Khoan phụt chống thấm và khoan phụt cao áp - P1

Trình bày về công nghệ, hiệu quả ứng dụng khoan phụt chống thấm và khoan phụt cao áp

CễNG NGHỆ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM

CHO CễNG TRèNH THUỶ LỢI

PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, Viện Khoa học Thuỷ lợi

Chống thấm cho cụng trỡnh thuỷ lợi là một yờu cầu hết sức quan trọng, cần quan tõm ngay từ khõu thiết kế ban đầu Cỏc cụng trỡnh sau một thời gian sử dụng nếu xuất hiện thấm thỡ việc sửa chữa sẽ rất khú khăn và tốn kộm Trong trường hợp này, cụng nghệ khoan phụt chống thấm thường được sử dụng để xử lý thấm cho đờ, đập Tuy nhiờn, khỏi niệm này hiện nay cũn bị hiểu một cỏch chưa đầy đủ Vỡ vậy, bài viết này sẽ giới thiệu một số cụng nghệ khoan phụt đó được sử dụng cho cụng trỡnh thuỷ lợi, đặc biệt mới

là khoan phụt kiểu tia (Jet-grouting) và khoan phụt hoỏ chất (Chemical grouting) đó được chỳng tụi thực hiện trong thời gian gần đõy

1- Cỏc biện phỏp chống thấm cho cụng trỡnh thuỷ lợi

Hỡnh 1

phỏp khoan phụt thường được sử dụng để sửa chữa chống thấm cho cụng trỡnh, biện phỏp tường hào Bentonite cũng đó được ỏp dụng để chống thấm cho đập đất

ỡnh 1 giới t biện phỏp thấm cho cụng trỡnh thuỷ lợi, tr

SÂN PHủ tl

TƯờNG

NGHIÊNG

CáC BIệN PHáP CHốNG THấM DƯớI ĐáY Vμ THÂN CÔNG TRìNH THUỷ LợI

BENTONITE

Đóng cừ 1- Cừ thép 2- cừ gỗ 3- cừ nhựa

Biờn phỏp khoan phụt được phõn loại như sau:

- Theo biện phỏp đưa chất kết dớnh vào trong đất

- Theo loại vật liệu chất kết dớnh

K

(

(

hoan phụt áp lực

pressuare grouting)

hoan phụt ép đấ compact grouting)

Khoan phụt thẩm thấu K

hoan phụt kiểu tia Jet-grouting

2- Phân loại khoan phụt theo phương pháp đưa chất kết dính vào trong đất

2.1- Khoan phụt áp lực:

Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, )

Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào Do đó hiệu quả chống thấm không lâu dài

2.2- 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 Biện pháp này thường được sử dụng trong xử lý nền đất yếu

2.3- Khoan phụt thẩm thấu

Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường là hoá chất hoặc ximăng cực mịn) với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng Do vật liệu sử dụng có giá thành cao nên biện pháp này ít áp dụng

2.4- Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

Biện pháp này được sử dụng nhiều trong cải tạo nền đất yếu dựa vào nguyên lý cắt nham thạch và trộn đất tại chỗ với chất kết dính (xi măng, vôi, …) bằng dòng nước áp lực tạo thành các cọc ximăng đất Khi thi công các cọc chồng lấn lên nhau (overlap) tạo thành tường (cut off wall) có tác dụng chống thấm Nguyên lý sẽ được mô tả ở phần sau

3- Phân loại khoan phụt theo vật liệu kết dính

3.1- Khoan phụt xi măng

Xi măng, xi măng-sét, ximăng – vôi – sét là vật liệu thông dụng trong khoan phụt chống thấm và xử lý nền

3.2- Khoan phụt hoá chất

Khoan phụt hoá chất cũng đã có lịch sử khá lâu đời Loại vật liệu trước đây được sử dụng nhiều là nước thuỷ tinh Tuy nhiên, sau một thời gian hỗn hợp thuỷ tinh - đất dễ bị mục mất tác dụng Hơn nữa, nước thuỷ tinh có tính ăn mòn kim loại làm hư hại thiết bị

Xu hướng hiện nay người ta sử dụng hợp chất ARC (Acrilic Reinforced Composite); đây là dung dịch 3 thành phần: nhựa – chất xúc tác – xúc tiến Bằng cách điều chỉnh hạm

lượng các chất xúc tác để tạo ra các dung dịch phù hợp với các điều kiện cụ thể; ví dụ khi cần xử lý sâu, đóng rắn nhanh,

Hình 2 minh hoạ xử lý một khe co dãn của khớp nối công trình BTCT, hoặc một vết nứt trên bề mặt tường bê tông gây thấm Giải pháp này được áp dụng rất có hiệu quả khi

xử lý các công trình ngầm bị thấm: đơn giản – hiệu quả - rẻ tiền

Hình 2- Xử lý thấm bằng khoan phụt hoá chất

4- Giới thiệu một số công trình khoan phụt chống thấm điển hình

4.1- C ng D10:

