Luận văn thạc sĩ: Xây dựng công trình thủy - Kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng bê tông đầm lăn

• Tác giả: Kiều Văn Hồng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Như Oanh
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Chuyên ngành xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Xây dựng công trình thủy: Kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng bê tông đầm lăn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI TÁC GIẢ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
• 1.1. Khái niệm chung về bê tông đầm lăn
• 1.2. Sự phát triển bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới

I. Tính cấp thiết của luận văn

Bê tông đầm lăn (BTDL) đã nổi lên như một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi. Sự phát triển của công nghệ này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn đáp ứng được yêu cầu khắt khe về chất lượng công trình. BTDL là loại bê tông không có độ sụt, được thi công bằng các thiết bị hiện đại, cho phép thi công nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Theo nghiên cứu, việc áp dụng BTDL có thể giảm giá thành công trình từ 25-40% so với bê tông truyền thống. Công nghệ này đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong nhiều dự án lớn, đặc biệt tại các quốc gia phát triển như Trung Quốc và Nhật Bản. Việt Nam, mặc dù đi sau trong việc áp dụng công nghệ này, đã có những bước tiến đáng kể với nhiều công trình được xây dựng bằng BTDL, như đập Dinh Bình và A Vương. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thi công BTDL không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại lợi ích thực tiễn cao, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng tại Việt Nam.

II. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng, kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Cách tiếp cận chính là khảo sát đánh giá tình hình thi công BTDL tại một số công trình đã và đang xây dựng ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Từ đó, luận văn kế thừa các thành tựu khoa học công nghệ về BTDL, lựa chọn và áp dụng vào điều kiện cụ thể của Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc tổng hợp tài liệu, quy phạm tính toán và chỉ dẫn thi công, đồng thời thu thập các số liệu liên quan để làm cơ sở cho việc phân tích và đánh giá. Điều này không chỉ giúp xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thi công mà còn đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình. Qua đó, luận văn góp phần làm rõ hơn những thách thức và cơ hội trong việc áp dụng công nghệ BTDL tại Việt Nam.

III. Khái niệm chung về bê tông đầm lăn

Bê tông đầm lăn (BTDL) được định nghĩa là loại bê tông được tạo thành từ hỗn hợp cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn, xi măng và nước, được thi công mà không cần độ sụt. Quá trình thi công BTDL bao gồm việc rải và đầm chặt bằng các thiết bị như xe ủi, xe rải và lu rung. Một trong những điểm nổi bật của BTDL là lượng xi măng và nước sử dụng thấp hơn so với bê tông truyền thống, giúp giảm thiểu chi phí và thời gian thi công. BTDL có hai dạng chính: dùng cho đập và dùng cho mặt đường. Việc thiết kế thành phần BTDL được cải tiến từ bê tông thường, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng BTDL có khả năng chống thấm tốt hơn và độ bám dính giữa các lớp thi công là yếu tố quan trọng nhất cần được kiểm soát để đảm bảo chất lượng công trình.

IV. Sự phát triển bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới

Trong những năm gần đây, BTDL đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu, đặc biệt tại các nước phát triển. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này, với nhiều công trình thủy lợi lớn được xây dựng bằng công nghệ BTDL. Các dự án như thủy điện Sơn La và A Vương đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của công nghệ này trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Trên thế giới, Trung Quốc dẫn đầu về số lượng đập BTDL, theo sau là Mỹ và Nhật Bản. Việc áp dụng BTDL không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn rút ngắn thời gian thi công, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho các dự án. Sự phát triển của công nghệ BTDL không chỉ tạo ra những sản phẩm chất lượng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

Tổng quan nghiên cứu

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là một bước phát triển đột phá trong công nghệ xây dựng đập bê tông trọng lực và các công trình thủy lợi. Theo ước tính, trên thế giới đã xây dựng khoảng 300 đập BTĐL với tổng khối lượng trên 90 triệu m³ bê tông, trong đó Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha là những quốc gia dẫn đầu về số lượng và quy mô công trình. Ở Việt Nam, từ năm 2003 đến nay, nhiều công trình thủy điện lớn như Pleikrong, Sơn La, Bản Vẽ, Định Bình đã áp dụng công nghệ BTĐL, đưa Việt Nam trở thành quốc gia đứng thứ hai thế giới về số lượng đập BTĐL cao trên 60m đang thi công.

BTĐL có ưu điểm nổi bật là sử dụng ít xi măng, tốc độ thi công nhanh, giảm giá thành từ 25-40% so với bê tông truyền thống, đồng thời giảm chi phí vận chuyển, đổ và đầm bê tông. Công nghệ này cũng giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm thiệt hại do nước lũ và tăng hiệu quả kinh tế cho các công trình thủy lợi và thủy điện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất quy trình thi công và kiểm soát chất lượng bê tông đầm lăn phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình thủy lợi và thủy điện tại Việt Nam trong giai đoạn từ 2003 đến 2012, với trọng tâm là công nghệ thi công, thiết bị, vật liệu và các biện pháp kiểm soát chất lượng. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, góp phần hoàn thiện công nghệ BTĐL, rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí quản lý và nâng cao hiệu quả đầu tư.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về bê tông đầm lăn, bao gồm:

• Khái niệm bê tông đầm lăn (BTĐL): Là loại bê tông không có độ sụt, được thi công bằng thiết bị rải và đầm chặt như xe ủi, xe rải bê tông asphalt, lu rung bánh thép và lu bánh hơi. BTĐL có lượng xi măng thấp hơn bê tông truyền thống, sử dụng phụ gia khoáng mịn như tro bay và puzolan để giảm nhiệt thủy hóa và tăng tính chống thấm.

• Phân loại BTĐL theo hàm lượng chất kết dính (CKD): BTĐL nghèo CKD (<99 kg/m³), BTĐL trung bình (100-149 kg/m³), BTĐL giàu CKD (>150 kg/m³). Mỗi loại có đặc tính và ứng dụng khác nhau, trong đó BTĐL trung bình và giàu CKD được sử dụng phổ biến cho đập trọng lực.

• Lý thuyết đầm chặt: Hiệu quả đầm chặt (TDM) được xác định dựa trên tần số rung, biên độ dao động, tốc độ vận hành và chiều dài di chuyển của máy đầm. Lực chấn động giúp giảm ma sát trong bê tông, làm tăng độ đặc chắc và cường độ bê tông.

• Vấn đề chất lượng bám dính giữa các lớp: Cường độ kéo tại vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ bê tông là yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế kết cấu đập BTĐL, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chống thấm của công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết và thực tiễn:

• Thu thập dữ liệu: Tổng hợp số liệu từ các công trình BTĐL trong và ngoài nước, đặc biệt là các đập thủy điện lớn tại Việt Nam như Sơn La, Pleikrong, Bản Vẽ, Định Bình.

• Phân tích kỹ thuật: Đánh giá các quy trình thi công, thiết bị sử dụng, vật liệu và biện pháp kiểm soát chất lượng bê tông đầm lăn.

• Thí nghiệm mô hình: Thực hiện các thử nghiệm kỹ thuật trên mô hình bê tông với điều kiện vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định tính chất cơ lý của bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các công trình tiêu biểu, sử dụng phương pháp khảo sát, đo đạc và phân tích số liệu thống kê để đánh giá hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2009-2012, tập trung vào khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả thi công nhanh và giảm chi phí: Năng suất thi công bê tông đầm lăn đạt trung bình 90 m³/ngày, có công trình đạt tới 125.325 m³/ngày (đập Upper Silwater, Mỹ). Thời gian thi công đập Sơn La bằng BTĐL rút ngắn khoảng 2 năm so với bê tông đầm rung, giúp tiết kiệm chi phí khoảng 400 triệu USD mỗi năm nhờ sớm đưa công trình vào vận hành.

2. Giảm lượng xi măng và nhiệt thủy hóa: Lượng xi măng sử dụng trong BTĐL dao động từ 39 đến 297 kg/m³, thấp hơn bê tông truyền thống, giúp giảm nhiệt thủy hóa và nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Việc sử dụng phụ gia khoáng mịn như tro bay nhiệt điện và puzolan thiên nhiên góp phần nâng cao tính công tác và độ bền của bê tông.

3. Chất lượng bám dính giữa các lớp thi công: Đây là điểm yếu nhất của BTĐL, với lực cắt tại mặt tiếp giáp chỉ đạt khoảng 50-80% so với bê tông đồng nhất. Các biện pháp kỹ thuật như xử lý bề mặt, tạo khe co giãn và kiểm soát quy trình thi công được đề xuất để cải thiện tính liên kết và chống thấm.

4. Thiết bị thi công và vận chuyển phù hợp: Máy trộn cường bức, máy trộn liên tục, xe tải tự đổ, băng tải và máy lu rung được sử dụng phổ biến tại Việt Nam, đáp ứng yêu cầu thi công BTĐL với năng suất cao và chất lượng đồng đều. Phương pháp vận chuyển bằng ống trượt chân không và băng tải giúp giảm phân tách vật liệu và tăng hiệu quả thi công.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả thi công nhanh và giảm chi phí là do BTĐL sử dụng ít xi măng, không cần cốp pha phức tạp, và quy trình thi công liên tục, đồng bộ. So với bê tông truyền thống, BTĐL giảm được chi phí vận chuyển, đổ và đầm bê tông, đồng thời giảm thiểu rủi ro do nước lũ trong thi công đập.

Tuy nhiên, chất lượng bám dính giữa các lớp thi công là thách thức lớn, ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chống thấm của đập. Kết quả thí nghiệm và khảo sát thực tế cho thấy cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật như xử lý bề mặt, tạo khe co giãn hợp lý và kiểm soát nhiệt độ bê tông để khắc phục vấn đề này.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tại Việt Nam tương đồng với các công trình ở Trung Quốc, Nhật Bản và Mỹ, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ BTĐL trong điều kiện khí hậu và vật liệu Việt Nam. Việc áp dụng các thiết bị thi công hiện đại và quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt góp phần nâng cao chất lượng công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ năng suất thi công theo thời gian, bảng so sánh chi phí thi công giữa BTĐL và bê tông truyền thống, cũng như biểu đồ lực bám dính giữa các lớp bê tông.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Hoàn thiện quy trình thi công: Xây dựng quy trình thi công chuẩn, bao gồm trình tự phối liệu, thời gian trộn, vận chuyển, san đầm và đầm chặt, đảm bảo chất lượng đồng đều và hiệu quả thi công. Thời gian áp dụng: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng và cơ quan quản lý công trình.

2. Kiểm soát chất lượng bám dính giữa các lớp: Áp dụng các biện pháp xử lý bề mặt, tạo khe co giãn hợp lý và kiểm soát nhiệt độ bê tông để nâng cao cường độ kéo tại vùng tiếp giáp. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án thi công hiện tại. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và giám sát thi công.

3. Đầu tư thiết bị thi công hiện đại: Sử dụng máy trộn cường bức, máy trộn liên tục, băng tải và hệ thống vận chuyển ống trượt chân không để tăng năng suất và giảm phân tách vật liệu. Thời gian áp dụng: 2-3 năm. Chủ thể thực hiện: nhà thầu và chủ đầu tư.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân lực: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ BTĐL, kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng cho cán bộ kỹ thuật và công nhân. Thời gian áp dụng: liên tục. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện: Nắm bắt công nghệ thi công BTĐL, áp dụng quy trình và biện pháp kiểm soát chất lượng để nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

2. Nhà thầu xây dựng và quản lý dự án: Áp dụng các giải pháp thi công và thiết bị hiện đại, tối ưu hóa chi phí và tiến độ thi công các công trình bê tông đầm lăn.

3. Các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công nghệ BTĐL để xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn và chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ này.

4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về công nghệ BTĐL, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng nghiên cứu, giảng dạy trong lĩnh vực xây dựng công trình bê tông.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông đầm lăn khác gì so với bê tông truyền thống?
   BTĐL có lượng xi măng và nước thấp hơn, không có độ sụt, được thi công bằng thiết bị rải và đầm chặt như xe ủi và lu rung, giúp thi công nhanh hơn và giảm chi phí so với bê tông truyền thống.

2. Ưu điểm lớn nhất của công nghệ BTĐL là gì?
   BTĐL giúp rút ngắn thời gian thi công từ vài tháng đến vài năm, giảm giá thành công trình từ 25-40%, đồng thời giảm nhiệt thủy hóa và nguy cơ nứt bê tông.

3. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng bám dính giữa các lớp bê tông?
   Cần xử lý bề mặt lớp trước khi đổ lớp mới, tạo khe co giãn hợp lý, kiểm soát nhiệt độ bê tông và áp dụng quy trình thi công nghiêm ngặt để đảm bảo cường độ kéo và chống thấm.

4. Thiết bị thi công BTĐL gồm những gì?
   Bao gồm máy trộn cường bức, máy trộn liên tục, xe tải tự đổ, băng tải, máy lu rung và hệ thống vận chuyển bằng ống trượt chân không hoặc băng tải.

5. BTĐL có thể áp dụng cho các công trình nào ngoài đập thủy điện?
   Ngoài đập, BTĐL còn được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mặt đường bê tông, sân bãi và các kết cấu bê tông khối lớn không cốt thép như móng cầu.

Kết luận

• Bê tông đầm lăn là công nghệ thi công tiên tiến, giúp rút ngắn thời gian và giảm chi phí xây dựng các công trình thủy lợi và thủy điện.
• Việt Nam đã áp dụng thành công BTĐL trong nhiều công trình lớn, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ này.
• Chất lượng bám dính giữa các lớp bê tông là thách thức lớn cần được kiểm soát chặt chẽ bằng các biện pháp kỹ thuật và quy trình thi công phù hợp.
• Việc đầu tư thiết bị hiện đại và đào tạo nhân lực là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả thi công BTĐL tại Việt Nam.
• Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện quy trình thi công, áp dụng biện pháp kiểm soát chất lượng và phổ biến công nghệ BTĐL rộng rãi trong ngành xây dựng.

Hành động ngay: Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà thầu nên nghiên cứu và áp dụng các giải pháp trong luận văn để nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công bê tông đầm lăn, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện tại Việt Nam.