Nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi công và quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông khối lớ

LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã được thực hiện trong thời gian ngắn với sự nỗ lực của bản thân,
tác giả đã hoàn thành với đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi
cơng và q trình biến đổi nhiệt trong bê tơng khối lớn”. Trong q trình thực
hiện, tác giả nhận được sự giúp đỡ tận tình của Phịng đào tạo Đại học và Sau đại
học, khoa Cơng trình – Trường Đại học Thủy lợi cùng các thầy cơ giáo, đồng
nghiệp và gia đình.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân và các đồng
nghiệp ln động viên và chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
học tập và hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, tác giả chân thành cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Trọng Tư
đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình tác giả trong quá trình thực hiện luận văn.
Với hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung của luận văn
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng
góp ý kiến của thầy cô giáo, các độc giả quan tâm và đồng nghiệp.

Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Tác giả

Vũ Đình Thắng


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khơng sao chép từ
bất kì cơng trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Tác giả

Vũ Đình Thắng

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC BIỆN PHÁP THI CƠNG BÊ
TƠNG KHỐI LỚN VÀ Q TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG BÊ TÔNG .......3
1.1. Tổng quan về các cơng trình thi cơng bê tơng khối lớn trong và ngồi nước. ....3
1.1.1. Khái niệm bê tơng khối lớn...............................................................................3
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực trên thế giới. ..................................6
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tơng ở Việt Nam....................................................8
1.2. Giới thiệu các biện pháp thi công bê tơng khối lớn trong và ngồi nước..........11
1.2.1. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn trên thế giới. ...................................11
1.2.1.1. Giai đoạn trước năm 1900...........................................................................11
1.2.1.2. Giai đoạn từ 1900 đến 1930. ........................................................................11
1.2.1.3. Giai đoạn từ 1930 đến 1970. ........................................................................13
1.2.1.4. Giai đoạn từ 1970 đến nay. ..........................................................................14
1.2.2. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn tại Việt Nam...................................20
1.2.2.1. Giai đoạn trước 1945....................................................................................20
1.2.2.2. Giai đoạn từ 1945 đến 1975 . .......................................................................21
1.2.2.3 Giai đoạn từ 1975 đến nay. ...........................................................................22
1.3. Quá trình biến đổi nhiệt trong bê tông. ..............................................................26
1.4. Kết luận chương 1. .............................................................................................27
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA BIỆN PHÁP THI CƠNG VÀ
Q TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN. .......................28
2.1. Đặc điểm các phương pháp phân chia khoảnh đổ và điều kiện thi công bê tông
khối lớn. ....................................................................................................................28
2.1.1. Cơ sở phân chia khoảnh đổ. ............................................................................28
2.1.2. Phương pháp phân chia khoảnh đổ. ................................................................29
2.1.2.1. Phương pháp kiểu xây gạch. ........................................................................29
2.1.2.2. Phương pháp hình trụ...................................................................................29

2.1.2.3. Phương pháp lên đều....................................................................................29
2.2. Nghiên cứu diễn biến nhiệt trong bê tông..........................................................30
2.2.1. Diễn biến nhiệt của bê tông khối lớn trong q trình thi cơng. ......................30
2.2.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt của bê tông khối lớn. ................30
2.2.1.2. Nhiệt thủy hóa của xi măng. ........................................................................30
2.2.1.3. Diễn biến nhiệt độ của bê tơng.....................................................................31
2.2.2. Lựa chọn kích thước khoảnh đổ......................................................................34
2.3. Mối quan hệ giữa biện pháp thi công và q trình biến đổi nhiệt trong bê tơng
khối lớn. ....................................................................................................................35
2.3.1. Hình thức phân khoảnh kiểu trụ......................................................................37
2.3.2. Hình thức phân khoảnh kiểu lên đều...............................................................39
2.3.3. Hình thức phân khoảnh kiểu xây gạch............................................................41
2.4. Kết luận chương 2. .............................................................................................43
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BIỆN PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG HỢP LÝ ĐẬP
DÂNG TÂN MỸ - DỰ ÁN HỆ THỐNG THỦY LỢI TÂN MỸ ............................45
3.1. Phân tích q trình biến đổi nhiệt ảnh hưởng đến ứng suất, chất lượng cơng trình. ....45
3.1.1. Nứt bề mặt.......................................................................................................45
3.1.2. Nứt xuyên........................................................................................................47
3.2. Lựa chọn biện pháp thi công hợp lý cho đập dâng Tân Mỹ - Dự án thủy lợi Tân Mỹ...50
3.2.1. Thơng số kỹ thuật cơng trình. .........................................................................50
3.2.2. Khí tượng thủy văn .........................................................................................52
3.2.3. Các hạng mục kết cấu công trình chính. .........................................................55
3.2.4. Tiến độ thực hiện dự án...................................................................................58
3.2.5. Các vật tư, vật liệu sử dụng và các đặc trưng. ................................................59
3.2.5.1. Xi măng........................................................................................................59
3.2.5.2. Sắt thép.........................................................................................................59
3.2.5.3. Khớp nối.......................................................................................................59
3.2.5.4. Xăng dầu ......................................................................................................60

