Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng xử và giải pháp kết cấu nhằm nâng cao an toàn của bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông có chiều cao lớn

CFRD là loại đập cải tiến của đập đá đỏ truyền thống thường được chống.thắm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là đất st, Mai của đập loại này tương đổi dốc 1: 1,0 + 1: 1,5 đo đó tiết kiệ

MỤC LUC

3.2 Phuong phap nghién 0u 6

4 Kết UA dat 11.77 7

Chong Lanes eee 8

TONG QUAN VE DAP DA DO BAN MAT BE TONG cscecsssesssseeseeseesteseesteeseees 8

1.1 Khai niệm chung về đập CFRD va sự phát triển của nó trên thé giới và Việt

0 “— 8

1.1.1 Tinh hình xây dựng đập CFRD trên thé giới -¿ s+s¿+: 8

1.1.2 Tinh hình xây dựng đập CFRD ở Việt Nam ee eecceeseceteeeseeeeneeeees 12

II Na ion 09006 14

1.1.6 Vật liệu xây dựng đập - c SH TH HH HH ng kg hệt 18 1.1.7 Công nghệ thi công đập CERL 5 3c 3+ +EEseererersrsrrersee 21

1.1.8 Ưu, nhược điểm của đập CERD cecceccecscsssessessesssesessessesssessessessesseeses 22 1.1.9 Van đề 6n định trượt c::-©2++t+c2xvttExtttrktrrtttrrrrrtrrrrrirrrrrree 23

1.2 Đặc điểm của bản mặt và những yêu cầu kỹ thuật của nó trong xây dựng

h)090 30011277 — 24

1.2.2 Những yêu cầu kỹ thuật ¿-2¿©52+2S222E2EEE2EESEE2EECEEerkrerkrrree 25 1.3 Ứng xử thực tế của bản mặt, các hiện tượng hư hỏng và các giải pháp nâng

cao an toàn cho bản mmặt - << 2E E122 1186111 953111111 8355111 E935 1 kg 26

1.3.2 Các hiện tượng hư hông của bản mặt 31

1.3.3, Các giải pháp nâng cao an toàn cho bản mặt 40

Chương 2 44 TINH TOAN BAN MAT “2.1 Phương pháp tinh ứng suất và biến dang bản mặt 42.1.1 Tinh toán kết cầu theo phương pháp phần tử hữu hạn “2.1.2, Trình tự giải bài oán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 4621.3 So lược giới thiệu về phần mềm SAP2000 46

2.14, Tỉnh toán bản mặt của dap đá đổ bản mặt bê tông bằng phương pháp,

PTHH sl

“Chương 3 32

UNG DUNG TÍNH BAN MAT CUA DAP CFRD TRONG CONG TRINH THUYĐIỆN XEKAMAN 3 52

3.1.1 Nhiệm vụ của công trình 2 3.1.2 Quy mô công tình 333.2 Hình thức kết cau bản mặt 553.3 Trường hợp tinh toán 56 3.3.1 Tiêu chuẩn tính toán 56 3.3.2 Mô hình tính toán 56

3.3.3, Các chỉ tiêu cơ lý 7

3.3.4 Trường hợp tính toán 5g

3.3.5 Kết quả tính toán 58

3.4 Nhận xét 65 Chương 4 %6KẾT LUẬN VÀ KIEN NGHỊ 664.1 Những kết quả đạt được của luận văn 664.2 Kiến nghị và tồn tại 66

‘TAI LIEU THAM KHẢO 67

DANH MỤC HÌNH VE

"Hình 1.1: Đập Bê tông bản mặt (CERD) Shuibuya — Trung Quốc, cao 233m.

Hình 1.2: Đập Cirata ~ Indonesia ~ cao 125m.

Hình 1.3: Đập Zipingpu — Trung Quốc, cao 156m

inh 1.4: Đập Foz Do Aria ~ Brazil, cao 160m.

Hình 1.5: Thi công bản mặt đập Tuyên Quang,

Hinh 1.6: Thi công đợt 1 bản mặt bé tông đập Cửa Đạt

Hình 1.7: Thượng lưu đập Rio Quan

Tình 1.8: Mật cắt ngàng điển hình đoạn lòng sông: Cửa Dat

Hình 1.9: Mặt cắt ngang thân dip dip bằng đá cứng

Hình 1.10: Mặt cắt ngang thân đập dip bing cuội sôi.

Hình l.lI:MặI cit ngang điễn hinh của CERD

inh 112: Cu tạo chỉ tiết chân thượng lưu đập

Hình 1,13:Két qua quan trắc lún của đập Tây Bắc Khẩu

inh 1.14:Két quả quan ắc độ võng bản mặt của đập Tây Bắc Khẩu

Hình 1.15:Chuyén vị và mô men uốn của bản mặt của đập Uhe Machadinho.

Hình 1.16:Kết quả tính toán xác định ving thoát không của bản mặt đập Thiên Sinh Kiều

"Hình I.17:Các khu vye bị "thoát không” của bản mặt đập Thiên Sinh Kiểu

‘inh 1.18:Niit bản mặt của đập Tây Bắc Khẩu,

‘Hinh 1.19:Nứt bản mặt của đập Thiên Sinh Kiều (các vết nứt đã được xử lý)

Hình I.20:Nứt bản mặt đổ đợt 1 của đập Thủy Bồ 0

Hình 1.21: Nút bản mặt của đập Aguamilpa (đường nét độn),

inh 1.22:Nii dẫn đến sập gẫy bản

Hình 1.23:Quá trình mực nước và lún của đập Campos Novos từ 2005 đến 2007

tặt của đập Campos Novos.

Hình 1.24:Lún, chuyên vị ngang của thân đập va độ võng của bản mặt

"Hình 1.25:Céc khu vực bị "thoát không” của bản mặt đập Thiên Sinh Kiểu

‘Hinh 1.26:Áp lực nước trong hồ tác dụng vào bản mặt thời kỳ vận hành,

30 30 32 32 33

33

Hình 1.27:Bản mặt của đập Châu Thụ Kiều (78m) bị sập gây khi chịu áp lực nước.

