THI CÔNG đập đá đổ và đập đá đổ bản mặt bê TÔNG

Những yêu cầu cơ bản đối với vật liệu đắp đập đá đổ 4.. Những yêu cầu cơ bản đối với nền đập đá đổ Nền đập nói chung cũng như nền đập đá đổ có vai trò rất quan trọng, nó quyết định hìn

TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT

BÊ TÔNG Mục Lục

1 Lịch sử phát triển và các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá

đổ

1.1 Lịch sử phát triển của đập đá đổ

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

1.3 Ưu nhược điểm của đập đá đổ

2 Những yêu cầu cơ bản đối với nền đập đá đổ

3 Những yêu cầu cơ bản đối với vật liệu đắp đập đá đổ

4 Đập đá đổ bản mặt bê tông

5 Đặc điểm công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt bê tông

5.1 Công tác xử lý nền đập

5.2 Công nghệ thi công bê tông bản chân đập

5.3 Công nghệ thi công đắp đập

5.4 Công nghệ thi công bản mặt bê tông

6 Công tác vận chuyển đá lên bề mặt đập

7 Công tác rải san đầm

1) Trường hợp đá đầm nén

2) Trường hợp đá đổ không dùng đầm

8 Cường độ thi công và trình tự đắp đập

1) Cường độ thi công

2) Trình tự đắp đập

9 Kiểm tra chất lượng các khối đắp và lớp lọc ngược

1 Lịch sử phát triển và các hình thức mặt cắt ngang cơ bản của đập đá đổ

1.1 Lịch sử phát triển của đập đá đổ

Đập đá đổ đã xuất hiện và phát triển từ lâu Trước năm 1950, trong tổng

số các loại đập đất đá 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% Những năm gần đây, do xuất hiện loại đập trọng lực bằng bê tông đầm lăn thì tỷ lệ trên có giảm nhưng các đập lớn bằng vật liệu đất đá vẫn phát triển rất mạnh Ở Việt Nam, đập đá đổ được ứng dụng rộng rãi cho những đập có chiều cao lớn như Thác Bà, Hoà Bình, Hàm Thuận - Đa Mi v.v Các đập này chủ yếu chống thấm bằng hình thức lõi giữa đất sét Đập đá đổ chống thấm bằng lõi giữa hoặc tường nghiêng đất sét có nhiều ưu điểm như chịu động đất tốt, ổn định nhưng do mái quá soải nên tốn vật liệu, đường tháo nước thi công phải làm dài và tốn kém Ngoài ra, loại đập này còn có hạn chế khi thi công trong điều kiện mùa mưa

1.2 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 là khối chịu lực có

hệ số thấm lớn, độ ổn định cao (đá đổ, đất đá hỗn hợp, cuội sỏi v.v ) và 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 Sau đây là mặt cắt ngang đập đá đổ điển hình đã được xây dựng ở một số công trình…

1.3 Ưu nhược điểm của đập đá đổ

Đập đá đổ: Đá xếp, 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:

1) Sử dụng vật liệu tại chỗ, tận dụng cả đất đá đào móng và đào tuy nen

2) Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết khi thi công

3) Kỹ thuật thi công đơn giản, trình tự thi công không phức tạp, trình độ

cơ giới hoá cao (hiện nay cường độ thi công Q >10.000m3/ngđ)

4) Cho nước tràn qua khi đang xây dựng

5) Yêu cầu về nền móng không cao

6) Thích hợp cho khu vực nhiều động đất

Nhược điểm:

1) Thân đập lún tương đối nhiều (Độ lún của đập có nhiều tác giả đưa ra

cách tính bằng công thức kinh nghiệm khác nhau, theo F Lawton và M Lester S = 0.001 H 3/2 , trong đó S là độ lún và H là chiều cao đập (m) Như vậy, đập cao 100m thì lún 1m)

2) Khối lượng lớn

3) Thời kỳ thi công thường phải xây dựng công trình dẫn dòng lớn (vì bề rộng mặt cắt đập lớn)

