nghiên cứu giải pháp tổ chức quản lý bảo đảm chất lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình thủy lợi, thủy điện

pháp t ổ chức quản lý bảo đảm chất lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình th ủy lợi, thủy điện” được tác giả hoàn thành với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo đại học & sau đại h

PHẠM MINH HẢI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔ CHỨC QUẢN LÝ BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG KHOAN PHỤT VỮA XỬ LÝ CHỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM MINH HẢI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔ CHỨC QUẢN LÝ BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG KHOAN PHỤT VỮA XỬ LÝ CHỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

Chuyên ngành: Quản lý xây dựng

Mã số: 60-58-03-02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Nguyễn Trung Anh

2 GS.TS Lê Kim Truyền

Hà Nội – 2013

1 Tính cấp thiết của đề tài……… 1

2 Mục đích của đề tài ……… 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ……… 2

4 Dự kiến kết quả đạt được ……… 2

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH ……… 3

1.1 Mở đầu……… 3

1.2 Các phương pháp xử lý làm tăng khả năng chống thấm của nền công trình …… 3

1.2.1 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ ……… 4

1.2.2 Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa……… 5

1.2.3 Giải pháp chống thấm bằng tường hào bentonit ……… 5

1.2.4 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt truyền thống ……… 6

1.2.5 Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất (Công nghệ khoan phụt áp lực cao) ……… 7

1.2.6 Giải pháp thay đất nền ……… 8

1.2.7 Giải pháp chống thấm bằng tường cừ ……… 8

1.2.8 Các giải pháp kết hợp khác ……… 9

1.3 Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền và những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế, thi công màn chống thấm ……… 9

1.3.1 Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền……… 9

1.3.2 Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế, thi công màn chống thấm ……… 9

1.4 Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá ……… 10

ết luận chương 1……… 12 CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP CHỦ ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ ĐỂ ĐẢM BẢO

CHẤT LƯỢNG MÀN CHỐNG THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN PHỤT XI MĂNG ……… 13 2.1 Đặt vấn đề……… 13 2.2 Nhiệm vụ, đặc điểm màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng 13 2.2.1 Nhiệm vụ của màn chống thấm ……… 13 2.2.2 Đặc điểm của màn chống thấm ……… 13 2.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến cấu tạo và chất lượng màn chống thấm ……… 14 2.4 Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng……… 15 2.4.1 Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan

2.7 Lựa chọn công nghệ và thiết bị thi công khoan phụt vữa màn chống thấm…… 18 2.7.1 Lựa chọn công nghệ khoan phụt……… 18 2.7.2 Lựa chọn phương pháp khoan phụt ……… 24

2.7.5 Chế tạo vữa phụt……… 32

2.8 Xác định vị trí các hố khoan ngoài thực địa ……… 34

2.9 Xác định chiều sâu và phương các hố khoan ……… 34

2.10 Xác định khoảng cách giữa các hố khoan……… 35

2.11 Phụt thử nghiệm……… 36

Kết luận chương 2……… 38

CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ KỸ THUẬT VÀ GIÁM SÁT NGHIỆM THU TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG KHOAN PHỤT XI MĂNG XỬ LÝ CHỐNG THẤM……… 39

3.1 Quản lý kỹ thuật trong thi công khoang phụt xi măng……… 39

3.1.1 Nhiệm vụ và nội dung quản lý kỹ thuật trong thi công khoan phụt………… 39

3.1.2 Chế độ quản lý kỹ thuật trước khi thi công khoan phụt ……… 41

3.2 Quản lý chất lượng trong quá trình khoan phụt vữa xi măng ……… 45

3.2.1 Những căn cứ để quản lý chất lượng khoan phụt vữa ……… 45

3.2.2 Tổ chức kiểm tra giám sát chất lượng khoan phụt vữa ……… 45

3.2.3 Nội dung và yêu cầu của công tác kiểm tra giám sát chất lượng……… 47

3.3 Công tác thí nghiệm hiện trường xác định chất lượng khoan phụt vữa xi măng 57

3.3.1 Những yêu cầu thí nghiệm xác định độ thấm nước……… 58

3.3.2 Tổ chức bố trí thí nghiệm ……… 60

3.3.3 Xử lý số liệu và đánh giá kết quả thí nghiệm ……… 62

3.4 Giám sát nghiệm thu khoan phụt vữa xi măng chống thấm ……… 63

Kết luận chương 3 ……… 64

ới thiệu tóm tắt công trình……… 65

4.2 Điều kiện địa chất công trình vùng tuyến……… 68

4.2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo ……… 68

4.2.2 Địa tầng thạch học……… 68

4.2.3 Nứt nẻ kiến tạo ……… 69

4.2.4 Địa chất thủy văn ……… 71

4.3 Những yêu cầu chống thấm nền công trình ……… 75

4.4 Lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm cho nền công trình……… 75

4.5 Lựa chọn các chỉ tiêu thiết kế màn chống thấm của công trình ……… 76

4.6 Lựa chọn công nghệ, thiết bị và vật liệu khoan phụt……… 77

4.6.1 Lựa chọn công nghệ và phương pháp khoan phụt ……… 77

4.6.2 Lựa chọn thiết bị khoan phụt ……… 78

4.6.3 Lựa chọn vật liệu phụt……… 78

4.7 Công tác khoan phụt thử nghiệm ……… 79

4.8 Quy trình khoan phụt vữa nền đập công trình thủy điện Lai Châu……… 81

4.8.1 Công tác khoan và khoảng cách các lỗ……… 82

4.8.2 Thiết kế hỗn hợp phụt ……… 88

4.8.3 Công tác phụt vữa ……… 89

4.9 Kiểm soát quá trình khoan phụt ……… 93

4.9.1 Kiểm soát trong khi phụt ……… 93

4.9.2 Kiểm soát sau khi phụt ……… 95

4.12 Tổ chức thí nghiệm và nghiệm thu màn chống thấm……… 96

Kết luận chương 4………100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 104

Bảng 4.1 – Bảng thông số chính của công trình thủy điện Lai Châu……… 66

Bảng 4.2 – Bảng các hệ thống khe nứt chính khu vực công trình……… 70

Bảng 4.3 – Bảng phân cấp khe nứt, đứt gãy kiến tạo khu vực công trình……… 71

Bảng 4.4 – Bảng tổng hợp kết quả thấm hiện trường vùng tuyến đập……… 74

Bảng 4.5 – Phần trái mặt sau của bìa nhật ký phụt……… 94

Bảng 4.6 – Phần phải mặt sau của bìa nhật ký phụt……… 94

Hình 1.2 – Sơ đồ chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa……… 5

Hình 1.3 – Sơ đồ chống thấm bằng tường hào bentonit……… 5

Hình 1.4 – Sơ đồ chống thấm bằng khoan phụt truyền thống……… 6

Hình 1.5 – Sơ đồ chống thấm bằng cọc xi măng + đất………7

Hình 1.6 – Sơ đồ chống thấm bằng tường cừ……… 8

Hình 2.1 – Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thủy lợi, thủy điện……… 19

