áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn xây dựng công trình thuỷ điện PlêiKrông Tác giả: Nguyễn Cảnh Bình CNĐA Công trình Thuỷ điện PlêiKrông Phó đoàn thiết kế thuỷ điện Công ty TVXD Điện 1 Đặc điểm công trình Dự án thủy điện Pleikrông đợc xây dựng địa bàn tỉnh KonTum, sông Krông Pôkô nhánh lớn thuộc phần thợng lu sông Sê San, toàn hạng mục xây dựng công trình thủy điện Pleikrông nằm thuộc địa phận xà Sa Bình, huyện Sa Thầy xà Kroong, thị xà Kontum Công trình thủy điện Pleikrông đợc thực đầu t theo phơng thức chủ đầu t trực tiếp quản lý thực dự án Tại định đầu t Thủ Tớng Chính Phủ việc đầu t dự án thủy điện Pleikrông số 676/QĐ-TTg ngày 15/8/2002 đà xác định Chủ đầu t Tổng công ty Điện lực Việt Nam Công ty T vấn Xây dựng Điện T vấn dự án Công trình có nhiệm vụ phát điện lên hệ thống điện quốc gia với công suất lắp máy 100MW với sản lợng điện bình quân hàng năm Eo = 417.2 triệu kWh/ năm, công trình làm gia tăng thêm cho dự án thuỷ điện hạ lu 289,8 triệu KWh 181,9 MW công suất đảm bảo Công trình thuỷ điện PlêiKrông có quy mô hồ chứa lớn với MNDBT 170m, dung tÝch toµn bé hå chøa 1048.7 10 6m3, dung tÝch hiƯu Ých 948 106m3, diƯn tÝch mỈt hồ 53,3km2 Lu lợng dòng chảy bình quân hàng năm Qo = 128m3/s, lu lợng lũ thiết kế 0,1% 7063 m3/s, lu lợng lũ kiểm tra 0,02% 10.000 m3/s Các hạng mục công trình bao gồm đập dâng đập tràn có kết cấu bê tông trọng lực thi công theo công nghệ đầm lăn (RCC), đập tràn gồm khoang cã cưa van cung kÝch thíc b x h = 10m x 11,5m, đập cao 71m chiều dài đỉnh đập 495m, dẫn dòng mùa lũ mùa kiệt hai lỗ cống kích thớc 4,5m x 6m đợc bố trí dới đáy đập tràn Công trình đợc khởi công tháng 11 năm 2003 đợc tích nớc hồ chứa vào tháng 8/2006, tổng dự toán công trình 3.220 tỷ đồng Quá trình thiết kế đập bê tông đầm lăn Công trình thuỷ điện PlêiKrông đợc công nghiệp phê duyệt Thiết kế kỹ thuật giai đoạn tháng 11/2003 thiết kế kỹ thuật giai đoạn tháng 4/2004, với kết cấu đập dâng-đập tràn bê tông trọng lực thi công theo công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) 2.1 Tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông đầm lăn - Thiết kế đập bê tông Cục quân đội Hoa kỳ Thiết kế đập bê tông trọng lực (Gravity Dam Design) Cục công trình quân đội Mỹ số EM11100-2-2200 xuất năm 1995 Trong tiêu chuẩn áp dụng phần sau : - Bê tông đầm lăn (Roller - Compacted Concrete) số EM1110-2-2006 Cục công trình quân đội Mỹ xuất năm 2000 - Bê tông trọng lực đầm lăn (Roller - Compacted Mass Concrete) số ACI 207-5R-99 Viện bê tông Mỹ (ACI) xuất năm 1999 Ngoài tính toán theo tiêu chuẩn Nga Việt nam 2.2 Các tiêu vật liệu RCC để thiết kế đập giá trị động đất thiết kế Mác bê tông M150 tuổi