Những vấn đề kỹ thuật thiết yếu trong công nghệ thi công đập đá đổ bê tông bản mặt - TS. Lê Xuân Roanh

Những vấn đề kỹ thuật thiết yếu trong công nghệ thi công
đập đá đổ bê tông bản mặt
TS Lê Xuân Roanh
Đại học Thuỷ lợi
1. Mở đầu
Việc sử dụng vật liệu địa phương cho kết cấu trong thân đập đang là xu thế chung hiện nay trên
thế giới vì những ưu điểm nổi bật riêng của nó. Vật liệu sử dụng cho đập vật liệu địa phương có
thể là đất, đá hoặc hỗn hợp đất đá. Đập bê tông bản mặt được phát triển từ thập kỷ 30 của thế kỷ
XX, xu hướng xây dựng kiểu loại đập này ngày càng được áp dụng rộng rãi, chiều cao đập nâng
lên với công nghệ xây dựng mới. Công nghệ thi công ban đầu là thả đá, để chúng rơi tự do ổn
định theo trạng thái nằm tự nhiên, không có tác động của lực đầm. Sau đó người ta sử dụng tác
động của áp lực dòng nứớc để điều chỉnh đá rơi trước khi nó vào thế nằm ổn định. Công nghệ này
có thể tăng tốc độ thi công song độ lún của đập vẫn còn lớn. Hiện nay công nghệ thi công khác
nhiều so thời kỳ nó mới được phát minh [6,7]. Người ta tạo cấp phối đá theo cấp hạt quy định,
dùng thiết bị đầm nén cho chặt lại; công nghệ thi công giống như thi công đầm nén đất.
2. Kết cấu đập đá đổ bản mặt bê tông cốt thép và kỹ thuật thi
công các kết cấu thân đập
Đập đá đổ bê tông bản mặt có cấu tạo gồm một số bộ phận chính được thể hiện qua hình sau :

Hình 1. Dạng mặt cắt ngang điển hình loại đập đá đổ bê tông bản mặt (đập thuỷ điện hồ Tuyên
Quang)
Trong đó:
3A:Vùng thân đập chính
2C: Vùng chuyển tiếp
2D: Vùng đệm
2E: Vùng đệm phụ
2F: Vùng hỗ trợ
2G: Vùng gia trọng
3B: Vùng hạ lưu
2.1 Các yêu cầu chung vật liệu cho các lớp đá đổ của đập bản mặt bê tông, chú ý trong giám
sát

Vật liệu sử dụng vào thân đầm cần thoả mãn các điều kiện sau:







Cường độ chịu nén cực hạn yêu cầu từ (4000 6000) N/cm2;
Chống được tác dụng phong hoá và chịu tải tốt trong quá trình thi công cũng như vận
hành;
Đá phải chống được phong hoá vật lý như nhiệt độ và khí hậu thay đổi. Đá phải chống
xâm thực hoá học của nước, không bị hoà tan;
Hệ số mềm hoá của đá trong nước tính bằng tỷ lệ cường độ của mẫu lúc bão hoà nước và
cường độ của đá lúc khô là 0,9.

Theo quy phạm thiết đập đá đổ bản mặt bê tông SL/228-98 của Trung Quốc, kích thước và cấp
phối vật liệu đắp đập sau khi đầm nén của các vùng trong thân đập phải đạt độ rỗng quy định ghi
trong bảng sau.
Bảng 1: Độ rỗng của các vùng trong thân đập
TT
1
2
3
4

Vùng vật liệu
Tầng đệm
Đá nhỏ tầng quá độ
Vùng thân đập chính

Vùng hạ lưu

Độ rỗng (%)
15-20
18-22
20-25
23-28

Tiêu chuẩn này khá gần với tiêu chuẩn xây dựng của Mỹ và một số nước khác đã có nhiều kinh
nghiệm trong xây dựng loại đập kết cấu kiểu này[7]. Để đạt được được yêu cầu kỹ thuật trên, cần
khống chế chất lượng vật liệu của các khối trong thân đập.
(a) Lớp đá tầng đệm 2D
Lớp 2D đóng vai trò như một lớp đệm tạo sự tiếp xúc tốt cho tấm bản với thân đập. Để đảm bảo
điều kiện làm việc ổn định chiều dày lớp phải đủ để chống đỡ tấm bản trên nó. Mặt khác lớp vật
liệu ny phải có khả năng chống thấm phòng khi tấm bản bị nứt, dòng thấm phát sinh tại khe sẽ
được khống chế, không cho nó cuốn trôi hạt cốt liệu trong các lớp phía sau dòng thấm. Để đảm
bảo được yêu cầu này thì cần có cấp phối hạt tiêu chuẩn. Bảng sau là cấp phối hạt của một đập
đang được thiết kế và thi công ở nước ta.
Bảng 2: Đường bao cấp phối lớp 2D
Hàm lượng tích luỹ lọt
sàng
<0.075
Giới hạn trên %
8
Giới hạn dưới %

