Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp hạ cọc cừ ván bằng phương pháp phun nước áp lực là một phương pháp hay để rút ngắn thời gian hạ cọc cừ, phương pháp này thi công đơn giản không ảnh hưởng đến các thiết bị thi công khác. Các bạn xem tham khảo
1 Ứng dụng phương pháp phun nước áp lực hỗ trợ công tác hạ cừ ván ThS Trần Quang Huy Công ty CP Tư vấn T27 Abstract: Driving, vibrating and pressing of Sheet Pilings can be optimized with the help of jetting The jet is operated simply and obstructs slightly to other works This report includes real experiences from Steel and Concrete Sheet Piling to provide some initial feasibility assessments for applications Besides, this provides some water jetting parameters to apply for Hochiminh City’s riverside areas Những nét phương pháp Trong chừng mực đó, thi cơng cừ ván phương pháp đóng, ép hay rung đạt hiệu cao có hỗ trợ cơng tác phun xói nước (hay phun nước áp lực) Mục đích việc xói nước làm giảm sức chịu tải đất mũi cừ trình thi cơng làm cho q trình đóng, ép hay rung cừ dễ dàng mà không gây tác hại xấu đến chất lượng cừ, đặc biệt cừ làm bê tông cốt thép Cừ thép hay bê tơng sử dụng phương pháp phun xói nước áp lực nước phun phụ thuộc vào khả tạo áp lực thiết bị bơm tạo áp, đường kính đầu ống phun, chiều dài đoạn cấp nước điều kiện địa chất khu vực thi công Dựa theo áp lực nước phun chia thành hai loại phun nước áp lực thấp từ khoảng 1,5 đến MPa phương pháp phun nước áp lực cao từ 25 đến 50 MPa Hiệu phương pháp phun xói nước - Đối với đất rời hạt mịn đến hạt trung, xói nước làm tăng áp lực nước lỗ rỗng cục làm giảm ma sát hạt đất; - Đối với đất rời hạt thơ, xói nước làm xáo động hạt đất đá làm giảm sức kháng mũi trình hạ cừ; - Đối với đất dính, xói nước làm giảm lực dính cừ đất (không đạt hiệu cao sét cứng) Ưu điểm - Hỗ trợ đắc lực cho q trình thi cơng cừ ván phương pháp đóng, rung ép thủy lực đất khơng dính từ rời đến chặt vừa hay đất dính khơng cứng - Rút ngắn thời gian hạ cừ giảm tác động xấu lên cừ thiết bị thi công hạ cừ gây (đặc biệt tượng bể đầu cừ cừ ván BTCT hay cong vênh cừ ván thép) - Ngoài ra, phương pháp vận hành đơn giản gây cản trở đến thiết bị khác q trình thi cơng hạ cừ Nhược điểm - Phương pháp không mang lại hiệu cao đất dính, đặc biệt sét cứng - Phương pháp xói đất nước áp lực gây ảnh hưởng tới móng cơng trình lân cận, cụ thể làm giảm sức chịu tải đất bị đẩy rời Do vậy, cơng trình thi cơng phương pháp xói nước cần có khoảng cách hợp lý với cơng trình hữu lân cận Nguyên lý vận hành thiết bị Nguyên lý vận hành Nguyên lý vận hành thiết bị sau: - Nước vận chuyển bơm đưa bồn chứa, nước ngầm, nước sơng, … - Bơm tạo áp lấy nước từ bồn chứa cung cấp nước áp lực cho trình hạ cừ Nước chia thành nhiều nhánh, số lượng nhánh tùy thuộc vào số lượng ống phun lắp đặt cừ khả chia nhánh - Nước áp lực cung cấp suốt trình hạ cừ áp lực nước tăng dần cừ hạ xuống sâu đất giữ nguyên áp lực đủ lớn để hạ hết chiều dài cọc Khi cừ đóng gần đến cao độ thiết kế từ 0,5 đến 1m, tùy thuộc vào điều kiện địa chất phạm vi ảnh hưởng xói nước, cần ngưng việc phun nước hạ cừ đóng, rung ép thơng thường Điều cần thiết để sức chịu tải mũi cừ đảm bảo cừ hạ cao độ thiết kế Ngược lại, bỏ qua bước này, cừ không đạt cao độ thiết kế, bị lún thêm nhiều sức chịu tải cừ không đạt yêu cầu phạm vi đất bên mũi cừ bị đánh tơi xói nước - Cần kiểm tra tính thơng suốt ống phun, khả vận hành hệ thống việc phun thử mặt đất trước thi công hạ cừ áp lực