Chương 1. TONG QUAN VE BE TONG DAM LAN 1. Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn (RCC) 1. Tổng quan Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete -RCC) có thé được xem là sự phát triển quan trọng nhất trong công nghệ đập bê tông trong một phần tư thế kỷ qua.
Áp dụng đập RCC cho phép nhiều đập mới có tính khả thi về mặt kinh tế do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh và vật liệu rẻ. Điều này cũng khiến các kỹ sư thiết kế có cơ hội cải tạo các đập bê tông có sự cố về an toàn và cần gia cố, cải thiện biện pháp cho tràn qua đập một cách an toàn trong thi công. RCC thường được trộn bằng thiết bị trộn theo mẻ hoặc thiết bị trộn liên tục có năng suất cao, thường được vận chuyền bằng xe tải hoặc băng chuyền và rải, san bằng xe ủi thành các lớp đồ trước khi đầm. RCC có thé sử dụng nhiều loại vật liệu hon CVC.
— Lịch sử phát triển Trong quá trình phát triển mạnh mẽ việc áp dụng đập CVC và đập dat đá đã phát sinh ra đập RCC. Tính kinh tế và thi công thành công RCC đã nhanh chóng được công nhận và ứng dụng trên toàn thế giới. Trong những năm 1960 và 1970, có những cách sử dụng vật liệu có thể coi là tiền để của RCC. Những áp dụng này dẫn đến sự phát triển RCC trong kết cấu bê tông xây dựng.
Năm 1961 một hỗn hợp bê tông không độ sụt được áp dụng cho dap Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở Canada, hỗn hợp bê tông được rải bằng xe ủi và được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng máy ủi. Thi công nhanh đập bê tông trọng lực sử dụng thiết bị đắp đất, bao gồm máy đầm lăn cỡ lớn cho công tác đầm, được kiến nghị áp dụng năm 1965 như một phương pháp khả thi để thi công đập kinh tế hơn. Tuy nhiên, phương án này không nhận được sự chú ý lắm cho đến khi Raphael giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970. Khái niệm trên có cân nhắc đến một phần tương tự, nhưng với khối lượng ít hơn phần đập đắp.
Trong những năm 1970, một số các công trình đã đưa vào thí nghiệm nghiên cứu cả trong phòng thí nghiệm lẫn nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm hiện trường. Những nỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây dựng những đập RCC đầu tiên vào những năm 1980. 4 Năm 1972 tại hội nghị "thi công kinh tế đập bê tông" R. Cannon có đưa ra luận điểm xây đập bê tông dùng đất nện" phát trién thêm một bước ý tưởng của Raphael.
Cannon giới thiệu dùng xe ben chở bê tông nghèo theo sau là máy đầm, ông kiến nghị dùng phương thức ván khuôn trượt ngang phía thượng lưu và hạ lưu dùng bê tông giàu. Hiệp hội các kỹ sư Quân đội Hoa Ky đã tiến hành nghiên cứu công tác thi công RCC tại Cơ quan chuyên ngành đường thuỷ vào năm 1973 và ở đập Lost Creek năm 1974. Công trình do các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ thiết kế về cách thi công “một đập trọng lực tối ưu” cho đập Zintel Canyon. Thi công đập Zintel Canyon dùng RCC vào thời điểm đó không được ủng hộ, nhưng từ những khái niệm về đập này lại trở thành kinh nghiệm cho đập Willow Creek và đập này trở thành đập RCC đầu tiên tại Hoa Kỳ.
Ở Anh, công ty chuyên xây dựng đập bê tông Dunstan bắt đầu nghiên cứu tích cực trong phòng thí nghiệm về RCC trong những năm 1970. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về RCC có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979). Năm 1973, trong hội nghị quốc tế về đập lớn lần thứ 11, Moffat đưa ra luận vấn dé "nghiên cứu bê tông nghèo khô dùng trong thi công đập trọng lực" cũng kiến nghị áp dụng bê tông nghèo khô đã từng sử dụng 50 năm trước ở Luki nước Anh để sửa đập, dùng xe lu để đầm.
Thời kỳ đầu của cuối những năm 1970 tại Nhật Bản, phương pháp thiết kế và thi công liên quan tới đập bê tông đầm lăn (RCD) đã được phát triển để xây dựng đập Shimajigawa với mục đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình. Tuy vậy, vật liệu RCC và vật liệu RCD được xem như giống nhau. Đập Shimajigawa cao 89 m, dài 240 m, khối lượng RCC là 165.000 mỉ trong tổng số 317.000 m? của bê tông đập đã hoàn thành vào năm 1981. Phương pháp RCD sử dung RCC cho phan bên trong đập có hai mặt ốp CVC tương đối dày (khoảng Im) tại bề mặt thượng và hạ lưu, nền và đỉnh đập.
Các khớp nôi thường xuyên được sử dụng các chặn nước và cách thoát nước thông dụng. 5 RCD dién hình là các lớp dé dày và nghỉ sau mỗi lớp đồ cho phép bảo dưỡng RCC và do vay, RCC phải được làm sạch trước khi đồ lớp kế tiếp. Quy trình đồ RCD cho đập có sử dụng CVC làm tăng chi phí và mat thời gian hơn các đập RCC không sử dụng CVC. Đến nay Nhật Bản đã hình thành trường phái bê tông đầm lăn gọi là RCD (Roller-Compacted Dams) gồm thiết kế mặt cắt đập, tính toán thành phần bê tông, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập.
Đặc điểm của phương pháp RCD là sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc” nghĩa là bên ngoài đập là CVC, bên trong thân đập là RCC. Năm 1982 Mỹ xây dựng đập trọng lực RCC đầu tiên trên thế giới, đập Willow Creek. Đập này cao 52m, chiều dài trục đập 543m, không có rãnh ngang dọc. Hàm lượng kết dính trong RCC chỉ có 66 kg/m3, chiều dày lớp đầm là 30 cm dé liên tục dé lên cao, với 331.000m3 RCC mà chỉ đồ trong thời gian 5 tháng.
So với đập CVC thì thời gian thi công rút ngắn được 1~1,5 năm, giá thành chi bằng 40% giá thành của đập CVC và bằng 60% của đập đá dé. Dap Willow Creek đã chứng minh một cách day đủ ưu thế lớn về kinh tế và tốc độ thi công của đập RCC. Việc xây dựng thành công đập RCC đã thúc đây sự phát triển nhanh chóng ở Mỹ và ở các nước trên toàn thé giới. Những năm 1980 đã áp dụng thành công việc thi công RCC với tốc độ cao.
Gần 1,1 triệu m3 RCC của dap Upper Stillwater thi công trong vòng 11 thang giữa năm 1985 và 1987. Đập Stagecoach cao 46m được xây dựng chỉ trong 37 ngày dé liên tiếp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là 1,2m/ngay. Tai đập Elk Creek, cường độ đạt trên 9200m3/ngay. Sử dụng RCC đối với đập cỡ vừa và nhỏ ở Hoa Kỳ trong những năm 1980 và đầu những năm 1990 và đã mở rộng áp dụng ở các công trình lớn hơn trên khắp thế giới.
Ứng dụng RCC đã nhanh chóng lan ra các nước đang phát triển. Năm 1980, Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghệ RCC. Mặc dù áp dụng công nghệ RCC tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc độ phát triển công nghệ này rất nhanh. Sau khi xây dựng xong đập RCC đầu tiên vào năm 1986 (đập Khanh Khẩu), Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập RCC.
6 Hiện nay đập RCC của Trung Quốc nói chung về các mặt số lượng, chất lượng, chiều cao, kỹ thuật đều chiếm vị trí hàng đầu thế giới. Các chuyên gia Trung Quốc đã xây dựng tương đối hoàn chỉnh trường phái công nghệ RCC của mình, với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams). Phương pháp này gồm thiết kế mặt cắt đập, quy trình thiết kế, chọn vật liệu và thi công, quy trình thử nghiệm kiểm tra RCC tại hiện trường. Tình hình xây dựng đập RCC trên thế giới và ở Việt Nam a) _ Trên thế giới Tính đến cuối năm 1991 toàn thế giới có 75 đập RCC, có 17 đập đang ở giai đoạn thi công.
Trong số đập trọng lực RCC đang thi công thì cao nhất là đập Cung Lạn của Nhật cao 155 m. Ngoài đập trọng lực còn xây xong 2 đập vòm trọng lực: là đập Knellpoort của Nam Phi cao 50m và Wolwedans cao 70m. Đập vòm RCC cao 75m ở Phé Định - Qui Châu - Trung Quốc. Tính đến 2003 toàn thế giới đã xây dựng được 287 đập RCC.
Khối lượng RCC đã và đang thi công tăng gần như gấp đôi sau mỗi 5 năm (Hình 1-1). Châu Á có số lượng đập RCC nhiều nhất (126 đập), tiếp đó là châu Mỹ (92 đập). Châu Âu và Châu Phi có số đập RCC tương ứng là 35 và 31. Hiện Trung Quốc là nước dẫn đầu về số lượng đập RCC.
Sau đó là Nhật, Mỹ, Braxin và Tây Ban Nha (Bang 1-1). Trung Quốc hiện nay là nước đi đầu trong việc nghiên cứu sử dụng RCC chống thắm cao thay cho CVC. Năm 1993, Trung Quốc xây dựng thành công đập vòm Phổ Định, cao 75 m, hoàn toàn bằng RCC, trong đó phía thượng lưu sử dụng RCC chống thấm Dmax 40 mm thay cho CVC, phía hạ lưu sử dung RCC không chống thấm Dmax 80 mm. Tinh đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập được thiết kế, thi công với công nghệ RCC cấp phối 2 dé chống thấm (Bảng 1-2).
Đây là một tiến bộ kỹ thuật bao gồm hang loạt biện pháp từ thiết kế đến thi công xây dựng. Bảng 1-1: Danh sách 5 nước có số đập RCC nhiều nhất thé giới tính đến 2003 Số lượng đập x TT Nước Tỷ lệ so với thê giới (%) RCC I | Trung Quốc 57 19,9 2 | Nhat 43 15,0 3 | My 35 12,2 4 | Braxin 31 10,8 5 | Tây Ban Nha 22 7,7 Tổng khối lượng bê tông thường và bê tông đầm lăn đã va đang thi công trên thế giới phân chia theo các giai đoạn năm [13] 70000 60000 (K1tbl0hưôốêợnimg) 24371.2 50000 40000 30000 20000 [_ 2529 _| 10000 608 0 Em] 1963-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 Các dự án sau 2001tính tại thời Các giai đoạn (nam) gđiêm năm 2003 Bê tông thường El bê tông đầm lăn RCC Hình 1-1: Khối lượng bê tông và RCC xây dựng đập trên thé giới Bang 1-2: Một số đập của Trung Quốc sử dụng RCC cấp phối 2 dé chống thấm Chiều Chiều dày Mác BT và , cao , „ lớp chong | Tỷ lệ với TT | Tên công trình | Loại đập cap phôi F đập .