<5
55
35

Thành phần cỡ hạt ( mm) %
< 10
< 20
< 40
66
80
97
45
57
75

< 60
100
88

< 80
100

(b) Yêu cầu lớp chuyển tiếp 2C
Đó là lớp nằm giữa lớp tầng đệm và lớp thuộc vùng đá đổ thượng lưu. Nó chịu áp lực nước thượng
lưu, tấm bê tông và lớp tầng đệm do vậy nó cũng phải có khả năng chịu lực nén cao. Vì vậy khối
này đòi hỏi phải có cấp phối hợp lý đảm bảo được độ đầm chặt để có khả năng chịu lực và phòng
ngừa thấm nếu có hiện tượng thấm từ khối 2D.
( c) Vật liệu khối 3A
Khối 3A là vùng chịu áp lực chủ yếu dưới tác dụng của các lực tác dụng từ mái thượng lưu
truyền tới. Để giảm khả năng lún và biến dạng, vật liệu khối này phải đựợc chọn lọc tiêu chuẩn:
cường độ cao, không cho phép lẫn đất và các tàn tích thực vật. Kích thước lớn nhất theo thiết bị
đầm nén hiện nay có thể chọn tới D = 800mm, nhỏ nhất có thể đạt đến d = 5mm. Ngoài ra lớp 3A
cần phải có cấp phối hạt phù hợp làm chuyển tiếp giữa lớp 2C và 3A và giữa lớp 3A và lớp 3B để
tránh hiện tượng xói trôi từ lớp 2C trong trường hợp có sự thấm mất nước qua tấm bê tông.

Đường bao cấp phối tham khảo bảng sau.

2


Bảng 3 :Đường bao cấp phối lớp 3A
Hàm lượng tích luỹ lọt
sàng
800 600
Giới hạn trên %
100
Giới hạn dưới %
100 80

400
100
60

Kích thước mắt sàng (mm)
200 100 80
60
40
70
45
37
30
18
35
15
10

5
3

20
8

10
7

5
5

(d) Vùng đá đổ hạ lưu 3B
Vật liệu thân đập có thể chọn toàn bộ là khối 3A như trên. Thực tế cho thấy đường bão hoà
thấm của loại đập này khá thấp, mặt khác phân tích chiụ lực theo phương đứng thì phần dưới mái
hạ lưu là nhỏ. Vì vậy để kinh tế trong xây dựng, người ta cho phép vật liệu nằm dưới mái hạ lưu
có thể giảm đôi chút về tiêu chuẩn. Từ lý lẽ này mà người ta đã phân thành lớp 3B. Như vậy trong
xây dựng người ta có thể sử dụng đá nổ phá từ đào móng công trình vào kết cấu này. Bộ phận
dưới mực nước hạ lưu ở vùng đá đổ hạ lưu phải dùng loại đá có khả năng thoát nước cao, không
phong hoá. Bộ phận trên mực nước hạ lưu có thể dùng loại vật liệu như ở vùng thân đập chính,
nhưng tiêu chuẩn nén ép thấp hơn hoặc đá có chất lượng tương đối yếu như các loại đá mềm, đá
phong hoá. Đường bao vật liệu khối 3B có thể tham khảo bảng sau.
Bảng 4: Đường bao cấp phối lớp 3B
Hàm lượng tích luỹ lọt
sàng
Giới hạn trên %
Giới hạn dưới %

