhựa đường 60


3.2.6. Thi công bê tông 60
3.2.6.1. Tính toán nhiệt độ trong quá trình thi công bê tông: 60
3.2.6.2. Trạm trộn bê tông 69
3.2.6.3. Máy trộn bê tông 70
3.2.6.4. Trình tự đổ các thành phần của bê tông vào máy trộn 70
3.2.6.5. Vận chuyển hỗn hợp bê tông 71
3.2.6.6. Đổ bê tông 72
3.2.6.7. Bảo vệ và bảo dưỡng bê tông 78
3.3. Kết luận chương 3 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83




DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) 7
Hình 1.2: Ảnh Đập bê tông Krasnoiarxki 15
Hình 1.3: Đập Miel 1 được xây dựng ở Columbia 15
Hình 1.4: Đập Miyagase cao 156m – Nhật Bản 16
Hình1.5: Đập Giang Á cao 13m – Trung Quốc 16
Hình 1.6: Đập dâng tràn Cầu Sơn 17
Hình 1.7: Đập Bái Thượng 17
Hình 1.8: Tràn xả lũ Đại Ninh 18
Hình 1.9: Nhìn từ hạ lưu đập Tân Giang – Ninh Thuận 18
Hình 1.10: Đập Lòng Sông - Bình Thuận 19
Hình 1.11: Toàn cảnh đập Định Bình 19
Hình 2.1: Phương pháp phân khoảnh đổ 30
Hình 2.2: Quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông khối lớn 31
Hình 2.3: Lượng nhiệt thủy hóa tích lũy của bê tông 32
Hình 2.4: Mặt bằng phân khối đổ 36
Hình 2.5: Quan hệ đặc điểm hình dạng khoảnh và chiều cao khoảnh đổ 40
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt hydrat hóa đến chất lượng công trình 45
Hình 3.2: Ứng suất nhiệt phát sinh trong khối đổ bê tông 46
Hình 3.3: Biến hình do nhiệt độ và ứng suất do nền kiềm chế của khối bê tông mới đổ 48
Hình 3.4: Kết quả thí nghiệm quang đàn hồi v
ề sự kiềm chế của nền 49
Hình 3.5: Cắt ngang và cắt dọc khối bê tông tính toán 63
Hình 3.6: Chia block và lưới phần tử khối đập 64
Hình 3.7: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 1.000giờ 65
Hình 3.8: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 2000 giờ 65
Hình 3.9: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 3.000giờ 66
Hình 3.10: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 5.000giờ 66
Hình 3.11: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 11.000giờ 67
Hình 3.12: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 18.000giờ 67


Hình 3.13: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 25.000giờ 68
Hình 3.14: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 50.000giờ 68
Hình 3.15: Đồ thị phân bố nhiệt độ trong thân đập dâng 69




DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập của các châu lục 6
Bảng 1.2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam 8
Bảng 1.3: Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013 10
Bảng 1.4: Những đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945 21
Bảng 2.1: Nhiệt thủy hóa của các loại xi măng 31
Bảng 2.2: Hệ số phát nhiệt (m) của xi m
ăng 32
Bảng 2.3: Kích thước khoảnh đổ trung bình ở một số công trình đã thi công 35
Bảng 3.1: Hệ số ảnh hưởng kiềm chế của nền R 49
Bảng 3.2: Các thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình 51
Bảng 3.3: Mạng lưới các trạm khí tượng và trạm đo mưa 53
Bảng 3.4: Mạng lưới trạm thủy văn 53
Bảng 3.5: Phân phối số giờ nắng trong năm 54
Bảng 3.6: Các đặc tr
ưng nhiệt độ không khí 54
Bảng 3.7: Phân phối các đặc trưng độ ẩm tương đối 54
Bảng 3.8: Vận tốc gió trung bình trạm Phan Rang và Nha Hố 54
Bảng 3.9: Kết quả tính toán tần suất gió lớn nhất thiết kế (đơn vị: m/s) 54
Bảng 3.10: Phân phối lượng bốc hơi trong năm 55
Bảng 3.11: Phân phối tổn thất bốc hơi DZ trong năm 55
Bảng 3.12: Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm (mm) 55
Bảng 3.13: Các số liệu đầu vào sử dụng trong tính toán 62
1


MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đầu thế kỷ 20, đối với vấn đề quá trình thay đổi nhiệt trong thân đập bê tông
và hậu quả của nó người ta chưa biết nhiều, vì thế trong thiết kế và thi công thiếu sự
chú ý cần thiết. Sau đó trong thực tế phát hiện trong thân đập xuất hiện nhiều khe
nứt có tính chất không giống nhau, đã làm rõ ứng suất nhiệt là nguyên nhân chủ yếu
làm xuấ
t hiện khe nứt ở đập bê tông thể tích lớn, từ đó mới bắt đầu đi sâu nghiên
cứu vấn đề thay đổi nhiệt độ, vấn đề ứng suất nhiệt và biện pháp thi công nhằm
khống chế nhiệt. Thực tế đã thu được rất nhiều thành tựu. Trước mắt trong thiết kế
bất kỳ một công trình bê tông khối lớn nào đều đặt vấn đề biệ
n pháp thi công nhằm
khống chế nhiệt là một trong những nội dung quan trọng.
Đề tài nghiên cứu quan hệ giữa biện pháp thi công và quá trình biến đổi nhiệt
trong bê tông khối lớn từ đó đề ra biện pháp thi công bê tông khối lớn một cách hiệu
quả và kinh tế nhất.
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu biện pháp thi công bê tông khối lớn, quá trình biến đổi nhiệt
trong bê tông để lựa chọn biện pháp thi công bê tông hợp lý cho đập dâng Tân Mỹ -
Dự án hệ thống thủy lợi Tân Mỹ.
CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cách tiếp cận
Nghiên cứu các tài liệu về thiết kế, các tiêu chuẩn thiết kế, điều kiện kỹ thuật
trong nước và trên thế giới cho công tác thi công và quá trình biến đổi nhiệt trong
bê tông khối lớn.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các tài liệu thiết kế, thi công các công trình bê tông khối lớn điển hình.
Phân tích tổng hợp các bi
ện pháp thi công.
2


Phân tích quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông khối lớn.
Nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi công và quá trình biến đổi nhiệt
trong bê tông khối lớn.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Thiết lập mối quan hệ giữa biện pháp thi công và diễn biến nhiệt trong bê
tông khối lớn – lựa chọn biện pháp thi công hợp lý cho đập dâng Tân Mỹ - Dự án
hệ thống thủy lợi Tân Mỹ.

















3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG BÊ
TÔNG KHỐI LỚN VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG BÊ TÔNG

1.1. Tổng quan về các công trình thi công bê tông khối lớn trong và ngoài nước.
1.1.1. Khái niệm bê tông khối lớn.
Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R-90), bê tông khối lớn được định nghĩa là
một thể tích bê tông có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với
sự phát nhiệt do xi măng thủy hóa và sự biến đổi thể tích kèm theo để giảm nứt nẻ.
Kích thước của bê tông khối lớn được quy định trong các tiêu chuẩn Việt
Nam và nướ
c ngoài. Bê tông khối lớn có kích thước nhỏ nhất không nhỏ hơn 2,5m
chiều dày lớn hơn 0,8m.
Có 2 loại bê tông thường được dùng làm bê tông khối lớn:
- Bê tông truyền thống (kí hiệu là CVC) là bê tông thông thường được đầm
chặt bằng phương pháp chấn động.
- Bê tông đầm lăn (kí hiệu là RCC) là bê tông sử dụng các nguyên liệu tương
tự bê tông truyền thống, nhưng rất khô và được đầm chặt bằng thiết bị rung lèn từ
mặt ngoài (lu rung). Việc đầm bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô
hàm lượng kết dính nhỏ hơn bê tông thông thường rất nhiều. Trong chất kết dính
chỉ có một phần là xi măng, còn phần còn lại là phụ gia khoáng hoạt tính mềm mịn
(tro bay, puzơlan tự nhiên,…).
Bê tông đầm lăn đang và sẽ được áp dụng trong xây dựng một số đập ở Việt
Nam. Tuy nhiên bê tông khối lớn thông thường đã và vẫn sẽ được dùng trong công
trình và kết c
ấu công trình không thích hợp cho bê tông đầm lăn.
Trong phần này chỉ đề cập đến bê tông khối lớn thông thường (CVC) đã
được áp dụng nhiều ở Việt Nam từ trước đến nay để xây dựng các đập bê tông như
đập Thác Bà, Sông Đà, Thạch Nham, Hàm Thuận, Đami và mới đây là đập Tân
Giang, Lòng Sông,…
* Đặc tính đập bê tông khối lớn:
Đặc tính đập bê tông khối lớn là tích chất nhiệt. Phản ứng của xi măng với
nước là phản ứng phát nhiệt. Trong bê tông khối lớn nhiệt không phân tán được
4