Hình 2.2 – Sơ đồ khoan phụt có nút bịt……… 20

Hình 2.3 – Đường cong giới hạn GIN cho khoan phụt……… 21

Hình 2.4 – Sơ đồ phương pháp phụt vữa không tuần hoàn……… 25

Hình 2.5 – Sơ đồ phương pháp phụt vữa tuần hoàn……… 26

Hình 3.1 – Mô hình về sự chịu trách nhiệm của Chủ đầu tư về chất lượng khoan phụt thông qua các đơn vị và thí nghiệm hiện trường……… 46

Hình 3.2 – Sơ đồ rửa lỗ khoan……… 50

Hình 3.3 – Sơ đồ bố trí lỗ khoan kiểm tra khi màn chống thấm chỉ có 1 hàng khoan 61

Hình 3.4 – Sơ đồ bố trí lỗ khoan kiểm tra khi màn chống thấm gồm 2 hàng khoan… 61 Hình 4.1 – Sơ đồ vị trí công trình thủy điện Lai Châu……… 65

Hình 4.2 – Sơ đồ bố trí màn khoan phụt chống thấm nền đập thủy điện Lai Châu… 75

Hình 4.3 – Sơ đồ trình tự khoan phụt thử nghiệm……… 81

Hình 4.4 – Sơ đồ mặt cắt dọc màn chống thấm đập Lai Châu tại vai trái……… 83

Hình 4.5 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm khu vực lòng sông……… 84

Hình 4.6 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm tại hành lang cao độ 233.00m……… 85

Hình 4.9 – Mặt bằng bố trí các lỗ khoan phụt……… 87

Hình 4.10 – Thi công khoan phụt màn chống thấm nền đập Lai Châu……… 91

Hình 4.11 – Đường cong giới hạn phụt vữa GIN của màn chống thấm đập thủy điện Lai Châu……… 93

Hình 4.12 – Diễn giải thí nghiệm Lugeon……… 97

Hình 4.13 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm……… 98

Hình 4.14 – Sơ đồ kiểm soát đối với các bước thực hiện khoan phụt……… 99

Học viên lớp: CH19QLXD

Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu giải pháp tổ chức quản lý bảo đảm chất

lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình thủy lợi, thủy điện” được

trường Đại học Thủy lợi giao cho học viên Phạm Minh Hải Được sự hướng dẫn của

TS Nguyễn Trung Anh và GS.TS Lê Kim Truyền, luận văn đã hoàn thành đúng thời

hạn quy định

Tôi xin cam đoan với khoa Công trình và phòng Đào tạo trường Đại học Thủy

lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi

Hà N ội, ngày 20 tháng 8 năm 2013

Tác gi ả luận văn

Ph ạm Minh Hải

pháp t ổ chức quản lý bảo đảm chất lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình th ủy lợi, thủy điện” được tác giả hoàn thành với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo đại

học & sau đại học, khoa Công trình, các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, cùng các bạn bè, đồng nghiệp trong và ngoài trường Tác giả luận văn xin chân thành cảm

ơn những sự giúp đỡ đó để tác giả hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu của mình

Đặc biệt, tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Lê Kim Truyền và TS Nguyễn Trung Anh đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung

cấp các thông tin, tài liệu khoa học kỹ thuật cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên và khích lệ tác giả để luận văn sớm được hoàn thành Do thời gian và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả

rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến chỉ bảo của các thầy cô và đồng nghiệp

Hà N ội, ngày 20 tháng 8 năm 2013

Tác gi ả luận văn

Ph ạm Minh Hải

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của Đề tài

Công trình thủy lợi, thủy điện là những công trình có vốn đầu tư lớn từ vài

chục đến hàng ngàn tỷ đồng, nhiệm vụ chủ yếu là trữ nước, dùng cột nước để cấp nước, phát điện, phòng lũ… Nếu công trình bị thấm, mất nước thì hiệu quả đầu tư

sẽ thấp, đôi khi công trình không phát huy được tác dụng

Công trình thủy lợi, thủy điện là sản phẩm đơn chiếc, nó không thể áp dụng máy móc hoàn toàn một mẫu hình của công trình khác bởi nó phụ thuộc vào đặc điểm tự nhiên, vị trí và nhiệm vụ công trình Đặc biệt công tác chống thấm cho nền

phụ thuộc phần lớn vào đặc điểm địa chất, tính cơ lý của nền và cột nước công tác

của hồ chứa

Công tác xử lý chống thấm cho nền nằm sâu dưới mặt đất, không thể quan sát bằng mắt thường và khó đánh giá chất lượng công tác khoan phụt cho nên cần

có những giải pháp chủ động từ khâu thiết kế đến quá trình thi công, nghiệm thu để

chủ động đảm bảo chất lượng công trình đạt yêu cầu chống thấm đề ra

Nền không xử lý chống thấm hoặc xử lý nhưng không đạt yêu cầu sẽ dẫn đến

mất nước, có thể gây xói ngầm làm công trình mất an toàn, sự cố vỡ đập có thể xảy

ra

Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “Nghiên cứu giải pháp tổ

ch ức quản lý bảo đảm chất lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình

th ủy lợi, thủy điện” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả đầu

tư, phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra đối với các công trình thủy lợi, thủy điện

2 M ục đích của Đề tài

Một là, nắm được đặc điểm kỹ thuật và nội dung các phương pháp phụt xi măng xử lý chống thấm nền đập để có giải pháp quản lý bảo đảm chất lượng công trình

Hai là, đề xuất các phương pháp chủ động để đảm bảo chất lượng và kiểm tra đánh giá chất lượng trong quá trình thi công và kết thúc công tác khoan phụt xi măng

Ba là, áp dụng phương pháp tổ chức quản lý công tác khoan phụt chống thấm vào công trình cụ thể: Thủy điện Lai Châu

3 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

- Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng;

- Khảo sát thực tế ở những công trình đã ứng dụng ở Việt Nam;

- Các đánh giá của các chuyên gia

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn

- Nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam;

4 K ết quả dự kiến đạt được

Tổng quan về công tác khoan phụt chống thấm trong các công trình thủy lợi,

thủy điện hiện tại, đề xuất những giải pháp tổ chức quản lý phù hợp bảo đảm hiệu

quả, chất lượng công tác khoan phụt xi măng chống thấm cho nền công trình, áp

dụng cụ thể cho công trình Thủy điện Lai Châu

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

CH ỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH

1.1 M ở đầu

Công trình thủy lợi – thủy điện xây dựng trên các nền đá nứt nẻ hoặc cuội sỏi

có hệ số thấm lớn, khi có độ chênh cột nước thượng hạ lưu sẽ làm xuất hiện dòng

thấm ở nền và bờ; dòng thấm qua nền và hai bên vai công trình sẽ làm mất nước hồ

chứa và còn gây nên áp lực lên đáy công trình có phương thẳng đứng với mặt đáy, làm giảm khả năng chống trượt cũng như sự ổn định của công trình Nước thấm cũng có thể gây nên phản ứng hóa học, làm hòa tan chất muối trong nền và hình thành nên xói ngầm hóa học, có thể mang đi các hạt đất rất nhỏ về hạ lưu và dẫn đến xói ngầm cơ học Để hạn chế lượng nước thấm (giảm lưu lượng thấm đơn vị q),

giảm áp lực thấm lên đáy công trình và giảm gradien thấm J ở cửa ra để tránh xói

ngầm và mất nước, cần phải có những biện pháp để chống thấm cho nền công trình

Một trong những biện pháp phổ biến được sử dụng để chống thấm cho nền công trình rất hiệu quả là khoan phụt vữa tạo màn chống thấm