3.2.5.5. Nhựa đường..................................................................................................60


3.2.6. Thi cơng bê tơng..............................................................................................60
3.2.6.1. Tính tốn nhiệt độ trong q trình thi cơng bê tơng: ...................................60
3.2.6.2. Trạm trộn bê tơng.........................................................................................69
3.2.6.3. Máy trộn bê tơng ..........................................................................................70
3.2.6.4. Trình tự đổ các thành phần của bê tông vào máy trộn.................................70
3.2.6.5. Vận chuyển hỗn hợp bê tông .......................................................................71
3.2.6.6. Đổ bê tông ....................................................................................................72
3.2.6.7. Bảo vệ và bảo dưỡng bê tông.......................................................................78
3.3. Kết luận chương 3 ..............................................................................................79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................83


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên tồn thế giới (1900-2000)............................... 7
Hình 1.2: Ảnh Đập bê tơng Krasnoiarxki ...................................................................... 15
Hình 1.3: Đập Miel 1 được xây dựng ở Columbia......................................................... 15
Hình 1.4: Đập Miyagase cao 156m – Nhật Bản............................................................. 16
Hình1.5: Đập Giang Á cao 13m – Trung Quốc.............................................................. 16
Hình 1.6: Đập dâng tràn Cầu Sơn ................................................................................... 17
Hình 1.7: Đập Bái Thượng.............................................................................................. 17
Hình 1.8: Tràn xả lũ Đại Ninh......................................................................................... 18
Hình 1.9: Nhìn từ hạ lưu đập Tân Giang – Ninh Thuận................................................. 18
Hình 1.10: Đập Lịng Sơng - Bình Thuận....................................................................... 19
Hình 1.11: Tồn cảnh đập Định Bình ............................................................................. 19
Hình 2.1: Phương pháp phân khoảnh đổ......................................................................... 30
Hình 2.2: Quá trình biến đổi nhiệt trong bê tơng khối lớn ............................................. 31

Hình 2.3: Lượng nhiệt thủy hóa tích lũy của bê tơng..................................................... 32
Hình 2.4: Mặt bằng phân khối đổ.................................................................................... 36
Hình 2.5: Quan hệ đặc điểm hình dạng khoảnh và chiều cao khoảnh đổ...................... 40
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt hydrat hóa đến chất lượng cơng trình.......................... 45
Hình 3.2: Ứng suất nhiệt phát sinh trong khối đổ bê tơng ............................................. 46
Hình 3.3: Biến hình do nhiệt độ và ứng suất do nền kiềm chế của khối bê tơng mới đổ.......48
Hình 3.4: Kết quả thí nghiệm quang đàn hồi về sự kiềm chế của nền........................... 49
Hình 3.5: Cắt ngang và cắt dọc khối bê tơng tính tốn .................................................. 63
Hình 3.6: Chia block và lưới phần tử khối đập............................................................... 64
Hình 3.7: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 1.000giờ................... 65
Hình 3.8: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 2000 giờ................... 65
Hình 3.9: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 3.000giờ................... 66
Hình 3.10: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 5.000giờ................. 66
Hình 3.11: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 11.000giờ .............. 67
Hình 3.12: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 18.000giờ .............. 67


Hình 3.13: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 25.000giờ .............. 68
Hình 3.14: Bản đồ phân bố nhiệt độ trong đập dâng tại thời điểm 50.000giờ .............. 68
Hình 3.15: Đồ thị phân bố nhiệt độ trong thân đập dâng ............................................... 69


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập của các châu lục....................................................6
Bảng 1.2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam ..................................8
Bảng 1.3: Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013 ..............10
Bảng 1.4: Những đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945..............21
Bảng 2.1: Nhiệt thủy hóa của các loại xi măng ........................................................31
Bảng 2.2: Hệ số phát nhiệt (m) của xi măng.............................................................32
Bảng 2.3: Kích thước khoảnh đổ trung bình ở một số cơng trình đã thi công..........35

Bảng 3.1: Hệ số ảnh hưởng kiềm chế của nền R ......................................................49
Bảng 3.2: Các thông số kỹ thuật chủ yếu của cơng trình..........................................51
Bảng 3.3: Mạng lưới các trạm khí tượng và trạm đo mưa........................................53
Bảng 3.4: Mạng lưới trạm thủy văn ..........................................................................53
Bảng 3.5: Phân phối số giờ nắng trong năm .............................................................54
Bảng 3.6: Các đặc trưng nhiệt độ khơng khí.............................................................54
Bảng 3.7: Phân phối các đặc trưng độ ẩm tương đối ................................................54
Bảng 3.8: Vận tốc gió trung bình trạm Phan Rang và Nha Hố.................................54
Bảng 3.9: Kết quả tính tốn tần suất gió lớn nhất thiết kế (đơn vị: m/s) ..................54
Bảng 3.10: Phân phối lượng bốc hơi trong năm .......................................................55
Bảng 3.11: Phân phối tổn thất bốc hơi DZ trong năm .............................................55
Bảng 3.12: Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm (mm)..............................................55
Bảng 3.13: Các số liệu đầu vào sử dụng trong tính tốn ..........................................62