nhanh nên nhiệt độ trong bê tông có thể tăng lên rất nhiều, từ đó có thể phát sinh
ứng suất kéo lớn do sự biến đổi thể tích kết hợp với sự tăng và giảm nhiệt độ trong
khối bê tông. Cần phải có các biện pháp giải quyết thích hợp để hạ nhiệt độ trong bê
tông khối lớn, giảm ứng suất nhiệt và tránh nguy cơ nứt nẻ công trình.
Đối với công trình đập bê tông, để đồng thời đạt được chất lượng và giá
thành thấp, thường phân ra 2 phần: phần bê tông bên ngoài của đập chịu tác dụng
trực tiếp của môi trường nước và phần bên trong của đập không tiếp xúc với môi
trường. Đối với phần bên ngoài của đập , yêu cầu chọn cốt liệu bê tông tốt, bê tông
đặc chắc cường độ cao, chống thấm tốt để đảm bảo độ bền. Còn bê tông bên trong
không chịu tác động củ
a môi trường, nên yêu cầu chính đối với bê tông là phát nhiệt
tối thiểu. Khi bê tông đông cứng , vì sự phân bố nhiệt không đều trong khối bê tông
gây ra nứt do nhiệt. Mác bê tông ở phần trong không yêu cầu cao, chỉ cần 10 hoặc
15 Mpa và mác chống thấm B
2
hoặc B
4
.
* Vật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn:
- Xi Măng
Xi măng trong bê tông khối lớn (đập trọng lực) nên dùng xi măng ít tỏa nhiệt.
Để đảm bảo tính ổn định của bê tông khối lớn cần lưu ý chọn dùng các vật
liệu thích hợp. Theo tài liệu, xi măng ít tỏa nhiệt thích hợp phải có lượng nhiệt phát
ra khi xi măng thủy hóa (xác đinh theo phương pháp Técmốt) sau ba ngày không
lớn hơn 45-50 cal/g, sau 7 ngày không lớn hơn 50-60 cal/g.
Ở nước ta ban hành tiêu chuẩn xi măng ít tỏa nhiệt và quy định nhiệt thủy
hóa sau 7 ngày không lớn hơn 60 cal/g, nhưng thực tế hầu như chưa sản xuất, nên
thị trường xi măng ở nước ta không có mặt xi măng ít tỏa nhiệt, mà chỉ có loại xi
măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB) pha khoảng 12-20% phụ gia khoáng hoạt tính và
phụ gia đầy (trơ).
- Cốt liệu
Cốt liệu nhỏ và cốt liệ
u lớn dùng cho bê tông khố lớn cũng giống như cốt
liệu dùng cho bê tông nặng thông thường và được quy định trong các tiêu chuẩn nhà
nước. Yêu cầu đối với cốt liệu dùng cho bê tông khối lớn của Mỹ cũng được quy
5


định trong ACI 207.IR-87. Do kích thước kết cấu lớn, nên có thể dùng kích thước
danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu (D
max
) tới 150mm để giảm hàm lượng chất kết dính
trong bê tông, từ đó giảm phát nhiệt.
- Nước trộn bê tông
Nước trộn bê tông cũng giống như nước trộn bê tông thông thường với các kích
thước khác nhau và được quyết định trong tiêu chuẩn nhà nước TCXDVN 302:2004.
* Những tính chất bê tông khối lớn
Các tính chất cần được xem xét: Cường độ nén, cường độ kéo, môdun đàn
hồi, hệ số poisson, khả năng nhiệt, tản nhiệt, độ thấm nước, độ bền. Các tính chất
này của bê tông khối lớn cũng giống như bê tông thông thường.
- Cường độ
Cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó có loại
phụ gia khoáng hoạt tính, hàm lượng của nó trong bê tông và biện pháp thi công bê
tông. Cường độ bê tông pha puzơlan nói chung phát triển chậm thời kỳ đầu, sau 28
ngày phát triển tốt hơn.
Bê tông khối lớn thường không yêu cầu cường độ cao và không yêu cầu chịu
ứng suất ban đầu. Mác bê tông khối lớn thường được xác định ở tuổi dài ngày (90,
180, 1 năm) tùy theo khối lượng và thời gian xây dựng công trình.
- Độ thấm nước
Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành
phần puzơlan trong bê tông. Puzơlan cũng có tác dụng giảm độ thấm nước.
- Độ bền
Trong bê tông khối lớn phản ứ
ng giữa các thành phần trong bê tông được
xem là yếu tố quan trọng đối với độ bền của bê tông. Phản ứng hóa học giữa kiềm
(Na
2
O và K
2
O) trong xi măng và SiO
2
có tính phản ứng có trong cốt liệu tạo ra hợp
chất mới, nở thể tích giống như phản ứng kiểm – Silíc; do đó không nên dùng cốt
liệu chứa SiO
2
có tính phản ứng.
Vôi sinh ra khi xi măng tác dụng với nước. Vôi sẽ hòa tan trong nước, nước
mềm hay nước axít nhẹ. Khi dùng puzơlan thì puzơlan tác dụng với vôi (puzơlan),
6


