xây dựng quy trình công nghệ thi công bê tông bản mặt và những bài học kinh nghiệm khi thi công công trình cửa đạt

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “XÂY DỰNG QUY TRÌNH, CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ
TÔNG BẢN MẶT VÀ NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM KHI THI CÔNG
CÔNG TRÌNH CỬA ĐẠT ” được hoàn thành ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản
thân, tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và
gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS. LÊ
KIM TRUYỀN, đã tận tình hướng dẫn cũng nh
ư cung cấp tài liệu, thông tin khoa
học cần thiết để tác giả hoàn thiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau
đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này.
Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ
, động viên khích lệ
thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
còn nhiều hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Tác giả
kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè và đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp
tục học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm
ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả luận văn


Bùi Quốc Đạt

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: BÙI QUỐC ĐẠT
Học viên lớp: 19C11
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung
và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất
kỳ công trình khoa học nào.
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả luận văn


Bùi Quốc Đạt











MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊTÔNG 3
1.1. Lịch sử phát triển và cấu tạo mặt cắt ngang cơ bản đập đá đổ bản mặt BT 3
1.1.1. Mở đầu 3
1.1.2. Nguyên lý bố trí kết cấu đập và công nghệ xây dựng 3
1.2. Ưu nhược điểm của CFRD 5
1.2.1. Ưu điểm 5
1.2.2. Nhược điểm 6
1.3 Sự phát triển của CFRD trên thế giới và Việt Nam 7
1.3.1 Sự phát triển của CFRD trên thế giới 7
1.3.2. Sự phát triển đập CFRD ở Việt Nam 9
1.4. Những yêu cầu cơ bản khi thi công bản mặt bê tông 10
1.5 Kết luận chương I 12
CHƯƠNG 2.CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN HÌNH THỨC CHỐNG THẤM
CHO ĐẬP ĐÁ ĐỔ 14

2.1 Các hình thức chống thấm cho đập đá đổ 14
2.1.1. Đập đá đổ có VCT bằng đất 14
2.1.2. Đập đá đổ có vật chống thấm không phải là đất 18
2.2. Cơ sở khoa học sử dụng hình thức phòng thấm đập đá đổ bằng bản mặt bê tông
21

2.2.1. Thấm qua đập đá đổ khi chưa có bản mặt bê tông 21
2.2.2. Thấm qua đập đá đổ bản mặt bê tông 22
2.3. Tính toán thiết kế bản mặt bê tông 23
2.4. Phân tích lựa chọn kết cấu chống thấm cho đập đá đổ 25
2.5. Kết luận chương 2 26
CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG QUY TRÌNH, CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ
BẢN MẶT BÊ TÔNG 27

3.1. Những yêu cầu kỹ thuật chung khi thi công đập đá đổ CFRD. 27


3.1.1 Các tiêu chuẩn, quy phạm áp dụng 27

3.1.2. Dẫn dòng, chống lũ 28
3.1.3. Xử lý nền vai đập 30
3.1.4. Yêu cầu vật liệu đắp đập 31
3.1.5. Đắp đập 32
3.1.6. Thi công tấm bản chân và bản mặt 33
3.1.7. Thi công chắn nước khớp nối 34
3.2. Thi công đắp đập 35
3.2.1. Tiêu chuẩn đắp đập 35
3.2.2. Xác định cấp phối vật liệu các vùng đắp đập 36
3.2.3. Thiết bị thi công đắp đập 38
3.2.4. Trình tự thi công của mỗi khu vực đắp 40
3.2.5. Phương pháp thi công đắp đập 40
3.3. Thi công bê tông bản chân và bản mặt 42
3.3.1. Các tiêu chuẩn quy phạm áp dụng 42
3.3.2. Xác định cấp phối bê tông 42
3.3.3. Lựa chọn thiết bị thi công bê tông bản mặt 45
3.3.4. Quy trình thi công bê tông bản mặt 49
3.3.5. Biện pháp thi công bê tông bản chân 49
3.3.6. Biện pháp thi công bê tông bản mặt 50
3.4. Kết luận chương 3 52
CHƯƠNG 4.THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG CỬA ĐẠT VÀ
NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM 53

4.1. Giới thiệu công trình Cửa Đạt 53
4.1.1. Địa hình 53

4.1.2. Địa chất 54
4.2. Cấu tạo mặt cắt ngang đập Cửa Đạt 54
4.2.1. Khối đá đắp chính 55
4.2.2. Các khối đắp chuyển tiếp 55


4.2.3. Hệ thống phòng chống thấm 57

4.3. Công nghệ thi công đập CFRD Cửa Đạt 60
4.3.1. Thi công tấm bản chân 60
4.3.2. Thi công các khối đá đắp 64
4.3.3. Thi công bản mặt bê tông 73
4.4. Những bài học kinh nghiệm 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

I. Kết luận 92
II. Kiến nghị 92

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình1.1. Mặt cắt ngang đập điển hình 3
Hình 2.1. Đập đá đổ Miboro 15
Hình 2.2. Đập đá đổ lõi thẳng đứng Infernilo 16
Hình 2.3. Đập đá đổ lõi giữa Triniti 16
Hình 2.4. Đập đá đổ lõi nghiêng Tichves 18
Hình 2.5. Đập đá đổ có VCT tường nghiêng Bê tông cốt thép 19

Hình 2.6. Đập Ây-khaghen có tường lõi bê tông atphan 21
Hình 2.7. Sơ đồ tính thấm qua đập đá đổ không có vật chống thấm 22
Hình 2.8. Sơ đồ tính thấm qua tường nghiêng 22
Hình 3.1. Nước lũ tràn qua cao trình 50m đập Cửa Đạt 29
Hình 3.2. Đường hầm xả lũ thi công đập Cửa Đạt 30
Hình 3.3. Hố móng thượng lưu đập Cửa Đạt 31
Hình 3.4. Máy đầm rung bánh thép XSM 220 sản xuất tại Trung Quốc, tải trọng
tĩnh 20 tấn, tải trọng rung 32 tấn 39