1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đầu thế kỷ 20, đối với vấn đề quá trình thay đổi nhiệt trong thân đập bê tơng
và hậu quả của nó người ta chưa biết nhiều, vì thế trong thiết kế và thi cơng thiếu sự
chú ý cần thiết. Sau đó trong thực tế phát hiện trong thân đập xuất hiện nhiều khe
nứt có tính chất khơng giống nhau, đã làm rõ ứng suất nhiệt là nguyên nhân chủ yếu
làm xuất hiện khe nứt ở đập bê tơng thể tích lớn, từ đó mới bắt đầu đi sâu nghiên
cứu vấn đề thay đổi nhiệt độ, vấn đề ứng suất nhiệt và biện pháp thi công nhằm
khống chế nhiệt. Thực tế đã thu được rất nhiều thành tựu. Trước mắt trong thiết kế
bất kỳ một cơng trình bê tơng khối lớn nào đều đặt vấn đề biện pháp thi công nhằm
khống chế nhiệt là một trong những nội dung quan trọng.
Đề tài nghiên cứu quan hệ giữa biện pháp thi cơng và q trình biến đổi nhiệt
trong bê tơng khối lớn từ đó đề ra biện pháp thi công bê tông khối lớn một cách hiệu

quả và kinh tế nhất.
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu biện pháp thi công bê tông khối lớn, quá trình biến đổi nhiệt
trong bê tơng để lựa chọn biện pháp thi công bê tông hợp lý cho đập dâng Tân Mỹ Dự án hệ thống thủy lợi Tân Mỹ.
CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cách tiếp cận
Nghiên cứu các tài liệu về thiết kế, các tiêu chuẩn thiết kế, điều kiện kỹ thuật
trong nước và trên thế giới cho cơng tác thi cơng và q trình biến đổi nhiệt trong
bê tông khối lớn.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các tài liệu thiết kế, thi cơng các cơng trình bê tơng khối lớn điển hình.
Phân tích tổng hợp các biện pháp thi công.


2

Phân tích q trình biến đổi nhiệt trong bê tơng khối lớn.
Nghiên cứu mối quan hệ giữa biện pháp thi cơng và q trình biến đổi nhiệt
trong bê tơng khối lớn.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Thiết lập mối quan hệ giữa biện pháp thi công và diễn biến nhiệt trong bê
tông khối lớn – lựa chọn biện pháp thi công hợp lý cho đập dâng Tân Mỹ - Dự án
hệ thống thủy lợi Tân Mỹ.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC BIỆN PHÁP THI CƠNG BÊ
TƠNG KHỐI LỚN VÀ Q TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG BÊ TƠNG
1.1. Tổng quan về các cơng trình thi cơng bê tơng khối lớn trong và ngồi nước.

1.1.1. Khái niệm bê tông khối lớn.
Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R-90), bê tơng khối lớn được định nghĩa là
một thể tích bê tơng có kích thước đủ lớn, u cầu phải có biện pháp để đối phó với
sự phát nhiệt do xi măng thủy hóa và sự biến đổi thể tích kèm theo để giảm nứt nẻ.
Kích thước của bê tơng khối lớn được quy định trong các tiêu chuẩn Việt
Nam và nước ngồi. Bê tơng khối lớn có kích thước nhỏ nhất khơng nhỏ hơn 2,5m
chiều dày lớn hơn 0,8m.
Có 2 loại bê tông thường được dùng làm bê tông khối lớn:
- Bê tơng truyền thống (kí hiệu là CVC) là bê tông thông thường được đầm
chặt bằng phương pháp chấn động.
- Bê tơng đầm lăn (kí hiệu là RCC) là bê tông sử dụng các nguyên liệu tương
tự bê tông truyền thống, nhưng rất khô và được đầm chặt bằng thiết bị rung lèn từ
mặt ngoài (lu rung). Việc đầm bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tơng khơ
hàm lượng kết dính nhỏ hơn bê tơng thơng thường rất nhiều. Trong chất kết dính
chỉ có một phần là xi măng, còn phần còn lại là phụ gia khống hoạt tính mềm mịn
(tro bay, puzơlan tự nhiên,…).
Bê tông đầm lăn đang và sẽ được áp dụng trong xây dựng một số đập ở Việt
Nam. Tuy nhiên bê tông khối lớn thông thường đã và vẫn sẽ được dùng trong cơng
trình và kết cấu cơng trình khơng thích hợp cho bê tông đầm lăn.
Trong phần này chỉ đề cập đến bê tông khối lớn thông thường (CVC) đã
được áp dụng nhiều ở Việt Nam từ trước đến nay để xây dựng các đập bê tông như
đập Thác Bà, Sông Đà, Thạch Nham, Hàm Thuận, Đami và mới đây là đập Tân
Giang, Lịng Sơng,…
* Đặc tính đập bê tơng khối lớn:
Đặc tính đập bê tơng khối lớn là tích chất nhiệt. Phản ứng của xi măng với
nước là phản ứng phát nhiệt. Trong bê tông khối lớn nhiệt không phân tán được


