CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ Đập đá đổ có cấu tạo gồm hai bộ phận chủ yếu là khối chịu lực có hệ số thấm lớn, độ ổn định cao được cấu tạo từ đá đổ, đất đá hỗ hợp có cấp phối liên tục v.v…) và khối chống thấm có thể là đất hoặc vật liệu nhân tạo khác có khả năng chống thấm tốt như bê tông, atsphalt. Đập thường có khối lượng đắp lớn và phần lớn là vật liệu khai thác tại chỗ: đá khai thác ở mỏ, đá đào móng công trình hoặc sỏi đá tự nhiên. Dạng mặt cắt đập đá đổ, được phân ra nhiều vùng mang tính hợp lý, đảm bảo kỹ thuật và đạt hiệu quả kinh tế cao. Tuỳ theo điều kiện làm việc của các vùng trong thân đập và căn cứ vào khả năng khai thác vật liệu trong vùng mà mặt cắt ngang của đập sẽ được tính toán để chọn ra mặt cắt hợp lý nhất.
Sự hợp lý và kinh tế còn được thể hiện ở chỗ luôn tồn tại trong mặt cắt đập một hoặc nhiều vùng vật liệu sử dụng lại đất đá đào móng công trình. Đập đá đổ bê tông bản mặt là một dạng đập trong nhóm đập đá đổ. Phân loại đập đá đổ. Phân loại theo cấu tạo mặt cắt đập.1 Đập đá đổ có tường tâm chống thấm.
Đập đá đổ có tường tâm chống thấm có cấu tạo hai bên là lăng trụ đá, lõi chống thấm ở giữa, vật liệu làm lõi chống thấm rất đa dạng nhưng thường dùng nhất là đất á sét hoặc sét, bê tông hoặc bê tông asphalt. Đập đá đổ có lõi chống thấm bằng đất. Để nói rõ về dạng đập này lấy mặt cắt điển hình là mặt cắt đập của Thủy điện Ialy tỉnh Gia Lai cao 69m (xây dựng năm 1993-2001), đây là đập duy nhất loại này do Việt Nam thiết kế, tính đến thời điểm đó. Việt Nam (hình 1.
- Yêu cầu về nền móng: 5 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 nứt nẻ ít và đá rắn chắc nứt nẻ nhiều. Lõi chống thấm đặt trên đá rắn chắc nứt nẻ ít có đổ bê tông phản áp M150 dày 0.5m và tiến hành khoan phụt với 5 hàng khoan, mỗi hàng cách nhau 3m. Vật liệu lõi chống thấm bằng đất á sét với hệ số thấm k=1x10-5cm/s, chiều rộng đỉnh lõi b= 4m, hệ số mái của lõi là m=0. Bề mặt thượng lưu và hạ lưu của đập được đắp bằng lớp đá quá cỡ có đường kính từ (0.8 ÷ 1)m, mặt thượng lưu là đá đổ tự nhiên, mặt hạ lưu đá xếp khan.
Trong thời gian qua, ở nước ta đa số các đập đá đổ đã thi công đều có mặt cắt tương tự như vậy. Các vùng vật liệu của đập Ialy trên hình 1.1 như sau: 1- Lõi đất chống thấm đất á sét, chiều rộng đỉnh lõi b=4m, mái dốc thượng hạ lưu của lõi m=0.35, với hệ số thấm k=1x10-5cm/s. 2- Cát lọc được bố trí ở thượng và hạ lưu của khối lõi với chiều dày 3m. 3- Đá dăm lọc bố trí kế tiếp lớp cát lọc ở thượng và hạ lưu với chiều dày 3m.
4a- Đá đắp chuyển tiếp được bố trí ở mặt ngoài lớp đá dăm lọc với chiều dày 4m. 4b- Đá đắp chính. 5- Lớp đá bảo vệ là đá có cường độ cao, đường kính hạt lớn thường là từ (80÷100)cm, bố trí ở cả mái thượng và hạ lưu. 6- Khoan phụt xử lý nền.
- Các đặc điểm cần chú ý: 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 yếu 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 6 trí này đã 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 mái của đập thường nhỏ, chính vì vậy mà hầu hết các đập cao trên thế giới đều là loại đập này.
Mặt cắt lòng sông đập Ialy 8 b. Đập đá đổ lõi chống thấm bằng bêtông asphalt. Để nói rõ về dạng đập này lấy mặt cắt điển hình là mặt cắt đập Storvant ở Nauy (hình 1.2), được khởi công xây dựng năm 1981 hoàn thành năm 1987. - Yêu cầu về nền móng: Lõi bê tông asphalt phải đặt trên kết cấu bê tông và đặt trên nền đá cứng, cần phải khoan phụt xử lý nền.
Kết cấu bê tông có thể đơn giản là một khối bê tông cốt thép hình chữ nhật, cũng có thể phải là một hành lang khoan phụt ngầm dưới đáy đập. Nhưng nếu thiết kế theo dạng hành lang khoan phụt ngầm thì giá thành của đập thường tăng khoảng 10% và thời gian thi công sẽ kéo dài, theo kinh nghiệm thiết kế đập đất đá của Nauy thì thời gian này thường là 1 năm. Hành lang khoan phụt có tác dụng phục vụ cho công tác khoan phụt xử lý nền, đồng thời cũng tốt cho việc quan trắc và theo dõi quá trình làm việc của đập (ứng suất, biến dạng và thấm). Tuy nhiên theo các kết qủa nghiên cứu mới đây nhận thấy tác dụng của hành lang khoan phụt là không đáng kể, hoặc gần như không có.
Sự thuận tiện chính mà nó mang lại phụ thuộc vào yêu cầu của nền có thể khoan phụt bổ sung, gia cố thêm nền trong suốt quá trình vận hành của công trình. Do vậy việc luận chứng sự cần thiết của hành lang khoan phụt dựa chủ yếu vào quá trình gia tăng hệ số thấm theo thời gian của nền. Ở đập Storvant khoan phụt được tiến hành với 3 hàng khoan, khoảng cách giữa chúng là 1.5m, lỗ sâu nhất là 75m, tổng chiều dài 32140m, sử dụng hết 180 tấn vữa. Tuy nhiên do đập Storvant có nền đá tốt, nên người ta không xây dựng hành lang khoan phụt mà lõi chống thấm asphalt được đặt lên bệ đỡ bê tông cốt thép đơn giản.
Kết cấu bê tông cốt thép đơn giản trên nền đá thông thường có bề rộng từ (4 ÷ 5)m. Bê tông phải được chôn vào đá cứng ít nhất là 0. Chiều dày tối thiểu của bệ đỡ là 0.75m và thường thì không dày hơn 1.5m trên bề mặt đá. 9 - Yêu cầu đối với mặt cắt đập: Mặt cắt của đập nói chung là giống như hình 1.2, lõi được bố trí nghiêng về hạ lưu để làm giảm biến dạng theo phương ngang cho lõi trong quá trình vận hành có sự thay đổi về tải trọng nước ở thượng lưu.
Thông thường thì chuyển vị của lõi về phía hạ lưu mà lớn hơn 50mm thì lõi asphalt phải đặt nghiêng. Chiều dày của lõi được tăng dần từng cấp 0.1m theo chiều cao của đập, mỏng nhất ở đỉnh là 0.5m dày nhất ở đáy là 0. Mặt tiếp xúc với bệ đỡ bê tông được đánh xờm bằng cát sau đó quét lên bề mặt một lớp hỗn hợp bitum để tăng hiệu quả dính kết. Lớp 2 là vật liệu lọc tự nhiên hoặc cấp phối mặt đá có đường kính hạt từ (0 ÷ 60)mm, chiều dày thường là 1.5m, trong quá trình thi công được rải thành từng lớp dày 0.2m và đầm nén bằng máy đầm rung.
Giữa lớp 2 và lớp 4a là lớp chuyển tiếp 3, cấp phối đá dăm tuyển chọn, đường kính hạt từ (0 ÷ 200)mm có chiều dày 4m, trong khi thi công rải thành từng lớp dày 0.4m và đầm chặt bằng máy đầm rung. Lớp 4a là đá đổ, đường kính hạt lớn nhất 0.4m rải thành từng lớp dày 0. Lớp 4b là lớp đá đổ, đường kính hạt lớn nhất 0.8m, rải thành từng lớp dày 1.2m và được đầm bằng máy đầm rung. Các vùng vật liệu của đập Storvant trên hình 1.2 như sau: 1- Lõi bê tông asphalt có chiều dày thay đổi từ 0.5m ở trên đỉnh đến 0.
2- Vật liệu lọc tự nhiên. 4a- Đá chuyển tiếp d= (0 ÷ 400)mm. 4b- Đá đắp đập d= (0 ÷ 800)mm. 5- Đá bảo vệ mái đập có chọn lọc.
10 6- Đá bảo vệ đỉnh đập có chọn lọc. 7- Đá tiêu nước có chọn lọc. 8- Khoan phụt xử lý nền. - Đặc điểm cần lưu ý: Vật liệu để xây dựng đập chủ yếu là đá có cường độ cao, khả năng chống cắt lớn do vậy hệ số ổn định lớn dẫn đến hệ số mái đập nhỏ.
Do lõi đập bằng bê tông asphalt, vật liệu gần như không thấm vì vậy rất thích hợp trong trường hợp có mực nước thượng hạ lưu thay đổi lớn. Thời gian thi công loại đập này rất nhanh, quá trình thi công ít chịu ảnh hưởng của thời tiết, chủ động được tiến độ thi công. Tuy có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những khó khăn khi xây dựng loại đập này là: yêu cầu địa chất nền phải tốt, thường phải là nền đá cứng chắc, đòi hỏi phải có được công nghệ thi công tiên tiến, máy móc phải đồng bộ. Bên cạnh đó, hiện nay việc đánh giá sự lão hóa của bê tông asphalt theo thời gian vẫn còn là vấn đề vướng mắc chưa tìm ra lời giải, vì vậy không thể khẳng định được tuổi thọ của đập.
Mặt cắt lòng sông đập Storvant 12 c. Đập đất đá đổ lõi chống thấm bằng đất. Đập đất đá đổ hỗn hợp là mặt cắt đập được sử dụng sớm ở nước ta, điển hình là đập của Nhà máy thủy điện Hòa Bình do Nga thiết kế và đập Thủy điện Đại Ninh do Nhật Bản thiết kế với sự phối hợp của Công ty TVXD Điện 2. Công trình Thủy điện Hòa Bình vừa được các chuyên gia Nga đánh giá lại độ an toàn của công trình và đi đến kết luận: Hiện nay công trình làm việc an toàn theo thiết kế và cần được tiếp tục theo dõi quan trắc.
Để nói rõ về dạng đập này lấy mặt cắt điển hình là mặt cắt đập Đa Nhim thuộc công trình Thủy điện Đại Ninh, các thông số thiết kế thống kê ở bảng 1. - Yêu cầu về nền móng: Nền móng được bóc bỏ hết lớp phong hoá mạnh trên toàn bộ phạm vi móng, riêng phần lõi đất được bóc đến lớp đá phong hoá vừa. Chân khay rộng 15m, được khoan phụt bằng 3 hàng khoan, khoảng cách giữa các hàng khoan là 5m, khoảng chách giữa các hố trong hàng là 3m, chiều sâu khoan phụt 30m. - Các thông số chính: Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật đập Đa Nhim.
TT Thông số Đơn vị Trị số 1 Cao trình đỉnh đập M 883.