nghiên cứu trường thấm trong đập bê tông đầm lăn

    LỜI CÁM ƠN Trong quá trình học tập tại trường đại học Thủy Lợi, tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy Công, bộ môn Kết Cấu, Khoa Công Trình, phòng Đại học và Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn kỹ thuật và đặc biệt tôi tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Quang Hùng và thầy giáo TS. Vũ Hoàng Hưng đã tận tình giúp đỡ hoàn thành luận văn thạc sĩ. Trong quá trình nghiên cứu, do hạn chế mặt thời gian nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót rất mong đóng góp ý kiến của thầy, cô giáo. Xin chân thành cám ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động viên khích lệ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 01 tháng 03 năm 2013 Học viên Trịnh Phương Hồng          BẢN CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, các số liệu nêu trong Luận văn là trung thực. Những kiến nghị đề xuất trong Luận văn không sao chép của bất kỳ tác giả nào. Tác giả Luận văn Trịnh Phương Hồng                MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN 1 MỞ ĐẦU 1 + Sự cần thiết của việc nghiên cứu 1 + Mục đích nghiên cứu 1 + Phương pháp nghiên cứu 1 + Kết quả dự kiến đạt được 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG THẤM TỚI ĐẬP RCC 3  1.1.Giới thiệu tình hình xây dựng đập RCC ở Việt Nam 3 1.2.Điều kiện kỹ thuật trong thiết kế và thi công đập RCC 6 1.3.Tổng kết đánh giá thấm trong đập bê tông ở Việt Nam 9 1.4.Hướng nghiên cứu của luận văn 10 1.5.Kết luận 10 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THẤM TRONG ĐẬP RCC 11  2.1. Các sơ đồ chống thấm trong mặt cắt đập RCC [16] 11 2.2 . Sự phát triển của cường độ trong RCC [18] 14 2.3. Ảnh hưởng của sự phát triển của cường độ tới hệ số thấm trong RCC[19] 18 2.3.1. Khái niệm hệ số thấm trong bê tông 19 2.3.2. Khái niệm về mác chống thấm W của bê tông 19 2.3.3. Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông đầm lăn RCC M15 20      2.3.4. Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông đầm lăn RCC M20 22  2.3.5. Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của các loại bê tông công trình thủy lợi 23  2.4. Lý thuyết thấm trong RCC 25 2.4.1. Định luật Darcy cho RCC 25 2.4.2. Thiết lập phương trình dòng thấm 26 2.5. Lựa chọn phương pháp và mô hình sử dụng trong luận văn 27 2.5.1. Lựa chọn phương pháp 27 2.5.2. Mô hình tính toán 28 2.6. Kết luận 29 CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU THẤM TRONG ĐẬP RCC 30 3.1. Ảnh hưởng của hành lang thu nước tới trường thấm trong đập RCC 30 3.1.1. Hành lang thân đập. 30 3.1.2. Ảnh hành lang thu nước tới trường thấm trong đập RCC 31 3.2. Ảnh hưởng của chiều cột nước trước đập tới trường thấm trong đập RCC 37 3.2.1. Trường hợp 1: Với đập RCC có bố trí hành lang thu nước trong thân đập37 3.2.2. Trường hợp 2: Với đập RCC không bố trí hành lang thu nước trong thân đập 44  3.2.3. Kết luận 48 3.3. Ảnh hưởng của hệ số thấm tới trường thấm trong đập RCC 48 3.3.1. Trường hợp 1: Đập RCC có bố trí hành lang thu nước trong thân đập 48 3.3.2. Trường hợp 2: Đập RCC không bố trí hành lang thu nước trong thân đập 51      3.4. Kết luận 55 CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 56 4.1. Giới thiệu công trình 56 4.2. Những vấn đề tồn tại thấm trong công trình. 