Hình 3.5. Thi công mái hạ lưu đập Cửa Đạt 41
Hình 3.6. Thi công rải asphan 46
Hình 3.7. Máy rải Asphan 47

Hình 3.8. Máy thi công tấm đồng. 48
Hình 3.9. Quy trình thi công bê tông bản mặt 49
Hình 4.1. Vị trí tuyến công trình Cửa Đạt 54
Hình 4.2. Mặt cắt ngang đập Cửa Đạt 55
Hình 4.3. Bản mặt bê tông đập Cửa Đạt 60
Hình 4.4. Lắp đặt cốt thép tấm phòng thấm sau bản chân đập Cửa Đạt 62
Hình 4.5. Lắp đặt cốt thép, ống PVC, khớp nối tấm bản chân đập Cửa Đạt 62
Hình 4.6. Lấy mẫu quản lý chất lượng bê tông bản chân 63
Hình 4.7. Bảo dưỡng bê tông bản chân 64
Hình 4.8. Đầm lớp IIIB tại cao trình +33 70

Hình 4.9. Mặt bẳng thi công lớp IIIC tại +55.45 ………………… …………… 71
Hình 4.10. Mặt bằng lớp IIIF tại cao trình +33.5 72
Hình 4.11. Quản lý chất lượng công tác đắp đập 73




Hình 4.12. Sơ đồ công nghệ thi công bản mặt bê tông đập Cửa Đạt 77

Hình 4.13. Bố trí cốt thép bản mặt 79
Hình 4.14.Thi công cốt thép, cốt pha ván khuôn trượt, máng và kiểm tra trước khi
đổ bê tông bản mặt…………………………………………………………………81
Hình 4.15. Đổ bê tông bản mặt 81

Hình 4.16. Công tác xử lý khe thi công giữa hai đợt đổ bê tông bản mặt 84
Hình 4.17. Công tác xử lý khe thi công giữa hai đợt đổ bê tông bản mặt 85
Hình 4.18. Nghiệm thu công tác hoàn thiện lớp vữa bảo vệ lớp IIA trước khi tiến
hành thi công cốt thép, cốt pha, khớp nối tấm bản mặt 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Một số CFRD trên thế giới đã và đang xây dựng cao trên 100m 8
Bảng 1.2. Các đập CFRD của Trung quốc xây cao hơn 100m 9
Bảng 3.1. Bảng chọn độ rỗng đá đắp 35
Bảng 3.2. Cấp phối vùng vật liệu IIA, IIB đập Tuyên Quang 37
Bảng 3.3. Cấp phối vật liệu vùng IIIA, IIIB đập Tuyên Quang 37
Bảng 3.4. Kết qủa thí nghiệm đầm nén hiện trường của đập Tuyên Quang 37
Bảng 3.5. Thành phần cấp phối bê tông bản mặt sử dụng cho đập Cửa Đạt theo kết
quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đối chứng hiện trường 43

Bảng 3.6. Bảng thành phần cấp phối bê tông 44
Bảng 4.1. Bảng chức năng và yêu cầu vật liệu cho từng vùng 56
Bảng 4.2. Cấp phối vật liệu của vùng đệm IIA đập Cửa Đạt 65
Bảng 4.3. Cấp phối vật liệu của vùng đệm đặc biệt IIB đập Cửa Đạt 66
Bảng 4.4. Cấp phối vật liệu của vùng chuyển tiếp IIIA đập Cửa Đạt 66
Bảng 4.5. Cấp phối vật liệu của vùng đá chính IIIB đập Cửa Đạt 66
Bảng 4.6. Cấp phối vật liệu của vùng đá hạ lưu IIIC đập Cửa Đạt 67
Bảng 4.7. Thành phần cấp phối bê tông bản mặt sử dụng cho đập Cửa Đạt theo kết
quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đối chứng hiện trường 76

Bảng 4.8. Các tiêu chuẩn thí nghiệm 86

1



MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập đá đổ chống thấm bằng bản mặt bê tông là loại công trình đã và đang được
sử dụng rộng rải trên thế giới như Trung Quốc, Bồ Đào Nha, Mỹ, Australia, Hàn
Quốc, Chi Lê Ở nước ta trong những năm qua đã ứng dụng loại đập này ở một
số công trình như đập Tuyên Quang, đập Cửa Đạt – Thanh Hóa, đập Rào Quán-
Quảng Trị
Đây là loại công trình ứng dụng công nghệ thi công mới ở nước ta nên kinh
nghiệm chưa có nhiều. Phần lớn công nghệ thi công do tư vấn nước ngoài đảm
nhận, các Công ty của chúng ta trực tiếp thi công nhưng chưa đúc kết xây dựng
được quy trình công nghệ thi công cho loại công trình này.
Để đảm bảo chất lượng thi công, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí xây
dựng trong giai đoạn thi công, chúng ta cần nghiên cứu, tổng kết và xây dựng quy
trình công nghệ thi công Bê tông bả
n mặt ở nước ta, đó là vấn đề rất cần thiết,
mang nhiều ý nghĩa kỹ thuật kinh tế trong quá trình xây dựng đập đá đổ bản mặt
bê tông.
2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu quy trình, công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt bê tông.
- Nghiên cứu tổng kết công nghệ thi công bản mặt bê tông ở công trình Cửa Đạt
– Thanh Hóa.
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đập đá đổ bản mặt bêtông Cửa Đạt.
Phạm vi nghiên cứu: Quy trình và công nghệ thi công đập đá đổ bản mặt BT
Phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình thực tế
: Tổng hợp, kế thừa
các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực đập đá đầm nén. Khảo sát
thực tế ở những công trình đã ứng dụng ở Việt Nam. Tìm hiểu các tài liệu đã được
nghiên cứu và ứng dụng. Các đánh giá của các chuyên gia.
- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn

2



- Nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam;
- Chuyển giao và ứng dụng các công nghệ mới trong nước và quốc tế.
4. Kết quả dự kiến đạt được
Xây dựng được quy trình, công nghệ thi công bêtông bản mặt cho đập đá đổ
nói chung và đúc rút những bài học kinh nghiệm khi thi công công trình Cửa Đạt –
Thanh Hóa.



