800
100

600
100
80

400
100
60

Kích thước mắt sàng (mm)
200 100 80
60
40
70
45
37
30
18
35
15
10
5
3

20
8

10
7

5
5

2.2 Kỹ thuật thi công các khối đắp
(a) Kỹ thuật xác định độ chặt khối đắp
Một trong những yêu cầu quan trọng khống chế chất lượng khối đắp là khống chế độ rỗng của
khối sau khi đầm nén. Để kiểm tra độ chặt khối đắp, người ta sử dụng phương đào hố - Phương
pháp quả cầu cao su. Việc xác định dung trọng được thể hiện ở tài liệu tham khảo [1, 2] - tức là
người ta xác định trọng lượng vật liệu đào từ hố kiểm tra qua thiết bị cân đong bình thường (trọng
lượng G). Việc xác định thể tích hố đào thông qua việc trải tấm ni lông trong thành hố, đổ nước
vào bao ni- lông trong thành hố (thể tích V). Do độ ẩm của đá nhỏ, khi có G và V, ta xác đinh
được dung trọng của khối đắp. ở đây xin lưu ý: vật liệu bao chứa nước cần có độ bền nhất định,
tính dãn nở nhỏ, độ cong mềm khi chịu tác động của áp lực nước. Theo kinh nghiệm của Trung
Quốc, bao ni- lông nên chỉ dùng một lần đo. Nếu sử dụng lại có thể bị sai số vì ni lông đã biến
dạng. Khi thi công đập Na Hang, chuyên gia Việt Nam đã cải tiến vật liệu bao ni- lông nhập từ
Trung Quốc, số lần sử dụng có thể tăng lên song vẫn đảm bảo độ tin cậy về mức độ chính xác kết
quả thí nghiệm.
( b) Thông số kỹ thuật đầm nén các khối tại hiện trường
Theo kinh nghiệm đầm nén tại đập đá đổ bê tông bản mặt Tuyên Quang, sử dụng loại đầm có tải
trọng tĩnh trên 17 tấn, tải trọng động trên 35 tấn, tần số rung 4500 vòng/ phút, vận tốc đầm từ 1,5
- 2,0 km/h, có tưới nước khi đầm; thông số kỹ thuật đầm được nêu trong bảng (5).
Từ bảng trên ta thấy :
-

Khối 3A : Nếu chiều dày lớp đầm 120 cm thì sẽ không đạt độ rỗng quy định cho dù cố
gắng khi đầm. Với chiều dày rải 100cm và 80 cm thì độ rỗng luôn luôn đạt quy định, trừ
khi đầm chiều dày 100 cm với số lần đầm là 6.
Khối 2D: Cả 3 loại chiêù dày lớp rải đều đạt được chỉ tiêu khống chế độ rỗng tiêu chuẩn;
Khối 2C: Chỉ có thể rải với lớp đầm có chiều dày là 41cm hoặc nhỏ hơn, với 6 lần đầm
mới đạt yêu cầu.

3


Bảng 5: Thông số kỹ thuật đầm nén thí nghiệm hiện trường [5]
Khối Chiều
Số
đắp dày lớp lần
đầm nén
3A

120 cm

100 cm

80 cm

2C

41 cm

48 cm

6
8
10
12
6
8
10

12
6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12

Độ rỗng
khi
kiểm tra
(%)
27
26
25,6
25,5
25,4
22,6
21,4
21,2
22,5
19,3
19,3
19,2

20,7
20,2
18,4
17,2
24,5
25,4
23,8
23,7

So
sánh Khối
tiêu chuẩn đắp

Chiều
Số
dày lớp lần
đầm nén

Độ rỗng So sánh
khi kiểm tiêu chuẩn
tra (%)

Không đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt
đạt
đạt
đạt

đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt

50 cm

17,2
18,1
17,7
16,5
17
17,8
17,5
17,3
17,2
16,2
16,2
16
23,6
24,2
23,3

23,0

2D

40 cm

42 cm

2C

60 cm

6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12

đạt

đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt
Không đạt

Kết quả này cũng khá phù hợp khi thí nghiệm đầm nén hiện trường tại công trình đập đá đổ bê
tông bản mặt hồ chứa nước Cửa Đạt, Thanh Hoá.
2.3 Kỹ thuật thi công tấm bản mặt và tấm bản chân
(a) Kỹ thuật thi công tấm bản chân
Tấm bản chân có nhiệm vụ chống trượt của tấm bản mặt truyền xuống và đồng thời ngăn cản
dòng thấm dưới nền thông qua việc kéo dài đường viền thấm. Chiều dày tấm bản chân phụ thuộc
vào chiều cao của đập và đặc tính của nền. Cốt thép của tấm bản chân thông thường là 2 lớp, có
cốt thép neo vào nền để tăng độ bám của tấm với nền. Khi thi công cần chú ý bảo dưỡng tốt tránh
bê tông bị nứt nhiệt.
(b) Kỹ thuật thi công tấm bản mặt
Tấm bản mặt có nhiệm chống thấm vì vật liệu thân đập không có khả năng chống thấm. Chiều
dày tấm bản mặt được xác định qua công thức kinh nghiệm sau [3] :
d = 0,3 + m.H
Trong đó:

d - Chiều dày tấm (m)
m - Hệ số kinh nghiêm m = 0.003- 0.004
H - Chiều cao đập (m)