với yêu cầu cờng độ kháng kéo mặt lớp đập 5kg/cm2 cờng độ kháng nén 100 kg/cm2,chỉ tiêu kháng trợt lớp bê tông nh sau: Chỉ tiêu kháng trợt tuổi 180 ngày: Giá trị cực đại (Peak): Góc ma sát 450 Lực dính mặt lớp C = 5,0 kg/cm2 Giá trị d (Residual): Góc ma sát 430 Lực dính mặt lớp C = kg/cm2 Đập PlêiKrông đợc xây dựng vùng động đất cấp 7, kết nghiên cứu vi phân động đất giá trị động đất thiết kế đợc kiến nghị Động đất cực đại MCE với chu kỳ lắp lại 4750 năm a=182,46m/s2 Động đất thiết kế OBE với chu kỳ lắp lại 475 năm a=64,76m/s2 2.3 Các nội dung tính toán thiết kế đập bê tông TĐ PlêiKrông - Tính toán ổn định ứng suất đập theo phơng pháp sức bền vật liệu - Tính toán ứng suất theo phơng pháp phần tử hữu hạn, phân tích động đất theo phơng pháp phổ (Response Spectra analysis ) phơng pháp gia tốc thời gian (time history analysis) sử dụng chơng trình tính toán SOLVIA - Tính toán nhiệt phát triển nhiệt độ đập sử dụng phần mềm ContesPro theo trình xây dựng đập đa đập vào vận hành, kết tính toán đà xác định đợc nhiệt độ vữa bê tông không đợc vợt 29 độ C khoảng cách khe nhiệt 20m - Tính toán thấm qua đập 2.4 Lựa chọn kết cấu đập Trong thiết kế kỹ thuật giai đoạn ®· tÝnh to¸n lùa chän kÕt cÊu ®Ëp theo hai phơng án Đập bê tông trọng lực thi công theo công nghệ truyền thống (CVC) thi công theo công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) với mốc tiến độ thi công phơng án thi công theo công nghệ RCC có giá thành giảm 180 tỷ đồng giảm khoảng 25% chi phí xây dựng đập 2.5 Mặt cắt đập không tràn Đập không tràn đợc bố trí phần bờ phải bờ trái tuyến đập Chiều rộng đỉnh đập đợc thiết kế 9m cao độ 575m Độ dốc mái hạ lu đợc thiết kế : 0,8 tính từ cao độ 570,0m (cao độ MNDBT) mặt thẳng đứng mép thợng lu đỉnh đập Phần phía mái hạ lu có đoạn thẳng đứng từ mép hạ lu đỉnh đập đến cao độ 569,27m đoạn mặt cong trụ tròn có bán kính R=30m đến cao độ 550,53m mái thực tế có cấu tạo theo dạng bậc H=0.9m B=0.8-:-0,0m sau đoạn cong mặt nghiêng mái hạ lu có hệ số mái 0.8 mái thực tế có cấu tạo theo dạng bậc H=0.9m B=0.8m Mặt cắt đập có mái thợng lu thẳng đứng m = từ cao độ 575 đến 550, đoạn mái có hệ số m = 0.01 cao độ 550 đáy đập Kết cấu đập bê tông đầm lăn mác M150 R180, khe nhiệt đợc bố trí cách 20m Thợng lu có bê tông chống thấm M300R180 mác chống thấm W10, dày từ 2,0m đỉnh cao độ 550 thay đổi dần từ 2m 2.46m mặt cắt cao đáy đập có cao độ 504m Đáy đập bê tông M250 R180 dày 1,5m, hạ lu bê tông M200 R180 dày 1m Trong đập có hành lang chạy cao trình 550 518,5 dọc theo đáy đập, hành lang có kích thớc 3m x 3m để phục vụ khoan thoát nớc, khoan phun tạo màng chống thấm, lắp đặt thiết bị quan trắc hành lang kiểm tra Trong hành lang