61 4.3. Áp dụng tính toán với đập Sơn La 61 4.4. Nhận xét và kết luận 63 CHƯƠNG V : MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN HIỆN NAY [13] 65  5.1. Nâng cao tính chống thấm của hỗn hợp vật liệu bê tông đầm lăn 65 5.2. Bố trí kết cấu chống thấm 69 5.3. Tăng cường các biện pháp kỹ thuật thi công 74 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 6.1. Đánh giá kết quả đạt được 80 6.2. Những vấn đề tồn tại của luận văn 80 6.2. Kiến nghị. 81 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84          DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1:Các đập RCC đã hoàn thành và đang thi công ở Việt Nam 4 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông RCC M 15 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày. 21 Bảng 3: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông RCC M 20 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày. 22 Bảng 4: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông công trình thủy lợi ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày 23 Bảng 5: Kết quả tính toán lưu lượng thấm đơn vị 35 Bảng 6: Kết quả tính toán gradient thấm XY max 35 Bảng 7: Kết quả tính toán lưu lượng thấm 39 Bảng 8: Kết quả tính toán gradient thấm 39 Bảng 9: Kết quả tính toán lưu lượng thấm 46 Bảng 10: Kết quả tính toán gradient thấm XYmax 46 Bảng 11: Kết quả tính toán lưu lượng thấm đơn vị Q 50 Bảng 12: Kết quả tính toán lưu lượng thấm đơn vị Q 53 Bảng 13: Kết quả tính toán lưu lượng thấm Q đập S ơn La 63        DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Đập thủy điện Sơn La thuộc tỉnh Sơn La 6 Hình 2: Mặt cắt RCC theo trường phái Mỹ 12 Hình 3: Mặt cắt RCC theo trường phái Trung Quốc 13 Hình 4: Sự phát triển cường độ kháng nén của BTÐL 15 Hình 5: Sự phát triển cường độ kháng kéo của BTÐL 17 Hình 6: Quan hệ giữa cường độ kháng nén và cường độ kháng kéo của BTÐL 18 Hình 7: Quan hệ cường độ của RCC và hệ số thấm 25 Hình 8: Dòng thấ m ổn định theo ba hướng qua phân tố 26 Hình 9: Sơ đồ chia lưới phần tử của đập và nền 27 Hình 9: Mô hình tính toán trường thấm 28 Hình 10: Hành lang trong thân đập RCC 30 Hình 11: Cột nước áp lực lên đập 32 Hình 12: Cột nước áp lực ở 2 hành lang số 1(hình 1) và hành lang số 2(hình 2). 32 Hình 13: Lưu tốc dòng thấm toàn bộ đập( a), hành lang thu nước số 1( b) và hành lang số 2(c) 33 Hình 14: Cột nước áp lực lên đập 34 Hình 15: Lưu tốc dòng thấm toàn bộ đập 34 Hình 16: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=110(m) 38 Hình 17: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=90(m) 38 Hình 18: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=70(m) 38 Hình 19: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và lưu lượng thấm đơn vị ở hành lang thu nước s ố 1 40     Hình 20: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và gradient thấm ở hành lang thu nước số 1 40 Hình 21: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và lưu lượng thấm đơn vị ở hành lang thu nước số 2 41 Hình 22: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và gradient thấm ở hành lang thu nước số 2 42 Hình 23: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước th ượng lưu H và lưu lượng thấm đơn vị ở mái hạ lưu đập 43 Hình 24: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và gradient thấm ở ở mái hạ lưu đập 43 Hình 25: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=110(m) 45 Hình 26: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=90(m) 45 Hình 27: Áp lực c ột nước và véc tơ lưu tốc ứng với cột nước H=70(m) 45 Hình 28: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và lưu lượng thấm ở mái hạ lưu đập 47 Hình 29: Biểu đồ quan hệ giữa cột nước thượng lưu H và gradient thấm J ở mái hạ lưu đập 47 Hình 30: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -4 (m/ngày đêm) 49 Hình 