4

nhanh nên nhiệt độ trong bê tơng có thể tăng lên rất nhiều, từ đó có thể phát sinh
ứng suất kéo lớn do sự biến đổi thể tích kết hợp với sự tăng và giảm nhiệt độ trong
khối bê tông. Cần phải có các biện pháp giải quyết thích hợp để hạ nhiệt độ trong bê
tông khối lớn, giảm ứng suất nhiệt và tránh nguy cơ nứt nẻ cơng trình.
Đối với cơng trình đập bê tơng, để đồng thời đạt được chất lượng và giá
thành thấp, thường phân ra 2 phần: phần bê tơng bên ngồi của đập chịu tác dụng
trực tiếp của môi trường nước và phần bên trong của đập không tiếp xúc với môi
trường. Đối với phần bên ngoài của đập , yêu cầu chọn cốt liệu bê tông tốt, bê tông
đặc chắc cường độ cao, chống thấm tốt để đảm bảo độ bền. Cịn bê tơng bên trong
không chịu tác động của môi trường, nên yêu cầu chính đối với bê tơng là phát nhiệt
tối thiểu. Khi bê tơng đơng cứng , vì sự phân bố nhiệt không đều trong khối bê tông
gây ra nứt do nhiệt. Mác bê tông ở phần trong không yêu cầu cao, chỉ cần 10 hoặc
15 Mpa và mác chống thấm B2 hoặc B4.
* Vật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn:
- Xi Măng
Xi măng trong bê tông khối lớn (đập trọng lực) nên dùng xi măng ít tỏa nhiệt.
Để đảm bảo tính ổn định của bê tơng khối lớn cần lưu ý chọn dùng các vật
liệu thích hợp. Theo tài liệu, xi măng ít tỏa nhiệt thích hợp phải có lượng nhiệt phát
ra khi xi măng thủy hóa (xác đinh theo phương pháp Técmốt) sau ba ngày không
lớn hơn 45-50 cal/g, sau 7 ngày không lớn hơn 50-60 cal/g.
Ở nước ta ban hành tiêu chuẩn xi măng ít tỏa nhiệt và quy định nhiệt thủy
hóa sau 7 ngày không lớn hơn 60 cal/g, nhưng thực tế hầu như chưa sản xuất, nên
thị trường xi măng ở nước ta khơng có mặt xi măng ít tỏa nhiệt, mà chỉ có loại xi
măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB) pha khoảng 12-20% phụ gia khống hoạt tính và
phụ gia đầy (trơ).
- Cốt liệu
Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn dùng cho bê tông khố lớn cũng giống như cốt
liệu dùng cho bê tông nặng thông thường và được quy định trong các tiêu chuẩn nhà
nước. Yêu cầu đối với cốt liệu dùng cho bê tông khối lớn của Mỹ cũng được quy

5

định trong ACI 207.IR-87. Do kích thước kết cấu lớn, nên có thể dùng kích thước
danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu (Dmax) tới 150mm để giảm hàm lượng chất kết dính
trong bê tơng, từ đó giảm phát nhiệt.
- Nước trộn bê tông
Nước trộn bê tông cũng giống như nước trộn bê tơng thơng thường với các kích
thước khác nhau và được quyết định trong tiêu chuẩn nhà nước TCXDVN 302:2004.
* Những tính chất bê tơng khối lớn
Các tính chất cần được xem xét: Cường độ nén, cường độ kéo, môdun đàn
hồi, hệ số poisson, khả năng nhiệt, tản nhiệt, độ thấm nước, độ bền. Các tính chất
này của bê tông khối lớn cũng giống như bê tông thông thường.
- Cường độ
Cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó có loại
phụ gia khống hoạt tính, hàm lượng của nó trong bê tơng và biện pháp thi công bê
tông. Cường độ bê tông pha puzơlan nói chung phát triển chậm thời kỳ đầu, sau 28
ngày phát triển tốt hơn.
Bê tông khối lớn thường không yêu cầu cường độ cao và không yêu cầu chịu
ứng suất ban đầu. Mác bê tông khối lớn thường được xác định ở tuổi dài ngày (90,
180, 1 năm) tùy theo khối lượng và thời gian xây dựng cơng trình.
- Độ thấm nước
Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành
phần puzơlan trong bê tơng. Puzơlan cũng có tác dụng giảm độ thấm nước.
- Độ bền
Trong bê tông khối lớn phản ứng giữa các thành phần trong bê tông được
xem là yếu tố quan trọng đối với độ bền của bê tông. Phản ứng hóa học giữa kiềm
(Na2O và K2O) trong xi măng và SiO2 có tính phản ứng có trong cốt liệu tạo ra hợp
chất mới, nở thể tích giống như phản ứng kiểm – Silíc; do đó khơng nên dùng cốt
liệu chứa SiO2 có tính phản ứng.