3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊTÔNG
1.1. Lịch sử phát triển và cấu tạo mặt cắt ngang cơ bản đập đá đổ bản mặt BT
1.1.1. Mở đầu
Đập đá đổ bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam - CFRD) là kết cấu
đập đang được ứng dụng phổ biến hiện nay trên thế giới. Nó có ưu thế đến mức đã
được tổng kết trong các sách giáo khoa về thuỷ công là "loại đập đầu tiên được nghĩ
đến khi có yêu c
ầu xây dựng đập". Vì nó là loại đập có tính an toàn cao, ít "kén
chọn" điều kiện địa hình địa chất, có thể thi công ở mọi loại thời tiết, tận dụng được
tối đa các loại đá thải loại đào từ hố móng tràn hoặc đường hầm tháo lũ, mang lại
hiệu quả lớn về kinh tế và kỹ thuật.

Hình1.1 : Mặt cắt ngang đập điển hình
1.1.2. Nguyên lý bố trí kết cấu đập và công nghệ xây dựng
Về nguyên lý, kết cấu đập gồm hai phần chính (h. 1.1). Một là bộ phận chịu
lực với yêu cầu bảo đảm cho đập ổn định dưới tác dụng đẩy ngang của khối nước
chứa trong hồ ở thượng lưu đập. Bộ phận này được cấu tạo chủ yếu b
ởi khối đá IIIB
và IIIC được đầm nén kỹ như công nghệ làm đường, trong đó khối IIIB được làm từ
đá chọn lọc lấy từ mỏ đá, còn khối IIIC được làm từ đá thải loại tận dụng từ đá đào
hố móng tràn hoặc đường hầm tháo lũ để giảm giá thành xây dựng đập cũng như
4



giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Hai là bộ phận chống thấm bao gồm bản

mặt và bản chân được làm bằng bê tông cốt thép với yêu cầu kín nước để hạn chế
tối đa rò rỉ nước từ hồ chứa, tránh mất nước và gây xói thân đập, làm mất an toàn
đập. Vì bê tông cốt thép là loại vật liệu dòn, dễ bị nứt nẻ khi có biến dạng lớn nên
yêu cầ
u khối đá đầm nện để làm nền cho bản mặt và nền được lựa chọn để đặt bản
chân phải ít biến dạng trong quá trình chịu lực. Bản mặt được thiết kế chủ yếu để
bảo đảm yêu cầu chống thấm và đủ "mềm" để có thể biến dạng theo biến dạng của
mặt thượng lưu thân đập, nên có bề dày khá mỏng. Do vậ
y, khả năng chịu lực của
bản mặt chủ yếu dựa vào sự tiếp xúc chặt chẽ của bản mặt với mặt thượng lưu của
thân đập. Về nguyên lý, vì thân đập được đầm nén kỹ, ít bị biến dạng, nên bản mặt
hầu như
không chịu uốn mà chỉ chịu biến dạng do bê tông co ngót và dãn nở do
biến đổi nhiệt độ. Vì vậy trong bản mặt chỉ bố trí một lớp cốt thép ở chính giữa
chiều dày của nó.
Thực tế làm việc của nhiều đập, nhất là các đập có chiều cao lớn cho thấy rất
khó thực hiện để hạn chế biến dạng lớn của thân đập, vì rất khó kiểm soát sự đồng
đều của đá dùng để đắp đập cũng như chất lượng đầm nén các khối đá ở hiện trường
với khối lượng thi công lên tới hàng triệu khối. Mặt khác, mặc dù bản mặt được đổ
khi kết quả quan trắc cho thấy thân đập đã ổn định lún, nhưng trong quá trình tích
nước kết quả tính toán cũng như quan trắc thực tế cho thấy thân đập vẫn ti
ếp tục bị
lún và bị chuyển dịch về phía hạ lưu.
Đá là vật liệu được sử dụng từ hàng ngàn năm nay để xây dựng những đập ngăn
nước trên các sông suối, nhất là ở những vùng sẵn có đá tự nhiên. Đá là loại vật liệu
bền chắc và có khả năng chịu nén cao, việc thi công ít bị ảnh hưởng bởi những biến
động của thời ti
ết. Tuy nhiên trong thân đập đá có những khoảng rỗng đáng kể làm
cho nước dễ thoát qua đập xuống hạ lưu. Để giữ nước, người ta phải dùng những
biện pháp kết hợp với những vật liệu khác như làm lõi chống thấm giữa thân đập

bằng đất, bê tông asphalt,… hoặc phủ mặt thượng lưu đập bằng bản bê tông cốt thép
(gọi tắt là "CFRD" – concrete face rockfill dam).
5



