Diễn đàn về hiện tượng nước thấm qua đập Sông Tranh 2(6).[26/03/12]
26/03/2012 09:07
Diễn đàn về hiện tượng nước thấm qua đập Sông Tranh 2
(6)
BÀN VỀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẶT CẮT VÀ CHỐNG THẤM ĐẬP RCC
(NHÂN TAI NẠN THẤM ĐẬP RCC SÔNG TRANH)
TS. Nguyễn Trí Trinh
Uỷ viên Ban Chấp hành
Hội Đập lớn & PT Nguồn nước VN
Mời thảo luận và xem bài đã có trên website của VNCOLD: Web/Content.aspx?distid=2957 Web/Content.aspx?distid=2958 Web/Content.aspx?distid=2959 Web/Content.aspx?distid=2960 Web/Content.aspx?distid=2961 Web/Content.aspx?distid=2962
1. MỞ ĐẦU
Cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng đập ở nước ta không còn là vấn đề mới nữa. Công nghệ này du nhập vào nước ta thông qua việc chuyển giao công nghệ của các chuyên gia trên thế giới và do vậy tồn tại nhiều trường phái mặt cắt đập RCC ở nước ta hiện nay. Các phần dưới đây xin chia sẻ mặt cắt đập RCC theo trường phái Mỹ, Trung Quốc và hiện trạng ứng dụng các trường phái này ở nước ta, đặc biệt nguyên tắc thiết kế chống thấm đập RCC.
2. MẶT CẮT ĐẬP RCC THEO TRƯỜNG PHÁI MỸ
Theo tiêu chuẩn EM-1110-2-2006, từ thượng lưu về hạ lưu đập là các lớp bê tông truyền thống kế đến là RCC. Lớp bê tông truyền thống ở mặt thượng lưu đập đóng vai trò là lớp tiếp xúc giữa bê tông đầm lăn và cốp pha thượng lưu đảm bảo sau khi tháo cốp pha bề mặt thượng lưu nhẵn kín. Do có lượng dùng xi măng nhiều nên lớp này cũng góp phần cải thiện khẳ năng chống thấm qua đập RCC
3. MẶT CẮT ĐẬP RCC THEO TRƯỜNG PHÁI TRUNG QUỐC
Hình thức ‘kim bao ngân’: sử dụng tường bê tông chống thấm mặt thượng lưu là bê tông truyền thống. Phương án này được sử dụng trong những lần đầu tiên mò mẫm áp dụng RCC tại Trung Quốc và tương tự với hình thức mặt cắt theo trường phái Mỹ nêu trên. Đến nay phương án này không còn được áp dụng vì có nhiều nhược điểm: Sự kết hợp giữa bê tông thường với bê tông đầm lăn là một khâu yếu. Nếu thi công không đồng thời 2 loại bê tông này sẽ phát sinh mặt tiếp giáp liên tục giữa chúng từ chân đập lên đỉnh đập, đây là điều tối kỵ trong phân khe thi công. Còn nếu thi công đồng thời thì gặp trở
Hình 1: Mặt cắt RCC theo trường phái Mỹ
ngại về việc 2 loại bê tông lại có thời gian ninh kết ban đầu chênh lệch quá lớn (với bê tông truyền thống trung bình khoảng 45’, trong khi với RCC khoảng 10h), ảnh hưởng trong thi công lớn, rất khó thực hiện được bê tông đổ lên cao cùng một lúc, tiến độ và chất lượng thi công bị hạn chế do gây cản trở cho việc cơ giới hoá RCC trên mặt đập, muốn khắc phục phải sử dụng phụ gia kéo dài ninh kết rất phiền phức. Vấn đề này đã được ghi tại điều 5.06 Thuyết minh biên soạn của Quy phạm Thiết kế đập bê tông đầm lăn Trung Quốc SL-314-2004 được Bộ cho phép dịch và là tài liệu dùng tham khảo trong ngành. Thêm vào đó, công việc thi công tường bê tông chống thấm truyền thống thượng lưu là hoàn toàn bằng thủ công với khối lượng lớn nên chất lượng san đầm thường không đồng đều, khó kiểm soát triệt để. Ngoài ra do lượng dùng xi măng lớn trong kết cấu khối lớn làm cho việc khống chế nhiệt độ gặp khó khăn, dễ phát sinh các vết nứt ở tường chống thấm như một số đập trong nước. Cuối cùng hình thức này có giá thành cao hơn so với hình thức RCC toàn mặt cắt.
Hình 2: RCC toàn mặt cắt theo trường phái Trung Quốc
Hình thức RCC toàn mặt cắt: Từ thượng lưu về hạ lưu đập gồm các lớp : Bê tông biến thái (GEVR), RCC cấp phối 2, RCC cấp phối 3. Dùng RCC cấp phối 2 kết hợp bê tông biến thái để chống thấm, do kết cấu giản đơn, thi công thuận tiện có thể thực hiện đầm nén liền khối, thích ứng với thi công bê tông đầm lăn có tốc độ nhanh, dễ bảo đảm chất lượng kết hợp giữa lớp chống thấm với bê tông đầm lăn ở nội bộ đập, có thể giảm bớt lượng dùng xi măng ở bê tông mặt đập thượng lưu, giảm bớt được ứng suất nhiệt độ. Do tiến hành đổ san đầm bằng cơ giới nên việc kiểm soát chất lượng đã được cơ giới hoá, tính đồng đều về chất lượng được nâng cao. Trong hơn thập niên gần đây, chống thấm thượng lưu đập bê tông đầm lăn ở Trung Quốc dùng bê tông đầm lăn cấp phối 2 giàu chất kết dính rất phổ biến như đập Phổ Định, Giang Á, Miên Hoa Than, Đại Triều Sơn, Cao Bá Châu, Thông Khê, Sa Bài, Long Thủ v.v... hơn nữa, lại thu được kinh nghiệm thực tiễn thành quả thí nghiệm phong phú.
4. TÌNH TRẠNG MẶT CẮT ĐẬP RCC CỦA VIỆT NAM HIỆN NAY
4.1 Khối Thuỷ lợi
Khối Thuỷ lợi đã có những nghiên cứu ứng dung RCC từ những năm 1995, đã áp dụng thiết kế cho đập Tân Giang. Rất tiếc vì một số điều kiện chưa cho phép đã phải thay đổi thành phương án đập bê tông truyền thống như đã xây dựng. Ngay từ lúc mới tiếp cận với công nghệ này, khối Thuỷ lợi đã từ bỏ phương án ‘kim bao ngân’ và đề xuất phương án RCC toàn mặt cắt theo công nghệ tiên tiến của Trung Quốc.
Đập Định Bình (Bình Định )là đập bê tông RCC đầu tiên được xây dựng thuộc khối thuỷ lợi. Mặt cắt đập là sự lai tạo của RCC ‘kim bao ngân’ và RCC toàn mặt cắt theo trường phái Trung Quốc. Từ phía thượng lưu về hạ lưu đập là các lớp bê tông truyền thống, bê tông biến thái, RCC cấp phối 2 (RCC2), RCC cấp phối 3 (RCC3).
Sau đập RCC Định Bình là đập RCC Nước Trong (Quảng Ngãi). Mặt cắt ban đầu được thiết kế là bê tông đầm lăn toàn mặt cắt theo trường phái Trung Quốc hoàn toàn. Từ thượng lưu về hạ lưu gồm các lớp bê tông biến thái 50cm (GEVR), RCC2, RCC3. Việc chống thấm chủ yếu trông chờ vào RCC2. Sau này do điều kiện thi công đã tăng chiều dày lớp GEVR lên 1-2m tuỳ khu vực.
Sau khi đập hoàn thành các đập bê tông trọng lực truyền thống hay RCC đều đuợc sơn quét 1 loại vật liệu chống thấm dạng kết tinh để xử lý các khuyết tật của bề mặt bê tông, các mạch dừng thi công và tăng cường khả năng chống thấm cho bề mặt thượng lưu đập bê tông. Có 2 kiễu sơn (hoặc quét) lớp chống thấm lên bề mặt bê tông: (1) Tạo lớp Polyme: Sau khi sơn quét sẽ tạo ra một màng mỏng, việc chống thấm dựa hoàn toàn vào lớp màng mỏng này; (2) Chống thấm kết tinh: Sau khi sơn quét, thành phần hoá chất hoạt tính của lớp sơn quét sẽ tạo nên 1 phản ứng xúc tác giữa phân tử nước và các muối vô cơ, ô xít kim loại và các sản phẩm hydrat hoá khác trong bê tông tạo thành các tinh thể không hoà tan, ăn lan bên trong các mao dẫn, chèn kín và bịt chặt các mao quản của kết cấu, tự hàn kín các khe nứt của bê tông trong quá trình hydrat hoá và đóng rắn. Phản ứng chỉ dừng lại khi không tồn tại phân tử nước, khi dó hợp chất xúc tác được trả lại nguyên vẹn nhưng nằm sâu trong nội tại của cấu trúc và sẽ phản ứng tái sinh tinh thể khi tiếp tục có nước xâm nhập.
Giải pháp thứ nhất có nhiều nhược điểm và kém an toàn. Tham khảo yêu cầu kỹ thuật thi công các công trình BTĐL Trung Quốc đều sử dụng giải pháp chống thấm kết tinh ( giải pháp 2), vì vậy các đập bê tông RCC đều được xử lý 1 lớp chống thấm bề mặt theo giải pháp 2.
Nhìn chung các đập RCC khối thuỷ lợi cho đến nay đều vận hành an toàn, hiện tượng thấm nằm trong vùng kiểm soát, không có hiện tượng thấm rò rỉ ra mái hạ lưu, hành lang quan trắc tương đối khô ráo.
4.2 Khối Thuỷ điện
- Pleikrong là đập bê tông RCC đầu tiên được xây dựng ở nước ta. Về hình thức mặt cắt tương tự như kim bao ngân của Trung Quốc và của Mỹ hiện nay (theo tiêu chuẩn EM-1110-2-2006). Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong các khâu nên sau khi thi công đập bị thấm, rò rỉ ngoài mong muốn.
- Các đập về sau có chiều cao rất lớn Sơn La, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Sông Kôn, Bản Chát… đều sử dụng hình thức mặt cắt RCC toàn mặt cắt nhưng khác với hình thức toàn mặt cắt theo trường phái Trung Quốc. Từ thượng lưu về hạ lưu đập gồm các lớp bê tông biến thái (GEVR) và RCC. Như vậy hình thức mặt cắt tương tự như của Mỹ song lớp bê tông truyền thống được thay thế bằng lớp bê tông biến thái GEVR. Sử dụng cả đập làm khối chống thấm thay vì chỉ sử dụng RCC 2 như trường phái Trung Quốc.
- Sau khi hoàn thành chưa thấy có đập nào được quét 1 lớp chống thấm kết tinh ở bề mặt thượng lưu đập.
- Các đập RCC của khối Thuỷ điện cũng vận hành an toàn, tuy cũng có 1 vài đập có hiện tượng nứt hoặc/và thấm (Sơn La, Pleikrong, Sông Tranh…)
5. SỰ KHÁC BIỆT VỀ NGUYÊN TẮC CHỐNG THẤM
Như đã biết về nguyên tắc thiết kế đập là thượng bịt hạ bài (thượng lưu ngăn chặn dòng thống, hạ lưu thì cho tiêu thoát), điều này hầu như phù hợp với các loại đập vừa và lớn:
- Đập đất thì thượng lưu bố trí tường nghiêng hoặc lõi giữa chống thấm. Hạ lưu bố trí thiết bị tiêu nước không những ở chân mái hạ lưu mà lại còn ở trong than đập: ống khói, thảm tiêu nứớc.
- Đập CFRD thì chống thấm bằng bản mặt bê tông cốt thép thượng lưu, sau bản mặt là các khối đá có khả năng thoát nước tốt.
- Đập RCC toàn mặt cắt theo trường phái Trung Quốc được chống thấm bằng RCC cấp phối 2 kết hợp GEVR ở mặt thượng lưu, còn hạ lưu là RCC3 có hệ số thấm lớn hơn nhiều lần so với RCC2 nhằm mục đích hạ áp lực nước ngầm trong thân đập. Ở đập Nước Trong, RCC2 có cấp áp lực chống thấm thiết kế là B6-8, trong khi RCC3 chỉ B2.
- Đập RCC toàn mặt cắt theo trường phái khối thuỷ điện hiện nay được chống thấm bằng toàn bộ mặt cắt do chỉ sử dụng 1 loại cấp phối. Nghĩa là thượng lưu bịt hạ lưu không bài. Điều này làm áp lực đẩy ngược vào đập lớn hơn, tuy lưu lượng thấm có phần nhỏ hơn.
6. THIẾT KẾ KHỚP NỐI
Để hạn chế ứng suất nhiệt trong quá trình thi công và quản lý vận hành, các đập bê tông đều phải bố trí khe nhiệt. Như đã biết do bố trí khe nhiệt làm cho bề mặt bê tông thông suốt từ thượng lưu đến hạ lưu. Để tránh nước xuyên qua khe này chảy về mái hạ lưu đập, người thiết kế phải thiết kế khớp nối nối 2 khối đập lại, ngăn ngừa nước xuyên qua khớp nối. Tuỳ thuộc vào chiều cao cột nước mà người thiết kế đưa ra các giải pháp vật chắn nước, thu nước trong khớp nối phù hợp hoặc bổ sung các biện pháp khác nhằm ngăn ngừa triệt để dòng thấm về mái hạ lưu đập. Về nguyên tắc thiết kế mái đập hạ lưu đập bê tông là không có nước vì tất cả các nước rò rỉ đều được kiểm soát bằng các ống tiêu nước, hành lang thu nước…Nếu nước có rò rỉ sau khi qua vật chắn nước của khớp nối thì cũng được tập trung đưa về hành lang để theo ống dẫn nước hoặc máy bơm bơm về hạ lưu đập.
7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Thấm và kiểm soát thấm là yêu cầu cơ bản khi thiết kế công trình đầu mối thuỷ lợi. Hình thức mặt cắt RCC theo trường phái Trung Quốc toàn mặt cắt kết hợp với việc thiết kế khóp nối hợp lý, khôn khéo sẽ đảm bảo nước thấm qua đập được kiểm soát hoàn toàn, ngăn ngừa triệt để hiên tượng thấm ra mái hạ lưu không đúng ý đồ người thiết kế, mất kiểm soát;
- Khi thiết kế, Thẩm tra, thẩm định cần lưu ý kiểm soát các vấn đề liên quan đến chống thấm cho đập RCC: khoan phụt chống thấm xử lý nền, hình thức mặt cắt chống thấm, chi tiết khớp nối; hệ thống thu và thoát nước thấm ra khỏi đập;
- Các cơ quan chức năng nên có tổng kết đánh giá công nghệ RCC để có thể xuất bản quy chuẩn thiết kế RCC áp dụng chung cho cả nước./.