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

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 44TINH TOAN BAN MAT “ 2.1 Phương pháp tinh ứng suất và biến dang bản mặt 4 2.1.1 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 46 21.3 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 THUY ĐIỆN XEKAMAN 3 52

3.1.1 Nhiệm vụ của công trình 23.1.2 Quy mô công tình 33 3.2 Hình thức kết cau bản mặt 55 3.3 Trường hợp tinh toán 563.3.1 Tiêu chuẩn tính toán 56

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 2007tặt 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,

Hình 1.27:Bản mặt của đập Châu Thụ Kiều (78m) bị sập gây khi chịu áp lực nước.39 Hình 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 50

Hình 3,6:Chuyển vị theo phương đứng (rm) 6iHình 3.7: Chuyển vị theo phương ngang (m) “inh 3.8: Chuyển vị theo phương ngang do ấp lực nước (rm) 6Hình 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.

“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 tếcủa bản mặt dip đá d bản mặt bê ông.

= Tìm hiểu và ứng dụng các phương pháp tinh toán để phân tích ứng suất biểndạng 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 trong công trình thủy điện XêKaman 3 ~ CHDCND Lào và ứng dụng các kiến thức tiếp thu 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 trong công 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 giới Việt 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 nhiênphải 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) và đất 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 ngàcảng 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 1874 [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 minh được 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 quá trình thi công đập CERD sẽ giảm bét nhiều và việc xây dựng loại hình đập nay sẽ ngày cảng phát triển ở nước ta, Từ thành công và những kinh nghiệm rút ra từ công tác 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 thường duge 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 phânthành 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 lu2 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 thưởngđược 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 hơn vật liệu đào từ móng công trình hoặc khai thác với giá thành rẻ hơn

SÑU \ o 2

St wingers an S02) eing se Me may bat, 108) ving a ab GB Ving tae

EE Watt Se vaca

Hình 1.10: Mặtit ngưng thân đập dip bằng cuội sói1.1.3.2 Phân loại theo chẳu cao

“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 khi đđã 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 đập

‘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, đầmn ở thân đập vàbản 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 đắp thượng lưu và khối đá đắp hạ lưu Khối đá đắp thượng lưu đòi hỏi yêu cầu ky thuật cao 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 bản chân Bản mặt cũng được chia làm nhiều tắm ni với nhau bằng khớp nỗi dọc với cấu 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 chit kéo còn bản mặt ở vùng giữa chịu nén theo phương trục đập, nên khớp nồi dọc cũngđược chia kim khớpchịu 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 được cầu tạo từ cát cuội sói hoặc đá xay và được dim nên chất như tiêu chuẳn của lớp đêm dưới bản mặt, nó còn có tác dụng như một lớp lọc khỉ cỏ sự cổ hư hỏng củakhớp 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 có tng phủ khá day, ví dụ đập Na Lan ở Trung Quốc (cao 109m), đập Toulnustoue ở Canada (cao 75m), đập Reccc của Áo (cao 122m) Trong tinh huống này, để chặn đồng 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 toán thông 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 lưu Lớp 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 do Sherard đề nghỉ được dùng rất phổ biển Trong thinh phần cấp phối đó, các hạt có đường 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 hạt lớn 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 được dùng khá phd biến dưới khớp nỗi biên Nó được dim đến trang thái chật hom để một mặt 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 đệm Đường 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 đáứng, đámềm và cuội sỏi Các loại da ding dip dip có th là đá vô, đá cát kết, đã tut rant v.v, Vật liệu dng dp khối đá chính cin đảm bảo các yêu edu: kích thước đã lớn nhất không vượt quá chiễu diy lớp đá dip, thường D, 7800 + 1000mm: hàm lượng 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 thoát nước 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 qua thí nghiệhiện trường vào thời gian it diu dip đập, Hầu hết dip ở hiện trường đều được khống chế bởi các thông số đắp và bằng sự quyết định dung trọng khô với phương pháp đảo hỗ thí nghiệm bổ sung Qua các kết quả thu được, người ta thấy ring dung trọng khô của đã đắp thường nằm trong khoảng từ 1.79 Tim’ đến 2,39

“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, tốt nhất là sử dụng các loại đá phún xuất và đã biển chất: sức kháng nén của đá sau 50 tấn 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 đã

Bi dip vào thân đập ngoài việc phải nằm trong đường bao vật liu phải dâm bảo 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 vàkhông 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 sự điều khiển của thiết bị quan trắc bằng laze

Viang thân đập chính (3B, 3C) được đắp theo từng lớp và sử dụng các thết bị máy 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 trên với 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 đập được 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 bêtông 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 cuộisỏi 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 toán chưa 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 một công 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 khả

1g chịu lực và tuổi thọ của nó.

~ Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như trình độ thi công cao hơn đập đá đỗ thông 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: bản chân thường được đặt trên lớp đá tốc Nén khối đá đắp có thé đặt trên lớp đá phong hoá 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 hoặcchịu tác động bắt thường mạnh, ví dụ rút nước đột ngột trong hỗ chứa, động đấtmạnh vv.

1.1.10 Vấn đề thấm.

Đập CFRD có những khớp nối cấu tạo đặc biệt như đã đề cập trên Do đó, trong quả trình Kim việc của dp lượng nước thắm qua thân đập hẳu như không

đáng kể Tuy nhiên với đập cuội sỏi có đặc tính cấp phối không liên tục, nếu thân

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 trong của 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 thândap sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trang thái ứng suất biến dang của bản mặt BE tránh biển dạng không đều của bản mặt theo phương trục đập, người ta chia bản mặt thành các tắm cỏ chigu rộng như nhau bằng các khớp nỗi chạy từ định xuống chân đập (theo chiều vuông góc với trục đập) gọi là khớp nối dọc Trong phạm vi luận văn 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 nancao 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 đến0.40%,

2 Những yêu cầu kỹ thuật

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

- 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, theo yêu cầu cũng cổ thể trộn thêm phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết ban đầu Lượng phụ 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 lớnnhất 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 vàicát, 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 khí4p phải nhỏ hơn 0,50, nếu ởvũng 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 ming khác phi lim thí nghiệm để quyết định

= Khe thi công nằm ngang phải căn cứ vào điều kiện th công, thoả min yêu cầu 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 bin mặt bẽ tông đã thay đổi nhận thúc về ứng xử của bản mặt và thay đổi quan điểm về cách bé trí (hép trong bản mặt Trước kia người ta quan niệm khối đá đổ đã được nén kỹ nên sau khi đấp xong hằu như tắt lún và với kích thước đồ sộ của nó áp lực 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 thi không phải như vậy

Hình 1-13 biểu diễn kết quả quan trắc kin ở 3 điểm 9, 10, 11 nằm ở khoảng giữa 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 Khéu

Nhin 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,

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

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 bản chân

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 hitượng 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 diễnqui tính toán xác định vàng bị hing của bản mặt đổUn 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 mặt Điểm 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 mỏngnhưng không thé lain luôn áp sit vào mặt mái dốc khi mái đốc trong quả trình biển dạng 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 dạng hoặc nứt đổ là nhiệt độ, Bản mặt ắt mỏng, nhiệt độ bên ngoài thay đổi, nhiệt độ chênh lệch trong một ngày lớn đều làm nhiệt độ ở bản mặt giêm xuống nhanhchenảnh rà ứng suất kéo lớn dẫn đến nút bản mặt

1.3.2 Các hitượng 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 đậpcác 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 rút nước 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)