CƠNG NGHỆ BÊ TƠNG ĐẦM LĂN- TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM ThS Nguyễn Quang Hiệp, Viện Chuyên ngành Bê tông - Viện KHCN Xây dựng Mở đầu Bê tông đầm lăn (BTĐL) loại bê tông sử dụng nguyên vật liệu tương tự bê tông thường Khác với bê tông thường đầm chặt thiết bị rung đưa vào lòng khối đổ, BTĐL làm chặt thiết bị rung lèn từ mặt (lu rung) Cơng nghệ thích hợp cho cơng trình bê tơng khối tích lớn, hình dáng khơng phức tạp đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, chất kết dính so với bê tông thường nhờ số đập đường bê tông, thi công công nghệ nhanh rẻ so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Cơng nghệ BTĐL thường áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực mặt đường, sân bãi Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi cơng thơng thường có ưu điểm như: phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, sử dụng số sản phẩm phụ phế thải công nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi công nhanh Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực Khối lượng bê tông thi công lớn hiệu áp dụng cơng nghệ BTĐL cao Việc lựa chọn phương án thi công đập công nghệ BTĐL thường đem lại hiệu kinh tế cao so với đập bê tông thường đập đất đắp lí? sau [3]: Thi cơng nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL thi cơng với tốc độ cao dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn phải chờ khối đổ hạ nhiệt So với đập đất đắp có chiều cao, khối tích đập BTĐL nhỏ nên thi cơng nhanh Cơng trình đập cao, hiệu kinh tế đập BTĐL lớn so với đập đất đắp Giá thành hạ: Theo tính tốn tổng kết từ cơng trình xây dựng Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ so với đập bê tông thi công công nghệ truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt giảm chi phí cốp pha, giảm chi phí cho cơng tác vận chuyển, đổ, đầm bê tơng Giảm chi phí cho kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, chi phí làm cửa tràn đập BTĐL rẻ (tương tự đập bê tông thường) Đối với đập thuỷ điện thiết kế có nhiều cửa nhận nước nhiều cao trình khác phương án đập BTĐL rẻ so với phương án đập đắp Hơn làm đập BTĐL, chiều dài kênh xả nước ngắn so với kênh xả nước đập đắp giảm chi phí làm đáy chi phí xử lí? đập Giảm chi phí cho biện pháp thi cơng: Việc thi cơng đập BTĐL giảm chi phí dẫn dịng thời gian xây dựng giảm thiệt hại, rủi ro nước lũ tràn qua đê quai Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn ống dẫn dòng đập đắp Hơn thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên ống dẫn dòng cho đập BTĐL cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn theo mùa thay lưu lượng lớn theo năm đập bê tông đập đắp Vì đường kính cống dẫn dịng đập BTĐL nhỏ chiều cao đê quai cho đập BTĐL thấp so với phương án đập bê tơng thường đập đắp Tình hình ứng dụng BTĐL giới Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2005, tồn giới xây dựng 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng 90 triệu m BTĐL Hiện Trung Quốc quốc gia dẫn đầu số lượng đập BTĐL sau Hoa Kỳ, Nhật Bản Tây Ban Nha Bảng Số lượng đập BTĐL số nước giới Tên Quốc Số Thể Tỷ lệ Tỷ lệ Tên Số Thể Tỷ lệ Tỷ lệ Gia đập tích theo theo Quốc Gia đập tích theo theo xây BTĐL xây BTĐL S.lượng K.lượng dựng (10 m ) % % 1 22 234 500 262 1.200 3.164 5.38 2.1 0.7 0.35 0.35 7.72 0.25 0.54 0.28 1.29 3.41 11.9 5.81 0.7 0.35 0.35 3.86 4.91 2.98 0.82 10.17 7.51 3.15 0.64 5.96 8.13 dựng Châu T.Quốc Nhật Bản Kyrgystan