Chuyên đề 8 : Khoan phụt xử lý nền đập bê tông đầm lăn Định Bình

Bộ NN & PTNT đã phê duyệt biện pháp xử lý nền bằng khoan phụt gia cố nền đá phong hoá dưới bê tông móng đập, nhằm: Tạo màn chống thấm ở vùng đá nứt nẻ có lượng mất nước đơn vị q>0,03 l/p

Bé N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n

Tr−êng §¹i häc Thñy lîi

B¸O C¸O KÕT QU¶

NỘI DUNG

I Nhiệm vụ và yêu cầu khoan xử lý nền đập Định Bình

1-1 Giới thiệu công trình

1-2 Đánh giá điều kiện thấm của nền đập

I.3 Nhiệm vụ của công tác khoan phụt xử lý nền đập

I.4 Yêu cầu khoan phụt xử lý đập Định Bình

II Chỉ tiêu thiết kế khoan phụt xử lý nền đập

2-1 Cơ sở thiết kế xử lý chống thấm và gia cố nền

2-2 Các yêu cầu và chỉ tiêu thiết kế khoan phụt

2-4 Kết quả thực tế thi công khoan phụt

2-4-1 Công tác quản lý chất lượng

2-4-2 Những khó khăn và thuận lợi khi thi công

2-4-3 Các vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm

2-4-4 Những kết quả kiểm tra nghiệm thu cụ thể ở một số vị trí

2-4-5 Đánh giá kết quả xử lý

III Công tác khoan phụt xi măng xử lý nền một số đập cao khác

IV Thuận lợi, khó khăn và một sô kinh nghiệm thực tế

1- Thuận lợi và khó khăn của công tác khoan phụt xử lý nền

2 - Kết quả thực hiện

3 Một số kinh nghiệm rút ra từ thực tế

Tµi liÖu tham kh¶o

Phô lôc

I NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU KHOAN PHỤT XỬ LÝ NỀN ĐẬP ĐỊNH BÌNH

I.1 Giới thiệu công trình

Hồ chứa nước Định Bình thuộc xã Vĩnh Hảo, huyện Vĩnh Thạch, tỉnh Bình Định

Công trình hồ chứa nước Định Bình là công trình cấp II, được thiết kế là đập bê tông trọng lực đầm lăn (Roller Compacted Concrete – RCC) với phương án tràn mặt

và tràn xả đáy được đặt trên thân đập, chiều cao thân đập lớn nhất là 52,3 m và chiều dài toàn bộ thân đập là 571 m (kể cả phần tường ô 2 vai đập) Theo đồ án thiết kế, toàn bộ tầng phủ và các đới đá từ phong hoá hoàn toàn đến phong hoá vừa sẽ được bóc bỏ và phần thân đập bêtông dài 495 m sẽ được đặt trực tiếp trên nền đá granit phong hoá nhẹ, nứt nẻ, còn phần thân đập có kết cấu tường ô dài 97 m tại khu vực hai vai đập sẽ được đặt trên nền đá có mức độ phong hoá mạnh vừa Kết quả thí nghiệm ép nước trong các hố khoan khảo sát cho thấy đới đá có lượng mất nước đơn

vị q > 0,03l/phút/m có độ sâu lớn nhất tại khu vực lòng sông tới 30 m và khoảng 10 –

20 m ở hai vai đập tính từ đáy móng đập

I.2 Đánh giá điều kiện thấm của nền đập

Theo đồ án thiết kế, toàn bộ tầng phủ và các đới đá từ phong hoá hoàn toàn đến phong hoá vừa sẽ được bóc bỏ, đập được đặt trực tiếp trên nền đá granit phong hoá nhẹ (đới IIA theo tên gọi ở các công trình thuỷ điện của Tập đoàn điện lực Việt Nam

- EVN) Phần kết cấu tường ô ở 2 vai đập được đặt trên nền đá có mức độ phong hoá mạnh vừa

Kết quả thí nghiệm ép nước trong các hố khoan khảo sát cho thấy đới đá có lượng mất nước đơn vị q > 0,03l/phút.m (tương đương q>3Lu) có độ sâu (tính từ đáy móng đập) lớn nhất tới 30m tại khu vực lòng sông và (10 ÷ 20)m ở hai vai đập Ngoài ra, các khe nứt có thể bị mở rộng thêm do nổ mìn đào móng Bộ NN & PTNT