tạo ra hợp chất mới không tan trong nước, do đó ngăn cản sự tiết vôi ra khỏi bê tông.
Khi bê tông đặc chắc chống thấm tốt, thì việc tiết vôi ra sẽ ít. Nếu tiết vôi nghiêm
trọng, có thể ảnh hưởng đến khả năng sử dụng và độ bền của kết cấu công trình.
- Tính biến dạng
+ Độ co khô
Độ co khô nằm trong khoảng 0,02% của độ dài bê tông nghèo độ sụt thấp
dùng cốt liệ
u tốt, đến lớn hơn 0,1% đối với bê tông giàu xi măng hoặc bê tông dùng
cốt liệu xấu nhiều nước trộn. Các nhân tố ảnh hưởng độ co khô: hàm lượng xi
măng, thành phần khoáng của áo và hàm lượng cốt liệu.
+ Sự biến đổi thể tích tự thân
+ Do nhiệt thủy hóa
Nhiệt bê tông thay đổi do nhiệt thủy hóa sinh ra do xi măng tác dụng với
nước làm cho bê tông nở thể tích.
Ngoài ra còn có từ biến, do độ ẩm trong bê tông thay đổ
i…
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới.
Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công
trình thuỷ lợi. Đập được xây dựng đầu tiên là đập xây trên sông Nile cao 15m, dài
450m có cốt là đá đổ và đất sét.
Theo con số thống kê của hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000
trên thế giới có khoảng 45000 đập lớn. Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có
chiều cao H = 10m và có các đ
iều kiện: Chiều dài L ≥ 500m, Q
x
≥ 2000 m
3
/s, hồ có
dung tích W ≥ 1 000 000 m
3
nước được xếp là loại đập cao.
Số lượng 45.000 đập được phân bố không đều trên các châu lục.
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập của các châu lục
STT Châu lục Số lượng đập Tỷ lệ
1 Châu á 31.340 69.6%
2 Bắc + Trung Mỹ 8.010 17.8%
3 Tây Âu 4.227 8.4%
4 Đông Âu 1.203 2.7%
5 Châu Phi 1.200 2.6%
6 Châu Đại Dương 577 1.2%
7


Nước có nhiều đập nhất thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập
chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ có 6.575 đập. Đứng hàng thứ
ba là Ấn Độ có 4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban
Nha có 1.196 đập. Việt Nam có gần 500 đập đứng khoảng thứ 16 trong số các nước
có nhiều đập cao trên thế giới.
Theo con số thống kê đập ở
44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15 ÷ 30 m
chiếm khoảng 56.2%. Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 23.8%, đập cao hơn 150m
chỉ khoảng 0.1%.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
B
efore1900
19
10s
19
20s
1
9
30s
19
40s
19
5
0s
19
60
s
1
9
70s
1
9
80s
1900s
a
fte
r1
9
90
BiÓu ®å x©y dùng ®Ëp lín trªn toμn thÕ giíi (1900-2000)

Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000)
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD – 1986 cho thấy 78% là đập đất,
đập đá đổ 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ 4%. Trong số các đập có
chiều cao hơn 100m thì tình hình lại khác, 30% là đập đất, 38% là đập bê tông,
21.5% là đập vòm. Như vậy, trong số đập cao hơn 100m thì tỷ lệ đập bê tông và đập
vòm chiếm ưu thế.
Hiện nay Trung Quốc là n
ước có nhiều đập bê tông trọng lực được xây dựng
nhất trên thế giới tính đến năm 2000 đã có 22 đập cao trên 70m đã được xây dựng.
Phải kẻ đến những đập như Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đập
Baozhusi và Manwan cao 132m, Ankang cao 128m. Mỹ là nước đứng thứ 2 về số
lượng đập bê tông trọng lực được xây dựng ví dụ như đập Willow Creek cao 52m
8


đập Upper Stillwater cao 91m, đập Cuchillo Negro cao 50m, đập Spring Hollow cao
74m, đập Olivenhain cao 97m
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tông ở Việt Nam.
Thời kì trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập
bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến
10m, chưa có những đập lớn. Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ
công, kỹ thuật không phứ
c tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên do đặc điểm
thuỷ văn của sông Đà Rằng. Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do
các kỹ sư Pháp thực hiện. Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa
vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ
phù hợp với Việt Nam.
Giai đoạ
n từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số
đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước
tưới, đập Đáy ở Hà Nội (Hà Tây cũ) có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ
khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình…
Bảng 1.2: Một số đập bê tông lớ
n được xây dựng ở Việt Nam
(Giai đoạn trước năm 1945)
STT Tên công trình Địa điểm xây dựng Năm xây dựng
1 Cầu Sơn Sông Thương – Bắc Giang 1902
2 Liễn Sơn Sông Phó Đáy 1914-1917
3 Bái Thượng Sông Chu – Thanh Hoá 1920
4 Thác Huống Sông Cầu - Thái Nguyên 1922-1929
5 Đồng Cam Sông Đà Rằng – Phú Yên 1925-1929
6 Đô Lương Sông Cả - Nghệ An 1934-1937
7 Đập Đáy Sông Đáy – Hà Tây 1934-1937
9


Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư
xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có đập bê
tông trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập thuỷ điện
Thác Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim Kĩ thuật và công nghệ xây dựng

phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật
Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện
đại hoá nên các công trình thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước, và đập
bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú.
Đầu mối các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleyKrông, Sê San 3 và Sê San 4,
Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang và
đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình,
Tuyên Quang là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m
3
bê tông, chiều
cao từ 70 – 138m. Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ
hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô về cả chiều cao và khối
lượng bê tông ngày càng một lớn hơn.
Một trong những công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp dụng thành
công hiện nay là đập bê tông đầm lăn. Việt Nam đến với công nghệ bê tông đầm lăn
tương đối muộn so v
ới một số nước trên thế giới, nhưng trước sự phát triển nhanh
chóng của nó và đặc biệt là nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự
nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn đã
và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này. Từ nay đến năm 2013 nước ta
có số đập bê tông đầ
m lăn lên đến 24 đập. Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ
bẩy về tốc độ phát triển bê tông đầm lăn.
10


Bảng 1.3: Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013
STT Tên công trình
Chiều
cao (m)
Địa điểm xây
dựng
Năm dự
kiến hoàn
thành
Ghi chú
1 PleiKrông 71 Kontum 2007 Đang VH
2 Định Bình 54 Bình Định 2007 Đang VH
3 A Vương 70 Quảng Nam 2008 Đang VH
4 Sê San 4 80 Gia Lai 2008 Đang VH
5 Bắc Hà 100 Lào Cai 2008 Đang VH
6 Bình Điền 75 Thừa Thiên Huế 2008 Đang VH
7 Cổ Bi 70 Thừa Thiên Huế 2008 Đang VH
8 Đồng Nai 3 110 Đắc Nông 2008 Đang VH
9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 2008 Đang VH
10 ĐakRing 100 Quảng Ngãi 2008 Đang XD
11 Thượng KonTum KonTum 2009 Đang XD
12 Nước Trong 70 Quảng Ngãi 2010 Đang XD
13 Sơn La 138 Sơn La 2010 Đang VH
14 Bản Chát 70 Lai Châu 2010 Đang XD
15 Bản Vẽ 138 Nghệ An 2010 Đang VH
16 Hủa Na - Nghệ An 2010 Đang XD
17 Sông Bung 2 95 Quảng Ngãi 2010 Đang XD
18 Sông Tranh 2 100 Quảng Ngãi 2010 Đang VH
19 Sông Côn 2 50 Quảng Nam 2010 Đang VH
20 Bản Uôn 85 Thanh Hoá 2011 Đang XD
21 Huội Quảng - Sơn La 2010 Đang XD
22 Lai Châu - Lai Châu 2012 Đang XD
23 Nậm Chiến 130 Sơn La 2013 Đang XD
24 Tà Pao - Bình Thuận - Chuẩn bị
11


