75 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số công trình xử lý chống thấm nền bằng phương pháp khoan phụt vữa xi măng .... Kết quả dự kiến đạt được Nghiên cứu, nắm vững một cách sâu sắc các ph
Trang 1Xin cảm ơn Trường ĐHTL và các thầy cô Khoa Công trình đã đào tạo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện trường đã giúp
đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận văn
Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn PGS.TS Lê Văn Hùng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Quản lý đầu tư và xây dựng thủy lợi 4 –
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học và thực hiện luận văn
Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ động viên để tác giả hoàn thành luận văn này!
Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2012
Tác giả
Hoàng Trần Lâm
Trang 2Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “N ghiên cứu phương pháp khoan phụt
tôi
Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình
thức kỷ luật nào của Nhà trường
Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2012
Tác giả
Hoàng Trần Lâm
Trang 3MỞ ĐẦU …1
1 Tính cấp thiết của đề tài……….……1
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài……… 2
3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ……… …2
4 Kết quả dự kiến đạt đựơc……… ….2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 3
1.1 Tổng quan về ổn định nền công trình thuỷ lợi ……….….3
1.2 Các phương pháp gia cố chịu lực cho nền ……….…5
1.2.1.Nhóm làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 5
1.2.2.Nhóm làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 6
1.2.3.Nhóm gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 6
1.2.4.Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ 8
1.2.5.Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật 8
1.2.6.Nhóm gia cố nền bằng chất kết dính 8
1.2.7.Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 11
1.3 Các phương pháp gia cố chống thấm cho nền ……… … 11
1.3.1.Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ 11
1.3.2.Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa 13
1.3.3.Giải pháp chống thấm bằng tường hào bentonite 15
1.3.4.Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng 18
1.3.5.Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất 21
1.3.6.Các giải pháp kết hợp khác 25
1.4 Kết luận chương 1 ……….…26
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT XỬ LÍ NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 27
2.1 Xử lý nền đá nứt nẻ bằng khoan phụt xi măng ……… … …27
2.1.1.Chọn loại xi măng và vật liệu pha trộn 27
2.1.2.Chọn tỷ lệ N X (nước/ximăng) 28
2.1.3.Chọn thiết bị phụt vữa 28
2.1.4.Khoan phụt 28
2.1.5.Chọn áp lực phụt vữa 30
2.2 Các phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá ……… …… 31
2.2.1.Phụt vữa một chiều 31
2.2.2.Phụt vữa tuần hoàn 31
2.2.3.Phụt vữa một lần 32
2.2.4.Phụt từ trên xuống 32
2.2.5.Phụt từ dưới lên 33
2.2.6.Phụt vữa hỗn hợp 33
Trang 42.4 Kết luận chương 2 ……….41
CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NỀN ĐÁ NỨT NẺ BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT TUẦN HOÀN ÁP LỰC CAO 42
3.1 Công nghệ khoan phụt tuần hoàn áp lực cao ……… … 42
3.1.1.Vật liệu……… 42
3.1.2.Thiết bị……… … 43
3.1.3.Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao 45
3.1.4.Thành phần vữa xi măng 47
3.1.5.Thi công khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao 47
3.1.6.Tạo tầng phản áp 48
3.1.7.Định vị hố khoan 48
3.1.8.Công tác phân đoạn phụt 48
3.1.9.Công tác khoan tạo lỗ 49
3.1.10.Công tác rửa hố, đặt nút và ép nước thí nghiệm 49
3.1.11.Công tác phụt vữa xi măng 49
3.1.12.Lấp hố… 52
3.1.13.Công tác khoan kiểm tra 52
3.2 Giới thiêu phương án kỹ thuật xử lý nền công trình hồ chứa nứơc bản móng, tỉnh Nghệ An ……… ….53
3.2.1 Giới thiệu công trình 53
3.2.2 Các biện pháp xử lý nền công trình 59
3.3 Công tác khoan phụt tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình ………….….60
3.3.1.Nhiệm vụ công tác xử lý nền 60
3.3.2.Cơ sở lập đồ án thiết kế xử lý nền 60
3.3.3.Thiết kế khoan phụt 61
3.3.4.Thi công khoan phụt 63
3.3.5.Công tác khoan phụt thí nghiệm theo phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao……… 68
3.4 Kết luận chương 3 ……….…77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79
1 Kết luận đạt được ……….…79
2 Những tồn tại và hạn chế ……….……….… 79
3 Phương hướng tiếp tục nghiên cứu……… …81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
Trang 5Hình 1.2: Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng 14
Hình 1.3: Tường hào chống thấm bằng bentonite 15
Hình 1.4: Thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch bentonite hồ Dầu Tiếng 17
Hình 1.5: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng 18
Hình 1.6: Công nghệ đơn pha 22
Hình 1.7: Công nghệ hai pha 23
Hình 1.8: Công nghệ ba pha 23
Hình 1.9: Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm 24
Hình 2.1: Phụt vữa một chiều 31
Hình 2.2: Phụt vữa tuần hoàn 32
Hình 2.3:Ống chèn và ống manget dùng khi khoan phụt vữa đập đá đổ Hòa Bình (nguồn: Lê Đình Chung) 36
Hình 2.4:Ống manget và tampon dùng khi phụt vữa để đá hóa nền cát sỏi dày > 70m ở nền đập Hòa Bình (nguồn: Lê Đình Chung) 36
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các đợt phụt 64
Hình 3.2: Mặt bằng bố trí khoan phụt thí nghiệm khu vực 1 70
Hình 3.3: Mặt bằng bố trí khoan phụt thí nghiệm khu vực 2 71
Hình 3.4: Mặt bằng bố trí khoan phụt thí nghiệm khu vực 3 71
Hình 3.5: Mặt bằng bố trí khoan phụt thí nghiệm khu vực 4 72
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí thiết bị khoan phụt thí nghiệm và phân đoạn phụt 75
MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số công trình xử lý chống thấm nền bằng phương pháp khoan phụt vữa xi măng 19
Bảng 2.1: Tỷ lệ N X ứng với lượng mất nước đơn vị 28
Giới thiệu thông số màn phụt nền cát sỏi của các đập lớn trên thế giới 40
Bảng 3.1: Các trị số P o và P [2] 45
Bảng 3.2: Lưu lượng vữa lớn nhất cho phép 46
Bảng 3.3: Lưu lượng vữa nhỏ nhất cho phép 46
Bảng 3.4: Thành phần vữa xi măng chọn sơ bộ theo lượng mất nước đơn vị 47
Bảng 3.5: Áp lực phụt thiết kế dự kiến 65
Bảng 3.6: Lựa chọn tỷ lệ vữa phụt sét-xi măng-nước (S-XM-N) 66
