SỬ DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN (RCC)
ĐỂ XÂY DỰNG CÁC ĐẬP BÊ TÔNG MỚI Ở VIỆT NAM
Thi công RCC tại đập Định Bình (Bình Định)
Michel Hồ Tá Khanh
Ưu và khuyết điểm của đập bê tông so với đập vật liệu địa phương.
So với đập vật liệu địa phương đập bê tông có các ưu khuyết điểm sau:
Các ưu điểm:
- Chúng có khả năng bố trí công trình tháo lũ ngay trong thân đập (trên đỉnh hoặc
dưới sâu).
- Chúng có thể cho ngập trong các cơn lũ và đập có thể thích nghi với lũ kiểm tra
có tần suất lớn.
- Chúng có thể phối hợp dể dàng với các công trình khác (tháo cạn, công trình lấy
nước) và có thể xây dựng nhà máy thủy điện ngay trong thân đập. Điều này sẽ
không thực hiện được nếu đập dâng bằng bê tông đầm lăng (RCC). Phương pháp
xây dựng đập RCC gần giống với đập bằng vật liệu địa phương hơn là đập bê tông
truyền thống.
- Đập có thể dể dàng thiết kế để có thể tháo nước tràn qua thân đập trong quá trình
thi công, điều này cho phép rút ngắn thời gian thi công (đập RCC cũng có tính
chất này) và cho phép phục vụ cho lũ có tần khác nhau. Điều này cho phép xây
dựng các công trình tháo lũ tạm thời khác kinh tế hơn (xem các ví dụ của đập
Yantan ở Trung Quốc, đập Salto Caxias ở Brésil). Chúng ta cũng có thể lưu ý là
một vài đập quy mô nhỏ RCC có thể chỉ cần thi công trong vòng một mùa khô, do
đó nó cho phép giảm tối đa công trình dẫn dòng tạm.
- Chúng có thể xây dựng ngay trong mùa mưa, điều này là không có thể đối với
đập vật liệu địa phương. Đây là một ưu điểm lớn của đập bê tông, nhất là trong các
quốc gia thuộc miền nhiệt đới ở đó thường có độ ẩm cao trong mùa mưa thường
kéo dài. Nhất là trường hợp khi mà vật liệu đắp đập có độ ẩm cao hơn nhiều so với
độ ẩm tối ưu cho đầm nén. Sự giảm thời gian thi công là ưu điểm quan trọng nhất
trong việc lựa chọn giữa đập bằng bê tông hay đập vật liệu địa phương trong nhiều
dự án gần đây trong các quốc gia vùng nhiệt đới. Các quốc gia này thường là nơi
có trử lượng latétrite lớn.
- Chúng ít bị tác dụng với hiện tượng ăn mòn bên trong đập và ngay cả trong vùng
tiếp xúc của đập và nền.
- Chúng có khả năng chống động đất rất tốt. Cho đến nay chưa có ghi nhận đập bê
tông nào bị hư hại đáng kể vì động đất.
Tuy vây nó cũng có các khuyết điểm:
- Đập bê tông (ngoại trừ đập di động và đập RCC) thường có yêu cầu địa chất nền
đá tốt. Yêu cầu nền phải có khả năng tốt về phương diện chịu nén và biến dạng
nền bé.
- Đập bê tông, nhất là bê tông trọng lực, tính ổn định rất nhạy đối với áp lực ngược.
Do đó nó thường có yêu cầu cao về thoát nước nền, đôi khi cần thiết phải bố trí
thoát nước ngay cả phía bên trong công trình để giảm áp lực ngược.
- Đập bê tông có thể xuất hiện các vết nứt dưới tác dụng của hiện tượng nhiệt
trong thời kỳ xây dựng và cả thời kỳ khai thác. Các vết nứt sẽ làm giảm khả năng
chịu lực của kết cấu. Ngoài ra hiện tượng này còn dẫn đến sự không kín nước của
công trình. Tuy vậy với sự áp dụng kỹ thuật vải địa kỹ thuật ở mặt trước của đập
có thể giải quyết khuyết điểm này.
- Đập bê tông có thể bị ảnh hưởng xấu của nhiều tác nhân khác như vật lý, hoá học
làm biến chất các đặc tính của nó (sự “ngâm chiết” do loại nước thường hay acid,
hoặc phản ứng “alcali”…).
- Xây dựng đập bê tông trọng lực đòi hỏi nhiều công việc phối hợp đồng thời, yêu
cầu đội ngũ công nhân lành nghề cao: sản xuất bê tông, vận chuyển bê tông, lắp
đặt coffrage, đầm nện bê tông, xử lý mối nối, công tác thép, xử lý các mạch ngừng,
phương pháp làm nguội bê tông…. Tất cả các yêu cầu trên đã làm gia tăng giá
thành đập bê tông và làm cho chúng khó cạnh tranh với đập bằng vật liệu địa
phương. Tuy nhiên với sự xuất hiện của đập RCC đã cho phép xây dựng các đập
trọng lực kinh tế và nhanh chóng hơn trong xây dựng đập.
Sử dụng đập RCC
Đập RCClà một kỹ thuật mới trong ứng dụng của bê tông với việc dùng các thiết
bị đầm nện như đầm nện trong thi công đất. Thi công đập RCC sẽ được thực hiện
theo lớp (giống như đập vật liệu địa phương) và thường sẽ đầm nén bằng các thiết
bị đầm rung trên các lớp có chiều dày từ 30 đến 40cm.
Các ưu điểm của nó so với đập bê tông trọng lực chủ yếu là sự nhanh chóng trong xây dựng (hơn 12000 m3/ngày, nếu cần) và giá thành tương đối thấp (khoảng 40USD/m3). Giá này sẽ giãm đáng kể nếu khối lượng xây dựng lớn, ví dụ đập Tha Dan giá xây dựng khoảng 25USD/m3.
Kỷ thuật đập RCC dùng cho các đập trọng lực phát triển mạnh từ khoản đầu năm
1980 và đến nay trên thế giới đã có khoản 300 đập RCC được xây dựng. Chiều
cao đập có thể đạt đến 130m (dự kiến cao 220m cho đập Longtan ở trung Quốc và Ta Sang ở Myanmar). Đập Tha Dan ở Thái Lan dùng 5tr.m3 RCC.
Đập RCC không những thích hợp tốt đối với đập trọng lực mà còn cho đập bản
chống và ngay cả đập vòm đã có xây dựng ban đầu và hy vọng sẽ phát triển nhiều
trong tương lai.
Gần đây đã có nhiều cuộc hội nghị tổ chức tại VN giới thiệu về đập RCC, ở đây
chúng tôi chỉ giới hạn nói đến một vài đặc tính cơ bản của nó. Các độc giả muốn
nghiên cứu sâu có thể tham khảo nhiều tài liệu liên quan đã được công bố.
Do đập RCC được đầm nén bởi các máy đầm rung thay vì đầm thủ công, do đó về
nguyên tắc yêu cầu ít nước trong việc trộn vật liệu hơn. Để cho cùng một khả năng
chịu lực, đập RCC dùng ít ciment hơn đập bê tông truyền thống. Do sử dụng ít
nước và ít ciment hơn, đập RCC phải được trộn nhuyễn hơn là đập bê tông để có
thể len lõi vào và lấp đầy các lỗ hổng nhằm đảm bảo tính chống thấm. Mức độ
trộn nhuyễn có thể ở nhiều cấp độ, từ nhuyễn như đá vôi nghiền đến kích cở tro
bay các loại nhờ vào các thiết bị nghiền lọc (trường hợp các đập được xây dựng ở
Brasin) hoặc dùng các khoán pouzzolane tự nhiên (tuy nhiên phải tránh đưa vào
các chất sét). Dùng tro (loại F) thường rất hiệu quả khi có thể tìm thấy tro gần nơi
xây dựng. Bới vì khi hàm lượng tro cao nó có tác dụng như những chất nhuyễn và
tác dụng với ciment như là một chất thủy liên kết chậm và ít sinh ra nhiệt. Điều
này hết sức có ý nghĩa cho trường hợp xây dựng đập có khối lượng lớn.
Một trong vấn đề quan trọng bậc nhất khi xây dựng đập RCC là có thể tìm được
vật liệu sử dụng được gần công trình. Do vậy, với bất cứ dự án nào khi dự kiến
dùng đập RCC, việc đầu tiên là phải nghiên cứu tất cả các khả năng vật liệu có thể
có gần khu xây dựng. Trước hết là nghiên cứu trong phòng và sau đó là làm thí
nghiệm hiện trường. Kinh nghiệm chỉ ra rằng việc xây dựng một đập RCC trên
nền đá là luôn luôn có thể được bởi vì luôn luôn có thể tìm được vật liệu thích hợp
tại hiện trường. Còn vấn đề tiếp theo là xem dự án có thỏa đáng về mặt kỹ thuật,
kinh tế. Từ đó chúng ta nhận thấy so với đập bê tông truyền thống, đập RCC có
một khả năng mềm dẽo trong việc lực chọn cốt liệu và do vậy phải tránh việc đưa
ra các tiêu chuẩn “cứng nhắc” có thể cản trở sự sáng tạo và tiến bộ kỹ thuật.
Sự sử dụng đập RCC có thể đưa đến sự xem xét lại một vài khái niệm thiết kế phổ
biến như trong thiết đập bê tông trọng lực. Thật vậy để có thể rút ra kết luận đầy
đủ về ưu thế của đập RCC, chúng ta không nên bố trí tập trung tất cả các hạng
mục công trình trong cùng một kết cấu, ngược lại nên tách rời chúng ra và nếu
được sẽ bố trí chúng càng ra xa nếu có thể (đặc biệt là nhà máy, công trình phụ).
Ngoại trừ công trình tháo lũ có thể bố trí trên đỉnh đập. Thông thường sự giảm
chiều dày ở đỉnh đập hoặc giảm kích thước mặt cắt hay mái dốc thượng lưu sẽ cho
mặt cắt kinh tế hơn trong một số trường hợp và do nhiều lý do khác (nhất là trong
trường hợp địa chất nền ở điều kiện trung bình và/hay vùng có động đất lớn).
Một khuyết điểm của đập RCC là sự hiện diện nhiều mạch ngừng nằm ngang. Sự
giảm yếu tại các mạch ngừng làm giảm khả năng chịu lực đập. Điều này sẽ không
quan trọng lắm đối với đập bé nhưng rất quan trọng đối vói các đập cao vì trong
trường hợp đó phải gia tăng khối lượng đập để bảo đảm ổn định. Một điểm yếu
nữa là tính chống thấm kém tại các mạch ngừng. Tuy nhiên, kết hợp sự nghiên cứu
và những kinh nghiệm rút ra từ việc sử dụng đập hơn 20 năm nay, người ta đã có
thể khắc phục một cách đáng kể yếu kém này. Các giải pháp đề ra rất nhiều và sau
đây là một số phương pháp phổ biến sử dụng:
- chọn các loại vật liệu cấp phối thích hợp nhằm chèn vào thành phần cốt liệu
chính của đập RCC, chủ yếu là để liên kết chúng.
- có các biện pháp xử lý RCC nơi đập tiếp xúc thường xuyên ở mặt thượng lưu và
tại các mạch ngừng.
- có các biện pháp đặc biệt khi tiến hành trãi cốt liệu từng lớp để đầm, tiến hành
các phương pháp kiểm tra tại hiện trường để bảo đảm sự liên kết tốt giữa các lớp.
- sử dụng vải địa kỹ thuật chống thấm bằng PVC ở mặt thượng lưu hay các nơi
tiếp xúc của đập RCC.
- trong kỹ thuật thi công sẽ chủ động tạo lớp không hoàn toàn nằm ngang. Điều
này cho phép tối ưu thể tích RCC khi thi công theo năng suất của trạm trộn trung
tâm. Nó cho phép giảm thiểu các mạch ngừng phải bị để lâu.
Thay lời kết luận về việc ứng dụng RCC trong việc xây dựng đập trọng lực,
chúng tôi lưu ý các kỹ sư việt nam một vài điểm quan trọng sau:
- Khời đầu từ những năm 1980, sự thay thế dần của đập RCC cho đập bê tông
truyền thống trong việc xây dựng đập trọng lực được xem cũng như là sự thay thế
“logique”. Nó giống như việc đập bê tông truyền thống thay cho đập đá xây vào
đầu thế kỷ 20 khi vật liệu bê tông được phát triển. Sự phát triển RCC bắt nguồn
chính từ sự giảm giá thành và giảm thời gian kéo dài thi công nhờ vào các kỹ thuật
mới. Từ đó có thể kết luận chắc chắn rằng xu thế thay thế này sẽ càng ngày càng
rõ nét trong tương lai.
- Nếu nói rằng đập trọng lực RCC có một vài đặc tính so với đập bê tông truyền
thống, chúng tôi có thể giới thiệu một số điểm chính như sau: nó không đòi hỏi
một thiết kế hay vật liệu hoàn toàn mới. Chúng ta sẽ không có khó khăn lớn và rũi
ro nhiều khi bắt đầu bằng cách xây dựng các đập nhỏ bằng RCC trước khi bắt tay
vào thực hiện các đập quy mô hơn nhờ vào kinh nghiệm đã trãi qua. Một sự
truyền bá rộng rãi các kinh nghiệm cho các đập đã xây là việc nên làm ở VN để
bảo đảm sự phát triển của loại đập này. Những thành công tại Trung Quốc, Brasin,
Marôc chứng tỏ rằng mỗi quốc gia có thể phát triển kỹ thuật riêng cho mình từ
kinh nghiệm riêng của bản thân họ cộng với kinh nghiệm của các chuyên gia quốc
tế trong lĩnh vực. Điều này có nghĩa là ta sẽ không lệ thuộc hoàn toàn vào kỹ thuật
nước ngoài.
- Ngoài xây dựng đập lớn, đập RCC cũng có thể xây dựng một cách kinh tế cho các đập nhỏ (20000-100000m3). Một cách tổng quát, giá thành giữa đập RCC có
thể thấp hơn bê tông truyền thống ước tính từ 20% đến 30% (giá trị lớn cho đập
càng lớn).
- Đập RCC có các tính chất tốt ngay cả về phương diện vệ sinh môi trường so với
đập bê tông, với điều kiện là có vật liệu thích hợp gần nơi xây dựng. Đập RCC lớn
có thể xây dựng ngay cả trong vùng có động đất. Kinh nghiệm các đập đã xây
dựng trên thế giới cho thấy đập RCC có tính chống thấm tốt.
- Yêu cầu về nền của đập RCC cũng giống như đập bê tông truyền thống. Tuy
nhiên, nhờ giá thành thấp, ta cũng có thể sử dụng RCC trên các nền có tính chất cơ
lý thấp hơn bằng cách gia tăng diện tích tiếp xúc nền hoặc hạ thấp cao trình đáy hố
móng mà sự gia tăng giá thành tổng thể là chấp nhận được.
- Trên một nền đá và có kết cấu vai đập thích hợp cho đập vòm, các giải pháp đập
RCC hay đập đá có bản mặt chống thấm thượng lưu cũng có thể áp dụng trong
giai đoạn nghiên cứu ban đầu. Sự lựa chọn sẽ tùy thuộc nhiều vào lưu lượng lũ
vận hành và lũ thi công và địa hình khu đầu mối. Về nguyên tắc, khi lưu lượng lũ
lớn và sông dốc RCC sẽ thuận lợi hơn, tuy nhiên cũng phải lưu ý đến việc tận
dụng vật liệu đào đối với đập đá khi so sánh kinh tế các phương án.
- Khi xây dựng đập bê tông đòi hỏi tiến hành thành từng khối có các cao độ khác
nhau, đồng thời nhiều thao tác (cẩu, cáp treo…), nhiều công nhân trên từng khối
xây dựng, và điều này sẽ khó khăn trong tổ chức thi công. Điều này đơn giản hơn
đối với đập RCC nhất là trường hợp dùng các băng chuyền trong sự vận chuyển
vật liệu. Một công trường xây dựng đập RCC có dáng vẻ của một công trường xây
dựng đường sá hơn so với việc xây dựng đập bê tông. Do đặc tính này, các rũi ro
trong xây dựng đập RCC cũng ít hơn. Đây là một ưu điểm rất quan trọng mà rất
tiếc là cho đến nay nó thường chưa được đánh giá đúng mức.
- Cũng có thể xây dựng các bề mặt hay mặt tràn hạ lưu của các con đê để có khả
năng tháo tràn. Giải pháp kiểu này này được sử dụng thành công ngày càng nhiều
tại Mỹ, và chứng tỏ hiệu quả kinh tế cao. Ít ra, với phương pháp này cũng cho
phép gia tăng khả năng tháo tại các công trình đã xây dựng và đang vận hành.
- Vật liệu sử dụng và khái niệm về thiết kế đập RCC rất phong phú. Mỗi quốc, mỗi
vùng phải tìm ra giải pháp thích hợp nhờ vào sự giúp đở bên ngoài và thích nghi
nó với điều kiện cụ thể của địa phương xây dựng. Phải tiếp cận dự án đập RCC
với một tinh thần thực dụng, cởi mở (hơn nhiều so với thiết kế đập bê tông) và
tránh sự ràng buộc cứng nhắc không cần thiết và đôi khi tai hại và phản tác dụng.