1.2. Giới thiệu các biện pháp thi công bê tông khối lớn trong và ngoài nước.
1.2.1. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn trên thế giới.
1.2.1.1. Giai đoạn trước năm 1900.
Các đập được xây dựng ở giai đoạn này đều thấp.
Bê tông thường được trộn bằng tay hoặc xẻng, dùng xe cút kít, xe bò để
chuyên chở các loại vật liệu và hỗn hợp bê tông. Trong quá trình trộn bê tông, nhìn
chung chưa có giải pháp để khống chế thể tích nước pha trộn, chưa có bi
ện pháp để
kiểm tra độ sụt của bê tông, mà chỉ quan sát hỗn hợp bê tông bằng mắt thường.
Tại một số đập có kích thước lớn đã dùng bê tông độn đá hộc. Một vài đập
lớn xây dựng đầu tiên không bố trí khe co giãn và không xem xét tới phương pháp
đổ. Tuy nhiên cũng có một số đập khi thi công đã được phân thành các khoảnh đổ;
chiều cao của lớp đổ đã được điều chỉnh, bê tông vớ
i độ sụt nhỏ đã được đổ thành
các lớp mỏng và được đầm chặt bằng các đầm tay khá cẩn thận.
Tốc độ đổ bê tông vào khoảng vài trăm m
3
một ngày. Sau khi đổ bê tông
xong, nhìn chung, chưa đề cập đến vấn đề bảo dưỡng.
Đập Lower Crystal Springs được xây dựng gần San Mateo, California, được
hoàn thành vào năm 1980. Đập cao 47m, là trường hợp điển hình về công nghệ thi
công bê tông nói trên.
Chỉ một số ít các đập bê tông được xây dựng ở Mỹ trước 1900 còn có thể
duy trì hoạt động cho đến ngày nay và hầu hết là đập nhỏ. Hơn một phần ba số này
được xây dựng ở California và Arizona, nơi mà khí hậu tương đối ôn hòa. Một số
đập khác vẫn còn tồn tại trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt là do bề mặt được lát
bằng đá xây.
1.2.1.2. Giai đoạn từ 1900 đến 1930.
Nhiều đập bê tông cao, khối lượng bê tông lớn đã được xây dựng để phục vụ
cho cấp nước, tưới nước và phát điện.
Ở Mỹ ngành công nghiệp sản xuất xi mă
ng Pooc lăng đã được tổ chức rất tốt.
Các tiêu chuẩn kỹ thuật (ASTM) đối với xi măng Pooc lăng đã có những thay đổi
nhỏ trong khoảng 30 năm đầu tiên của thế kỷ 20. Đó là yêu cầu độ mịn được xác
12