31: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -5 (m/ngày đêm) 49 Hình 32: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -6 (m/ngày đêm) 49 Hình 33: Biểu đồ quan hệ lưu lượng đơn vị Q mái hạ lưu đập và trường hợp tính toán(TH) 50 Hình 34: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -4 (m/ngày đêm) 52 Hình 35: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -5 (m/ngày đêm) 52 Hình 36: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc ứng với K=1.10 -6 (m/ngày đêm) 52     Hình 37: Biểu đồ quan hệ lưu lượng đơn vị Q mái hạ lưu đập và trường hợp tính toán(TH) 53 Hình 38: Vị trí xây dựng đập Sơn La 57 Hình 39: Mặt cắt điển hình đập Sơn La 60 Hình 40: Mô hình tính thấm đập Sơn La 62 Hình 41: Áp lực cột nước và véc tơ lưu tốc 63    1 MỞ ĐẦU + Sự cần thiết của việc nghiên cứu Sự ra đời bê tông đầm lăn là một sự phát triển đột phá trong công nghệ thi công đập bê tông trọng lực nói riêng và xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện nói chung. Tại Việt Nam đã được ứng dụng và xây dựng tương đối nhiều như: Đập thủy điện Sông Tranh 2(Quảng Nam), đập thủy điện Sơn La(S ơn La), đập thủy điện A Vương(Quảng Nam)… Tuy nhiên với những ứng dụng nhanh chóng đó cũng đã xảy ra một số tồn tại về áp dụng các tiêu chuẩn Quốc gia đối với đập bê tông đầm lăn (RCC) nên hiện nay việc thi công các đập RCC chưa đồng đều trên các công trình và đặc biệt đang xảy ra tình trạng chống thấm của các đập RCC chưa đạt yêu cầu như đập th ủy điện Sông Tranh 2 có hiện tượng nước xuất hiện ở hạ lưu đập tương đối lớn làm ảnh hưởng đến lượng trữ nước của hồ cũng như khả năng an toàn của đập cũng như tài sản và tính mạng người dân phía hạ lưu đập. Như vậy, việc nghiên cứu trường thấm trong thân đập RCC mang ý nghĩa hết sức quan trọng và cấp thiết. + Mục đích nghiên cứu Đề tài có mục đích nghiên cứu với đập bê tông đầm lăn làm việc trong điều kiện bê tông biến thái chống thấm của đập làm việc không bình thường hay nói cách khác lớp bê tông biến thái làm việc như lớp bê tông đầm lăn thì sẽ phân tích trường thấm trong đập xảy ra như thế nào. Đề xuất ra một số biện pháp xử lý thấm hợp lý đảm bảo tính kỹ thuậ t và hiệu quả kinh tế. + Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu về thiết kế, thi công và quá trình vận hành khai thác một số đập dự kiến nghiên cứu. - Sử dụng mô hình toán phân tích trường thấm trong đập bê tông đầm lăn. [...]... đó đến nay, công nghệ bê tông đầm lăn được phát triển và hoàn thiện không ngừng, hình thành những     4   trường phái kỹ thuật của Mỹ, Nhật và Trung Quốc Một trong những bước tiến nhảy vọt của công nghệ bê tông đầm lăn là sử dụng bê tông đầm lăn có tính chống thấm cao thay cho bê tông thường Điều này dẫn đến đơn giản hóa kết cấu của đập bê tông đầm lăn trọng lực, thuận tiện hơn trong thi công và hạ... chống thấm thì trường thấm trong đập RCC sẽ xảy ra như thế nào 1.5 Kết luận Trong quá trình đưa vào sử dụng và khai thác ở một số công trình đập RCC thì có vấn đề tương đối đáng lo ngại đó là hiện tượng nước xuất hiện ở phía hạ lưu đập vì một lý do nào đó Nghiên cứu trường thấm trong đập RCC để xem dòng thấm trong thân đập xảy ra như thế nào, tính toán được lưu lượng thấm và xác định gradient thấm cho đập. .. Mỹ song lớp bê tông truyền thống được thay thế bằng lớp bê tông biến thái GEVR Sử dụng cả đập làm khối chống thấm thay vì chỉ sử dụng RCC 2 như trường phái Trung Quốc 2.2 Sự phát triển của cường độ trong RCC [18] Sự phát triển cường độ trong bê tông đầm lăn (RCC) khác với sự phát triển cường độ trong bê tông thường Trong khi bê tông