phương pháp thi công đập đá đổ

Các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá đổ Cấu tạo của đập đá đổ bao gồm hai bộ phận chủ yếu: • Khối chịu lực có hệ số thấm lớn, độ ổn định cao đá đổ, đất đá hỗn hợp, cuội sỏi v.

1

MÔN HỌC:

CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG

Giảng viên: TS Dương Đức Tiến

Bộ môn: Công nghệ & Quản lý xây dựng

PHẦN 2: THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ

Lịch sử phát triển của đập đá đổ

• Đập đá đổ đã xuất hiện và phát triển từ lâu

và đập bê tông có chiều cao trên 15m đã được xây dựng trên thế giới thì đập đất đá chiếm tỷ lệ khoảng 62%, vào những năm 1951 đến 1977 tỷ lệ

là 75% và vào những năm 1978 đến 1982 do phát triển mạnh của các thiết bị cơ giới cỡ lớn mà tỷ lệ này là 83.5%

Các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá đổ

Cấu tạo của đập đá đổ bao gồm hai bộ phận chủ yếu:

• Khối chịu lực có hệ số thấm lớn, độ ổn định cao

(đá đổ, đất đá hỗn hợp, cuội sỏi v.v )

• Khối chống thấm có thể là đất hoặc vật liệu nhân

tạo khác có khả năng chống thấm tốt như bê tông, asphalt, vải địa kỹ thuật

Giới thiệu một số đập

Tên đập Quốc gia Trên sông Loại đập Chiều cao (m) Năm Nurek Nga Vakhs Đá đổ tường lõi đất 300 1971 Maika Canada Kolumbia Đá đổ tường lõi đất 240 1971 Oravill Mỹ Fezer Đá đổ tường lõi đất 224 1967 Tepukstepek Mexico Lerma Đá xếp bê tông bản mặt 37 1927 Kuoich Anh Gir Gerry Đá xếp bê tông bản mặt 33 1956 Axuan Ai cập Nin Đá đổ tường lõi đất 125 1970 Thác Bà VN Chảy Đá đổ tường lõi đất 46 1964-1975 Hòa Bình VN Đà Đá đổ tường lõi đất 120 1980-1990 Tuyên

Quang VN Gâm Đá đổ bê tông bản mặt 95 2001-2008 Cửa Đạt VN Chu Đá đổ bê tông bản mặt 103 2002-2009

Các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá đổ

Các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá đổ

Mặt cắt đập Hòa Bình trên Sông Đà

Ưu nhược điểm của đập đá đổ

Đập đá đổ (đổ đá lấn trên mái dốc với những lớp dày tới 7.5m,

làm chặt bằng thủy lực), đá đắp (đá đắp theo lớp dày không quá 2.5m, đầm cơ giới)

Ưu điểm:

đào tuy nen

tạp, trình độ cơ giới hoá cao (hiện nay cường độ thi công

Q >10.000m3/ngđ)

Ưu nhược điểm của đập đá đổ

Nhược điểm:

nhiều tác giả đưa ra cách tính bằng công thức kinh nghiệm khác nhau, theo F Lawton và M Lester S

Những yêu cầu cơ bản đối với nền đập đá đổ

• Nền đập bao gồm cả khu vực lòng sông và 2 bên vai đập Yêu cầu kỹ thuật đối với nền phải đảm bảo ổn định về chịu lực

và chống thấm có xét đến quá trình lún theo thời gian khi thi công và khi vận hành Tuỳ theo loại đập và chiều cao đập mà biện pháp xử lý nền khác nhau

• Thông thường, khi thi công nền móng đập đá đổ người ta bơm cạn hố móng và xử lý nền trong điều kiện khô ráo Tuy nhiên, đập đá đổ có thể đắp trong nước ngay trên nền cát cuội sỏi với các giải pháp kỹ thuật xử lý nền thích hợp Ví dụ, khi xây dựng đập Axuan trên Sông Nin của Ai Cập hay đập Hòa Bình trên Sông Đà đã không bơm cạn hố móng mà đắp đập bằng cát sỏi trong nước đến cao trình cao hơn mực nước hạ lưu, xử lý nền cát cuội sỏi đồng thời với xử lý phần cát sỏi đắp trong nước bằng phương pháp khoan phụt xi măng đất sét

Yêu cầu chất lượng vật liệu

Yêu cầu về cường độ và cấp phối

• Đối với đập cao>60m, yêu cầu cường độ của đá R60MPa riêng phần đá chịu tác dụng của sóng ở mái thượng lưu R80MPa

(1MPa=10KG/cm2= 100daN/cm2)

• Đối với đập H=2060m yêu cầu R=5060MPa Lượng đá phong hoá mềm yếu không vượt quá 10%, đất <5%, độ rỗng <

(3035)% đối với đập cao và <(3540)% đối với đập thấp

• Kích thước hòn đá càng lớn càng tốt để giảm lún, khối lượng đá d>20cm không ít hơn 50% Đá đổ thường đòi hỏi cường độ cao, không lẫn đất

• Đất đá hỗn hợp thường đòi hỏi đá cường độ không cao Theo

Tolbot thành phần cấp phối hạt P = 100(di/Dmax)x

• Trong đó: P là % lượng hạt có d<di ; x là số mũ 0.25 ÷ 0.55 tùy loại đất; Dmax tùy thuộc dung tích gầu và thùng xe ô tô vận

chuyển

Yêu cầu chất lượng vật liệu

Yêu cầu cấp phối lớp lọc và đất chống thấm

• Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng lọc ngược ở phần chuyển tiếp như sau:

• Yêu cầu thoát nước tốt:

• Yêu cầu không xảy ra xói ngầm (sạt mái) khi mực nước thay đổi đột ngột:

5 4

15

d D

5 4

85

15  

d D

Cấp phối vật liệu đắp của một số đập đá đổ

Đất, đá

Đá

Cấp phối vật liệu đắp đập Cửa Đạt

Chi tiêu cơ lý chủ yếu của đập Cửa Đạt

Khối đắp

Dmax (mm)

< 5mm (%)

<0.075mm (%)

Độ rỗng n(%)

k

(t/m 3 )

K (cm/s)

IIA 80 35  45 < 8  18 2.2 10 -4  10 -3 IIIA 300 < 25 < 5 20 2.15 > 10 -2

IIIC IIIB

IIIA IIA

IIB

B¶n mÆ t bª t«ng

IIID

Cấp phối vật liệu đắp đập Cửa Đạt

bao thuèc måi næ d©y næ

bao thuèc næ chÝ nh bao thuèc måi næ 1

d©y næ 2

bao thuèc næ chÝ nh 1

bao thuèc måi næ 2 bao thuèc næ chÝ nh 2 cét kh«ng khÝ

a) Næ kh«ng ph©n ®o¹ n kk; b) Næ cã ph©n ®o¹ n kk

d©y næ 1

Trữ lượng mỏ đá

1 Thể tích đá tơi sau nổ mìn

Vx = K*Vc Trong đó:

K là hệ số tơi (nở rời), K = 1.5, có một số tài liệu lấy trị số này là 1.47 hoặc 1.475

Vc- Thể tích đá liền khối

Vx- Thể tích đá tơi sau nổ mìn

Việc tính hệ số nở rời theo Định mức vật tư 22/2001/QĐ-BXD

(chương 6) là K=1.80 cho hỗn hợp đá sau nổ mìn thì không phù hợp Nếu theo hệ số này thì dung trọng đá rời chỉ khoảng

(1.50÷1.55)t/m3, đây là dung trọng của đá hộc, đá ba … là đá

có độ rỗng rất lớn Đá nổ mìn, do sắp xếp cấp phối nên dung

trọng phải lớn hơn nhiều Nói cách khác, hệ số nở rời nhỏ hơn 1.80 nhiều là đương nhiên

Trữ lượng mỏ đá …

2 Tổn thất đá từ mỏ lên đập

Theo thống kê của các tài liệu nước ngoài thì tổn thất đá của mỏ khai thác như sau:

a)Tổn thất ở bãi vật liệu: Là đá mạt lẫn bùn bụi tồn đọng lại sau khi

bốc xúc, lượng đá này phải thải bỏ ngay tại chân mỏ Trị số tồn thất này chiếm (3-5)%, trung bình là 4% khối lượng đá khai thác

b)Tổn thất rơi vãi dọc đường do vận chuyển (1.5-2.5)%, trung

bình là 2% khối lượng đá khai thác

c)Tổn thất do lún sau khi đắp của đập (0.5-1.5)%H, trung bình là

1%H, H là chiều cao đập

Các trị số tổn thất đá này lớn hay nhỏ tùy thuộc vào khả năng tổ chức

thi công của công trường Hệ số tận dụng đá là:

Trữ lượng mỏ đá …

3 Cách tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích đá đắp đập

Trường hợp tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích khối đắp có dung trọng thiết kế thì tính như sau:

Dung trọng đá nguyên khai là c (tấn/m3) Dung trọng thiết kế đá đắp đập là tk (tấn/m 3 ) Như vậy cứ 1m 3 đá nguyên khai đắp được ( c / tk) m 3

