Công nghệ xây dựng công trình thủy lợi thủy điện phần 2

Chương KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM Nền cơng trình xây dựng nói chung cần xử lý khơng đáp ứng yêu cầu khả chịu lực, khả chống thấm tính bền vững cho cơng trình xây dựng Tùy theo mục đích xây dựng móng cơng trình, cơng nghệ xử lý ngày phát triển đa dạng toàn diện Với nội dung chưong này, tập trang vào cơng nghệ xử lý phổ biến cho cơng trình thủy lợi thủy điện Đó cơng nghệ khoan chống thấm cho đất, đá Đối với công nghệ xử lý cọc bê tông đúc sẵn, cọc cừ thép cọc cừ bê tông, xử lý bấc thấm bấc thấm kết hợp hút chân không, cọc cát, tường hào bentonite, công nghệ cọc xi măng đất (hay jet-grouting) không đề cập nội dung chưong 5.1 KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO NÈN ĐÁ Phưong pháp khoan xi măng vào đá nứt nẻ ứng dụng rộng rãi thỏa mãn u cầu cố kết yêu cầu phòng thấm Xử lý phưong pháp có ưu điểm sau đây: - Làm gia tăng khả chịu lực nền, đảm bảo ổn định cơng trình chịu tải trọng lớn; - Tạo màng chống thấm cơng trình; - Gia cường mặt tiếp giáp móng để chống thấm, chống trượt 5.1.1 Thiết kế khoan xi măng đá 5.1.1.1 Cơ sở thiết kế khoan - Điều kiện địa chất yêu cầu gia cố chống thấm; - Các yêu cầu kỹ thuật thiết kế xử lý dựa sở Tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn ngành Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn ban hành: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9137:2012 - Tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép [18], Tiêu chuẩn TCVN 8645 - 2011 - Khoan xi màng vào đá [19]; 98 - Các biện pháp xử lý cục vị trí đới đá bị phá huỷ, cà nát, đới niềm yếu đập đưa phải phù hợp với điều kiện địa chất cơng trình Ị^hu vực đập, đáp ứng yêu cầu thiết kế thực theo Tiêu chuẩn TCVN 8645 - 2011 - Khoan xi măng vào đá [19] Trên sở tài liệu khảo sát địa chất đập, công tác khoan xi măng tạo chống thấm phải thực toàn tuyến đập khu vực có hệ số thấm lớn giới hạn cho phép Nội dung công tác thiết kế khoan tạo chống thấm bao gồm xác định thông số: vị trí, chiều dài, chiều dày, chiều sâu chống thấm để đảm bảo ổn định thấm chịu lực cho cơng trình 5.1.1.2 Vị trí khoan chống thấm Vị trí màng chống thấm theo vị trí phận chống thấm điều kiện địa chất đế định Với kết cấu phận chống thấm đập hồ chứa nước Bản Mồng, vị trí chống thấm chọn mép đầu chân đập bố trí dọc theo đáy móng chân khay tim đập Phạm vi khoan tồn đập đập tràn 5.1.1.3 Chiều dài khoan chong thấm Căn vào địa chất đập, để đảm bảo cho liên tục thống chống thấm Phạm vi xử lý chống thấm đập tiến hành toàn chiều dài tuyến đập Khoan tạo màng chống thấm toàn phần khu vực đập