Thái Lan Inđonesia Tổng: 57 43 105 (103 m3) S.lượng K.lượn % g% 28.275 20 15.465 15.09 100 0.35 5.248 1.05 528 0.35 30.50 16.68 0.11 5.66 0.57 Châu Âu Pháp Hy Lạp Italy Nga T.B Nha 49.616 53.56 Tổng: 35 1 11 14 36.8 Nam Mỹ Argentina Brazil Chile Colombia Mexico 36 2 590 9.440 2.170 2.974 840 0.35 12.63 0.7 0.7 2.1 0.64 10.18 2.34 3.21 0.91 Châu Phi Algeria Angola Eritrea Ma Rốc Nam Phi Tổng: 51 16.014 16.48 17.27 Tổng: 29 Châu úc Australia Bắc Mỹ Canada 622 0.7 0.67 Hoa Kì 37 5.081 12.98 5.48 Tổng: 39 5.703 13.68 6.15 Khác Tổng TG 2.760 757 187 2.044 1.214 6.96 17 596 7.53 285 92.712 2.20 1.31 Hình Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo hướng khác giới Từ đời nay, việc xây dựng đập BTĐL phát triển theo hướng [2] : + Bê tơng đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) USACE - Mỹ phát triển dựa công nghệ thi công đất đắp; + Bê tơng đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m ); + Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) phát triển Anh Việc thiết kế thành phần BTĐL cải tiến từ bê tông thường việc thi công dựa vào công nghệ thi cơng đập đất đắp; Ngồi cịn hướng phát triển BTĐL khác hướng phát triển RCD Nhật (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường sang sử dụng BTĐL Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm loại BTĐL có lượng CKD trung bình loại BTĐL có lượng CKD cao Sau 30 năm ứng dụng giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục cải tiến vật liệu chế tạo kỹ thuật thi công Cho tới nay, đập BTĐL thi công xây dựng nhiều nước giới , nơi có nhiệt độ mơi trường từ thấp cao vùng thường xuyên có mưa lớn Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD sử dụng số đập có chiều cao 60m Mỹ Ngày nay, đập BTĐL xây dựng giới chủ yếu sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình giàu CKD nước Tây âu, Trung Quốc, Nhật Bản Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL ứng dụng xây dựng mặt đường sân bãi BTĐL cho mặt đường lần áp dụng Canada vào năm 1976 Caycuse đảo Vancouver với diện tích tổng cộng 36.000m Cho tới nay, hàng chục triệu m2 đường sân bãi xây dựng công nghệ BTĐL nước Mỹ, Nhật số nước khác Các cơng trình mặt đường sân bãi BTĐL cho hiệu sử dụng tốt giảm chi phí bảo dưỡng Ngồi việc áp dụng cho xây dựng đập, mặt đường sân bãi, BTĐL áp dụng cho dạng kết cấu khác Năm 1986 cầu treo lớn giới Akashi khởi công xây dựng Nhật Bản Cây cầu nối liền đảo Honshu đảo Shikoku với chiều dài nhịp hai tháp 1960m Đây cơng trình ứng dụng nhiều cơng nghệ bê tông tiên tiến bê tông tự lèn, bê tơng đổ nước bê tơng đầm lăn Móng trụ neo cáp cơng trình thiết kế bê tơng trọng lực khối lớn (hình 4) Để thi cơng khối móng với khối tích khoảng 200.000m thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn lựa chọn áp dụng Hình Thi cơng sân bãi cơng nghệ BTĐL Hình Thi cơng đập BTĐL xe lu rung ( Beni-Haroun - Algeri) Cáp 38.5 Thân khung angke Dầm cứng 84.5 Khung angke Thanh neo Bê tông đúc sẵn 75.5 83.5 Tuờng bê tông Bê tông đầm lăn Cú th thy rng nhng dạng kết cấu bê tơng có hình dáng khơng phức tạp khơng có cốt thép thi công công nghệ bê tông đầm lăn Khối đổ bê tông lớn, áp dụng công nghệ hiệu 85 Hình Cấu tạo trụ neo cáp cầu treo Akashi Kaiyko-Nhật Bản Triển vọng áp dụng bê tông đầm lăn Việt Nam Trong vài năm trở lại đây, kinh tế nước ta có bước phát triển đáng kể nhờ có sánh mở cửa Nhà nước Nhiều cơng trình lớn xây dựng để phát triển sở hạ tầng cơng trình giao thơng, thuỷ lợi, thuỷ điện Các dự án bê tơng hố đường nơng thơn cần hàng ngàn km đường cần trải mặt Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao giai đoạn 2005-2015, Tổng công ty điện lực Việt nam (EVN) lập dự án xây dựng 32 nhà máy điện có 20 nhà máy thuỷ điện Từ năm 2003, EVN khởi công nhiều cơng trình thuỷ điện thủy điện Avương (xây dựng địa bàn tỉnh Quảng Nam) công suất lắp máy 170MW khởi công 8/2003, Pleikrông (Kontum) công suất lắp máy 100MW (khởi công 11/22003), Bản Vẽ (Nghệ An) công suất lắp máy 300MW (khởi công 2004), thuỷ điện Sơn La (Sơn La) với công suất lắp máy 2400MW (dự kiến khởi cơng năm 2005) Vì cơng trình địi hỏi thời gian thi cơng ngắn, suất thi công lớn nhiều so với trước nên giải pháp xây dựng đập dâng bê tông trọng lực thi công công nghệ đầm lăn đề nghị lựa chọn Bảng Một số công trình đập BTĐL thiết kế bắt đầu xây dựng nước ta Tên đập Năm khởi công Hồ chứa, 106m3 V Hm BTĐL ax Tên đập m3 Năm khởi công Hồ chứa, 106m3 V Hm BTĐL ax m3 m m Pleikrong 2003 1050 450 85 Đồng Nai 2004 340 1400 129 Bản Vẽ 2004 1800 1200 135 Sông Tranh 2006 730 - 96 AVương 2003 340 - 80 Định Bình 2005 - 432 80 Sê San 2004 265 - 74 Sơn La 2005 9260 3100 138 Đồng Nai 2004 1420 - 108 Bản Chát - 2137 130 2.1 Tiềm nguyên vật liệu thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL Việt Nam 2.1.1 Tiềm nguyên vật liệu Thông thường bê tông cho lõi đập trọng lực thường thiết kế với mác thấp (khoảng 15-20MPa) nên lượng dùng xi măng thấp khơng sử dụng thêm phụ gia khoáng mịn, hàm lượng hồ chất kết dính q thấp dẫn tới bê tơng lưu động khơng có độ đặc cao, giảm tính chống thấm, chống xâm thực giảm độ bền lâu bê tông Việc sử dụng phụ gia khống mịn cho bê tơng khối lớn ngồi việc giảm nhiệt sinh CKD thuỷ hố cịn có tác dụng giảm giá thành, cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tông Từ trước tới nay, phụ gia khoáng sử dụng phổ biến cho cơng trình bê tơng khối lớn thi cơng theo cơng nghệ bê tơng thường với mục đích giảm nhiệt thuỷ hố, hạ giá thành bê tơng đập thuỷ lợi (Đập sơng Lịng Sơng, đập Bái Thượng ) đập thuỷ điện (Sê San 3) Thực tế cho thấy loại phụ gia khoáng sử dụng cho cơng trình nói mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật tốt nước ta có nhiều nguồn phụ gia khống sử dụng làm PGK cho BTĐL gồm nguồn nhân tạo tro nhiệt điện (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, ng Bí) loại pu giơ lan tự nhiên pu giơ lan Sơn Tây, Đá si lic Hải Phòng, pu giơ lan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, pu giơ lan Gia Lai, điatomit Kontum, pu giơ lan Bà Rịa-Vũng Tầu, điatomit Phú Yên 2.1.2 Tiềm thiết bị Thiết bị thi công BTĐL không phức tạp, thiết bị để thi cơng bê tơng theo cơng nghệ có Việt Nam Thiết bị để thi cơng BTĐL cho đập đường giống Tuy nhiên loại hình cơng nghệ địi hỏi thêm thiết bị thi cơng đặc chủng riêng Các thiết bị cho thi cơng đập cơng nghệ BTĐL gồm: Máy trộn cưỡng có khả trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính lớn; băng tải thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ; máy san ủi; máy lu rung; máy tạo khe co; máy đánh xờm; hệ thống phun nước cao áp làm bề mặt bê tông mạch ngừng, hệ thống phun nước bảo dưỡng bê tông Thiết bị cho thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tải tự đổ; máy rải (asphalt); xe lu rung; xe lu lốp; mắy cắt bê tơng Có thể thấy thiết bị cho thi cơng bê tơng cơng nghệ BTĐL có sẵn Việt Nam chế tạo phần Việt Nam Nếu phổ biến cơng nghệ BTĐL Việt Nam tận dụng thiết bị có sẵn nước 2.1.3 Hiệu áp dụng BTĐL làm đập mặt đường Việt Nam Về kinh tế, hiệu lớn mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại rút ngắn thời gian thi cơng, sớm đưa cơng trình vào khai thác sử dụng, ngồi xây dựng cơng trình thuỷ lợi thuỷ điện, công nghệ cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư Về kỹ thuật, áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng cơng trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm lượng dùng xi măng giảm nguy nứt khối ứng suất nhiệt Đối với xây dựng mặt đường, sân bãi, việc sử dụng BTĐL rút ngắn thời gian đưa cơng trình vào sử dụng nhanh gấp hai lần so với bê tông thường 2.2 Một số điểm cần lưu ý áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng đập Mặc dù công nghệ BTĐL khẳng định công nghệ xây dựng tối ưu áp dụng cho đập trọng lực việc xây dựng đập BTĐL thực phát huy tính ưu việt tạo sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông thường khắc phục điểm yếu loại hình cơng nghệ này: + Về chất lượng bám dính lớp Cường độ bám dính lớp đập BTĐL điểm yếu BTĐL Vì cường độ kéo bê tông vùng tiếp giáp lớp đổ mối quan tâm lớn thiết kế kết cấu đập BTĐL [3] Do cần phải có thử nghiệm kỹ mơ hình với điều kiện vật liệu, thiết bị quy trình thi cơng thực tế để xác định tính chất bê tông vùng tiếp giáp lớp thi công đảm bảo giá trị tính chất bê tông không thấp yêu cầu thiết kế + Về vấn đề thấm Do BTĐL thi công thành lớp nên khe tiếp giáp lớp đường để nước thấm qua thân đập [3] Ngồi sử dụng chất kết dính so với bê tơng thường nên BTĐL có tính chống thấm so với bê tơng thường mác Vì cần nghiên cứu kỹ giải pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu quy trình thi cơng thích hợp để đảm bảo khả chống thấm cho đập + Về chất lượng thi công: Sự phân ly hỗn hợp bê tông đề bất lợi xảy trình sản xuất đổ BTĐL Do đặc thù thi công diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát đồng thành phần tính cơng tác hỗn hợp BTĐL khó so với bê tơng thường Điều dẫn đến chất lượng BTĐL dao động lớn Kết luận Công nghệ BTĐL nhiều nước giới áp dụng hiệu cho cơng trình đường bê tơng đập bê tơng trọng lực BTĐL có triển vọng lớn áp dụng cho cơng trình tương tự Việt Nam Để đảm bảo xây dựng đập BTĐL có chất lượng tương đương với đập bê tông thường cần ý điểm yếu loại hình cơng nghệ Trước áp dụng công nghệ BTĐL phải nghiên cứu vật liệu, thử nghiệm cơng nghệ xây dựng qui trình thi cơng, kiểm tra nghiệm thu BTĐL gắn với đặc điểm cơng trình cụ thể tài liệu tham khảo [1] ACI Committee 207 " Effect of restraint, volume change, and reinforcement on cracking of massive concrete" ACI- Journal, Proc 70, 7, July 1973 pp 445-470 [2] Kennet D Hansen, William G Reinhardt, “Roller-Compacted Concrete Dams”, 1991, pp 15-61 [3] US Army Corps of Engineers, “Roller-Compacted Concrete”, Jan 2000 EM1110-22006) ... lăn Cú th thy rng nhng dng kt cấu bê tơng có hình dáng khơng phức tạp khơng có cốt thép thi cơng công nghệ bê tông đầm lăn Khối đổ bê tông lớn, áp dụng công nghệ hiệu 85 Hình Cấu tạo trụ neo... tế, hiệu lớn mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa cơng trình vào khai thác sử dụng, ngồi xây dựng cơng trình thuỷ lợi thuỷ điện, công nghệ cho phép... nước bê tơng đầm lăn Móng trụ neo cáp cơng trình thiết kế bê tơng trọng lực khối lớn (hình 4) Để thi cơng khối móng với khối tích khoảng 200.000m thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn lựa chọn