Thi công công trình ngầm bằng các phương pháp đặc biệt

Trang 1

NGUYEN THE PHUNG

ING

BANG CAC PHUONG - ot BIÊT

THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG

Trang 2

NGUYEN THE PHUNG

_THI CONG CONG TRINH NGAM

BANG CAC PHUONG PHAP DAC BIET

NHA XUAT BAN XAY DUNG

Trang 3

MO DAU

Xây dựng hầm và metro trong các đất yếu bão hoà nước là một bài tốn cơng trình

phức tạp, đặc biệt là trong các đô thị đã xây dựng các nhà dân dụng và công nghiệp có quy mơ lớn, có mật độ giao thơng lớn, có hệ thống cơng trình hạ tầng kĩ thuật

ngầm phức tạp Trong những điều kiện như vậy, việc đào hang trong các đất bão hồ nước khơng ổn định kéo theo lún mặt đất và hậu quả của nó là biến dạng nhà cửa, phá hoại cuộc sống bình thường của đô thị

Khi đào các cơng trình ngầm của metro (các giếng, các hầm nghiêng, các ga, các hầm nối ga, các hố móng của nhà ga trên mật, các buồng ngầm v.v ) trong những

điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn bất lợi, phức tạp (trong các đất không ổn

định, với độ bão hoà nước lớn bởi nước ngầm, có cát chảy ) người ta sử dụng rộng

rãi các phương pháp đặc biệt để thi công với mục đích gia cố và cải thiện các tính

chất của đất Trong lĩnh vực gia cố đất đã tồn tại hai hướng: gia cố đất trong thế nằm tự nhiên và gia cố đất trong trạng thái phá hoại của chúng

Theo đặc điểm tác dụng vào đất, người ta chia các phương pháp gia cố đất ra làm các phương pháp cơ học, vật lí, cơ - lí và hố học; theo thời gian tác dụng thì chia làm các phương pháp ngắn hạn và các phương pháp tác dụng lâu dài

Theo các phương pháp giao cắt của đất bão hoà nước, các phương pháp đào hang

đặc biệt có thể chia làm ba nhóm: đào hang bằng việc sử dụng trực tiếp các phương

pháp giao cắt các đất bão hồ, khơng địi hỏi bất kì sự thay đổi nào của các tính chất

cơ lí của đất Các phương pháp dùng tường cừ, hạ vì chống, tường chắn từ các cọc

khoan đóng, “tường trong đất" là thuộc nhóm này;

Đào hang trong các đất bão hồ nước có sử dụng các phương pháp làm giảm độ linh động của các đất này trong một thời gian xác định Các phương pháp dùng khí

nén (giếng chìm hơi ép), hạ mực nước ngầm nhân tạo, đóng băng đất nhân tạo cùng thuộc

trong nhóm này;

Đào hang trong các đất bão hoà nước có gia cố trước chúng Các phương pháp hố

lí để gia cố đất như bitum hoá, ximăng hoá, sét hoá

IA A ĐÐorman đã đưa ra cách phân loại các phương pháp đặc biệt để thi công metro như trên hình 1.1 Trên sơ đồ đã chỉ ra các ranh giới áp dụng các phương pháp

Trang 4

(m/ngày đêm); đối với nhiều phương pháp hệ số Kẻ là không bị hạn chế (trên sơ đồ không chỉ rõ điều này)

Các loại đất cơ bản

TL |

Đất cứng và nửa cứng Các loại cát Các loại đất sét dẻo

(đá voi, dolonit, os cet & ok

đá biến chất, cuội, dăm sỏi) (cát có độ lớn hạt khác nhau) (sát, á sới, 8 cal) | | |

Các phương pháp giảm độ thấm, Các phương pháp giảm độ thấm, và Các phương pháp giảm độ thấm, tính toàn khối của khối đất và tăng độ linh động của cát, chống cát chảy nâng cao độ ổn định với nước và tăng

bền cơ học của đất ‘ ‘ ‘ độ bền cấu trúc

z Hạ mực nước ngầm Xi măng hóa Dịng khí nén Ha vi chống (có áo sét) Hạ mực nước ngầm Đóng băng nhân tạo Silicát hóa một vữa hi 3 ø ~ B § > = 5 = đA Silicát hóa hai loại vữa Phương pháp đóng băng nhân tạo s&s ° c a £ c D> Cc wo 2 = c S Q mực Hạ nước ngầm Ko=2+80 $x a Nn 0,05 5,0 | | 8 % = s Pa |S 5 = 2 zI|š5||E|lE g| |5 o|!8S| I5 2 5 = 5 € 2 — = = = = G > | = aD = ki a x @ 8/15) 5 |5 5 5 ¬ œ = tˆ _ ir

Hình 1: Phân loại các phương pháp thì cơng đặc biệt để xây dựng metro

(theo IA A Dorman)

Thực chất và phạm vi áp dụng các phương pháp đặc biệt khi thi cong metro được mô tả dưới đây

Cọc cừ được sử dụng để đào các cơng trình ngầm (hố móng, giếng, hào v.v ) trong các đất bão hoà nước Tường cừ chống giữ vách hố đào cũng như giảm hoặc triệt tiêu lưu lượng nước ngầm ngấm vào hang Ván cừ gỗ được áp dụng khi quy mô cát chảy không

lớn (dưới 3 + 4 mét) Ván cừ thép với quy mô đến 15 mét Ván cừ được cắm sâu vào

tầng giữ nước để ngăn chặn nước, hay cát chảy xâm nhập vào Ván cừ bằng thép I được dùng để gia cố vách hố đào khi xây dựng hầm bằng phương pháp lộ thiên

Phương pháp "tường trong đất" cho phép tạo nên ở trong đất những tường, chúng được sử dụng làm kết cấu chịu lực hoặc che chắn, làm màn chống thấm Chiều dày của

Trang 5

Phương pháp hạ vì chống của các giếng trong áo sét bao gồm việc khoảng không giữa

vách vì chống và đất được chứa đầy vữa sét bằng cách một áo sét để giảm ma sát giữa đất và kết cấu được hạ xuống Chiều sâu đào giếng bằng phương pháp này được hạn chế

là 25 + 30 mét hoặc hơn

Các cọc khoan nhồi được áp dụng để xây dựng các tường chịu lực khi xây dựng các hầm

ga và hầm nối ga của metro Các lỗ khoan khi chế tạo các cọc khoan nhồi được khoan bằng các máy khoan xoay hoặc khoan đập Sau khi làm sạch mặt gương khoan người ta đặt vào

trong lỗ khoan khung cốt thép rồi đổ bêtông Theo mức độ đổ bêtông người ta rút ống chèn ra Đường kính các cọc khoan nhồi 400 + 1200mm, chiều dài đến 30 mét hoặc hơn

Việc hạ mức nước ngầm nhân tạo được sử dụng rộng rãi để làm khô (trong thời gian thi công công tác đào hang) các đất tơi, bão hoà nước và đá nứt nẻ Để hạ mực nước người ta sử dụng các thiết bị như kim lọc nhẹ, thiết bị thổi, kim lọc thối, thiết bị gương và chân không, thiết bị thu nước chân không li tâm, lỗ khoan hạ nước ngầm được trang

bị bằng các bơm sâu

Đóng bảng nhân tạo đất được áp dụng rộng rãi để ngăn chặn các nguồn nước ngầm

chảy vào hang ngầm và làm cho đất đạt được độ bền lớn tạm thời Việc đông lạnh nhân

tạo được áp dụng đối với các loại đất tơi, dính, khơng dính, nửa cứng và cứng Đây là

một phương pháp tổng hợp

Phương pháp đào hang có sử dụng khí nén (phương pháp giếng chìm hơi ép) được sử dụng khi đào các hang ngang, giếng đứng trong đất bão hoà nước và cát chảy Áp lực của khơng khí trong vùng giếng chìm có thể dat téi 0,2 + 0,25MPa (~ 2,0 + 2,5 kg/cm?)

tuỳ thuộc vào độ sâu hang và trị số áp lực thuỷ tĩnh Để giảm áp lực thuỷ tĩnh của nước

ngầm phương pháp giếng chìm được áp dụng tổ hợp với hạ mực nước ngầm nhân tạo

Việc silicat hoá hai vữa được áp dụng để gia cố các loại cát có hệ số thấm từ 2 + 80 m/ngày đêm Nó bao gồm việc ép lần lượt vào trong đất các vữa silicat natri và €lorit canxi Do phản ứng hoá học giữa chúng, đất được gia cố và trở thành bền hơn, ổn định và không thấm nước Phương pháp được áp dụng để làm tăng khả năng chịu lực của

đất ở dưới móng, bảo vệ cơng trình ngầm khi đào khỏi bị nước chảy vào và trong một số

trường hợp khác nữa

Người ta sử dụng silicat hoá một loại vữa để gia cố cát nhỏ và cát chảy với hệ số thấm

0,5 + 1,0 mét/ngày đêm Phương pháp bao gồm việc đưa vào trong đất một vữa tạo keo

gồm hai hay ba thành phần: vữa có độ nhớt gần như độ nhớt của nước và thời gian tạo keo chậm Phương pháp này cho phép làm cho đất đạt được tính chống thấm và độ bền cơ học, ngăn cản được sự xâm nhập của nước ngầm khi đào hang ngầm Ngày nay đã có đến I5 thực đơn về các thành phần của vữa dùng để silicat hoá một loại vữa

Siicat hoá khí dựa trên việc sử dụng khí oxyt cacbon để làm chất đông cứng cho thuỷ

Trang 6

oxyt cacbon Phạm vi áp dụng của phương pháp là để đào các hang ngầm, để chống thấm khi đào các hố móng sâu Và v.V

Việc tam hợp hoá đất bằng các vữa sét - silicat được áp dụng khi khối lượng công tác

lớn Các vữa này có độ linh động cao và độ nhớt nhỏ, đảm bảo xâm nhập sâu vào trong

cát, cũng như có thời gian tạo keo chậm Vữa tam hợp được chuẩn bị trên cơ sở sét bentonit có độ khuếch tán cao với việc bổ sung vữa silicat natri Các loại vữa này đặc

biệt có triển vọng trong xây dựng ngầm

Việc keo hoá là đưa vào đất một loại keo tổng hợp trong hỗn hợp với chất đông

cứng Kết quả của việc tác dụng tương hỗ giữa keo và chất đơng cứng mà q trình polime hoá keo được bắt đầu Đất cát do quá trình keo hố mà có tính chống thấm Phương pháp được đề nghị để gia cố cát bão hồ nước có hệ số thấm từ 0,5 + 5m ngày/đêm Phạm vi áp dụng của phương pháp là để nâng cao khả năng chịu lực của nền và cọc, gia cố các đất sét trong các mái nghiêng có độ dốc tự nhiên, trong các vách hào và các hang ngầm

Người ta áp dụng ximăng hoá khi cần phải tam hợp hoá các khe nứt, các lỗ rỗng

trong các đá cứng và trong các đất sỏi cuội Vữa Ximăng được người ta ép vào đất qua

các lỗ khoan để đạt được tính chống thấm và làm toàn khối đất Người ta sử dụng

ximang hod dé dau tranh với các nguồn nước ngấm vào hang ngầm, để tạo nên màn chống thấm, tăng cường nên và lấp các lỗ trống ở sau vách cơng trình ngầm Để gia cố

cát, á cát và á sét người ta dùng hỗn hợp ximăng - đất, chúng có độ bền cơ học và tính

chống thấm cao

Việc bitum hoá bao gồm một số phương pháp Để tam hợp hoá đất cứng và nửa cứng nứt nẻ cũng như các đất cuội sỏi có độ ngậm nước cao từ 1 đến 100 lít phút người ta bitum hố nóng Để đạt độ chống thấm cho các đất cát có hệ số thấm từ 10 + 100 m/ngày đêm khi xây dựng các hố đào người ta sử dụng bitum hoá nguội - ép vào trong đất các nhũ tương bitum Việc phủ nhiều lớp bitum nhận được khi xâm nhập qua lại nhũ tương bitum và các lớp hỗn hợp bitum - đất Các lớp phủ như vậy người ta sử dụng cho các đất cát - sét thấm mạnh khi xây dựng các màn chống thấm