1.2 Các phương pháp xử lý làm tăng khả năng chống thấm của nền công trình

Dòng thấm gây ra nhiều ảnh hưởng bất lợi có tính chất nghiêm trọng đối với công trình Do đó trong các công trình thủy lợi – thủy điện, đặc biệt là các đập ngăn nước bắt buộc cần phải có các biện pháp phòng chống thấm cho nền công trình

nhằm các mục đích sau:

- Hạn chế lượng nước thấm;

- Giảm áp lực thấm dưới bản đáy để tăng ổn định cho công trình;

- Giảm gradien thấm ở cửa ra để tránh xói ngầm và mất nước

Tùy theo đặc điểm của công trình có thể đặt ra đồng thời cả 3 mục tiêu trên,

hoặc chỉ một trong số đó Chẳng hạn đối với hồ chứa thì cần hạn chế lưu lượng

thấm, còn đối với một số loại cống thì yêu cầu này không bắt buộc

Ngoài ra, khi đề xuất các biện pháp công trình để phòng và chống thấm, cần phân tích các điều kiện cụ thể để thỏa mãn cả 2 yêu cầu là kỹ thuật và kinh tế

Có nhiều phương pháp để giảm lượng thấm qua nền công trình, tùy vào điều

kiện địa chất, chiều sâu tầng thấm và điều kiện thi công mà lựa chọn những phương pháp xử lý hợp lý

1.2.1 Gi ải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ

Hình 1.1 – Sơ đồ chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ

- Nội dung: Xây dựng tường nghiêng và sân phủ phía thượng lưu đập, thường làm bằng đất sét, đất có hệ số thấm nhỏ như trong hình 1.1 Tường nghiêng, sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm

- Ưu điềm: Sử dụng vật liệu địa phương nên giá thành rẻ, thi công đơn giản,

thời gian thi công ngắn và có thể thi công song song với thi công thân đập nên rút

ngắn được thời gian xây dựng công trình

- Nhược điểm: Tác dụng giảm lượng thấm không được nhiều, nếu có yêu cầu

giảm lượng thấm lớn thì chiều dài sân phủ phải rất lớn, làm kinh phí xây dựng tăng lên nhiều

- Điều kiện áp dụng: Thường ứng dụng với công trình đập đất, đập đá đổ

nằm trên nền thấm mỏng, cột nước thấm không lớn lắm, đất làm vật liệu chống

thấm sẵn có

1.2.2 Gi ải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa

Hình 1.2 – Sơ đồ chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa

- Nội dung: Làm tường răng kết hợp lõi giữa bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ

để chống thấm cho thân và nền đập như trong hình 1.2

- Ưu điểm: Thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, giá thành rẻ; so với

giải pháp dùng tường nghiêng sân phủ thì có khối lượng ít hơn

- Nhược điểm: Khả năng giảm lượng nước thấm không được nhiều

- Điều kiện áp dụng: Thường áp dụng đối với đập đất có lõi giữa xây dựng trên nền thấm nước và chiều dày tầng thấm nước không lớn lắm, vật liệu sẵn có

1.2.3 Gi ải pháp chống thấm bằng tường hào bentonit

Hình 1.3 – Sơ đồ chống thấm bằng tường hào bentonit

- Nội dung: Công nghệ chống thấm bằng tường hào bentonit sử dụng máy đào hào chuyên dụng để moi đất và thay thế vào đó bằng vật liệu (dung dịch xi măng + bentonit hoặc xi măng + đất sét tại chỗ nghiền mịn) có tính chống thấm cao Trong quá trình đào phải chống sập vách bằng vữa bentonit như trong hình 1.3

- Ưu điềm: Độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất lượng

- Nhược điểm: Thiết bị thi công cồng kềnh

- Điều kiện áp dụng: Áp dụng hiệu quả đối với nền cát, cát cuội sỏi, đất có chiều sâu tới 60m Khuyến cáo chỉ sử dụng công nghệ này để chống thấm cho đập

cũ vì với đập mới đắp thì có hiện tượng nứt tách giữa tường và thân đập

1.2.4 Gi ải pháp chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

Hình 1.4 – Sơ đồ chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

- Nội dung: Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt Nguyên lý của công nghệ này là bơm dung dịch chất kết dính (xi măng, đất sét, hoá

chất, ) vào trong đất đá dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài atm đến vài chục

atm tùy thuộc đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị công nghệ) Nút bịt có tác dụng

bịt không cho dung dịch trào lên miệng hố khoan Sơ đồ chống thấm bằng khoan

phụt chống thấm như trong hình 1.4

- Ưu điểm: Khả năng chống thấm tốt, quy trình thi công đã khá hoàn chỉnh

và thống nhất

- Nhược điểm: Giá thành cao

- Điều kiện áp dụng: Giải pháp này có thể áp áp dụng thích hợp cho nền là

lớp bồi tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong lớp bồi tích có

lẫn đá lăn, đá tảng lớn Đặc biệt phương pháp này áp dụng phổ biến cho nền đá nứt

nẻ ít hoặc nứt nẻ lớn

1.2.5 Gi ải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất (Công nghệ khoan phụt áp

l ực cao)

Hình 1.5 – Sơ đồ chống thấm bằng cọc xi măng + đất

- Nội dung: Đặc điểm của giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất là sử

dụng công nghệ khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt và đất nền

Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200÷400 atm), vận tốc lớn (≥100m/s), các phần tử đất xung quanh hố khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa

phụt, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cọc xi măng đất (XMĐ) Cọc xi măng đất vừa có tác dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm Sơ

- Điều kiện áp dụng: Giải pháp chống thấm này áp dụng thích hợp cho đất

nền cát sỏi hạt rời đến đất bùn sét, kích thước hạt từ 0,005mm đến 10mm; không áp

dụng cho nền đá, đá nứt nẻ có đá lăn, đá tảng

1.2.6 Gi ải pháp thay đất nền

- Nội dung: Để khắc phục những tác hại do nền đất có hệ số thấm lớn, ta tiến hành đào móng đắp đất có hệ số thấm nhỏ để thay thế một phần hoặc toàn bộ nền đất trong phạm vi xảy ra hiện tượng thấm của công trình

- Ưu điểm: Quy trình thi công đơn giản

- Nhược điểm: Phương pháp này có giá thành cao, thời gian thi công lâu

- Điều kiện áp dụng: Áp dụng được với mọi điều kiện địa chất tại những nơi

- Ưu điểm: Khả năng chống thấm tốt

- Nhược điểm: Thi công phức tạp, giá thành cao

- Ứng dụng: Dùng cho những nơi không có vật liệu chống thấm bằng đất sét,

tầng thấm trong nền là đất hoặc sỏi có chiều dày nhỏ

1.2.8 Các gi ải 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 Thường 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 thiết bị thi công và giá thành công trình

1.3 Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền và những yêu cầu kỹ thuật khi thi ết kế, thi công màn chống thấm