39Hình I.28:Phẳng bản mặt đổ đợt | của đập Thuỷ BS O về

đập 39

inh 1.29:Ap lực nước rong thô

lưu khi dp tếp thân

tác dụng vào bản mặt thời ky thi công 40'Hình L.30:Bổ trí cốt thép ha lớp cho ban mat đập Cita Đạt 4

Hình 2.1; Cửa số khai báo vật liệu 48

Hình 22: Cửa sổ khai báo tt diện 49

inh 2.3: Cửa số khai bio ti trong 49

Hình 24, b,c: Biểu diễn kết quả chuyển vi, ứng suắt nội lực 50Hình 2.5: Mô hình tín toán 51 Hình 3.1: Mat et dap điễn hình 35 inh 3.2: Mặt bằng các tắm bản mặt 56Hình 3.3: Mô hình đập va nền STHin 3.4: Ứng suất $11(T/m2) 59

Hình 3.5: Ứng suất S22(T/m2) 60

Hình 3,6:Chuyển vị theo phương đứng (rm) 6i Hình 3.7: Chuyển vị theo phương ngang (m) “ inh 3.8: Chuyển vị theo phương ngang do ấp lực nước (rm) 6 Hình 3.9: Biểu đồ moment của bản mặt 6

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 1.1; Một số đập đá đổ bản mặt bê tông cao trên 100m trên thé giới

Bảng 1.2: Cấp công trình theo chiều cao đập và tính chất

Bang 1.4: Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập,

Bang 1.5: Hệ số mềm hoá cho phép của vat liệu đá.

Bang 1.6: Độ lún của một số đập trên thé giới.

Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất đá dap đập và dit nền

Bang 3.2: Chỉ tiêu cơ lý của bê tông bản mặt.

15 20 20 37

5

58

“Tính cấp thiết cũa để tài

Bin mặt của dip đồ đổ bản mặt bể tông (CFRD ~ concrete face ockfill dam)

chỉ giữ vai rd chống thắm lậu nước từ thượng lưu về họ lưu, nhưng nếu bj nt hoặc

én hình thành dong thắm trong thân đập, cu:

Sắp gây dẫn

làm rỗng thân đập thì sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trong, thậm chí vỡ đập Vili do

đó, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm tim hiểu ứng xử thực tế của bản mặt,những khác biệt so với nguyên lý thiết kế hiện ti, trên cơ sở đó tim giải pháp nâng

cao độ an toàn cho bản mặt nói riêng và đập nói chung.

2 Mye dich của đề tài

- Tiếp cân các nghiên cứu hiện có để nắm được đầy đủ hơn vé ứng xử thực tế của bản mặt dip đá d bản mặt bê ông.

= Tìm hiểu và ứng dụng các phương pháp tinh toán để phân tích ứng suất biển dạng của bản mặt dưới tác động của các nguyên nhân bên ngoài.

- Tìm hiểu và đề xuất các giải hấp nâng cao an toàn cho bản mặt

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận

~ Thủ thập va tim hiểu các ti liệu liên quan ở trong và ngoài nước.

- Nghiên cứu hỗ sơ thiết kế kỹ thuật 2 của đập đá đồ bản mặt bé tông trongcông trình thủy điện XêKaman 3 ~ CHDCND Lào và ứng dụng các kiến thức tiếpthu được phân tích trạng thái ứng suất bién dang cho bản mặt của đập này Bản mặt

và lớp đệp của đập được mô tả như hai loại vật liệu đặc tỉnh khác nhau và coi như.

liên kết với đập, Mô hình tính toán là tuyỂn tính

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu, đúc kết và nghiên cứu ứng dụng.

- Ứng dụng để tính toán cụ thể cho bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông trongcông trình thủy điện XêKaman 3.

Kết quả đạt được

“Tổng kết được các nghiên cứu hiện có và ứng dụng được tính toán vào công.trình đập dé dd bản mặt bê tông XeKaman 3 Kiến nghĩ giải pháp kết cfu nâng cao

an toàn cho bản mặt

Chương 1

TONG QUAN VE DAP ĐÁ ĐÓ BAN MAT BÊ TONG

1.1 Khái niệm chung về đập CFRD và sự phát triển của nó trên thé giớiViệt Nam

1.1.1 Tinh hình xây dựng đập CERD trên thể giới

CCERD (Concrete Face Rockfill Dams) có lịch sử phát triển từ ắt lầu đồi, loại

đập này lần đầu tiên được xây dựng ở California (Mỹ) vào năm 1960, Tuy nhiên phải từ những năm 1980 trở di kiểu đập này mới phát triển mạnh mẽ, do công ne

thi công dip đá đầm nén phát triển Barry Cooke là người đầu tiên nghiên cứu

loại đập bản mặt bê tông hiện đại vào năm 1984 vả vào năm 1989 ICOLD đã có.

những khuyến nghị vé kiểu đập này Tờ đó loại đập này được nhiều nước mạnh dạn

áp dụng, nhất là Trung Quốc, Brazil, Úc, Mêhicô Ở Châu A đập đá đổ bản mặt bê

tng được áp dụng xây dựng cho nhiều công trình thủy lợi, thủy điện lớn ở Trung

“Quốc Trung Quốc đã có những nghiên cứu và thành công nhất định trong lĩnh vực

xây dựng loại đập này Hiện nay đây là một trong các loại đập đang phát triển mạnh

nhất thể giới

CFRD là loại đập cải tiến của đập đá đỏ truyền thống ( thường được chống.thắm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là đất st), Mai của đập loại này tương đổi

dốc (1: 1,0 + 1: 1,5) đo đó tiết kiệm được một lượng lớn vật liệu đắp đập so với đập

đã đổ tmuyền thống Đập CFRD thường áp dung cho các loại đặp cao ( H>40m) vàđất tên nền đá, Việc thiết é các đập CERD ban đầu chủ yếu dựa trên kinh nghiệm

va được hiệu chính dan dẫn Đến nay việc thiết kế và thi công đập ngày càng hoàn.thiện hơn, đập cao và quy mô của công trình ngà cảng lớn, phát triển (hành một

loại hình đập mới, phong phú và có sức cạnh tranh, Đập CERD cao nhất trên thể

giới hiện nay đã đạt tới chiều cao 233m li đập Shuibuya ở Trung Quốc.