ở đập, nếu kể đến hao hụt trong thi công có thể tham khảo bảng sau

Khối lượng đá nguyên khai cần nổ phá tại mỏ để đắp 1m 3 đá tại đập

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 91%

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 93%

Khối lượng đá nguyên khai khi tận dụng 95%

Công tác vận chuyển đá lên mặt đập

Vận chuyển đá thường dùng các

phương tiện sau: ô tô tự đổ,

máy kéo rơ moóc, xe goòng có

đầu máy kéo, vận chuyển bằng

xà lan Ngoài ra còn sử dụng

băng chuyền vận chuyển đá từ

nơi khác về xưởng gia công

nghiền sàng hoặc về bãi trung

chuyển

Vận chuyển bằng ô tô tự đổ vẫn

được sử dụng chủ yếu hiện nay

vì nó rất linh hoạt và thích ứng

với mọi vị trí của đập và địa hình

Việc tính toán và vận dụng tương

tự như thi công đập đất

Công tác rải san đầm

1 Trường hợp đá đầm nén

Về nguyên tắc dây chuyền thi công rải sau đầm cho đập đá đổ vẫn giống như dây chuyền thi công đập đất Tuy nhiên cần chú trọng mối quan hệ giữa các khối đắp khác nhau như tường tâm, khối chuyển tiếp, khối đá đổ về trình tự đắp và chiều dày mỗi lớp rải Việc đầm nén thường sử dụng đầm rung bánh hơi hoặc bánh thép, chiều dày lớp rải 12m Đầm bánh hơi có bộ phận rung 1050T, đầm bánh thép >1925T, rung >32T

2 Trường hợp đá đổ không dùng đầm

Chiều cao đá đổ đối với đập có tường tâm trong trường hợp đống đá lên cao trước thì thường cao hơn phần tường tâm đã đắp khoảng 510m, còn đối với đập có tường nghiêng thì chiều cao đống đá đắp trước không hạn chế

Nói chung chiều cao đổ đá khi đắp không nên cao quá vì làm cho đá bị vỡ vụn hoặc phân cỡ Khi chiều cao đổ đá >5m thường kết hợp súng phun nước để đầm nén đá Lượng nước dùng 24m3 cho một m3 đá đổ, áp lực 310atm Phương pháp này đã áp dụng đắp phần dưới của trụ đá đập Thác Bà

Sự phân chia ranh giới giữa hai lớp IIA và IIIA trên mặt cắt ngang và tấm ván chắn để đất đá không rơi của đập Tuyê n Quang (tháng 5-2005)

Toàn cảnh thi công đầm nén bề mặt lớp đệm thượng lưu của đập Tuyên Quang và cận cảnh thiết bị đầm rung đang làm việc trên mái (tháng 5-2005)

Cường độ thi công và trình tự đắp đập

1 Cường độ thi công

Khi thi công đập thường chia ra các giai đoạn và trình tự thi công các khối đắp khác nhau trên cơ sở phương án dẫn dòng và thời hạn thi công đã định Cường độ thi công của mỗi giai đoạn phụ thuộc vào khối lượng và thời gian phải hoàn thành khối lượng đó

2 Trình tự đắp đập

Trình tự thi công các khối đắp của các giai đoạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Kết cấu mặt cắt đập

• Điều kiện dẫn dòng và đắp đập vượt lũ

• Điều kiện thi công và cách phân chia các lớp đắp, chiều dày mỗi lớp đắp

• Tính chất mùa mà ưu tiên đắp đất hay đá trước

Thi công bản mặt bê tông

Bản mặt bê tông là một dạng của bộ phận chống thấm

Bản mặt bê tông bao gồm bản chân (chân răng) cắm vào nền đập và bản mặt phủ toàn bộ bề mặt thượng lưu đập Tùy theo

tình hình địa chất nền và cột nước thượng lưu mà bản chân có kích thước và khoảng cách giữa các khớp nối thích hợp Bản mặt là các dải bê tông liền khối chạy từ chân đập tới đỉnh đập, giữa các dải là khớp nối

Ngoài các đặc điểm thi công bê tông đổ tại chỗ thông thường thì bê tông bản mặt khi thi công có các đặc điểm sau:

1 Đổ bê tông trên mái dốc m = (1÷1.5) nên phải dùng ván

Bản chân

Thiết bị đầm bê tông

Thi công bản măt

San, đầm bản mặt

Khớp nối Ván khuôn

Ván khuôn, dưỡng hộ BT

Đầm, hoàn thiện bề mặt

Kiểm tra chất lượng đắp

1 Kiểm tra chất lượng của đá so với yêu cầu thiết kế về cường độ, cấp

phối;

2 Kiểm tra tk và chiều dày lớp rải của đất đắp và các lớp chuyển tiếp;

40cm 40cm

Ví dụ về trình tự thi công

và các CT đập đá đổ

Cửa đạt: Bàn giao mặt bằng

Hiện trường mỏ đá 9A sau trân mưa rào

Thí nghiệm xác định q

Máy đầm Bomag BW 217D có tải trọng tĩnh 18T, tải trọng rung 31T

Hình ảnh khối đắp và lớp đầm

Toàn cảnh thi công đầm nén bề mặt lớp đệm thượng lưu

của đập Tuyên Quang và cận cảnh thiết bị đầm rung đang

làm việc trên mái (tháng 5-2005)

Sự phân chia ranh giới giữa hai lớp IIA và IIIA trên mặt cắt ngang và tấm ván chắn để đất đá không rơi của đập

Tuyê n Quang (tháng 5-2005)

Một số hình ảnh quá trình đo E