4


Theo kinh nghiệm của công nghệ xây dựng ở Trung Quốc, cốt thép tấm bản chỉ dùng một lớp, đặt
vào giữa của chiều dày bản. ở hai bên mép của bản, người ta bố trí thép hai lớp, chống cắt khi
dãn nở ngang. Như vậy khả năng chống uốn của tấm thông qua khả năng chịu kéo cuả thép là
không có. Vì vây việc khống chế lún của khối sau tấm bản là bắt buộc trong công nghệ thi công.
Đây là điểm mấu chốt của việc khống chế chất lượng khối đắp, đảm bảo an toàn cho đập. Để chủ
động khống chế đặc tính lún của thân đập, ở công trình thuỷ điện Tuyên Quang, việc thi công các
khối 2C, 2D, 3A và 3B được tiến hành tới cao trình đỉnh, sau đó mới đổ tấm bản. Làm như vậy đã
có tác dụng làm cho vật liệu thân đập tự lún ngay chính trong quá trình thi công dưới tác động của
chấn động đầm và lún tự trọng do tác động của nước mưa và nứơc tưới trong quá trình đầm các
lớp phía trên.

(b)
(a)
Hình 2: Thi công tấm bản mặt đập Tuyên Quang; ( a): đổ bê tông bản mặt và dưỡng hộ bê tông,
(b): thi công cốt thép và khớp nối đồng tại khe.
3. Kết luận
Công nghệ xây dựng và thi công đập vật liệu địa phương theo kiểu đá đổ chống thấm bằng tấm bê
tông đặt trên mái thượng lưu là một trong những công nghệ mới, có nhiều ưu điểm về kinh tế xây
dựng và quản lý vận hành. Đặc tính kỹ thuật của mỗi bộ phận kết cấu đều có nhiệm vụ riêng. Bất
luận trong hoàn cảnh nào thì thấm qua tấm bê tông phải đựợc khống chế. Để phòng ngừa thấm,
việc khống chế lún của thân đập là yếu tố quyết định đến an toàn của nó khi đập phải chịu áp lực
nước từ thượng lưu. Yếu tố kỹ thuật quan trọng là khống chế độ rỗng của các khối đắp thông qua
kỹ thuật đầm nén và chọn tổ hợp cấp phối hạt hợp lý.

4. Tài liệu tham khảo
[1] Lê Xuân Roanh (2004), Giám sát kỹ thuật xây dựng đập đất và đập đá đổ bê tông bản
mặt, Bài giảng chuyên đề lớp bồi dưỡng nghiệp vụ Tư vấn giám sát xây dựng, Đại học Thuỷ
lợi, Hà Nội.
[2] Lê Xuân Roanh (2004), Lựa chọn và khống chế độ ẩm, dung trọng của khối đắp (2004),
Tạp chí khoa học kỹ thuật- Thuỷ lợi & Môi trường, Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội, Pp 110-115.
[3] Bộ NN&PTNT (1988), Quy phạm thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén SDJ 218-84- Tài liệu
dịch từ tiếng Trung Quốc- Vụ KHCN&CLSP phát hành, Hà Nội.
[4] Tiêu chuẩn ngành điện lực nước CHND Trung Hoa, DL/T5128-2001, (2001); Quy phạm thi
công đập đá đổ bản mặt bê tông- Tài liệu dịch từ tiếng Trung Quốc- Bộ NN&PTNT phát hành .

5


[5] Công ty tư vấn xây dựng điện I, Bộ Công nghiệp (2004); Báo cáo kết quả thí nghiệm đầm
nén đá hiện trường, Công trình thuỷ điện Tuyên Quang.
[6] CONSTRUCTION CONTROL FOR EARTH AND ROCK-FILL DAMS, (1995), EM 11102-1911, Department of the Army, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC 20314-1000.
[7] CONSTRUCTION WITH LARGE STONE (1990), EM 1110-2-2302 , Department of the
Army, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC 20314-1000CECW-EG.
Abstract
The construction of rock-fill dam with surface concrete slabs has been used very popular in the world because it has
some advantages in economic and management sides. However the quality of dam construction is depended so much
on the quality control of each part of dam structures namely surface concrete slab, foot concrete slab, main parts of
body and adjacent zones. The most important key of dam quality control is to control the void ratio of compacted
layers. In order to get this target we must control the size of aggregates, thickness of lift, number of passing, speed of
roller and water content.

Title : Significantly technical issues in construction technologies of Rock-fill dams with surface
concrete slabs

6