gồm đá từ phong hoá vừa đến đá tươi Mật độ chiều sâu khoan xác định theo mức độ nứt nẻ đá gốc tiêu chuẩn thiết kế hành 5.I.I.4 Chiều sâu khoan chong thấm Theo tiêu chuẩn ngành thủy lợi 14TCN56-1988 - Thiết kê đập bê tông [20] TCVN9137:2012-Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [18], chiều sâu màng chống thấm khoan phải đạt đến vị trí đá có lượng nước (như bảng 5.1 [20], [18]) cộng thêm 5m độ sâu khoan không nhỏ 1/3 H (H chiều cao cột nước vị trí tương ứng), độ sâu khoan thường từ 0,3 -4- 0,7H Hàng thượng lưu có chiều sâu 1/2 hàng khoan (hạ lưu) Trong trường hợp không xác định đường ranh giới q (Z/ph) thấm lớn sâu tổng chiều dài khoan lớn không vượt 1H (H đầu nước điểm xử lý thấm) Điều kiện 99 sở để xác định chiều sâu khoan chống thấm vài khu vực tuyến đập có đới phá hủy sâu Bảng 5.1: Yêu cầu thiết kế chống thấm đá đập bê tơng Tính thấm nước thân chong thấm Chiều cao đập H(m) Lưu lượng thấm đơn vị không lớn q (l/ph.m.m) Hệ số thẩm không lớn (cm/s) Lớn 100 0,01 1.10’5 30 Từ 60 đến 100 0,03 6.10'5 20 Nhỏ 60 0,05 1.10-4 15 Jcp Ghi chú: q - lượng nước đơn vị: lưu lượng tiêu hao phút ỉm dài hố khoan thi nghiệm áp lực Im cột nước (l/ph.m.m) Trong so tài liệu sử dụng đơn vị Lu (Lugeon) lưu lượng tiêu hao phút Im dài ho khoan thí nghiệm áp lực 100m cột nước Hay (Lu) = 0,01 (l/ph.m.m) Căn theo điều kiện tiến hành vạch ranh giới đường đáy chống thấm cho tuyến đập Tại số vị trí tuyến đập, vào điều kiện địa chất cơng trình thực tế, đảm bảo tính thống liên tục chống thấm nên đường đáy chống thấm số đoạn dao động có bước nhảy 5.1.1.5 Chiều dày khoan chong thấm Trong Tiêu chuẩn TCVN9137:2012 - Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [18], không đề cập đến chiều dày chống thấm đá Tuy nhiên đập đất tiêu chuẩn TCVN 8216-2009 Điều 7.2.2.10 lại quy định chiều dày khoan [21], Theo Điều 7.2.2.10 TCVN 8216-2009, gradien thủy lực vữa xi măng đá điều kiện địa chất bình thường lấy theo trị số sau đây: Chiều dày T(m) Gradien thủy lực cho phép Jcp 2 25 Độ dày xác định theo Điều 5.2.9 Quy phạm thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén SDJ 218-84 Trung Quốc, sau: [22] - Đối với lỗ khoan đơn T = (0,7 -ỉ- 0,8)A; 100 - Đối với lỗ nhiều hàng: T = Bb + (0,6 -ỉ- 0,7) A; đó: A - khoảng cách lỗ; Bb - khoảng cách hai hàng biên Theo Điều 10.4.7 Quy phạm DL5108-1999, cự ly lỗ khoan chống thấm từ 1,5 + 3,Om, khoảng cách hàng nhỏ cự ly lỗ khoan hàng đôi chút [23], 5.1.2 Các phương pháp khoan xi măng đá Căn vào đặc điểm vận động vữa ta chia hai phương pháp vữa chiều vữa tuần hồn Căn vào trình tự lại chia bốn phương pháp lần, từ xuống, từ lên hồn họp 5.I.2.I Phụt vữa chiều Phụt vữa chiều trình vữa chiều từ máy trộn qua hệ thống máy bơm ống dẫn đến khe nứt (hình 5.1) Phương pháp có đặc điểm thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng, lưu tốc thường nhỏ nên thường dùng với lỗ khoan nông, đá nứt nẻ lớn - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng - Nhược điểm: Lưu tốc vữa nhỏ, vữa dễ bị lắng đóng làm cho hệ thống dễ bị tắc - Phạm vi ứng dụng: Dùng cho lỗ khoan nông, khe nứt lớn, lượng ăn vữa lớn Hình 5.1: Phụt vữa chiều 101 5.I.2.2 Phụt vữa tuân hoàn Phụt vữa tuần hoàn trình phụt, phần vữa vào khe nứt phần khác theo ống dẫn thùng trộn (hình 5.2) - ưu điểm: Bảo đảm tính lưu động vữa trình cỊ^ lượng vữa cao, tránh lắng đọng - Nhược điểm: Thiết bị phức tạp - Phạm vi ứng dụng: Dùng cho lỗ khoan sâu, nứt nẻ nhỏ 5.1.2.3 Phụt vữa lần Phụt vữa lần lần hết toàn chiều sâu lỗ khoan - Ưu điểm: Quá trình vữa thao tác đơn giản, dễ dàng, tốc độ thi công nhanh - Nhược điểm: Khơng thể tùy tính chất nứt nẻ đoạn mà dùng áp lực thích hợp nên hiệu chất lượng vữa không tốt - Phạm vi ứng dụng: Thích họp với lỗ khoan sâu 15m nứt nẻ 5.1.2.4 Phụt từ xuống Phụt vữa từ xuống tiến hành khoan đoạn từ xuống dưới: Đầu tiên khoan đoạn sâu 2,5^-5m, tiếp ép nước xói rửa thí nghiệm vữa Sau vữa 2-^3 cần xói rửa vữa lỗ (nếu để lâu vữa đơng kết phải khoan lại) Sau vữa, đoạn đông kết đạt cường độ yêu cầu lại tiếp tục khoan lỗ, ép nước vữa đoạn dưới, đạt độ sâu yêu cầu - Ưu điểm: Khi đoạn đoạn vữa đạt cường độ cao, có thê dùng áp lực lớn - 102 Nhược điểm: Thi công phiền phức, chậm trễ giá thành cao si 2.5 Phụt từ lên Nôi dung phương pháp vữa đoạn từ lên là: Khoan lỗ đến sâu thiết kế, sau chia đoạn từ lên Ưu điểm: Thi cơng đơn giản, nhanh chóng Nhược điểm: Hiệu kém, gặp đá nứt nẻ nhiều gây tình trạng trơi vữa ngoài, lỗ khoan bị sập v.v - Phạm vi ứng dụng: Dùng nứt nẻ 5.1.2.6 Phụt vữa hỗn hợp Phut vữa hỗn hợp thức chất kết hợp hai phương pháp từ xuống từ lên Đối với đá, thường phần nứt nẻ nhiều dùng phương pháp từ xuống, xuống sâu, nứt nẻ từ lên 5.1.3 Thi cơng khoan xi măng đá 5.1.3.1 Chọn loại xi măng vật liệu pha trộn Xi măng dùng vữa cần đạt yêu cầu sau đây: - Xi măng Pooclăng có số hiệu từ 300 trở lên, thường hay dùng số hiệu 400 - Hạt phải nhỏ để vữa sâu vào khe nứt, phạm vi ảnh hưởng vữa lớn Mức độ nhỏ quy định sau: khối lượng xi măng lọt qua mắt sàng 90gm không nhỏ khối lượng xi măng cần dùng (TCVN 4030 : 2003 - Xi măng - Phương pháp xác định độ mịn) [24] - Xi măng bảo quản điều kiện khô ráo, tránh ẩm ướt, vón cục - Trường hợp lượng nước đơn vị lớn, lưu tốc nước ngầm vượt 80m/ngày đêm phải dùng loại xi măng đông kết