Với những wu điểm nồi bật, đập CFRD đã được ứng dung rộng rãi ở các nước

phát triển như Mỹ, Úc Nhưng sau đó được xây dựng đặc biệt nhiều và với chiề

sao lớn ở ắc nước đạng phát tri như Trung Quốc, Brazil, Mehico và ngày càng

<duge hoàn thiện về phương pháp tính toán cũng như công nghệ xây dựng.

“Bảng 1.1: Một số đập đá dé bản mặt bé tong cao trên 100m tên thể giới

STT | Ten đập “Tên nước cao đập (em)

1 |Shubuya Trang Quốc 233

2 | La Yesea Mexico 210

3 | Aguamilpa Mexico 187

4 [Tianshenggiao “Trang Quốc 180

5 | Fox deAreia Brazil 160

14 | Golillas Colombia Tân

TS | Khao Laem Thai Lan 130

16 | Shiroro Nigeria 130

17 | Giraia Indonesia I5

IS | Reece te Te

19 | Neveri Venezuela HH

20 [Paadela BS Đào Nha ID

21 [Rama Nam Tư ID

23 | Cethana We Tio

33 | Batang Ai, Sarawak ‘Malaysia 110

“Các hình từ 1.1 đến 1.4 tinh bày một số hình ảnh đập CERD trên thé giới.

Hình 1.3

1.1.2, Tình hình xây dựng đập CFRD ở Việt Nam

Đập CERD mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây và hiện

44 được áp dụng cho một số công trình như thủy điện Tuyên Quang (2002), đập cao

92m, thủy điện Rao Quán (Quảng Tri, 2002), đập cao 78m và công trình Cita Đạt

(Thanh Hoá, 2004), đập cao 117m Tuy vậy nó đang dẫn từng bước chứng minhđược tính wu việt của nó so với các loại đập khác, nhất là các loại đập cao, Với công.nghệ và trang thiết bị thì công ngày cảng hiện đại, các khó khăn phit sinh trong quátrình thi công đập CERD sẽ giảm bét nhiều và việc xây dựng loại hình đập nay sẽngày cảng phát triển ở nước ta, Từ thành công và những kinh nghiệm rút ra từ côngtác khảo sắt, thiết kế va thi công trong công trình đập CERD như Rao Quán, Tuyên

Quang, Cửa Đạt, chúng ta hi vọng hang loạt các công trình sử dụng đập CFRD sẽ được xây dựng rộng ri ở Việt Nam.

“Các hình ừ 1.5 đến 1.8 trình bày một số hình ảnh đập CERD ở Việt Nam

cao trình +117

Hình 1.7: Thượng lưu đập Rào Quản

1.1.3 Phân loại đập CERD.

Hiện nay đập CERD chưa có nhiều loại, nhìn chung việc phân loại thườngduge dựa vio các tiêu chí sau:

1.1.3.1 Phân loại theo vật liệu dip đập

Dựa vào vật liệu ding để đắp đập là đá cứng hay cuội sỏi mà người ta phân thành 2 loại là:

~ Đập đá dé bản mat có thân đập được dip bằng đá cứng, loại đập này thường.duge phân ving vật liệu trong mặt cắt ngang như hình 1.9.

14) Tầng phủ thượng lui 7 (30) Ving đãđồhạ lu

2 0) Ving ga venng 5 (0) Bảo vệ mal bẻ li

32A) Vũng tig độm, 8 ina ct biến độn giữa ving 6 và ving 7

- (2B) Vùng ing dom de bist (dang tam ae - gee ty Đuộc vào vàtlệuvàchiềucaođầp)

5 BA) Vong qua đó 10 3) Vùng a hồi (hoá ne chân địp)

8 08) Vùng tán đặp chôn, T Bản mạtbãtổng

Hình 19: Mat edt ngang thân đập dip bằng đá cứng

= Đập đá dé bản mặt có thân dip được dip bằng cội si, loại đập này thưởng được phân vùng vat liệu trong mặt cắt ngang như hình 1.10.

Đập da đỗ bản mặt bê tông thân dip bing đá cứng thường cỏ hệ số mãi đập

thượng, hạ lưu (1: 1,0 + 1: 1,4) nhỏ hơn so với hệ số mái của thân đập bằng cuội sỏi

(1:15 + 1: L6) Tuy nhiên thân đập dip bing cuội sỏi tận dụng được nhiều hơnvật liệu đào từ móng công trình hoặc khai thác với giá thành rẻ hơn

“Theo chiều cao đập, tiêu chain thiết kể đập đắt đá kiểu đằm nén (SDI 218 ~ 84) của Trung Quốc đã phân thành 3 loại

~ Đập thấp: chiều cao đập H < 30m

- Đập vừa: chiều cao đập H từ 30 * 70 m

~ Đập cao: chiều cao đập H > 70m.

0 đây chiều cao đập được tinh từ dinh đập đến vị tri sâu nhất của nn sau khiđđã don sạch hỗ mồng

1.1.3.3 Phân loi theo cấp công tinh

“Theo tiều chuẩn xây dựng Việt Nam ( TCXDVN 285:2002) thi chiễu cao đậpđất đá được xác định như ở bảng 1.2

Bing 1.2: Cấp công trình theo chiéu cao đặp và tính chất nén

Cấp thiết kếLoại công trình Loại đất nền

I " „TW

A >100 | 70= 100 |25=70 | 1025 |< 10 Bap vật liệu đất, đá có

>1§ |35:75 |I5:35 |8: 15chiều cao lớn nhất (m)

c >ã0 [25250 [15225 [8z 15

‘at nền chia thành 3 nhóm diễn hình:

Nhóm A: Nền là đá

[Nhdm B: NÊn là đt cát, đất hạt thô, đắt st ở trạng thái cứng, nữa cổng

Nhóm C: Nên là đất sét bão hod nước ở trang thái dẻo,

“Chiều cao đập tính từ mặt đập đến vị trí nền thấp nhất sau khi dọn sạch mồng.Nhân xét

Vì đập đá đỗ hầu như chỉ xây dựng trên nên đá ( yêu cầu nên cao hơn đập dat)

do vậy cũng cổ thể hiểu đập ấp I, I i đập cao, đập cấp Ila loại vừa, đập cấp IV:

V là đập thấp.