Vơi sinh ra khi xi măng tác dụng với nước. Vơi sẽ hịa tan trong nước, nước
mềm hay nước axít nhẹ. Khi dùng puzơlan thì puzơlan tác dụng với vôi (puzơlan),


6

tạo ra hợp chất mới không tan trong nước, do đó ngăn cản sự tiết vơi ra khỏi bê tơng.
Khi bê tơng đặc chắc chống thấm tốt, thì việc tiết vơi ra sẽ ít. Nếu tiết vơi nghiêm
trọng, có thể ảnh hưởng đến khả năng sử dụng và độ bền của kết cấu cơng trình.
- Tính biến dạng
+ Độ co khô
Độ co khô nằm trong khoảng 0,02% của độ dài bê tông nghèo độ sụt thấp
dùng cốt liệu tốt, đến lớn hơn 0,1% đối với bê tông giàu xi măng hoặc bê tông dùng
cốt liệu xấu nhiều nước trộn. Các nhân tố ảnh hưởng độ co khô: hàm lượng xi
măng, thành phần khoáng của áo và hàm lượng cốt liệu.
+ Sự biến đổi thể tích tự thân
+ Do nhiệt thủy hóa
Nhiệt bê tơng thay đổi do nhiệt thủy hóa sinh ra do xi măng tác dụng với
nước làm cho bê tơng nở thể tích.
Ngồi ra cịn có từ biến, do độ ẩm trong bê tơng thay đổi…
1.1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới.
Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những cơng
trình thuỷ lợi. Đập được xây dựng đầu tiên là đập xây trên sông Nile cao 15m, dài
450m có cốt là đá đổ và đất sét.
Theo con số thống kê của hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000
trên thế giới có khoảng 45000 đập lớn. Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có
chiều cao H = 10m và có các điều kiện: Chiều dài L ≥ 500m, Qx ≥ 2000 m3/s, hồ có
dung tích W ≥ 1 000 000 m3 nước được xếp là loại đập cao.
Số lượng 45.000 đập được phân bố không đều trên các châu lục.
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập của các châu lục

STT
1
2
3
4
5
6

Châu lục
Châu á
Bắc + Trung Mỹ
Tây Âu
Đông Âu
Châu Phi
Châu Đại Dương

Số lượng đập
31.340
8.010
4.227
1.203
1.200
577

Tỷ lệ
69.6%
17.8%
8.4%
2.7%
2.6%

1.2%


7

Nước có nhiều đập nhất thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập
chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ có 6.575 đập. Đứng hàng thứ
ba là Ấn Độ có 4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban
Nha có 1.196 đập. Việt Nam có gần 500 đập đứng khoảng thứ 16 trong số các nước
có nhiều đập cao trên thế giới.
Theo con số thống kê đập ở 44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15 ÷ 30 m
chiếm khoảng 56.2%. Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 23.8%, đập cao hn 150m
ch khong 0.1%.
Biểu đồ xây dựng đập lớn trªn toμn thÕ giíi (1900-2000)
6000
5000
4000
3000
2000
1000

te
r1
99
0
af

19
80
s

19
70
s

19
60
s

19
50
s

19
40
s

19
30
s

19
20
s

19
10
s

19

00
s

Be
fo
re
19
00

0

Hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000)
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD – 1986 cho thấy 78% là đập đất,
đập đá đổ 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ 4%. Trong số các đập có
chiều cao hơn 100m thì tình hình lại khác, 30% là đập đất, 38% là đập bê tông,
21.5% là đập vịm. Như vậy, trong số đập cao hơn 100m thì tỷ lệ đập bê tơng và đập
vịm chiếm ưu thế.
Hiện nay Trung Quốc là nước có nhiều đập bê tơng trọng lực được xây dựng
nhất trên thế giới tính đến năm 2000 đã có 22 đập cao trên 70m đã được xây dựng.
Phải kẻ đến những đập như Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đập
Baozhusi và Manwan cao 132m, Ankang cao 128m. Mỹ là nước đứng thứ 2 về số
lượng đập bê tơng trọng lực được xây dựng ví dụ như đập Willow Creek cao 52m


8

đập Upper Stillwater cao 91m, đập Cuchillo Negro cao 50m, đập Spring Hollow cao
74m, đập Olivenhain cao 97m...
1.1.3. Tình hình xây dựng đập bê tơng ở Việt Nam.
Thời kì trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập

bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến
10m, chưa có những đập lớn. Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ
công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên do đặc điểm
thuỷ văn của sông Đà Rằng. Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do
các kỹ sư Pháp thực hiện. Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa
vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và cơng nghệ
phù hợp với Việt Nam.
Giai đoạn từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số
đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước
tưới, đập Đáy ở Hà Nội (Hà Tây cũ) có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ
khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình…
Bảng 1.2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam
(Giai đoạn trước năm 1945)
STT

Tên cơng trình

Địa điểm xây dựng

Năm xây dựng

1

Cầu Sơn

Sơng Thương – Bắc Giang

1902

2

Liễn Sơn

Sơng Phó Đáy

3

Bái Thượng

Sơng Chu – Thanh Hố

1920

4

Thác Huống

Sơng Cầu - Thái Ngun

1922-1929

5

Đồng Cam

Sơng Đà Rằng – Phú Yên

1925-1929

6

Đô Lương

Sông Cả - Nghệ An

1934-1937

7

Đập Đáy

Sông Đáy – Hà Tây

1934-1937

1914-1917


9

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư
xây dựng các cơng trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có đập bê
tơng trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập thuỷ điện
Thác Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim... Kĩ thuật và cơng nghệ xây dựng
ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật...
Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp cơng nghiệp hố - hiện
đại hố nên các cơng trình thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước, và đập
bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mơ và hình thức ngày càng phong phú.
Đầu mối các cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleyKrông, Sê San 3 và Sê San 4,
Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang... và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hồ Bình,