nhanh để tránh tiêu hao nhiều xi măng, pha trộn thêm clorua canxi để đông kết nhanh với tỷ lệ 4-^-7% khối lượng xi măng Đe tiết kiệm xi măng pha trộn thêm vật liệu khác như: cát nghiền, bụi xỉ than với đường kính hạt phải nhỏ (d = 0,lH),5mm) với khối lượng khoảng 50% khối lượng xi măng Đe tăng tính lưu động vữa, đạt hiệu tốt pha trộn thêm phụ gia hoạt tính thủy tinh lỏng, chất hóa dẻo v.v 103 5.1.3.2 Chọn tỷ lệ N/X (nước/xỉmăng) Bảng 5.2 Tỷ lệ N/X ứng vói lượng nước đơn vị 1 ị 1 : 1JU ĩ:.1 ~ ơs >5 -H — 00 1+5 0,5+1 12^8 : 0,2+0,5 •1- N X 0,005+0,09 0,09-0,2 m Lượng nước đơn vị q (l/ph) Ghi chú: Theo TCVN 8645 - 2011 Khoan xi măng vào đá [19], Ngoài cần ý đặc điểm sau đây: - Trong trình vữa, nồng độ vữa nên thay đổi theo nguyên tắc từ loãng tới đặc dần - Neu độ rỗng lớn nên chọn N/X nhỏ, nghĩa vữa đặc xi măng có cường độ cao Ngược lại, độ rỗng nhỏ ta dùng xi măng có số hiệu cao pha trộn thêm lượng phụ gia dùng xi măng mác thấp độ nhỏ xi măng không đạt yêu cầu 5.1.3.3 Chọn áp lực vữa Như nói áp lực lớn vữa xa ngược lại, ngun tắc mà nói, sở đảm bảo khơng phá hoại kết cấu tầng đá lóp bê tơng phản áp (nếu có) dùng áp lực lớn tốt Áp lực vữa lớn cho phép p xác định sau (Giáo trình thi cơng Cơng trình thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi, NXB Xây dựng 2004) [2]: P=ĩoỴhK+ĩoỴ'h'K’ (5-1) đó: p - áp lực cho phép không gây phá hoại bệ phản áp (kG/cm2); Y, ỵ' - khối lượng riêng đá bê tông (T/m3); h - chiều dày tầng đá vữa đến mặt (m); h'- chiều dày bệ phản áp bê tơng (hoặc cơng trình bê tơng) mặt (m); K - hệ số biểu thị dính kết đá, thường K = 2-H3; K'- hệ số biểu thị dính kết bê tơng hay đá xây mặt nền, thường K'=R2 Theo TCVN 8645 : 2011 - Cơng trình thủy lợi - u cầu kỹ thuật khoan xi măng vào đá [19]: 104 Áp lực phụtvữa xi mănể lớn ch° phép Pcp không gây đứt đoạn thủy lực *> ■ vơi nham thạch (ứng với lưu lượng vữa cho phép) phải xác định gần Xể theo công thức sau: Pcp = P0 + P.Z (5.2) đó: p p - áp lực vữa xi măng lớn cho phép, MPa; p0 - áp lực cho phép đoạn khoan lỗ khoan, MPa; p - mức độ tăng áp lực cho phép đơn vị, tức độ tăng áp lực cho phép cho Im kể từ đoạn tới bề mặt lộ thiên đá, MPa/m; z - chiều sâu kể từ đỉnh đoạn xi măng tới bề mặt lộ thiên đá, m Các trị số po p tuỳ thuộc vào mức độ biển dạng nứt nẻ nham thạch tham khảo bảng 5.3 [19], Bảng 5.3: Các trị số po p Po (MPa) p (MPa/m) Đá biến dạng 0,3 4- 0,5 0,2 4- 0,5 Đá biến dạng trung bình 0,2 4- 0,3 0,1 4-0,2 Đá biến dạng mạnh 0,1 4-0,2 0,05-0,1 Nửa đá biến dạng 0,05 Mức độ biên dạng đá Nửa đá cứng biến dạng mạnh 0,1 0,025 4- 0,05 0,015-0,025 Khi độ nứt nẻ trung bình phải lấy trị số giới