2 Những yêu cầu cơ bản đối với nền đập đá đổ

Nền đập nói chung cũng như nền đập đá đổ có vai trò rất quan trọng, nó quyết định hình thức kết cấu đập, biện pháp xử lý nền và thậm trí quyết định tính khả thi của cả dự án

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

3 Những yêu cầu cơ bản đối với vật liệu đắp đập đá đổ

Đối với các loại đập đá đổ truyền thống có tường lõi hoặc tường nghiêng chống thấm bằng đất sét thường sử dụng các loại vật liệu chính là đá, cát cuội sỏi, đất sét Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu như sau:

Đối với đập cao>60m, yêu cầu cường độ của đá R60MPa riêng phần đá

(1MPa=10KG/cm 2 =100daN/cm 2 ) 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

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

D15 - Đường kính của hạt vật liệu loại lớn có lượng lọt sàng là 15%

d15, d85 - đường kính của hạt vật liệu loại nhỏ kế cận có lượng lọt sàng là 15% va 85%

Phần chống thấm thường sử dụng đất sét K=10-510-7cm/s, W = (2227)

%, k= (1,5-1,6)T/m3, độ mềm dẻo thích ứng với biến dạng của đập mà không

bị nứt, dễ thi công, chống trượt tốt để mặt cắt gọn đỡ tốn khối lượng

4 Đập đá đổ bản mặt bê tông

Như chúng ta đều biết, phần thân đập đá đổ khi thi công các khối đất, cát sỏi thường bằng phương pháp đầm nén theo từng lớp có chiều dày khoảng 30-40cm tùy thuộc vào loại vật liệu, độ ẩm, công cụ đầm Các khối đá đổ thường

có chiều dày mỗi lớp tới 7m, đầm bằng súng phun nước và đá đổ được đầm chặt nhờ tự trọng và các phương tiện cơ giới di chuyển phía trên

Ngày nay với trình độ cơ giới hoá cao người ta đã đắp đập đá bằng phương pháp đầm nén với loại đầm bánh hơi 50100 tấn, lu rung có tải trọng tĩnh >20 tấn, lực rung>32 tấn và yêu cầu loại đá có cường độ không cao lắm (R>2030MPa) Các thiết bị này hay được sử dụng cho thi công đập đá đổ bản

mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD)

Đập đá đổ chống thấm bằng bê tông bản mặt từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến và ngày càng được hoàn thiện hơn về thiết kế cũng như công nghệ thi công Loại đập này có ưu điểm vượt trội so với các hình thức đập nêu trên là chủ động được thời gian thi công, ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết nên rút ngắn được thời gian thi công Loại đập này cũng có thể được sử dụng xả lũ thi công qua đập đang đắp dở tương tự như qua đập đá đổ

có tường lõi và tường nghiêng đất sét Tuy nhiên, để phát huy được chất lượng

và lợi thế của CFRD đòi hỏi phải có biện pháp về kỹ thuật và tổ chức thi công thích hợp, thiết bị xe máy hiện đại và đồng bộ, công tác khảo sát thiết kế cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng và kinh tế, đặc biệt là công tác đắp đập đạt được yêu cầu về ổn định, xử lý tốt bản chân, khớp nối nhằm đảm bảo an toàn đập về chuyển vị và biến dạng do lún và các tác nhân khác Tuy nhiên, so với đập đá đổ có lõi giữa thì mức độ an toàn khi có động đất hoặc an toàn chống phá hoại sẽ kém hơn

Hiện nay, ở nước ta CFRD bước đầu được ứng dụng như đập Tuyên Quang, đập Rào Quán ở Quảng Trị Đập Cửa Đạt đang thi công vào giai đoạn cuối và sẽ phát điện vào quý III năm 2009 Công tác lựa chọn vật liệu và đầm nén hiện trường khi đắp đập chủ yếu vẫn dựa nhiều vào kinh nghiệm và các tài

liệu của Trung Quốc, một Quốc gia đang sử dụng công nghệ thi công CFRD khá toàn diện và phát triển mạnh mẽ