1.1.4 Chu tạo các bộ phận của đập CERD

Bap CFRD có cấu tạo chính là khối đá cắp phối dip, đầm n ở thân đập và bản bé lông + tiếp mắc cao phủ trên bE mặt mái thượng lưu để ngăn nước thấm

‘qua đập Khối đã dip cũng được chia lâm nhiều ving khác nhau như những đập đá

đồ thông thường tùy thuộc vio các loại đá dùng trong thân đập Phin tiếp giáp giữa

"bản mặt bê tông và khối đá đắp là lớp đệm (diy tử 2m đến 3m) và lớp chuyển tiếp(dày 4m), Mat cắt ngang điển hình của đập CERD được biểu diễn trong hình 1.11

chú nách

Hình 1.11-Mặt cắt ngang điển hình của CFRD

Đã dip trong thin đập thường được phân thành hai khối chính: khối đá đắpthượng lưu và khối đá đắp hạ lưu Khối đá đắp thượng lưu đòi hỏi yêu cầu ky thuậtcao hơn khối đã dp hạ lưu, cụ thé là cường độ kháng nón lớn hơn 30Mpa cho khối

thượng lưu, còn khối hạ lưu chi yêu cầu bing hoặc nhỏ hơn 30 Mpa, có nơi đã ding

khối da 10 Mpa với điều kiệ

nước hạ lưu Phạm vì tip giáp hai khối đá này có th thay đổi ty thuộc tỉnh chất

p hạ lưu có cường độ khẳng né nằm trên mực

của từng công trình: chiều cao đập, vật liệu đắp đập, điều kiện nền vv Phin chân

hạ lưu đập có thể bổ khối đá đổ cổ kỉch thước lớn hơn trong thân đập để tang khả

năng én định cho đập.

Bản mặt bê tông có tie dung chống thắm cho đập và được liên kết với nền

qua bản chân Tại điểm tiếp giáp giữa bản mặt va bản chân được bổ tri khớp nồi

biên h 12a đảm bảo ngăn ding thắm khi có chủ dịch giữa bản mặt và bảnchân Bản mặt cũng được chia làm nhiều tắm ni với nhau bằng khớp nỗi dọc vớicấu tạo cần thiết để đảm bảo không phát sinh đồng thắm từ thượng lưu về hạ lưu khi

có sự chuyển dich khắc nhau giãn các tắm bản mặt Do bản mặt ở ving vai đập chitkéo còn bản mặt ở vùng giữa chịu nén theo phương trục đập, nên khớp nồi dọc cũng được chia kim khớp chịu kéo (h.1.12b) và khớp nổi chịu nên (h.l.12€)

a) bì

“Hình 1.12: Cấu tạo chi tiết chân thượng lưu đập.

Dé tăng độ an toàn về thắm cho khu vực tiếp giáp giữa bản mặt và bản chân,người a bổ trí một ting độm đặc biệt ngay sau hg lưu bản chân, Tầng đệm này đượccầu tạo từ cát cuội sói hoặc đá xay và được dim nên chất như tiêu chuẳn của lớpđêm dưới bản mặt, nó còn có tác dụng như một lớp lọc khỉ cỏ sự cổ hư hỏng của khớp ni giữa bản mat và bản chân

1.1.5 Điều kiện xây dựng đập CFRD

"VỀ cơ bản, điều kiện để xây dựng đập CFRD cũng tương tự như đập đá đổ

thông thường, Đập CFRD đòi hỏi phải thực hiện một khối lượng công tác dat đá lớn

bao gồm: khai thác, vận chuyển, đắp vật liệu vào thân đập Đặc biệt đối với đập cao

thì ti trong truyền xuống nên khá lớn, nên đồi hỏi nén phải có đủ độ bền va ít biến

dang So với đập bê lông và dip đất, đập CERD có yêu cầu nỀn hông cao Tuy

vây, phần lớn các đập đã được xây dựng cho đến hiện nay vẫn được chọn đặt trên

nền đá IIB hoặc IIA, một số đập được chọn đặt trên nền đá IB

Cũng cần nói thêm là một số ít dip CERD cũng đã được xây dung ở v tí cótng phủ khá day, ví dụ đập Na Lan ở Trung Quốc (cao 109m), đập Toulnustoue ởCanada (cao 75m), đập Reccc của Áo (cao 122m) Trong tinh huống này, để chặnđồng thim qua ting phủ phải làm một tường bê tông đủ dầy nổi bản chân với ting

“đá nằm dưới tang phủ

1.1.6 Vit ligu xây dựng đập

Trước hết phải có đủ vật liệu để dip các khối cho thản đập như: đủ, đất làm

lõi, cát, sỏi lọc (có thể tận dụng đất đảo mồng) vv thường thi vẫn phải tinh toánthông qua luận chứng hiệu quả kinh tế và tài chính.

1.1.6.1 Vật ậu làm lớp đệm và ving chuyển tiếp

Lớp đệm thường có chiều diy không đổi và được chọn theo kinh nghiệm,thường không nhỏ hơn 3m Lớp chuyển tiếp có chiều dy không đổi từ 3 + 4m, Khi

thi công, lớp đệm va lớp chuyển tiếp thường được thi công đồng thời, chiều cao của.

lớp đổ thường lấy bằng nửa chiều chiều cao của lớp đá đỗ của khối đã thượng lưuLớp đệm trong thân đập CERD dược bố tí ngay dưới tắm bản mặt bê tông.