bố trí thêm hàng khoan thu nớc đập có đờng kính lớn 76 bớc 3m chiều sâu 0.75 chiều sâu màng chống thấm liền kề, nghiêng hạ lu góc 15độ Giữa tầng hành lang có khoan thu nớc có đờng kính lớn hoạc 76 bớc 3m, công tác khoan đợc thực hành lang đỉnh đập Các ống thu nớc thấm hành lang tập trung hố thu vào hành lang cao độ 518.5m để tự chảy thân đập đập tràn không xả lũ chảy bể tập trung nớc thấm, rò rỉ nhà máy để bơm đập tràn xả lũ Quá trình thí nghiệm cấp phối đầm lăn Thực đề cơng công tác thí nghiệm bê tông đầm lăn công trình thuỷ điện Plêikrông đợc Tổng Công ty điện lực Việt Nam phê duyệt - Từ tháng 12 năm 2003, Trung tâm thí nghiệm Công ty T vấn Xây dựng Điện đà tiến hành công tác sau: Thí nghiệm phòng: Công tác thí nghiệm phòng đợc thực phòng thí nghiệm đặt công trình để thực công tác sau: + Thí nghiệm tiêu vật liệu: Đá dăm, cát, xi măng, nớc phụ gia khoáng; + Thiết kế chế tạo mẫu bê tông với thành phần khác để xác định tiêu hỗn hợp bê tông bê tông; + Thí nghiệm xác định tiêu nhiệt bê tông RCC + Trên kết thu đợc lựa chọn thành phần cấp phối bê tông hợp lý để đa vào thí nghiệm trờng; Thí nghiệm trờng: Công tác thí nghiệm trờng đợc thực công trờng với mục đích xác định số lần đầm hợp lý tiến hành hiệu chỉnh thành phần cấp phối phù hợp với điều kiện thi công Thí nghiệm trờng đà đợc tiến hành đợt: + Đợt tiến hành vào ngày 15 tháng năm 2004 điều kiện công trờng cha có trạm trộn chuyên dùng cho bê tông RCC phải tạm sử dụng trạm trộn bê tông CVC + Đợt tiến hành vào ngày 20/02/2005 công trờng đà đầy đủ thiết bị để thi công RCC Trong đợt thí nghiệm đợt không thành công nguyên nhân thiết kế với cấp phối có hàm lợng xi măng 90 kg puzơlan 110kg sử dụng cát tự nhiên nên hàm lợng chất kết dính thấp đầm không đạt đợc độ chặt nh yêu cầu dung trọng bê tông đạt 2,3T/m3 chất lợng bê tông sau khoan có nhiều lỗ rỗng cha đợc lấp đầy hạt mịn, tiêu tiếp xúc mặt lớp Trong thí nghiệm đợt đà hiệu chỉnh để đủ yêu cầu tối thiểu hàm lợng hạt mịn (nhỏ 0,075mm) nh tiêu chuẩn ACI, với cấp phối đợc kiến nghị nh sau: 158 Xi măng PC40 (kg) 80 145 80 Nớc (lít) Phụ gia kho¸ng (kg) Puzzolan Puzzolan Gia quy Phong Mü 210 210 Đá dăm (kg) Cát tự nhiên (kg) 2x4 1x2 0.5x 731 591 459 262 728 614 478 272 KÕt thí nghiệm cho đợc kết đạt đợc yêu cầu thiết kế đặt ra: a/ Cờng độ bê tông Với cấp phối bê tông đợt thí nghiệm cho tuổi ngày, 28 ngày 90ngày, 180 ngày Tiêu chuẩn đúc mẫu thử nghiệm theo ASTM C 1176-92 nhng thay đổi khuôn đúc hình trụ khuôn lập phơng 15 x 15 x 15, đúc mẫu đợc ®ỉ thành líp - MÉu ngµy ti cêng ®é nÐn : Rmin – Rmax = 101,0 kg/cm 138,6 kg/cm2 - Mẫu 28 ngày tuổi cờng độ nÐn : 154,2 kg/cm2 Rmin – Rmax = 130,4 kg/cm - Mẫu 90 ngày tuổi