Tun Quang... là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều
cao từ 70 – 138m. Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ
hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mơ về cả chiều cao và khối
lượng bê tông ngày càng một lớn hơn.
Một trong những công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp dụng thành
công hiện nay là đập bê tông đầm lăn. Việt Nam đến với công nghệ bê tông đầm lăn
tương đối muộn so với một số nước trên thế giới, nhưng trước sự phát triển nhanh
chóng của nó và đặc biệt là nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự
nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn đã
và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này. Từ nay đến năm 2013 nước ta
có số đập bê tơng đầm lăn lên đến 24 đập. Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ
bẩy về tốc độ phát triển bê tông đầm lăn.


10

Bảng 1.3: Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013
STT

Tên cơng trình

Chiều

Địa điểm xây

cao (m)

dựng

Năm dự

kiến hồn

Ghi chú

thành

1

PleiKrơng

71

Kontum

2007

Đang VH

2

Định Bình

54

Bình Định

2007

Đang VH

3

A Vương

70

Quảng Nam

2008

Đang VH

4

Sê San 4

80

Gia Lai

2008

Đang VH

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2008

Đang VH

6

Bình Điền

75

Thừa Thiên Huế

2008

Đang VH

7

Cổ Bi

70

Thừa Thiên Huế

2008

Đang VH

8

Đồng Nai 3

110

Đắc Nông

2008

Đang VH

9

Đồng Nai 4

129

Đắc Nông

2008

Đang VH

10

ĐakRing

100

Quảng Ngãi

2008

Đang XD

11

Thượng KonTum

KonTum

2009

Đang XD

12

Nước Trong

70

Quảng Ngãi

2010

Đang XD

13

Sơn La

138

Sơn La

2010

Đang VH

14

Bản Chát

70

Lai Châu

2010

Đang XD

15

Bản Vẽ

138

Nghệ An

2010

Đang VH

16

Hủa Na

-

Nghệ An

2010

Đang XD

17

Sông Bung 2

95

Quảng Ngãi

2010

Đang XD

18

Sông Tranh 2

100

Quảng Ngãi

2010

Đang VH

19

Sơng Cơn 2

50

Quảng Nam

2010

Đang VH

20

Bản n

85

Thanh Hố

2011

Đang XD

21

Huội Quảng

-

Sơn La

2010

Đang XD

22

Lai Châu

-

Lai Châu

2012

Đang XD

23

Nậm Chiến

130

Sơn La

2013

Đang XD

24

Tà Pao

-

Bình Thuận

-

Chuẩn bị


11

1.2. Giới thiệu các biện pháp thi công bê tông khối lớn trong và ngoài nước.
1.2.1. Các biện pháp thi công bê tông khối lớn trên thế giới.
1.2.1.1. Giai đoạn trước năm 1900.
Các đập được xây dựng ở giai đoạn này đều thấp.
Bê tông thường được trộn bằng tay hoặc xẻng, dùng xe cút kít, xe bị để

chun chở các loại vật liệu và hỗn hợp bê tông. Trong quá trình trộn bê tơng, nhìn
chung chưa có giải pháp để khống chế thể tích nước pha trộn, chưa có biện pháp để
kiểm tra độ sụt của bê tông, mà chỉ quan sát hỗn hợp bê tông bằng mắt thường.
Tại một số đập có kích thước lớn đã dùng bê tơng độn đá hộc. Một vài đập
lớn xây dựng đầu tiên khơng bố trí khe co giãn và khơng xem xét tới phương pháp
đổ. Tuy nhiên cũng có một số đập khi thi công đã được phân thành các khoảnh đổ;
chiều cao của lớp đổ đã được điều chỉnh, bê tông với độ sụt nhỏ đã được đổ thành
các lớp mỏng và được đầm chặt bằng các đầm tay khá cẩn thận.
Tốc độ đổ bê tông vào khoảng vài trăm m3 một ngày. Sau khi đổ bê tơng
xong, nhìn chung, chưa đề cập đến vấn đề bảo dưỡng.
Đập Lower Crystal Springs được xây dựng gần San Mateo, California, được
hoàn thành vào năm 1980. Đập cao 47m, là trường hợp điển hình về cơng nghệ thi
cơng bê tơng nói trên.
Chỉ một số ít các đập bê tông được xây dựng ở Mỹ trước 1900 cịn có thể
duy trì hoạt động cho đến ngày nay và hầu hết là đập nhỏ. Hơn một phần ba số này
được xây dựng ở California và Arizona, nơi mà khí hậu tương đối ơn hịa. Một số
đập khác vẫn còn tồn tại trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt là do bề mặt được lát
bằng đá xây.
1.2.1.2. Giai đoạn từ 1900 đến 1930.
Nhiều đập bê tông cao, khối lượng bê tông lớn đã được xây dựng để phục vụ
cho cấp nước, tưới nước và phát điện.
Ở Mỹ ngành công nghiệp sản xuất xi măng Pooc lăng đã được tổ chức rất tốt.
Các tiêu chuẩn kỹ thuật (ASTM) đối với xi măng Pooc lăng đã có những thay đổi
nhỏ trong khoảng 30 năm đầu tiên của thế kỷ 20. Đó là yêu cầu độ mịn được xác


12

định qua phân tích bằng sàng và giới hạn hàm lượng magiê ơ xýt trong thành phần
hóa của xi măng. Ngồi ra khơng có bất cứ u cầu nào khác về khoa học.