C ng tiêu D10 thu c h th ng thu nông th xã Ph Lý t nh Hà Nam c xây

d ng n m 2002 Móng t trên l p á sét nh s (3) dày 3m; ti p theo là l p s (4) cát

b i, h t nh dày 5m; ti p n là l p sét màu nâu xám Mùa l n m 2002, khi i vào v n hành x y ra s c m ch s i phía ng, sau b tiêu n ng a ph ng ã ph i p ê quai phía ng dâng cao m c n c phía ng, gi m chênh l ch n c Nguyên nhân gây

m ch s i c ánh giá nh sau: L p t s (4) là l p cát b i, l p này b t u t cao trình - 4.48m Thi t k ã óng c c tre n n cao trình - 4.0m, t c là g n nh xuyên

h t (c ng có th xuân h t) l p s 3 có kh n ng ch ng th m t ng i t t Do chênh l ch

m c n c khi l ngoài sông cao, t o ra dòng ch y ng m trong l p s 4 L p cát b i này

r t d b xói ng m, các h t nh theo dòng th m i v h l u và t o ra m ch ùn phía

ng

Hình 3: Mô tả tường xi măng đất cắt qua tầng cuội sỏi thấm nước để chống thấm

qua đáy cống D10

Bi n pháp s a ch a l n u: Tháng 10 n m 2003, a ph ng ã ti n hành s a

ch a nh sau: ào t hai bên mang c ng r i b c xung quanh c ng (tr d i áy không làm c) b ng t sét luy n dày 0.5m p tr t xung quanh c ng b ng t th t m

b o dung tr ng Làm m t hàng c g phía sông cu i b tiêu n ng và m t hàng c g phía ng, chi u dài c là 3m Lu n ng b m- ph t dung d ch sét - XM xu ng d i

áy c ng Công vi c s a ch a hoàn thành tháng 4 n m 2004 n tháng 7 n m 2004, khi

có l phía trong ng l i b ùn s i, e do v ê Nh v y gi i pháp s a ch a ã làm không có hi u qu a ph ng l i ph i ti p t c hoành tri t c ng

N u không tìm c gi i pháp s a ch a, d ki n s ph i hoành tri t c ng c , xây

c ng m i cách ó kho ng 500m Gi i pháp này ch a thuy t ph c c vì m t s lý do sau: (1)- a ch t c ng m i c ng t ng t nh c ng c , vì v y c ng c n ph i có

ph ng án x lý ch ng th m thích h p (2) - Xây c ng m i t n kém và ph i n bù t

ai (3)- C ng c không c s a ch a d t i m v n ti p t c là n ho Theo yêu c u c a

a ph ng, Vi n Khoa h c Thu l i ã nghiên c u ng d ng công ngh m i s a

ch a c ng D10

Ph ng án s a ch a s d ng công ngh Jet-grouting:

+ T o ra c m t t ng ch ng th m c t qua l p t (4) là l p cát b i - c m vào

l p 5 là l p sét nh màu nâu xám Kh i l ng th c hi n nh b ng d i:

+ Kinh phí th c hi n: 200 tri u ng, gi m 130 tri u so v i kinh phí s a ch a

tr c ây

+ Th i gian thi công: 15 ngày, trong khi ó s a ch a l n u thi công trong 2 tháng Qua t l l n t n m 2005 n nay theo dõi các tr n l nh cho th y không còn

hi n t ng ùn s i nh tr c, vi c s a ch a ã thành công

4.2- Xử lý đê quai thuỷ điện Sơn la

Chống thấm đê quây thuỷ điện Sơn la có vai trò quan trọng trong thi công toàn công trình Tại công trình này đã sử dụng nhiều công nghệ chống thấm, nhằm đáp ứng yêu cầu về tiến độ cũng như để đảm bảo hố móng khô ráo

Nền đê quai thượng – hạ được xác định qua công tác khảo sát địa chất vùng tuyến công trình đã nhận thấy có điều kiện phức tạp bởi dưới nền có tầng cát cuội sỏi dày từ 1

m đến 18 m, có lẫn nhiều đá tảng nhưng không rõ được cụ thể chiều dày riêng biệt của tầng cát và tầng cuội sỏi Hàm lượng cuội có đường kính >15cm khoảng 10% Trong quá trình nghiên cứu khoan thí nghiệm biện pháp chống thấm bằng tường xi măng đất đã kiến

nghị cần phải thực hiện khoan khảo sát địa chất nền dọc theo tim đê quai cách nhau 10m một hố, xác định cụ thể chiều dày của từng loại cát, cuội sỏi

Đê quai hạ lưu: Từ mặt cắt B04- mặt cắt B08+10m (chiều dài theo mặt cắt dọc khoảng 90m) chủ yếu là lớp cuội sỏi kích thước >15cm chiếm từ 30-40% có chiều dày thay đổi từ 5,5m đến 18,5 m nằm cách mặt bằng khoan từ 20,5 -30,5m Đặc biệt từ mặt cắt B06 – B08 có lớp dăm tảng bằng đá đổ chiều dày từ 2,4m đến 7,4m Từ mặt cắt B10 đến B11 + 10m mặt lớp đá của nền được nâng lên cách mặt bằng khoan từ 3-5,5m

Đê quai thượng lưu: Từ mặt cắt NT4- mặt cắt NT8 (chiều dài theo mặt cắt dọc khoảng 80m) chủ yếu là lớp cuội sỏi kích thước >15cm chiếm từ 30-40% có chiều dày thay đổi từ 5,0m đến 5,6 m nằm cách mặt bằng khoan từ 22 -23m Từ mặt cắt NT8 – mặt cắt NT9+10m (cao độ 110m trở xuống) được phủ bằng lớp dăm tảng được hình thành từ trụ đá đê quai giai đoạn 1 không dọn được

Từ đặc điểm các vùng địa chất, khả năng thực hiện của các thiết bị hiện có, phân vùng các biện pháp chống thấm cho đê quai hạ lưu như sau :

- Từ mặt cắt B02 - mặt cắt B04: Bằng tường xi măng-đất (kết hợp cả phun xi măng khô

và phun xi măng ướt) Khoan bằng máy khoan ximăng khô trục xoắn ruột gà, đường kính D=600mm theo 2 hàng liền nhau, sau đó sử dụng Jet-grouitn để tăng mức độ chống thấm của tường Khoảng cách giữa 2 hàng khoan là 460mm, các hố khoan trong hàng cách nhau 500mm tạo thành tường chống thấm có chiều dày nhỏ nhất là 800mm

- Từ mặt cắt B04 – mặt cắt B00 : Bằng biện pháp khoan phụt truyền thống (từ B04 – B08 +10m thực hiện 5 hàng khoan phụt, trong đó 3 hàng phụt xuống tận nền đá, 2 hàng ngoài phụt sâu qua đáy lớp đá đổ 1m; còn từ B08 +10m đến B010 thực hiện 2 hàng khoan phụt) Mỗi hàng phụt cách nhau 2,0m Các hố khoan trong hàng cách nhau 3,0m

- Từ mặt cắt B010 – B011+ 8.55m : Bằng biện pháp bóc dọn tạo chân răng sau đó đắp lại theo phương pháp đổ đất trong nước

Đê quai thượng lưu : Từ đặc điểm các vùng địa chất, khả năng thực hiện của các thiết

bị hiện có, phân vùng các biện pháp chống thấm như sau :

- Từ mặt cắt NT 2+15m - mặt cắt NT4: Bằng tường xi măng đất (kết hợp cả phun xi măng khô và phun xi măng ướt)

- Từ mặt cắt NT4 – mặt cắt NT8 : Bằng biện pháp khoan phụt truyền thống với 3 hàng khoan phụt

- Từ mặt cắt NT8 – mặt cắt NT9+4m : Bằng biện pháp khoan cọc nhồi vữa xi măng sét + khoan phụt xi măng ướt tạo tường chống thấm trong đất Các cọc khoan nhồi đường kính 2000mm, được khoan cách nhau 2200mm; nghĩa là mép cọc cách nhau 200mm Giữa các hố khoan này sẽ thực hiện khoan tạo thành cọc đường kính 600mm nối các

hố khoan cọc nhồi với nhau tạo thành tường liên tục

- Từ mặt cắt NT9 +4m – mặt cắt NT18m : Bằng tường xi măng đất (kết hợp cả phun xi măng khô và phun xi măng ướt)

- Từ mặt cắt NT9 +18m – mặt cắt NT10 + 15m : Bằng biện pháp bóc dọn tạo chân răng sau đó đắp lại theo phương pháp đổ đất trong nước

Lưu lượng nước chảy vào hố móng qua thực tế cho thấy kết quả tính toán thiết kế, các phương án xử lý đưa ra là hoàn toàn phù hợp Lưu lượng thấm vào hố móng trong thực tế vào khoảng 200 m3/h, hoàn toàn kiểm soát được bằng các máy bơm tiêu nước hố móng Công tác thi công kết cấu màn chống thấm dưới nền aluvi đê quai giai đoạn II đã kịp tiến độ chống lũ năm 2006

5- Kết luận

Khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi là một công tác hết sức quan trọng trong xây dựng các công trình thuỷ lợi Việc sử dụng công nghệ nào, dung dịch phụt ra sao tuỳ thuộc vào tình hình và yêu cầu cụ thể của từng công trình Việc sử dụng nhiều giải pháp kết hợp như trong việc xử lý chống thấm đê quai giai đoạn II công trình thuỷ điện Sơn la là một thành công của các kỹ sư thuỷ lợi

Tuy nhiên, hiện nay chúng ta mới chỉ có Tiêu chuẩn ngành về khoan phụt xi măng trong nền đá, áp dụng chung cho nhiều trường hợp và yêu cầu khác nhau dẫn đến lãng phí hoặc nhiều khi không có hiệu quả Nhiều cán bộ kỹ thuật còn rất mơ hồ về phương pháp này, cả trong cách hiểu cũng như trong thiết kế thi công Vì vậy, chúng tôi đề nghị

có một đề tài tổng kết và hướng dẫn thiết kế, thi công, nghiệm thu công tác khoan phụt phù hợp sự phát triển của công nghệ mới và đòi hỏi của thực tế sản xuất