cờng độ nén : 187,9 kg/cm2 Rmin – Rmax = 159,1 kg/cm - Mẫu 180 ngày tuổi cờng độ nén : Rmin – Rmax = 173,7 kg/cm – 206,5 kg/cm2 b/ Kết nén mẫu đợc khoan bÃi thí nghiệm Khối lợng thể tích, g/cm3 Cờng độ kháng nén, kG/cm2 Khô gió Khô gió tuổi 90 ngày tuổi 180 ngµy R90 R180 Líp 2,42 2,43 92,1 115,6 2,45 2,41 96,4 117,1 2,43 2,40 90,2 119,0 2,43 2,42 94,0 114,8 2,44 2,41 96,3 120,2 2,42 2,43 94,5 116,0 Líp 2,41 2,44 94,2 117,9 2,40 2,41 98,7 109,6 2,44 2,41 99,3 112,4 2,43 2,42 92,1 119,5 2,41 2,43 91,3 115,2 2,43 2,40 94,7 114,6 Líp 2,40 2,42 99,7 115,1 2,42 2,42 2,41 2,43 2,40 2,41 2,4 2,43 2,42 2,42 98,4 96,2 97,6 95,5 94,1 122,3 116,7 118,3 114,6 117,2 Líp 2,39 2,40 89,6 2,41 2,40 93,7 2,42 2,41 98,4 2,42 2,42 93,5 2,41 2,42 87,1 2,43 2,43 90,2 c/ Kết kéo dọc trục mẫu đợc khoan đập 11 12 15 16 17 18 21 22 23 24 25 26 Khèi lợng thể tích, T/m3 Khô BÃo gió hoà 2,45 2,45 2,43 2,44 2,44 2,44 2,40 2,41 2,41 2,42 2,40 2,41 2,45 2,45 2,43 2,43 2,44 2,44 2,42 2,43 2,44 2,44 2,43 2,41 2,44 2,40 2,41 27 2,44 4,60 28 2,43 4,58 29 2,44 4,56 TB 2,426 Sè hiÖu mÉu 2,433 Cờng độ kháng nén, kG/cm2 88,0 125,8 106,9 98,6 102,4 93,7 105,1 110,7 103,1 96,3 93,4 Cờng độ kháng kéo trùc tiÕp, kG/cm2 119,7 116,3 117,4 120,2 116,6 114,4 tuæi 60 ngµy Ghi chó 6,10 6,50 7,20 7,40 6,80 102,2 MÉu kÐo t¸ch líp MÉu kÐo t¸ch líp MÉu kÐo tách lớp d/ Sức kháng cắt bê tông bÃi thí nghiệm 24 không rải vữa Trớc phá huỷ (Peak) độ c, kG/c m2 Sau phá huỷ (Residual) c, độ kG/c m2 Có rải vữa tiếp xúc mặt lớp bê tông không rải vữa Trớc phá huỷ (Peak) độ c, kG/cm Sau phá huỷ (Residual) độ c, kG/cm Trớc phá huỷ (Peak) độ c, kG/c m2 Sau phá huỷ (Residual) c, độ kG/c m2 Sức kháng cắt tuổi 90 ngày 290 2' 1,4 2853 ' 0,6 38°22 ' 0,7 35°01 ' 0,5 47°0 2' 3,3 46°02 ' 0,5 33°1 1' 0,7 31°05 ' 0,5 35°08 ' 1,3 34°05 ' 0,4 47°0 3' 4,1 45°34 ' 0,7 31°0 3' 0,6 30°06 ' 0,2 35°54 ' 0,7 33°08 ' 0,5 51°1 5' 3,7 47°09 ' 0,7 Søc kh¸ng cắt tuổi 180 ngày 342 1' 0,8 3311 ' 0,7 39°08 ' 0,7 34°05 ' 0,7 48°52 ' 5,5 47°04 ' 0,6 33°1 1' 1,2 32°05 ' 0,3 37°35 ' 0,9 36°45 ' 0,3 49°43 ' 5,2 47°59 ' 0,7 31°0 3' 0,9 29°58 ' 0,5 38°22 ' 1,1 37°34 ' 0,5 50°29 ' 5,01 48°51 ' 0,7 Víi kÕt thí nghiệm để đạt đợc yêu cầu thiết kế khả kháng trợt bề mặt bê tông lớp đầm lăn phải có lớp vữa bám dính M300dày 1,5cm Quá trình thi công bê tông đầm lăn Thi công đập bê tông đầm lăn công trình thuỷ điện PlêiKrông đợc thực hai nhà thầu Tổng Công ty Sông đà Tổng công ty điện xây dựng nông nghiệp 4.1 Quy mô phụ trợ cho bê tông RCC - Công suất trạm bê tông đầm lăn theo thiết kế 250m3/giờ nhà thầu đà lắp đặt hai dây chuyền với tổng công suất 300m3/s - Vận chuyển bê tông từ trạm trộn đến đập bên bờ trái băng