Đặc điểm và thành phần cấp phối bê tông đã được chú ý nhiều hơn trong giai
đoạn này. Các tiến bộ cơ bản đã được ứng dụng để phát triển các phương pháp xác
định tỷ lệ cấp phối bê tông. Mối quan hệ giữa cường độ với tỷ lệ Nước/Xi măng đã
được thiết lập bởi Duff Abrams và các cộng sự của ơng ta.
Nhìn chung, bê tơng khơng có phụ gia. Chỉ có trường hợp khi xây dựng các
đập Arrowrock, Elephent Butte và Dalton là pha thêm các phụ gia khống hoạt tính.
Tại đập vịm Arrowrock-đập cao nhất thế giới (107m) được hoàn thành năm
1915, là đập được xây dựng với bê tông gày ở phần trong và bê tơng béo ở mặt
ngồi. Hàm lượng xi măng của bê tông ở phần bên trong xấp xỉ 223kg/m3 là sự kết
hợp giữa đá granite - xi măng được nghiền thành bột rồi trộn lẫn với nhau. Hỗn hợp
xi măng được chế tạo ngay tại hiện trường với các thành phần bằng nhau của xi
măng Pooc lăng và đá granite và u cầu khơng ít hơn 90% lọt qua mắt sàn 75µm.
Trường hợp ngoại lệ là tại vai của đập vịm Dalton được xây dựng bởi Phịng
kiểm sốt lũ, Los Angeles trong những năm cuối 1920 đã sử dụng phụ gia khống
hoạt tính puzơlan thay thế khoảng 20% lượng xi măng Pooc lăng.
Đối với những đập có mặt cắt dày, đường kính cốt liệu lớn nhất (Dmax) đã
tăng lên đến 25mm. Các biện pháp đo độ sệt hỗn hợp bê tông, kiểm tra độ sụt của
hỗn hợp bê tông đã được tiến hành. Các thử nghiệm cường độ ở các tuổi bê tơng
khác nhau được tiến hành từ mẫu hình trụ có kích cỡ 150*300mm và 200*400mm
đã trở nên phổ biến ở Mỹ. Các quốc gia Châu Âu nhìn chung đã lựa chọn kích
thước 200*200mm.
Tại những vùng thời tiết khắc nghiệt (có đóng băng và tan băng), thơng
thường sử dụng hàm lượng xi măng là 335kg/m3 bê tông. Trong thực tế xây dựng
nhiều cơng trình trong giai đoạn này, hỗn hợp bê tơng bên trong có hàm lượng xi
măng là 223kg/m3, hỗn hợp bê tơng mặt ngồi có hàm lượng xi măng là 335kg/m3
để làm cho bề mặt đập có thể chịu đựng được thời tiết khắc nghiệt và giảm tới mức
tối thiểu hàm lượng xi măng trong cơng trình.


13

Công nghệ thi công bê tông: Máy trộn bê tông với dung tích 2-3m3 được
dùng rộng rãi ở gần cuối giai đoạn này.
Trong mấy năm đầu trước khi biết được tầm quan trọng của tỷ lệ Nước/Xi
măng, việc quản lý khối lượng nước pha trộn chưa nghiêm ngặt, dẫn tới hỗn hợp bê
tơng khi thi cơng cịn q nhão.
Đổ bê tông bằng cách dùng cẩu tháp, thùng đựng vữa chạy trên đường trượt
kết hợp với máng đặt nghiêng đã trở nên phổ biến và việc thi công bê tông đã được
tiến hành khá cẩn trọng.
1.2.1.3. Giai đoạn từ 1930 đến 1970.
Quy mơ cơng trình: Nhiều cơng trình bê tơng khối lớn và đập bê tơng có
chiều cao lớn (đập trọng lực, đập vịm, bê tơng đầm lăn) được xây dựng.
Vật liệu: Thành phần xi măng Pooc lăng, cát và sỏi sử dụng trong cấp phối
bê tông khối lớn được xem xét khá tỷ mỷ và thận trọng về chất lượng.
Qua kiểm tra thực tế tại một số đập bê tông đã xây dựng cho thấy có sự khác
nhau về mức độ nứt nẻ trong cơng trình. Tại hai cơng trình có điều kiện về mơi
trường tương tự, nhưng một cơng trình có q nhiều vết nứt, cịn cơng trình kia sau
một thời gian sử dụng vẫn cịn ở tình trạng gần như hoàn hảo. Các kết quả quan sát từ
một số đập bê tông đã chỉ ra: Các biến đổi về nhiệt ở trong đập là do q trình hyđrat
hóa của xi măng, mức độ nứt nẻ bao giờ cũng gắn liền với sự gia tăng nhiệt độ.
Ủy ban ACI về bê tông khối lớn được tổ chức năm 1930 để tổng kết về các
đặc tính quan trọng của bê tông khối lớn trong đập và các nhân tố ảnh hưởng đến
các đặc tính này. Bogue (1949) và các cộng sự của ông ta ở Ủy Ban tiêu chuẩn quốc
gia đã xác định được các hợp chất chính trong xi măng Pooc lăng. Sau đó Hubert
Wood và các cộng sự của ông ta đã tiến hành nghiên cứu để xác định mức độ ảnh
hưởng của từng hợp chất đối với nhiệt hyđrat hóa và cường độ của bê tơng.
Cấp phối bê tông: Đã sử dụng rộng rãi các phụ gia khống hoạt tính, phụ gia
cuốn khí và các phụ gia hóa học để cải thiện tính lưu động của hỗn hợp bê tông. Độ
sụt của hỗn hợp bê tông bằng 76mm được áp dụng.