nước kiểm tra khơng nên q cao, gây nguy hiểm cừ bị hất văng lên 2 Bơm cấp nước Bồn chứa nước Bơm tạo áp lực Bộ chia nhánh ống xói nước đặt cừ Hình Nguyên lý vận hành phương pháp phun nước áp lực Thiết bị thi công + Bơm tạo áp lực nước Bơm tạo áp dùng Việt Nam hầu hết có xuất xứ từ Nhật Bản Trung Quốc Lý tưởng nên dùng loại bơm hồi chuyển (máy bơm kiểu xoay) cho ống phun Bơm nên lựa chọn theo yêu cầu áp lực phun (không kể tới mát đầu ống phun) điều kiện địa chất gần sông rạch khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, bơm lựa chọn có áp lực từ 15 ÷ 25 MPa phù hợp (theo thực nghiệm hạ cừ BTCT DƯL có kết hợp phun xói nước Dự án Vệ sinh mơi trường nước Thành phố Hồ Chí Minh, lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè) Lưu lượng nước áp lực nước phụ thuộc vào loại đất, cụ thể: đất có tính thấm, u cầu lưu lượng nước cao (120 ÷ 250 lít/phút/ống) áp lực nước thấp (khoảng MPa); Trong đó, đất có tính sét, cần áp lực nước cao (lớn áp lực giới hạn đất) lưu lượng nước thấp [2] Chất lượng nước ảnh hưởng đến chất lượng bơm Do vậy, lựa chọn bơm phải xét đến ảnh hưởng chất lượng nước sử dụng + Bồn chứa nước Nhiệm vụ bồn chứa nước đảm bảo trì lượng nước cần thiết để trình thi công không bị gián đoạn Bồn chứa nối máy bơm cấp nước máy bơm tạo áp (hình 1) Bồn cần đặt gần vị trí hạ cừ để giảm mát lưu lượng nước cung cấp trình phun + ống phun nước áp lực ống phun cấp nước vòi nối từ bơm tạo áp, làm thép hay PVC cừ ván BTCT DƯL loại tiết diện nhỏ vận hành với áp lực nước không cao Đối với cừ ván BTCT DƯL loại tiết diện lớn dùng áp lực nước cao hay cừ ván thép, tuyệt đối phải dùng loại ống phun thép Số lượng ống phun tùy thuộc vào phạm vi phá hoại mong muốn mũi cừ, thông thường từ đến ống, tăng thêm cần thiết Vị trí bố trí ống phụ thuộc vào tiết diện cừ, phạm vi gây ảnh hưởng tia nước loại cừ Đặc biệt, bố trí ống phun xói nước phải cân xứng để khơng làm xiên lệch cừ q trình hạ Cụ thể bố trí theo đề xuất hình Trong trường hợp dùng ống phun xói đặt vị trí cừ Ống phun thép phải bọc nhựa bên mạ kẽm để tránh bị ăn mòn cừ tiếp xúc thường xuyên nước Nếu xét thấy mức độ ăn mòn khơng đáng kể khơng cần xét đến vấn đề ống phun Hình Bố trí ống phun nước áp lực cao (a) Đối với cừ ván thép [2]; (b) Đối với cừ bê tơng cốt thép DƯL [3] Đường kính ống sử dụng từ ∅ 0,5 ÷ inch (12,7 ÷ 25,4 mm) với ống phun nước áp lực thấp từ 1,5 đến MPa Lượng nước tiêu thụ từ 120 ÷ 240 lít/phút/ống Đối với ống phun nước áp lực cao từ 25 đến 50 MPa, cần dùng loại ống thép dày mm với đường kính ∅ 30 mm có gắn đầu phun đặc biệt đầu ống (vị trí mũi cừ) với ∅ 1,5 ÷ mm Lượng nước tiêu thụ cho ống từ 60 ÷ 120 lít/phút/ống Đầu ống phun nên đặt cao mũi cừ từ đến 10 mm cừ ván thép để tránh tác động bên ảnh hưởng tới chất lượng đường ống [2] Đối với cừ BTCT DƯL loại tác dụng áp lực nước tương đối thấp, sử dụng ống PVC đề cập bên để giảm chi phí vật tư, cụ thể có cấu tạo hình Hình Một dạng cấu tạo ống phun PVC Một số điểm ý thi công hạ cừ ván kết hợp phương pháp phun nước áp lực - Phun áp lực nước cao mà không đủ sở xác định phạm vi ảnh hưởng đất bị xói nước dễ gây tác động xấu cho cơng trình lân cận, làm giảm sức chịu tải đất xung quanh gây lún cơng trình - Cần xác định cao độ dừng phun nước để cừ hạ đến cao độ thiết kế đạt sức chịu tải mong muốn Phạm vi dừng phun lý thuyết cần xác định mơ hình thu nhỏ ứng với loại địa chất cơng trình thực tế Tuy nhiên, theo quan sát đo đạc thu thập từ số cơng trình, dừng