CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊTÔNG TRỌNG LỰC VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP 1. Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam Đập bê tông trọng lực là đập có khối lượng bê tông lớn. Đập duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông. 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.
Chính từ những ưu điểm đó nên đập bê tông trọng lực sớm được sử dụng trên toàn thế giới. 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 khi thiết kế và xây dựng đập bê tông trọng lực đã bất đầu có lý luận thực tiễn trên hai chuẩn: cường độ và ổn định trượt.
Từ năm 70 – 80 của thế kỷ XX đập bê tông trọng lực bất đầu phát triển mạnh, cứ vài ba ngày lại có một đập mới được xây dựng. Theo con số thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD) thì ở Mỹ đập bê tông trọng lực chiếm 34,5% tổng số các loại đập, ở Nhật 83%, ở Ý 51%, ở Tây Ban Nha 85%, ở Pháp 51%, ở Canada 60%. Bên cạnh những ưu điểm, đập bê tông trọng lực cũng có những nhược điểm: khối lượng bê tông lớn, trong đó có vật liệu xi măng, dẫn đến giá thành cao so với các kiểu đập khác. Sử dụng không hết khả năng chịu lực của vật liệu bê tông, đặc biệt là các đập không cao lắm (H<60m).
Do toàn đập là bê tông khối lớn nên dễ sinh ra ứng suất nhiệt và các biến dạng nhiệt trong thân đập. Những nhược điểm này đặt ra sự cần thiết phải tìm các biện pháp cải tiến đập bê tông trọng lực khối lớn.Rapher người Mỹ giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” lần đầu tiên đã ra phương pháp dùng máy đầm nén và vận chuyển cơ giới của đập đất đá, dùng vật liệu cấp phối hạt thô tự nhiên trộn với xi măng đầm nén tạo thành thân đập, cường độ kháng cắt của nó tăng lên nhiều so với đập đất đá làm cho mặt cắt ngang thân đập giảm nhỏ đi, đồng thời so với đập bê tông trọng lực truyền thống có thể rút 4 ngắn thời gian thi công, giảm giá thành công trình và đến năm 1972 ông tiếp tục công bố kết quả thí nghiệm dùng xe ô tô tự đổ, rải bằng máy gạt, và dùng đầm rung đầm nén bê tông, hình thành khái niệm sơ bộ của đập bê tông đầm lăn. Đập bê tông đầm lăn là đập làm bằng bê tông thi công với công nghệ đầm lăn. Bê tông đầm lăn là một hỗn hợp gồm cốt liệu (đá, cát, sỏi), xi măng và các phụ gia được trộn với một độ ẩm cho phép vận chuyển, đổ bằng phương tiện thi công giống như vận chuyển đất đá và làm chặt bằng máy đầm lăn rung.
Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước trên thế giới, ở nơi có nhiệt độ môi trường thấp cho đến nơi có nhiệt độ môi trường cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn.1 - Số lượng đập BTĐL tại các nước trên thế giới tính đến 12/2005 [3] Số Tỷ lệ KL Tỷ lệ KL RCC Số đập Tên nước đập đập Tên nước RCC đập (103 m3) đã XD đã XD (%) (103 m3) (%) Châu Á Nam Mỹ Trung Quốc 59 28275 20,00 Brazil 36 9440 12,63 Nhật Bản 43 15465 15,10 Chile 2 2170 0,70 Thái Lan 3 5248 1,05 Colombia 2 2974 0,70 Kyrgystan 1 100 0,35 Argentina 1 590 0,35 Indonesia 1 528 0,35 Châu Âu Châu Phi Tây Ban Nha 22 3164 7,72 Nam Phi 14 1214 4,91 Pháp 6 234 2,10 Ma rốc 11 2044 3,86 Hy Lạp 3 500 0,70 Algeria 2 2760 0,70 Nga 1 1200 0,35 Angola 1 757 0,35 Ý 1 262 0,35 Eritrea 1 187 0,35 Bắc Mỹ Châu Úc Hoa Kỳ 37 5081 12,98 Australia 9 596 3,15 Canada 2 622 0,70 Khác 17 7534 5,96 5 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 bê tông chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ. Đập bê tông trọng lực bất 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 nghành thuỷ lợi nước ta tự thiết kế và thi công đã hoàn thành năm 2001. Cho đến năm 1995 Bộ thuỷ 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 thuỷ lợi, thuỷ 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 thuỷ điện PleiKrông 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 là 71m, khối lượng bê tông RCC là 326000 m3 trong tổng số 573000 m3 bê tông các loại. Hiện nay nhiều dự án lớn đang được thiết kế và xây dựng theo phương án đập bê tông trọng lực - bê tông đầm lăn.2 - Một số đập BTTL đã và đang được xây dựng ở nước ta [3] TT Tên đập Địa điểm Hmax Công nghệ XD 1 Lòng Sông Bình Thuận 46 BT thường 2 Định Bình Bình Định 50 BT đầm lăn 3 PleiKrông Kon Tum 75 BT đầm lăn 4 Sơn La Sơn La 138 BT đầm lăn 5 Bản Vẽ Nghệ An 135 BT đầm lăn 6 A Vương Quảng Nam 100 BT đầm lăn 7 Hủa Na Nghệ An 99 BT thường 8 Đồng Nai 3 Đắk Nông 110 BT đầm lăn 9 Đồng Nai 4 Đắk Nông 129 BT đầm lăn 10 Nước Trong Quảng Ngãi 72 BT đầm lăn 11 Bản Chát Lai Châu 126 BT đầm lăn 6 Hình 1.1 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sông Tranh 2 Hình 1.2 - Đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sơn La 7 Hình 1.3 - Đập bê tông trọng lực Tân Giang - Ninh Thuận Hình 1.4 - Đập bê tông trọng lực Lòng Sông - Bình Thuận 8 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến an toàn đập bê tông trọng lực.
Có thể kể đến các yếu tố chính như áp lực nước (từ thượng, hạ lưu), áp lực nước thấm và đẩy nổi, trọng lượng bản thân đập và thiết bị (cửa van, máy nâng v.), bùn cát bồi lắng phía thượng lưu, sóng, gió, nhiệt độ, vật nổi, động đất, địa chất vai và nền đập, địa hình lòng sông. Khi tính toán thiết kế đập bê tông trọng lực cần tính hết các yếu tố và tổ hợp ảnh hưởng của chúng đối với công trình. Các yếu tố tác động làm cho nền đập bị nghiêng Có rất nhiều nguyên nhân khiến cho nền đập bị nghiêng, nhưng chủ yếu có thể kể đến các nguyên nhân sau: - Do đặc điểm bố trí công trình. - Khu vực xây dựng và ở phía sâu dưới nền đập có các đứt gãy kiến tạo, trong quá trình khảo sát thiết kế không lường đến hậu quả hoặc chưa phát hiện ra để có giải pháp xử lý trước khi xây dựng đập.
Khi hồ tích nước với chiều cao cột nước lớn, làm tăng tải trọng lên nền, gây ra chuyển vị giữa các khối, có thể dẫn đến hậu quả là làm cho nền đập bị nghiêng. - Trong quá trình sử dụng có thể xuất hiện sự vượt tải trọng thiết kế, chiều từ thượng lưu về hạ lưu. Đặc biệt là các đập được xây dựng trong vùng có động đất mạnh và động đất kích thích do quá trình tích nước trong hồ. Các tác nhân như động đất, nổ phá v.
là các tác nhân khó lường, nguyên nhân gây nên sự vượt tải trọng thiết kế. Vấn đề kiểm soát an toàn đập Đập bê tông trọng lực thường có chiều cao lớn, khi sự cố xảy ra thì hậu quả sẽ rất nặng nề. Vì vậy vấn đề kiểm soát an toàn đập là vô cùng quan trọng. Để kiểm soát an toàn đập cần thực hiện nghiêm ngặt các vấn đề sau: 9 - Lắp đầy đủ các hệ thống thiết bị quan trắc trạng thái làm việc của đập.
Các thiết bị quan trắc chủ yếu như Pezomet quan trắc áp lực thấm dưới nền đập, mốc quan trắc chuyển vị ở bề mặt công trình, mốc quan trắc lún, thiết bị quan trắc chuyển vị khối đập tại khe nhiệt, thiết bị quan trắc nhiệt độ trong khối bê tông, thiết bị đo ứng suất, máng tràn đo lưu lượng thấm, cảm biến gia tốc động đất v. - Thực hiện quan trắc kiểm tra trong thời kì thi công để đo biến dạng của nền, chế độ nhiệt độ, trạng thái ứng suất nhiệt và sự hình thành vết nứt trong các khối đổ bê tông. Tiến hành quan trắc kiểm tra trong thời kỳ khai thác để đo áp lực đẩy ngược và dòng thấm của nước trong nền và bên bờ ở vai đập chuyển vị thẳng đứng (lún) và nằm ngang, trạng thái ứng suất và ứng suất nhiệt của đập và nền đập, chế độ thủy lực của dòng chảy tại công trình xả và ở thượng hạ lưu, trạng thái lòng dẫn ở hạ lưu, điều kiện làm việc của các khớp nối tiếp xúc ở nền và sự mở rộng của các khớp nối thi công. - Thực hiện công tác kiểm tra thường xuyên và kiểm định đập theo đúng chu kỳ đã đề ra.
Giới hạn phạm vi nghiên cứu Việc nghiên cứu mức ảnh hưởng của độ nghiêng mặt nền đến ổn định của đập bê tông trọng lực trong luận văn này được giới hạn trong phạm vi sau: Nghiên cứu trong phạm vi bài toán phẳng cho mặt cắt đập không tràn nước trên nền đá. Nền công trình là nền đá gốc, mặt trượt phẳng. Mặt nền công trình khi xây dựng được bố trí nằm ngang. Tính toán cho trạng thái mặt nền bị nghiêng về phía hạ lưu.
Cơ sở tính toán chỉ dựa trên tiêu chuẩn thiết kế công trình thuỷ hiện hành của Việt Nam và Mỹ. 10 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIÊNG MẶT NỀN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 2. Các trạng thái mặt nền bị nghiêng 2. Mặt nền nghiêng về phía thượng lưu Khi mặt nền đập bê tông trọng lực bị nghiêng về phía thượng lưu sẽ làm cho đập nghiêng về phía thượng lưu.