1.3.1 Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền

Về bản chất, phụt là kỹ thuật đưa một lượng hỗn hợp chất lưu (lỏng – khí) vào môi trường đất có khe – lỗ hổng hoặc đá nứt nẻ - lỗ rỗng nhằm mục đích giảm tính thấm xuống mức cần thiết hoặc gia cường tính ổn định và chịu lực của chúng,

hoặc cả hai

Những mục đích của công tác khoan phụt có hai mức độ thời gian: tạm thời

hoặc vĩnh cửu Dây chuyền thiết bị trên mặt đất nhằm tạo ra và đưa chất lưu vào đất

đá gọi là công nghệ phụt, còn chính chất lưu có tính năng đáp ứng những mục đích trên được gọi là vữa phụt

1.3.2 Nh ững yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế, thi công màn chống thấm

Khi thiết kế, thi công màn chống thấm cần phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Màn chống thấm là một bộ phận của công trình nên phải đạt được các tiêu chuẩn như thiết kế công trình (về tuổi thọ, độ ổn định, độ bền,…);

- Màn chống thấm có tác dụng làm giảm được lưu lượng thấm theo yêu cầu;

- Thi công thuận tiện;

- Giá thành hạ;

- Đảm bảo và vượt tiến độ thi công

1.4 Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá

Theo TCVN 8645-2011: Nền công trình thủy công được coi là nền đá khi

sức chống nén tức thời một trục RR n R của các mẫu đá không thấp hơn 50daN/cm2 Khác với các loại nền khác như đất, cuội sỏi, khi nghiên cứu nền đá, ta còn phải xác định được thế nằm của đá, mức độ và sự phân bố nứt nẻ, phương của các nứt nẻ…

Nền đá nói chung có độ rỗng nhỏ Đối với nền là đá phún xuất thì độ rỗng khoảng 0,5÷0,8%; đối với đá trầm tích là 4÷35% Hệ số thấm qua đá nguyên khối khoảng 10P

Thấm ở nền đá chủ yếu là qua các khe nứt Các khe nứt qua khối đá được hình thành do quá trình kiến tạo, đoạn tầng, tác dụng của phong hóa hay do nổ mìn khi đào móng gây nên v.v… Chiều rộng khe nứt thường từ vài mm đến vài cm hoặc hơn nữa Nước từ thượng lưu thấm qua các khe nứt trong nền đá công trình và thoát

2

P) và vận tốc chuyển động của nước ngầm nhỏ hơn 2400m/d (2,8.10P

-2

Pm/s);

- Thành phần hóa học của nước ngầm không phá hoại quá trình ninh kết và đông cứng của dung dịch vữa xi măng

Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá là được tiến hành sâu trong lòng đất nên việc kiểm soát chất lượng khá phức tạp, đòi hỏi cần có quy trình đồng bộ và chính xác ngay từ khâu thiết kế ban đầu và trong khi thi công

1.5 T ổng quan về công nghệ khoan phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công ngh ệ trên thế giới

Từ đầu thế kỷ trước, phụt đã được áp dụng trong xử lý nền móng công trình Trong hơn nửa thế kỷ, chủ yếu có hai công nghệ phụt: phụt đáy mở và phụt phân đoạn từ trên xuống hoặc từ dưới lên, tức phân đoạn thụ động tùy thuộc địa tầng Từ hơn ba thập niên trước, phụt phân đoạn chủ động tức phụt ống bọc (còn gọi là hai nút) mới đi vào hoàn thiện công nghệ Tuy nhiên, trong 20 năm gần đây đánh dấu

sự ra đời phong phú của các công nghệ tiên tiến nhất như phụt dòng (tia) quét, phụt siêu áp, phụt nén-rung, … thậm chí không những xử lý móng mà còn tạo chính

những cọc móng cho công trình Khoan cọc nhồi gần đây thực chất cũng là một

biến thể của công tác phụt

Đi đầu về công nghệ phụt là những nước phát triển, nơi có điều kiện thuận

lợi về kinh tế và kĩ thuật công nghệ Tại những nước đó có những đòi hỏi cao về xử

lý nền và móng cho các công trình siêu kích thước và tải trọng, cùng những nguy cơ cao của của chất thải ngầm cực độc về hóa học và phóng xạ cần được ngăn chặn

Tại Việt Nam, công nghệ phụt đáy mở được áp dụng ở miền Bắc từ hơn 40 năm nay, ban đầu chủ yếu để xử lý các tổ mối rỗng trong thân đê điều Sau này,

phụt phân đoạn thụ động đã phổ biến cho nhiều mục tiêu đa dạng trong xử lý chống

thấm và một phần để xử lý nền Từ gần một thập niên cuối, công nghệ phụt ống bọc

và xử lý chống thấm bằng tường hào thẳng đứng được công ty Bachy Soletance (Pháp) thực hiện thành công và chuyển giao công nghệ cho một số đơn vị chuyên ngành Mấy năm gần đây là bắt đầu các thử nghiệm và thực hiện thành công bước đầu công nghệ phụt dòng quét, còn gọi là phụt áp lực cao

Ở nước ta hiện nay đã xây dựng được quy trình khoan phụt xi măng vào nền

đá (khoan phụt có nút bịt) khá hoàn chỉnh và đã được áp dụng ở nhiều công trình

thủy điện lớn như Tuyên Quang, Hủa Na (Nghệ An), Bản Chát (Lai Châu) v.v… đạt hiệu quả tốt Ngoài ra, chúng ta đã chủ động được kỹ thuật khoan phụt áp lực cao, khoan phụt tuần hoàn giúp mở ra những hướng mới trong công tác xử lý nền Phương pháp khoan phụt có nút bịt tuần hoàn lần đầu tiên được áp dụng tại công

trình đập Cửa Đạt (Thanh Hóa), các kết quả kiểm tra cho thấy đã đạt kết quả tốt Đặc biệt, gần đây hai công trình thủy điện lớn là Sơn La và Lai Châu đã áp dụng công nghệ khoan phụt chống thấm theo mô hình GIN là một tiến bộ trên thế giới và bước đầu đã chứng minh được tính ưu việt của nó so với công nghệ khoan phụt truyền thống thông thường

CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP CHỦ ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ ĐỂ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MÀN CHỐNG THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP

KHOAN PH ỤT XI MĂNG 2.1 Đặt vấn đề

Phụt vữa vào nền đá là nhu cầu thường gặp nhất trong xử lý nền móng các

hạng mục của đập lớn nói chung Hiệu quả phụt quyết định đến tính kinh tế và ổn định của công trình Thực trạng ở Việt Nam cho thấy có nhiều nơi thường phải xử

lý phụt sau khi công trình đã đi vào vận hành Không chỉ đập lớn, nhiều đập nhỏ cũng thường nảy sinh vấn đề về mất nước ngầm, giảm khả năng trữ nước, thậm chí đôi khi không còn khả năng xử lý vì quá tốn kém so với vốn tài chính ban đầu Đặc thù của màn chống thấm là nằm sâu dưới đáy công trình nên nếu có sự cố thì việc

xử lý sẽ rất khó khăn và tốn kém Do đó, việc chủ động trong khâu thiết kế màn khoan phụt chống thấm sẽ giúp cho công trình đảm bảo an toàn về mặt kĩ thuật và

tiết kiệm chi phí, tránh những rủi ro phát sinh sau này

2.2 Nhi ệm vụ, đặc điểm màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng

2.2.1 Nhi ệm vụ của màn chống thấm

Màn chống thấm là một bộ phận của công trình làm những nhiệm vụ sau:

- Hạn chế lượng nước thấm qua nền công trình;

- Giảm áp lực đẩy ngược dưới đáy công trình;

- Tăng thêm độ ổn định, chắc chắn cho đá nền;

- Chịu được áp lực cột nước theo thiết kế;

- Tạo liên kết tốt giữa nền và công trình, tăng ổn định trượt

- Tồn tại và làm việc trong suốt quá trình vận hành của công trình (có cùng

tuổi thọ với công trình);

- Là một bộ phận quan trọng không thể thiếu của công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên nền đá

2.3 Nh ững nhân tố ảnh hưởng đến cấu tạo và chất lượng màn chống thấm

Cấu tạo và chất lượng của màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt

phụ thuộc vào những nhân tố chủ yếu sau:

- Đặc điểm, nhiệm vụ của công trình: Các công trình có đặc điểm, nhiệm vụ khác nhau sẽ có yêu cầu chống thấm khác nhau, do đó màn chống thấm sẽ cũng có

những yêu cầu kỹ thuật riêng;

- Công tác khảo sát địa hình, địa chất: Công tác khảo sát càng chính xác thì càng nâng cao chất lượng thiết kế, vì thế chất lượng của màn chống thấm sẽ được nâng cao;

- Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn: Tùy thuộc vào đặc điểm địa chất của nền mà màn chống thấm được thiết kế với những chỉ tiêu phù hợp đảm

bảo chất lượng và kinh tế;

- Phương pháp khoan phụt: Phương pháp và công nghệ khoan phụt đóng vai trò quan trọng bảo đảm và nâng cao chất lượng màn chống thấm, công nghệ càng tiên tiến và phù hợp thì chất lượng thi công càng cao và rút ngắn thời gian hoàn thành;

- Vật liệu phụt: Việc lựa chọn vật liệu phụt đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn cùng công tác chế tạo và bảo quản vữa phụt đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng màn chống thấm;

- Kỹ thuật thi công khoan phụt: Kỹ thuật thi công càng hiện đại, công tác tổ

chức thi công chính xác, hài hòa giúp đẩy nhanh tiến độ và bảo đảm chất lượng màn

chống thấm;

- Công tác kiểm soát, thí nghiệm đánh giá chất lượng: Đây là công tác rất quan trọng, cần tiến hành liên tục, thường xuyên với sự chính xác cao thì chất lượng màn chống thấm mới được đảm bảo theo yêu cầu thiết kế

2.4 Nh ững yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng

2.4.1 Nh ững yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan ph ụt xi măng

Thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng cần đảm

bảo được các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Màn chống thấm phải ổn định, đạt được độ bền cao;

- Màn chống thấm không bị xâm thực, mài mòn trong môi trường đá nền;

- Màn chống thấm phải có tác dụng giảm được lưu lượng thấm theo yêu cầu

2.4.2 Nh ững yêu cầu kỹ thuật khi thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan ph ụt xi măng

Những yêu cầu kỹ thuật khi thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng như sau:

- Cần bố trí đủ mặt bằng và không gian phù hợp với công nghệ thi công khoan phụt Khi tiến hành khoan phụt từ các hành lang ngầm thì hành lang đó phải

có đủ chiều rộng, chiều cao để bố trí các thiết bị khoan và các máng dẫn mùn khoan, thiết bị xói rửa vận chuyển mùn khoan ra nơi tập trung;

- Khoan phụt xi măng phải được thực hiện trước khi dâng nước Trường hợp

phải tiến hành khoan phụt khi đã dâng nước trước công trình thì phải xem xét ảnh hưởng của cột nước gây ra đối với hiệu quả của biện pháp khoan phụt và có biện pháp xử lý phù hợp;

- Phải kết thúc việc phụt xi măng trước khi thi công các công trình tiêu nước

của nền trong phạm vi ảnh hưởng của hố khoan phụt hoặc phải có các biện pháp ngăn ngừa các công trình tiêu nước bị lấp tắc bởi dung dịch phụt;

- Khi khoan phụt qua các công trình bê tông có khớp nối phải có biện pháp che chắn không để cho dung dịch xi măng xâm nhập làm cứng các khớp nối;

- Khi khoan phụt vào lớp đá dưới nền, thông thường phải có một lớp gia tải bên trên Lớp gia tải này phải đảm bảo sao cho khi tiến hành phụt với áp lực thiết kế

không bị gãy nứt, dung dịch phụt không chảy ra bề mặt hoặc chảy vào lớp gia tải

Lớp gia tải có thể là lớp đá thiên nhiên hoặc tấm bê tông Không cần bố trí lớp gia

tải nếu áp lực phụt không lớn hơn 0,2Mpa (2atm) và nền công trình là đá nguyên

khối, ít nứt nẻ và khi phụt thử nghiệm cho kết quả tốt;

- Nếu lớp đất nền trên mặt là không ổn định thì phải đặt các ống chèn qua

phạm vi lớp này và phải đổ vữa xi măng vào khoảng trống bên ngoài ống;

- Phụt vữa phải được tiến hành liên tục, không gián đoạn bởi vì khi ngừng thì lượng ăn vữa giảm, có lúc không ăn vữa nữa Muốn thế phải chuẩn bị đầy đủ vật

liệu, thiết bị và các tiện nghi phục vụ như điện, nước, hơi ép v.v… Trong quá trình

phụt phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra để 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 cố gắng thời gian ngừng ngắn nhất Khi tiến hành phụt lại, nếu lượng ăn

vữa xấp xỉ 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;

- Áp lực phụt lúc đầu nên lớn hơn áp lực nước tĩnh của đoạn phụt từ 0,5÷1atm, mỗi lần sau chỉ nên tăng thêm 0,5atm và chỉ được tăng khi lượng ăn vữa

xuống tới 50lit/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 0 hoặc

nhỏ hơn 0,4lit/phút thì cần kéo dài thêm 20 phút nữa là có thể kết thúc

2.5 L ựa chọn tiêu chuẩn thiết kế và thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan ph ụt xi măng

2.5.1 L ựa chọn tiêu chuẩn thiết kế

Căn cứ vào yêu cầu chống thấm cho công trình và kết quả khảo sát địa hình, địa chất, tiến hành lựa chọn các tiêu chuẩn sau phục vụ cho công tác thiết kế màn

chống thấm:

- Tiêu chuẩn TCVN 8645:2011 “Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá”;

- Tiêu chuẩn TCVN 4253:2012 “Nền các công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế”;

- Tiêu chuẩn TCVN 9149:2012 “Công trình thủy lợi – Xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm ép nước vào hố khoan”;

- Tiêu chuẩn TCVN 9137:2012 “Công trình thủy lợi – Thiết kế đập bê tông

và bê tông cốt thép”;

- Tiêu chuẩn TCVN 8216:2009 “Thiết kế đập đất đầm nén”;

- Tham khảo các yêu cầu kỹ thuật do Công ty tư vấn Colenco (Thụy Sĩ) kiến nghị với khoan phụt chống thấm cho thủy điện Sơn La và Lai Châu

2.5.2 L ựa chọn tiêu chuẩn thi công

Căn cứ vào các yêu cầu của thiết kế, tiến hành lựa chọn áp dụng các tiêu chuẩn sau để thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt vữa xi măng:

- Quy trình thi công khoan phụt và các yêu cầu kỹ thuật trong khi thi công theo tiêu chuẩn TCVN 8645:2011 “Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan

phụt xi măng vào nền đá”;

- Lựa chọn thiết bị khoan phụt theo yêu cầu thi công và khả năng đáp ứng

thực tế;

- Lựa chọn vật liệu khoan phụt theo các tiêu chuẩn:

+ Tiêu chuẩn 14TCN 66-2002 “Xi măng cho bê tông thủy công – Yêu cầu kỹ thuật”;

+ Tiêu chuẩn 14TCN 72-2002 “Nước dùng cho bê tông thủy công – Yêu cầu

kỹ thuật”;

+ Tiêu chuẩn TCXDVN 325:2004 “Phụ gia hóa học cho bê tông”

- Tham khảo điều kiện kỹ thuật thi công của các công trình tương tự

2.6 L ựa chọn các chỉ tiêu trong thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan ph ụt xi măng

Các chỉ tiêu cần phải được làm rõ khi thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng là:

- Lượng mất nước đơn vị yêu cầu: Phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của nền

và công trình;

- Chiều dày màn chống thấm: Phụ thuộc vào chênh lệch mực nước thượng,

hạ lưu và gradien cột nước cho phép của màn tương ứng với loại đá nền;

- Chiều sâu màn chống thấm: Căn cứ vào cột nước trước đập, các yêu cầu kéo dài đường viền thấm để giảm J và áp lực thấm lên nền, yêu cầu liên kết các khối

đá lại để tăng khả năng chịu tải của nền và độ bền cho khối đá;

- Số hàng khoan và khoảng cách các hố: Căn cứ vào yêu cầu của lượng nước

thấm cho phép sau khi có màn chống thấm;

- Phương của các hố khoan: Căn cứ vào phương các nứt nẻ chủ yếu của đá

nền, yêu cầu tạo ra màn chống thấm kín khi khoan phụt từ các hành lang ở các cao

độ khác nhau;

- Nồng độ dung dịch phụt: Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của đá nền, tiến hành thí nghiệm để chọn nồng độ phù hợp;

- Áp lực phụt lớn nhất: Căn cứ vào yêu cầu bảo đảm không phá hoại kết cấu

của tầng đá và lớp bê tông bên trên

2.7 L ựa chọn công nghệ và thiết bị thi công khoan phụt vữa màn chống thấm

2.7.1 L ựa chọn công nghệ khoan phụt

Việc lựa chọn công nghệ khoan phụt đóng vai trò quyết định hàng đầu tới

chất lượng của màn chống thấm Yêu cầu đặt ra là phải lựa chọn được công nghệ khoan phụt áp dụng với điều kiện thực tế của công trình vừa đảm bảo độ bền cho công trình mà giá thành rẻ nhất, thời gian thi công nhanh

Các công nghệ khoan phụt cống thấm cho công trình thủy lợi ở nước ta hiện nay được minh họa như trong hình 2.1

Khoan phụt truyền thống Khoan phụt kiểu ép đất Khoan phụt thẩm thấu Khoan phụt Jet-grouting (KPCA)

Hỡnh 2.1 - Ngu yờn lý một số cụng nghệ khoan phụt chống thấm cho cụng trỡnh thuỷ lợi, thủy điện 2.7.1.1 Khoan phụt truyền thống

2.7.1.1.1 Khoan phụt truyền thống thụng thường

Khoan phụt truyền thống cũn được gọi là khoan phụt cú nỳt bịt (1 nỳt hoặc 2 nỳt) được thực hiện theo sơ đồ hỡnh 2.2 Nguyờn lý của nú là bơm dung dịch chất

kết dớnh (xi măng, đất sột, hoỏ chất, .) vào trong đất dưới một ỏp lực phự hợp (thường từ vài atm đến vài chục atm tựy thuộc đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị cụng nghệ) Nỳt bịt cú tỏc dụng bịt khụng cho dung dịch trào lờn miệng hố khoan

Mục tiờu của phương phỏp là sử dụng ỏp lực phụt để ộp vữa xi măng (hoặc xi măng – sột) lấp đầy cỏc lỗ rỗng trong cỏc kẽ rỗng của nền đỏ nứt nẻ Gần đõy, đó cú

những cải tiến để phụt vữa cho cụng trỡnh đất (đập đất, thõn đờ, )

Phương phỏp này sử dụng khỏ phổ biến trong khoan phụt nền đỏ nứt nẻ, quy trỡnh thi cụng và kiểm tra đó khỏ hoàn chỉnh Tuy nhiờn, với đất cỏt mịn hoặc đất bựn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước cú ỏp thỡ khụng kiểm soỏt được dũng vữa

sẽ đi theo hướng nào

quốc tế lần 3 về “Phụt và xử lý nền” diễn ra từ 10 đến 12/2/2003 ở New Orleans, Los Angeles, Hoa Kỳ

Cơ sở cho mô hình hóa công tác phụt chính là chỉ số GIN Chỉ số GIN (Grouting Intensity Number – Chỉ số cường độ phụt) xác định điều kiện dòng vữa

ngừng thấm, tức điều kiện ngừng phụt, tránh áp suất tăng quá 10÷20% áp lực quy định Về bản chất, đây chính là năng lượng tối đa có thể thực hiện phụt Trị số GIN cho biết mức thấm vữa trung bình, thí nghiệm trong phòng cho thấy GIN luôn độc

lập với độ mở của khe nứt Các khe nứt nhỏ có lượng ăn vữa thấp nhưng đòi hỏi áp

lực cao Nguyên nhân của việc tăng đều lượng ăn vữa là do hiện tượng tăng “khe

nứt thủy lực” cả mới và cũ Khách quan hơn cả là dừng phụt khi đạt mức cường độ

Khối lượng vữa đã phụt V (l/m)

ĐƯỜNG CONG GIỚI HẠN PHỤT VỮA

500 1000 1500 2000 2500

Hình 2.3 - Đường cong giới hạn GIN cho khoan phụt

Những khía cạnh quan trọng của mô hình GIN:

- Sử dụng một công thức hỗn hợp vữa thống nhất và thỏa đáng được xác định trên cơ sở các thí nghiệm tiên tiến, độ bền của vữa cũng để đảm bảo độ bền vữa của công trình;

- Dùng công thức GIN giới hạn (với ba thông số PR max R, VR max R và GIN), mật độ

hố, chiều dài đoạn phụt, cỡ hạt xi măng tương thích tính chất đá Theo yêu cầu của

dự án mà tiến hành thử nghiệm thử tại hiện trường về phụt và chỉ tiêu cơ học đá;

- Tự động hóa khâu theo dõi và ghi đo số liệu trong quá trình phụt;

- Phân tích thường xuyên số liệu và điều chỉnh tối ưu quá trình phụt;

- Tránh thí nghiệm ép nước vào nền đá đã phụt hoàn chỉnh

Những lợi thế chính của phương pháp khoan phụt theo mô hình GIN:

- Đơn giản hóa việc sử dụng vữa về một loại thống nhất và do vậy loại trừ cũng như giảm thiểu đáng kể lượng vữa thải bỏ khi phải đổi nồng độ - tỷ lệ;

