Đang tải... (xem toàn văn)
Các công nghệ mới xây dựng đập được áp dụng tại Việt Nam ngày càng rộng rãi. Tại nhiều quốc gia, bê tông tự lèn (SCC) đã được áp dụng trong xây dựng nhiều loại công trình và cho kết quả rất tốt. Đập bê tông độn đá hộc là một công nghệ mới trong xây dựng đập, được gọi là công nghệ độn đá hộc bê tông tự lèn (Rock – filled concrete hay RFC).
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐẬP ĐÁ ĐỔ CHÈN VỮA BÊ TÔNG TỰ LÈN TẠI VIỆT NAM Đồng Kim Hạnh Trường Đại học Thủy lợi Phan Đình Vân Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam Tóm tắt:Các cơng nghệ xây dựng đập áp dụng Việt Nam ngày rộng rãi Tại nhiều quốc gia, bê tông tự lèn (SCC) áp dụng xây dựng nhiều loại cơng trình cho kết tốt Đập bê tông độn đá hộc công nghệ xây dựng đập, gọi công nghệ độn đá hộc bê tông tự lèn (Rock – filled concrete hay RFC) Loại đập nghiên cứu xây dựng nhiều Trung Quốc Thơng qua số phân tích thí nghiệm kiểm tra hỗn hợp RFC để có nghiên cứu chuyên sâu công nghệ xây dựng đập, để ứng dụng công nghệ đá đổ chèn vữa bê tông tự lèn RFC sớm thực xây dựng cơng trình đập Việt Nam Từ khóa: Bê tơng tự lèn, đá đổ bê tông tự lèn, đập đá đổ bê tông tự lèn, đặc tính lý đá đổ bê tông tự lèn Summary: The new technology of dam construction is being applied in Vietnam more and more widely In many countries, self – compacting concrete (SCC) has been applied in the construction of many type of buiding and have many good results Research and application of SCC with rock for dam is a new idear Dozens of RFC dam have been built in China The research focus on mechanical properties and thermal-physical properties of RFC Through some analysis of rock – filled concrete (RFC) test experiments for in – depth studies on new technology in dam construction, so that RFC applications are soon as practiced in dam construction in VietNam Keyword:Self – compacting concrete (SCC), Rock – filled concrete (RFC), RFC dam, Properties of RFC ĐẶT VẤN ĐỀ* Nhiều năm trở lại đây, công nghệ xây dựng đập giới ứng dụng vào Việt Nam, nhiều cơng nghệ áp dụng rộng rãi ngành Nông nghiệp PTNT xây dựng cơng trình Thủy điện thuộc Bộ Công thương công nghệ bê tông đầm lăn, công nghệ bê tông tự lèn, công nghệ đá đổ chống thấm mặt bê tông Các công nghệ nhiều chuyên Ngày nhận bài: 02/5/2018 Ngày thông qua phản biện: 25/6/2018 Ngày duyệt đăng: 28/6/2018 gia nước nghiên cứu, tìm hiểu Hiện nay, cơng nghệ thi công đập mới, kết hợp thi công đổ đá hộc bê tông tự lèn bắt đầu nghĩ tới Việt Nam Chúng tơi, nhóm tác giả có nghiên cứu ban đầu làm việc khả ứng dụng công nghệ thi công đập 1.1 Lịch sử đời bê tông tự lèn Bê tông tự lèn (SCC) hỗn hợp bê tông tự chảy điền đầy vị trí trống phạm vi ván khn nén chặt tác dụng trọng lượng thân để tạo thành thể đồng cho kết cấu [2] TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Lịch sử phát triển bê tông tự lèn (SCC) chia thành hai giai đoạn quan trọng: phát triển ban đầu Nhật Bản vào cuối năm 1980 tiếp tục biết đến châu Âu, từ Thụy Điển cuối năm 1990 Sau Thụy Điển, quốc gia châu Âu khác bắt đầu nghiên cứu áp dụng thi cơng xây dựng loại hình cơng nghệ quốc gia vùng Scandinavia, Pháp, Hà Lan, Đức, Anh, Mỹ 1.2 Ứng dụng bê tông tự lèn xây dựng Công nghệ bê tông tự lèn phát triển ứng dụng rộng rãi, kể đến cơng trình đặc thù vài quốc gia sau [3, 4]: Tháp Trump Chicago cơng trình sử dụng nhiều bê tơng tự lèn Cơng trình bê tơng cốt thép 92 tầng yêu cầu khoảng 35000 m bê tông SCC đúc chỗ, liên tục 22 để xây dựng hồn thiện phần móng Đây đợt đổ bê tông tự lèn lớn ghi nhận Bắc Mỹ Năm 2004, cầu Skyline Omaha, Neb., hoàn thành Sàn cầu hoàn toàn đổ bê tơng tự lèn Ngồi trung tâm thương mại lớn New Yord xây dựng sử dụng phần lớn bê tông SCC Burj Dubai (Burj Khalifa) tòa nhà cao giới SCC sử dụng tồn kết cấu cơng trình tiến hành bơm bê tông từ lên hết tầng 166 Độ chảy xòe bê tơng theo thiết kế từ (610 - 710) mm Tòa nhà Trung tâm truyền hình Bắc Kinh, hồn thành vào năm 2005, SCC đổ vào ống thép rỗng để tạo hệ kết cấu vững Phương pháp gọi kỹ thuật cột ống thép nhồi bê tông (CFT) Bê tông SCC thiết kế với độ chảy xòe 710 mm cường độ 28 ngày 96 M Pa Tồn cơng trình sử dụng khoảng 3000 m3 SCC Tòa nhà cao 239 m, với 44 tầng, sử dụng để tổ chức Thế vận hội Olympic 2008 Với dự án cải tạo hệ thống sở hạ tầng đường nối Đông Tây Stockhom Dự án trị giá 800 triệu đô la M ỹ dự án có tổng mức đầu tư lớn Thụy Điển lúc Dự án bao gồm km đường cao tốc bốn xe cầu, 16 km đường hầm đá có lớp lót bê tông tường chắn đất SCC sử dụng vị trí khác dự án với tổng số 15.000 m3 Ở Neuchatel, Thụy Sĩ, sân vận động bóng đá La M aladiere hồn thành với khoảng 60.000 m SCC 10 tháng Độ chảy xòe theo yêu cầu 650 mm, cường độ nén 28 ngày 44 M Pa Sau cơng trình hồn thành vào năm 2007, có sân vận động bóng đá với 11.500 chỗ ngồi, trung tâm mua sắm với 25.000 m2 bãi đỗ xe 930 chỗ Cầu Kaikyo Nhật Bản cầu treo dài giới Nó dài 1991 m Bê tông SCC sử dụng đúc chỗ các neo Bằng cách sử dụng SCC, dự án hai năm rưỡi vượt tiến độ năm Cây cầu chịu động đất 8,5 độ Richter gió lên tới 280 km/h Tại Việt Nam, số công trình thủy lợi ứng dụng cơng nghệ SCC đập tràn thành mỏng dạng piano, lỗ sả sâu nhà máy thủy điện, tường hướng dòng, cống ngăn triều …, sử dụng loại bê tông SCC chúng có đặc điểm: - Thi cơng nhanh: So với đập bê tông thường, đập RCC thi công với tốc độ cao dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn phải chờ khối đổ hạ nhiệt - Giá thành hạ: Theo tính tốn tổng kết từ cơng trình xây dựng giới, giá thành đập RCC rẻ so với đập bê tông thi công công nghệ truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt giảm chi phí cốp pha, lượng xi măng ít, tốc độ nhanh, khơng phải xử lý khe thi cơng, giảm chi phí khống chế nhiệt độ bê tơng, giảm chi phí cho cơng tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông Qua vài thí dụ thấy bê tơng tự TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC lèn ứng dụng vào hầu hết loại hình cơng trình xây dựng, mang lại hiệu kinh tế cao cho dự án xây dựng dân dụng, giao thông, thủy lợi Tuy nhiên, công nghệ thi công SCC áp dụng cho đập bê tơng khối lớn lại bộc lộ số nhực điểm như: - Khả co ngót lớn nên thi công sau lớp đổ cần tiến hành bù bê tông, xử lý mặt tiếp giáp vị trí khe thi cơng, phức tạp, tốn - Lượng nhiệt thủy hóa khối bê tơng lớn bê tông SCC phải sử dụng lượng lớn xi măng phụ gia, tăng lượng phát thải khí CO môi trường, gây ô nhiễm môi trường Bởi vấn đề đặt nghiên cứu loại vật liệu kết hợp để vừa phát huy ưu điểm bê tông SCC vừa hạn chế nhược điểm chúng, dùng xây dựng đập khối lớn tốn CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BÊ TÔNG TỰ LÈN Do đặc điểm SCC phải sử dụng lượng lớn xi măng, lượng nhiệt tỏa khối bê tông trình hydrat hóa lớn Những điều dẫn đến chi phí cao, tác động mơi trường đáng kể khó kiểm sốt nhiệt độ nên cơng trình bê tơng lớn dự án thủy lợi xây dựng đập trọng lực, đập tràn chưa ứng dụng Năm 2003, trường đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, nhà nghiên cứu, chuyên gia vật liệu kỹ sư thử nghiệm CÔNG NGHỆ thi cơng thành cơng cơng nghệ Đó cơng nghệ thi công đập đá đổ chèn vữa bê tông tự lèn (RFCD) Cơng nghệ góp phần giảm lượng phát thải nhiệt môi trường khống chế nhiệt độ tồn khối cơng trình, đồng thời hạ giá thành xây dựng chất lượng cơng trình đảm bảo Ta biết lớp đá sau đầm chặt khơng tránh khỏi lỗ rỗng Việc sử dụng bê tông tự lèn SCC đổ vào khối đá, đảm bảo cho khối đá bê tông SCC sau đổ trở thành khối hồn chỉnh, đặc có cường độ cao Cơng nghệ RFC dựa tính tự đầm nén SCC, bê tông SCC chảy vào khoảng trống khối đá vị trí cong cơng trình hồn tồn trọng lượng riêng khơng cần đầm rung Điều đòi hỏi SCC có tính lưu động cao Việc sản xuất SCC với khả làm việc tối ưu đòi hỏi tỷ lệ pha trộn hỗn hợp SCC cách thích hợp Với 100 dự án xây dựng đậpRFC Trung Quốc từ năm 2005 đến với chiều cao lớn 15m, bê tông RCC chiếm từ 40% - 45% khối lượng lượng xi măng giảm đáng kể khối đập [2] M ặt khác, RFC vật liệu hai thành phần tạo thành thể thống từ đá SCC, đó, tính chất chung RFC cần phải nghiên cứu sâu độ điền đầy, độ thấm nước, tính chất học … M ột số cơng trình đập xây dựng Trung Quốc năm qua (Bảng 2.1): Bảng 2.1 Đập đá đổ chèn bê tông tự lèn TT Tên đập Chiều cao (m) Khối lượng RFC (1000m3) Thời gian khởi cơng Thời gian hồn thành Thanh Va 42.3 39.8 4/2009 11/2012 Chang Hang 26.5 17.3 7/2010 3/2011 Đông Thắng 33.0 8.4 9/2011 10/2012 Nahe – II 46.0 27.2 8/2012 1/2013 Pula 44.0 47.7 11/2012 12/2013 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC TT CÔNG NGHỆ Tên đập Chiều cao (m) Khối lượng RFC (1000m3) Thời gian khởi cơng Thời gian hồn thành Sagu 44.3 26.9 12/2012 5/2014 Qing Ping 38.0 13.9 12/2013 11/2016 M aopo 45.0 60.0 10/2016 Đang thi công Baijia 69.0 92.2 01/2013 4/2016 10 Goujiang 41.0 27.0 3/2017 Đang thi cơng 1.3 Thí nghiệm kiểm tra khả lấp đầy SCC khối đá Công nghệ RFC kết hợp đá hộc bê tông SCC để tạo thành thể thống Với mục tiêu đó, sau đổ đá hộc tiến hành bơm SCC vào khối đá để kiểm tra lấp đầy chúng N gười ta tiến hành thí nghiệm cách tiến hành tạo khuôn cho khối RFC có kích thước 50 x 50 x200 (cm), sử dụng đá hộc bê tông SCC với khối lượng xác định cho tổng khối lượng đá hộc bê tông SCC 100% Đổ đá hộc vào khuôn trước, sau tiến hành bơm SCC Quan sát mẫu kiểm tra để đánh giá mức độ điền đầy SCC khối đá Sau kiểm tra phá hủy để thấy đồng khối đá SCC [5] (Hình 2.1) Theo kết thí nghiệm bảng 2.2, sử dụng RFC tỷ lệ lỗ rỗng hỗn hợp sau đông cứng tương tự RCC, nhỏ [3] Bảng 2.2 Độ rỗng RFC sau cứng hóa Tên đập Baoquan Qingyu Shilonggou Changkeng III Songxi Tỷ lệ đá (%) 53.20 54.10 50.00 55.50 50.81 Tỷ lệ bê tông RCC (%) 42.80 44.80 47.30 43.50 46.66 Hình 2.1 Thí nghiệm kiểm tra khả lấp đầy SCC TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 Độ rỗng 4.00 1.00 2.70 1.00 2.53 KHOA HỌC Với chiều dày lớp đổ thực tế từ 1,5 m đến 2,5m, với lượng bê tông SCC chiếm từ 40% 50% hỗn hợp RFC hồn tồn lấp đầy lỗ rỗng viên đá, tạo đồng hỗn hợp RFC Và lượng xi măng sử dụng giảm đáng kể so với bê tơng truyền thống đổ vào kích thước khoảnh đổ 1.4 Thí nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén Tiến hành làm mẫu thí nghiệm với bê tông SCC RFC sau: - Khối SCC tiến hành đúc mẫu với kích thước mẫu 15 x 15 x15 (cm) CÔNG NGHỆ tiến hành đổ lớp RFC có chiều dày lớp đổ 60 (cm) Sau đổ lớp thứ tiến hành đổ lớp thứ Khi hoàn thành xong lớp đổ tháo ván khn bảo dưỡng tưới nước cho khối RFC vừa đổ Sau ngày tiến hành lắp ván khuôn lại đổ lớp cùng, lúc lớp đổ thứ hình thành khe lạnh thi cơng Sau khối bê tơng RFC cứng hóa, tiến hành khoan mẫu thí nghiệm lớp với kích thước mẫu 15 x 15 x 30 Sau lấy đủ tổ mẫu RFC SCC tiến hành thí nghiệm nén kiểm tra cường độ bê tơng (Hình 2.2) Các kết nghiên cứu cho thấy cường - Khối RFC tiến hành lấy tổ mẫu từ mẫu thí độ chịu nén RFC lớn bê tông SCC từ nghiệm lớn tiến hành gồm: Chuẩn bị (1,21-2,03) lần, tùy vào thời gian nén mẫu ván khn có kích thước 100 x 180 x 200 (cm), Bảng 2.3 Cường độ chịu nén RFC S CC Tên đập Changkeng III Shaping II Shankou Wudongde Loại bê tông RFC SCC RFC SCC RFC SCC RFC SCC M ác bê tông Thời gian (ngày) M 20 >90 M 20 45 M 15 45 M 15 28 Cường độ nén (M Pa) 58.4 31.8 55.3 27.3 41.2 29.2 32.7 27.0 15 x15 (cm) từ vị trí khối RFC M ột vị trí có a khe lạnh, vị trí khối RFC Sau tiến hành kiểm tra cường độ chịu kéo mẫu Tiến hành so sánh với thí nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén để kết luận 1.6 Thí nghiệm kiểm tra độ thấm nước Hình 2.2 Chế tạo RFC lấy mẫu thí nghiệm kiểm tra cường độ RFC 1.5 Thí nghiệm kiểm tra cường độ chịu kéo Tiến hành khoan cắt mẫu có kích thước 15 x Kiểm tra khả chống thấm bê tơng RFC u cầu quan trọng mục đích nghiên cứu sử dụng RFC để xây dựng cơng trình thủy cơng khối lượng lớn Tiến hành lấy mẫu thí nghiệm dạng hình chóp cụt với đường kính 17,5 cm, 18,5 cm chiều cao 15 cm (trong trường hợp mẫu khó TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ làm lấy mẫu có kích thước 15 x 15 x 30 chế tác lại) M ẫu kiểm tra tính thấm nước lấy vị trí bất lợi khối RFC (vị trí khe nhiệt khe lạnh) để xác định xác mức độ chống thấm RFC (Hình 2.3) Các kết nghiên cứu khả chịu thấm RFC tốt, nằm giới hạn tiêu chuẩn thấm nước bê tơng thủy cơng W2 đến W12 - Các thí nghiệm báo cáo bê tơng SCC có khả liên kết tốt với đá hộc để tạo thành khối hoàn chỉnh, vững Sử dụng kết hợp bê tông SCC độn đá hộc làm giảm khối lượng bê tông, tương ứng với việc giảm lượng dùng xi măng đáng kể cho công trình Quá trình giảm đáng kể lượng nhiệt thủy hóa lượng CO2 mơi trường - M ặc dù lượng đá sử dụng nhiều đá xây lại tiết kiệm nhân công so với bê tơng thơng thường, giảm chi phí cho cơng trình bê tơng SCC có độ linh động cao, tự điền đầy vào vị trí rỗng khoảnh đổ cơng trình - Các thí nghiệm kiểm tra đặc tính lý vật liệu hỗn hợp đá bê tơng SCC cơng trình đập xây dựng đạt yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN 82182009 “Bê tông thủy công – yêu cầu kỹ thuật” Hình 2.3 Thí nghiệm kiểm tra độ thấm nước KẾT LUẬN 3.1 Từ nghiên cứu lý thuyết Các nghiên cứu tiến hành Trung Quốc thi công đập đá đổ bê tông tự lèn, có khoảng 100 đập xây dựng phương pháp 3.2 Các nghiên cứu quy trình cơng nghệ thi cơng Tại Việt Nam, trữ lượng đá khai thác từ nguồn phong phú (Hình 3.1) Đá vật liệu địa phương, khai thác sử dụng nguồn Các đặc tính lý đá đảm bảo Dựa vào lực thi công nhà thầu điều kiện trường hồn tồn tận dụng khối đá hộc có đường kính lớn Hình 3.1 Đá khai thác huyện Than Uyên - tỉnh Lai Châu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC Bê tông tự lèn sản xuất công trường từ trạm trộn, vận chuyển với quãng đường ngắn Tùy đặc điểm loại hình cơng trình mà SCC thiết kế độ chảy xòe từ 550 – 850 mm Với quy trình thi cơng gồm lắp dựng ván khn cho cơng trình (hoặc xây tường CÔNG NGHỆ đá xung quanh) đổ đá hộc vào bơm hỗn hợp bê tông SCC vào Khối đổ đập đá đổ bê tông tự lèn theo khuyến cáo có chiều cao lớp đổ khơng vượt q 150 cm, thời gian thi công tối đa cho lớp đổ Q trình thi cơng khối đập thực theo phương pháp [1] (Hình 3.2) Hình 3.2 Quy trình thi cơng đập đá đổ bê tông tự lèn Các kỹ thuật thi công đơn giản, nguồn vật liệu phong phú, khả giảm giá thành so với bê tông trọng lực truyền thống, thời gian thi cơng nhanh khống chế nhiệt khối bê tơng, tin tưởng cơng nghệ thi công đá đổ bê tông tự lèn hồn tồn áp dụng cho cơng trình thủy Việt Nam, đặc biệt cơng trình đập vừa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] An Xuehui, Huang M iansong, Zhou Hu, Jin Feng, “Tổng kết kỹ thuật thi công bê tông đá đổ”, Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, 2008 [2] Đồng Kim Hạnh, “Giới thiệu công nghệ thi cơng bê tơng tự đầm chặt (SCC)”, Tạp chí Nông nghiệp PTNN, số 6/2004 [3] Feng Jin, Hu Zhou, Xuehui An, “Reserch on Rock – Filled Concrete Dam”, IRIB International Conference Center, Tehran – IRAN, 2017 [4] GOODIER, C.I., 2003 Development of self-compacting concrete, Proceedings of the ICEStructures and Buildings, 156 (4), pp 405-414 [5] M Collepardi, Recent developments in SCC in Europe [6] Xuehui An, Qiong Wu, Feng Jin, M iansong Huang, Hu Zhou, Changjiu Chen, Chunna Liu, Rock-filled concrete, the new norm of SCC in hydraulic engineering in China, Cement & Concrete Composites 54/2014 (89–99) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 ... nghiên cứu áp dụng thi cơng xây dựng loại hình công nghệ quốc gia vùng Scandinavia, Pháp, Hà Lan, Đức, Anh, Mỹ 1.2 Ứng dụng bê tông tự lèn xây dựng Công nghệ bê tông tự lèn phát triển ứng dụng rộng... CƠNG NGHỆ đá xung quanh) đổ đá hộc vào bơm hỗn hợp bê tông SCC vào Khối đổ đập đá đổ bê tông tự lèn theo khuyến cáo có chiều cao lớp đổ không vượt 150 cm, thời gian thi công tối đa cho lớp đổ Quá... thi công đập đá đổ bê tơng tự lèn, có khoảng 100 đập xây dựng phương pháp 3.2 Các nghiên cứu quy trình cơng nghệ thi công Tại Việt Nam, trữ lượng đá khai thác từ nguồn phong phú (Hình 3.1) Đá