“Tác dụng của lớp đệm là tạo bé mat sảng phẳng” cho bản mặt bê tông đông thời nó.cũng có tác dụng hỗ trợ phòng thắm Hiện nay cấp phối ý tưởng cho lớp đệm doSherard đề nghỉ được dùng rất phổ biển Trong thinh phần cấp phối đó, các hạt cóđường kính nhỏ hơn 5mm có him lượng cao, nó thường chiếm từ 35% đến 55%,các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,Lmm chỉ chiếm từ 2% đến 1 % Đường kinh hạtlớn nhất D, ” 80mm, Cấp phối này thoả mãn yêu cầu nữa thẳm và lọc các hạt bụi

Lớp đệm thường được làm bằng hỗn hợp cát cuội sỏi hoặc đá xay có cắp phối liên

tục Điểm yếu nhất của đập CFRD là thủng khớp nổi biên dẫn đến thắm nghiêm.trong Do vậy một vũng dm đặc biệt với vật liệu hạt min có D, =40mm đượcdùng khá phd biến dưới khớp nỗi biên Nó được dim đến trang thái chật hom để mộtmặt giảm độ lún, mặt khác có thể hạ chế, 16 ri xuất hiện qua khốp abi biên

'Vùng chuyển tiếp cũng được làm bằng hỗn hợp cát cuội sỏi hoặc đá xay có cấp.

phối liên tục Tuy nhign tỷ lệ hạt lớn tong vùng chuyỂn tiếp cao hơn lớp đệmĐường kinh hạt lớn nhất D 7300mm Vũng chuyển tiếp này được bổ trí ở giữa

lớp đệm và vùng đá đắp chính Nó có tác đụng như một lớp lọc tránh sự rửa trôi các

hạt nhỏ từ lớp đệm vào ving đá chính.

1.1.6.2 Va liệu đắp đá thân đập

Vật lig đá dip thân đập có thể dùng đã cứng h 1c kết hợp giữa đá ứng, đá mềm và cuội sỏi Các loại da ding dip dip có th là đá vô, đá cát kết, đã tutrant v.v, Vật liệu dng dp khối đá chính cin đảm bảo các yêu edu: kích thước đãlớn nhất không vượt quá chiễu diy lớp đá dip, thường D, 7800 + 1000mm: hàmlượng các hạt có đường kính nhỏ hơn 25mm không vượt quá 50%; hàm lượng các.

hat có đường kính nhỏ hơn 2mm không vượt quá 10%; đá đỗ phải có đặc tính thoátnước dễ dàng Thành phần cắp phối của vật liệu đá đắp thân đập cũng phải liên tục

“Các chỉ tiêu của đá thông thường được xác định dựa vào các kinh nghiệm thực

tế hiện có được nêu trong các tiêu chuan, quy phạm, sau đó xem xét điều chỉnh quathí nghiệ hiện trường vào thời gian it diu dip đập, Hầu hết dip ở hiện trườngđều được khống chế bởi các thông số đắp và bằng sự quyết định dung trọng khô vớiphương pháp đảo hỗ thí nghiệm bổ sung Qua các kết quả thu được, người ta thấyring dung trọng khô của đã đắp thường nằm trong khoảng từ 1.79 Tim’ đến 2,39

Tím”

“Cổc loại đã mềm và cuội ai thường được ding dip trong ving giữa dip và hạ

lưu đập, Sự lún của khối đá hạ lưu ảnh hưởng rất nhỏ đến tắm bản mặt bê tông nên

yéu cầu về chất lượng của nó không đôi hồi cao như khối đá chính

“Có thể sử dụng các loại vật liệu đã khai thác hay ly từ hồ mồng công trình, tốtnhất là sử dụng các loại đá phún xuất và đã biển chất: sức kháng nén của đá sau 50tấn nhúng nước và 26 lần phơi khô ty theo chiều cao dip được phân theo bảng 1.3

Bảng 13: Sức khẳng nén của vật liệu đá ứng với chu cao đập

TT Chiều cao đập (m) | Sức kháng nén Tm")

T <s 3000

? 35275 3000 + 6000.

3 375 6000 = 8000

Theo “ Cooke and Serard, 1987" thi chỉ yêu cẳu cường độ > 3000 Tim?

Hệ số mềm hoá trong điều kiện khô gid và bão hoà phụ thuộc vào tùng loại đãnhư ở bảng 14.

Bang 1.4: Hệ số mềm hoá cho phép của vật liệu đổi

TT Ten đã Hệ số mềm hoá

i Đã phn xuất và biến chất 09

Da tram tích 08

Bi dip vào thân đập ngoài việc phải nằm trong đường bao vật liu phải dâmbảo hệ số không đều hạt 9 = Da/D¡s không nhỏ hơn 5 và không lớn hơn 25,

Ving chuyển tiếp đã đắp có cấp phối hạt nằm từ giới hạn trên đến giới hạn

trung bình, Các vùng khác từ giới bạn trung bình đến giới han dưới, Đôi với lớp gia

cỗ mái hạ lưu đường kinh tính toán của viên đã không được nhỏ hơn 45cm và không lớn hơn 100m.

7 Công nghệ thi công đập CFRD

Đập CFRD thường được thi công theo trin tự sau:

~ Do móng công tinh đảo lớp đt phủ và ác lớp đá phong hoá rên mat

- ip đập, kết hợp với khoan phut tai một số vị tí nén cin xử lý

+ Thi công bản chân và khoan phụt tạo màng chống thắm

- Thi công bản mặt kết hợp với một sé hạng mục công trình khắc trên đập

“Trong quá tình thi công theo trình tự trên, tai mỗi hạng mục công trình cần áp

dụng các biện pháp thi công thích hợp đẻ đạt được các yêu cầu thiết kế Các biện.pháp thường ding trong quá trình thi công:

1.1.7.1 Tạo mãi và đẫm đá

Ving ting đệm (2A) cần được đầm nền đặc biệt để đạt modun cao, tạo lớp,đệm đồng đều cho tắm bản mặt Thết bị thường dùng là dim con lan kết hợp rung,chiều day lớp rải cho một lần đầm phụ thuộc vào thiết bị dim, thưởng là 20 + 25em