14

Khi xây dựng đập Hoover (Mỹ), đã có các điều tra, nghiên cứu tỷ mỷ để xác
định mức độ ảnh hưởng của các nhân tố: thành phần và mác xi măng, nhiệt độ bảo
dưỡng, kích cỡ lớn nhất của cốt liệu bê tông, …, đến sự tỏa nhiệt, cường độ nén và
các đặc tính khác của bê tơng. Kết quả của nghiên cứu này đã dẫn đến việc sử dụng
xi măng ít tỏa nhiệt trong đập Hoover.
Cơng nghệ thi cơng bê tông
Đây là kỷ nguyên mới và phát triển nhanh về công nghệ thi công đập bê tông
trọng lực bằng phương pháp đổ bê tông truyển thống.
Ở những đập lớn, cấp phối bê tơng đã được kiểm sốt chặt chẽ hơn, cốt liệu
dùng trong bê tông được xử lý cẩn thận, thành phần bê tông được phối hợp theo
trọng lượng và lượng nước dùng để trộn được đo bằng thể tích.
Các kết quả nghiên cứu về q trình tỏa nhiệt của bê tông ở giai đoạn này đã
đề xuất biện pháp mới là: Thiết kế hệ thống nước làm mát chôn vào thân đập ngay
từ khi đổ bê tông.
Vận chuyển hỗn hợp bê tơng từ máy trộn tới khồnh đổ đã dùng các thùng
chứa dung tích khoảng 6m3.
Việc đổ bê tơng khối lớn theo cách thơng thường vẫn duy trì như vậy trong
thời kỳ này. Sự phát triển mới trong lĩnh vực bê tông khối lớn là sử dụng bê tông
đầm lăn (RCC).
1.2.1.4. Giai đoạn từ 1970 đến nay.
Đây là thời kỳ bê tông đầm lăn (RCC) phát triển và được ứng dụng khá phổ
biến trong các đập trọng lực lớn. Bê tơng đầm lăn là loại bê tơng có độ lưu động
không lớn, được vận chuyển, đổ và đầm bằng cách sử dụng các thiết bị thi công đất
và đá đổ.
Thí nghiệm đầu tiên với bê tơng đầm lăn được tiến hành đổ bằng đá đổ cho
đập Tims Ford và đã được sử dụng đầm rung nặng 14 tấn. Các thí nghiệm tiếp theo
đã được làm bởi Tập đồn kỹ sư quân đội Hoa Kỳ ở Vietsburg, Miss và ở đập Lost

Creek, Oregon. Bê tông đầm lăn lần đầu tiên được sử dụng là trong một trường hợp
đổ bê tông khẩn cấp 580 000m3 ở đập Tarbela để sửa chữa chỗ xói lở bờ do đường


15

hầm bị sụp. Một khối lượng lớn của khối bên trong đập Okawa và Shimagawa (Nhật
Bản) đã được xây dụng bằng bê tông đầm lăn từ 1978 đến 1980. Các thử nghiệm vẫn
được làm tiếp tục trong suốt giai đoạn này ở Canada, Anh, Brazil và Nam Phi.
Tháng 7 năm 1981 một hội thảo quốc tế về bê tông đầm lăn đã được tổ chức
ở thủ đô Luân Đôn, Anh. Đập Willow Creek ở Oregon là đập bê tông trọng lực đầu
tiên được thiết kế và xây dựng bằng các phương pháp thi công đầm lăn. Hiện nay,
một số lượng lớn các đập trọng lực đang ở các giai đoạn quy hoạch, thiết kế khác
nhau sẽ được xây dựng bằng bê tơng đầm lăn.
Một số hình ảnh các đập bê tông đã được xây dựng tại Việt Nam và trên thế giới.

Hình 1.2: Ảnh Đập bê tơng Krasnoiarxki

Hình 1.3: Đập Miel 1 được xây dựng ở Columbia hoàn thành năm 2002,
là đập bê tông đầm lăn cao nhất thế giới hiện nay (188m)


16

Hình 1.4: Đập Miyagase cao 156m – Nhật Bản.

Hình1.5: Đập Giang Á cao 13m – Trung Quốc


17

Hình 1.6: Đập dâng tràn Cầu Sơn

Hình 1.7: Đập Bái Thượng