- Giảm bớt và thậm chí ngăn chặn nguy cơ thông khe thủy lực jacking) và quan trọng là ngăn nứt thủy lực (hydro-fracturing) trong đá do loại bỏ được sự tăng áp hay lượng vữa phụt quá ngưỡng;

(hydro Cân bằng tương đối độ ngấm vữa cho mọi đoạn phụt, không phân biệt tính đất đá khiến cho quy trình phụt dễ thiết kế hơn;

- Cho kết quả dữ liệu mạch lạc, nhờ đó dễ dàng giám sát tiến trình phụt, đảm

bảo kết quả chất lượng và tối ưu về kinh tế;

- Quy phạm GIN có khả năng tự thích nghi nên nhờ vậy sẽ áp dụng được cho các điều kiện tự nhiên đa dạng gặp dưới nền đá móng công trình

Các nguyên lý thiết kế phụt theo mô hình GIN

- Ấn định chính xác mục đích công tác phụt;

- Thiết kế một quy trình phụt linh hoạt;

- Dùng thí nghiệm trong phòng để lựa chọn “vữa tốt nhất” cả về mặt kỹ thuật

lẫn kinh tế Chỉ loại vữa có tính bền này mới được thiết kế sử dụng;

- Chỉ dùng một loại vữa thích hợp nhất cho mọi phân đoạn phụt nhằm đảm

bảo chất lượng cuối cùng và đơn giản hóa quy trình phụt Điều này cũng giúp giảm

hẳn lượng vữa thải bỏ;

- Xác định các thông số tối thiểu từ đường cong GIN gồm PR max R, VR max R và chỉ

số GIN=P.V Cân nhắc mọi đơn nguyên địa chất và tính chất cơ lý của đá để có cái nhìn toàn diện và giải quyết tốt mặt kinh tế của dự án;

- Hoàn chỉnh giai đoạn phụt thí nghiệm hiện trường và kiểm tra chất lượng

tiến trình công việc bằng cách phụt thí nghiệm bổ sung;

- Không ép nước thí nghiệm trong quá trình phụt vì chúng không cần thiết

mà lại rất nguy hiểm đối với chất lượng phụt Sử dụng số liệu ghi được từ các hố khoan phụt trước làm căn cứ lựa chọn chỉ tiêu cho các hố khoan phụt sau;

- Phương pháp chia khoảng cách (bố trí - mật độ) cho hố phụt không mới nhưng sử dụng trong mô hình GIN theo cách tự thích nghi và tự điều chỉnh, không

nhất thiết là mạng đều, tối thiểu hay tối đa (giãn cách hàng và hố thay đổi phù hợp);

- Áp dụng nguyên tắc độ dài phân đoạn tăng theo chiều sâu phụt là biện pháp đẩy nhanh tiến độ để tiết kiệm chi phí;

- Phần địa tầng đá trên mực nước ngầm nên ép nước với áp lực thấp trước

phụt vữa nhằm tránh tình trạng “bao vây” bất thường trong khi phụt vữa và là nguyên nhân thấm hụt nước của vữa phụt ảnh hưởng đến độ phụt;

- Bắt buộc tạo hố phụt mới phải có chiều sâu dựa trên cơ sở lượng ăn vữa của

những hố gần nhất;

- Vi tính hóa quy trình theo dõi sẽ hiển nhiên đem lại sự tối ưu và đầy đủ Nhiều dữ liệu lẻ có khi rất có ích, chúng cũng dễ sử dụng để thống kê và thiết lập các quan hệ giữa các thông số cần quan tâm

Những ưu điểm của phương pháp khoan phụt theo mô hình GIN so với phương pháp khoan phụt truyền thống thông thường:

- Thời gian khoan phụt nhanh hơn so phương pháp khoan phụt thông thường

do sử dụng một nồng độ vữa phụt thống nhất, không cần tiến hành nhiều thí nghiệm

ép nước trong quá trình phụt;

- Cập nhật kết quả khoan phụt kịp thời, chính xác làm căn cứ cho các đợt khoan phụt sau;

- Tiết kiệm chi phí do giảm được lượng vữa phải thải bỏ;

- Quy trình thống nhất từ đầu đến cuối

2.7.1.2 Khoan phụt kiểu ép đất

Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của đất làm tăng độ chặt của đất xung quanh Biện pháp này thường được sử dụng trong xử lý nền đất yếu

2.7.1.3 Khoan phụt thẩm thấu

Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường là hoá chất hoặc xi măng

cực mịn) với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng Phổ biến hiện nay là sử dụng

xi măng cực mịn có pha thêm dung dịch hóa chất để làm tăng độ linh động Do vật

liệu sử dụng có giá thành cao nên phương pháp này ít áp dụng

2.7.1.4 Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ - dưới sâu tạo ra cọc xi măng đất (cọc XMĐ) được gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM) Phương pháp này

dựa trên 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 + xi măng) với áp lực > 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 tỷ lệ có quy luật

giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cọc xi măng đất (XMĐ) Nếu thi công chồng lấn lên nhau có thể tạo ra được một tường hào XMĐ Đường kính cọc XMĐ phụ thuộc loại đất, áp lực phun, tốc độ xoay và rút cần và tuỳ thuộc loại thiết bị Với những thiết bị lớn nhất hiện nay có thể tạo ra các cọc có đường kính đến 3m

2.7.2 L ựa chọn phương pháp khoan phụt

Việc lựa chọn phương pháp phụt vữa phụ thuộc vào đặc điểm của nền, điều

kiện thiết bị, chiều sâu hố khoan, yêu cầu chống thấm và công nghệ khoan phụt Cùng với việc lựa chọn công nghệ khoan phụt thì việc lựa chọn phương pháp khoan

phụt đóng một vai trò quan trọng quyết định đến chất lượng và tiến độ thi công màn

chống thấm

2.7.2 1 Các phương pháp phụt vữa

Căn cứ vào sự vận động của vữa khi phụt có các phương pháp:

- Phương pháp phụt nén ép vữa (phụt vữa không tuần hoàn): là phương pháp

phụt vữa trong đó toàn bộ vữa do máy bơm phụt đi (trừ các tổn thất công nghệ) đều được đưa vào trong các khe hở của nền đá Sơ đồ của phương pháp thể hiện trong hình 2.4

+ Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng

+ Nhược điểm: Lưu tốc phụt vữa nhỏ, vữa dễ bị lắng đọng làm cho hệ thống

đó bị tắc

+ Ứng dụng: Dùng cho hố khoan nông, nền khe nứt lớn, lượng ăn vữa lớn

Hình 2.4 – Sơ đồ phương pháp phụt vữa không tuần hoàn

- Phương pháp phụt vữa bán ép: là phương pháp phụt vữa trong đó chỉ một

phần vữa được đưa vào trong các khe hở của nền đá, một phần vữa ngay sau khi ra

khỏi máy bơm lại quay trở về bể chứa để bơm lại mà không được phụt vào trong hố khoan

- Phương pháp phụt vữa tuần hoàn: là phương pháp phụt vữa trong đó vữa do máy bơm phụt đi chạy vòng quanh từ máy bơm đến hố khoan và quay vòng trở lại Trong một chu kỳ quay vòng đó, một phần vữa thâm nhập được vào trong nền đá,

phần còn lại quay từ hố khoan trở về bể chứa để bơm lại Sơ đồ của phương pháp được thể hiện trong hình 2.5