Bề mặt ¢ ig đệm (2A) cần được tinh chỉnh trong khoảng 5 ~ 15cm độ phẳng thi

KẾ, ĐỂ đạt được điều này thường sử dụng máy xúc đặt ngay trên định đập dưới sựđiều khiển của thiết bị quan trắc bằng laze

Viang thân đập chính (3B, 3C) được đắp theo từng lớp và sử dụng các thết bịmáy móc như đối với đập đá đỗ truyền thông

1.1.7.2 Thí công tắm bản mặt bê tông.

Dùng cốp pha trượt để tiễn hành thi công các tắm bản mặt từ dưới lên trênvới bộ phận giữ và kéo tắm bản mặt tại 2 tdi máy đặt trên định đập, ngoại trữ các

tắm đầu tiên có hình thang hoặc hình tam giác nằm kể bản chin, hoặc 2 vai đậpđược thi công bằng phương pháp thủ công trước tắm bản mặt chính

Cp pha trượt cổ thể đạt được tốc độ thi công 1 = 2mgiờ với b mặt 12m, bê

tổng dày từ 40:60mm Bê tông thường dùng là loại đạt cường độ 25 đến 30 MPa

trong 28 ngày:

1.1.8 Ưu, nhược điểm của đập CERD

1.1.8.1 Ue điểm của đập CFRD

- Tân dụng được các vật liệu tại chỗ, đặc biệt có thé tin dụng đá đảo mồng

tràn, đường ham, nha máy thủy điện để đắp đập Ít phải sử dụng vật liệu hiểm hoặc.

vân chuyển tir xe tối nên nhìn chung đập CERD có giá thành thấp hơn các loại dip

Khác như đập bể tông trong lực, đập vòm, đập bản chồng đặc biệt những vị

đựng công trình hiểm đất có đủ tiêu chun đắp đập đt thi đập CERD sẽ có hi

kinh tế hơn,

quả

~ Có khả năng cơ giới hoá cao quá trình khai thác đá, vận chuyển và dip đập,

sổ thé thi công ngay cả trong mủa mưa Do toàn bộ dòng thắm đã được bản mặt bê tông ngăn lại và phần đá đắp trong thân đập được dim nén chật nên hệ số ổn định

của mái thượng hạ lưu đập khá cao và mái đập có thể nhỏ ( m= 1,4 = 1,5) dẫn đến

xây đựng ngay trên nén cất cuội sỏi lòng sông, mà phẩn lớn khối lượng cất sỏi không phải bóc bỏ khi đắp đập.

“Trong quá trình xây dựng đập có thé cho nước tràn qua đập dang xây dé nên vấn đề

dẫn đông kh lưu lượng dẫn đồng lớn có thể được giải quyết với giá thành rẻ

1.1.8.2 Nhược điển của đập CERD

~ Đập CFRD là loại đập mới (nhất là ở nước ta) nên các lý thuyết tinh toánchưa thật hoàn chỉnh, chủ yếu được thiết kế và thi công theo kinh nghiệm

= Trong thân đập có nhiễu ving vật liệu, mỗi vùng có các chỉ tiêu cơ lý khác

nhau Do vậy phân bố ứng suất và biến dang trong thân đập phức tạp, hiện tượng,treo ứng suất hoặc biến dang quá mức gây nên đứt gay thủy lực đã xây ra ở mộtcông trình ngay cả khi ở cột nước thấp, đặc biệt khi sự chênh lệch lớn về mô đuyn.biến dạng giữa các lớp vật liệu kể nhau

~ Bản mặt bê tông chịu tác động của nhiều yếu tổ, nhất là nó được tựa lên khối

đã đệm phía dưới bản mặt vừa mới được xây dựng xong sẽ có độ lún không đều.Tắm bản mặt bê tông được thi công bằng ván khuôn trượt nên cường độ tăng nhanh,lượng nhiệt tod ra lớn có thể làm chất lượng bé tông kém, làm ảnh hưởng đến khả1g chịu lực và tuổi thọ của nó.

~ Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như trình độ thi công cao hơn đập đá đỗthông thường.

1.1.9 Vấn đề én định trượt

Đập CERD có yêu cầu vé dia chit nén cao hơn đập đất đá thông thường: bảnchân thường được đặt trên lớp đá tốc Nén khối đá đắp có thé đặt trên lớp đá phonghoá mạnh hoặc trên lớp đá có mô đuyn biến dạng tương đương với mô đuyn biến.đang của khối đã dip Do các đặc điểm này mà ở đập CFRD không xây ra hiện

tượng trượt sâu Tuy nhiên do mái đập thường có độ đốc lớn nên có thé phát sinh.

các cung trượt try tròn ở mái đập, nếu chất lượng đầm nện không đảm bảo hoặc chịu tác động bắt thường mạnh, ví dụ rút nước đột ngột trong hỗ chứa, động đất mạnh vv.

dập phát sinh thắm tập trung có thé dẫn đến nước thắm các hạt nhỏ đi, thậm chí

bị xói mòn Dé tránh sự cổ đó, ngoài việc làm tốt bản mặt và hệ thống chấn nước

ống thắm thứ bai Quy định cắp

phối phải liên tụ, kết cấu nội bộ ổn định Bem cuội sỏi có cỡ hạt nhỏ hàm lượng

của nó, yêu cầu ting đệm có tác dụng tới tuyến cl

cao đắp ở hạ lưu vũng

1.111, VẤn đề ứng suất, biển dạng

Dưới tác dụng của trọng lượng bản than, khối nước ở thượng hạ lưu, tải trongcủa các thit bị và cúc loại xe di trên mặt đập v bản mặt, thân dip và nn trong