+50.00 +50.00

+75.00 +120.80

+120.77 MNLN 0,01%

1:1.50

đá kích thước lớn dày 150cm Lớp đệm bằng đá dăm dày 30cm Lớp bảo vệ mái đập (IIID) bằng

1:1.50

0

1:1 1:2

1:1.50

Bê tông lưới thép M20 dày 15cm Lớp đệm dày 80cm

thấm dự kiến Q < 0.03 l/ph.m

Giới hạn khoan phụt màng chống

Khoan phụt nông sâu 10m

4- Lớp đệm dày 3m (IIA)

5- Lớp chuyển tiếp dày 4m (IIIA) 6- Tường chắn sóng

7- Lớp đá đổ chính của đập (IIIB) 8- Lớp đá đào móng tận dụng (IIIC)

9- Lớp đệm đặc biệt (IIB) 10- Màng khoan phụt chống thấm 11- Đá bảo vệ mái hạ lưu (IIID)

Đập đá đổ nói chung và CFRD nói riêng có yêu cầu về chất lượng đá cơ bản giống nhau Tuy nhiên đối với CFRD, do đắp đá đầm nén yêu cầu đạt dung trọng cao hơn nên đòi hỏi đá phải có cấp phối tốt hơn Bản mặt chống thấm nước bằng bê tông vừa phải chống thấm tốt và phải thích ứng với bề mặt thượng lưu của đập và không hư hỏng do lún, do tác động bởi khí hậu thay đổi, mực nước thay đổi, sóng gió, ngoại lực…

Ổn định của đập trong quá trình thi công cũng như vận hành lâu dài phụ thuộc vào chất lượng vật liệu, chất lượng thiết kế và thi công cũng như công tác quản lý vận hành So với đập đá đổ truyền thống thì yêu cầu về vật liệu của CFRD có một số đặc điểm sau:

– Theo quy phạm của Trung Quốc và căn cứ vào kinh nghiệm thực tế đã thi công thì yêu cầu cường độ của đá có thấp hơn, vào khoảng (400  600)KG/cm2 Thậm chí, gần đây ở một số đập của Trung Quốc khi đắp khối đá hạ lưu nằm cao hơn mực nước hạ lưu, người ta đã đắp đá có

– Vật liệu lớp đệm dưới bản mặt bê tông phải có tính thoát nước tự do để tránh áp lực kẽ rỗng trong quá trình xây dựng cũng như dễ thoát nước sau bản mặt chống thấm

– Hệ số mềm hoá của đá (tỷ số giữa cường độ kháng nén của mẫu lúc bão

hoà nước với cường độ kháng nén của đá lúc khô) K ≥ 0.90;

– Đường kính lớn nhất của viên đá và cấp phối của vật liệu phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của từng vùng vật liệu đắp đập

Qua phân tích về ứng suất, biến dạng và thấm cũng như kinh nghiệm rút

ra từ các công trình đã xây dựng thì độ rỗng của các vùng vật liệu phụ thuộc vào cấp công trình, tình hình địa chất và cấp địa chấn của vùng xây dựng Theo quy phạm thiết kế CFRD của Trung Quốc SL-228-98 thì giới hạn độ rỗng cho phép của các khối vật liệu trong thân đập được quy định trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Độ rỗng cho phép của các vùng vật liệu trong thân CFRD

Căn cứ vào đặc điểm làm việc của từng vùng trong mặt cắt đập để bố trí loại vật liệu phù hợp Từ thượng lưu về hạ lưu của mặt cắt đập gồm các vùng: vùng đệm; vùng chuyển tiếp; vùng đá chính và vùng đá đổ hạ lưu Ở xung quanh khớp nối có vùng đệm đặc biệt, đối với đập cao trên 100m có thêm vùng tầng phủ và vùng gia trọng ở phía thượng lưu chân bản mặt Khi phân chia vùng vật liệu thân đập cần phải tính toán để tận dụng tối đa khối lượng đào móng công trình (tràn, tuy nen, móng đập…) và các bãi vật liệu ở gần đập

để giảm giá thành xây dựng đập

5 Đặc điểm công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt bê tông

Như trên đã đề cập, CFRD mới được ứng dụng gần đây ở Việt Nam, chúng ta chưa có kinh nghiệm thiết kế và thi công nên việc tham khảo, nghiên cứu kinh nghiệm của thế giới vận dụng vào điều kiện cụ thể Việt Nam là rất cần thiết Khi thiết kế và thi công CFRD, ngoài các yêu cầu chung như đối với các loại đập khác còn hàng loạt các vấn đề mới được đặt ra:

– Thiết bị thi công hầu hết là loại công suất lớn, một số thiết bị lần đầu được sử dụng, như bộ thiết bị khoan phụt tuần hoàn áp lực cao, máy đầm rung công suất lớn

– Nổ mìn tạo cấp phối đá để đắp đập, công nghệ đắp đá đầm nén

– Lựa chọn cấp phối vật liệu và công nghệ thi công lớp đệm

– Công nghệ thi công bản chân, bản mặt bê tông và các khớp nối chống thấm

– Lát đá kích thước lớn bảo vệ mái hạ lưu

5.1 Công tác xử lý nền đập

Xử lý nền bao gồm khoan phụt chống thấm, khoan phụt gia cố và xử lý nền bị đứt gẫy, đá long rời, nứt nẻ, xen kẹp đất đá mềm yếu, mạch nước ngầm

Sau khi đào móng đến cao trình thiết kế phải được mô tả địa chất để khẳng định chất lượng nền thiết kế, các vị trí địa chất xấu (nứt nẻ, xen kẹp, đứt gẫy, mạch nước ) phải được xử lý triệt để, cậy dọn đá long rời

So với đập bê tông trọng lực có cùng quy mô thì CFRD có yêu cầu địa chất nền thấp hơn Ví dụ người ta chia nền của CFRD thành 2 khu vực: Khu A- đáy bản chân và phạm vi (0,3-0,5)H về phía hạ lưu của bản chân; Khu B-

là phần còn lại của nền đập

Khu A đặc biệt quan trọng đòi hỏi độ ổn định cao hơn nên phải đào tới đá phong hoá nhẹ (đá lớp 8), bản chân được thiết kế bằng bê tông cốt thép M250, B6 Nối tiếp sau bản chân là bê tông cốt thép M200, dày 150 đến 200mm đổ tại chỗ hoặc phun bê tông tuỳ theo độ dốc nền Dưới bản chân được khoan phụt tạo màn chống thấm, chiều sâu khoan phụt (h) tới độ sâu vượt qua ranh giới có q ≤ 0,03l/ph.m là 5m

Đối với vùng xen kẹp nứt nẻ phải được vệ sinh sạch sẽ và trám vá bằng vữa xi măng; Đối với vùng cục bộ mềm yếu phải đào bỏ và đổ bù bê tông M150; Đối với vùng đứt gẫy phải đào bỏ rồi đổ bù bê tông cốt thép M200, tuỳ thuộc mức độ đứt gẫy còn phải khoan neo khối bê tông M200 đổ bù vào vách

đá của hố đào Đồng thời tại vị trí thay đổi về kích thước, vị trí chuyển tiếp, vị trí đứt gẫy sẽ bố trí khớp nối Vị trí của đứt gẫy sẽ được xác định chính xác tại hiện trường khi mở móng

Trường hợp tầng đỏ phong hoỏ nhẹ ở quỏ sõu, cú thể đặt bản chõn trờn nền đỏ phong hoỏ mạnh nhưng phải xử lý đảm bảo điều kiện ổn định Vai trỏi đập Cửa Đạt cú tầng đỏ phong hoỏ mạnh quỏ dầy, cú chỗ đến 50m, do vậy nền bản chõn phải đặt trờn đỏ phong hoỏ mạnh (đỏ lớp 6, đỏ phong hoỏ mạnh, bị biến màu hoàn toàn so với đỏ tươi, kộm cứng chắc đến mềm bở, cỏc khoỏng vật Felspat nhiều chỗ phong hoỏ gần thành đất), ngoài phụt chống thấm, người

ta phụt thờm 2 hàng phụt gia cố để tăng khả năng chịu tải của nền

Khi phụt vữa xi măng nền bản chõn đập Cửa Đạt đó ỏp dụng phương phỏp phụt tuần hoàn ỏp lực cao Phương phỏp này rất phổ biến từ lõu trờn thế giới, lần đầu ỏp dụng ở ngành thuỷ lợi Việt Nam Áp lực phụt xỏc định từ điều kiện làm việc của cụng trỡnh và an toàn của bản chõn (tấm bản chõn khụng bị đẩy trồi do ỏp lực phụt) và tớnh chất cơ lý của nền Cơ quan Tư vấn thiết kế lập quy trỡnh khoan phụt và trỡnh Chủ đầu tư phờ duyệt Trong đú quy định chi tiết khoan phụt thớ nghiệm, phụt đại trà cho từng khu vực cú điều kiện về địa chất khỏc nhau, kết quả đạt được đỏp ứng yờu cầu của thiết kế về chống thấm

và sức chịu tải của nền

Đầu đo luợng vữa bơm

Đầu đo áp lực phụt

sơ đồ bố trí công tác phụt vữa trong hố khoan

(có lắp đặt hệ thống thiết bị theo dõi quá trình phụt)

Bộ nút phụt

Bê tông bản chân

ống phụt vữa

Máy trộn vữa

Đầu đo luợng vữa hồi

Máy bơm vữa cao áp

0.5m

Các chỉ tiêu khoan phụt: Phân đoạn phụt, áp lực phụt, cấp áp lực, nồng độ vữa và điều kiện dừng phụt phải thông qua thí nghiệm, đánh giá kết quả đạt yêu cầu mới được phụt đại trà (bao gồm yêu cầu chống thấm và khả năng chịu tải của nền sau khi phụt vữa) Trước khi phụt phải có thiết kế bảo vệ khớp nối, tránh vữa phụt chui vào làm hỏng khớp nối

Khu B chỉ cần đào bóc hết lớp phủ bề mặt (cát cuội sỏi lòng sông, đất đá phong hoá hoàn toàn), chấp nhận nền phong hoá mạnh Đối với các vị trí nham thạch bị cà nát, xen kẹp, thì bóc bỏ, đắp lại bằng vật liệu IIIA, đầm chặt theo quy định Đối với nền bị đứt gẫy, đào bỏ lớp chất nhét mềm yếu, làm sạch rồi đổ bù, đầm chặt theo thứ tự từ dưới lên bằng các lớp vật liệu: Cát lọc dày 30cm, dăm sỏi lọc dày 40cm; lớp chuyển tiếp IIIA dày 80cm ( làm như tầng lọc ngược để chống xói ngầm)

5.2 Công nghệ thi công bê tông bản chân đập

Sau khi đào móng đến cao trình thiết kế, tiến hành khoan neo để liên kết nền với bản chân Đường kính thép neo thường sử dụng là Ø28mm, cắm sâu vào nền 4m, đường kính lỗ khoan neo Ø76mm, bơm vữa M200 đầy lỗ khoan rồi rung hạ thanh thép neo Neo xong phải được thử tải Quy trình thử, các thông số kỹ thuật do Tư vấn thiết kế quy định Mật độ neo phải thông qua tính toán thiết kế sau khi có kết quả thử tải Khi đặt buộc cốt thép có thể sử dụng thép néo làm giá đỡ lưới cốt thép của bản chân

Khi buộc cốt thép phải đồng thời định vị, đặt sẵn ống để phụt vữa và cố định chính xác tấm kim loại chắn nước và các chi tiết của khớp nối