định qua phân tích bằng sàng và giới hạn hàm lượng magiê ô xýt trong thành phần
hóa của xi măng. Ngoài ra không có bất cứ yêu cầu nào khác về khoa học.
Đặc điểm và thành phần cấp phối bê tông đã được chú ý nhiều hơn trong giai
đoạn này. Các tiến bộ cơ bản đã được ứng dụng để phát triển các phương pháp xác
định tỷ lệ cấp phối bê tông. Mối quan hệ giữa cường độ với tỷ lệ Nước/Xi măng đã
được thiết lập bởi Duff Abrams và các cộng sự của ông ta.
Nhìn chung, bê tông không có phụ gia. Chỉ có trường hợp khi xây dựng các
đập Arrowrock, Elephent Butte và Dalton là pha thêm các phụ gia khoáng hoạt tính.
Tại đập vòm Arrowrock-đập cao nhất thế giới (107m) được hoàn thành năm
1915, là đập được xây dựng với bê tông gày ở phần trong và bê tông béo ở mặt
ngoài. Hàm lượng xi măng của bê tông ở phần bên trong xấp xỉ 223kg/m
3
là sự kết
hợp giữa đá granite - xi măng được nghiền thành bột rồi trộn lẫn với nhau. Hỗn hợp
xi măng được chế tạo ngay tại hiện trường với các thành phần bằng nhau của xi
măng Pooc lăng và đá granite và yêu cầu không ít hơn 90% lọt qua mắt sàn 75µm.
Trường hợp ngoại lệ là tại vai của đập vòm Dalton được xây dựng bởi Phòng
kiểm soát lũ, Los Angeles trong những năm cuố
i 1920 đã sử dụng phụ gia khoáng
hoạt tính puzơlan thay thế khoảng 20% lượng xi măng Pooc lăng.
Đối với những đập có mặt cắt dày, đường kính cốt liệu lớn nhất (D
max
) đã
tăng lên đến 25mm. Các biện pháp đo độ sệt hỗn hợp bê tông, kiểm tra độ sụt của
hỗn hợp bê tông đã được tiến hành. Các thử nghiệm cường độ ở các tuổi bê tông
khác nhau được tiến hành từ mẫu hình trụ có kích cỡ 150*300mm và 200*400mm
đã trở nên phổ biến ở Mỹ. Các quốc gia Châu Âu nhìn chung đã lựa chọn kích
thước 200*200mm.
Tại những vùng thời tiết khắc nghiệt (có
đóng băng và tan băng), thông
thường sử dụng hàm lượng xi măng là 335kg/m
3
bê tông. Trong thực tế xây dựng
nhiều công trình trong giai đoạn này, hỗn hợp bê tông bên trong có hàm lượng xi
măng là 223kg/m
3
, hỗn hợp bê tông mặt ngoài có hàm lượng xi măng là 335kg/m
3

để làm cho bề mặt đập có thể chịu đựng được thời tiết khắc nghiệt và giảm tới mức
tối thiểu hàm lượng xi măng trong công trình.
13


Công nghệ thi công bê tông: Máy trộn bê tông với dung tích 2-3m
3
được
dùng rộng rãi ở gần cuối giai đoạn này.
Trong mấy năm đầu trước khi biết được tầm quan trọng của tỷ lệ Nước/Xi
măng, việc quản lý khối lượng nước pha trộn chưa nghiêm ngặt, dẫn tới hỗn hợp bê
tông khi thi công còn quá nhão.
Đổ bê tông bằng cách dùng cẩu tháp, thùng đựng vữa chạy trên đường trượt
kết hợp với máng đặt nghiêng đã trở nên phổ bi
ến và việc thi công bê tông đã được
tiến hành khá cẩn trọng.
1.2.1.3. Giai đoạn từ 1930 đến 1970.
Quy mô công trình: Nhiều công trình bê tông khối lớn và đập bê tông có
chiều cao lớn (đập trọng lực, đập vòm, bê tông đầm lăn) được xây dựng.
Vật liệu: Thành phần xi măng Pooc lăng, cát và sỏi sử dụng trong cấp phối
bê tông khối lớn được xem xét khá tỷ mỷ và thận trọng về chất lượng.
Qua kiểm tra thực t
ế tại một số đập bê tông đã xây dựng cho thấy có sự khác
nhau về mức độ nứt nẻ trong công trình. Tại hai công trình có điều kiện về môi
trường tương tự, nhưng một công trình có quá nhiều vết nứt, còn công trình kia sau
một thời gian sử dụng vẫn còn ở tình trạng gần như hoàn hảo. Các kết quả quan sát từ
một số đập bê tông đã chỉ ra: Các biến đổi về nhiệ
t ở trong đập là do quá trình hyđrat
hóa của xi măng, mức độ nứt nẻ bao giờ cũng gắn liền với sự gia tăng nhiệt độ.
Ủy ban ACI về bê tông khối lớn được tổ chức năm 1930 để tổng kết về các
đặc tính quan trọng của bê tông khối lớn trong đập và các nhân tố ảnh hưởng đến
các đặc tính này. Bogue (1949) và các cộng sự của ông ta ở Ủy Ban tiêu chuẩn quốc
gia đ
ã xác định được các hợp chất chính trong xi măng Pooc lăng. Sau đó Hubert
Wood và các cộng sự của ông ta đã tiến hành nghiên cứu để xác định mức độ ảnh
hưởng của từng hợp chất đối với nhiệt hyđrat hóa và cường độ của bê tông.
Cấp phối bê tông: Đã sử dụng rộng rãi các phụ gia khoáng hoạt tính, phụ gia
cuốn khí và các phụ gia hóa học để cải thiện tính lưu động của hỗn hợp bê tông. Độ
sụt của hỗn hợp bê tông bằng 76mm được áp dụng.
14