tải, bên bờ phải ô tô 22T - Trạm nghiền đá dăm có công suất 500.000m3/năm 4.2 Biện pháp đổ bê tông - Bê tông đợc rải thành lớp có chiều dày 0.3m - Sử dụng đầm bánh thép tải trọng tĩnh 12T tải trọng động 18T - Các khe nằm ngang bê tông đầm lăn đợc xử lý lớp vữa xi măng cát dày 1,5cm Các khe đợc thổi tất phần bê tông bị long rời khí nén - Mặt thợng lu sử dụng ván khuôn thép - Mặt hạ lu đổ theo dạng bậc cao 0.9m sử dụng cốp pha thép - Khe nhiệt đợc tạo PE đặt sẵn thời điểm rải bê tông - Bảo dỡng bề mặt bê tông phun suơng tạo ẩm liên tục bề mặt bê tông sau đầm - Tất thiết bị chạy từ bên vào mặt đập phải đợc rửa lốp xe vòi nớc 4.3 Cờng độ thi công bê tông - Bê tông đầm lăn đợc đổ ngày 25/02/2005 với cao độ đáy đập thấp 504m - Đến 30/6/2005 đạt đợc mục tiêu chống lũ năm 2005 cao độ 540m cho bê tông tờng thuợng lu 534m cho bê tông RCC, với tổng khối lợng đà thi công đuợc 180.000m3 cờng độ bình quân tháng 45.000m3/tháng, cờng độ lớn đà đạt đợc 2200m3/ngày - Tốc độ lên đập bình quân 7,5m/tháng 4.4 Quản lý chất lợng -Trong trình thi công nhà thầu phải lấy mẫu kiểm tra chất lợng vật liệu sử dụng cho công trình bao gồm: Xi măng, Puzơlan, cát, dăm -Với hỗn hợp bê tông phải kiểm tra độ cứng Vebe, nhiệt độ vữa bê tông -Với bê tông bÃi đắp phải kiểm tra dung trọng bê tông sau đầm, đúc mẫu kiểm tra cờng độ kháng nén 4.5 Kết kiểm tra chất lợng công trờng Dung trọng bê tông đợc lấy bÃi đắp thân đập theo hai phơng pháp máy hạt nhân rót cát, kết thí nghiệm đạt yêu cầu thiết kế - Dung trọng bê tông ớt cho loại puzơlan Phong mỹ bê tông >= 2,44 T/m3 - Dung trọng bê tông ớt cho loại puzơlan Gia quy bê tông >= 2,47 T/m Cờng độ kháng nén mẫu bê tông đợc đúc khuôn lập phơng 15 x 15 x 15 cho tuổi ngày, 28 ngày, 90 ngày, 180 ngày, lu - Kết thí nghiệm tuổi 90 ngµy gåm 191 tỉ mÉu R90min = 138 kg/cm2 R90max = 170 kg/cm2 R90TB = 155 kg/cm2 - KÕt qu¶ thÝ nghiƯm ë ti 180 ngµy gåm 56 tỉ mÉu R90min = 150 kg/cm2 R90max = 168 kg/cm2 R90TB = 158 kg/cm2 KÕt ln Víi viƯc øng dơng c«ng nghệ bê tông đầm lăn (RCC) lần Việt nam cho dự án thuỷ điện PlêiKrông thấy đà đợc làm chủ công nghệ, chất lợng bê tông đáp ứng đợc yêu cầu thiết kế, tiến độ thi công nhanh, giảm giá thành xây dựng, nhiên công nghệ nên giới không nghừng đúc rút kinh nghiệm cải tiến để nhằm mục đích cho chất lợng bê tông ngày tốt hơn, tiến độ thi công nhah, giá thành hạ Vì dự án bê tông đầm lăn lại việt nam bên cạnh kinh nghiệm đà xây dựng cho dự án PlêiKrông mạnh dạn áp dụng tiến để Việt nam hoàn toàn làm chủ đợc công nghệ bê tông đầm lăn Một số vấn đề nên áp dụng cho dự án đầm lăn nh: - Vật liệu cát cho bê tông đầm lăn nên sử dụng cát nhân tạo để bổ sung thêm hàm lợng hạt mịn (D