Những CFRD đầu tiên trên thế giới được xây dựng từ những năm 20 của thế kỷ
trước, song đó chỉ là một số ít đập nhỏ. Vài thập kỷ gần đây, cùng với sự xuất hiện
của các thiết bị lớn đủ sức đầm nện chặt khối đá thân đập, qua đó làm giảm hẳn độ
lún mặt đập và giữ cho bả
n mặt bê tông không bị nứt gãy, tạo nên bước phát triển
nhanh của đập CFRD ở khắp nơi, mang lại hiệu quả lớn.
Có thể kể những CFRD vào loại cao nhất thế giới hiện nay như
Shuibuya (233m, Trung Quốc), Jiangpinghe (221m, Trung Quốc), La Yesca (210,
Mexico), Bakun (205m, Malaysia), Campos Novos (202m, Brazin),… Cũng có thể
kể thêm, tháng 5/2008, đã xảy ra trận
động đất (8 độ Richter) tại vùng Tứ Xuyên (Trung Quốc). Cách tâm
chấn 20km là CFRD Zipingpu cao 156m (thuộc "top" 50 CFRD cao nhất thế giới
và "top" 10 CFRD cao nhất Trung Quốc) vẫn an toàn tuy có chút ít xô x
ệch. Ở nước
ta, hiện nay mới có 3 CFRD đều do các chuyên gia Việt Nam thiết kế và tổ chức thi
công. Đầu tiên là đập Rào Quán (Quảng Trị) cao 69m, tiếp đó là đập Nà Hang
(Tuyên Quang) cao 92m và gần đây là đập Cửa Đạt (Thanh Hóa) cao 118m
đã được khánh thành. Các chuyên gia quốc tế nhất trí nhận định rằng CFRD có
những yêu cầu kỹ thuật rất nghiêm khắc và đập càng cao thì càng có nhiều vấn đề
rất phức tạp phải giải quyết, cả trong thi
ết kế và thi công. Kỹ thuật CFRD không
ngừng được điều chỉnh, đổi mới và cập nhật. Chẳng hạn, trước đây có quan niệm
coi bản mặt bê tông cốt thép như kết cấu màng mỏng, có chuyển vị áp theo mặt đập,
nên chỉ đặt cốt thép đơn. Thực tế tuy bề dày bản là nhỏ so với các kích thước khác

của mặt đập, song bản vẫn phải được coi là kết cấ
u chịu uốn, có độ cứng kháng uốn
nhất định, đặc biệt là ở những đập cao, nhiều khả năng bị lún không đều trên mặt
đập. Vì vậy, chúng ta đã đặt cốt thép kép tại bản mặt đập Cửa Đạt. Cách làm này
được thảo luận và nhất trí cao trong Hội nghị quốc tế Đập đá tại Thành Đô (Trung
Quốc) tháng 10/2009.
1.2. Ưu nhược điểm của CFRD
1.2.1. Ưu
điểm
- Tận dụng được các vật liệu tại chỗ. Đặc biệt có thể tận dụng đá đào móng tràn xả
lũ, đường hầm, nhà máy thủy điện để đắp đập, ít phải sử dụngvật liệu hiếm hoặc
6



vận chuyển từ xa tới. Giá thành CFRD có thấp hơn các loại đập khác như đập bê
tông trọng lực, vòm, bản chống v v. Trường hợp hiếm đất có đủ tiêu chuẩn để đắp
đập thì CFRD còn kinh tế hơn cả đập đất.
- Thời gian thi công ngắn hơn so với các loại đập khác, quá trình thi công ít chịu
ảnh hưởng của thời tiết nên có thể thi công ngay cả trong mùa mưa từ đó rút ngắn
được thời gian thi công.
- Mức độ an toàn cao do toàn bộ dòng thấm đã được bản mặt bê tông ngăn lại và
phần đá đắp trong thân đập được đầm nén chặt nên hệ số ổn định của mái thượng hạ
lưu đập khá cao và mái thượng hạ lưu có thể rất dốc ( m = 1.4 ÷ 1.7 ) dẫn đến khối
lượng đá đắp giảm nhỏ so với đập đá đổ thông thường.
- D
ẫn đường thi công đơn giản mà ít tốn kém hơn.
- Yêu cầu về địa chất nền thấp hơn các loại đập bê tông.
- Về độ ổn định chống động đất chống trượt và tuổi thọ công trình không thua kém
bất cứ loại đập nào.

- Trong nhiều trường hợp CFRD có thể xây dựng ngay trên nền cát cuội sỏi lòng
sông, mà phần lớn khối lượng cát sỏi không phải bóc bỏ khi đắp đập. Có thể cho
nước tràn qua đập đang xây dở nên vấn đề dẫn dòng víi lưu lượng lớn có thể được
giải quyết với giá thành khá rẻ.
1.2.2. Nhược điểm
- Sử dụng vật liệu nhiều khối ( mỗi vùng có chỉ tiêu cơ lý khác nhau) dẫn đến việc
thiết kế, thi công yêu cầu phải tính toán, lựa chọn các phương án hợp lý, giám sát thi
công phải chặt chẽ để tránh hiện tượng treo ứng suất hoặ
c biến dạng quá mức gây nên
nứt gãy thủy lực đã xảy ra ở một số công trình ngay cả khi ở cột nước thấp, đặc biệt
khi sự chênh lệch lớn về mô đun biến dạng của vật liệu giữa các lớp kề nhau.
- Hiện tượng thoát không xảy ra ở lớp tiếp giáp dưới bề mặt bê tông và lớp phía
dưới nó gây biến dạng bề mặt.
- Yêu cầu về
thiết bị thi công cũng như kỹ thuật thi công cao hơn đập đá đổ thông
thường, nhưng với khả năng thiết bị như ngày nay thì điều này không còn là yếu tố
quan trọng nữa.
7