đã phê duyệt biện pháp xử lý nền bằng khoan phụt gia cố nền đá phong hoá dưới bê tông móng đập, nhằm: Tạo màn chống thấm ở vùng đá nứt nẻ có lượng mất nước đơn

vị q>0,03 l/ph.m ; Gia cố nền đá nứt nẻ ở dưới bê tông đáy đập để kết nối giữa đá nền và bê tông móng đập, tăng cường độ bền của đới đá phân bố trực tiếp ngay dưới nền đập; Khoan hệ thống lỗ thoát nước giảm áp lực đẩy nổi dưới nền đập

I.3 Nhiệm vụ của công tác khoan phụt xử lý nền đập

Do công trình đầu mối được đặt trên nền đá có mức độ phong hoá khác nhau, có tính nứt nẻ và độ bền cơ học thay đổi và sự tồn tại của các đới đá mềm yếu, đới đá bị

cà nát do ảnh hưởng của các hoạt động kiến tạo trong khu vực, các công tác khoan

phụt tạo màng chống thấm, khoan phụt gia cố nền đập và khoan các hố khoan tiêu nước nền đập là rất cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Tạo màng chống thấm ở dưới nền đập kéo dài đường thấm dưới nền nhằm hạn chế thấm trong đới đá nứt nẻ có q > 0,03 l/phút/m, đồng thời giảm bớt gradient thuỷ lực của dòng thấm lên công trình

- Khoan phụt gia cố nền đá phong hoá nhẹ nứt nẻ nằm dưới đáy bê tông đáy đập nhằm kết nối giữa đá nền đập và bê tông thân đập, tăng cường độ bền của đới đá phân bố ngay trực tiếp dưới nền đập, bảo đảm ổn định của công trình đưa vào khai thác sử dụng

- Khoan tạo hệ thống lỗ thoát nước nền đập nhằm giảm áp lực đẩy nổi của nước lên đáy đập

Công tác khoan phụt xử lý và khoan tiêu nước được thực hiện theo các bước sau: khoan phụt gia cố, khoan phụt tạo màng chống thấm, khoan các hố khoan tiêu nước

Mọi yêu cầu kỹ thuật khác đều được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn ngành

“Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá số 14 TCN 82 – 1995”

I.4 Yêu cầu khoan phụt xử lý đập Định Bình

Qua thực tế thi công ta thấy: đợt I và đợt II lượng vữa đi tương đối đúng theo thiết kế Đợt III: phụt phân đoạn từ dưới lên, lượng mất vữa tương đối nhỏ, dẫn đến nhiều đoạn không phải phụt cho nên khoan phụt xử lý nền đạt hiệu quả

b) Khoan phụt gia cố nền

Vị trí và qui mô công tác khoan phụt gia cố nền đập được căn cứ trên các điều kiện sau:

- Phạm vi phân bố tải trọng của công trình, qui mô của đập và các vị trí trọng yếu của từng đoạn đập

- Mức độ nứt nẻ của đá nền và phân bố của các đới nén ép

- Độ sâu đới phong hoá đá nứt nẻ

Các công tác khoan phụt gia cố được bố trí tập trung tại khu vực thượng hạ lưu dọc theo màng chống thấm nền đập trong phạm vi các đoạn đập bêtông, các đoạn tường ô 2 vai đập và ở khu vực chân đập, tại các vị trí nền đá bị cà ép

Các hố khoan phụt gia cố được khoan từ bề mặt bê tông M150 móng chân khay đập có chiều dày là 1,5m và các hố khoan phụt gia cố tại khu vực chân đập được khoan từ mặt bê tông

Mọi yêu cầu cho các hố khoan phụt gia cố như khoan tạo lỗ, rửa hố, ép nước tạo vữa phụt, áp lực phụt và nồng độ vữa… đều tương tự như đối với các hố khoan phụt tạo màng chống thấm

Về phương pháp phụt: chỉ tiến hành phụt 1 lần cho toàn bộ độ sâu khoan trong

đá nền và nút được đặt trong sát đáy bê tông móng đập

c) Khoan các hố khoan tiêu thoát nước thấm

Nhằm giảm áp lực đẩy ngược của dòng thấm lên đáy đập, đặc biệt là ở các khu

có chênh lệch áp lực nước lớn nhất Tại nền đập bê tông có bố trí các hố khoan tiêu nước sau:

- Các hố khoan tiêu nước được bố trí dọc theo dãy tiêu nước của hành lang công tác với khoảng cách giữa các hố là 3 m