Khi sét hoá người ta ép dưới áp lực vữa sét vào đất có các khe nứt, kết quả là nước được ép ra khỏi vữa sét, các khe nứt được lèn chặt sét nhão đã giải phóng nước, làm cho khe nứt có tính chống thấm Quá trình giải phóng nước ra khỏi vữa sét được rút ngắn khi đưa vào vữa các phụ gia hoá học nhất định

Trang 10

Thường thì các điều kiện địa chất công trình địi hỏi cần phải phối hợp một số phương pháp, chẳng hạn như việc tổ hợp các phương pháp ximăng hoá và bitum hoá là khi tốc

độ nước ngầm lớn; tổ hợp ximãng hóa và sét hóa; tổ hợp, thì phương pháp giếng chìm

hơi ép và hạ mực nước ngầm là để giảm áp lực thuỷ tĩnh và giảm áp lực của khí nén Các

điều kiện địa chất cơng trình cũng xác định công nghệ và chế độ gia cố đất

Điều kiện thế nằm của các lớp đất và độ dày của các lớp, việc có hiện tượng xói từ lâu, mức độ, tốc độ, nhiệt độ, thành phần hóa học, tính xâm thực và áp lực của nước ngầm; thành phần hoá học, thành phần khoáng vật, thành phần hạt và những đặc điểm cấu tạo của đất; độ dẻo, độ sệt, độ chặt, tính dẫn nhiệt, độ thấm nước của đất; việc có cát chảy, castơ và nhiều yếu tố khác nữa đều ảnh hưởng đến kết quả gia cố đất

Các phương pháp: đóng băng đất nhân tạo, hạ mực nước ngầm, gia cố hố lí, giếng chìm hơi ép, đóng cọc cừ, hạ giếng trong áo sét và phương pháp "tường trong dat” 1a

những phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả khi xây dựng metro

Thống kê cho đến nay đã có 30 - 40% chiều dài của các hệ thống metro trên thế giới

được xây dựng bằng các phương pháp đặc biệt Trong những năm gần đây, việc xây

dựng metro bằng các phương pháp đặc biệt ngày càng phát triển do có nhiều hệ thống

metro mới được xây ở các thành phố đã xây dựng và ở nơi có nên đất yếu

Trang 11

Chuong 1

XAY DUNG HAM METRO

BẰNG PHƯƠNG PHÁP "TƯỜNG TRONG ĐẤT"

1.1 THỰC CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP

Các hầm và các ga metro, các hầm ôtô đặt nông ở nhiều thành phố trên thế giới thường được xây dựng trong các hố đào lộ thiên, trong các hào có vách thẳng đứng với việc chống đỡ bằng các cọc tiết diện chữ I và chèn bằng ván gỗ Trong các đất có độ ẩm tự nhiên với chiều sâu đặt hầm 6,5 + 7 mét để chống đỡ cho 100 mét dài hố đào thường phải chi phí 300 + 350 tấn thép và 70 + 85m” ván xẻ Thực tế đã chỉ ra, vì những nguyên nhân khác nhau mà một phần đáng kể thép này và hầu như toàn bộ ván là không rút ra được

Sự rung động và lay chuyển các cơng trình bên cạnh phát sinh khi đóng cọc để gia cố

hố đào địi hỏi phải có giải pháp đặc biệt để đảm bảo sự nguyên vẹn của các ngôi nhà và

các cơng trình ngầm nằm trong các lăng thể trượt

Trong điều kiện địa chất công trình phức tạp, khi có đất no nước sẽ phát sinh sự cần thiết phải áp dụng các phương pháp đặc biệt để thi công Trong những năm sau này, một phương pháp mới tiến bộ đã được đưa ra, đó là phương pháp "tường trong đất" Uu điểm

của phương pháp là:

- Việc thi công có thể được thực hiện trong các điều kiện địa chất cơng trình bất kì, ở

độ sâu từ 30 + 35 mét và lớn hơn; ,

- Khi xây dựng trong các đất no nước và đặt sâu tường vào trong tầng giữ nước sẽ không phải áp dụng các phương pháp đặc biệt nào khác (ví dụ như hạ mực nước ngầm,

đóng băng nhân tạo đất);

- Cơng việc thí cơng có thể tiến hành ở gần trực tiếp với các ngôi nhà, các công trình đã có và dưới nên của chúng mà không phải thực hiện các giải pháp phụ để đảm bảo an

tồn, ngun vẹn các cơng trình này;

- Tiết kiệm đáng kể lượng thép, gỗ chi phí cho việc chống vách tường

Phương pháp xây dựng các cơng trình ngầm trong hố đào, trong hào có hình dạng khác nhau trên mặt bằng, được gọi một cách quy ước là "tường trong đất" bao gồm các

quá trình sau: Sự ổn định của các vách hố đào hoặc hào để lộ không chống đỡ được bảo

toàn nhờ việc nhồi đầy hố đào hoặc hào vữa sét (dạng huyền phù) có các tính chất keo

Trang 12

mịn nhất định Sau đó người ta lấp đầy những hố đào, hào này bang béténg, cdc cấu kiện lắp ghép, các hỗn hợp sét - ximăng (tuỳ thuộc vào ý nghĩa của cơng trình), kết quả là tạo

nên các kết cấu chịu lực mà hình dạng của nó trên mặt bằng phù hợp với hình dạng của

hố đào hay hào

Để đảm bảo ổn định vách hố đào và hào người ta thường dùng các huyền phù (vữa) sét bentonit có các tính chất tự đông lại tốt nhất Sự tự đông lại của vữa là khả năng đông đặc lại (biến thành keo) với trạng thái yên tĩnh và một lần nữa nó lại trở thành lỏng do khuấy trộn hoặc do các tác động cơ học

Trong suốt quá trình đào hào bằng bất kì thiết bị đào nào (hay khoan), hào đều được chứa đầy vữa sét Các hạt đất sét hay mạt khoan tách ra khỏi gương khi đào nằm trong

vữa sét trong trạng thái đẩy nổi Vữa sét có chứa các hạt bị phá hoại của đất (mạt) sau

khi xử lí lại được đưa trở lại hào Các tính chất đơng đặc lại của vữa sét tạo điều kiện giữ

các mạt trong trạng thái đẩy nổi và khi ngừng chu trình vữa từ gương đào được đưa sang

thiết bị xử lí và rồi trở lại hào Thành phần và tính chất của vữa sét như trong mục I.3

Vữa sét keo mịn cho phép giữ nguyên sự ổn định của vách hào cả trong thời kì đào

sâu và trong thời kì xây dựng kết cấu Vữa tạo nên áp lực thuỷ tĩnh nâng cao lên vách hào cũng như tạo nên một vỏ sét (sét hoá vách hào) nhờ đó mà lấp đầy các lỗ rỗng trong lớp ngoài của đất vách hào

Phương pháp tường trong đất có thể xây dựng các tường của các nhà ga metro ngầm,

các tường của hầm đặt nơng (hình 1.L)

1 Trường định vị; 2 Đào hào trên một đốt:

3 Đặt thiết bị chặn đầu:

4 Đặt khung cốt thép;

5 Đồ bêtông trong nước

Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ xây dựng tường trong đất

Trang 13

Lan đầu tiên phương pháp này được áp dụng là vào năm 1952 Thực tế chỉ ra nó là

phương pháp thi công hiệu quả trong những điều kiện địa chất phức tạp, khi có các đất

bão hoà nước, trong các điều kiện chật hẹp của đô thị đã xây dựng Ngày nay, bằng

phương pháp này người ta đã xây dựng các tường liên tục trong các hào có số lượng

khơng quá lớn các mối nối thẳng đứng Phương pháp "tường trong đất" sử dụng với chiều sâu không lớn và tường nằm dưới mực nước ngầm là khơng hợp lí Trong mỗi

trường hợp cụ thể, việc lựa chọn phương pháp xây dựng các cơng trình ngầm đặt sâu hay

nông cần phải dựa trên việc phân tích tất cả các phương pháp có thể về mật kĩ thuật và

thuận lợi về mặt kinh tế ,

Phuong pháp "tường trong đất" có thể xây dựng những kết cấu lớn Tường xây dựng trong hào là kết cấu của cơng trình sẽ xây dựng và đồng thời là kết cấu chống đỡ hố đào,

dưới sự che chở của nó tiến hành đào đất, sau đó xây dung nền và trần của công trình (hình 1.2) Khoảng cách giữa các tường, thường lấy từ 15 + 20 mét, từ việc tính tốn độ

bền và ổn định của các giằng Khi khoảng cách lớn hơn 20 mét thì sự ổn định của tường

được đảm bảo nhờ các neo Các cơng trình có dạng trịn hoặc đa giác trên mặt bằng có thể có các giải pháp kết cấu khác nhau Sự ổn định tường của những cơng trình đạng này

được đảm bảo bởi các giằng cốt thép và neo

¢) HHEHMHHLHHH a)

Hình 1.2: Sơ đồ các cơng trình có các tường song song trong đất

a) Tường conxon có ngàm trong đất ở phía dưới; b, c) Tường conxon có một hay nhiều giằng chống theo chiêu cao; d) Tường conxon có gia CỐ neo

Ngày nay, chiều sâu hố đào để bố trí các cơng trình ngầm thường hạn chế ở 30 + 35 mét Khi xác định chiều sâu tường trong đất cần cố gắng đặt sâu vào tầng giữ nước Trị số đặt sâu này có thể lấy bằng 05 + 1,0 mét trong đá chặt, 0,75 + 1,5 mét trong sét chặt

va mergel, 1,5 + 2,0 mét trong sét và á sét dẻo

Trang 14

Bởi vì "tường trong đất” thường không tựa lên đá hay đất chặt, nên khơng có đủ khả

năng chịu lực khi tác dụng lên nó những tải trọng thẳng đứng, do sức bền trên mặt bên

nhỏ, bởi vậy thường thì một phần tải trọng thắng đứng được truyền qua tường xuống đáy và phân bố nó trên một diện không lớn lắm Nếu như tường chống giữ hố đào có kích thước lớn, bên trong nó được xây nhà hay cơng trình thì những tường này được sử dụng để chống hố đào và là tường ngoài của tầng hầm Tải trọng do nhà được truyền lên móng

khơng liên quan đến tường chắn

Khi tường chắn hố đào có kích thước lớn, có khoảng cách giữa các tường đến hàng chục mét thì để đảm bảo ổn định cho các tường, giải pháp đơn giản và rẻ tiền hơn cả là dùng các neo nghiêng kết cấu khác nhau

1.2 SU ON DINH CUA VACH HAO CO CHUA DAY VUA SET

Thực tế xây dựng chỉ ra là hào chứa đầy vữa sét có sự ổn định ngay cả khi đào trong các đất yếu không ổn định, khi mà theo tất cả các cơ sở tính tốn tường đất đã có đều dẫn đến sụt Điều đó được giải thích khác nhau

Một số nhà nghiên cứu sự ổn định của vách hào giải thích là do các hiện tượng dư áp

lực ở trong đất gây ra bởi vữa bentonit, một số khác lại cho là do giá trị vượt trội của độ

bền cơ học của màng keo, cịn nhóm thứ ba thì lại cho là sự làm việc không gian của đất

đóng vai trị chính trong việc giữ ổn định của vách hào Ý kiến thứ ba này ngày nay

chiếm ưu thế hơn cả

Sự ốn định của vách hào với những điều kiện địa chất thuỷ văn và trị số của tải trọng trên mặt đất đã biết có thể được đảm bảo bằng sự biến đổi của mật độ vữa và chiều đài hào

Khi đào hào dưới lớp vữa, đất dưới tác dụng của áp lực bên có xu hướng chuyển vị vào trong hào Sự chặn giữ của tường định vị và áp lực của vữa ngăn cản chuyển vị này Nhờ có tường chắn định vị ở phần bên trên hào đất không thể dịch chuyển vào trong, vì

thế sự dịch chuyển mất ổn định của khối đất sẽ xảy ra ở dưới, theo mặt trượt, vết của nó

trong mặt phẳng vng góc với trục hào là một đường cong gần với một đoạn của đường xoắn logarit (hình 1.3) Phương trình của đường cong có dạng:

r=rpe"ee

còn vết của mặt trượt trên mặt phẳng nằm ngang được mô tả bằng đường cong, gần với parabol Trên khối đất được tách ra có tác dụng của: Trọng lượng đất G¡, được tính có xét đến sức đẩy nổi của nước; phản lực của phân đất không dịch chuyển R, đi qua tâm

quay Ô¡; hợp lực của áp lực nước ngầm Q,; lực dính của đất dọc theo mặt trượt c; hợp

lực của áp lực vữa sét Qạ

Nếu như lấy mômen của tất cả các lực đối với cực của đường xoắn O; thì từ điều kiện cân bằng rút ra:

Trang 15

Qrl, =(G,a- Qu -M.)n

Oday: M,- momen cia luc dinh lay doi v6i tam O,;

rỊ - hệ số an toàn ổn định

Trị số của M, theo Terzaghi có thể xác định theo công thức:

M, = Ste (17 - 1)

Hệ số an toàn ổn định được xác định từ biểu thức (1-1): QrÍ

™ (Gja-Q,5 -M.)