+ Ưu điểm: Đảm bảo được tính lưu động của vữa trong quá trình phụt, chất lượng vữa cao, tránh được hiện tượng vữa lắng đọng

+ Nhược điểm: Thiết bị phụt phức tạp

+ Ứng dụng: Dùng cho hố khoan sâu, nền nứt nẻ nhỏ

Hình 2.5 – Sơ đồ phương pháp phụt vữa tuần hoàn

Căn cứ vào trình tự phụt vữa có các phương pháp:

- Phụt vữa một lần: Tiến hành khoan hết toàn bộ chiều sâu hố khoan sau đó

phụt vữa toàn bộ hố khoan

+ Ưu điểm: Quá trình phụt vữa thao tác đơn giản, tốc độ thi công nhanh + Nhược điểm: Hiệu quả chất lượng phụt không cao vì không thể tùy theo tính chất từng lớp đất đá mà dùng áp lực phụt vữa thích hợp

+ Ứng dụng: Thích hợp với hố khoan không sâu lắm (10÷15m), nền đá rạn

nứt ít, lượng mất nước đơn vị nhỏ

- Phụt vữa phân đoạn từ trên xuống: Chia hố khoan thành các đoạn, khoan đến đâu phụt vữa đến đó

+ Ưu điểm: Chất lượng phụt vữa cao do trong quá trình phụt vữa xuống nền, đoạn sau có thể dùng áp lực lớn hơn nên tránh nên tránh được hiện tượng vữa trồi lên miệng hố khoan

+ Nhược điểm: Khó thi công, tốc độ chậm, giá thành cao

- Phụt vữa phân đoạn từ dưới lên: Tiến hành khoan hố đến độ sâu thiết kế sau

đó chia thành từng đoạn và phụt vữa từ dưới lên

+ Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng

+ Nhược điểm: Áp lực phụt vữa nhỏ nên hiệu quả phụt kém Với nền nứt nẻ nhiều thì vữa dễ bị trồi, thành hố khoan sập nên chỉ dùng ở nền tương đối rắn chắc,

ít nứt nẻ

- Phụt vữa hỗn hợp: Tiến hành phụt vữa kết hợp từ trên xuống và từ dưới lên + Ưu điểm: Khắc phục được nhược điểm của 2 phương pháp trên

+ Ứng dụng: Thi công hố khoan sâu, phía trên bị nứt nẻ nhiều, phía dưới nền tương đối rắn chắc

2.7.2 2 Những quy định chung khi lựa chọn phương pháp phụt vữa tạo màn chống thấm

Tùy từng trường hợp cụ thể mà lựa chọn phương pháp phụt vữa thích hợp Khi lựa chọn phương pháp phụt vữa có những quy định chung cần tuân theo sau đây:

- Việc phụt vữa phải được thực hiện theo phương pháp nén ép (không tuần hoàn) nếu khi thi công sử dụng các máy bơm có cơ cấu dẫn động điều chỉnh được;

- Việc phụt vữa phải được tiến hành theo phương pháp tuần hoàn nếu sử

dụng các máy bơm có cơ cấu dẫn động không điều chỉnh được;

- Phải phụt theo phương pháp không tuần hoàn và phải chuyển sang phương pháp tuần hoàn khi tiêu hao vữa của hố khoan trong quá trình phụt giảm xuống tới 15lit/phút nếu không tạo được áp lực phụt hoặc chỉ tạo được áp lực phụt thấp;

- Nên sử dụng phương pháp phụt tuần hoàn để tránh tình trạng vữa bị phân hóa, trừ trường hợp hố khoan quá sâu;

- Các hố khoan có độ sâu từ 7m trở lên phải phân đoạn để phụt vữa;

- Phụt xi măng trong các hố khoan phải được thực hiện theo phương pháp phân đoạn và tiến hành từ trên xuống (từ miệng hố xuống đáy hố) Cho phép sử

dụng phương pháp phân đoạn từ dưới lên (từ đáy lên miệng hố) đối với các hố khoan đợt 2 và các đợt phụt tiếp theo nếu việc phụt vữa thử nghiệm theo phương pháp này tại hiện trường cho kết quả tốt;

- Khi phụt theo phương pháp phân đoạn từ dưới lên, nếu các hố khoan đợt 2

và đợt tiếp theo có hơn 10% số đoạn có hiện tượng dung dịch phụt xì qua thành nút lên phía trên thì phải phụt theo phương pháp phân đoạn từ trên xuống;

- Trong vùng đất đá có độ rỗng dễ tạo nên các độ chối giả tạo thì sau khi đã khoan xoáy nạo sạch xi măng đoạn cuối, tùy theo yêu cầu của thiết kế có thể cho

phụt xi măng vào toàn bộ hố khoan mà không cần phân đoạn (phụt vữa một lần)

2.7.3 L ựa chọn thiết bị khoan phụt

2.7.3 1 Thiết bị khoan

Để thi công liên tục, kịp thời và thỏa mãn các yêu cầu theo đồ án thiết kế,

cần sử dụng các máy khoan đập xoay phá nõn toàn đáy có đủ công suất khoan tới 50m đến 100m hoặc hơn, với đường kính hố khoan không nhỏ hơn 42mm

Đối với khoan lấy mẫu đá thí nghiệm để kiểm tra kết quả khoan phụt cần sử

dụng các loại máy khoan khảo sát địa chất có công suất lớn, khoan theo phương pháp khoan xoay lấy mẫu bơm rửa với đường kính hố khoan không nhỏ hơn 75mm

Thiết bị khoan trong công tác khoan phụt là các máy khoan xoay và khoan xoay đập có đường kính trong khoảng 73mm đến 105mm Về mặt kỹ thuật cho phép sử dụng đường kính lớn hơn Ngoài các hố khoan kiểm tra được khoan lấy

mẫu, các hố khoan đều được thực hiện theo phương pháp khoan phá, không lấy mẫu

2.7.3 2 Thiết bị phụt vữa

Thiết bị phụt có nhiệm vụ chế tạo và đưa vữa vào đất đá nhằm 2 mục đích:

- Vữa tạo màn chống thấm hoặc gia cường nền dưới đập và công trình, hoặc

cả hai;

- Vữa đạt khả năng xâm nhập vào địa tầng phụt một cách tối ưu để có hiệu

quả lớn nhất

Dây chuyền công nghệ phụt gồm các thành phần chính:

- Thiết bị tạo và điều chế vữa: thùng trộn và thùng khuấy;

- Thiết bị bơm vữa và chất lưu hỗ trợ (nước, khí): bơm các loại;

- Thiết bị dẫn và kiểm soát, điều chỉnh chất lưu: máy công tác, cần - ống dẫn, máy đo áp lực và lưu lượng chất lưu

Thùng khuấy có vai trò quyết định đến chất lượng vữa nhưng thực tế tại Việt Nam thường xuyên bỏ qua thiết bị này Thùng khuấy tạo vận tốc đối lưu và áp lực

nội tại trong vữa ở mức độ cao nhằm thiết lập tính huyền phù cần thiết của vữa Tốc

độ quay của cánh trộn ít nhất phải đạt 1000 vòng/phút, đường kính cánh không quá

lớn Các bọt vi khí được tạo ra ở đây sẽ có lực bám phân tử với các hạt rắn của vật