mối quan hệ làm việc đồng thời với nhau sẽ sinh ra ứng suất và biến dạng Do bản

mặt tựa hoàn toàn lên thin đập nên trạng thái ứng suất biến dạng của nén và thân dap sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trang thái ứng suất biến dang của bản mặt BE tránhbiển dạng không đều của bản mặt theo phương trục đập, người ta chia bản mặtthành các tắm cỏ chigu rộng như nhau bằng các khớp nỗi chạy từ định xuống chânđập (theo chiều vuông góc với trục đập) gọi là khớp nối dọc Trong phạm vi luậnvăn này, tác gi tập trang vào việc phân tích để làm rõ biển dang và ứng suất của

bản mat bé tông nhằm đề xuất giải pháp nan cao an toàn của bản mật,

t và những yêu cầu kỹ thuật cia nó trong xy dựng

12.1 Đặc điểm cia bin mặt bê tông

Bản mặt bê tông ở phía thượng lưu của đập đã dé là kết cầu bê tông cốt thép

có tác dụng chống thắm, Chiều dây bản mặt phải thoả mãn các yêu cầu sau

- Đủ chiều day đi

là 0.3m.

5 tri cốt thép và khớp nồi chống thắm, chiều đây nhỏ nhất

~ Gradient thm không vượt quá 200

- Cảng mỏng cing tắt, để ting sự mềm dẻo của bản mặt và giảm giá thành

sông tình

dầy của bản mặt ở định lấy bằng 0.30m, và lớn din về

kỳ kế từ định đập được tinh theo công thức.

Bản mặt bê tông phải có độ lưu động, tinh chống min, chẳng thắm tốt Mác

bê tông bản mặt không lấy thấp hơn C25 Cốt thép bản mặt thông thường được bổ.trí một lớp theo hai hướng, và đặt ở chính giữa chiều day bản mặt, hàm lượng thép theo phương mái dốc thường là 0,40%+0,50%, theo phương ngang bằng 0,30 đến 0.40%,

2 Những yêu cầu kỹ thuật

~ Phải căn cứ vào biến dạng của đập và điều kiện thi công để chia khe, phânđoạn bản mặt Thông thường khoảng cách giữa các khe thing đứng được ấy từ 12.+18m,

- Bản mit giáp hai vai đập thường bổ tr khớp nỗi chịu kéo, khu vực giữa dip

bố tr khóp ndi chịu nén

~ Bê tông bản mặt phải trộn thêm phụ gia sinh khí, phụ gia giảm nước, theoyêu cầu cũng cổ thể trộn thêm phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết ban đầu Lượngphụ gia và vật liệu trộn thêm phải qua thí nghiệm để xác định

- Bê tông cho bản mặt phải dùng cắp phối vậtiệu với đường kính cỡ đ lớn nhất không lớn hơn 40 mm Cát dùng cho bản mặt lượng ngậm nước không quá 3%, him lượng bùn đất không quá 2%, mô đuyn độ mịn nên trong phạm vỉ 24 £ 28, Độ

âm của đá không vượt quả 2%, hàm lượng bùn đắt phải nhỏ hơn 1%

~ Trong bê tông bản mặt nên trộn thêm muội than để cải thiện tính lưu động

„ng ướt Có thể dùng nhiều vật liệu thay thé, dé giảm bớt lượng xi mang vài cát, cải thiện tính năng của bê tông,

- Ty ệ N/X của bê tông bản mặt nếu ở vùng

;u dùng máng trượt để đỗ bê tông thì độ sụt phải

thoả mãn yêu cầu thi công, độ sụt trước máng trượt nên là 3 + 7 cm Lượng khí

4p phải nhỏ hơn 0,50, nếu ở vũng lạnh giá phải nhỏ hơn 0,45, À

trong bê tông không chế ở mức 4% - 6%.

- Bê lông bản mặt nê dũng xi ming Paclan phd thong Nếu dig loại xi mingkhác phi lim thí nghiệm để quyết định

= Khe thi công nằm ngang phải căn cứ vào điều kiện th công, thoả min yêucầu chắn nước tạm the giai đoạn

- Néu bản mặt quá dài phải phân đợt 46 bé tông bản mặt, khe thi công phải để

6 vi tí thấp hơn định khối dp, it nhất Sm

ing xử thực té của bản mặt, các hiện tượng hư hong và các giải pháp nâng.cao an toàn cho bản.

1.3.1 Ứng xử thực tế của bản mặt.

Sau khi xây dựng nhiều đập cao vio những năm 90 của thế ky 20, qua quan

trắc và tính toán kiểm trụ giới chuyên môn trong Tinh vực xây dựng đập đá đồ binmặt bẽ tông đã thay đổi nhận thúc về ứng xử của bản mặt và thay đổi quan điểm vềcách bé trí (hép trong bản mặt Trước kia người ta quan niệm khối đá đổ đã đượcnén kỹ nên sau khi đấp xong hằu như tắt lún và với kích thước đồ sộ của nó áplực nước thượng lưu sẽ gây chuyển vị ngang về phía hạ lưu không đáng kế Do đó.ban mặt như không chịu uốn trong suốt quả trinh làm việc Nhưng thực t thikhông phải như vậy

Hình 1-13 biểu diễn kết quả quan trắc kin ở 3 điểm 9, 10, 11 nằm ở khoảnggiữa chiều cao của đập Tây Bắc Khẩu cao 95m, là dip đá đổ bản mặt đầu tiên được

xây dựng ở Trung Quốc, khởi công năm 1987, kết thúc đỏ bản mặt tháng 6

nămL989, thing 9 năm 1991 bit đầu th nước

1 SERA AAT 262.00 n ROAM

“Hình 1.13:KẾt qué quan trắc lin của đập Tay Bắc KhéuNhin trên hình vẽ này có thé thấy 6 năm sau khi xây dựng xong và bắt đầu tích.nước lún vẫn chưa tt, mà điểm 9 là điểm nằm gần mặt thượng lưu cia dip, nơi có

ban mặt tựa vào.

