CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1. Lịch sử phát triển Đập bê tông trọng lực là loại đập dùng vật liệu bê tông để xây dựng đập, đập dùng trọng lượng của bản thân để giữ ổn định. Loại đập này có ưu điểm là kết cấu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn định cao có thể dùng để tràn nước hoặc không tràn nước, độ an toàn xả lũ cao, tuy nhiên đập phải được xây dựng trên nền đá rắn chắc, không thể xây dựng đập trên nền đất yếu hay cuội sỏi.
Đập bê tông trọng lực có từ 100 năm sau công nguyên ở Ponte di San Mauro. Đập đầu tiên cao 15m được xây dựng khi chưa có cơ sở lý luận. Từ năm 853 việc thiết kế và xây dựng đập bê tông trọng lực đã bắt đầu có cơ sở lý luận dựa trên hai chuẩn: cường độ và ổn định trượt. Từ năm 70 - 80 của thế kỷ XX đập bê tông trọng lực bắt đầu phát triển mạnh, cứ vài ba ngày lại có một đập mới được xây dựng.
Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD), tính đến năm 2000, trên thế giới đã có khoảng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước. Năm nước hàng đầu về xây dựng đập trên thế giới bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Nhật Bản. Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 30%.
Trung Quốc hiện nay đang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây dựng. Đập bê tông có sự phát triển như hiện nay bởi chúng có những ưu điểm hết sức rõ rệt như sau : - Có khả năng bố trí công trình tháo lũ ngay trong thân đập (trên đỉnh hoặc dưới sâu). - Có thể cho ngập trong các cơn lũ và đập có thể thích nghi với lũ kiểm tra có tần suất lớn. - Có thể phối hợp dể dàng với các công trình khác (tháo cạn, công trình lấy nước) và có thể xây dựng nhà máy thủy điện ngay trong thân đập.
Điều này sẽ 5 không thực hiện được nếu đập dâng bằng bê tông đầm lăng (RCC). Phương pháp xây dựng đập RCC gần giống với đập bằng vật liệu địa phương hơn là đập bê tông truyền thống. - Đập có thể dể dàng thiết kế để có thể tháo nước tràn qua thân đập trong quá trình thi công, điều này cho phép rút ngắn thời gian thi công (đập RCC cũng có tính chất này) và cho phép tháo các con lũ có tần khác nhau. Điều này cho phép xây dựng các công trình tháo lũ tạm thời khác kinh tế hơn.
Chúng ta cũng có thể lưu ý là một vài đập quy mô nhỏ RCC có thể chỉ cần thi công trong vòng một mùa khô, do đó nó cho phép giảm tối đa công trình dẫn dòng tạm. - Chúng có thể xây dựng ngay trong mùa mưa, điều không thể có thể đối với đập vật liệu địa phương. Đây là một ưu điểm lớn của đập bê tông, nhất là trong các quốc gia thuộc miền nhiệt đới, ở đó thường có độ ẩm cao và mùa mưa thường kéo dài. Nhất là trường hợp khi mà vật liệu đắp đập có độ ẩm cao hơn nhiều so với độ ẩm tối ưu cho đầm nén.
Sự giảm thời gian thi công là ưu điểm quan trọng nhất trong việc lựa chọn giữa đập bằng bê tông hay đập vật liệu địa phương trong nhiều dự án gần đây trong các quốc gia vùng nhiệt đới. Các quốc gia này thường là nơi có trử lượng latétrite lớn. - Chúng ít bị tác dụng với hiện tượng ăn mòn bên trong đập và ngay cả trong vùng tiếp xúc của đập và nền. - Chúng có khả năng chống động đất rất tốt.
Cho đến nay chưa có ghi nhận đập bê tông nào bị hư hại đáng kể vì động đất. Ngoài những ưu điểm nêu trên đập bê tông cũng còn những hạn chết nhất định như sau : - Đập bê tông thường có yêu cầu địa chất nền đá tốt. Yêu cầu nền phải có khả năng tốt về phương diện chịu nén và biến dạng nền bé. - Đập bê tông, nhất là bê tông trọng lực có tính ổn định rất nhạy đối với áp lực ngược.
Do đó nó thường có yêu cầu cao về thoát nước nền, đôi khi cần thiết phải bố trí thoát nước ngay cả phía bên trong công trình để giảm áp lực ngược. 6 - Đập bê tông có thể xuất hiện các vết nứt dưới tác dụng của hiện tượng nhiệt trong thời kỳ xây dựng và cả thời kỳ khai thác. Các vết nứt sẽ làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu. Ngoài ra hiện tượng này còn dẫn đến sự không kín nước của công trình.
- Đập bê tông có thể bị ảnh hưởng xấu của nhiều tác nhân khác như vật lý, hoá học làm biến chất các đặc tính của nó. - Xây dựng đập bê tông trọng lực đòi hỏi nhiều công việc phối hợp đồng thời, yêu cầu đội ngũ công nhân lành nghề cao: sản xuất bê tông, vận chuyển bê tông, lắp đặt cốp pha, đầm nện bê tông, xử lý mối nối, công tác thép, xử lý các mạch ngừng, phương pháp làm nguội bê tông…. Tất cả các yêu cầu trên đã làm gia tăng giá thành đập bê tông và làm cho chúng khó cạnh tranh với đập bằng vật liệu địa phương. Tuy nhiên với sự xuất hiện của đập RCC đã cho phép xây dựng các đập trọng lực kinh tế và nhanh chóng hơn trong xây dựng đập 1.
Ứng dụng các công nghệ mới trong xây dựng đập bê tông trọng lực Đối với dự án thủy điện và thủy lợi, các hạng mục quan trọng nhất, phức tạp nhất liên quan đến vấn đề đảm bảo an toàn cho công trình và hạ du là đập dâng và đập tràn. Những hạng mục này luôn được ưu tiên nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án trong quá trình khảo sát thiết kế và xây dựng. Bê tông đầm lăn (RCC) đang là những công nghệ tiên tiến được áp dụng phổ biến trên thế giới. Tại nước ta, sau thành công ban đầu tại các dự án thủy điện thi công trong những năm 2003-2006, hiện nay hầu hết các đập thủy điện và thủy lợi lớn đều lựa chọn kết cấu RCC.
Đập RCC là công nghệ đập bê tông nhưng được thi công như đập đất, sử dụng thiết bị vận chuyển, rải, san và đầm chặt bê tông có công suất lớn. Hỗn hợp bê tông có hàm lượng chất kết dính thấp và độ ẩm nhỏ được lèn chặt bằng máy đầm lu rung. Theo các chuyên gia xây dựng, công nghệ RCC đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì hiệu quả áp dụng công nghệ RCC càng cao.
Việc lựa chọn phương án xây dựng đập bằng công nghệ RCC đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với công nghệ CVC và 7 đạt được tiến độ nhanh hơn nhiều do tăng được tốc độ đổ bê tông, giảm lượng tiêu thụ xi măng (chỉ từ 60-100 kg/m3 bê tông RCC), tận dụng được tro bay thải của các nhà máy nhiệt điện hoặc nguồn puzzolan sẵn có trong nước. Cả nước hiện có 16 đập thủy điện, thủy lợi đã sử dụng công nghệ RCC hoàn thành là Sơn La, Bản Chát, Bản Vẽ, A Vương, Sê San 4, Pleikrông, Sông Tranh 2, Sông Bung 4, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đak Mi 4, Bắc Hà, Hương Điền, Bình Điền, Định Bình, Nước Trong; 3 đập thủy điện đang xây dựng là Lai Châu, Đak Đrinh và Trung Sơn. Qua thực tế xây dựng đập RCC ở nước ta, trình độ khoa học công nghệ của các đơn vị thiết kế, thi công đã tiến bộ vượt bậc. Đối với thiết kế, các đơn vị đã chủ động và giữ vai trò chủ trì trong nghiên cứu cấp phối bê tông, phụ gia tro bay hoặc puzzolan trong quá trình thiết kế các đập cao.
Đối với thi công, đã làm chủ được dây chuyền công nghệ sản xuất RCC, chế tạo cốp pha trượt, làm chủ được công nghệ san đầm và xử lý các khe nối giữa các khối đập và bề mặt tiếp giáp giữa các lớp đắp… Hình 1-1 : Thi công bê tông đầm lăn tại thủy điện Sơn La 1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam Ở Việt Nam các đập đã được xây dựng trước đây chủ yếu là đập đất, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp, còn đập bêtông chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ. Đập bêtông 8 trọng lực bắt đầu được xây dựng tương đối nhiều trong khoảng gần chục năm gần đây. Đập Tân Giang thuộc tỉnh Ninh Thuận cao 39,5m được xem là đập bê tông trọng lực đầu tiên do ngành thủy lợi nước ta tự thiết kế và thi công đã hoàn thành năm 2001.
Cho đến năm 1995 Bộ Thủy lợi mới quan tâm đến công nghệ bê tông đầm lăn. So với thế giới công nghệ RCC của Việt Nam phát triển tương đối muộn, nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của nó và đặc biệt tại nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thủy lợi, thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này. Cuối năm 2003, Bộ Công Nghiệp đã ra quyết định phê duyệt thiết kế kỹ thuật công trình thủy điện PlêiKrông tại tỉnh Kon Tum trong đó phần đập bê tông được thi công bằng công nghệ bê tông đầm lăn với chiều cao đập lớn nhất 71 m, khối lượng bê tông RCC là 326 000 m3 trong tổng số 573 000 m3 bê tông các loại. Từ đó đến nay đập bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú.
Đầu mối các công trình thủy lợi, thủy điện như: Pleikrong, Sê san 3 và Sê san 4, Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông.và đập tràn ở các đầu mối thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang. là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều cao đập từ 60-138m. 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 mô cả về chiều cao và khối lượng bê tông ngày một lớn hơn. Một trong những kỹ thuật và công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp dụng thành công hiện nay là đập bê tông đầm lăn.