Như vậy, sự ổn định của vách

hào có thể xác định từ điều kiện

cân bằng của các lực tác dụng lên khối lượng đất tách ra của phần đất trượt đối với điểm quay, vị trí

của nó được xác định bằng một loạt cố gắng thoả mãn điều kiện cực tiểu của hệ số an tồn rỊ (xem

hình 1.3)

Một cách khác, để xác định áp

lực đất có xét đến sự làm việc

không gian của nó là do G Snhebeli để nghị Việc tính toán được dựa trên giả thiết là khi dịch chuyển một thể tích đất nào đó ở

phía dưới do mất ổn định thì trong Hình 1.3: Sơ đồ mất ổn định vách hào

TS

(1-1)

"`

nó phát sinh một vịm thẳng đứng làm giảm ứng suất ở trong đất theo mức độ tăng của

chiều sâu

Khi rút ra các công thức áp lực đất lên vách hào, công thức Kako đối với áp lực lên vách của Xilô được sử dụng:

Gli -[ yyB it — ef sin20N 2/5) )

2tgp

Ở đây: y„ - trọng lượng thể tích của đất;

B - chiều dài hào đã đào;

@ - góc nội ma sát của đất

Trang 16

9

Sau khi xét đến sự phụ thuộc giữa các ứng suất chính ơn = ơ,tg” [45° -) cũng

on cos” @ như giá trỊ Ø; = định áp lực đất lên vách hào là: sin2œ Btg?(45° — @/2) x

P, =O eee : e [1-e' sin 29)Ca/B) |

nhận được từ điều kiện cân bằng, ta tìm được biểu thức để xác

(1-2)

Ở đây: ơi - ứng suất lớn nhất tác dụng lên diện nằm ngang;

Oy, Oy - các ứng suất chính tác dụng trên các diện thẳng đứng, tương ứng

vng góc và dọc trục hào

Ở những độ sâu lớn, áp lực đất sẽ không phù hợp với công thức (1-2), bởi vì ứng suất trong đất ơi; tác dụng trên các diện vng góc với trục hào trở thành lớn nhất Khi đó áp lực bên của đất được xác định bằng biểu thức:

P, =ygZeo (1 + sin pe “8? (1-3)

6 đây: cọ - hệ số áp lực bên của đất trong trạng thái đứng yên

Áp lực đất lên vách, theo G Snhebeli,

được xác định như sau (hình 1.4): Đầu

tiên dựng đường cong áp lực bên theo công thức (1-2), trên toàn chiều sâu của

hào; sau đó là đường cong áp lực xác định

bằng sự phụ thuộc (1-3); tiếp theo các đường cong được thống nhất làm một, và được sử dụng trong các tính toán

Ảnh hưởng của lực dính được xét đến

bằng việc giảm áp lực bên đi một trị số: P, = dog 45 -¢) 2

Để tính ổn định của vách hào ở đây

đưa ra một phương pháp dựa trên việc sử dụng lời giải của B V Bobrikov Vách

được khảo sát có chiều dài hạn chế, vượt

(1-4)

Hình 1.4: Biểu đồ áp lực bên của đất lên vách

1 Theo lí thuyết cân bằng giới hạn; 2 Theo công thức (1-2); 3 Theo công

thức (1-3); 4 Theo G Snhebeli

chiều cao không lớn hơn hai lần, coi như khi chiều dài lớn thì ảnh hưởng của khối đất không dịch chuyển không được xem xét đến Phương pháp tính bao gồm việc chấp nhận một khối đất nào đó bị trượt, hình dạng của nó được lựa chọn tuỳ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và chiều cao của nó Tuy nhiên, có hai trường hợp được khảo sát là: dạng thứ

Trang 17

nhất của vật thể trượt được chấp nhận có dạng nửa hình trụ bị cắt bởi một mặt phẳng nghiêng (hình 1.5a), dạng thứ hai của vật thể trượt được lấy có dạng một đoạn lãng trụ

có ghép ở các mặt bên các một phần tư nón (hình 1.5b) Góc nghiêng của mặt trượt đối

với mặt phẳng nằm ngang Ð được xác định như trong lời giải Kulon xuất phát từ điều

kiện phát sinh trị số tối đa của áp lực đất lên vách Khi đó, người ta bỏ qua các lực ma

sát theo mat tru cla vật thể trượt

Hình 1.5: Các dạng mặt trượt của đất lên vách có chiêu dài hạn chế (theo B.V Bobrikov)

Trong trường hợp thứ nhất, với H > (B/2)tg®, hợp lực áp lực bên của đất lên vách phụ

thuộc vào góc Ð và @ được tính theo công thức sau:

Q=0,089yHB? |." - (20 fe ~@)

Ở đây: B- chiều dài vách;

H - chiều cao của lăng thể tích trượt của đất

Trong trường hợp thứ hai, với H < (B/2)tg9, hợp lực áp lực bên của đất sẽ là: Q= yH l| tg(0—@) |(B _0,29

2 tg0 H_ 1

Lấy đạo hàm dQ/dÔ và cho nó bằng khơng, người ta lập được phương trình để rút ra

6, với góc này sẽ phát sinh áp lực đất lớn nhất Trên hình 1.6 I là các đồ thị để xác định

góc 0 phụ thuộc vào trị số và K = B/H

Cường độ áp lực đất theo chiều sâu vách P„ được tìm như đạo hàm của Q theo chiéu

sâu Z:

tg(Ơ —

1,8(—®) | g —o,43|-Z- |[khi z<~Ê- tgÐ tgÐ 2tgÐ (1-5a)

P, =

B

2 tg(Ð — khi z>>—— + 1-5b

0,392y, B“tg(9 ~ @) 12> 700 (1-5b)

Trang 18

VW Hình 1.6: Các đồ thị để xác định góc nghiêng

v\i của mặt trượt của khối đất so với phương

x 2 Aa nam ngang + 7 Ƒ WY 1 9= 10°; 2.9= 15°; X ` 3.@=20;4.@=25, 0 0 ÂN 5 9 = 30°; 6 p= 35°; 72+ \ 7.p= 409 - Se ON = 40° 68 Ñ ~- —_

Từ công thức (1-5) rõ ràng là biểu đồ áp lực bên của đất đến độ sâu z = (B/2)tg9 khác

với biểu đồ nhận được trong bài toán phẳng, thay đổi tuyến tính theo chiều sâu, còn từ

chiểu sâu z > (B/2)tgÐ áp lực sẽ là không đổi, điều đó phù hợp với các số liệu thí nghiệm Khi tìm biểu đồ áp lực bên của đất có lực dính, độ nhớt của đất được xét đến bằng công thức (1-4) Khi đất gồm nhiều lớp thì các đặc trưng tính tốn @ và c của đất cũng như trọng lượng thể tích Yg được lấy bằng các trị số trung bình

Phương pháp B V Bobrikov phổ biến cho các hào có hình dạng cong và kiểu chit Il

trên mặt bằng

Việc tạo thành màng sét trên vách hào do kết quả tác dụng của áp lực thuỷ động của

vữa sét lên vách hào cũng tạo điều kiện giữ cho vách hào khỏi bị sụt Việc thấm nước từ vữa vào trong đất có mang theo các hạt sét, xảy ra do độ chênh áp lực nước ngầm và áp

lực vữa sét, làm đóng keo lớp đất mặt ngoài của hào và gia cố lớp đất này

Áp lực thuỷ động được xác định theo công thức: D=aAr_294

gdt

Trang 19

H, — H, - độ chênh áp lực;

L - chiều dài đường thấm;

8 - gia tốc trọng trường;

q - tốc độ chuyển động của nước ngầm;

dq/dt - gia tốc chuyển động của nước ngầm

Tốc độ chuyển động của nước ngầm q và gia tốc của nó dq/dt là rất bé so với gia tốc trọng trường g Vì thế áp lực thuỷ động phụ thuộc chủ yếu vào građien J, tức là D = AJ và hầu như không phụ thuộc vào tốc độ thấm Vì thế trong đất sét, tốc độ thấm bé, ấp lực

thuỷ động thực tế cũng giống như ở trong cát Sức đẩy nổi thuỷ động của các hạt xảy ra,

tạo điều kiện giữ cho vách hào khỏi bị sụt lở

1.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA VỮA SÉT VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI VỮA 1.3.1 Khái niệm chung

Vữa sét chứa đầy hào đảm bảo sự ổn định tạm thời và lấp đầy vách hào Sự ổn định của vách được đảm bảo là do áp lực của vữa sét vượt trội áp lực của nước ngầm và áp lực chủ động của đất Hào chứa đầy vữa sét chống lại được áp lực lên vách đến 10kPa

(~ 1 T/m?) Việc làm đông đặc vách hào được tạo nên là do các tính chất của vữa sét

Nước trong vữa sét lấp đầy hào thấm một phần qua vách hào, khi đó xảy ra lấp đây các lỗ rỗng của đất và trên bề mặt nó tạo nên một vỏ sét dày từ 20 đến 100mm và lớn hơn, vỏ sết này ngăn cẩn việc tiếp tục thấm của nước từ vữa Chiều dày của lớp đất được lấp đầy phụ thuộc vào chiều sâu hào, vào tính chất cơ lí của đất và độ sệt của vữa; Ví dụ ở cao độ 4 mét dưới bề mặt của vữa sét, lớp đất được lấp đây ở trong hào có thể đạt tới 500mm trong cát hạt thô, đến 80mm trong cát hạt nhỏ

Khi khoan lỗ vữa sét dùng để tách đất được khoan ra, đảm bảo ổn định vách lỗ khoan không cần phải chèn ống, giữ tạm thời đất khoan ra ở trạng thái đẩy nổi khi ngừng tuần

hoàn của vữa

Vữa sét có khả năng đông lại được sử dụng khi hạ vì chống trong áo sết cần phải đảm bảo:

- Giảm lực ma sát của vì chống được hạ xuống với đất đá;

- Tạo nên áp lực thuỷ động lên vách đất của hang (giếng), loại trừ các hiện tượng sụt lở vách

- Lấp đây (sét hoá) vách đất của hang (giếng)

- Giảm tính thấm của đất đá do sự xâm nhập của vữa vào trong vùng đất đá bao

quanh hang

- Phịng nước cho cơng trình do tạo nên màn chống thấm xung quanh cơng trình Tuỳ thuộc vào độ khuếch tán của các sản phẩm cứng người ta phân rà các loại vữa sau:

Trang 20

- Các vữa thực, được tạo nên đo kết quả hoà tan các sản phẩm cứng đến các hạt nhỏ đến mức một phân tử Các vữa này thường trong suốt;