Hình 1-14 biểu diễn kết quả quan trắc độ võng của bản mặt cũng cia dip này,trong đó

+ 1 8 kết qua quan trắc ngày 26 thing 9 năm 1991 khi mực nước trong hỗ ở

Hình 1.14:Két quả quan trắc độ võng bản mặt của đập Tây Bắc Khẩu

Nhớ

đến độ võng của bản mật, cụ thé là độ võng ứng với đường 6 quan trắc năm 1995 có

vào hình vẽ này có th thấy biến dạng của đập có ảnh hưởng quan trong

giá trị lớn hơn độ võng ứng với đường 4 quan trắc 2 năm trước đó khoảng 20mm,

mặc dit mực nước khi quan trắc đường 6 thấp hơn khi quan trắc đường 4 đến Ten,

“Trưởng hợp bản mặt tiếp xúc chặt chẽ với ting đệm và khối đá đỗ hầu như.không còn chuyển vị do trong lượng bản thân thi bản mặt chỉ bi uỗn nhiễu ở khu

vực gần bản chân Hình 1-15 biểu di

võng và mô men uốn cho bản mặt của dip Uhe Machadinho cao 125m ở Brazil Kết

kết quả đo đạc và tính toán góc xoay, độ

‘qui nghiên cứu này đã đưa đến khuyến cáo đặt 2 lớp cốt thép ở khu vực gin bảnchân

Biều đỏ mỏ men của bản mật Biểu dB mö men cua ban mat dogn gin khớpbiên

Hình 1.15:Chuyén vị và mé men udn của bản mặt của đập Uhe Machadinho

Điểm gây bit lợi nhất cho bản mặt là bản mặt vả mặt thượng lưu của khối đá

thân đập có chuyển vị lún và chuyển vị ngang không như nhau ở một hoặc một vải

vũng nào đó làm cho bản mặt không tựa được vào ting đệm khi chịu áp lực nước

hoặc thậm chí ngay tải trọng bản thân của nó để truyền các tác động này cho thân

đâp, trong khi bản mặt quá mỏng mà lại chỉ được bổ trí một lớp cốt thép ở chính

giữa chiều diy của nó nên không da sức chịu các tác động này và do đó bị nứt hoặc

thậm chí bị sip gãy Giới chuyên môn Trung Quốc gọi hi tượng này là hiện tượng

“thoát không", có nghĩa l mat dưới bản mặt bị hing, không được tựa vào ting đệm

Hình 1-16 biểu diễn qui tính toán xác định vàng bị hing của bản mặt đổ

Un 1 vin 2 của ip Tiên Sinh Kiu (hang Quốc) so 178m, phải nh Kip

tiếp thân đập sau khi dé bản mặt ên vi trong.

lượng đá dip thêm làm mặt mái dốc bi võng so với đường thiết kế Kết quả nay

cũng trùng hợp với vùng thoát không đo đạc tại hiện trường nằm ở gần đình của bản

“Thông qua kết quả nghiên cứu tinh toin và do đạc thực tế tại hiện trường,người ta ý thức được càng rò hơn về nguyên nhân và mức độ uốn của bản mặtĐiểm đầu tiên thay đổi về nhận thie là lún của thân đập không tắt sau kh thi công

xong ma còn kéo đài một số năm sau khi tích nước vì tính chất lưu biến hoặc từ

biến (ereep) của vật Hộ 4 dip dip Điểm nhân thức thứ hai là bản mặt tuy mỏng nhưng không thé lain luôn áp sit vào mặt mái dốc khi mái đốc trong quả trình biểndạng không còn phẳng như thiết kế, dẫn đến có chỗ tiếp xúc có chỗ không

Ngoài ra, một yếu tổ không kém quan trong làm cho bản mặt bị biển dạnghoặc nứt đổ là nhiệt độ, Bản mặt ắt mỏng, nhiệt độ bên ngoài thay đổi, nhiệt độchênh lệch trong một ngày lớn đều làm nhiệt độ ở bản mặt giêm xuống nhanh chen ảnh rà ứng suất kéo lớn dẫn đến nút bản mặt

1.3.2 Các hi tượng hư hỏng của bản mặt

Nứt của bản mặt là hư hong thường gặp nhất với đập đá dé ban mặt bê lông.

m\ gia coi việc xây ra nút bản mặt là dig "ait yêu”tắt yếu” ở đây phản ảnh một thục tắt khó tránh vì bê tông là vật liệu có tính

đồng đều không cao lại chịu ảnh hưởng nhiều của các tác động bên ngoài rất khó

kiểm soát như mưa nắng thất thưởng, nhiệt độ môi trường biến đổi, khối đ đỗ tuy

được đầm nén kỹ nhưng vẫn còn biển dạng, bê tông lại là vật liệu cứng, khả năng

"bản mặt lại rất lớn, thông thường lên đến hằng vạn mét

chịu kéo rất kém, điện.

vuông Các hình từ hình 1-18 đến hình 1-22 cho hình ảnh nứt bản mặt của một số

đập ở Trung Quốc như Tây Bắc Khẩu (cao 95m), Thiên Sinh Kiều (cao 178m),

“huỷ Bồ Ô (cao 232m) và

‘Campos Novos (Brazil, cao 202m) Nhìn trên ảnh chụp có thé thấy bản mặt của đập

các nước khác như Aguamilpa (Mehico, cao 187m),

Campos Noves bị nứt đặc sm trọng Tình buồng này xảy ra do sau khi phatệt nại

hiện thấy rò rỉ lớn qua thân đập, lưu lượng đo được ở hạ lưu lên tới 15001/, đã rútnước khỏi hồ chứa từ cao trình 618m xuống cao trình 481m, tức là 137m nước,trong một thời gian ngắn (đoạn dánh dẫu bằng mũi tên trong hình 1-23) làm phát

sinh áp lực nước đẫy ngược vào bản mặt, din đến bản mặt bi nứt nghiêm trng và

thậm chí sat cả khối đá đổ bên trong hình 1-22.

"Hình 1.18:Nữt bản mặt của dip Tây

“Hình 1.19:Niet bản mặt của đập Thiên Sinh Kiéu (cúc vắt mứt đã được xứ lý)

Se «se

“Hình 1.21: Nút bản mặt của đập Aguamilpa (đường nét dim)