truyền thống cường độ phát triển tương đối nhanh thì trong RCC thì... chống thấm của bê tông W     20   Như vậy: Mác chống thấm của bê tông W là hiệu số của cấp áp lực khi dừng thử (tính bằng atm) mà ở đó bốn trong sáu viên mẫu thử đã bị nước xuyên qua trừ đi 2 Áp lực đó gọi là mác chống thấm của bê tông 2.3.3 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông đầm lăn RCC M15 Thành phần cấp phối của BTĐL M15 được lấy từ kết quả nghiên cứu của Phòng nghiên cứu. .. trong thời gian đầu và sau 28 ngày thì cường độ của RCC phát triển nhanh hơn cường độ của bê tông thường Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự như bê tông thường Khác với bê tông thường lượng nước (N) yêu cầu để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng (X) trong khối bê tông là thấp hơn nhiều so với lượng nước được trộn vào hỗn hợp bê tông truyền thống Mặt khác qua nghiên. .. giữa hệ số thấm Kt và mác chống thấm W của bê tông các công trình Thủy Lợi”, Viện Thủy Công, Hà Nội, 1/2010) [20] 2.4 Lý thuyết thấm trong RCC Chuyển động chậm của nước qua đất thường được gọi là thấm và sự chuyển động liên tục đó sẽ tạo ra dòng thấm trong đất Tương ứng khi trong đập RCC có sự chuyển động chậm của nước tạo ra dòng thấm trong đập RCC Sự chuyển động thấm trong môi trường của bê tông RCC... lưu đập gồm các lớp : Bê tông biến thái (GEVR), RCC cấp phối 2, RCC cấp phối 3 Dùng RCC cấp phối 2 kết hợp bê tông biến thái để chống thấm, do kết cấu giản đơn, thi công thuận tiện có thể thực hiện đầm nén liền khối, thích ứng với thi công bê tông đầm lăn có tốc độ nhanh, dễ bảo đảm chất lượng kết hợp giữa lớp chống thấm với bê tông đầm lăn ở nội bộ đập, có thể giảm bớt lượng     13   dùng xi măng ở bê. .. Trong đó: Vn: Thể tích nước thấm qua khối bê tông (m3) a: Chiều dày khối bê tông (m ) S: Diện tích tiết diện của khối bê tông mà nước thấm qua (m2) P1, P2: Áp suất thủy tĩnh tại hai mặt khối bê tông (mét cột nước) t: Thời gian nước thấm qua mẫu bê tông (giờ) Như vậy: Kt chính là thể tích nước thấm qua khối bê tông có chiều dày 1m, diện tích tiết diện 1m2, độ chênh lệch áp suất thủy tĩnh ở hai mặt bê. .. kiến đạt được - Nghiên cứu sự biến đổi của trường thấm trong đập bê tông đầm lăn, thông qua kết quả tính toán để có thể đề xuất phương án chống thấm cho đập RCC     3   CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG THẤM TỚI ĐẬP RCC 1.1 Giới thiệu tình hình xây dựng đập RCC ở Việt Nam Hiện nay trên thế giới, không nơi nào có nguồn thủy năng mà con người không tận dụng Trong khi sản... Nam, công nghệ bê tông đầm lăn được bắt đầu nghiên cứu áp dụng từ năm 2004, công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) trong xây dựng đập bê tông trọng lực mới được mới được áp dụng ở nước ta tại công trình thủy điện Pleikrong tỉnh Kon Tum với chiều cao đập là 75m được thiết kế bởi Công ty tư vấn xây dựng điện I do Tổng công ty Điện lực Việt Nam nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam làm chủ đầu tư Đập đã được hoàn . đập dự kiến nghiên cứu. - Sử dụng mô hình toán phân tích trường thấm trong đập bê tông đầm lăn.    2 + Kết quả dự kiến đạt được - Nghiên cứu sự biến đổi của trường thấm trong đập bê tông. nghệ bê tông đầm lăn là sử dụng bê tông đầm lăn có tính chống thấm cao thay cho bê tông thường. Điều này dẫn đến đơn giản hóa kết cấu của đập bê tông đầm lăn trọng lực, thuận tiện hơn trong thi. thân đập RCC mang ý nghĩa hết sức quan trọng và cấp thiết. + Mục đích nghiên cứu Đề tài có mục đích nghiên cứu với đập bê tông đầm lăn làm việc trong điều kiện bê tông biến thái chống thấm