Khi xây dựng đập Hoover (Mỹ), đã có các điều tra, nghiên cứu tỷ mỷ để xác
định mức độ ảnh hưởng của các nhân tố: thành phần và mác xi măng, nhiệt độ bảo
dưỡng, kích cỡ lớn nhất của cốt liệu bê tông, …, đến sự tỏa nhiệt, cường độ nén và
các đặc tính khác của bê tông. Kết quả của nghiên cứu này đã dẫn đến việc sử dụng
xi măng ít tỏa nhiệt trong đập Hoover.
Công nghệ thi công bê tông
Đây là kỷ nguyên mới và phát triển nhanh về công nghệ thi công đập bê tông
trọng lực bằng phương pháp đổ bê tông truyển thống.
Ở những đập lớn, cấp phối bê tông đã được kiểm soát chặt chẽ hơn, cốt liệu
dùng trong bê tông được xử lý cẩn thận, thành phần bê tông được phối hợp theo
trọng lượng và lượng nước dùng để trộn được đo bằng th
ể tích.
Các kết quả nghiên cứu về quá trình tỏa nhiệt của bê tông ở giai đoạn này đã
đề xuất biện pháp mới là: Thiết kế hệ thống nước làm mát chôn vào thân đập ngay
từ khi đổ bê tông.
Vận chuyển hỗn hợp bê tông từ máy trộn tới khoành đổ đã dùng các thùng
chứa dung tích khoảng 6m
3
.
Việc đổ bê tông khối lớn theo cách thông thường vẫn duy trì như vậy trong
thời kỳ này. Sự phát triển mới trong lĩnh vực bê tông khối lớn là sử dụng bê tông
đầm lăn (RCC).
1.2.1.4. Giai đoạn từ 1970 đến nay.
Đây là thời kỳ bê tông đầm lăn (RCC) phát triển và được ứng dụng khá phổ
biến trong các đập trọng lực lớn. Bê tông đầm lăn là loại bê tông có độ lưu động
không lớn, đượ
c vận chuyển, đổ và đầm bằng cách sử dụng các thiết bị thi công đất
và đá đổ.
Thí nghiệm đầu tiên với bê tông đầm lăn được tiến hành đổ bằng đá đổ cho
đập Tims Ford và đã được sử dụng đầm rung nặng 14 tấn. Các thí nghiệm tiếp theo
đã được làm bởi Tập đoàn kỹ sư quân đội Hoa Kỳ ở Vietsburg, Miss và ở đập Lost
Creek, Oregon. Bê tông đầm lăn lần đầ
u tiên được sử dụng là trong một trường hợp
đổ bê tông khẩn cấp 580 000m
3
ở đập Tarbela để sửa chữa chỗ xói lở bờ do đường
15


hầm bị sụp. Một khối lượng lớn của khối bên trong đập Okawa và Shimagawa (Nhật
Bản) đã được xây dụng bằng bê tông đầm lăn từ 1978 đến 1980. Các thử nghiệm vẫn
được làm tiếp tục trong suốt giai đoạn này ở Canada, Anh, Brazil và Nam Phi.
Tháng 7 năm 1981 một hội thảo quốc tế về bê tông đầm lăn đã được tổ chức
ở thủ đô Luân Đôn, Anh. Đập Willow Creek ở Oregon là đập bê tông trọng lực đầu
tiên được thiết kế và xây dựng bằng các phương pháp thi công đầm lăn. Hiện nay,
một số lượng lớn các đập trọng lực đang ở các giai đoạn quy hoạch, thiết kế khác
nhau sẽ được xây dựng bằng bê tông đầm lăn.
Một số hình ảnh các đập bê tông đã được xây dựng tại Việt Nam và trên thế giới.

Hình 1.2: Ảnh Đập bê tông Krasnoiarxki



Hình 1.3: Đập Miel 1 được xây dựng ở Columbia hoàn thành năm 2002,
là đập bê tông đầm lăn cao nhất thế giới hiện nay (188m)
16



Hình 1.4: Đập Miyagase cao 156m – Nhật Bản.


Hình1.5: Đập Giang Á cao 13m – Trung Quốc
17



Hình 1.6: Đập dâng tràn Cầu Sơn


Hình 1.7: Đập Bái Thượng

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×