- Các hố khoan được tạo 1 góc xiên về phía hạ lưu 12% so với trục thẳng đứng, đường kính hố khoan tiêu nước không nhỏ hơn 130mm

- Các hố khoan tiêu nước được tiến hành sau khi kết thúc công tác khoan phụt vữa tạo màng chống thấm và phụt gia cố nền đập

II- CHỈ TIÊU THIẾT KẾ KHOAN PHỤT XỬ LÝ NỀN

II.1 Cơ sở để thiết kế xử lý chống thấm và gia cố nền

− Các tài liệu địa chất nền công trình đã khảo sát trong các giai đoạn nghiên cứu khả thi và thiết kế kỹ thuật Từ các kết quả khảo sát địa chất công trình

và địa chất thuỷ văn vạch ra được ranh giới xử lý thấm, lấy giá trị q=0,03l/ph.m làm ranh giới đường xử lý thấm (Hình 1)

− Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá 14 TCN 82-1995 (có hiệu lực từ tháng 1 năm 1996)

− Qui trình xác định độ thấm của đá bằng phương pháp thí nghiệm ép nước vào hố khoan 14TCN 83-91 (có hiệu lực từ tháng 5 năm 1991)

− Quyết định phạm vi xử lý đối với nền có giá trị lượng mất nước đơn vị q>0,03 l/ph.m

II.2 Chỉ tiêu thiết kế khoan phụt

Tổng chiều dài phụt : 5235,20 m

Thí nghiệm ép nước kiểm tra: 40 đoạn

II.2.2 Gia cố nền đập

Vị trí và qui mô khoan phụt gia cố nền đập được căn cứ trên các điều kiện sau:

− Phạm vi phân bố tải trọng của công trình, qui mô của đập và các vị trí trọng yếu của từng đoạn đập

− Mức độ nứt nẻ của đá nền và phân bố của các đới cà ép

− Độ sâu đới phong hoá đá nứt nẻ

Khoan phụt gia cố ở thượng và hạ lưu màng chống thấm, trong phạm vi các đoạn đập bê tông, các đoạn tường ô 2 vai đập và ở khu vực chân đập, tại các vị trí nền đá bị cà ép Các hố khoan phụt gia cố được khoan từ bề mặt bê tông M15 móng đập có chiều dày 1,5m và các hố khoan phụt gia cố tại khu vực chân đập được khoan

từ mặt bê tông

Mọi yêu cầu cho các hố khoan phụt gia cố như khoan tạo lỗ, rửa hố, ép nước tạo vữa phụt, áp lực phụt và nồng độ vữa… đều tương tự như đối với các hố khoan phụt tạo màng chống thấm

Về phương pháp phụt, chỉ tiến hành phụt 1 lần cho toàn bộ độ sâu khoan trong

đá nền và nút được đặt trong sát đáy bê tông móng đập

Các hàng khoan gia cố được bố trí như sau:

− Phía thượng lưu màng chống thấm gồm 2 hàng C và D, hàng C cách hàng B 3m, hàng D cách hàng C 2m

II.2.3 Các hố khoan giảm áp

Nhằm giảm áp lực đẩy nổi ở đáy đập, đặc biệt là ở nơi có chênh lệch áp lực nước lớn, nền đập bê tông được bố trí các hố khoan giảm áp:

− Các hố khoan giảm áp được bố trí dọc theo rãnh tiêu nước của hành lang công tác với khoảng cách giữa các hố là 3 m

− Các hố khoan được tạo 1 góc xiên về phía hạ lưu 12% so với trục thẳng đứng, đường kính hố khoan tiêu nước không nhỏ hơn 130mm

− Các hố khoan giảm áp được tiến hành sau khi kết thúc công tác khoan phụt vữa tạo màng chống thấm và phụt gia cố nền đập

Hình 2 Ranh giới xử lý chống thầm nền đập Định Bình

II.3 Đánh giá về công tác thiết kế

Về cơ bản các thiết kế là hợp lý và phù hợp với các tiêu chuẩn của ngành về khoan phụt ép nước hiện hành Tuy nhiên, nếu liên hệ việc áp dụng điều kiện địa chất như công trình Định Bình với các công trình thuỷ điện đã làm cùng thời (thuyết minh

xử lý xuất bản tháng 9/2004) của ngành công nghiệp và các tiêu chuẩn của Trung Quốc thì chúng ta cũng cần rút ra một số bài học kinh nghiệm sau:

II.3.1 Về số hàng phụt

Theo qui phạm thiết kế đập bê tông trọng lực của Trung Quốc có hiệu lực từ tháng 7/2000 thì đối với đập cao dưới 100m có thể phụt 1 hàng (điều 10.4.7), chỉ với những đoạn có điều kiện địa chất yếu, nứt nẻ mạnh có thể phát sinh biến dạng thấm thì có thể sử dụng 2 hàng Đối với đập cao dưới 50m có thể phụt 1 hàng Hội nghị Đập lớn thế giới cũng khuyến cáo màng chống thấm chỉ nên phụt 1 hàng Do vậy, đối với đập Định Bình cao nhất chỉ mới 52,30m chỉ nên phụt chống thấm với 1 hàng

A là đủ

II.3.2 Về phạm vi xử lý chống thấm

Thiết kế xử lý chống thấm của đập Định Bình lấy tiêu chuẩn xử lý chống thấm cho các phạm vi có q > 0,03 l/ph.m Điều này quy phạm trên của Trung Quốc qui định ở điều 10.4.5 như sau:

− Đập cao trên 100m, cho phép q = (1÷3) Lu , tức (0,01÷0,03)l/ph.m

− Đập cao (50÷100)m, cho phép q = (3÷5) Lu , tức (0,03÷0,05)l/ph.m

− Đập cao dưới 50m, cho phép q = 5 Lu , tức 0,05l/ph.m

Đập Định Bình có thể cho phép q = (3÷5) Lu nhưng đã thiết kế q = 3Lu cho toàn màn chắn là quá an toàn

II.3.3 Về chọn nồng độ phụt

Thiết kế với nồng độ rất loãng là 12/1 cho những đoạn phụt có giá trị q = (0,05÷0,09)l/ph.m Điều này phù hợp với 14TCN 82-1995, tiêu chuẩn này dựa vào tiêu chuẩn 1984 của Liên xô cũ Phụt như vậy sẽ mất nhiều thời gian (nếu phụt đúng qui định) Theo qui phạm kỹ thuật thi công phụt vữa xi măng công trình thuỷ công của Trung Quốc SL 62-94 thì nồng độ phụt được tăng dần từ 5/1 đến 0,5/1 Còn theo tiêu chuẩn DL/T 5148-2001 (có hiệu lực từ tháng 2 năm 2002) của Trung Quốc thì đối với màng chống thấm cũng từ 5/1 đến 0,5/1 Riêng đối với phụt gia cố thì nồng

độ phụt từ 3/1 đến 0,5/1 thậm chí 2/1 đến 0,5/1

II.3.4 Áp lực phụt

Theo điều 4.3.3 của thuyết minh, áp lực phụt ở đoạn thứ 4 có Pmax=15atm Các

hố phụt từ A5 ÷ A13 và B7 ÷ B12 có 5 ÷ 8 đoạn ép Trong Bảng 1 không thấy có qui định Pmax là bao nhiêu cho đoạn ép thứ 8 ở một số hố

II.3.5 Điều kiện dừng phụt

Điều 4.3.6 của thuyết minh qui định “Phụt vữa cho một đoạn được coi là hoàn thành khi đạt được các điều kiện dưới đây:

− Ở áp lực thiết kế, lưu lượng vữa giảm xuống mức < 0,2 l/ph.m và kéo dài ít nhất 10 ÷15 phút

− Sau khi kết thúc phụt, áp lực đồng hồ cần lưu giữ cho đến khi vữa lắng đọng…”

Thời gian kéo dài 10 ÷ 15 phút là quá ít (tiêu chuẩn 14 TCN 82-1995 không qui định thời gian này) Theo điều kiện dừng phụt của SL 62-94, phải:

− Ở áp lực thiết kế lượng vữa tiêu hao không lớn hơn 1 l/ph (tương đương 0,2 l/ph/m), thời gian phụt liên tục không dưới 90 phút

− Suốt toàn bộ quá trình phụt vữa, thời gian phụt ở áp lực thiết kế không dưới

120 phút

Điều kiện dừng phụt của tiêu chuẩn DL/T 5148-2001 là ở áp lực thiết kế, lượng vữa tiêu hao không lớn hơn 1 l/ph (tương đương 0,2 l/ph.m) kéo dài liên tục trong 60 phút Đối với phụt gia cố thì kéo dài liên tục trong 30 phút

Thời gian qui định như trong thuyết minh của thiết kế là quá ngắn Về phụt vùng giữa bê tông đáy đập và nền chưa được thuyết minh lưu ý Trong các tiêu chuẩn nước ngoài chiều dài đoạn phụt này (chỗ tiếp xúc) thường không quá 2m và công tác kiểm tra các đoạn phụt đó đều phải đạt yêu cầu 100%

Hình 3 Mặt cắt dọc tuyến đập theo hàng A

Hình 4 Các mặt cắt thiết kế khoan phụt

II.4 Kết quả thực tế thi công khoan phụt

II.4.1 Công tác quản lý chất lượng

Các đơn vị thi công đã thực hiện khá nghiêm túc các yêu cầu kỹ thuật của đồ án thiết kế Suốt quá trình khoan phụt, các nhà thầu thi công đã thực hiện việc kiểm tra nghiệm thu theo đúng quy định tại Nghị định 209/2004/NĐ-CP Mọi yêu cầu kỹ thuật khác đều được thực hiện theo đúng Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá số 14 TCN 82 – 1995 Kiểm tra nghiệm thu của nhà thầu, kiểm tra và nghiệm thu của chủ đầu tư có đầy đủ các thành phần theo yêu cầu và đã đánh giá kết quả tốt

II.4.2 Những khó khăn và thuận lợi khi thi công

Quá trình khoan phụt xử lý nền có những khó khăn chính sau:

− Công tác thi công khoan phụt phụ thuộc vào tiến độ thi công nền bê tông phản áp, mặt bằng chia làm nhiều khoang và khoan phụt phải thực hiện theo qui trình kỹ thuật là khoan phụt từ phần lòng sông về vai đập nên khó khăn cho việc triển khai đồng thời nhiều máy móc thiết bị để thi công đại trà

− Quá trình khoan phụt có thời gian trúng vào mùa lũ nên việc tiêu nước rất khó khăn và tốn kém

− Nền đá gốc của công trình là cấp 8-10, muốn khoan được phải dùng toàn bộ mũi khoan kim cương xoay lấy nõn nên tiến độ thi công chậm, chi phí vật tư cao

− Có nhiều khoang rất lớn (khoang 10, 11, 12) việc thi công và di chuyển thiết

bị rất khó khăn

Những thuận lợi cơ bản:

− Nhà thầu thi công có nhiều kinh nghiệm khoan phụt xử lý nền tại các công trình như thuỷ điện Đa Mi, Iasoup, Buôn Joong, Sông Lòng Sông

− Các thiết bị khoan phụt có tính năng kỹ thuật cao, cán bộ kỹ thuật, công nhân có nhiều kinh nghiệm đảm bảo thi công theo đúng yêu cầu thiết kế

− Có sự theo dõi giám sát chặt chẽ của Chủ đầu tư, cơ quan thiết kế và các đơn

vị liên quan nên đã giải quyết kịp thời các phát sinh, xử lý ngay tại hiện trường các vấn đề kỹ thuật giúp nhà thầu thi công tiết kiệm được thời gian

và đáp ứng đúng tiến độ

II.4.3 Các vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm

Thứ tự khoan phụt các hàng và các hố được tiến hành trên cơ sở tiến độ thi công các hạng mục công trình Trong cùng 1 hàng, phụt các hố tại khu vực lòng sông trước rồi tiến dần về 2 phía vai đập theo 3 đợt khác nhau: đợt I, đợt II, đợt III và phụt theo phương pháp tuần hoàn Các hố phụt đợt I và đợt II được tiến hành phụt phân đoạn từ trên xuống, các hố phụt từ đợt III thì phụt từ dưới lên

Qua thực tế thi công ta thấy đợt I và đợt II lượng vữa đi tương đối đúng theo thiết kế Đợt III được phụt phân đoạn từ dưới lên, lượng ăn vữa tương đối nhỏ, nhiều đoạn không phải phụt do nền tốt

Công tác an toàn lao động được đảm bảo tuyệt đối

Thời kỳ đầu của công tác khoan phụt đã có một số vấn đề sai sót về kỹ thuật và

Tuy đã được khắc phục như vậy nhưng vẫn còn một số đoạn do chạy theo lợi nhuận nên vẫn tiến hành phụt ở những đoạn địa chất tốt Như các hố phụt gia cố ở hàng C (C3, C2 nồng độ bắt đầu và kết thúc là 10/1 và C4 là 8/1) Với nồng độ vữa phụt kết thúc như vậy chắc chắn không có tác dụng gì về gia cố nền móng Mặc dù

có những bất hợp lý như vậy mà kết quả kiểm tra vẫn được đánh giá là tốt Điều này