CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỌNG LỰC VÀ DIỄN BIẾN NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 1.1 Tình hình xây dựng đập trọng lực trên thế giới và Việt nam 1. Tình hình xây dựng đập trọng lực trên thế giới Nguồn nước trong lục địa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống và hoạt động của con người. Lượng dòng chảy bình quân hàng năm trên trái đất khoảng 40.000 km3, trong đó châu Á chiếm khoảng 13%. Lượng nước tuy dồi dào song lại phân bố không đều theo thời gian và không gian.
Vì vậy, để khai thác có hiệu quả nguồn nước trên, các công trình thủy lợi bắt đầu được xây dựng. Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và các công trình đơn giản khác. Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá đổ và đất sét. Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000 trên toàn thế giới có khoảng 45.
Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có chiều cao H=10 ÷ 15m và có chiều dài L ≥ 500m, Q xả lũ ≥ 2.000 m3/s; hồ có dung tích W ≥ 1.000m3 nước được xếp vào loại đập cao.000 đập phân bố không đều trên các châu lục. Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập chiếm 48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba là Ấn Độ với 4. Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.
Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn. Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kế xây dựng đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào những năm 1950, đỉnh cao là năm 1970. Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD - 1997, số đập cao 15 ÷ 30m chiếm khoảng 56,2%, cao từ 30 ÷ 150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm có 0,1%. 4 Các thống kê về thể loại của đập ICOLD - 1986 cho thấy đập đất chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập bê tông trọng lực chiếm 12%, đập vòm chiếm 4%.
Trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m thì tình hình lại khác: đập đất chỉ chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5%. Điều đó cho thấy, đập bê tông trọng lực chỉ chiếm ưu thế và sử dụng rộng rãi khi kích thước của đập lớn. Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý luận tính toán ngày càng phát triển và hoàn thiện, kích thước và hình dạng đập ngày càng hợp lý, độ an toàn đập ngày càng được nâng cao. Thập kỷ 30 ÷ 40 của thế kỷ 20 tỷ số giữa đáy đập B và chiều cao đập H bằng khoảng 0,9.
Thập kỷ 50 ÷ 60 tỷ số B/H=0,8. Từ thập kỷ 30 ÷ 70 thể tích đập giảm được (20 ÷ 30)%. Đã xuất hiện những đập rất cao như đập đá đổ Rogun ở Tadikistan cao 335m, đập bê tông trọng lực Gradi Dixen ở Thụy Điển cao 285m, đập vòm trọng lực SayanoShushensk ở Nga cao 245m. Ở Việt Nam có đập Hòa Bình cao 120m là loại đập đá đổ lõi chống thấm bằng đất sét.
Ưu điểm của đập bê tông trọng lực trong xây dựng: - Khả năng chống thấm và tính bền vững tốt, độ an toàn và tin cậy cao khi phân tích tính toán kết cấu. - Khi vật liệu địa phương không đảm bảo các yêu cầu về vật liệu đắp đập. - Thời gian thi công nhanh, khi thi công xong biến dạng không đáng kể, công việc duy tu, bảo dưỡng và quản lý dễ dàng. - Có thể xả lũ qua đập.
Nhược điểm của đập bê tông trọng lực: - Yêu cầu về vị trí đập, địa chất công trình là cao, nền phải là nền đá tốt. - Sử dụng nhiều thiết bị cơ giới hiện đại, giá thành cao hơn đập vật liệu địa phương. - Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như địa chất, nhiệt độ, biện pháp thi công nên dễ nứt nẻ. Theo chức năng đập bê tông trọng lực phân thành: 5 a.
Đập trọng lực không tràn : Đập có chức năng chắn nước, không cho nước tràn qua. Đập trọng lực tràn nước: Đập có chức năng vừa chắn dâng nước, vừa cho nước tràn qua. Biểu đồ xây dựng đập trên toàn thế giới thể hiện ở hình 1.1: Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) Thống kê số lượng đập cao trên thế giới được trình bày ở bảng 1. Bảng thống kê số lượng đập cao đã được xây dựng trên Thế giới STT Nước Số lượng đập STT Nước Số lượng đập 1 Trung Quốc 22.000 16 Việt Nam 460 2 Mỹ 6.575 17 Na Uy 335 3 Ấn Độ 4.291 18 CHLB Đức 311 4 Nhật 2.675 19 Al-Ba-Ni 306 5 Tây Ban Nha 1.196 20 Ru-Ma-Ni 246 6 Canada 793 21 Zim-Ba-Buê 213 7 Hàn Quốc 765 22 Thái Lan 204 8 Thổ Nhĩ Kỳ 625 23 Thụy Điên 190 9 Braxin 594 24 Bungari 180 6 10 Pháp 569 25 Thụy Sĩ 156 11 Nam Phi 539 26 Áo 149 12 Mexico 537 27 Cộng Hòa Séc 118 13 Italia 524 28 Algieri 107 14 Anh 517 29 Bồ Đào Nha 103 15 Australia 486 30 Liên Bang Nga 96 * Số liệu lấy từ báo (Đập và an toàn đập) của tác giả Nguyễn Tiến Đạt.
Tình hình xây dựng đập trọng lực 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 công 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 tươi, đập Đáy ở Hà Tây 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,… Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kỳ này chưa có đập bê tông 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 công 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 công nghiệp hoá - hiện đại hoá nên các công trình thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước và đập bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú.
Đầu mối các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleiKrông, Sê San 3 và Sê San 4, Bản 7 Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang. và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên 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 mô 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. Tính đến năm 2013 nước ta có số đập bê tông đầm lăn lên đến 24 đập. Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ bẩy về tốc độ phát triển bê tông đầm lăn.
Danh sách một số đập BTĐL lớn ở Việt Nam đến năm 2013 Chiều Địa điểm xây STT Tên công trình Kết cấu đập cao (m) dựng 1 PleiKrông 71 Kontum Đầm lăn (RCC) 2 Định Bình 54 Bình Định RCC 3 Nước Trong 73 Quảng Ngãi RCC 4 A Vương 70 Quảng Nam RCC 6 Sê San 4 80 Gia Lai RCC 7 Bình Điền 75 Thừa Thiên Huế RCC 8 Đồng Nai 3 110 Đắc Nông RCC 9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông RCC 10 ĐakRing 100 Quảng Ngãi RCC 11 Sơn La 138 Sơn La RCC 8 12 Lai Châu 137 Lai Châu RCC 13 Bản Chát 70 Lai Châu RCC 14 Bản Vẽ 138 Nghệ An RCC 15 Sông Bung 2 95 Quảng Ngãi RCC 16 Sông Tranh 2 100 Quảng Ngãi RCC 17 Sông Côn 2 50 Quảng Nam RCC 18 Tân Giang 37.5 Ninh thuận BT thường (CVC) 19 Lòng Sông 48 Bình Thuận CVC 20 Tuyên Quang Tuyên Quang CVC 21 Bắc Hà 100 Lào Cai CVC 22 Hủa Na 94.5 Nghệ An CVC 23 Dam’Bri 55 Lâm Đồng CVC 24 A Lưới 49.5 Huế CVC Hình 1.2: Đập bê tông trọng lực (CVC) - Hồ chứa nước Tân Giang 9 Hình 1.3: Đập Bê tông đầm lăn (RCC) - Sơn La Hình 1.3: Đập Bê tông (CVC) cao nhất thế giới (285m) Grande Dixence – Thuỵ sỹ 10 1. Bê tông khối lớn dùng cho đập trọng lực 1. Định nghĩa Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R-90), bê tông khối lớn được định nghĩa là một thể tích có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát nhiệt do xi măng thuỷ hoá và kèm theo đó là sự biến đổi thể tích gây ra nứt nẻ. Khi xây dựng đập bê tông thường sử dụng 2 loại bê tông: - Bê tông thường (Conventional Vibrated Concrete – CVC) - Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete – RCC) 1.
Đặc tính của bê tông khối lớn Đặc tính của bê tông khối lớn là tính chất nhiệt. Phản ứng của xi măng với nước là phản ứng phát nhiệt.