hạn cao po p Trường hợp gia tải vùng xi măng nham thạch có thành phần trạng thái khác so với đoạn xi măng, phải chọn trị số p ứng với tính chất nham thạch gia tải Các trị số gần áp lực cho phép Pcp xác định phải xác hố theo kết xi măng thử nghiệm - thi công, thi công, điều kiện thực địa 5.1.3.4 Chọn thiết bị vữa Khi chọn thiết bị vữa dựa vào nguyên tắc sau đây: - Máy bơm phải đảm bảo cung cấp áp lực lớn 1,5 áp lực vữa lớn mà thiết kế quy định đảm bảo vữa liên tục 105 - Tốt nên chọn động điện, trường hợp thiểu chọn động diezel loại 6-H2 mã lực - Ống dẫn vữa phải chịu áp lực 1,5 áp lực thiết kế - Các thiết bị vữa phải có số lượng dự trữ bố trí sẵn sàng để tránh gián đoạn lúc cố xảy 5.1.3.5 Khoan - Xác định vị trí lỗ khoan: Trước hết xác định tâm, tuyến mép biên cơng trình, sau dùng thước dây để đo định vị lỗ khoan theo kích thước thiết kế có cắm mốc đánh dấu - Khoan lỗ: Khi khoan lỗ sâu khoảng 10m nên dùng loại máy khoan dùng ép máy khoan điện Neu lỗ khoan sâu (15-rí20m) dùng máy khoan loại KAMZUB cỡ lớn Tại cơng trình khoan Thác Bà dùng hai loại máy khoan ép loại KC50 khoan đến độ sâu tối đa 12m, đường kính lỗ khoan 85mm; loại 1131 khoan sâu đến 50m có đường kính 105mm Kích thước mũi khoan phải thích ứng với nút vữa cố gắng dùng mũi khoan cỡ nhỏ khoan nhanh, chi phí khoan ít, vữa vận động nhanh lắng đọng Phải đặc biệt ý đảm bảo phương lỗ khoan với yêu cầu thiết kế - Xói rửa lỗ khoan khe nứt: Trong trình khoan lỗ phần lớn đất đá bị ngồi, cịn phận nhỏ bột đá, tạp chất nhỏ bám vào thành đáy lỗ khoan, chí chui vào khe nứt, làm ảnh hưởng đến vữa không rửa Đối với lỗ khoan nơng dùng ống sắt cắm vào lỗ đến đáy phun nước cao áp nước trào ngồi khơng cịn vẩn đục ngừng Thường từ 2-M Trường hợp lỗ khoan sâu lỗ mắc kẹt nhiều tạp chất chất có the dùng cách ép ép nước kết họp để rửa Áp lực nước khí nén để rửa khơng nên q lớn để tránh tình trạng làm khe nứt phát triển Thơng thường áp lực xói rửa không 7CH~80% áp lực vữa cho phép - Ép nước thí nghiệm: 106 Mục đích ép nước thí nghiệm để độ thẩm thấu (biểu thị qua lượng nước đơn vị) làm sở cho thiết kế định chiều sâu lỗ khoan, lượng xi măng cần dùng bố trí lỗ khoan Trước vữa lại tiến hành ép nước thí nghiệm để tiến hành kiểm tra số liệu khảo sát đồng thời kiểm tra tình hình làm việc thiết bị vữa Sau vữa thời gian định lại ép nước thí nghiệm để kiểm tra hiệu vữa Lượng nước đơn vị xác định theo công thức sau đây: đó: Q - lưu lượng nước ép; q - lượng nước đơn vị: Lưu lượng tiêu hao phút Im dài hố khoan thí nghiệm áp lực Im cột nước (Z/ph.m.m) Áp lực ép nước thí nghiệm phải tiến hành từ nhỏ đến lớn, thường dùng 1-H3 kg/cm2 Khi áp lực ổn định cách 3-Ỉ-5 phút ghi lượng nước lần; lượng nước không thay đổi nhiều khoảng thời gian 30 phút ngừng thí nghiệm Cách 5-40 phút lại thí nghiệm lại, thấy lượng nước không sai lệch 20% lượng nước đợt trước dừng thí nghiệm Khi ép nước thí nghiệm nên tiến hành đoạn, đoạn khoảng 5m thích họp Đối với lỗ khoan sâu, thường dùng trị số áp lực khác từ nhỏ đến lớn để thí nghiệm, trị số áp lực đọc liền lần, thấy lượng nước khơng sai lệch q 10% thay đổi trị số khác Đối với lỗ khoan nông khơng thiết phải ép nước thí nghiệm mà tiến hành xói rửa lỗ khoan khe nứt - Phụt vữa: Khi ép nước thí nghiệm xong nên vữa xi măng ngay, lý chưa mà để q 24 phải tiến hành rửa lại 5.1.3.6 Những điều cần ỷ q trình thi cơng vữa - Phụt vữa phải tiến hành liên tục, không gián đoạn Muốn phải chuẩn bị đầy đủ vật liệu, thiết bị tiện nghi phục vụ điện, nước, ép v.v Trong trình vữa phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra, phát xử lý kịp thời vấn đề xảy Sau xong đoạn phải nước để rửa hệ thống thiết bị dẫn vữa, tránh tình trạng lắng đọng, ninh kết làm tắc thiết bị Trường họp bắt 107 u Ullg kiên cố) Đá macnơ chặt sít bình ó 2600 300 IV 0,7 BảngPLl (tiếp theo) 10 11 12 13 14 15 16 17 VI Đá phiến mềm, đá vôi mềm, đá phấn muối mỏ, Đá thạch cao Đất đóng băng, antraxit Đá mac-thơng mềm thường Cát kết bị huỷ hoại, cuội xi-măng hoá, đất lẫn đá cục 22002600 200150 IV IV 0,5 0,02 250 350 — - VI 1,501,65 0,50,55 Via Đất chứa dăm Đá phiến bị Đá phá hoại, cuội kết cứng, dăm Than đá cứng, đất sét mềm hoá cứng 1,5 - III - 0,25 - - — - V 1,40- - 1,60 0,470,53 VII Đá Sét (chặt sít) Than đá mềm, mềm đất bồi chặt, đất sét 1,5 20002200 - III VII 0,15 0,015 425 500 - - IV 1,201,50 0,400,50 Vila Đá Sét pha cát, sỏi mềm 0,8 18002000 - II VII - 0,010 550 600 — - III 0,901,30 0,300,43 0,6 16001800 - II VIII - - - - - - II 0,601,10 0,200,37 0,5 14001600 — I IX - — - — - — I 0,50-0,90 0,170,30 0,3 — — I — - - - — - - - - - Đá Đất chứa thực vật, than bùn VIII chứa Đá sét mềm yếu, cát ẩm đất IX X Đất Cát, đá đổ, sỏi nhỏ, đất đắp, đá rời than đào 233 Cát chẩy, đất đầm lầy, đất bột, (hoàng thổ) loại chảy đất khác bị hoá lỏng Đất 2200- 2400 234 Bảng PL3: Phân loại địa khối nham thạch theo mức độ nứt nẻ hàm lượng cục lớn Cấp nứt nẻ Mức độ nứt nẻ (phân khối) của địa khối nham thạch Khoảng cách Hàm lượng % địa khối trung bình khối nứt có kích thước vết Độ nứt nứt tự nhiên nẻ đơn vị (m) thuộc tất 300mm 700mm 1000mm hệ thống (m) Lượng hao thuốc đơn vị chuẩn (kg/m3) phụ thuộc hệ số độ cứng đá theo Protodiakonov (f) f=2-5 f=5-10 f= 10-20 I Nứt nẻ mạnh (bị phân thành khối nhỏ) 0,1 > 10 < 10 »0 Khơng có