1.3 Sự phát triển của CFRD trên thế giới và Việt Nam
1.3.1 Sự phát triển của CFRD trên thế giới
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật thiết kế và thi
công các công trình thủy lợi - thủy điện trên thế giới có sự tiến bộ vượt bậc trong
thời gian qua. Với những ưu việt của CFRD nên nó được xây dựng ngày càng
nhiều, hình thức bố trí mặ
t cắt đập ngày càng được nghiên cứu hoàn thiện và đạt
hiệu qủa kinh tế hơn. Nhật Bản là nước đặt tiền đề cho việc phát triển CFRD, trong
thập kỷ 70 của thế kỷ 20 ở nước này đã xây dựng được rất nhiều CFRD với chiều

cao lớn. Ở các nước khác cũng có hàng loạt CFRD ra đời, đến năm 1998, căn cứ
vào thống kê chưa đầy đủ về các đập đang và đã xây dựng xong từ sau năm 1966,
trên toàn thế giới đã có 180 đập, trong đó đập cao trên 100m có 25 đập.
Trung Quốc là nước có sự phát triển mạnh mẽ loại đập này trong thời gian qua.
Trong một thời gian ngắn vào cuối thế kỷ 20 hàng loạt đập lớn đã được xây dựng.
Việc xây dựng CFRD hiện đại của Trung Quốc bắt đầu từ năm 1985. Đập đầu tiên
được xây dựng là đập hồ
chứa Tây Bắc Khẩu - Hồ Nam, đập cao 95m. Nhưng đập
được hoàn thành đầu tiên là đập hồ chứa Quan Môn Sơn - Liên Ninh, đập cao
58.5m. So với các nước đi đầu trong lĩnh vực xây dựng CFRD, tuy chậm sau nhưng
Trung Quốc khởi điểm rất mạnh và phát triển nhanh. Chỉ trong vòng 10 năm đã phổ
biến ra toàn quốc, đến cuối năm 1998, căn cứ vào thống kê chưa đầy đủ, ở Trung
Quốc đã hoàn thành 39
đập, đập cao nhất là đập thuỷ điện Bạch Vân tỉnh Hồ Nam,
xây dựng năm 1998 cao 120m. Hiện nay ở Trung Quốc đập CFRD cao trên 100m
đang xây dựng có hơn 20 đập.
8



Bảng 1.1 Một số CFRD trên thế giới đã và đang xây dựng cao trên 100m
TT Tên đập Tên nước
Chiều cao
đập (m)
Chiều dài
đập (m)
Khối lượng
đập (10
6
m

3
)
1 Aguamilpa Mexico 187 13
2 Akbu Venezuela 160.5 150 3
3 For do Areia Braxin 160 828 14
4 NewExchquer Mỹ 150 427 4.1
5 Myxukhala
Hy L¹p
150 1.4
6 Sauvaxira Colombia 148 362 3.9
7 Segrado Braxin 145 705 7.3
8
Anto
Anchicaya
Colombia 140 280 2.5
9 Xingo Nam Tư 140 850 12.7
10 Aman Anbani 133
11 Khao lan Thái Lan 130 1000 8
12 Xello Nigeria 130 560 3.9
13 Clylass Colombia 127 110 1.3
14 Xila Indonexia 125 453 3.8
15 Yta Nam Tư 125 9.3
16 Recce Úc 122 360 2.7
17 Tumili Venezuela 115
18 Poltala Bồ Đào nha 112 540 2.7
19 Cetnana Úc 110 113 1.4
20 Uluai Malaixia 110

9

Bảng 1.2. Các đập CFRD của Trung quốc xây cao hơn 100m
TT Tªn ®Ëp
Địa điểm
x©y dùng
Chiều cao
®Ëp (m)
Chiều dài
®Ëp (m)
Khèi l−îng
®Ëp (10
5
m
3
)
1
Thuỷ bộ á
Hå B¾c
233 584 1566
2
Tam bản khê Quế Châu 185.5 424 991
3
Hồng Gia Bộ Quế Châu 182.3 465 1007
4
Thiện gia bình Hồ Bắc 180
5
Tham khang Triết Giang 161 506 1000
6
Tài binh bổ Tứ Xuyên 159 638 1167

7
Đại Liệu Thụ Ninh Hạ 156 770 1450
8 Hương Thụy Đông An Huy 153 516 257
9
Cát Lâm Đài
T©n C−¬ng 152 392 920
10
Than Khẩu
S¬n T©y 140 1150 2395
1.3.2. Sự phát triển đập CFRD ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước có nhiều đập vật liệu địa phương (VLĐP).
Tuy nhiên đa số là đập có chiều cao H < 40m thuộc loại đập thấp. Đập VLĐP được
xây dựng nhiều nhất là ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên, hầu hết các công
trình trên đều là đập đất đồng chất, hoặc đập đất nhiều khối.
Đập đá đổ nói chung và CFRD nói riêng
được xây dựng ở nước ta còn ít so
với đập đất, nhưng những công trình loại này đều là các đập cao như Ialy, Hòa
Bình, Hàm Thuận-Đa Mi (đập đá đổ hoặc đất đá hỗn hợp), Thủy lợi - Thuỷ điện
Quảng Trị, Thuỷ điện Tuyên Quang, Thuỷ lợi - Thủy điện Cửa Đạt (CFRD), trong
đó đập Cửa Đạt (H=102m, khối lượng đắp 8x10
6
m
3
) đang xây dựng được xếp vào
hàng đập lớn của khu vực.
CFRD là một loại hình đập đá đổ mới được đưa vào nước ta. Tuy nhiên nó
đang dần từng bước chứng minh được tính ưu việt của nó so với các loại đập đá đổ
khác, nhất là với các loại đập cao. Với công nghệ và trang thiết bị thi công ngày
càng hiện đại, các khó khăn phát sinh trong quá trình thi công CFRD sẽ được hạn
chế rất nhi

ều và việc xây dựng đập loại này sẽ ngày càng phát triển ở nước ta. Từ
10



thành công và những kinh nghiệm rút ra từ công tác khảo sát, thiết kế và thi công
trong các công trình sử dụng đập đá đổ bê tông bản mặt ( CFRD) như Quảng Trị,
Tuyên Quang, Cửa Đạt, chúng ta hy vọng hàng loạt các công trình ứng dụng CFRD
sẽ được xây dựng rộng r·i ë ViÖt Nam trong t−¬ng lai.
1.4. Những yêu cầu cơ bản khi thi công bản mặt bê tông
Bản mặt bê tông là kết cấu chống thấm chủ yếu của đập, nhưng độ
dày khá
mỏng; Mặc dù các lớp đá đổ ở hạ lưu có tính thấm nhỏ, nhưng hệ số thấm vẫn lớn
hơn rất nhiều lần bản mặt bê tông, vì vậy tổn thất cột nước thấm chủ yếu phát sinh ở
trong phạm vi độ dày của bản mặt bê tông, khiến bản mặt chịu chênh lệch áp lực rất
lớn. Trong thời kỳ dài, bản mặt bê tông dưới tác dụng của chênh lệch áp lực lớn,
chất kết dính canxi trong bê tông sẽ bị nước thấm hoà tan và cuốn trôi, khiến cường
độ bê tông giảm xuống.
Tốc độ hoà tan chất canxi và lưu lượng thấm có quan hệ trực tiếp với nhau; để
giảm tốc độ hoà tan, kéo dài thời gian làm việc của bản mặt, bản mặt bê tông cần
phải có tính năng phòng thấm cao, nên sử dụng bê tông chống thấm cao, thông
thườ
ng không nên thấp hơn B6. Ở những nơi có khí hậu lạnh, cần yêu cầu cao hơn.
Bản mặt bê tông ở trong phạm vi trên mực nước chết và dưới mặt thoáng khí,
tuỳ thuộc tăng giảm của mực nước trong hồ, chịu khô ướt xen kẽ trong thời kỳ dài,
đồng thời chịu lạnh và tác dụng xâm thực của phong hoá tự nhiên; vì vậy bản mặt
bê tông nên có tính năng chịu được xâm thực cao, chịu nhiệ
t độ thấp, thông thường
không nên thấp hơn D100.
Lớp đệm của bản mặt bê tông trên mái dốc tuỳ thuộc biến hình của khối đá đổ

mà biến hình theo, ở trong nội bộ bản mặt sẽ phát sinh ứng suất do uốn, vì vậy bản
mặt bê tông nên có yêu cầu cường độ nhất định, thông thường không thấp hơn bê
tông M200.
Theo tổng kết kinh nghiệm vận hành trước đây, nguyên nhân chủ y
ếu phát sinh
nứt bản mặt bê tông là do ứng suất nhiệt, mà nguyên nhân trọng yếu là co ngót bê
tông trong quá trình đông cứng; vì vậy nên khống chế lượng xi măng trong mỗi
khối bê tông, để giảm nhỏ nhiệt thủy hoá của xi măng, đồng thời sử dụng biện pháp
11



khống chế nhiệt thích hợp; ngoài ra vẫn nên khống chế chặt chẽ tỷ suất thủy hoá vôi
của bê tông, tăng cường dưỡng hộ và dưỡng hộ trong thời gian dài, để giảm nhỏ co
ngót. Tỷ suất thủy hóa vôi của Bê tông nên nhỏ hơn 0,55.
Qua thí nghiệm thừa nhận, trộn lượng phụ gia cuốn khí và các hợp chất khác
vừa đủ trong bê tông bản mặt không những có lợi đối vớ
i tính năng bê tông mà còn
không gây tác dụng phụ.
Dưới đây giới thiệu các chỉ tiêu có liên quan của hai đập đá đổ bản mặt bê tông.
Cường độ kháng kéo 28 ngày của bê tông bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông Foz
do Areia ở Brazil là 20.6 MPa (tương ứng 210 kgf/cm2), lượng dùng xi măng trong
mỗi khối bê tông là 310kg, tỷ suất thủy hoá vôi là 0.53, lượng trộn khí 4.5%, độ sụt
là 8cm. Đập đá đổ bản mặt bê tông Quan Môn Sơn nằm trên sông Tiểu Thang là
m
ột nhánh nhỏ sông Thái Tử thuộc vùng Đông Bắc Trung Quốc. Nhiệt độ ở nơi xây
dựng đập biến đổi từ – 37.9 ~ 35.2
o
, nhiệt độ thấp trong suốt thời gian dài 5 tháng
(tháng 11 đến tháng 3). Do yêu cầu cấp nước từ hồ cho nhà máy ngầm, mực nước

hiệu quả trong hồ thấp trong thời gian dài, khiến đại bộ phận bản mặt chịu nhiệt độ
thấp; mà bản mặt lại là nơi ánh nắng trực tiếp chiếu vào, nhiệt độ cao nhất bê tông
có thể đạt đến 40~50
o
C, điều kiện làm việc của bản mặt rất khắc nghiệt. Vì thế yêu
cầu thiết kế đối với bê tông bản mặt khá cao. Bê tông bản mặt sử dụng xi măng lớn
525, cốt liệu lớn nhất 400mm, mác bê tông không thấp hơn 250, trộn bê tông bằng
máy, thêm phụ gia ngoài để giảm lượng nước dùng, sớm đạt cường độ. Tiêu chuẩn
kháng lạnh của bê tông là D250, tiêu chuẩn kháng thấm là S8. Tình trạng làm việc
của bản mặt đập sẽ được nghiệm kiểm nghiệm qua thực tiễn.
Chiều dày bản mặt đập đá đổ bản mặt bê tông thông thường giảm dần từ đỉnh
đập xuống dưới, được tính theo công thức dưới đây
t = a + bxH (1.1)
Trong đó :
t – độ dày bản mặt ở mỗi cao trình khác nhau (m)
a – độ dày bản mặt ở đỉnh đập, thông thường là 0,3 m
H – mực nước tác d
ụng ở cao trình bẳn mặt tính toán ( m)
b – hệ số tỉ lệ gia tăng mực nước tác dụng và gia tăng độ dày bản mặt phía dưới.
12



Trong giai đoạn đầu (1850 ~ 1940) đập đá đổ bản mặt bê tông thường dùng
phương pháp đổ tự do, thông thường hệ số b lấy 0,0065 ~ 0,0075; trong giai đoạn
thứ ba (1960 đến nay) đập đá đổ bản mặt bê tông dùng chấn động đầm nén, do đó
độ chặt thực của khối đá và lượng biến hình ngang đều khá cao, b thường lấy 0,001
~ 0,0037. Khi thiết kế đập Foz do Areia xét đến cấp phối củ
a vật liệu đá đổ tương
đối kém, đá có tính cứng, dự tính khi chịu áp khó đạt đến độ chặt cao, sau khi tích

nước, khối đá sẽ phát sinh biến hình tương đối lớn, đồng thời vì đập đá đổ bản mặt
bê tông đang ở trạng thái cao nhất, để thận trọng nên sử dụng b tương đối lớn
(b=0,00357). Năm 1978 tại Colombia, đập Golillas đang xây dựng, vì đập đá vụ
n
đầm lăn bản mặt bê tông đang cao phải sử dụng b tương đối lớn (b = 0,0037 ).
Nghiên cứu độ dày bản mặt bê tông bao nhiêu là hợp lý, ý kiến các chuyên gia
đều không thống nhất. Có người cho rằng bản mặt mỏng tính mềm tương đối lớn,
dễ thích hợp với biến hình của khối đá đổ; có người cho rằng sử dụng chiều dày bản
mặt như nhau không những dễ thi công mà còn khá kinh tế; như
ng quy tắc chung
cần xét đến đó là tính bền và tính ngăn nước.
Trước đây sử dụng khá phổ biến công thức kiến nghị tính toán chiều dày của
Cooke t = 0,3 + 0,0030H; đối với đập trung bình và cao (75~ 100 m), cũng sử dụng
độ dày bản mặt là 0,25 ~ 0,3 m). Xét đến khía cạnh thi công, chiều dày mỏng nhất
nên là 0,25m; chiều dày nhỏ hơn 0,25m thi công rất khó khăn. Sau khi tích nước,
phần bản mặt ở phía dưới chịu chênh lệch thuỷ tĩnh không quá l
ớn và xét đến tính
bền của bản mặt, sử dụng công thức (1.1) để tính toán là khá hợp lý. Nhưng những
năm gần đây, độ dày bản mặt có xu hướng giảm nhỏ một chút.
1.5 Kết luận chương I
Đập đá đổ bản mặt bê tông ngày càng khẳng định ưu thế rõ ràng của nó so với
các loại đập khác. Nguyên lý làm việc của đập rất rõ ràng và đơn giản, tuy vậy cần
chú trọng tuân th
ủ chặt chẽ các qui định về thiết kế, thi công cũng như vận hành đập
để bảo đảm an toàn và nâng cao tuổi thọ cho đập. Mặt khác, cũng cần cập nhật kịp
thời các công nghệ đã được áp dụng ở trong và ngoài nước để nâng cao khả năng an
toàn của đập.
Xu hướng phát triển đập CFRD:
+ Tính toán lựa chọn cấp phối hợp lý giữa các vùng.
13

+ Sử dụng máy móc thi công có năng suất lớn.
+ Nghiên cứu sử dụng bê tông mác cao, phụ gia và chất hộ trỡ khác trong bê
tông như phụ gia gốc silica fume dùng kết hợp với phụ gia siêu dẻo để giảm lượng
thấm và đạt cường độ cao, tăng độ bền cho bê tông.
Nghiên cứu để xây dựng ở các loại nền khác nhau và nghiên cứu sự làm việc
giữa nền - đập – bản mặt.
Nghiên cứu kh
ắc phục một số sự cố thường gặp trong quá trình thi công như nứt
nẻ bề mặt bê tông.
Hiện ở Việt Nam đã có 6 đập được thiết kế và thi công bởi các đơn vị tư vấn và
nhà thầu trong nước, trừ đập Sông Bung 2 đang xây dựng, các đập khác đang vận
hành an toàn. Đây là bước tiến đáng kể của đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật
trong
nước trong việc tiếp cận và ứng dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới về xây dựng

đập.
14



CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN HÌNH THỨC CHỐNG THẤM
CHO ĐẬP ĐÁ ĐỔ
2.1 Các hình thức chống thấm cho đập đá đổ
Đập đá đổ là vật liệu thấm nước với hệ số thấm khá lớn tùy theo độ chặt và
thành phần hạt, do vậy trong đập đá đổ cần thiết phải có kết cấu chống thấm.
Kết cấu chống thấm, gọi tắt là vật chống thấm (VCT) được làm bằng vật liệu có

hệ số thấ
m nhỏ hơn rất nhiều so với đá đổ ( vật liệu đất) hoặc hầu như không thấm
nước ( vật liệu không phải là đất)
Về cấu tạo và vị trí VCT trong thân đập có hai loại: tường nghiêng nằm ở mái
thượng lưu đập và lõi giữa ( bố trí trong thân đập). Vật liệu của VCT được sử dụng
phổ biến là đất ít thấm gọi là đất dính ( sét, á sét, bê tông sét)
Trong trường hợ
p không có đất ở vùng xây dựng đập thỏa mãn yêu cầu làm
VCT ( về khối lượng hoặc chất lượng) thì phải sử dụng VCT làm bằng bê tông, bê
tông cốt thép, bê tông atphan, chất dẻo tổng hợp.
2.1.1. Đập đá đổ có VCT bằng đất
Vật chống thấm bằng đất gồm hai loại chính là tường nghiêng và lõi giữa được
cấu tạo bằng các loại đất dính ít thấm nước như á sét, sét hoặc bê tông sét.
a) Vật chống th
ấm bằng đất loại tường nghiêng
Chiều dày tường nghiêng được xác định theo yêu cầu về gradian thấm J để đảm
bảo không xảy ra biến dạng thấm của vật liệu tường nghiêng J=2-6.
Chiều dày tối thiểu ở phần đỉnh của tường nghiêng được lấy theo điều kiện thi
công, phụ thuộc vào phương pháp và thiết bị thi công.
Phía mặt ngoài mái thượng lưu của tường nghiêng được phủ l
ớp bảo vệ gia cố
mái để chống sóng.
Ví dụ đập đá đổ Miboro: Lớp 1 là lớp đá đổ loại đá granit; lớp 2 tầng lọc ngược
bằng cát sỏi; lớp 3 là tường nghiêng bằng đất á sét.
15