Bảng 3.7: Lựa chọn tỷ lệ vữa phụt Sét-Nước-Xi măng-Phụ gia 66
Trang 6MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam có hệ thống công trình thủy lợi rất phong phú và đa dạng, trong đó các công trình đê, đập chiếm tỷ lệ lớn và phân bố không đồng đều theo vùng lãnh thổ Theo thống kê của Bộ NN&PTNT năm 2002 thì nước ta có khoảng 2360 con Sông có chiều dài trên 10km, trong đó có 9 hệ thống sông chính và có khoảng 1967
19 tỷ m3
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển mạnh mẽ của đất nước, nhiều công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi…được kiến thiết xây dựng Các công trình chủ yếu được xây dựng trên nền có địa chất và địa chất thủy văn phức tạp Trong đó có nhiều công trình được xây dựng trên nền đá yếu, nứt nẻ mạnh, nền có tầng cuội sỏi dày Khi gặp loại nền này, khả năng chống thấm cũng như sức chịu tải của nền kém dẫn đến nhiều sự cố khi đào móng và thi công công trình, làm tăng kinh phí thi công, tăng thời gian thi công, ảnh hưởng đến chất lượng công trình và an toàn lao động Việc nghiên cứu các giải pháp xử lý nền phù hợp, giúp cho việc hoàn thành công trình đúng yêu cầu về tiến độ, chất lượng, giảm chi phí xây dựng là rất cần thiết
xử lý nền mà trọng tâm là công nghệ và thiết bị khoan phụt xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền đá nứt nẻ
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài
khoan phụt;
khoan phụt tuần hoàn áp lực cao;
chứa nước Bản Mồng, Nghệ An
Trang 73 Các h tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1 Cách tiếp cận
bồi tích của các công trình thủy lợi thông qua lý thuyết, qui trình qui phạm;
tài liệu, thực tế thiết kế và thi công các công trình thủy lợi
3.2 Phương pháp nghiên cứu
thủy lợi
trình thủy lợi
4 Kết quả dự kiến đạt được
Nghiên cứu, nắm vững một cách sâu sắc các phương pháp khoan phụt gia cố
và xử lý chống thấm cho nền công trình thủy lợi trên nền đá nứt nẻ và nền bồi tích Phạm vi ứng dụng thích hợp của các phương pháp trên
Công nghệ và thiết bị khoan phụt xi măng xử lý nền đá nứt nẻ bằng phương pháp phụt tuần hoàn áp lực cao ứng dụng cho một công trình thủy lợi cụ thể
Trang 8CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI 1.1 Tổng quan về ổn định nền công trình thủy lợi
Đặc điểm địa chất chung của nền đập ở Việt Nam:
Theo đặc điểm địa tầng, có thể chia toàn bộ đất phân bố trên lãnh thổ theo các nguồn gốc khác nhau như sau:
- Đất Aluvi
Đất Aluvi còn có tên gọi là đất trầm tích Đất trầm tích có 2 loại là trầm tích sông và trầm tích biển Đất có nguồn gốc từ trầm tích sông được sử dụng khá phổ biến để đắp đập
Đất Aluvi cổ phân bố chủ yếu ở các thung lũng sông lớn, và Aluvi hiện đại bao gồm trầm tích lòng sông, bãi bồi và các bậc thềm Thường gặp là các đất sét, á sét phân bố trên các bậc thềm sông với chiều dày ít khi vượt quá 5m Ở điều kiện tự nhiên đất có dung trọng khô γc = 1,4 ÷ 1,6 T/m3, độ ẩm W= 20÷25%, trạng thái dẻo đến cứng Khi bão hòa nước, đất có các thông số chống cắt ϕ = 160 ÷ 200, C = 0,1÷ 0,4 kg/cm2, hệ số thấm K = 10-1÷ 10-5cm/s Loại đất này có hàm lượng sét 15÷35%,
có thể sử dụng đắp đập đồng chất hoặc lõi đập
Trong thực tế, đất Aluvi phát triển ở các bậc thềm sông suối miền núi rất hẹp, trữ lượng ít Phần lớn diện tích được canh tác, nên chỉ khai thác được một ít trong lòng hồ trước khi ngập nước
- Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan
Phụ thuộc độ tuổi hình thành và nguồn gốc thành tạo mà tính chất cơ lý của nó khác nhau Đất sườn tàn tích có hàm lượng laterit nhỏ, hàm lượng hạt sét nhiều thì khả năng chống thấm tốt, ngược lại hàm lượng dăm sạn nhiều thì dung trọng cao
- Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan trẻ (βQII-IV)
Do đá được hình thành muộn, thời gian chưa đủ để phong hóa triệt để thành đất Chiều dày lớp phong hóa thường nhỏ hơn 5m, gồm đất á sét, á sét màu nâu đỏ,
có chứa nhiều đá tảng đủ các loại kích thước và dăm sạn Tính theo trọng lượng đất chiếm tỷ lệ rất ít so với đá, do đó rất khó khai thác chúng để đắp đập
Trang 9- Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan cổ (βN2-Q1)
Loại đất này phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên và vùng Đông Nam Bộ, ở điều kiện tự nhiên đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô thấp, hệ số rỗng lớn, các chỉ tiêu cơ học (ϕ, C, E) thuộc loại trung bình Tính chất cơ lý của chúng thay đổi theo vị trí địa lý và địa hình Chiều dày tầng phong hóa 20 ÷ 30m, chia thành 3 lớp kể từ trên mặt xuống như sau:
* Lớp 1 (edQ): Đất sét - á sét màu nâu đỏ, hàm lượng kết vón laterit không đáng
kể (khoảng 5%) Độ ẩm thay đổi nhiều theo mùa mưa và mùa khô Ở đáy lớp 1 thông thường trên mặt cắt địa chất đều có lớp vón kết mảng (dạng đá ong) dày 1÷ 3m, rất cứng chắc Nhiều công trình thực tế đã sử dụng loại đất này để đắp đập rất tốt
* Lớp 2 (eQ): Đất sét - á sét màu loang lổ Hàm lượng kết vón laterit và dăm Bazan thay đổi trong phạm vị rộng, có chỗ đạt đến 60 ÷ 70% loại hạt có d >2mm (tính theo trọng lượng) Tùy từng nơi, các vón kết laterit có dạng tròn đặc sít hoặc méo mó sắc cạnh
* Lớp 3 (eQ): Đất sét và á sét màu tím gan gà, đốm trắng phớt các màu khác Lớp đất này có dung trọng khô thấp so với 2 lớp trên, vì vậy ít sử dụng nó để đắp vào những vị trí xung yếu của đập
- Đất trên nền đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết )
Đặc điểm của loại đất này là nếu được phân bố trên những vùng đồi thoải thì lớp trên mặt (lớp 1- edQ) có nhiều hàm lượng vón kết laterit, thuộc loại đất vụn khô, tính thấm nước lớn Nếu chúng được phân bố ở các sườn dốc thì hàm lượng vón kết không đáng kể Ở đáy lớp 1 thường có lớp mỏng hoặc thấu kính vón kết dạng mảng (dạng đá ong) với tính thấm lớn Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của loại đất trên nền đá trầm tích lục nguyên tương đối tốt, nhưng đất có tính trương nở thuộc loại trung bình đến mạnh
- Đất trên nền đá phun trào (đaxit, biolit, andnezit )
Chỉ tiêu cơ lý của loại đất này thuộc loại trung bình Do bề dày bé, nên thực tế chưa được sử dụng nhiều
- Đất trên nền đá biến chất (Gơnai)
Trang 10Tính chất cơ lý của loại đất này thay đổi trong phạm vi rộng Khi sử dụng chúng để đắp đập cần phân chia bãi vật liệu thành nhiều lớp để chọn lựa chỉ tiêu cơ
lý tương đối đồng nhất
- Đất trên nền đá xâm nhập sâu (Granit, Granodiorit)
Trong lớp (edQ) của đất này thường có đá tảng lăn, thậm chí có cả tảng lăn cỡ lớn Dung trọng khô thiên nhiên của đất thấp, tuy có cao hơn với đất Bazan Nhiều công trình đã sử dụng đất này để đắp đập Riêng lớp 3 của loại đất này thường là á cát
có chứa nhiều mica nên không thuận lợi cho việc đắp đập
- Đất bồi tích lòng suối (cuội, sỏi, lẫn đất sét )
Cấu trúc đất này thường gặp tại nơi có địa hình tích tụ (nơi các bãi bồi cát sỏi nhỏ, các bãi đá tảng lăn có bề dày và kích thước thay đổi theo mùa) Đặc trưng của địa tầng này từ trên xuống dưới như sau:
Bên trên là lớp phủ có nguồn gốc bồi tích (aQ) gồm: Cát hạt thô chứa nhiều cuội sỏi, bão hòa nước, kết cấu chặt Chiều dày của tầng phủ này từ 3÷4m Đây là lớp thấm rất mạnh Tiếp theo là các lớp á cát, á sét chứa dăm sạn đến hỗn hợp dăm sạn và các tảng lăn có kích thước tương đối lớn, nguồn gốc pha tàn tích (deQ), kết cấu chặt - đây là lớp thấm vừa, mạnh Tiếp đến là tảng lăn, tảng lăn á sét lẫn sạn sỏi, sỏi cát lẫn bụi sét
1.2 Các phương pháp gia cố chịu lực cho nền
1.2.1 Nhóm làm chặt đất trên mặt bằng cơ học
Là một trong những phương pháp cổ điển nhất, đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị cơ giới như xe lu, máy đầm, búa rung làm chặt đất Các yếu tố chính làm ảnh hưởng đến khả năng đầm chặt của đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độ của đất
ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất
Do được làm chặt, các chỉ tiêu về độ bền của đất tăng lên đáng kể, tính biến dạng và tính thấm giảm đi Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường giao thông, sân bay, các công trình thủy lợi và trong xây dựng dân
Trang 11dụng, công nghiệp Có một số phương pháp làm chặt đất bằng cơ học như sau:
1.2.2 Nhóm làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn
Khi đất cát hoặc đất đắp có chiều sâu phân bố lớn thường dùng phương pháp chấn động hoặc thủy chấn để nén chặt
- Nén chặt đất bằng chấn động
Để nén chặt đất cát ở dưới sâu người ta thường dùng các loại đầm chuỳ có tần
số 2900 ÷ 3000 vòng/phút Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qủa nén chặt đất là gia tốc chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi của đất
và bán kính máy chấn động Khi làm chặt đất cát ở độ sâu nhỏ hơn 3 m thì bán kính làm chặt có thể đạt 1,5 m Khi bán kính máy chấn động tăng thì gia tốc chấn động
và hệ số nén chặt chấn động cũng tăng lên
- Nén chặt đất bằng thủy chấn
Khi lớp cát cần nén chặt có chiều dày lớn thì người ta dùng phương pháp thủy chấn Bản chất của phương pháp là vừa phun nước vừa tạo chấn động tác dụng vào đất cát Khi đó lực dính giữa các hạt giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn các hạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển động xoắn ốc làm phát sinh cấp phối mới và như vậy sẽ hình thành cấp phối tốt nhất của đất ở trạng thái nén chặt
Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thủy chấn, người ta đóng vào trong đất những ống thép đường kính 19 ÷ 25mm và có đầu nhọn, phần ống dưới dài khoảng 50 ÷ 60cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính 5 ÷ 6mm Lợi dụng sức nước cao áp để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn động làm việc nén chặt đất từ dưới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thường từ 30 ÷ 40cm trong khoảng thời gian 40 ÷ 120 giây Sau khi làm chặt được lớp đất thứ nhất thì lại nâng máy đầm lên làm chặt lớp đất thứ 2 và cứ làm như vậy làm chặt cho đến khi lên mặt đất
1.2.3 Nhóm gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng
Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét rất nhỏ nên qúa trình cố kết của đất nền ở điều kiện bình thường cần rất nhiều thời gian Trong khi đó hầu
Trang 12hết các công trình xây dựng lại đòi hỏi tốc độ thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải để làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồm nhiều loại khác nhau Nguyên lý làm việc của các loại này là, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong đất sẽ xuất hiện gradient thủy lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra theo phương ngang về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do theo phương dọc theo các thiết bị để thoát nước lên mặt đất Như vậy, việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong nền đất có tác dụng rút ngắn chiều dài đường thấm và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành cố kết Các công nghệ gia cố bằng tiêu nước thẳng đứng bao gồm:
- Gia cố nền bằng cọc cát, giếng cát
Giếng cát và cọc cát được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh qúa trình cố kết của đất nền, làm cho đất nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún Tùy thuộc vào đặc điểm công trình xây dựng và cấu trúc nền mà người ta dùng cọc cát hay giếng cát
Giếng cát đóng vai trò thoát nước là chính nên gia cố nền bằng giếng cát thường đi kèm với biện pháp gia tải để thoát nước nhanh
Khi gia cố nền bằng cọc cát thì cọc cát vừa có tác dụng nén chặt vừa có tác dụng thay thế đất nền, do phần lớn độ lún của nền đất kết thúc trong qúa trình thi công, vì thế có thể xây dựng công trình ngay mà không phải đợi thời gian cố kết nền
- Gia cố nền bằng bấc thấm và các thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn (PVD)
Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn, gồm nhiều loại, chiều rộng thường 100 ÷ 200mm, dày 3 ÷ 5 mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻo được bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật polyeste không dệt, bằng vải địa cơ propylene hoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để đưa nước lên cao nhờ mao dẫn Để cắm bấc thấm vào đất nền đất người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành Sau khi thi công bấc thấm, người ta cũng tiến hành gia tải nén trước giống như đối với giếng cát Để nước thoát ra dễ dàng từ đầu bấc thấm người ta thường phủ lên phía trên mặt lớp đất yếu một lớp vải địa kỹ thuật và trên lớp vải địa kỹ thuật đắp một lớp cát
Trang 13hạt to làm lớp thấm nước
1.2.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ
Phương pháp này cũng đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp này là dùng năng lượng của sóng nổ để nén chặt đất Người ta bố trí các quả mìn dài trong các giếng, phân bố theo mạng lưới tam giác đều và sâu hết chiều dày lớp đất yếu Phía trên các qủa mìn người ta đổ cát thành đống hoặc đặt các thùng đựng cát không đáy Khi mìn nổ, năng lượng được tạo ra sẽ nén đất ra xung quanh, cát sẽ rơi xuống lấp đầy vào giếng vừa được tạo ra Sau đó, người ta tiếp tục đổ thêm cát vào giếng và đầm tới độ chặt yêu cầu
1.2.5 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật
Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi ở nước
ta, nhất là trong gia cố nền đường giao thông Tùy theo mục đích sử dụng, vải địa
kỹ thuật có thể được sử dụng để: (1) Làm chức năng như mặt phân cách nước (2) Làm chức năng như vật liệu tiêu nước Ngoài ra vải địa kỹ thuật còn dùng để chống xói mòn, bảo vệ bờ vv
1.2.6 Nhóm gia cố nền bằng chất kết dính
Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như ximăng, vôi, bitum nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hoá lý và hoá học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền Tùy vật liệu đưa vào mà có những công nghệ như sau:
Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm làm giảm độ ẩm của đất và đóng
vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng 5 đến 10 phút Qúa trình hyđrát hoá vôi chưa tôi có khả năng hấp thụ một khối lượng nước lớn (32 đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khô ráo, dẫn đến đất nền được nén chặt
Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất - vôi Vôi tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vôi sẽ tăng lên làm tăng độ chặt
Trang 14của nền Ngoài ra các tác động của vật lý và hóa học sẽ làm tăng độ bền nén, lực dính
và góc ma sát trong làm cho sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tăng lên
- Gia cố nền bằng phương pháp trộn ximăng
Khi trộn ximăng vào đất sẽ xảy ra qúa trình kiềm và sau đó là quá trình thứ sinh Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hyđrát hóa ximăng, được coi là quá trình hình thành nên độ bền của đất gia cố Qúa trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hyđroxit canxi làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩy qúa trình thứ sinh Ở điều kiện bình thường, các khoáng vật sét có thành phần hoá học chính là các ôxít nhôm và silíc khá bền vững, khó bị hòa tan, song trong môi trường kiềm có độ pH cao, chúng dễ bị hoà tan dẫn đến sự phá hủy của khoáng vật
tăng cường độ của hỗn hợp đất ximăng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài
- Gia cố nền bằng phương pháp trộn bi tum
Bitum là chất kết dính hữu cơ gồm các chất cácbuahydro khác nhau và các dẫn xuất không kim loại như ô xy, lưu huỳnh và nitơ
Khi trộn bitum vào đất, bitum có tác dụng chủ yếu với các hạt sét, còn các hạt bụi và hạt cát nhờ có bitum mà được dính kết, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấu kính với hình dạng và kích thước khác nhau Bitum tác dụng với hạt sét tạo thành hỗn hợp hấp phụ lẫn nhau, có tính đàn hồi, có khả năng gắn chặt các hạt, kết quả là nhận được vật liệu mới đất - bitum liên kết bởi màng đàn hồi vật chất sét - bitum, ổn định đối với nước Phương pháp gia cố đất bằng bitum thường được sử dụng nền đường giao thông có chiều dày gia cố nhỏ
- Gia cố nền bằng keo polime tổng hợp
Các chất polime tổng hợp không có sẵn trong thiên nhiên mà được tổng hợp từ dầu mỏ, khí đốt, than đá Phân tử của chúng gồm rất nhiều khâu, nối với nhau bởi liên kết hóa học, tạo nên những chuỗi xích có cấu trúc thẳng, phân nhánh và mạng 3 chiều Keo polyme tổng hợp có tính bám dính cao, thời gian đông cứng nhanh Khi cho keo vào đất các qúa trình hoá lý, vật lý và hoá học phức tạp giữa các hạt đất và
Trang 15keo, tạo thành chuỗi xích thẳng đi xuyên qua khối đất, hình thành bộ khung không gian bao bọc các hạt đất hoặc tiếp xúc các hạt đất, tạo nên cấu trúc không gian thống nhất với polime Keo polime tổng hợp thường được sử dụng để gia cố nền hay làm móng hay mặt đường giao thông với đất không chứa cacbonat và có độ pH nhỏ hơn 7
Bản chất của phương pháp là phun vào lỗ rỗng của đất đá một lượng vữa ximăng cần thiết để sau khi đông cứng, làm giảm tính thấm và tăng sức chịu tải của nền Phương pháp này được sử dụng rộng rãi đối với các công trình thủy lợi, thích hợp với các loại cát, đất sỏi và các loại nền đá nứt nẻ, đặc biệt hiệu qủa khi kích thước khe nứt > 0,15 mm, tốc độ thấm > 80m/ngđ nhưng không vượt quá 200m/ngđ
- Gia cố nền bằng phụt dung dịch Silicát
Nếu nền đất và nền đá có độ rỗng và khe nứt nhỏ không thể sử dụng phương pháp phụt vữa ximăng thì người ta dùng phương pháp bơm hóa chất để gia cố Chất hóa học thường dùng là natri silicat (thủy tinh lỏng - Na2O2SiO2) và canxi clorua (CaCl2) Phương pháp này sử dụng thích hợp nhất khi đất nền là:
- Cát khô và bão hòa nước, có hệ số thấm từ 2 đến 80 m/ngđ
- Cát nhỏ và cát bụi, có hệ số thấm từ 0,5 đến 5 m/ngđ
- Đất hoàng thổ có hệ số thấm từ 0,1 đến 2m/ngđ
Trường hợp đất có thấm ướt các loại dầu mỡ, tạp chất của dầu hỏa hoặc khi nước ngầm có độ pH > 9 thì không sử dụng được phương pháp này
- Gia cố nền bằng phương pháp phụt nhựa bitum
Phương pháp phụt nhựa bitum sử dụng thích hợp trên các nền đá dăm, cuội, sỏi hoặc trong nền đá có nhiều khe nứt Hiện nay, trên thế giới người ta thường dùng hai phương pháp phụt nhựa bitum: phụt nhựa bitum nóng và phụt nhựa bitum lạnh
hang hốc và trong cuội sỏi Nội dung của phương pháp là phụt nhựa bitum lỏng qua những lỗ khoan hoặc ống phụt vào trong lỗ rỗng của nền hoặc khe nứt Nhược điểm
Trang 16của phương pháp này là thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp, nhựa bitum sau khi lạnh thể tích bị giảm nên dễ gây ra biến dạng
bi tum, dùng để gia cố nền đất cát và đá gốc có khe nứt nhỏ Thường dùng nhũ tương bitum lỏng gồm 65% bitum, 35 ÷ 40% nước và chất gây ra nhũ tương
1.2.7 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu
- Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm
Bản chất của phương pháp là cắm vào đất dính bão hòa nước hai điện cực, cực dương là thanh kim loại, cực âm là ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ Sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, các hạt đất sẽ dịch chuyển về phía cực dương còn nước trong đất sẽ dịch chuyển về phía cực âm
Bố trí thiết bị thoát nước về phía cực âm thì lượng nước sẽ thoát ra đáng kể, làm tăng nhanh tốc độ cố kết, hạ thấp mực nước ngầm
Phương pháp này dựa vào nguyên lý điện thấm, chỉ khác là người ta đưa vào đất qua cực dương các dung dịch hoá học như canxi clorua, natri silicat để khi có dòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá hủy và các sản phẩm phá hủy liên kết với các hạt sét làm cho khối đất trở nên cứng lại và nước sẽ được thải ra ở cực âm Nếu đất có hàm lượng muối lớn thì hiệu qủa của phương pháp này sẽ cao
- Gia cố nền bằng phương pháp nhiệt:
Bản chất của phương pháp là dùng nhiệt độ cao để gia cố đất bằng cách phụt
liệu cháy vào trong đất qua lỗ khoan và đốt ở nhiệt độ 1000 ÷1100o C
Phương pháp này yêu cầu thiết bị và công nghệ thi công phức tạp, chi phí lớn nên ít được ứng dụng
1.3 Các phương pháp gia cố chống thấm cho nền
1.3.1 G iải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ
Khi xây dựng đập đất trên nền thấm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thấm nuớc mỏng và vật liệu làm thân đập có hệ số thấm lớn thì hình thức chống thấm hợp
Trang 17lý nhất thường là tường nghiêng nối tiếp với sân phủ Người đầu tiên đặt cơ sở tính thấm qua loại đập này là viện sĩ N.N Pavlôvxki và về sau giáo sư E.A.Zamarin bổ sung Khi tính thấm theo phương pháp này xem tường nghiêng và sân phủ là hoàn toàn không thấm cho nên cho kết quả chỉ là gần đúng
Sơ đồ tính:
Hình 1.1 : Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ
trình sau để xác định q và h3:
3
3 1
44,0
)
(
h m L T
T h h k
m L
T h h K
h m L
h h K
.44,0
)
(.) (
2
3
2 3 3
2 2 2 3
+
−
−+
h h h
. 3
2 2 2 3 2 3
−
−
−
Lựa chọn các thông số cơ bản của tường
* Chiều dày sân trước: Chiều dày sân trước phải đủ để loại trừ hiện tượng xói ngầm do gradien thấm qua sân trước gây ra:
δs ≥
] [ ] [
1
J
h h J
Trang 18- h1: Cột nước trước đập (cột nước trên tường nghiêng)
mặt cắt của tường nghiêng)
- [J]: Gradien thấm cho phép và lấy bằng: 8,0 đối với đất á sét
12,0 đối với đất sét
Theo điều kiện thi công, chiều dầy sân trước không bé quá 0,5m đối với đập thấp và đối với đập cao không bé quá 1m
* Chiều dài sân phủ (Ls): Trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của đất nền Sơ bộ có thể lấy Ls = (3÷5).H, trong đó H là cột nước lớn nhất
* Ưu điểm:
- Vật liệu chống thấm chủ yếu bằng đất sét nên rất sẵn có, giá thành xây dựng thấp, thiết bị thi công thông dụng như máy đào, máy lu, máy ủi, vì vậy phương pháp này cho hiệu quả kinh tế cao
- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ
* Nhược điểm:
tường nghiêng và sân phủ là hoàn toàn không thấm cho nên cho kết quả chỉ là gần đúng
- Chỉ thi công ở nơi có địa hình xây dựng rộng
- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng
* Phạm vi ứng dụng
1.3.2 Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa
Khi đập đất có lõi giữa xây dựng trên nền thấm nước và chiều dày tầng thấm nước không lớn lắm thì biện pháp chống thấm cho nền thông thường là kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm
Để tính thấm qua loại đập này có thể chia đập ra làm ba phân đoạn Đoạn II
Trang 19gồm lõi giữa và tường răng, còn hai đoạn I và III là phần đập và nền tương ứng nằm bên trái và bên phải nó
Sơ đồ tính:
Hình 1.2 : Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng
* Lưu lượng thấm: Dùng phương pháp phân đoạn để tính, bỏ qua a0, lưu lượng q và các độ sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định theo phương trình thấm cho từng phân đoạn như sau:
Phân đoạn 1:
T h
m L
T h h K
h h
m L
h h K
.44,0
)
(.)44,0 (
2
1 1
3 1 1
1 1
2 3 2 1
++
−+
++
−
Phân đoạn II (lõi và tường): δ
.2
2 4 2 3 0
h h K
Phân đoạn III:
T h
m L
T h h K
L
h h K
.44,0'
)
(
2
2
2 4 2
2 2 4
+
−
−+
−
* Phương trình đường bão hòa
Ở đoạn sau tường lõi, với hệ trục như trên hình 1.2 phương trình đường bão
L
h h
2 2 4
- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ
Trang 20* Nhược điểm:
- Chống thấm theo phương pháp này phải thi công các loại đất giữa phần lỏi và nền
có tính chất tương tự tránh phân lớp giữa tường lỏi và đất nền gây thấm do phân lớp
- Chỉ thi công ở nơi có địa hình xây dựng rộng
- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng
* Phạm vi ứng dụng
1.3.3 Giải pháp chống thấm bằng tường hào bentonite
Tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch
bentonite là giải pháp kết cấu tốt và giải quyết được cơ bản bài toán thấm đối với
nền cát, cát cuội sỏi, nền đất có chiều sâu tới 60m mà các giải pháp khác không thể thực hiện được Kết cấu này được áp dụng lần đầu tiên ở Việt Nam (năm 1999) - Người đề xuất là Nguyễn Văn Tăng, nhà thầu thực hiện đầu tiên Công ty Bachysoletanche (tại đập chính Dầu Tiếng - tỉnh Tây Ninh)
* Nguyên lý công nghệ:
Tường hào chống thấm là loại tường được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch betonite trước, sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu xi măng + bentonite + phụ gia, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập
Hào được thi công trong dung dịch bentonite gọi tắt là hào bentonite là hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trong điều kiện luôn có dung dịch
Hình 1.3 : Tường hào chống thấm bằng bentonite
Trang 21Để có thể đào hào rất sâu và duy trì mái dốc thẳng đứng, trong quá trình thi công phải duy trì liên tục hỗn hợp nước và sét bentonite đầy trong hào giữ cho vách hào luôn được ổn định Sau khi hào được thi công sẽ bơm hỗn hợp vật liệu ximăng
tường K<10-6
- Chiều dài tường chống thấm: 510 m
chuẩn thống nhất Nên thuận lợi trong thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm soát
Trang 22chất lượng
- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm lớn, tầng thấm nằm sâu
* Nhược điểm:
- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng
- Giá thành công trình cao
* Phạm vi ứng dụng
và hệ số thấm lớn
* Các công trình đã ứng dụng trong thực tế:
Công nghệ tường hào chống thấm bentonite đã được phổ biến, ứng dụng ở các công trình hồ Am Chúa (Khánh Hòa), hồ Dương Đông (Phú Quốc) và Dầu Tiếng ở Tây Ninh
Hình 1.4 : Thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch
be ntonite hồ Dầu Tiếng
Giải pháp này có nhược điểm lớn là co ngót của bentonite sau khi thi công gây nứt và mất ổn định đập Gần đây đã được một số tác giả nghiên cứu (Nguyễn Cảnh
Trang 23Thái, ĐHTL 2011) khắc phục nhược điểm trên nhưng chưa có công trình nào sản
Hình 1.5 : Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng
Trang 24Bảng 1.1: Một số công trình xử lý chống thấm nền bằng phương pháp khoan phụt
vữa xi măng
thuật khoan phụt
Giá trị hợp đồng (106đ)
Ban Quản lý DATĐ 6
Ban Quản lý DATL
khoan tiêu nước nền đập; Khoan qua đá cấp 7-8 với chiều sâu khoan ≤ 30m
Ban Quản lý DATL
khoan qua đá; chiều sâu hố khoan ≤ 30m
Ban Quản lý DATL
Sở NN&PT
NT tỉnh Đắk Lắk
Trang 25TT Công trình Quy mô, thông số kỹ
thuật khoan phụt
Giá trị hợp đồng (106đ)
Thời gian thực
tư
Bắt đầu
Hoàn thành đập; khoan qua đá cấp
Khoan phụt xử lý nền đập dâng, khoan qua
đá cấp 7-8; chiều sâu khoan ≤ 50m
chiều sâu khoan ≤ 30m
Ban Quản lý DATL
410 Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của nền đập, yêu cầu về chất lượng của màng chống thấm và áp lực thấm dự kiến tác động để có thể thiết kế số lượng các hố khoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng và cách thức bố trí các hố khoan trên phạm vi cần xử lý
Công tác thiết kế và thi công như: trình tự khoan phụt, áp lực phụt vữa và nồng
độ vữa phụt hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá ” TCVN 8645 : 2011 Công tác khoan phụt tại một số công trình lớn sau này như công trình Tân Giang (Ninh Thuận), Hàm Thuận - Đa Mi (Lâm Đồng), … đã được sử dụng những công nghệ tiên tiến, có khả năng kiểm soát được
áp lực phụt, khối lượng và nồng độ của vữa đã được phụt vào nền công trình
Trang 26* Nhược điểm:
- Khó kiểm soát vữa có điền đầy đủ lỗ rỗng hay chưa
- Một số đập khoan phụt chống thấm, sau một thời gian vận hành bị thấm trở lại
- Dễ bị xô, dồn ép cốt liệu khi nền rời và có kết cấu mềm yếu
* Phạm vi ứng dụng
lý không bị bảo hòa nước và dòng thấm đi qua
- Bán kính ảnh hưởng nhỏ do áp lực phụt bị hạn chế
1.3.5 Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất
công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM), công nghệ khoan phụt áp lực cao Jet - Grouting được phát minh năm 1970 ở Nhật, đến nay nhiều nước đã sử dụng và phát triển công nghệ này trong cải tạo nền móng xây dựng công trình ngầm như: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Nhật
Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing)
+ Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục khoan
sử dụng ít hơn; quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt
* Nhược điểm của công nghệ trộn khô: do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng hay tấm bê tông; chiều sâu xử lý hạn chế khoảng 25m, đường kính cọc đến 1m; chất lượng cọc không đều
nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố (nước
Trang 27+ XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ
công nghệ đơn pha, công nghệ hai pha và mới nhất là công nghệ ba pha
* Công nghệ đơn pha - xi măng đất (hình 1.6)
Hình 1.6 : Công nghệ đơn pha
Công nghệ này vữa phun ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra cột xi măng đất đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trao ngược lên Công nghệ đơn pha dùng cho các cột xi măng đất có đường kính vừa và nhỏ từ 0,4-1,2m
* Công nghệ hai pha - xi măng đất (hình 1.7)
Trang 28
Hình 1.7 : Công nghệ hai pha
Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp với không khí Hỗn hợp vữa đất - xi măng
được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và được bao bọc bởi một tia khí nén Dòng
khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo
ra cột xi măng đất có đường kính lớn Tuy nhiên, dòng khí lại làm giảm độ cứng
của xi măng đất so với phương pháp đơn pha và đất bị trào ngược nhiều hơn
Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công tường chắn, cọc và hào chống thấm
Trang 29và hai pha, ban đầu nước được bơm vào với áp suất cao kết hợp với dòng khí nén bao xung quanh dòng nước để đẩy khí ra khỏi đất Sau đó vữa được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí - nước để lấp đầy khoảng trống của khí Phụt ba pha
là phương pháp thay thế đất mà không làm xáo trộn đất
Công nghệ xi măng đất ba pha sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, xử lý trượt mái có thể tạo ra cột xi măng đất có đương kính lên tới 2m
* Các thiết bị chính bao gồm:
+ Thiết bị khoan : Máy khoan YBM-2PSII
+ Máy bơm vữa : SG-MKII
+ Máy trộn vữa : YGM-1
* Quy trình thi công cọc ximăng đất thể hiện trong hình 2.7 sau đây:
+ Bước 1: Máy khoan khoan tạo lỗ xuống tới cao trình thiết kế
+ Bước 2: Tiến hành khoan phụt vữa Vữa được bơm từ máy bơm cao áp qua
hệ thống đường ống áp lực để máy khoan và phụt ra theo phương ngang tại đầu cần khoan Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan luôn luôn xoay và rút lên Vữa phụt vừa phá vỡ kết cấu vừa trộn với đất xung quanh cần khoan tạo thành cột XMĐ
Hình 1.9 : Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm
* Ưu điểm
- Có thể chống thấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét
- Có thể xuyên qua các lớp đất cứng, hoặc các tấm bê tông
Trang 30- Khả năng xử lý sâu, thi công được trong điều kiện khó khăn chật hẹp, công trình bị ngập nước, xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy
Công nghệ Jet - Grouting có khả năng ứng dụng rộng rải hơn các công nghệ
xử lý kiểu khoan phụt khác đã có Nó cho phép ứng dụng có hiệu quả để xử lý từ loại đất sỏi nhỏ - cát - bùn
* Các công trình thực tế đã ứng dụng
Đây là công nghệ mới, các tài liệu có liên quan đến việc đánh giá chất lượng cọc XMĐ hiện nay rất phong phú, tuy nhiên việc áp dụng công nghệ vào các điều kiện cụ thể cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện Ở nuớc ta việc sử dụng công nghệ này để xử lý thấm cho một số công trình: hồ Đá Bạc - Hà Tĩnh, cống Trại - Nghệ An
1.3.6 Cá c giải pháp kết hợp khác
Trong thực tế xây dựng, tùy thuộc vào điều kiện địa chất nền và chiều dày lớp đất nền cần xử lý mà ta lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm nền khác nhau Trong thực tế khi tính toán, thiết kế biện pháp xử lý nền để đảm bảo về tính kinh tế
và kỹ thuật người ta chọn giải pháp xử lý chống thấm bằng kết hợp giữa hai hay nhiều biện pháp với nhau cho phù hợp với điều kiện địa chất nền, điều kiện và thiết
bị thi công, giá thành công trình
* Ưu điểm
- Có thể chống thấm cho nhiều loại nền khác nhau
- Xử lý được cho loại nền có chiều dày và phạm vi địa chất nền thay đổi
Trang 31- Khả năng chống thấm cao, giá thành rẻ
* Nhược điểm
- Sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau cho mỗi giải pháp xử lý
- Người kỹ thuật thi công phải có kiến thức rộng
bê tông tường lỏi chống thấm ở giữa và đắp đất hoàn trả mặt cắt đập theo thiết kế
chiều dày nhỏ và dưới là lớp đá nứt nẻ nên xử lý giải pháp này rất hợp lý
1.4 Kết luận chương 1
Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể để lựa chọn
Xử lý nền đập bao gồm xử lý ổn định về chịu lực nền và ổn định thấm cho nền Việc lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp với điều kiện địa chất nền và các yêu cầu
về ổn định đòi hỏi ta phải nghiên cứu và xem xét kỹ về kỹ thuật, hiệu quả kinh tế, khả năng cung cấp về thiết bị công nghệ phù hợp, điều kiện công trường như mặt bằng bố trí, địa hình, giao thông vận chuyển thiết bị Ưu tiên sử dụng công nghệ mới và các giải pháp kết hợp nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và khắc phục các nhược điểm lẫn nhau của các phương pháp kết hợp
Trang 32CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT XỬ LÍ NỀN CÔNG
TRÌNH THỦY LỢI
Các phương pháp khoan phụt và công nghệ khoan phụt rất phong phú, có thể điểm qua tên các phương pháp chủ yếu sau đây: khoan phụt xi măng, xi măng +đất sét, khoan phụt thủy tinh lỏng, khoan phụt đất sét, phương pháp khoan trộn sâu tạo cọc xi măng đất Tùy từng yêu cầu xử lý nền khác nhau chúng ta có thể sử dụng một phương pháp hoặc nhiều phương pháp kết hợp để đạt được mục đích xử lý nền Dưới đây, tác giả xin giới thiệu một số công nghệ khoan phụt cơ bản đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam
2.1 Xử lý nền đá nứt nẻ bằng khoan phụt xi măng
Ở nước ta, phương pháp này vẫn là chủ yếu được ứng dụng rộng rãi vì nó thỏa mãn được cả yêu cầu cố kết và yêu cầu phòng thấm cho nền đá nứt nẻ Xử lý nền bằng phương pháp khoan phụt xi măng có những ưu điểm sau đây:
trình chịu tải trọng lớn
2.1.1 Chọn loại xi măng và vật liệu pha trộn
Xi măng dùng trọng phụt vữa cần đạt các yêu cầu sau đây:
- Xi măng Pooclăng có số hiệu từ 300 trở lên
lớn Mức độ nhỏ được quy định như sau: khối lượng xi măng lọt qua sàng 90 không nhỏ hơn khối lượng xi măng cần dùng
- Trường hợp lượng mất nước đơn vị lớn, lưu tốc nước ngầm vượt quá 80m/ngày đêm phải dùng loại xi măng đóng kết nhanh để tránh tiêu hao quá nhiều
xi măng, hoặc pha trộn thêm clorua canxi để đông kết nhanh với tỷ lệ 4÷7% khối lượng xi măng
Để tiết kiệm xi măng có thể pha trộn thêm các vật liệu khác như: cát nghiền,
Trang 33bụi xỉ than với đường kính hạt phải nhỏ (d=0,1÷0,5mm) và với khối lượng khoảng 50% khối lượng xi măng
Để tăng tính lưu động của vữa, đạt hiệu quả phụt tốt hơn có thể pha trộn thêm các phụ gia hoạt tính như thủy tinh lỏng, chất hóa dẻo v.v
Ngoài ra cần chú ý các đặc điểm sau đây:
loãng tới đặc dần
có cường độ cao Ngược lại, nếu độ rỗng của nền nhỏ ta vẫn dùng xi măng có số hiệu cao và pha trộn thêm một lượng phụ gia vì nếu dùng xi măng mác thấp thì độ nhỏ của xi măng không đạt yêu cầu
2.1.3 Chọn thiết bị phụt vữa
Khi chọn thiết bị phụt vữa thì dựa vào các nguyên tắc sau đây:
lớn nhất mà thiết kế quy định và đảm bảo phụt vữa liên tục
- Tốt nhất nên chọn động cơ điện, trường hợp thiếu có thể chọn động cơ điêzen loại 6÷12 mã lực
- Ống dẫn vữa phải chịu được áp lực bằng 1,5 áp lực phụt thiết kế
tránh sự gián đoạn lúc phụt nếu sự cố xảy ra
2.1.4 Khoan phụt
2.1.4.1 Xác định vị trí các lỗ khoan
Trang 34Trước hết xác định tâm, tuyến và mép công trình, sau đó dùng thước dây để đo
và định vị các lỗ khoan theo đúng kích thước thiết kế và có cắm mốc đánh dấu
2.1.4.2 Khoan lỗ
Khi khoan lỗ sâu khoảng 10m thì nên dùng các loại máy khoan dùng hơi ép hoặc máy khoan điện Nếu lỗ khoan sâu hơn (15÷20m) thì dùng máy khoan loại KAMZUB cỡ lớn Tại công trình khoan phụt ở Thác Bà đã dùng hai loại máy khoan hơi ép loại KC50 khoan đến độ sâu tối đa là 12m, đường kính lỗ khoan 85mm; loại П31 khoan sâu đến 50m và có đường kính 105mm Kích thước mũi khoan phải thích ứng với nút phụt vữa và cố gắng dùng mũi khoan cỡ nhỏ vì như vậy khoan rất
nhanh, chi phí về khoan ít, vữa vận động nhanh ít lắng đọng Phải đặc biệt chú ý
đảm bảo phương của lỗ khoan đúng với yêu cầu thiết kế
2.1.4.3 Xói r ửa lỗ khoan và khe nứt
Trong quá trình khoan lỗ thì phần lớn đất đá bị phụt ra ngoài, nhưng vẫn còn
bộ phận nhỏ bột đá, tạp chất nhỏ bám vào thành và đáy lỗ khoan, thậm chí chui cả vào các khe nứt, làm ảnh hưởng đến phụt vữa nếu không rửa sạch
Đối với lỗ khoan nông thì dùng ống sắt cắm vào lỗ đến đáy và phun nước cao
áp cho tới khi nước trào ra ngoài không còn vẩn đục nữa mới ngừng Thường từ 2÷4 giờ
Trường hợp lỗ khoan sâu hoặc trong lỗ mắc kẹt nhiều tạp chất chất có thể dùng cách ép hơi và ép nước kết hợp để rửa
Áp lực nước khí nén để rửa không nên quá lớn để tránh tình trạng làm khe nứt phát triển Thông thường áp lực xói rửa này không quá 70÷80% áp lực phụt vữa cho phép
Trang 35thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả phụt vữa
Lượng mất nước đơn vị được xác định theo công thức sau đây:
Q q
H L
Trong đó:
+ Q: Lưu lượng nước ép
+ q: Lưu lượng mất nước đơn vị, tức là lượng nước thấm trong 1 phút của 1m lỗ khoan
Áp lực ép nước thí nghiệm phải tiến hành từ nhỏ đến lớn, thường dùng 1÷3
nếu lượng mất nước không thay đổi nhiều lắm trong khoảng thời gian 30 phút thì có thể ngừng thí nghiệm Cách 5÷10 phút lại thí nghiệm lại, nếu thấy lượng mất nước không sai lệch quá 20% lượng mất nước đợt trước thì có thể dừng thí nghiệm Khi
ép nước thí nghiệm nên tiến hành từng đoạn, mỗi đoạn khoảng 5m là thích hợp Đối với lỗ khoan sâu, thường dùng 3 trị số áp lực khác nhau từ nhỏ đến lớn để thí nghiệm, trong mỗi trị số áp lực đọc liền 3 lần, khi thấy lượng mất nước không sai lệch nhau quá 10% thì có thể thay đổi trị số khác
Đối với lỗ khoan nông thì không nhất thiết phải ép nước thí nghiệm mà chỉ tiến hành xói rửa lỗ khoan và khe nứt
Áp lực phụt vữa lớn nhất cho phép P được xác định như sau (giáo trình thi
Trang 36Trong đó:
+ γ γ, ': lần lượt là khối lượng riêng của đá và bê tông, (T/m3
) + h: khoảng cách từ mép phụt vữa đến mặt nền, (m)
+ h’: chiều dày công trình trên mặt nền, (m)
+ K: hệ số biểu thị sự dính kết của đá, thường K=2÷3;
+ K’: hệ số biểu thị sự dính kết của bê tông hay đá xây trên mặt nền, thường K’=1÷2
2.2 C ác phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá
Căn cứ vào các đặc điểm vận động của vữa khi phụt ta có thể chia ra hai phương pháp là phụt vữa một chiều và phụt vữa tuần hoàn
Căn cứ vào trình tự phụt lại có thể chia ra bốn phương pháp là: phụt một lần, phụt từ trên xuống, phụt từ dưới lên và phụt hỗn hợp
2.2.1 Phụt vữa một chiều
Phụt vữa một chiều là trong quá trình phụt vữa chỉ đi một mạch từ máy trộn qua hệ thống máy bơm và ống dẫn đến các khe nứt (hình 2.1) Phương pháp này có đặc điểm là thiết bị đơn giãn, thao tác dễ dàng, nhưng lưu tốc thường nhỏ nên thường dùng với lỗ khoan nông, nền đá nứt nẻ lớn
Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng
Nhược điểm: Lưu tốc phụt vữa nhỏ, vữa dễ bị lắng đóng làm cho hệ thống dễ
Trang 37Phụt vữa tuần hoàn nghĩa là trong quá trình làm việc một phần vữa đi vào các khe nứt, còn một phần khác theo ống dẫn về thùng trộn (hình 2.2)
Ưu điểm: Bảo đảm được tính lưu động của vữa trong quá trình phụt, chất lượng vữa cao, tránh được sự lắng đọng
Nhược điểm: Thiết bị phụt phức tạp
Phạm vi ứng dụng: Dùng cho lỗ khoan sâu, nền nứt nẻ nhỏ
Hình 2.2 : Phụt vữa tuần hoàn
2.2.3 Phụt vữa một lần
Phụt vữa một lần là phụt một lần hết toàn bộ chiều sâu lỗ khoan
Ưu điểm: Quá trình phụt vữa thao tác đơn giản, dễ dàng, tốc độ thi công nhanh
Nhược điểm: Không thể tùy tính chất nứt nẻ của từng đoạn mà dùng áp lực phụt thích hợp nên hiệu quả và chất lượng phụt vữa không tốt lắm
Phạm vi ứng dụng: Thích hợp với lỗ khoan sâu dưới 15m và nền nứt nẻ ít
2.2.4 Ph ụt từ trên xuống
Phụt vữa từ trên xuống là tiến hành khoan phụt từng đoạn từ trên xuống dưới: Đầu tiên khoan phụt một đoạn sâu 2,5÷5m, tiếp đó ép nước xói rửa và thí nghiệm rồi phụt vữa Sau khi phụt vữa 2÷3 giờ cần xói rửa sạch vữa trong lỗ (nếu để lâu vữa sẽ đông kết thì sẽ phải khoan lại) Sau khi phụt vữa ở đoạn này đông kết đạt cường độ yêu cầu lại tiếp tục khoan lỗ, ép nước và phụt vữa đoạn dưới, cứ như thế cho tới khi đạt độ sâu yêu cầu
Ưu điểm: Khi phụt đoạn dưới thì đoạn trên vữa đã đạt cường độ cao, có thể
Trang 38Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng
Nhược điểm: Hiệu quả phụt kém, nếu gặp nền đá nứt nẻ nhiều có thể gây ra tình trạng trôi vữa ra ngoài, lỗ khoan bị sập v.v…
Phạm vi ứng dụng: Dùng khi nền ít nứt nẻ
2.2.6 Phụt vữa hỗn hợp
Phụt vữa hỗn hợp thức chất là sự kết hợp của hai phương pháp phụt từ trên xuống và phụt từ dưới lên Đối với nền đá thường phần trên nứt nẻ nhiều thì dùng phương pháp phụt từ trên xuống, càng xuống sâu, nứt nẻ ít có thể phụt từ dưới lên
2.2.7 Những điều cần chú ý trong quá trình thi công phụt vữa
bị đầy đủ vật liệu, thiết bị và các tiện nghi phục vụ như điện, nước, hơi ép v.v…Trong quá trình phụt vữa phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra, phát hiện và
xử lý kịp thời những vấn đề xảy ra Sau khi phụt xong mỗi đoạn phải phụt nước để rửa hệ thống thiết bị dẫn vữa, tránh tình trạng lắng đọng, ninh kết làm tắc thiết bị Trường hợp bắt buộc phải ngừng thì tìm cách rút ngắn thời gian ngừng trệ này Khi tiến hành phụt lại, nếu lượng ăn vừa xấp xĩ bằng lượng ăn vữa trước khi ngừng thì
có thể dùng nồng độ cũ Nếu lượng ăn vữa giảm xuống nhiều thì phải dùng nồng độ mới loãng hơn, rồi sau đó tăng dần Nếu thời gian ngừng quá lâu (vượt quá thời gian ninh kết của vữa) thì phải ép nước rửa đoạn này rồi mới phụt lại lần thứ hai
lực phụt vẫn tăng thì cần phụt thử trước Nếu thấy nước không tiêu thì phải kéo hệ thống ống dẫn vữa lên để kiểm tra và rửa sạch Nếu lượng ăn vữa đột nhiên tăng lên
mà áp lực phụt vữa giảm xuống nhanh thì dùng các biện pháp sau đây để xử lý: + Tăng nồng độ và giảm áp lực phụt một cách thích đáng rồi tiếp tục phụt
Trang 39+ Nếu do vữa chảy sang các hố xung quanh thì tiến hành phụt đồng thời hai ba
lỗ
+ Nếu vữa trồi lên mặt nền thì tìm cách nhét kín các khe nứt hoặc rãi một lớp vữa xi măng cát hoặc bê tông trồi lên trên Độ dày lớp này phải căn cứ vào áp lực phụt cho phép mà xác định
lượng ăn vữa không thay đổi thì cần tiếp tục phụt mà không được thay đổi nồng độ
kéo dài quá 20 phút mà lượng ăn vữa vẫn lớn hơn 10 lít/phút thì thay đổi nồng độ của vữa lên một cấp
atm, mỗi lần sau chỉ nên tăng 0,5 atm và chỉ được tăng khi lượng ăn vữa xuống tới
50 l/giờ hoặc lúc thay đổi nồng độ Phụt vữa phải tiến hành liên tục cho tới khi dùng nồng độ thiết kế với áp lực thiết kế mà lượng ăn vữa vẫn bằng không hoặc nhỏ hơn 0,4 l/phút thì cần kéo dài thêm 20 phút nữa là kết thúc
lấy mẫu hoặc ép nước để kiểm tra chất lượng phụt vữa
2.3 Xử lý nền bồi tích bằng phương pháp khoan phụt xi măng đất sét
Khi xây dựng các đập, đặc biệt là ở vùng trung du và miền núi thường gặp nền cát cuội sỏi (nền bồi tích) có hệ số thấm K=10-1 ÷ 10-2 cm/s và có chiều dày tầng cát cuội sỏi thay đổi trong phạm vi rất lớn Đối với các con sông, suối nhỏ ở nước ta chiều dày này thường từ 5 ÷ 20m Với các công trình lớn như thủy điện Hòa Bình, chiều dày này lên đến 90m
Tùy theo quy mô công trình và điều kiện cụ thể mà người ta dùng các giải pháp công nghệ khác nhau như:
+ Đào hào bentonit để tạo tường chống thấm, màng chống thấm
Trang 40+ Tạo màn chống thấm bằng cụng nghệ khoan phụt xi măng đất sột
Đất sột thường gia cụng ở dạng bột khụ sàng loại bỏ hạt thụ, đúng bao như xi măng hoặc ở dạng vữa nước đó loại bỏ hạt thụ
Vớ dụ: Nền đập Hoà Bỡnh cú cuội sỏi và cỏt dày 80m với hệ số thấm 80ữ390m/ngđ
1) Cấu trỳc lỗ khoan phụt
ống Tampon Cốc (Tampon) cao su
Đầu mút
ống Măngzét
Phần nền không thấm
Phần nền cuội sỏi khoan phụt xm+sét
1
2 3
4
Hình 5d Cấu trúc lỗ khoan phụt 1- ống thép d60,3/70; 2- ống măngzét; 3- vữa chèn; 4- nút đầu ống măngzét bằng vữa xm+silicát
Phần nền đá nứt nẻ khoan phun xm