- Các vữa keo, nhận được khi độ lớn của các pha cứng đạt đến 0,2uk, các hạt kích cỡ

như vậy sẽ không tách được ra khỏi vữa

- Các huyền phù, tạo nên với độ lớn các hạt cứng lớn hơn 0,2uk Ở trạng thái yên tĩnh những hạt cứng này tách được ra khỏi vữa

1.3.2 Tính chất cơng nghệ của đất sét

Có thể sử dụng các loại sét khác nhau để chế tạo vữa sét Việc đánh giá các tính chất

cơng nghệ của đất sét có thể căn cứ vào các chỉ tiêu cơ bản sau, những chỉ tiêu này phụ thuộc vào các tính chất cơ lí của đất sét:

- Lượng tiêu hao đất sét để chế tạo Im” vữa sét hay lượng vữa nhận được từ 1 tấn đất sét;

- Hàm lượng cát trong vữa sét;

- Độ tách nước của vữa sét với nồng độ sét tiêu chuẩn (nồng độ sét tiêu chuẩn là nồng

độ với nó thì độ nhớt tương đối của vữa sét là 25 + 1 sec)

Khi lựa chọn, nếu lượng sét để chế tạo 1m” vữa sét là như nhau thì ưu tiên chọn loại sét nào đảm bảo có độ tách nước thấp Các loại đất sét béo dẻo, nhão, các loại sết cao lanh, montmorillonit thường được sử dụng để chế tạo vữa sét Khi lựa chọn loại sét

người ta chú trọng các thông số kinh tế, các điều kiện địa chất thuỷ văn của mặt bằng xây dựng và yêu cầu chống thấm của cơng trình Thành phần của vữa được lựa chọn

trong phịng thí nghiệm và được thử nghiệm trên mặt bằng xây dựng

Nếu như gọi khả năng nhận được vữa sét có mật độ nhỏ nhất khi các thông số khác là

như nhau là mức độ hiệu quả, thì mức độ hiệu quả của các loại sét được chia ra như sau:

- Bentonit, trong đó có chứa các khoáng vật montmorillonit và beiđellit vượt quá 75%; - Palưgorxkit, chứa hơn 75% khoáng vật palưgorxkit;

- Hydroxliud, trong đó hydroxliud bùn nhão chủ yếu là kaolinit; - Kaolinit, chứa chủ yếu là kaolinii và hydroxliud caolinit hoá

Trong thực tế khoan đất ở MỊ, tất cả các loại sét được chia ra chỉ làm hai loại Loại

một là bentonit, chứa chủ yếu là montmorilonit được đặc trưng chủ yếu là các tính chất

keo, đơng đặc và sét hoá Loại hai bao gồm tất cả các loại sét còn lại

Ở Liên Xô cũ, các loại bột sét được chia làm 4 loại, phụ thuộc vào lượng vữa nhận

được từ I tấn sét (bang 1.2) Bentonit và palưgorxkit là thuộc loại 1 ;

Khi sử dụng bentonit để chế tạo vữa đồi hỏi toàn bộ các sản phẩm cứng chỉ từ 3 - 8%,

còn khi sử dụng các sét khác là > 30%

Phân tích các số liệu về việc dùng sét để chế tạo vữa cho thấy chỉ tiêu cơ bản xác

định chất lượng của sét là lượng tiêu hao sét để chế tạo 1m? vita sét

Trang 21

Bang 1.2

Trọng lượng thể tích | Lượng vữa L st Ham lu ons cát

Loại | của vữa sét (khi độ nhận được trên sing Độ Ẩm trong vữa sét (2)

sét ma tương đối là đối với N°0075 (%) Chun Trong đó loại

sec) (g/cm”) Im” (m) Ì bị rửa trôi

l > 1,06 210 <10 5,0 + 8,0 < 0,8 <0,5 2 1,06 + 1,08 10,0 + 8,0 <10 5,0 + 8,0 <1,5 < 0,8 3 21,15 > 4,0 <10 5,0 + 8,0 < 4,0 < 3,0 4 1,08 + 1,15 8,0 + 4,0 < 10 5,0+80 | <3,0 $1,5 1.3.3 Các tính chất hố lí của đất sét

Đất sét được lập từ hỗn hợp số lượng lớn các khoáng vật khác nhau và các tạp chất

mà sự có mật của chúng ngay cả với số lượng khơng lớn cũng có thể làm thay đổi đáng

kể các đặc tính của vữa chế tạo từ những sét này Trong thực tế cũng tồn tại những mỏ

sét đơn khoáng vật hay gần như đơn khoáng vật, nhưng về cơ bản, đất sét là lập từ một

số khoáng vật

Các khoáng vật sét được phân chia theo thành phần hoá học, theo cấu tạo mạng tinh

thể, theo thể tích và phức hệ trao đổi, theo năng lượng chảy và theo diện tích bề mặt đơn

vị Đất sét gồm một số khoáng vật sét thì có tất cả các tính chất của các khống vật thành phần này, nhưng tập hợp các tính chất này lại không tỉ lệ với hàm lượng của khoáng vật mà nó rất thay đổi, ngay cả đối với đất sét ở trong cùng một mỏ

Các tính chất quan trọng hơn cả đối với đất sét là tính dẻo, tính trương nở, tính thấm

nước và khả năng khuếch tán vào trong nước ở dạng những hạt nhỏ nhất Các tính chất

này thể hiện rõ ràng hơn cả là 6 montmorilloit (bentonit), chúng xác định vai trị của nó đối với các loại sét khác, nó là vật liệu cơ bản để chế tạo các vữa có khả năng đơng

đặc lại

Các tính chất cơ lí cơ bản, đặc trưng của montmorilloit được giải thích bởi sự cấu tạo

mang tỉnh thể Mạng tinh thể gồm những bó, mà số lượng của chúng có thể khác nhau ở

mỗi khoáng vật, được xác định bởi hàng loạt các điều kiện, là nét nổi bật của cấu tạo

khống vật sét (hình 1.7)

Ở Montmorilloit mạng tỉnh thể dịch chuyển được (trương nở); khi bị làm ướt các bó

thành phần của mang tinh thể sẽ dịch chuyển, tức là khoảng cách giữa các bó được xác định bởi độ ẩm Suy ra trị số bể mặt đơn vị của montmorilloit thay đổi phụ thuộc vào độ

ẩm Độ dịch chuyển của các bó trong mạng tỉnh thể montmorilloit xác nhận một sự

liên kết yếu giữa chúng và tạo điều kiện có sự bổ sung nước vào giữa các bó, tạo nên sự trương nở mạnh của montmorilloit Theo bề ngồi các hạt montmorilloit có dạng chảy,

Trang 22

10H + vo AI Một bó Mội bó 9 Si 0 Al OH o * 6 Một bó Al ` Một bó @ ø Sỉ Z Hình 1.7: Mạng tỉnh thể sét

hình thù không xác định Chiểu dày của chúng đạt đến 0,003uk, cịn kích thước bề mặt vượt chiều dày 10 + 100 lần Hậu quả của đặc tính này làm cho 100g montmorilloit khơ

có thể liên kết đến 700 gam nước

Mạng tỉnh thể của kaolinit không di chuyển được, khoảng cách giữa các bó là cố định và bằng 7,2.10!2 mét Do đó, kaolinit liên kết với nước chỉ theo bé mặt và 100g kaolinit

khơ chỉ có khả năng liên kết được 100g nước

Palưgorxkit có mạng tỉnh thể cứng và vì thế nó chỉ có thể khuếch tán vào nước, mà

không tăng thể tích

Mạng tỉnh thể ở các khống vật từ nhóm hydroxliut cũng bất động, khoảng cách giữa

các bó trong chúng là 10 1012 mét Tuy nhiên, nhóm hydroxliut có chứa các khoáng vật lập từ việc xếp lần lượt các bó montmoriloit và hydroxliut không trương nở Các

hydroxliut như vậy khi bị ướt sẽ trương nở khác nhau, tuỳ thuộc vào số lượng các bó montmorilloit chứa ở trong chúng

Hình dạng các hạt khoáng vật sét xác định đặc điểm tiếp xúc của chúng với nhau, tức là xác định độ bền liên kết Trong một số trường hợp tiếp xúc này xảy ra theo các mặt phẳng gắn kết, trong trường hợp khác lại theo các cạnh của các hạt, dạng thứ ba lại theo

các đỉnh của các hạt v.v Trong mỗi trường hợp trên độ bền tiếp xúc thể hiện khác

nhau, ví dụ như các hạt dạng tấm, đặc biệt là các hạt dạng kim thì ngay ca nồng độ các hạt cứng rất bé chúng cũng đảm bảo có sự liên kết với nhau

Cùng với cấu tạo mạng tinh thể, thành phần và số lượng các ion trao đổi cũng có ảnh

Trang 23

một loại cation, vì thế người ta phân ra làm sét tự nhiên phức hệ trao đổi của nó là natri

hay canxi Khi đó sét được gọi là sét natri hoá hay sét canxi hố (ví dụ khi chứa 60 - 70% các ion natri thì gọi là sét natri hoá) Các loại sét natri hoá khuếch tán nhanh, kích

thước các hạt cuối cùng của nó nhỏ hơn đáng kể so với sét canxi hoá

Các bentonit lại được chia làm bentonit kiểm, á bentonit kiểm và bentonit kiểm thổ Trong thành phần dung tích trao đổi của các bentonit kiểm có các kim loại hoá trị một Na và KT Các bentonit kiểm trương nở tốt, tang thể tích lên nhiều lần, vữa của nó đặc trưng bằng khả năng đông đặc cao Với nồng độ tương đối thấp 6 trong nước (6 + 8%), tạo nên vữa có độ nhớt cao, điều đó làm cho nó được sử dung dễ dàng và kinh tế

Các bentonit kiểm thổ (canxi hoá) ở trạng thái tự nhiên khơng có các ưu điểm so với các loại sét đa khoáng vật, nhưng sau khi chuyển sang dạng natri hố chúng lại có các

tính chất tốt của các bentonit natri hoá

Các á bentonit kiểm và kiềm thổ khác các bentonit khác là các tính chất keo thể hiện ít hơn và tính trương nở nhỏ hơn

1.3.4 Các yêu cầu đối với đất sét

- Độ thuận lợi của các sét bentonit để chế tạo vữa được xác định bởi các chỉ tiêu sau:

- Độ ẩm tự nhiên < 8% và độ ẩm giới hạn chảy là > 60%;

- Thành phần hạt: các hạt cát lớn hơn 0,05mm cần nhỏ hơn 10%, trong đó số lớn hơn

0,1mm là < 4%, các hạt sét nhỏ hơn 0,005mm lớn hơn hoặc bằng 50%

Khi không có sét bentonit có thể dùng các loại sét địa phương đa khống vật, có chỉ

số dẻo không nhỏ hơn 0,2; hàm lượng các hạt lớn hơn 0,05mm không lớn hơn 10% còn các hạt nhỏ hơn 0,05mm không nhỏ hơn 30% Cũng có thể sử dụng hỗn hợp các sét bentonit với sét không phải là bentonit để chế tạo vữa Độ thuận lợi của các loại sết tự nhiên được xác định theo kết quả thử trong phịng thí nghiệm các loại vữa nhận được từ chúng

Các loại sét bentonit có độ khuếch tán cao, nhận được ở dạng bột, có khả năng trương

nở rất lớn, nghĩa là có tính đơng đặc tốt; ở trạng thái yên tĩnh vữa sẽ đặc lại đến độ sệt của keo; tuy nhiên nó trở trạng thái lởng khi trộn lại nó

Chất lượng của sét, được sử dụng để chế tạo vữa cần phải thoả mãn các chỉ tiêu sau:

Thành phần hạt, %

Hàm lượng các hạt sét có kích thước lớn hơn 0,005mm không nhỏ hơn 30 - 40 Hàm lượng các hạt sét có kích thước lớn hơn 0,001mm không nhỏ hơn 10 Ham lượng các hạt cát kích thước Ì - 0,005mm không lớn hơn 10

Chỉ số dẻo không nhỏ hơn 10

Trương nở, % không nhỏ hơn 15 - 20

Trang 24

Mat do, g/cm? 2,7 - 2,75:

Độ ẩm ở giới hạn nứt, % không nhỏ hơn 25

Khi có trong sét các hạt kích thước lớn hơn 2mm người ta tách đi trong quá trình chế

tạo vữa sét bằng cách cho qua sàng rung

Việc lấy mẫu sét ở các mỏ địa phương để nghiên cứu trong phịng thí nghiệm khơng ít hơn ba vị trí ở mỗi mỏ; khối lượng của mỗi mẫu không nhỏ hơn 3kg

1.3.5 Các yêu cầu đối với vữa sét

Vita sét cần phải giữ được các hạt đất được đào ra ở trạng thái đẩy nổi, lấp đầy đất chịu lực và tạo được màng sét chống thấm ở trong vách hào

Khi lựa chọn vữa, đầu tiên cần phải tính đến khối lượng thể tích của vữa theo điều

kiện đảm bảo sự ổn định của hào Việc tính tốn khối lượng sét cần thiết không xét đến

độ ẩm của nó để nhận được vữa sét có khối lượng thể tích yêu cầu, được tiến hành theo

công thức sau:

P = YaỚp —Yg)

(Yy ~Yg)

hay P, = Yg(Yp —Yp)

(YB —Tp)

ở đây: P¡ và P; - khối lượng sét cho Im? vita sét tuong ứng và nước, tấn;

y„ - mật độ của sét, T/mỷ,

Yp - mat độ của nước, bằng 1 T/mỶ

Đề giảm khối lượng thể tích của vữa sét cần phải bổ sung thêm nước Lượng nước

(m? ) bổ sung vào vữa sét đã có, có khối lượng thể tích Yp1 Va thể tích V để nhận được vữa có khối lượng thể tích mới Yp2 dugc tính theo công thức sau:

AV - Œpi —Tpạ) Vv

(Yp2 —Yp)

Luong vita tao duoc (m?) từ 1 tấn bột sét được xác định theo quan hệ sau:

Yy —Tpg)—W)

VelVe — Tg)

ở đây: W - độ ẩm tự nhiên của sét

Để xác định lượng tiêu hao sét có xét đến độ ẩm để chế tạo 1mẺ vữa có thể sử dụng

Trang 25

Bang 3

Lượng sét yêu càu tương ứng với các nồngđộ vữa, %

Dac tinh 10 15 20 25 30 35 40

của sét Khối lượng thể tích của sét, g/cm”

1,06 1,10 1,14 1,17 1,20 1,24 1,29 Khô trong 106" | 162 222 270 319 382 460 khơng khí 954 938 918 900 881 858 830 poimsm | WL | 168 | 229 | 279 | 330 | 395 1 45 950 933 911 891 870 845 815 116 17 Bo dm 10% 116 173 236 288 341 407 490 947 927 904 882 860 833 800 121 178 243 297 351 420 506 Do dm 15% ọ ám 13% 994 922 897 873 848 820 785 " 125 184 250 306 362 433 521 Độ ẩm 20% 940 916 890 864 838 807 769

* Tử số là lượng tiêu hao sét (kg) còn mẫu số là tiêu hao nước (lít)

Lượng tiêu hao sét có độ ẩm trung gian được xác định bằng cách nội suy Khi đào

hào trong đất no nước có áp lực hoặc trong các đất không ổn định thì khối lượng thể tích cần được nâng cao do dùng các phụ gia tăng trọng như barít, hématit, magiétit và bụi lò

cao Lượng chất tăng trọng được bổ sung vào vữa chừng LT cho ImẺ vữa, được xác định

bằng công thức sau:

_ [ryớ; “yy )|

— (Wy~s)

ở đây: yy - mật độ của chất tăng trọng, T/mỶ,

Yo- khối lượng thể tích yêu cầu của vữa, T/mỶ:

- khối lượng thể tích của vữa trước khi tăng trọng, T/mẺ

Để đào hào kiến nghị sử dụng vữa sét có trọng lượng thể tích tính tốn cùng với các

thông số sau:

Độ ổn định, g/cm? 0,02

Độ ngăn nước, % <3

Độ tách nước sau 30 phút, cm” <25

Chiều dày màng sét, mm <3

Ứng suất trượt tĩnh giới hạn, Pa 20+8,0

Trang 26

Độ nhớt quy ước, sec 19-25

Hàm lượng cát, % <3

Độ pH 8- 11,5

Khi lựa chọn các thông số của vữa sét cần thiết phải xét đến các điều kiện của đất và độ mặn của đất phải đào Để xác định độ mặn cần có nghiên cứu chuyên ngành trong phịng thí nghiệm Các thông số của vữa sét tương ứng với các loại đất như trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Các thông số của vữa sét

Đặc điểm của đất Các thông số ết sé „ Đất có ống và

Đất vn Á sét Cát* độ rỗng Rên É 8 Ì Cuội sỏi

rơng yếu lớn** nứt nẻ

Mật độ, g/cm? 1,08 + 1,15 | 1,08+1,20 | 1,08+1,20} <1,20 <1,10 | 1,5+1,15

Độ nhớt, sec 20 +25 22 + 30 25 + 35 25 + 45 245 40 + 50

Hàm lượng cát, %œ <4 <3 <4 <3 <3 1+2

Hàm lượng cát

rửa trôi trong -

vữa, theo khối <1 <0,5 <1 <0,5 <0,5 1+0,5

lượng, % ĐỘ ngăn nước 2+3 0+2 1+3 <2 0+1 0+1 sau | ngay, % Độ tách ` lu © nước, 12 +15 15 +20 12+15 |10+12| 10 10+ 12 Chiều dày PM 64905611 mm vỏ sét, 2s 2+3 2+4 2+3 | 1+2 1,0 Độ ổn định, - oe g/cm Í002+0/03 | 0+0,03 0,02 003 | 0,02 0,02 Úng suất trượt * tĩnh giới hạn, Pa < 4,0 < 6,0 < 8,0 = 2,0 = 5,0 = 7,0 * Không ổn định dễ lở; ** - Dễ mất vữa

Độ ổn định và độ ngăn nước đặc trưng cho khả năng chống lại sự phân tầng của vữa trong trạng thái yên tĩnh Độ ổn định là độ chênh khối lượng riêng của vữa ở lớp trên và lớp dưới của vữa rót vào trong một hình trụ chuyên dụng, để yên tĩnh, chính là lượng

nước nổi lên trên vữa

Trang 27

Độ nhớt quy ước đặc trưng cho độ linh động của vữa, được đo bằng thời gian biến

mất của vữa khỏi phểu chuyên dụng, nó phụ thuộc vào độ linh động và khả năng xâm

nhập của vữa vào lỗ rỗng của đất

Hàm lượng cát, đặc trưng cho mức độ bẩn của vữa, tính bằng phần trăm của các pha

cứng Ở trong vữa

Độ pH được biểu thị bằng các số từ l + 14, nó xác định nồng độ của các ion hydro ở

trong vữa

Nước để chế tạo vữa sét phải sạch và phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn nước để

chế tạo bêtông, hàm lượng NaCl phải nhỏ hơn 1% và nhỏ hơn 120 mg/lit các ion canxi Ứng suất trượt tĩnh đặc trưng cho độ bền cấu trúc và độ đông đặc lại của vữa, cùng như khả năng giữ mạt khoan, các chất nặng khác ở trạng thái đẩy nổi Mật độ, khả năng chống thấm của màng sét và đất đã được lấp đầy vữa sét phụ thuộc vào độ bền cấu trúc Nếu biết ứng suất trượt tĩnh giới hạn, có thể xác định được đường kính các hạt được giữ

ở trạng thái đẩy nổi trong vữa, như sau:

d=DU06mE nhạc Re—— CC — (1-6)

(2-1) (P, —Pm)-8

ở đây: d - đường kính hạt, cm;

m - hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt (đối với hình dạng hạt khơng chuẩn

m=2);

P, - ứng suất trượt tĩnh giới hạn, Pa; +; - mật độ của bentonit, g/cm?;

y, - khối lượng thể tích của vữa sét, g/cm’;

R - ban kinh hat, cm;

p„ - mật độ của hạt, g/cm’;

p„, - khối lượng thể tích của vữa, g/cm);

G - ứng suất trượt nh giới hạn, Pa;

g - gia tốc trọng trường, bang 981 cm/sec’

Độ tách nước của vữa có ý nghĩa rất lớn, bởi vì việc đào hào nhất thiết sẽ gặp các đất

thấm nước, nhận nước khá mạnh từ vữa Do đó, thể tích sẽ tăng lên và dẫn đến thu hẹp

tiết diên hào, và sau đó là lở vách hào Đất cát bão hoà nước cũng sẽ dẫn đến sụt hào Nếu biết độ tách nước trong khoảng thời gian bất kì thì sẽ biết được độ tách nước trong

một khoảng thời gian khác nào đó, theo cơng thức sau:

B, = B, VM ~T;)

ở đây: B; - độ tách nước đã biết trong khoảng thời gian Tì;

B, - độ tách nước cần tìm trong khoảng thời gian Tạ

Trang 28

Ở Liên Xô cũ người ta dùng vữa sét với độ tách nước < 25cm” trong vòng 30 phút,

còn ở MI, theo các tiêu chuẩn Kĩ thuật của các phương pháp thử vữa khoan theo chỉ tiêu

độ tách nước được chia ra là xấu với độ tách nước > 25cm” thoả mãn với độ tách nước < 15cm’ va tot nếu độ tách nước < 8cm?

1.3.6 Tinh chất phòng nước của đất được lấp đây bằng vữa đông đặc

Khi xây dựng các cơng trình ngầm bằng phương pháp "tường trong đất" vấn đề phịng

nước cho cơng trình có một ý nghĩa đặc biệt Thường thì để phịng nước cho vách cơng

trình người ta dùng bêtông phun, có thành phần khác nhau trên cơ sở bitum và đôi khi cả bảng thép lá Tuy nhiên kinh nghiệm xây dựng chỉ ra rằng, phòng nước cho cơng trình tin cậy hơn cả là lớp đất sát tường được lấp đầy các lỗ rỗng bằng vữa có khả năng đơng

đặc lại

Vita sét nam ở trong hào xâm nhập vào lỗ rỗng, khe nứt của đất tạo nên trong nó một

màng dày 2 + 5mm Sự tác dụng tương hỗ của các hạt sét đẩy nổi ở trong nước với các hạt của xương đất được biểu thị, một mặt là việc giữ thuần tuý cơ học các hạt đẩy nổi chuyển

động trong các lỗ rỗng của đất thấm nước, mặt khác, ở việc phát sinh sự liên kết hoá lí trực

tiếp giữa các hạt này và xương của đất thấm Sự tác động tương hỗ này được gọi là sự đông đặc lại Trong quá trình xâm nhập của vữa vào trong đất tốc độ chuyển động giảm và

cuối cùng ngừng hẫn ở một độ sâu nào đó Vữa nằm trong trạng thái yên sẽ tạo nên trong

lỗ rỗng của đất một cấu trúc mới là keo, còn trên bề mặt của đất là một màng sét

Chiều dày của lớp đất được keo đặc lại phụ thuộc vào chiều sâu của hào, vào các đặc

tính cơ lí của đất và tính chất đông đặc lại của vữa Ví dụ, ở độ sâu 3 mét kể từ mặt vữa

trong hào khi không có nước ngầm chiều dày của lớp keo đặc lại trong đất sỏi cuội có thể đạt đến 1,5 mét, trong cát là 8cm và lớn hơn; trong cuội có kẻ = 1.107! cm/sec sau khi xit lí bằng vữa bentonit, hệ số thấm giảm đến trị số 3,24.10'Ế m/sec, tức là thực tế cuội trở thành khơng thấm

Các tính chất của màng sét và của đất keo đặc lại phụ thuộc trước tiên vào các tính chất đơng đặc lại của vữa Việc tạo một màng mỏng không thấm nước là có thể, khi sử dụng vữa chất lượng cao, bởi vì các hạt sét khuếch tán nhỏ bé nằm ép chặt với nhau, giữa chúng sẽ phát sinh sự liên kết keo bền và khơng có nước tự do Các lỗ rỗng của đất chịu lực được lấp đầy bằng keo của vữa đông lại, kết quả một lớp thực tế không thấm nước của đất đã keo đông lại được tạo ra Việc sử dụng vữa chất lượng không đủ cao, có

khối lượng thể tích lớn, giữ được sự ổn định của vách hào, nhưng việc tạo nên màng sét không thấm nước và sự keo đặc đất lại không xảy ra

Tính chất của lớp đất được keo đặc lại có thể sử dụng khi đổ bêtông vào trong hào

Thông thường trước khi đổ bêtông, vữa bẩn được thay bằng vữa sạch Với điều kiện đã

thành tạo được màng sét không thấm nước và đất được keo đặc lại, vữa bẩn có thể thay bằng nước Điều đó sẽ cải thiện điều kiện và chất lượng đổ bêtông trong nước

Trang 29

Khi quan sát quá trình keo đặc đất thì quan sát quan trọng là sự giảm hệ số thấm của

đất theo thời gian Các quan sát, nghiên cứu như vậy đã được N B Omatxki, E M N B Xergeev, lu M Sekhtman tiến hành đối với cát Trên cơ sở những kết quả

nghiên cứu này có thể rút ra kết luận: Việc giảm độ thấm nước của cát trong giai đoạn đầu của việc keo đặc xảy ra khá mạnh với trị số gradien thuỷ lực trong khoảng 0,2 + 2,0

N V Pheoktixtova đã quan sát sự keo đặc sâu của đất bởi vữa bentonit có khối lượng thể tích y„ = 1,10 g/cm? khi xây dựng bằng phương pháp "tường chắn đất” một giếng của

hệ thống thoát nước ở ngoại ô Matxcova Để xác định vùng được keo đặc và các tính chất cơ lí của lớp đất này sau khi đào đất ở trên biên với bêtông đã lấy ra 8 mẫu nguyên vẹn ở độ sâu 6,5 + 6,7m Đất chịu lực là á cát có chứa các hạt có kích thước nhỏ hơn

0.005mm (gần 4,5%) và cát hạt trung Lớp đất được keo đặc có chiều dày đến 9cm, chiều dày của màng sét là 3 + 4mm Theo các số liệu thí nghiệm trong phòng, hệ SỐ thấm của màng này là 2.10” cm/sec với độ rỗng của nó bang 88%

Thành phần hạt của lớp được keo đặc chỉ ra là hàm lượng các hạt sét có đường kính

nhỏ hơn 0,005mm khá lớn 34,4% Theo mật độ của đất y„ = 2,67 g/cm? va hệ số thấm

kệ = 3,3.10 8 + 3.10! cm/sec với sự thay đổi áp lực trong khoảng 0,025 + 0.25MPa lớp

đất này là sét dẻo cứng không thấm nước, có lực dính C = 0,01 + 0,025MPAa và góc nội ma sát có tgọ = 0,019 + 0,260 Rõ ràng là điều đó đảm bảo tính chống thấm cho tường bêtông cốt thép của giếng thoát nước, trong giếng sau khi đào đất đã khơng quan sát

thấy có thấm nước

1.3.7 Việc điều chỉnh các thông số của vữa sét

Các tính chất của vữa sét, chế tạo từ đất sét và nước thường xuyên không đáp ứng được các yêu cầu, nhất là khí phải đào hào bằng phương pháp khoan, để nhận được vữa

sét có chất lượng phù hợp nó thường phải được xử lí ban đầu bằng các hoá chất Nhưng

trong quá trình khoan vữa sét có chứa một phần đất khoan, các muối khác nhau, có sẵn ở trong các tầng đất và nước Tính chất của vữa vì thế mà thay đổi Việc tiếp tục xử lí phụ thêm là để giữ cho vữa có đủ các tinh chat, dap ứng yêu cầu của công tác đào hào

hay khoan

Xuất phát từ các thông số về mặt kinh tế, quan trọng là sử dụng tối đa khả năng của

sết tạo ra các vữa có khả năng đông đặc lại và biết cách điều chỉnh các thơng số của nó trong q trình thi cơng Người ta phân các phương pháp tác động lên vữa sét: phương pháp cơ học, phương pháp siêu âm và phương pháp hoá học

Phương pháp cơ học bao gồm những việc như: trong quá trình chế tạo vữa cần đạt được tối đa sự khuếch tán các hạt sét và việc làm sạch các tạp chất có sẵn hoặc rơi vào

trong quá trình đào hào của vữa bẩn Nếu như vữa có khối lượng thể tích cao do có thêm

Trang 30

học là khuếch tan các pha cứng của vữa đến những hạt nhỏ nhất Các nghiên cứu đã chứng tỏ được là độ bền cấu trúc lớn nhất được tạo nên chính ở những vữa như vậy Khi đó độ bền, tính chống thấm của màng sét và đất đã được keo đặc, được nâng cao

Thực chất vật lí của việc xử lí vữa bằng siêu âm là ở chỗ, khi tác dụng lên vữa các đao

động đàn hồi thì các bọt khí thực được tạo ra, việc vỡ các bọt khí thực tạo nên ấp lực

khống lồ là nguồn tác dụng lớn lao làm tăng cường độ của các q trình hố lí Tác dụng khuếch tán hiệu quả nhất với vữa sét là các dao động siêu âm với tần số 19,5 Khez Khi

đó các cấu trúc đặc trưng bằng sự ổn định tối đa và sự ổn định hoàn toàn được tạo nên

Xử lí vữa bằng siêu âm là khá phức tạp và trong điều kiện sản xuất ngày nay cịn khó áp dụng

Việc xử lí hố bao gồm việc đưa vào vữa các hoá chất; nếu việc đưa hoá chất vào trước khi đào hào thì được gọi là xử lí nguyên sinh (lần đầu) còn nếu như đưa vào trong

quá trình sản xuất để giữ hoặc thay đổi tính chất của vữa thì gọi là xử lí bổ sung

(phụ thêm) Trong thực tế khoan dầu khí hàng chục loại hoá chất khác nhau được áp dụng Khi xây dựng bằng phương pháp "tường trong đất" những hoá chất để nâng cao độ ổn định nhiệt và giảm sức căng bề mặt ở ranh giới với dầu và khí cũng như giảm bọt được loại ra không cần sử dụng

Khi lựa chọn thực đơn xử lí hố học người ta tuân theo ba điều kiện cơ bản sau:

a) Mục đích của xử lí hố là đạt được các thông số yêu cầu với việc chỉ phí ít nhất các hoá chất và nước cho việc xử lí

b) Việc có trước các thực đơn nhất định để xử lí bổ sung bằng hoá chất là khơng thể

Kinh nghiệm tích luỹ giúp cho việc lựa chọn thực đơn khi khoan trong một số khoảng nào đó là cho hiệu quả tốt nhất Thực đơn xử lí và số lượng các hoá chất phụ thuộc vào một số lượng lớn các yếu tố khơng thể tính được

c) Người ta lựa chọn thực đơn với khả năng giữ nguyên hoàn toàn các điều kiện có : trong lỗ khoan (hay trong hào) Vữa cần được giữ xấp xỉ với nhiệt độ của vữa trong gương khoan, hoặc trong hào (không vượt quá 20 + 30% nhiệt độ của vữa trong gương

khoan) Các hoá chất, chất tăng trọng, nước cần phải dùng chính những thứ đã có ở trong

lỗ khoan (hoặc trong hào)

Theo đặc điểm tác dụng, các hoá chất có thể được chia làm hai nhóm: nhóm các chất

liên kết là các chất kiểm điện phân NaOH, Na;CO¿, NaPO; v.v và nhóm các chất ổn định là các hố chất hoạt tính bể mặt, các keo bảo vệ thấm, abumin, glucoza v.v Những hoá chất này hấp phụ lên bể mặi các hạt sét làm dày lên xung quanh chúng các

vỏ hydrat, chúng là các barie cấu trúc cơ học ngăn cần sự xâm thực chúng Việc nâng

cao số lượng nước liên kết, việc tăng số các hạt khuếch tán ở pha cứng làm nâng cao độ

nhớt và ứng suất trượt tĩnh giới hạn của vữa và làm giảm độ tách nước của nó

Khi xem xét tác động của các chất điện phân nồng độ khác nhau đến vữa sét người ta

phân ra vùng ổn định, vùng tạo thành cấu trúc và vùng keo lắng Vùng mà việc nâng cao

Trang 31

nồng độ của hoá chất sẽ dẫn đến giảm độ nhới, giảm ứng suất trượt tính giới hạn và độ tách nước, người ta gọi là vùng ổn định Việc bổ sung tiếp các chất điện phân vào vữa dẫn đến giảm điện tích và thuỷ phân các hạt sét, đồng thời làm tăng khả năng tách chúng Khi

đó các tính chất đơng đặc lại của vữa, độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh giới hạn được cải

thiện Vùng này của nồng độ các chất điện phân được gọi là vùng tạo thành cấu trúc Nồng độ cao các chất điện phân sẽ dẫn đến điện tích của các hạt sét tiến dần đến không, việc thuỷ phân cũng giảm theo tương ứng, các hạt bắt đầu tách khỏi nhau, tạo

nên các tổ hợp lắng trong vữa Vùng nồng độ cao các chất điện phân được gọi là vùng keo lắng

Trong q trình xử lí vữa bằng các chất điện phân xảy ra trao đổi cation, khi đó, nếu như các cation bị thay thế, làm xấu di tinh 6n định, bằng các cation cải thiện nó thì sự ổn định của vữa được xảy ra Người ta thường dùng xôda canxit hố, xơda ăn da (xút ăn da), thuỷ tinh lỏng, muối ăn, vôi, ximäng và photphat làm các chất điện phân

Xơda canxi hố Na,CO¿ cho khả năng chuyển các sét canxi sang sét natri để khuếch tán và trương nở tốt Nó cũng được sử dụng để làm mềm nước cứng và liên kết các ion trong các vữa có chứa ximăng, thạch cao và các chất khác Xút ăn da NaOH tác dụng lên vữa giống như xôda canxi hoá; và được sử dụng ít hơn xơda canxi hố vì chi phí cao hơn và rất tích nước

Thuy tinh lỏng (silicat natri hay canxi) có cơng thức Na;O.nSiO; hay K;O nSiO,,

ở đây n là số lượng phân tử oxyt silic Khi bổ sung 3 + 5% thuỷ tỉnh lỏng (tính theo khối lượng chung) độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh giới hạn và độ pH của vữa tăng một cách

đáng kể

Muối ăn (clorua natri) NaCl được sử dụng trong q trình xử lí tổng hợp; ví dụ, bắt

đầu vữa được xử lí bằng hoá chất kiểm cacbon, sau đó để nâng cao các tính chất cơ học

cấu trúc của nó tiến hành:xử lí tiếp bằng muối ăn

Với Ca(OH); dùng một lượng bằng 3 + 5% khối lượng vữa để xử lí như là hoá chất

tác nhân thành tạo cấu trúc; người ta cũng sử dụng nó khi xử lí vữa bị mất khả năng tiếp nhận các hoá chất khác Với mục đích này người ta cịn sử dụng ximăng

Photphat là các muối khác nhau của axit photpho; người ta sử dụng chúng để hạ thấp độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh giới hạn, cũng như để tách các ion canxi ra khỏi vữa

Các hoá chất nhóm thứ hai là các chất cao phân tử, trong đó thường sử dụng là các hoá chất kiểm cacbon (VIIIP), các hoá chất torph kiểm (THỊP), các hoá chat phénol

metin xelulo (KMIL, bã rượu sulfit cô đặc (KCCB), okzin, lignin, xynin, v.v

Hiệu quả và chi phí ít hơn cả là các hoá chất (YIIIP) và (THỊP) Chúng được dùng để

khuếch tán các pha cứng của vữa, tạo nên cấu trúc bền, ngăn ngừa hiện tượng lắng các

hạt sét và giảm độ tách nước Nhược điểm của YIIIP và TIHP liên quan đến việc nâng cao độ dính của màng sét ở trên vách hào và của các hạt đất bị đào ra

Trang 32

KML] duge dùng để giảm độ tách nước và ứng suất trượt tĩnh giới hạn Độ nhớt của

vữa khi bổ sung KMII không bị giảm, thậm trí cịn tăng

1.3.8 Việc sử dụng vữa tam hợp khi xây dựng tường trong đất bằng những cấu kiện lắp ghép

Tường trong đất có thể được thiết lập từ những cấu kiện bêtông cốt thép lắp ghép, hạ

vào hào được đào giống như đối với tường bêtơng cốt thép tồn khối Việc xây dựng những tường như vậy cho khả năng đảm bảo chất lượng cao và tính chống thấm của tường cũng có chất lượng tốt, cho phép giảm chiều dày tường, thuận tiện trong việc bố trí các chỉ tiết chôn sẵn, các cốt thép chờ để nối tường với các kết cấu bên trong của các

cơng trình ngầm

Khi sử dụng các cấu kiện lắp ghép để xây dựng ở trong hào có chứa đầy vữa sét, tính

chống thấm của mối nối các panen được đảm bảo nhờ tồn khối hố chúng bằng các vữa

tam hợp đặc biệt, đông cứng chậm Vữa như vậy phải thoả mãn được một loạt các yêu

cầu như: khả năng ở trạng thái lỏng trong suốt thời gian thi công là 1 + 2 ngày đêm (ở nhiều nước thời gian này rút ngắn đến 12 giờ); tính chống thấm và độ bền của vữa đã

đông cứng không được nhỏ hơn ở đất quanh tường hay đất mà tường tựa lên Ngoài ra,

vữa nằm lại và đông cứng trên bề mặt tường không được quá bền, để khơng gây khó khăn cho việc làm sạch bề mặt tường lắp ghép sau khi đã đào đất từ trong hố đào đi

Việc nối các panen và lấp đầy khoảng trống giữa chúng với đất của hào bằng vữa tam

hợp có thể thực hiện bằng ba cách sau:

a) Thay một phần vữa trong hào đã đào bằng vữa tam hợp chuyên dụng ximăng - sét - cát, sau đó hạ vào hào các cấu kiện bêtông cốt thép lắp ghép và làm chặt chúng bằng vữa tam hợp lấp đầy các khe hở giữa đất và tường:

b) Rót đầy khe nối giữa các panen và khe hở giữa tường và đất của hào bằng vữa tam hợp ép qua các ống dat trong panen khi chế tạo chúng, cũng như đặt vào mối nối giữa

các panen khi thi công

c) Trong vữa sét đào hào người ta đưa vào các phụ gia để đông cứng chúng lại

Việc sử dụng vữa tam hợp chuyên dụng đảm bảo tính chống thấm của các mối nối panen và độ bền tính tốn của cơng trình Các hãng của nước ngoài như: "Prephaziv",

"Panoxol” v.v đã lập các cấp phối của các loại vữa như vậy, nhưng thường thì họ không chỉ rõ công nghệ chế tạo chúng Ví dụ, cấp phối N°1 (tính bằng %) với y = 1,7 + 1,8 g/cmỶ

Trang 33

Với hàm lượng các hat cát lớn như vậy, vữa thường phân tầng nhanh do lắng các hạt cát xuống thành cặn, còn để điều chỉnh độ ổn định vữa người ta sử dụng các phụ gia

chuyên dụng

Thông thường trong thành phần của vữa tam hợp có chứa ximăng, bentonit, cát, nước,

hoá chất và phụ gia tăng dẻo Thành phần của vữa tam hợp được lựa chọn ở trong phịng thí nghiệm theo cách sau: Trong thùng trộn vữa người ta chuẩn bị vữa bentonit, xuất

phát từ điều kiện độ ổn định tối đa và độ ngăn nước tối thiểu, đo mật độ của nó và sau | và 10 phút là ứng suất trượt fĩnh giới hạn ơ; ¡ọ Sau đó xác định thành phần hạt của cát và tìm đường kính hạt lớn nhất dị chứa trong cát không vượt 10%

Ứng suất trượt tĩnh giới hạn để giữ các hạt cát ở dạng đẩy nổi được tính theo công

thức (1-6) và (1-7) Nếu như ơi ¡ọ đo được của các vữa bentomit nhỏ hơn tính tốn, thì

cần phải nâng cao chúng bằng các phụ gia hoá chất hoạt tính, được lựa chọn trong điều kiện phịng thí nghiệm Tiếp theo người ta đưa cát vào vữa bentonit, khối lượng của nó

tính bằng kg cho 1m” vữa, được xác định theo công thức sau:

l=, (2 = Yep) -1000

(Yn —Ybp)

ở đây: Yạ, Yop; y; - khối lượng thể tích của cát, vữa bentonit và vữa sau khi đã đưa cát vào

(y; không nhỏ hơn 1,55 T/m))

Để chế tạo vữa tam hợp không dùng cát bụi và cát hạt nhỏ Sự phụ thuộc gần đúng của độ bền vữa tam hợp ở tuổi 7 ngày do có chứa trong vữa ximăng mác 400 như dưới đây:

Hàm lượng ximăng, kg 100 200 300 400 500

Độ bền của vữa tam hợp,Pa 1 3 4 10 20

Số lượng phụ gia làm dẻo phụ thuộc vào độ dẻo yêu cầu của vữa Các nghiên cứu cho thấy là phụ gia cặn (bã) cồn sulfit cho độ linh động, tính dễ đổ và độ dẻo của vữa tốt nhất Tối ưu là đưa vào vữa 0,15 + 0,25% bã cồn sulfit tính theo trọng lượng của ximãng

và sét Thông thường trên công trường vữa bã cồn sulfit nồng độ cao được sử dụng Để

tính tốn (%) lượng vữa bã cồn sulfit nồng độ cao đưa vào vữa người ta sử dụng công

thức sau:

a= 172,7 -Ð

0,727

ở đây: y - mật độ của vữa bã cồn sulñt nồng độ cao, g/cm’;

Khi đó khối lượng vữa là cồn sulfit đưa vào vữa được tinh theo biểu thức sau: _ Q.100

a

P

ở đây: Q - khối lượng cần thiết của vữa bã cồn sulfit khô, kg

Trang 34

Vữa cồn được pha bằng nước đến nồng độ 20 + 30% Nước để pha loãng phải đạt tiêu

chuẩn nước để chế tạo bêtông

Để kiểm tra độ bên và tính thấm của vữa tam hợp mà thành phần của nó đã được

lựa chọn theo phương pháp nêu trên, người ta đúc các mẫu hình lập phương tiêu

chuẩn để đông cứng trong vữa bentonit rồi thí nghiệm độ bền và thấm ở các tuổi 7,

14 và 28 ngày

Theo phương pháp nêu trên, ở Liên Xô cũ người ta đã lựa chọn các cấp phối vữa tam hợp khi xây dựng một trong những cơng trình ở ngoại ơ laroxlav, các cấp phối như trong bảng 1.5 dưới đây

Bảng 1.5

Cấp phối Khối lượng các thanh pâhn của vữa, kg/m? Độ ven nen,

vữa tam a

hop Ximang Cat Sét Nước Bãcồn | 7ngày | 28 ngày

l 232 680 _~ 108 600 1,00 0,225 0,42 2 235 680 115 600 0,90 0,250 0,51 3 262 650 137 600 0,85 0,300 0,79 4 270 650 130 600 0,85 0,340 0,90

Trên công trường, vữa tam hợp có thể được chế tạo từ vữa ximăng cát trộn sẵn ở trạm rồi bổ sung lượng bentonit, phụ gia dẻo và nước cần thiết Chất lượng của vữa được thí

nghiệm bằng phương pháp đã nêu trên

Việc nhồi đầy mối nối giữa các panen cũng như khe hở giữa tường và đất bằng cách

ép vữa tam hợp qua ống đặt sẵn trong panen và ống đặt giữa các panen phải tiến hành liên tục và thường xuyên kiểm tra độ dịch chuyển của vữa cho đến khi kết thúc quá trình tam hợp hố đoạn tường

1.4 CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TƯỜNG TRONG ĐẤT LÀ BÊTÔNG CỐT

THÉP TOÀN KHỐI

Việc xây dựng tường trong đất bằng bêtông hay bêtông cốt thép tồn khối về

ngun tắc, có thể thực hiện theo hai sơ đồ công nghệ là: tường dạng hào đốt tường là cọc

(hình 1.8)

Khi bố trí ở gần móng của các ngơi nhà đã có, trong đất không đủ bền, cũng như

trong những trường hợp mà theo tính tốn thì tiến độ đổ bêtơng chậm hơn tiến độ đào

đất trong hào thì cơng việc xây hào và đổ bêtông được tiến hành theo từng đốt ngắn, riêng rẽ (một đốt hào) Trong các đất ổn định, ít ẩm người ta đào các đốt hào ngắn không cần vữa sét Đối với các đất bão hoà nước thì đào các đốt hào trong vữa sét

Trang 35

) el -

1 1 t | 1 1

Hình 1.8: Các dạng tường cọc

b) và tường hào

7⁄2 1)-—:—: a) Từ các hào nối với nhau,

Ị la | b) Từ hào liên tục, lấp đây từng đốt,

từ các cọc ghép nối với nhau;

c) Từ các cọc giao nhau;

đ) Xây trong hào gồm các lỗ khoan

giao nhau 2X VX: VÀ X: VÀ: FT T 1 1 Í 1,2 Trình tự của quá trình; 3 Chặn đầu

Việc xây dựng các tường dạng hào trong đất bằng bêtông và bêtông cốt thép toàn

khối là một quá trình cơng nghệ phức tạp, gồm nhiều khâu đơn giản liên hệ chặt chẽ với nhau:

- Chuẩn bị mặt bằng xây dựng;

- Xây đựng theo trục tường của công trình các tường định vị, để định hướng cho các

máy làm đất và đảm bảo ổn định của vách hào ở phần bên trên;

- Đào hào trong vữa sét trong phạm vi một đốt;

- Đặt vào hào khung cốt thép và xây dựng vách chắn đầu để giữ hỗn hợp bêtông; - Đồ bêtông vào hào bằng phương pháp đổ bêtông trong nước dưới vữa sét

Trước khi bát đầu đào hào phải thực hiện tốt các công tác chuẩn bị sau đây: làm phẳng mặt bằng dọc theo tường, với tính tốn để dọc theo hai bên tường định vị có đủ

rộng để bố trí và di chuyển các trang thiết bị và ôtô đi lại; khi có lầy cục bộ và mực nước ngâm cao thì đắp mặt bằng bằng cát, đặt các tấm lót để di chuyển thiết bị và ôtô đi lại

dọc theo tường định vị

Khi xây dựng tường định vị cần phải tiến hành việc đo đạc cắm tuyến hào và tường Nếu mực nước ngầm thấp hơn mặt đất 1,0 - 1,5 mét thì tường định vị xây dựng trong hố móng, đào đọc trục cơng trình, sâu 70 - 80cm Nền của hố móng được làm phẳng và

đầm chặt, sau đó ghép ván khuôn, cốt thép và đồ bêtông

Khi mực nước ngầm cao, cần phải đắp cát, ván khuôn của tường định vị phải đặt trên đất tự nhiên hoặc đất đắp đã được đầm chặt trước Đỉnh ván khuôn của tường định vị phải nằm ngang và có cao độ 10 + 20cm cao hơn mặt đất Việc đo đạc phân hào thành từng đốt được thực hiện trên đỉnh tường định vi

Việc lựa chọn máy làm đất để đào hào phụ thuộc vào loại đất, vị trí của cơng trình,

nhất là cơng trình trong đơ thị và chiều sâu hào Căn cứ vào máy làm đất đã lựa chọn để

Trang 36

áp dụng sơ đồ công nghệ thi công va lựa chọn các thiết bị chế tạo và làm sạch vữa sét cho phù hợp Khi lựa chọn thiết bị để đào hào cần phải tính đến các thiết bị đào hào và

vận chuyển dạng cơ khí thuỷ lực được áp dụng hợp lí cho những mặt bằng có nền là cát

và gần công trường khơng có những cơng trình cản trở việc sơ tán thiết bị Gầu ngoạm sử dụng hợp lí hơn cả là trong điều

kiện thành phố, bởi vì nó chiếm diện tích nhỏ nhất Trước khi bất đầu đào hào cần phải làm xong các công tác chuẩn bị tức là xây dựng xong tường định

vị, lắp đặt xong thiết bị để chế tạo và làm sạch vữa sét V.V

Để đào hào khi xây dựng các màn chống thấm và tường chịu lực trong đất có thể sử dụng các tổ hợp đào do nước ngoài chế tạo, chúng có thể đào

hào rộng 0,5 + 0,7m, sâu đến 30 mét Trên các công trường ở Liên Xô cũ các máy đào

gầu ngoạm hai ngăn theo kết cấu của Viện thiết kế nền móng có chiều dài bước đào 3,2m, đào sâu đến 18 mét, cũng như gầu ngoạm do viện NHXP Ủcraina đề xuất có chiều đài bước đào ở vị trí mở

gầu là 5,0 mét, chiều sâu đào đến 30 mét được sử

dụng Để đào hào các máy đào dạng cần (hình 1.9)

với chiều sâu đào đến 18 mét cũng được áp dụng

Viện NIXXP (HHMOCIIT mang tén H M

Gerxevnov đã đưa gầu ngoạm điện thuỷ lực có bước đào ở vị trí mở gầu là 2,25m và độ sâu hào đến 30 mét; Viện cũng đưa ra gầu ngoạm với cần áp lực có chiều dài thay đổi được đặt trên nền máy xúc thuỷ lực EO-5112, chiều sâu đào hào đến 18 mét Thiết bị

gầu ngoạm lắp trên cần cứng thì có thể đào sâu đến 30 mét

Hình 1.9: Máy đào có cần 1 Máy cơ sở; 2 Tay máy dạng ống; 3 Gẩu; 4 Phần dưới ngoạm của gầu

_Phân viện Thiết kế thuỷ công ở Kiev đưa ra gầu ngoạm nhiều ngăn để đào các hào có hình dạng chữ T hoặc chữ + bằng phương pháp tường trong đất

Các thiết bị đào gầu ngoạm chuyên dụng cũng được sử dụng phổ biến ở Pháp, Ý, Đức, Mỹ, Nhật Bản, Anh quốc và nhiều nước khác Việc đóng gầu được thực hiện bằng cơ khí (cáp) cùng với động cơ thuỷ lực và động cơ điện Về nguyên tắc treo gầu vào cần

có thể là treo mềm (cáp) hoặc gắn cứng Ở gầu ngoạm hai cáp thì một cáp để treo gầu, còn một cáp để điều khiển ngăn gầu `

Trang 37

vách hào, vì thế người ta đã chế tạo ra các gầu nặng Khối lượng phụ thêm được sử dụng để tạo nên hộp bọc định hướng cho gầu, cho phép cải thiện tính

định hướng và nâng cao độ chính xác của việc đào hào (hình 1.10)

Do kết cấu lại, khối lượng của các

gầu ngoạm treo mềm, kiểu cơ khí hố

tăng lên từ 4 đến 17 tấn, kích thước mặt ngồi răng từ 2,6 đến 3,6 mét Ngày

nay các gầu thường sử dụng có trọng lượng 7 - 8 tấn, nó cho phép đào hào sâu

70 - 80 mét

Ngày nay đã có rất nhiều gầu ngoạm

gắn cứng vào cần Hàm của nó được đóng bằng động cơ điện Thiết bị gầu

loại này đào hào trong các đất khác nhau mà không cần khoan các lỗ chủ

đạo Lần đầu tiên sử dụng loại gầu kiểu này do hãng Poklen chế tạo để nâng

cấp các tuyến đường trục Pari

Cần cẩu có cần gồm nhiều đoạn nối

khớp (hình 1.11), đảm bảo dịch chuyển

gầu ngoạm thẳng đứng và cần được

điều chỉnh bằng động cơ thuỷ lực, do

thay đổi góc nghiêng và độ nâng cao

của cần Hướng và vị trí của gầu ở trong hào được định vị nhờ các thiết bị điều

khiển Bằng việc thay đổi độ nghiêng của cần và tổ hợp các đốt cần tương ứng mà có thể đào hào sâu đến 13 mét Gầu

có dung tích 0,7nỶ, rộng 0,4 + 1,0 mét,

có độ rộng hàm đến 3,4 mét Nhiều loại gầu tương tự có kích thước khơng

lớn, có tính cơ động và công nghệ cao

đã được áp dụng để đào hào ở những vị

trí hẹp

Hình 1.10: Hình ảnh gầu ngoạm treo trên day mém cua hdng "Bashi" 1 Cần có nối khớp, 2 2 Cin; 3 Tai định hướng; 4 Gầu ngoạm Hình 1.11: Cần của hãng Poklen có nhiều đoạn nối khớp

Trang 38

Các gầu ngoạm có truyền động thuỷ lực, có hai hoặc một kích thuỷ lực Bơm để cấp chất lỏng cho kích được đặt trong cabin của máy và chất lỏng được cấp đến nhờ các ống cao su chịu áp lực cao Phương pháp này thường phải thay ống dẫn do mòn ở các đầu nối Vì thế trong những năm sau này người ta sử dụng các gầu ngoạm cùng với kích thuỷ lực khơng sử dụng ống mềm Do đó, bơm cùng với động cơ điện được đặt ngay trong hộp gầu

Hệ thống gầu ngoạm theo nguyên tắc đã nêu trên, khi chọn đúng đắn khối lượng của nó, đảm bảo đào được đất đến nhóm V Các loại gầu thông dựng ngày nay ở nước ngồi

có các thơng số như trong bảng 1.6

Bảng 1.6

àng sả Š rộ i hối lượn ích thué „

H neat | Loai treo Be oe TẠI œ 8 Ach a Nhóm đất

3+5 - 1+H

Risie Cần 60 6+7 - H+IH

8+12 - Ill+IV

50 6 1,8 1+ TI

Basi Cap 100 8 2,7 1+IV

100 17 3,6 IV+V 40 - - _Poklen Cần 60 - 1,94 I+IV 80 - -

Khi cần phải ngàm tường vào đá hoặc đất cứng, người ta đào chúng bằng các đầu đào

hoặc đầu khoan rồi làm sạch đáy hào bằng gầu ngoạm Để xử lí trong những đất như thế hãng "Pluton" ở Anh đã chế tạo ra các gầu

ngoạm chuyên dụng có truyền động thuỷ lực

hay điện (hình 1.12) đảm bảo áp lực lên đất

1a 0,2MN và lực nén của hàm 0,3MN

Hãng "Phôndidai" (Mi) da đưa ra máy đào gầu ngoạm gắn lên cần với cơ cấu điều khiển dạng tam giác khớp (thay cho sàn định hướng) sử dụng khá thuận lợi trong thi

công hào

Các tổ hợp máy đào kiểu BM-20/0,5 và BM-0,5/50-2M (hình 1.14) kết cấu của Viện

VIOGEM, máy liên hợp XVD-500 và XVD-500R (hình 1.13), kết cấu của Phân viện

Hình 1.12: Hình ảnh Gầu đào

của hãng Pluton để đào đất cứng

và nửa cứng

Trang 39

Thiết kế thuỷ công Kiev là thuộc dạng máy khoan cắt Việc đào bằng những tổ hợp này được thực hiện bằng việc cắt đất đầu hào bằng một thiết bị cắt điện theo chiều từ trên xuống dưới, còn việc đưa đất đào ra từ dưới lên bằng một đầu hút thuỷ lực Bằng tổ hợp đào XVD-500R có thể đào hào rộng 0,5 + 0,7 mét, ở độ sâu đến 50 mét trong các đất cục lớn, đất chặt và đất mềm Hình 1.13: Sơ đồ tổ hợp đào XV D500R của Phân viện "Ghidroproek" Kiev 1 Máng cơ sở (máy xúc 3505 hay 3652

tháo cần đi) 2 Cáp; 3 Máy khoan; 4 Đầu khoan của máy; 5 Mũi khoan; 6 Cân định hướng

Hình 1.14:

Máy đào kết cấu của VIOGEM I Cần thép trên xe; 2 Trạm đầu kiểu NPM-

713D; 3 Kích thuỷ lực; 4 Ổ truyền động;

5 Khung treo dao động dạng khớp; 6 Khối dẫn

hướng; 7 Một đốt; 8 Đĩa phẳng; 9 Vòng bị đỡ, 10 Cần cắt; 11 Lưỡi cắt hợp kim cứng của máy đào liên hợp SBM-1

Từ thiết bị treo là gầu nghịch đã biết gắn lên máy xúc EO-5 122 dùng để đào hào rộng 0,6 mét sâu đến 15 mét để xây dựng các cơng trình đào sâu bằng phương pháp tường

trong đất, trong đất loại ba có lẫn đá mồ côi

Trang 40

cơ cấu hiện đại Tuy nhiên độ bền và độ tin cậy thường ở mức không cao, nhưng chi phí

thấp và dễ dàng mua sắm, dễ sửa chữa và sắn phụ tùng thay thế

Kha thú vị là máy đào kiểu cát thuỷ lực của hãng Soletans (Pháp) Bằng máy này có

thể đào hào rộng (0,6 + 1,5) mét Chiều sâu đào tiêu chuẩn là 30 mét, chiều sâu tối đa

đến 100 mét Máy cắt thuỷ lực là một thiết bị khoan lập từ hai trục, có trang bị các răng

cắt phá hoại đất khi xoay Các cục đất được phá ra (< 100mm) cùng với vữa sét được đưa ra khỏi hào nhờ một đầu hút thuỷ lực Sau khi để lắng và làm sạch vữa lại được cấp vào

hào Máy cắt thuỷ lực là thiết bị treo có cần đặt trên bánh xích (hình 1.15) Theo số liệu

của hàng “Soletans", bằng máy này có thể đào các khối có dạng lỗ khoan - hào trong các đất khác nhau từ rời rạc đến cứng

Hình 1.15: Thiết bị treo của

hãng Soletanche(Pháp) để đào hào

1 Cần cầu lắp trên máy xúc; 2 Tổ hợp thuỷ lực;

3 Ống hình trụ thuỷ lực điều chỉnh lên xuống; 4 Thân cưa phần hạ xuống được;

5 Vữa; 6 Máy bơm; 7 Lưỡi cắt; 8, 11 Thiết bị để giữ ống; 9 Thiết bị làm sạch vữa; 10 Ống mềm để cấp vữa; 12 Ống của hệ thống thuỷ lực

Hãng "Toni" của Nhật cũng sản xuất một tổ hợp đào hào gồm máy nén khí, các trụ có toi, san di động, đầu hút, bơm vữa, sàng li tâm và sàng rung (hình 1.16) Bẩy đầu cắt của

bộ phận đào hào được gắn vào cột trụ bằng một hệ cáp; trụ được gắn lên sàn di động Các

lưỡi cắt của đầu đào được bố trí ở hai mức và chuyển động nhờ các động cơ điện được

hạ theo cùng đầu

Vita sét trộn các đất được làm tơi ra, vận chuyển bằng các ống hút ở khối làm sạch,

còn đưa vào đầu đào bằng bơm Vữa sét sau khi làm sạch sơ bộ trên sàng rung thì chảy

vào thùng, đưa vào sàng thuỷ lực li tâm để làm sạch tỉnh

Vữa làm sạch được rót vào hố để bơm vào hào Để loại trừ độ nghiêng lệch của đầu đào, người ta sử dụng cân bằng điện từ Chiều sâu đào hào bằng thiết bị như vậy đạt tới

78 mét khi độ rộng của hào nhỏ nhất, bằng 58cm

Các thiết bị đào hào dạng khoan cắt được sử dụng hợp lí khi đào hào trong các loại đất chặt, cứng và chủ yếu cho những công trường có khối lượng cơng tác lớn Đối với