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

Cách ti ếp 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.. T ổng quan về sự

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

Nguy ễn Trọng Thế

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

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

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

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

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 2.14: 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

M10x100, a=1m 62 Hình 3.24: Phân vùng thi công xử lý vết nứt xuyên 63

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp 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 M ục 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 ti ếp 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 K ết 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

CHƯƠNG 1

T ỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG VÀ ĐẬP CỬA ĐẠT 1.1 T ổng quan về sự phát triển của hình thức đập đá đổ bản mặt bê tông trên

th ế 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 ho ặc 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 yếu 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

Đập đá 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 cho các công trình cùng loại của Trung Quốc

Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập theo các khu vực

Bảng 1.2: Bảng thống kê một số đập trên thế giới và Việt Nam

Tên đập Qu ốc

gia

Trên sông

Lo ại đập Chi ều cao

1.2.1 M ặt 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 nhiều phần khác nhau như

những đập đá đổ thông thường tùy thuộc vào các loại đá dùng trong thân đập Phần

tiếp giáp giữa bê tông bản mặt và khối đá đắp là lớp đệm (dầy từ 2m đến 3m và lớp

chuy ển tiếp dầy 4m) Hai lớp này được cấu tạo bằng cát cuội sỏi đầm chặt với cấp

phối phù hợp Mặt cắt ngang điển hình của CFRD như sau:

mnln 2

11 mnln

Hình 1.2: M ặt cắt ngang điển hình của đập đá đổ bê tông bản mặt 1-(IA) Tầng phủ thượng lưu; 2-(IB) Vùng gia trọng; 3-(2A) Vùng tầng đệm; 4-(2B) Vùng đệm đặc biệt; 5-(3A) Vùng quá độ; 6-(3B) Vùng thân đập chính; 7-(3C) Vùng đá đổ hạ lưu; 8-(3D) Bảo vệ mái h ạ lưu; 9-Vùng có thể biến dạng giữa vùng 6 và vùng 7; 10-(3E) Vùng đá thải (thoát nước chân đập); 11-Bản mặt bê tông

Một số mặt cắt đập trên thế giới và Việt Nam:

Hình 1.3: Đập Nuresk trên sông Vakhs – Nga H=300m 1-Lõi đất; 2-Lớp lọc (d=0.5mm; d=0-50mm); 3-Lăng trụ bằng sỏi cuội nhỏ; 4–Gia cố mái bằng đá

nổ mìn; 5-Bề mặt đê quai; 6-Thiết bị quan trắc; 7-Màng chống thấm; 8-Bệ phản áp bằng bê tông; 9-Đá cát kết; 10-Đá cát bột kết; 11-Đá bột kết; 12-Cát cuội sỏi

Hình 1.4: Đập Hòa Bình – Việt Nam H=128m Đặc tính chủ yếu: Chiều dài đỉnh đập 640m; Chiều rộng đáy đập 740m; Chiều rộng đỉnh 20m; Dung tích toàn bộ 9.45 kmP

Hình 1.5: Đập Alezani trên sông Alezani – Pháp, xây dựng năm 1967-1969 H=65m; b=5m; L=155m; B=234m 1-Màn chống thấm bằng 3 lớp bê tông nhựa đường; 2-Lớp đệm bằng đá d=25-125mm; 3-Đá đổ (D<10 kg=8%, D>500 kg =25%); 4-Đá đổ kích thước lớn; 5-Răng bê tông; 6-Màn chống thấm khoan phun xi măng sâu 45m; 7-Lỗ giảm áp; 8-Đá thạch anh

Hình 1.6: Đập Axuan trên sông Nin – Ai Cập 1- Lõi đất; 2-Hành lang kiểm tra; 3-Cát đầm chặt; 4-Cát lọc đường kính d=5mm; 6-Cát đầm chặt; 7-Đá d=150mm + cát sạch; 8-Cát đầm chặt; 9-tầng lọc 3 lớp (d=40-150mm dầy 1m, d=5-35mm

d ầy 0.5m, cát d>1.5mm dầy 1m); 10-đầm chặt; 15-Đống đá tiêu nước; 16-Lỗ giảm áp; 17-Màn chắn khoan phun xi măng; 18-Lớp đất sét; 19-Đá thả rối; 20-Đá dăm d=40-150mm; 21-Đá lớn gia

c ố mái; 22-Cát có kích thước khác nhau; 23-Cuội và đá tảng xen lẫn cát; 24-Lớp chuyển tiếp cát pha, sét pha, cát kết; 25-Đá gốc

Hình 1.7: Đập Mexika trên sông Lerma, xây dựng 1927-1929, H=37.5m 1-Bản mặt bê tông cốt thép; 2-Bê tông khối (3x1.3)m; 3-Đá xếp độ rỗng 20%; 4-Đá xếp độ rỗng 20% nhưng yêu cầu thấp hơn (3); 5-Đá xếp độ rỗng 25%; 6-Đá xếp độ rỗng 30%; 7-Lớp gia cố hạ lưu; 8-Đá cuội; 9-Đá phún trào; 10-Đá bazan

Hình 1.8: Đập France trên sông Oy, xây dựng 1948; H=20m; b=3m;

L=240m; B=32m 1-Bê tông bản mặt; 2-Đá xây khan; 3-Đá đổ; 4-Lớp gia cố hạ lưu; 5-Lưới thép chống nứt; 6-Tường răng; 7-Lỗ khoan phun

Hình 1.9: Đập Tuyên Quang trên sông Gâm, xây dựng 2003; H>20m

Đá đắp trong thân 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 kỹ thuật cao hơn khối đá đắp hạ lưu (cường độ kháng nén lớn hơn 30 Mpa cho khối thượng lưu, còn khối hạ lưu chỉ yêu cầu bằng hoặc nhỏ hơn 30 Mpa, có nơi đã dùng khối đá đắp

hạ lưu có cường độ kháng nén 10 Mpa với điều kiện nằm trên mực nước hạ lưu) Phạm vi

tiếp giáp của hai khối này có thể thay đổi tùy thuộc tính chất của từng công trình: chiều cao đập, vật liệu đắp đập, điều kiện nền, Phần chân hạ lưu công trình có thể bố trí khối đá đổ

có kích thước lớn hơn trong thân đập để tăng khả năng ổn định cho đập

Bê tông bản mặt có tác dụng chống thấm cho đập và được liên kết với nền qua bản chân Tại điểm tiếp giáp giữa bản mặt và bản chân được bố trí khớp nối biên đảm bảo ngăn dòng thấm khi có chuyển dịch giữa bản mặt và bản chân Bản mặt cũng được chia làm nhiều tấm bằng các khe lún (khớp nối) dọc để đảm bảo không phát sinh dòng thấm từ

thượng lưu về hạ lưu khi có sự chuyển dịch khác nhau giữa các tấm bản mặt

Để đảm bảo cho sự ổn định của phần tiếp giáp giữa bản mặt và bản chân, người ta bố trí một tầng đệm đặc biệt ngay sau hạ lưu bản chân Tầng đệm này được

cấu tạo từ cát, cuội, sỏi hoặc đá xây và được đầm nện chặt như tiêu chuẩn của lớp đệm dưới bản mặt Ngoài ra tầng đệm đặc biệt này còn có tác dụng như một lớp lọc khi có sự cố của khớp nối giữa bản mặt và bản chân

Một số chi tiết điển hình về đập đá đổ bản mặt bê tông:

q

Hình 1.10: C ấu tạo chi tiết bản chân

Hình 1.11: Chi ti ết đỉnh đập

Hình 1.12: Kh ớp nối bản chân (khớp ngang)

Hình 1.13: Kh ớp nối chuyển vị bản chân (khớp biên)

6 Vùng chèn nhựa “SR“ 400 cm2 13 Gỗ thông quét át phan

7 Chèn bằng chất dẻo 14 Bó cao su chống thấm Fi 150 mm

Hình 1.16: Kh ớp nối chuyển vị đỉnh đập

Hình 1.17: Kh ớp nối tường chắn sóng (khớp đứng)

1.2.2 Điều kiện xây dựng, vật liệu thi công, công nghệ thi công đập đá đổ bê tông

b ản mặt

1.2 2.1 Điều kiện xây dựng đập CFRD

Về cơ bản, điều kiện để xây dựng CFRD cũng tương tự như đập đá đổ thông qua thường Cũng như đập đá đổ, CFRD đòi hỏi phải thực hiện một khối lượng công tác đất đá lớn bao gồm: khai thác, vận chuyển, đắp vật liệu vào thân đập Đặc

biệt đối với đập cao thì việc chuyển tải trọng lên nền khá lớn cho nên đòi hỏi nền

phải có đủ độ bền và ít biến dạng

Theo quy phạm “SDJ 218-84“ thì tổng đổ lún của đập không được vượt quá 1% chiều cao đập

Với các lý do trên, điều kiện quyết định để xây dựng CFRD về định tính là:

Đá nền đảm bảo yêu cầu cần thiết, bị lún ít dưới tác dụng của tải trọng ngoài Đập

đá đổ có yêu cầu của địa chất cao ở vị trí đặt lõi đập Tất cả các đập đá đổ được xây

dựng ở nước ta thì lõi đập đều được đặt lên lớp đá IIA-IB, đối với đập loại vừa đến

thấp hoặc ở vị trí sườn đồi có thể đặt trên lớp IB-IAR 2 R, vật liệu đá đổ có thể đặt trên

lớp IAR 2 R-IAR 1 R (tên g ọi của các loại đất đá được lấy theo hệ thống phân loại của Nga)

Bảng 1.3: Tên đất đá phân loại của Nga

H ệ thống Q (Banon)

E kG/cm P

2

G ọi tên theo bi ến

d ạng CHUTI 2.02.02-85

đá

X ếp

lo ại Tên ch ất lượng đá

t ốt

C ực kỳ tốt

C ấu tạo của lớp đệm và lớp chuyển tiếp:

Lớp đệm thường có chiều dầy không đổi và được chọn tùy theo thiết bị và phương pháp thi công Chiều dầy này thường không nhỏ hơn 3m khi thi công bằng máy hoặc có thể giảm xuống còn từ 1÷1,5m khi thi công bằng thủ công hoặc máy

nhỏ Lớp chuyển tiếp thường được thi công đồng thời, phần tiếp giáp giữa hai lớp thường được đầm kỹ hơn để đảm bảo sự không phân lớp

1.2.2.2 V ật liệu đắp thân đập

Vật liệu đắp thân đập có thể dùng đá cứng hoặc kết hợp giữa đá cứng, đá mền

và cuội sỏi Các loại đá dùng đắp đập có thể là đá vôi, đá cát kết, đá granit,

Quy trình kỹ thuật của khối đá đổ chính không phải chặt chẽ lắm Nó chỉ cần đảm bảo các yêu cầu: Kích thước đá lớn nhất không vượt quá chiều dầy lớp đá đắp, thường DR max R=800÷1000 mm; hàm lượng các hạt có đường kính nhỏ hơn 25mm không vượt quá 50%; hàm lượng các hạt có đường kính nhỏ hơn 2mm không vượt quá 10%; đá đổ phải có đặc tính thoát nước dễ dàng Thành phần cấp 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 chuẩn, quy phạm, sau đó sẽ xem xét mà điều

chỉnh qua thí nghiệm hiện trường vào thời gian bắt đầu đắp đập Hầu hết đắp ở hiện trường đều được không chế bởi các thông số đắp và bằng sự quyết định dung trọng khô, người ta thấy rằng dung trọng khô của đá đắp thường nằm trong khoảng từ 1,79 T/mP

loại vật liệu đã khai thác hay lấy nó từ hố móng công trình, tốt nhất là sử dụng các

loại đá phún xuất và đá biến chất: sức kháng nén của đá sau 50 lần nhúng nước và

26 lần phơi khô tùy theo chiều cao đập được phân theo bảng sau

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

Theo “Cooke and Serard, 1987“ thì chỉ yêu cầu >3000 T/m2

Hệ số mềm hóa trong điều kiện khô gió và bão hòa phụ thuộc vào từng loại

Đá đắp vào thân đập ngoài việc phải nằm trong đường bao vật liệu thì cần

phải đảm bảo hệ số không đều hạt η: 5 ≤ η=D60/D10 ≤ 25

Vùng chuyển tiếp đá đắp có cấp phối hạt nằm từ giới hạn trên đến giới hạn trung bình, các vùng khác từ giới hạn trung bình đến giới hạn dưới

Đối với lớp gia cố mái thượng hạ lưu thì đường kính của viên đá không được

nhỏ hơn 45 cm và không lớn hơn 100 cm

1.2.2.3 Công ngh ệ 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

- Thi công bản mặt kết hợp với một số hạng mục công trình khác trên đập Trong quá trình thi công theo trình tự trên, tại mỗi hạng mục công trình cần áp

dụng các biện pháp thi công thích hợp để đạt được các yêu cầu theo thiết kế Các

biện pháp thường dùng trong quá trình thi công là:

a) Bi ện pháp cắt tỉa và lu đá

Vùng tầng đệm (IIA) cần được đầm nén đặc biệt để đạt modun cao, tạo lớp đệm đồng đều cho tấm bản mặt Thiết bị thường dùng là đầm con lăn kết hợp rung, chiều dày lớp rải cho một lần đầm phụ thuộc vào thiết bị đầm, thường là 250 mm

Bề mặt tầng đệm (IIA) cần được tinh chỉnh trong khoảng 50÷150 mm độ

phẳng thiết kế Để đạt điều này thường sử dụng máy xúc đặt ngay trên đỉnh đập dưới sự điều khiển của thiết bị quan trắc bằng laze

Vùng thân đập chính (IIIB; IIIC) được đắp theo từng lớp và sử dụng các thiết

bị quan trắc như đối với đập đá đổ truyền thống

b) Bi ện pháp xây dựng tấm bản mặt

Dùng cốp pha trượt để tiến hành thi công các 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 s ố thiết kế cơ bản và tiến độ thi công đập Cửa Đạt

1.3.1 Thông s ố thiết kế cơ bản đập Cửa Đạt

Hồ chứa nước Cửa Đạt thuộc huyện Thường Xuân tỉnh Thanh Hóa Công trình đầu mối dự kiến xây dựng trên sông Chu tại xã Xuân Mỹ huyện Thường Xuân

tỉnh Thanh Hóa, có tọa độ địa lý vào khoảng 105P

Bắc cách thành phố Thanh Hóa 70 km về phía Đông Nam Đầu mối hồ chứa có ba

cụm công trình chính: Cụm công trình đầu mối đập chính Cửa Đạt, cụm đầu mối

Dốc Cáy, cụm đầu mối Hón Can Cụm công trình đầu mối đập chính Cửa Đạt gồm

có các hạng mục công trình chủ yếu: Đập chính, tràn xả lũ, tuy nen dẫn dòng và kết

hợp xả lũ thi công, cầu qua sông và các hạng mục công trình thứ yếu khác

1.3.1.1 Nhiệm vụ chính của công trình

Giảm lũ với tần suất 0,6%, bảo đảm mực nước tại Xuân Khánh không vượt quá 13,71 m (lũ lịch sử năm 1962)

Cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng 7,715 mP

Kết hợp phát điện với công suất lắp máy N = (88:97) MW

Bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh thái với lưu lượng Q=30,42 mP

3

P

/s 1.3.1.2 Một số thông số của hồ chứa

Diện tích lưu vực: 5.708 km2

Mực nước lớn nhất thiết kế p=0,1%: 119,05 km

Mực nước lớn nhất kiểm tra p=0,01%: 121,33 km

Mực nước dâng bình thường: 110,00 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

Hình 1.18: M ặt bằng tuyến đập chính

25 30

a9

a12 K

Hình 1.19: M ặt cắt ngang điển hình đoạn lòng sông

200

60-300 500

300 300

1000

200 500

1200

1.3.2 Ti ến độ thi công đập Cửa Đạt

Bảng 1.6: Tiến độ thi công

Năm Thời

đoạn

Tần suất (%)

Lưu lượng (mP

- MNLN=32.87m

- Đắp đê quai thượng và đê quai dọc

- Đào móng, khoan phụt, đổ bê tông

- Đắp đê quây thượng hạ lưu

- Đào móng, khoan phụt, đổ bê tông

b ản chân

- Đắp đập lòng sông đến +50.0m

- Đắp đập vai trái đến cao độ+75.0

- Đắp đập vai phải đến cao độ+75.0

- Kh ối lượng thi công: 2.383.045 m3

Mùa

- 02 tuy nen TN1, TN2 và đoạn đập lòng sông 51m;

- MNTL=56.14m

- MNHL=37.3m

- Đắp đập vai trái đến cao độ+85.0

- Đắp đập vai phải đến cao độ+85.0

- Khối lượng thi công: 353.092 m3

- Tiếp tục thi công tràn

- Sửa chữa đê quai thượng lưu;

- Đắp đập phần lòng sông và vai trái theo mặt cắt chống lũ đến +90.0m; hạ lưu 60.0m; V=2012798 m3

- Đắp đập hạ lưu phần lòng sông đến +110m;

- Khối lượng thi công: 132.254 m3

1.4 K ết luận chương 1

1.4.1 Ưu điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt

Đập đá đổ bê tông bản mặt (CFRD) tận dụng được vật liệu tại chỗ, đặc biệt có

thể tận dụng đá đào móng tràn, đường hầm, nhà máy thủy điện để đắp đập, ít phải

sử dụng vật liệu hiếm hoặc vận chuyển từ xa về nên nhìn chung đập CFRD có giá thành thấp hơn các loại đập khác như đập bê tông trọng lực, vòm, bản chống v.v đặc biệt gần chỗ xây dựng công trình hiếm đất, có đủ tiêu chuẩn đắp đập thì đập CFRD còn kinh tế hơn

Đập CFRD có khả năng cơ giới hóa cao trong quá trình khai thác đá, vận chuyển và đắp đập, có thể thi công ngay cả khi trong mùa mưa Do toàn bộ dòng

thấm đã được bản mặt bê tông ngăn lại và phần đá đắp trong thân đập được đầm nén

chặt nên hệ số ổn định của mái thượng hạ lưu đập khá cao và mái thượng hạ lưu đập

có thể rất dốc (m= 1,4-1,7) dẫn tới khối lượng đắp đá giảm nhỏ so với đập đá đổ thông thường

Đập CFRD yêu cầu địa chất nền thấp hơn đập bê tông

Đập CFRD có độ ổn định chống động đất, chống trượt và tuổi thọ công trình không thua kém các loại đập khác

Đập CFRD trong nhiều trường hợp có thể xây dựng ngay trên nền cát cuội sỏi lòng sông, mà phần lớn khối lượng cát sỏi không phải bóc bỏ khi đắp đập Trong

một vài sơ đồ có thể cho nước tràn qua đập dâng xây dở nên vấn đề dẫn dòng trong

những công trình có lưu lượng dẫn dòng lớn có thể được giải quyết với giá thành khá rẻ

1.4.2 Nhược điểm của đập đá đổ bê tông bản mặt

Đập CFRD là loại đập mới (nhất là đối với nước ta) nên các lý thuyết tính toán chưa thật hoàn chỉnh, kinh nghiệm xây dựng đập loại này còn rất thiếu

Trong thân đập CFRD có nhiều vùng vật liệu, mỗi vùng có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau do vậy việc phân bố ứng suất và biến dạng trong thân đập phức tạp, tuy

nhiên nó không ảnh hưởng lớn đến quá trình vận hành an toàn của đập Hiện tượng treo ứng suất hoặc biến dạng quá mức gây nên các nứt gãy thủy lực đã xẩy ra ở một

số công trình ngay cả khi ở cột nước thấp, đặc biệt khi sự chênh lệch lớn về modul

biến dạng giữa các lớp vật liệu kề nhau

Bản mặt bê tông chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau, thay đổi theo thời gian, làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và tuổi thọ của nó

Yêu cầu về thiết bị thi công cũng như trình độ thi công cao hơn đập đá đổ thông thường

1.4.3 K ết luận

Bản mặt bê tông chống thấm là một bộ phận đặc biệt quan trọng trong đập CFRD Nó ngăn toàn bộ dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu, đảm bảo cho khối đá đắp phía sau làm việc an toàn Việc hư hỏng bộ phận này sẽ kéo theo những hiểm

họa không thể lường trước của CFRD

Do trải dài trên toàn bộ mặt thượng lưu đập nên bản mặt bê tông được phân ra thành từng giải với các kết cấu ngăn nước ở phần liên kết (các khe lún) Dưới tác

dụng của ngoại lực và biến dạng của phần 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

CHƯƠNG 2

DI ỄN BIỆN QUÁ TRÌNH THI CÔNG PHẦN LÒNG SÔNG

VÀ M ỐI QUAN HỆ VỚI CÔNG TÁC TIÊU NƯỚC HỐ MÓNG 2.1 Ti ến độ khống chế thi công đập chính

Bảng 2.1: Tiến độ khống chế thi công đập chính

Năm

thi công

Th ời đoạn thi công

Công trình

d ẫn dòng thi công H ạng mục thi công

Năm thứ 1 Mùa kiệt Lòng sông thu hẹp;

Q=1230 m3/s

Đắp đập vai phải đến +35.0m; khối lượng thi công: 1.625.066 m3

Mùa lũ Lòng sông thu hẹp;

Q=5050 m3/s

Đắp đập vai phải đến +35.0m;

Năm thứ 2 Mùa kiệt Lòng sông thu hẹp;

Đắp đập vai trái đến +75.0m; Đắp đập vai phải đến

Q=5050 m3/s

Đắp đập vai trái đến +85.0m; Đắp đập vai phải đến

+85.0m;

Khối lượng thi công: 353.092 m3

Năm

thi công

Th ời đoạn thi công

Công trình

d ẫn dòng thi công H ạng mục thi công

Năm thứ 4 Mùa kiệt Tuy nen TN1;

Q=1230 m3/s

Đắp đập phần lòng sông, vai trái và vai phải theo mặt cắt

Tuy nen TN2; tràn

xả lũ;

Q=13200 m3/s

Hoàn thiện công trình

Trình tự thi công đập được thể hiện qua các giai đoạn như sau:

(xem hình v ẽ 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 coi trọng và chú ý trong suốt thời gian 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:

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 tấm bản

mặt là hết sức quan trọng

Trong quá trình đào hố móng đập cần làm hệ thống thoát nước về phía hạ lưu

và bố trí trạm bơm để bơm cạn đảm bảo nền đập không bị phá hủy và không ảnh hưởng đến vấn đề giao thông trong quá trình thi công

Giai đoạn cuối dọn hố móng đập ở khu vực lòng sông cần dựa vào độ dốc của lòng sông để thoát nước về phía hạ lưu, Sau khi dọn nền nếu vị trí nào có đá cao hơn ngăn cản dòng chảy thu nước cần nổ mìn tạo rãnh xếp đá hộc đảm bảo sau này khi đắp đập vẫn đảm bảo thoát được nước trong thân đập về phía hạ lưu Ở hạ lưu

bố trí các giếng thu nước để bơm nước trong thân đập trong quá trình thi công

Giếng chỉ được lấp bỏ vùng gia trọng 2G ở thượng lưu đắp cao hơn mực nước thấm ngược Khi lấp giếng phải dùng thủ công để lấp và đầm từng lớp một bằng vật liệu

của tầng đệm, dùng đầm tay kiểu chấn động phẳng để đầm chặt

Việc bơm nước trong thân đập có tác dụng tránh sự phá hoại nền đập do nước đọng lâu ngày và tránh hiện tượng nước trong thân đập dâng quá cao tạo cột áp phá

hoại các loại vật liệu lớp đệm và tấm bản mặt phía thượng lưu khi phía thượng lưu được bơm cạn trong quá trình thi công

2.2.1.2 Vấn đề thoát nước tại bản chân

Khi đào hố móng khu vực tấm bản chân phải đảm bảo thoát 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

2.2.1.3 Vấn đề xử lý thấm ngược

Trong thời gian thi công đắp đập, bản mặt bê tông sẽ xuất hiện gradient thấm ngược từ thân đập về phía thượng lưu do lượng nước ngầm từ hai vai đập, nước tưới trong quá trình đấp đập và nước mặt khi mữa, không thể thoát tự chảy về phía hạ luuw đê bơm hoặc trường hợp bơm trong các giếng bị sự cố cần phải bố trí hệ thống tiêu nước tự chẩy hoặc cưỡng bức để khống chế mức nước phía sau bản mặt, loại bỏ ảnh hưởng của nước thấm ngược cho vùng đệm và bản mặt

Để thoát nước đề phòng dòng thấm ngược, kết hợp với bơm thu nước từ giếng

ở hạ lưu, phía thượng dùng phương thức tiêu nước bằng biện pháp chôn sẵn các ống thép φ110 dẫn nước trong bản chân, nước tự chẩy vào hố bơm phía thượng lưu

Những ống thoát nước này sẽ được phun lấp đầy, đổ khối bảo vệ đầu ống

bằng bê tông sau khi đã xử lý xong khuyết tật, vết nứt nếu có tại tấm bản chân và dưới thấp của tấm bản mặt trước khi đắp tầng phủ thượng lưu

Hình 2.12: b ố trí giếng thu nước thượng lưu

Hình 2.13: c ấu tạo giếng thu nước hạ lưu

Hình 2.14: Ống thoát nước đặt dưới tấm bản chân

Áp dụng thực tế cho công trình hồ chứa nước Cửa Đạt, đơn vị thi công đã có

những biện pháp tiêu thoát nước hố móng như sau:

Phương pháp tiêu nước cưỡng bức: Sử dụng các bơm công suất lớn bơm nước

từ các giếng đứng phía thượng lưu ra ngoài

Phương pháp tiêu nước tự chảy: Lắp đặt sẵn các ống thép D110 nằm ngang phía dưới bản chân và bản mặt để thoát nước từ trong hố móng ra ngoài

Hình 2.15: Thoát nước theo phương pháp cưỡng bức

Hình 2.16: Mi ệng giếng thu nước phía thượng lưu

Hình 2.17 Ống thoát nước D110 nằm ngang

Nhận thấy biện pháp tiêu thoát nước hố móng tại công trình Cửa Đạt chưa đạt

hiệu quả cao vì:

Việc đặt ống thoát nước đứng phía thượng lưu đặt khá gần bản chân, làm cho

khả năng thu nước kém Mặt khác khu vực này là khu vực của tầng đệm đặc biệt nên việc hút nước ở đây rất nguy hiểm Các hạt cốt liệu nhỏ của tầng đệm đặc biệt

có thể bị cuốn ra ngoài gây ra lún công trình, ảnh hưởng xấu đến kết cấu bản mặt bê tông

Việc đặt ống thoát nước nằm ngang nhiều sẽ gây cản trở cho quá trình đắp đập, đối với các ống nằm ngang này phải chú ý đặt sâu vào khối đá đắp thân đập và làm tầng lọc ngược Tránh đặt ống trong vùng của tầng đệm đặc biệt vì ở vị trí này

áp lực nước lớn, cốt liệu của tầng đệm đặc biệt dễ bị cuốn ra ngoài

2.2.2 Trình t ự thi công đập phần lòng sông

Khu vực đập lòng sông được thi công từ năm thứ 3 đến năm thứ 5 với các giai đoạn thi công như sau: