Đăng bởi: Vũ Hoàng Hưng | Tháng Năm 8, 2011

Phân khe kết cấu – Một vấn đề quan trọng khi thiết kế đập vòm bê tông đầm lăn cao

1.MỞ ĐẦU
Ứng dụng và phát triển kỹ thuật đổ đập bê tông đầm lăn là một cuộc cách mạng kỹ thuật đổ đập bê tông. Kinh nghiệm thực tiễn chứng minh, ứng dụng kỹ thuật đổ đập bê tông đầm lăn có thể giảm thấp cường độ lao động, rút ngắn thời gian thi công, giảm nhỏ chi phí công trình rõ rệt. Từ thập niên 80 của thế kỷ XX kỹ thuật đổ đập bê tông đầm lăn bắt đầu được ứng dụng vào lĩnh vực đập vòm. Năm 1988 Nam Phi xây dựng đập vòm Knellpoort (là đập vòm bê tông đầm lăn đầu tiên trên thế giới, cao 50m, chiều dài đỉnh đập 200m, tỉ lệ dày/cao bằng 0.4, khối lượng đổ bê tông 45.103 m3) và đập vòm Wolwedans được xây dựng năm 1989 (cao 70m, chiều dài đỉnh đập 270m, tỉ lệ dày/cao bằng 0.38, khối lượng đổ bê tông 150.103 m3). Năm 1993 Trung quốc xây dựng đập vòm trọng lực bê tông đầm lăn đầu tiên (đập Puding, cao 75m). Sau thời gian này Trung quốc khởi công rất nhiều đập vòm bê tông đầm lăn, trong đó có đập vòm Xibing là đập vòm mỏng đầu tiên trên thế giới (xây dựng năm 1996, đập cao 63m, chiều dài đỉnh đập 96m, tỉ lệ dày cao bằng 0.189). Năm 2001 Trung quốc xây dựng đập vòm Longshou, đây là đập vòm đạt nhiều kỷ lục: đập vòm mỏng bê tông đầm lăn cao nhất thế giới (80m); đập vòm mỏng bê tông đầm lăn xây dựng trong vùng có địa chấn cao (cấp 8); trong vùng có chênh lệch nhiệt độ giới hạn khá lớn (70.2oC). Đập vòm Shapai cao 132m xây dựng năm 2003 là đập vòm bê tông đầm lăn cao nhất thế giới tính tới thời điểm này. Hiện nay Trung quốc đã và đang xây dựng 16 đập vòm bê tông đầm lăn, 3 đập đang trong giai đoạn thiết kế[1,2].
Đối với đập vòm bê tông nói chung, hiện nay trong thiết kế khống chế nứt là một đề quan trọng. Nứt đập vòm có hại đến tính tổng thể của kết cấu, nếu không tiến hành khống chế hữu hiệu có khả năng nguy hiểm đến tính an toàn đập. Công năng với yêu cầu kết cấu của hai loại đập vòm bê tông đầm lăn và đập vòm bê tông thường là tương đồng. Đặc điểm thi công đập vòm bê tông thường là đầu tiên thiết kế khe co giãn, đập được phân thành một số khối đổ hình trụ, khi thi công đập được đổ theo từng khối tương đối độc lập, trong khối đổ được chôn thiết bị làm lạnh tức là ống nước, khi khối đổ tăng lên đến một độ cao thích hợp cần phải loại trừ tăng nhiệt độ thủy hóa khi thi công đồng thời tiến hành phun xi măng khe tiếp giáp, các khối đổ liên tiếp thành khối đập chỉnh thể. Còn đập vòm bê tông đầm lăn, để phát huy tính ưu việt thi công với tốc độ nhanh, thông thường áp dụng đầm nén trên toàn bộ bề mặt, công nghệ thi công lên đều liên tục, hình thành vòm kín khi thi công. Sau khi bê tông sản sinh nhiệt độ thủy hóa trong khối đập, vô phương tỏa ra trong thời đoạn ngắn, dưới tác dụng ràng buộc nền xung quanh, trong đập vòm phát sinh ứng suất nhiệt khá lớn, có khả năng dẫn đến khối đập phát sinh nứt nhiệt độ. Đối với đập vòm bê tông đầm lăn cao, thường thi công trong thời gian dài, khi nhiệt độ thủy hóa tăng lên trong thời gian thi công có nhiệt độ cao không có lợi đối với ứng suất đập vòm, vì vậy cần phải phân khe kết cấu đập thi công bê tông đầm lăn để loại bỏ ảnh hưởng không có lợi của tăng nhiệt độ thủy hóa khi thi công đối với đập. Dưới đây sẽ giới thiệu mấy vấn đề về hình thức phân khe, số lượng khe, vị trí khe, kết cấu khe của đập vòm bê tông đầm lăn.
2.KHE KẾT CẤU ĐẬP VÒM  
2.1. Lựa chọn phân khe kết cấu đập vòm
2.1.1. Hình thức phân khe đập vòm[3,4,5]
Hình thức phân khe đập vòm sử dụng phương pháp thí nghiệm phá hoại mô hình kết cấu chỉnh thể với tính toán phần tử hữu hạn để tiến hành nghiên cứu. Có ba loại hình khe trong mô hình: khe dẫn, khe biên và khe ngang. Khe dẫn là không hoàn toàn phân gián đoạn hai hướng khối đập, trong khối đập hình thành mặt kết cấu mềm yếu để dẫn dắt vị trị dự định phát sinh nứt nhiệt độ. Khe biên bố trí ở vị trí biên nền đập tập trung ứng suất kéo để giảm nhỏ mức độ tập trung ứng suất kéo. Khe ngang bố trí thông suốt toàn mặt khe. Ba loại khe ở trên đều là khe người dùng tạo ở vị trí nhất định để thay thế nứt ngẫu nhiên. Các loại phương án phân khe cho ở hình 1: Phương án 1: không phân khe (hình 1a); phương án 2 (hình 1b): phân hai khe dẫn + khe giải phóng ứng suất biên; phương án 3 (hình 1c): phân ba khe dẫn; phương án 4 (hình 1d): phân bốn khe dẫn; phương án 5 (hình 1e): phân hai khe dẫn + hai khe ngang.

Hình 1 Các phương án phân khe đập vòm
a/ Không phân khe b/ Phân hai khe dẫn + khe giải phóng ứng suất biên  
c/ Phân ba khe dẫn d/ Phân bốn khe dẫn e/ Phân hai khe dẫn + hai khe ngang

2.1.2. Kết quả thí nghiệm hình thức phân khe đập[3,4,5]
Hình thức phân khe của đập vòm bê tông đầm lăn đối với ứng suất, biến dạng, chuyển vị, hình thức phá hoại vượt tải đều có ảnh hưởng nhất định.
Thí nghiệm mô hình kết cấu ba chiều với phân tích phần tử hữu hạn thu được đặc tính quy luật phân bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị, hình thức phá hoại vượt tải cơ bản thống nhất.
Ảnh hưởng hình thức phân khe đập không giống nhau đối với phân bố ứng suất đập không giống nhau. Bố trí khe biên hiển nhiên mức độ ứng suất kéo đập giảm thấp, do tác dụng của khe biên, ứng suất kéo chính ở giữa và dưới thượng lưu đập giảm thấp rõ ràng, mức độ ứng suất kéo đầu vòm thượng lưu cũng giảm thấp rõ ràng, nhưng ứng suất nén ở bộ phận giữa dầm vòm mặt đập thượng lưu với đầu vòm mặt đập hạ lưu tăng lớn rõ ràng, sau khi bố trí khe dẫn ứng suất kéo chính mặt đập hạ lưu có nơi tăng, còn ứng suất kéo chính vòm ngang đáy cũng lớn hơn ứng suất kéo chính tình trạng không khe.
Hình thức phân khe đập không giống nhau, đập sau khi chịu lực biến vị không giống nhau, tùy tăng khe, khe tăng cường mềm yếu độ cứng tổng thể của đập, tính tổng thể của đập biến yếu, từ đó mà mức độ chuyển vị của đập tăng lớn. Trong năm loại phương án, phương án bố trí khe giải phóng ứng suất biên có độ cứng tổng thể của đập là nhỏ nhất, chuyển vị lớn nhất, tiếp theo là phương án 5, phương án 4 và phương án 3, phương án không bố trí khe có độ cứng tổng thể lớn nhất, chuyển vị là nhỏ nhất.
Hình thức phân khe đập không giống nhau, hình thái phá hoại vượt tải với vị trí nứt đập không giống nhau. Phương án không bố trí khe, do tính tổng thể đập tốt, có khả năng phát huy đầy đủ ưu điểm năng lực vượt tải cao, hệ số vượt tải lớn. Nhưng tính ngẫu nhiên phá hoại của nó khá lớn, dự báo quan trắc vị trí vết nứt tương đối khó khăn. Phương án có khe biên cho dù mức độ ứng suất kéo khá thấp, nhưng cục bộ nơi đầu vòm với khe tiếp xúc lại có hiện tượng tập trung ứng suất, có yêu cầu cần phải tăng độ dày cục bộ, đồng thời do độ cứng tổng thể của nó khá nhỏ đối với ổn định đập không có lợi mà còn trong thiết kế với thi công khe giải phóng ứng suất biên vẫn tồn tại một vài vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp. Phương án ba khe dẫn và phương án bốn khe dẫn giải quyết khá tốt vấn đề khe nhiệt độ, làm vị trí dự định phát sinh nứt. Khi đổ bê tông trong thời tiết nhiệt độ cao, ứng suất kéo và phạm vi phân bố ứng suất kéo tăng lớn, chỉ dựa vào khe dẫn khó có thể khống chế nứt đập, cần phải bố trí khe ngang trong đập (phương án 5).
Từ năm loại phương án phân khe có thể thấy rằng, phương án 1 độ cứng tổng thể tốt, hệ số vượt tải lớn nhưng tính ngẫu nhiên phá hoại lớn. Phương án 2 do có khe biên nên độ cứng tổng thể kém, không có lợi đối với ổn định đập. Phương án 3 và 4 bố trí khe dẫn có khả năng làm đại bộ phận nứt phát sinh ở vị trí khe dẫn nhưng khi thi công trong thời tiết nhiệt độ cao vẫn không khống chế tốt nứt đập. Trong trường hợp này phương án 5 là ưu việt hơn cả. 
2.2. Kết cấu khe đập vòm
Kết cấu khe đập vòm bê tông đầm lăn cao, bất luận là khe dẫn hay là khe ngang nên sử dụng bản ngang thành khe bê tông chế tạo trước[6]. Bản ngang được chế tạo trước ở bên ngoài với đầy đủ lỗ đường ống, rãnh chốt… để vừa có thể đảm bảo tác dụng của khe lại có thể bảo đảm đầm nén trên toàn bộ mặt bề mặt, thực hiện lên đều liên tục, hạn chế ở mức thấp nhất ảnh hưởng đến quá trình thi công. Đặc điểm của kỹ thuật thành khe bản ngang hình thức bê tông trọng lực chế tạo trước là[7]: Việc đầu tiên chế tạo trước bản ngang thành khe bê tông ở ngoài hiện trường, khi thi công sẽ định vị lắp đặt nó, sau đó tiến hành thao tác đầm nén; thứ hai là thiết kế mặt cắt bản ngang là hình thức trọng lực, mặt khe là mặt đứng, lắp đặt phun vữa với đường ống thoát khí, rãnh chốt; mặt lưng của khe là mặt nghiêng thêm bản chân, bố trí kết cấu hình răng để đảm bảo liên kết chặt chẽ với bê tông đầm lăn; thứ ba là kích thước của bản ngang nên lấy theo năng lực vận chuyển tại hiện trường thi công, thông thường bản ngang dài 1.0m, chiều cao 0.25 ~ 0.30m (cần phải là một tầng đầm nén), bề rộng đáy (thêm bản chân) 0.25 ~ 0.35m, lấy thích ứng với lắp ráp tốc độ nhanh tại hiện trường; thứ tư là trên bản chân bố trí lỗ chốt cố định bảo đảm chắc chắn khi lắp ráp hiện trường với thi công đầm nén định vị chính xác.
Tác giả CHEN Qiu-hua[7] cho rằng hình thức khe co giãn đập vòm bê tông đầm lăn nên là khe ngang vì khi thi công khe dẫn của đập vòm đại bộ phận đã bị kéo nứt, trên thực tế biến thành khe ngang. Do vậy khi thiết kế trực tiếp dựa vào khe ngang để suy xét.
2.2.1.  Kết cấu khe dẫn
Kết cấu khe dẫn sử dụng bản ngang hình thức bê tông trọng lực chế tạo trước lắp ráp thành, bản ngang dài 1.0m, cao 0.3m. Mỗi đôi bản ngang được đặt đối tiếp nhau, trên mặt khe có hai hướng gián đoạn, dài khe và khoảng cách bố trí không bằng nhau, tức là dài khe theo hướng kính ngang là 1.0m, khoảng cách 0.5m, dài khe theo hướng cao trình là 0.3m, khoảng cách 0.6m (tức là hai lớp đầm nén 0.3m) thiết kế một khe dẫn gián đoạn. Khi thi công bê tông đầm lăn, tầng đầm nén thiết kế 0.3m, độ cao vùng phun vữa là 6.0m. Trong mỗi vùng phun vữa đều bố trí thiết bị phun vữa, hình thành một vùng tự đóng kín. Trong mỗi vùng phun vữa đều đã bố trí hệ thống phun vữa lặp lại, khe dẫn sử dụng ba đường ống phun vữa độc lập (xem hình 2).

Hình 2 Bố trí và kết cấu khe dẫn đập vòm

2.2.2.  Kết cấu khe ngang
Kết cấu khe ngang sử dụng gần giống với bản ngang hình thức bê tông trọng lực chế tạo trước của khe dẫn hình thành mặt khe, lấy phương thức bố trí gián đoạn cải tiến thành bố trí thông suốt toàn mặt khe, hình thành khe ngang. Bản ngang dài 1.0m, cao 0.3m. Bản ngang có hai loại: một loại thích ứng dùng chôn đường ống phun vữa; một loại khác bố trí rãnh hình vòng cung. Trên mặt khe, mỗi một tầng đầm nén tăng lên bố trí một cấp bản ngang, mỗi độ cao 6.0m bố trí một vùng phun vữa. Trong vùng phun vữa đã bố trí một hệ thống phun vữa lặp lại, sử dụng hai đường ống phun vữa độc lập (xem hình 3).

Hình 3 Bố trí và kết cấu khe ngang đập vòm

2.2.3. Kết cấu miệng khe
Kết cấu miệng khe dẫn hoặc khe ngang mặt thượng lưu được cho ở hình 4. Sau khi lắp đặt miệng khe, điều kiện mở mặt cắt khe có thay đổi rất lớn, có thể phòng ngừa dịch chuyển khe nứt qua tấm ngăn nước và tấm ngăn vữa. Đối với khe dẫn mà nói, quy luật cơ bản là: cường độ khe dẫn càng thấp, phạm vi tác dụng hữu hiệu của nó càng lớn.

Hình 4 Bố trí và kết cấu miệng khe

3. KẾT LUẬN
Thông qua thí nghiệm phá hoại mô hình kết cấu chỉnh thể với tính toán phần tử hữu hạn để nghiên cứu ảnh hưởng của hình thức phân khe không giống nhau đối với ứng suất, chuyển vị và hình thái phá hoại đập. Từ năm loại phương án phân khe có thể thấy rằng, phương án 1 độ cứng tổng thể tốt, hệ số vượt tải lớn nhưng tính ngẫu nhiên phá hoại lớn. Phương án 2 do có khe biên nên độ cứng tổng thể kém, không có lợi đối với ổn định đập. Phương án 3 và 4 bố trí khe dẫn có khả năng làm đại bộ phận nứt phát sinh ở vị trí khe dẫn nhưng khi thi công trong thời tiết nhiệt độ cao vẫn không khống chế tốt nứt đập. Trong trường hợp này cần phải bố trí thêm khe ngang.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] LIU Hai-cheng, WEI Tian-qin, WU Zhi-min, SONG Yu-pu. Development and prospect og roller compacted concrete arch dam. Yangtze River, 2004, Vol.35 No.12: 29~31.
[2] LI Chun-min, LI Yu-lin. Technology of RCC Arch Dams in China. Water Resources and Hydropower Engineering, 2001, Vol.32 No.11: 7~8.
[3] LIU Xiao-qiang, ZHANG Lin, CHEN Jian-ye, LIU Lin-guang. Test & Study os Structural Properties of High RCC Arch Dam with Diffirent Joint Formations. Design Hydropower, 2003, Vol.19 No.4: 32~35.
[4] CHEN Gang, JIANG Qi-sheng, ZHANG Lin, HE Jiang-da. Study and Joint Type of the High RCC Arch Dam. Journal of Sichuan University, 2000, Vol.32 No.6: 15~19.
[5] CHEN Yuan, ZHANG Lin, ZHOU Kun, HU Cheng-qiu. Study on Joint Types and Destructive Mechanism of High RCC Arch Dam. Shuili Xuebao, 2005, Vol.36 No.5, 519~524.
[6] CHEN Qiu-hua. Kỹ thuật mới thành khe đập vòm bê tông đầm lăn. Phát điện thủy lực, 2002, No.1, 23~26.
[7] CHEN Qiu-hua. Phương pháp mới thiết kế đập vòm cao bê tông đầm lăn. Phát điện thủy lực, 2002, No.7, 21~23.


Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

Danh mục

%d bloggers like this: