phân tích sự cố nứt bề mặt bê tông bản mặt công trình hồ chứa nước cửa đạt

LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin được cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Văn Hùng đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá. Tác giả cũng xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Sau đại học và Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, đông viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp được hoàn thành tốt đẹp. Hà Nội, Ngày 25 tháng 5 năm 2013 TÁC GIẢ Nguyễn Trọng Thế LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Nguyễn Trọng Thế MỤC LỤC MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG VÀ ĐẬP CỬA ĐẠT 2 1.1. Tổng quan về sự phát triển của hình thức đập đá đổ bản mặt bê tông trên thế giới và trong nước 2 1.2. Mặt cắt thiết kế của một số đập đá đổ bản mặt bê tông điển hình và công nghệ thi công 4 1.2.1. Mặt cắt thiết kế của một số đập đá đổ bản mặt bê tông điển hình 4 1.2.2. Điều kiện xây dựng, vật liệu thi công, công nghệ thi công đập đá đổ bê tông bản mặt 14 1.3. Thông số thiết kế cơ bản và tiến độ thi công đập Cửa Đạt 18 1.3.1. Thông số thiết kế cơ bản đập Cửa Đạt 18 1.3.2. Tiến độ thi công đập Cửa Đạt 22 1.4. Kết luận chương 1 24 1.4.1. Ưu điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt 24 1.4.2. Nhược điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt 24 1.4.3. Kết luận 25 CHƯƠNG 2. DIỄN BIỆN QUÁ TRÌNH THI CÔNG PHẦN LÒNG SÔNG VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI CÔNG TÁC TIÊU NƯỚC HỐ MÓNG 26 2.1. Tiến độ khống chế thi công đập chính 26 2.2. Công tác tiêu nước hố móng và trình tự thi công đập phần lòng sông 27 2.2.1. Công tác tiêu nước hố móng 27 2.2.2. Trình tự thi công đập phần lòng sông 32 2.3. Tóm tắt sự cố vỡ đập, công tác khắc phục 33 2.3.1. Tóm tắt sự cố vỡ đập 33 2.4. Kết luận chương 2 37 2.4.1. Đối với công tác tiêu thoát nước hố móng 37 2.4.2. Đối với công tác dẫn dòng thi công 38 2.4.3. Đối với công tác thi công đắp đập 38 CHƯƠNG 3. SỰ CỐ NỨT BẢN MẶT BÊ TÔNG KHI BƠM NƯỚC HỐ MÓNG THƯỢNG LƯU BẢN CHÂN VÀ BẢN MẶT 39 3.1. Mô tả quá trình bơm cạn hố móng thượng lưu bản chân và bản mặt 39 3.2. Sự cố nứt bản mặt bê tông và nguyên nhân 41 3.2.1 Sự cố nứt bản mặt bê tông 41 3.2.2. Nguyên nhân của sự cố nứt bản mặt bê tông 41 3.3. Giải pháp khắc phục thực tế 59 3.3.1. Xử lý vết nứt theo qui phạm đập bản mặt của Trung Quốc 59 3.3.2. Áp dụng xử lý vết nứt cho công trình hồ chứa nước Cửa Đạt 60 3.4. Bài học kinh nghiệm 64 3.5. Kết luận chương 3 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập theo các khu vực 3 Bảng 1.2: Bảng thống kê một số đập trên thế giới và Việt Nam 4 Bảng 1.3: Tên đất đá phân loại của Nga 14 Bảng 1.4: Sức kháng nén của vật liệu đá ứng với chiều cao đập 17 Bảng 1.5: Hệ số cho phép của vật liệu đá 17 Bảng 1.6: Tiến độ thi công 22 Bảng 2.1: Tiến độ khống chế thi công đập chính 26 Bảng 3.1: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T28 45 Bảng 3.2: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T29 45 Bảng 3.3: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T30 46 Bảng 3.4: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T31 46 Bảng 3.5: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T32 47 Bảng 3.6: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T33 47 Bảng 3.7: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T34 48 Bảng 3.8: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T35 48 Bảng 3.9: Thí nghiệm siêu âm kiểm tra vết nứt tấm T36 49 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Biểu đồ tỷ lệ xây dựng đập đá đổ trên thế giới 3 Hình 1.2: Mặt cắt ngang điển hình của đập đá đổ bê tông bản mặt 5 Hình 1.4: Đập Hòa Bình – Việt Nam H=128m 6 Hình 1.5: Đập Alezani trên sông Alezani – Pháp, xây dựng năm 1967-1969 6 Hình 1.6: Đập Axuan trên sông Nin – Ai Cập 7 Hình 1.7: Đập Mexika trên sông Lerma, xây dựng 1927-1929, H=37.5m 7 Hình 1.8: Đập France trên sông Oy, xây dựng 1948; H=20m; b=3m; L=240m; B=32m . 8 Hình 1.9: Đập Tuyên Quang trên sông Gâm, xây dựng 2003; H>20m 8 Hình 1.10: Cấu tạo chi tiết bản chân 9 Hình 1.11: Chi tiết đỉnh đập 10 Hình 1.12: Khớp nối bản chân (khớp ngang) 10 Hình 1.13: Khớp nối chuyển vị bản chân (khớp biên) 11 Hình 1.14: Khớp nối đứng (kéo) 12 Hình 1.15: Khớp nối đứng (nén) 12 Hình 1.16: Khớp nối chuyển vị đỉnh đập 13 Hình 1.17: Khớp nối tường chắn sóng (khớp đứng) 13 Hình 1.18: Mặt bằng tuyến đập chính 20 Hình 1.19: Mặt cắt ngang điển hình đoạn lòng sông 21 Hình 2.1: Mặt bằng thi công mùa lũ năm thứ nhất 27 Hình 2.2: Mặt bằng thi công mùa lũ năm thứ hai 27 Hình 2.3: Mặt bằng thi công mùa lũ năm thứ ba 27 Hình 2.4: Mặt bằng thi công mùa lũ năm thứ tư 27 Hình 2.5: Mặt cắt thi công mùa lũ năm thứ nhất và năm thứ hai 27 Hình 2.6: Mặt cắt thi công mùa lũ năm thứ ba 27 Hình 2.7: Mặt cắt thi công mùa lũ năm thứ tư và năm thứ năm 27 Hình 2.8: Mặt cắt ngang đập mùa lũ năm thứ ba 27 Hình 2.9: Mặt cắt ngang đê quây thượng lưu 27 Hình 2.10: Mặt cắt ngang đê quây hạ lưu 27 Hình 2.11: Mặt cắt ngang đê quây hạ dọc 27 Hình 2.12: bố trí giếng thu nước thượng lưu 29 Hình 2.13: cấu tạo giếng thu nước hạ lưu 30 Hình 2.14: Ống thoát nước đặt dưới tấm bản chân 30 Hình 2.15: Thoát nước theo phương pháp cưỡng bức 31 Hình 2.16: Miệng giếng thu nước phía thượng lưu 31 Hình 2.17 Ống thoát nước D110 nằm ngang 32 Hình 2.18: Gia cố rọ đá phía hạ lưu đập và đỉnh đập trước khi xảy ra sự cố vỡ đập 34 Hình 2.19: Hình ảnh phá hủy rọ đá gia cố mặt hạ lưu công trình 35 Hình 2.20: Toàn cảnh công trình nhìn từ phía hạ lưu sau khi xảy xa sự cố 35 Hình 2.21: Sự phá hủy tấm bê tông cốt thép gia cố mặt thượng lưu đập 36 Hình 2.22: Đập nhìn từ phía thượng lưu công trình sau khi xảy ra sự cố 36 Hình 3.1 + 3.2: phạm vi hố móng thượng lưu bản chân và bản mặt 39 Hình 3.3: thoát nước qua lỗ thoát nước đặt tại bản mặt 40 Hình 3.4: thoát nước qua lỗ thoát nước đặt tại bản chân 40 Hình 3.5: bố trí bơm hút nước hố móng 40 Hình 3.6: bố trí bể nước trung gian bơm nước hố móng 40 Hình 3.7+3.8: hình ảnh vết nứt ngang của bản mặt bê tông 41 Hình 3.9: kiểm tra độ sâu của vết nứt 41 Hình 3.10: Mô hình không gian kết cấu bê tông bản mặt 51 Hình 3.11: Mặt bằng phân chia phần tử 52 Hình 3.12: Hình ảnh mô men uốn M11 (Mmin=-0.316 T.m; Mmax=0.323 T.m) 53 Hình 3.13: Hình ảnh mô men M22 (Mmin=-1.79 T.m; Mmax=0.10 T.m) 53 Hình 3.14: Hình ảnh mô men uốn M11 (Mmin=-0.30 T.m; Mmax=1.64T.m) 54 Hình 3.15: Hình ảnh mô men uốn M22 (Mmin=-1.465 T.m; Mmax=7.276T.m) 54 Hình 3.16: Hình ảnh mô men uốn M11 (Mmin=-11.39T.m; Mmax=227.28 T.m) 55 Hình 3.17: Hình ảnh mô men uốn M22 (Mmin=-56.35T.m; Mmax=1136.54T.m) 55 Hình 3.18: Hình ảnh mô men uốn M11 (Mmin=-11.46T.m; Mmax=227.28 T.m) 56 Hình 3.19: Hình ảnh mô men uốn M22 (Mmin=-56.70T.m; Mmax=1136.54 T.m) 56 Hình 3.20: Đục sờm bề mặt bê tông 61 Hình 3.21: Quét keo lót “SR“ và lớp tạo phẳng “SR“ 61 Hình 3.22: Dán tấm đậy “SR“ 62 Hình 3.23: Cố định giãn cách 2 đầu bằng thép mạ kẽm 50x5mm và bu lông nở tráng kẽm M10x100, a=1m 62 Hình 3.24: Phân vùng thi công xử lý vết nứt xuyên 63 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các đập lớn đã được xây dựng trên thế giới cũng như ở Việt Nam rất phổ biến với nhiều hình thức kết cấu và qui mô khác nhau. Hình thức đập đá đổ bản mặt bê tông cũng đã xuất hiện từ lâu nhưng ứng dụng cho các đập cao thì được phát triển mạnh mẽ gần đây. Những nước xây dựng nhiều đập đá đổ bản mặt bê tông phải kể đến Brasil, Mỹ, Nigieria, Việt Nam và đặc biệt nhiều là Trung Quốc. Tại Việt Nam đập đá đổ bản mặt bê tông đã được xây dựng là các đập: Rào Quán tỉnh Quảng Trị (2005-2006); Tuyên Quang tỉnh Tuyên Quang (2004-2007); Cửa Đạt tỉnh Thanh Hóa (2004-2010). Đặc điểm khác biệt của đập đá đổ bản mặt bê tông là chống thấm nhờ bản chân và bản mặt. Bản mặt bê tông khá mỏng, làm việc trong điều kiện phức tạp về chịu lực và tác động lún mạnh của thân đập nên rất dễ xẩy ra hiện tượng thoát không và nứt. Quá trình xây dựng đập Cửa Đạt cũng đã từng xảy ra một số sự cố đối với bản mặt bê tông. Đề tài nghiên cứu nhằm tìm hiểu và phân tích nguyên nhân sự cố gây nứt bản mặt bê tông trong khi đang thi công và rút ra những bài học thiết thực. 2. Mục đích của đề tài Xác định nguyên nhân gây nứt bản mặt bê tông đập Cửa Đạt trong khi đang thi công; Đánh giá các giải pháp khắc phục và các bài học thiết thực 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Tiếp cận các tài liệu trong và ngoài nước về đập đá đổ bản mặt bê tông, tài liệu thiết kế và thi công thực tế của công trình. Sử dụng phương pháp kết hợp phân tích lý thuyết và kinh nghiệm thi công cùng với các số liệu thu thập hiện trường. 4. Kết quả dự kiến đạt được Đánh giá nguyên nhân chính gây nứt bê tông bản mặt trong thời kỳ thi công; Đánh giá giải pháp thi công và sửa chữa sự cố; Các bài học kinh nghiệm. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG VÀ ĐẬP CỬA ĐẠT 1.1. Tổng quan về sự phát triển của hình thức đập đá đổ bản mặt bê tông trên thế giới và trong nước Đập đá đổ là loại đập vật liệu địa phương do phần lớn khối lượng đắp là vật liệu được khai thác tại chỗ (khai thác ở mỏ vật liệu gần các công trình, đá đào móng hoặc sỏi đá tự nhiên). Việc bố trí các loại vật liệu trong mặt cắt đập là rất quan trọng. Nó quyết định đến tính ổn định trong quá trình làm việc của đập và nhất là tính kinh tế của dự án. Hiện nay, mặt cắt đập đá đổ ngày càng phức tạp và được phân ra nhiều vùng. Tùy theo việc phân bố ứng suất trong thân đập, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của các vùng trong thân đập và căn cứ vào khả năng khai thác vật liệu trong vùng mà mặt cắt ngang của đập sẽ được tính toán để chọn ra mặt cắt hợp lý nhất. Người ta thường tận dụng đất đá đào móng công trình để đắp vào phần thích hợp của đập. Đập đá đổ bê tông bản mặt là một dạng đập trong nhóm đập đá đổ. Đập đá đổ bản mặt bê tông là loại đập cải tiến của đập đá đổ truyền thống (thường được chống thấm bằng tường nghiêng hoặc lõi giữa là đất sét). Đập đá đổ bản mặt bê tông đầu tiên được xây dựng vào năm 1985 tại Califonia – Mỹ. Mái của đập này tương đối dốc (1:1,3 – 1:1,5) do đó tiết kiệm được một lượng lớn vật liệu đắp đập so với đập đá đổ truyền thống. Đập đá đổ bản mặt bê tông thường được áp dụng cho các loại đập cao (H > 40m) và đặt trên nền đá. Việc thiết kế các loại dập đá đổ bản mặt bê tông ban đầu chủ y ếu dựa theo kinh nghiệm và được hiệu chỉnh dần dần. Ngày nay, việc tính toán thiết kế đập đá đổ bản mặt bê tông đã dần được hoàn chỉnh. Đập đá đổ bản mặt bê tông đã được áp dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho cả những đập cao 180m. Đập đá đổ bản mặt bê tông đã được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Đức, Anh, Ấn Độ, Ở Châu Á đập đá đổ bản mặt bê tông được áp dụng cho nhiều công trình thủy lợi, thủy điện lớn ở Trung Quốc. [...]... tấm bản mặt, ngoại trừ các tấm đầu tiên có hình thang hoặc hình tam giác nằm liền kề chân tấm, được thi công bằng phương pháp thủ công trước tấm bản mặt chính Cốp pha trượt có thể đạt được tốc độ thi công 2÷3 m/h, bê tông thường dùng là bê tông đạt mác M20 Mpa và M24 Mpa trong 28 ngày 1.3 Thông số thiết kế cơ bản và tiến độ thi công đập Cửa Đạt 1.3.1 Thông số thiết kế cơ bản đập Cửa Đạt Hồ chứa nước Cửa. .. 1.2.2.3 Công nghệ thi công CFRD Đập đá đổ bê tông bản mặt thường được thi công theo trình tự sau: - Đào móng công trình (đào lớp đất phủ và các lớp đá phong hóa trên mặt) - Đắp đập, kết hợp với khoan phun tại một số vị trí nền cần xử lý - Khoan phụt tạo màng chống thấm và thi công bản chân 18 - Thi công bản mặt kết hợp với một số hạng mục công trình khác trên đập Trong quá trình thi công theo trình. .. thi công: 132.254 m3 - Xả cạn hồ, thi công xong nhà máy thủy điện; Năm Mùa thứ 5 lũ 5% 1230 - Tuy nen 2 - Đắp đập phần còn lại đến cao độ thiết kế, V=496290 m3 P - Đổ bê tông bản mặt tới cao độ 100.0m Mùa lũ - Tuy nen TN2 0.1% 13200 - Tràn xả lũ - Đổ bê tông bản mặt đến cao độ thiết kế - Hoàn thiện công trình 24 1.4 Kết luận chương 1 1.4.1 Ưu điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt Đập đá đổ bê tông bản mặt. .. Thác Bà Việt Nam Chảy Đá đổ tường lõi 46 1964-1975 đất 1.2 Mặt cắt thiết kế của một số đập đá đổ bản mặt bê tông điển hình và công nghệ thi công 1.2.1 Mặt cắt thiết kế của một số đập đá đổ bản mặt bê tông điển hình Đập đá đắp bê tông bản mặt chống thấm CFRD (Concrete Face Rockfill Dams) có cấu tạo chính là khối đá đắp thân đập và phần bê tông bản mặt chống thấm ở thượng lưu Khối đá đắp cũng được chia làm... thân đập, phần bản mặt bê tông cũng bị biến dạng theo Trong giới hạn nghiên cứu của luận văn này, tác giả đi sâu vào nghiên cứu những nhân tố ảnh hưởng tới độ lún của bản mặt bê tông như công tác đắp, công tác tiêu nước hố móng, Từ đó sẽ đưa ra kết luận nguyên nhân gây nứt, và biện pháp thi công hợp lý đảm bảo độ lún an toàn của bản mặt bê tông 26 CHƯƠNG 2 DIỄN BIỆN QUÁ TRÌNH THI CÔNG PHẦN LÒNG SÔNG... đổ bản mặt bê tông mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây và đã được áp dụng cho một số công trình như: công trình thủy điện Na Hang (Tuyên Quang), công trình thủy lợi – thủy điện Quảng Trị và công trình thủy lợi – thủy điện Cửa Đạt (Thanh Hóa) Các nguyên lý tính toán và qui định áp dụng cho những công trình trên của nước ta thường dựa vào các qui phạm và kinh nghiệm đã áp dụng thành công. .. thi công Đặc biệt đối với công trình đập đá đổ bê tông bản mặt thì vấn đề tiêu nước hố móng càng cần được cói trọng và chú ý hơn Do đó, trong công tác thoát nước hố móng chúng ta cần lưu ý những đề sau: 28 2.2.1.1 Vấn đề thoát nước tổng thể cho hố móng đập Việc thoát nước nền đập trong quá trình thi công đào hố móng và thi công tuyến bản chân, thi công đắp đập các loại vật liệu và kể cả sau này thi công. .. nước để nền không bị ngâm nước phá hoại đá nền và đảm bảo khi đổ bê tông nền được khô ráo Phía thượng lưu hố móng bản chân (bên ngoài khu vực đổ bê tông) , nổ mìn tạo hố bơm để thu nước và đặt bơm bơm nước qua đê quây thượng lưu Hố bơm này được thu duy trì suốt trong quá trình thi công đổ bê tông tấm bản chân, đắp đập và thi công tấm bản mặt ... 121,33 km Mực nước dâng bình thường: 110,00 m Mực nước chết: 75,00 m Dung tích chết (Wc): 294,00x106 m3 Dung tích hữu ích (Whi): 1.070,8x106 m3 Dung tích phong lũ: 300,00x106 m3 Loại đập: Đập đá đổ bản mặt bê tông Cao độ đỉnh đập: 121,3 m Cao độ đỉnh tường chắn sóng: 122,5 m Chiều cao đập lớn nhất: 103,00 m Chiều dài đập: 740,00 m Mặt bằng và mặt cắt ngang điển hình của đập chính công trình Cửa Đạt 20 35... thiết kế +121.3; khối lượng thi công 496290 m3 Tuy nen TN2; tràn Mùa lũ xả lũ; Hoàn thiện công trình Q=13200 m3/s Trình tự thi công đập được thể hiện qua các giai đoạn như sau: (xem hình vẽ 2.1 ÷2.11 kèm theo) 2.2 Công tác tiêu nước hố móng và trình tự thi công đập phần lòng sông 2.2.1 Công tác tiêu nước hố móng Đối với các công trình xây dựng thủy điện nói chung vấn đề tiêu nước hố móng luôn luôn được . 3.2. Sự cố nứt bản mặt bê tông và nguyên nhân 41 3.2.1 Sự cố nứt bản mặt bê tông 41 3.2.2. Nguyên nhân của sự cố nứt bản mặt bê tông 41 3.3. Giải pháp khắc phục thực tế 59 3.3.1. Xử lý vết nứt. không và nứt. Quá trình xây dựng đập Cửa Đạt cũng đã từng xảy ra một số sự cố đối với bản mặt bê tông. Đề tài nghiên cứu nhằm tìm hiểu và phân tích nguyên nhân sự cố gây nứt bản mặt bê tông trong. với công tác thi công đắp đập 38 CHƯƠNG 3. SỰ CỐ NỨT BẢN MẶT BÊ TÔNG KHI BƠM NƯỚC HỐ MÓNG THƯỢNG LƯU BẢN CHÂN VÀ BẢN MẶT 39 3.1. Mô tả quá trình bơm cạn hố móng thượng lưu bản chân và bản mặt