Hình 2.1. Đập đá đổ Miboro

b) Vật chống thấm kiểu lõi giữa
Lõi giữa là loại kết cấu chống thấm được sử dụng rất phổ biến trong đập đá đổ.
Lõi giữa được chia làm hai loại: lõi thẳng đứng và lõi nghiêng.
Đập có lõi giữa thẳng đứng thông thường có khối lượng nhỏ nhất so với đập có
tường nghiêng chống thấm và đập có lõi nghiêng.
Lõi giữa của đập có thể chia thành lõi m
ỏng và lõi dày. Lõi mỏng khi tỉ số
b/H≤1, còn lõi dày hay còn gọi là lõi trọng lực có tỉ số b/H>1.
Đặc điểm của loại đập này: Vật liệu chủ yếu để xây dựng đập là vật liệu địa
phương. Mặt cắt đập thiết kế phù hợp với tình hình vật liệu tại chỗ, đất lõi có khả
năng chống thấm tốt nhưng khả năng chịu lực y
ếu được đặt vào lõi đập, đá đổ là vật
liệu có cường độ chống cắt cao hơn hẳn so với đất, được bố trí ở bên ngoài. Cách bố
trí này đó phát huy được hết các ưu điểm, hạn chế được nhược điểm của các loại vật
liệu. Hệ số ổn định của loại vật liệu này cao do vậy mà hệ số mỏi của
đập thường
nhỏ, chính vì vậy mà hầu hết các đập cao trên thế giới đều là loại đập này. Đập loại
này chịu động đất tốt, khó bị phá hoại do chiến tranh, xây dựng được cả ở trên nền
đập có tầng cuội sỏi dày.
Ví dụ đập lõi mỏng Infernilo: lớp 1 gia cố bằng đá lớn; lớp 2 đệm bằng cuội sỏi
có cỡ hạt tới 50mm; lớp 3 khối đ
á đắp chặt bằng đá nhỏ; lớp 4,5 là lớp lọc thứ nhất
và thứ hai có cỡ hạt tương ứng là 0,1-10 và 5-150mm; 6,7 đê quay hạ lưu đợt 1 và
đợt 2; 8 hầm để khoan phun xi măng; 9 lõi đập; 10 màng phun xi măng chống thấm.
16




Hình 2.2: Đập đá đổ lõi thẳng đứng Infernilo

Ví dụ đập đá đổ lõi trọng lực là đập Triniti ( Mỹ): lớp 1 lõi bằng hỗn hợp đất sét
và sỏi; 2 vùng chuyển tiếp bằng đất cát sỏi; 3 lăng trụ bên bằng sỏi đá cuội và đá
tảng lăn; 4 đá đổ; 5 gia cố mái dốc; 6 đá andehit biến chất; 7 màng phun xi măng
chống thấm ở nền; 8 răng bê tông.

Hình 2.3: Đập đá đổ lõi giữa Triniti
Ở Việt Nam có đập đá đổ chống thấm kiểu lõi giữa như đập Ialy ở tỉnh Gia Lai,
đập Hòa Bình tỉnh Hòa Bình. Địa chất nền đập của công trình Thủy điện Ialy khá
tốt cho việc xây dựng đập đá đổ, lõi đập ở phần lòng sông và một phần ở sườn đồi
đặt trên nền đá, đây là loại đá rắn chắc n
ứt nẻ ít và đá rắn chắc nứt nẻ nhiều. Đập
Hoà Bình cũng ứng dụng hình thức mặt cắt này, do địa chất ở đây có tầng cuội sỏi
dày tới (60 ÷ 70)m.
17



10
8
8
10
+500.0
+522.0
1
:
1
.
7
0
1

:
1
.
9
0
MNDBT
+518.0MNDGC
+515.0
1
:
1
.
8
0
1
:
1
.
7
0
4b
+480.0
3
2
1
+453.5
4a
4b
6
Hình 1.1 Mặt cắt ngang tại vị trí lòng sông của đập Ialy, đập đá đổ có t ờng tâm là đất á sét

+482.0
1
:
2
.
0
MNC +490.0
5
5
1- Lõi chống thấm đất á sét, chiều rộng đỉnh lõi b=4m,
mái dốc thợng hạ l u lõi m=0.35, hệ số thấm k=1.10 cm/s
-5
2- Cát lọc đ ợc bố trí ở th ợng và hạ lu của khối lõi chiều dày 3m.
3- Đá dăm lọc bố trí kế tiếp lớp cát lọc ở th ợng và hạ lu chiều dày 3m.
mái dốc thợng hạ l u lõi m=0.35, hệ số thấm k=1.10 cm/s
4a- Đá đắp chuyển tiếp đ ợc bố trí ở mặt ngoài lớp đá dăm lọc chiều dày 4m
4b- Đá đắp chính
th ờng là từ (80-100)cm, bố trí ở cả mái th ợng và hạ l u.
5- Lớp đá bảo vệ là đá có cờng độ cao, đ ờng kính hạt lớn
6- Khoan phụt xử lý nền.
+13.0
+123.0
Hỗn hợp cát sỏi 4m
1
:
2
.
7
5
1

:
4
.
5
0
1
:
1
.
7
5
1
:
1
.
7
5
1
:
2
.
5
Thay đổi
1
:
1
.
5
1
:

3
.
0
-18.0
-62.0
+18.0
Đá nhỏ dày 3m
Lớp lọc dày 1m
Đất đá hỗn hợp
Đất đá hỗn hợp
Lõi sét
Khoan phụt xử lý nền
Hình 1.2 Mặt cắt ngang tại vị trí lòng sông của đập Hoà Bình, đập đá đổ có tờng tâm là đất sét