phun nước khoảng 0,5 ÷ m so với cao độ thiết kế đạt yêu cầu Tổng kết số cơng trình thi cơng phương pháp phun nước áp lực Bảng tổng hợp số cơng trình sử dụng phương pháp hạ cừ ván thép hãng Arcelor có kết hợp phun nước áp lực [2] Số thứ tự Bảng – Một số công trình có sử dụng phương pháp phun nước áp lực Thơng số chung Dự án Nội dung Tên Mô tả chung Đơn vị Mittersheim Strasbourg Lyons Toulouse - Đất sét, cố kết nhẹ bên độ sâu m Thạch anh (sỏi - 60 mm với cuội > 100 mm, cấp hạng nghèo, khơng có cát hạt mịn Được bao phủ lớp phù sa bóc trần q trình thi cơng Mực nước ngầm 1,3 m bên mặt đất tự nhiên Cát sỏi nén chặt, khả thấm vừa phải Đất cát sỏi nén chặt với áp lực đo từ 35 - 82 Mpa Mpa 0,6 - 2,5 > < 4,7 >5 35 - 82 % 50 - 60 - - - kPa - 20 - 35 - 20 Đóng cừ đơi Đóng cừ đơi - - Đất Cừ áp lực giới hạn đất Giới hạn nhão Chỉ số dẻo Lực dính Mơ tả chung ván thép Thiết bị thi công 11 ARCELOR L4S AZ26 14 ARCELOR PU20 13 ARCEL OR L3S 10 - - - - ICE 416-L ICE 416-L PTC 30 PTC 60HD - Delmag D22 Loại KSB nạp nước cho ống phun, loại Piston nạp nước cho ống phun thứ 2, 5/cừ đôi - Loại KSB Multitec - GBE (20 lít/phút, áp lực cực đại 16 Mpa) 4/cừ đôi - 2/cừ đơn 0,8 (Tuy nhiên khoảng 10 cm đầu ống phun áp lực đo 0,1 Mpa, ngun nhân đất có tính thấm cao nên áp lực nước bị tiêu tán nhanh) 0.3 130 300 10 Thi công điều kiện không tốt Vòi cấp nước dài 110m nguyên nhân dẫn đến mát lưu lượng nước Ngồi ra, kích thước ống phun lớn với đường kính 35 mm đường kính ngồi 46 mm Thi cơng khả thi đất nén chặt với áp lực phun Mpa lưu lượng nước giới hạn 10 lít/phút/ố ng - Chiều dài cừ m Mô tả chung - Búa rung thủy lực Búa diesel 10 ARCELOR AZ18 L3S Búa rung tiếp tục khoảng 3,5 đến m, phải dùng búa diesel để đóng tiếp tới chiều sâu yêu cầu Loại cừ ván 12 Bơm 13 Số lượng ống phun - ống Nước áp lực 14 áp lực phun MPa 0,5 - (Đất bị phá hoại khoảng 12 cm trước mũi cừ) 15 Lưu lượng nước lít/phút/ố ng 250 16 Kết luận Phun đất rời, sỏi cải tiến khoảng 10 30% tốc độ hạ cừ, giảm Phun xói nước kích thích rung từ 20 đất sét 30% Phương pháp chứng tỏ có hiệu khơng ngun nhân cao làm giảm đồng thời trình hạ cừ, đặc tính học đất rút ngắn thời xung quanh (sức kháng gian thi công hông, mũi); Tuy nhiên, đất bị Tốc độ hạ cừ không xáo trộn thay đổi giảm kích phạm vi cừ, làm thước đầu ống phun cho mát ma để tăng áp lực nước sát từ 10% đến Nên hiệu 40% phun xói điều kiện lưu lượng nước Nhận thấy rằng, đất sét không cứng áp lực nước làm cho đất bị xáo trộn trước mũi xung quanh cừ, làm giảm khả chịu tải mũi ma sát hông cừ; Đối với đất cát rời không chặt, hệ số thấm vừa phải, áp lực nước không tác nhân hỗ trợ cho q trình hạ cừ mà lưu lượng nước cung cấp (Lyons); đất cát, sỏi bị nén chặt, hệ số thấm bé, áp lực nước lại tác nhân hỗ trợ cho q trình hạ cừ (Toulouse) Tóm lại, tùy thuộc vào điều kiện địa chất phương pháp hạ cừ mà lựa chọn áp lực lưu lượng nước phù hợp Lựa chọn áp lực phun lưu lượng nước Để lựa chọn áp lực phun phù hợp, cần xác định áp lực giới hạn đất (thông số pl, kết thí nghiệm từ máy nén áp lực ngang) Các thơng số liên quan thí nghiệm SPT, CPT, nén ngang cho hai loại đất rời dính lựa chọn theo bảng 2, [1]: Bảng – Thơng số liên quan cho đất rời Thí nghiệm nén ngang, Trạng thái SPT (N30) CPT, qs pl MPa MPa 50 > 25 > 2,5 Rất chặt SPT (N30) CPT, qs 30 1,0 ÷ 2,0 2,0 ÷ 4,0 > 4,0 Bảng – Thơng số liên quan cho đất dính Thí nghiệm nén Trạng thái ngang, pl MPa < 0,15 Rất mềm Mềm 0,15 ÷ 0,35 Mềm tới dẻo mềm Dẻo mềm 0,35 ÷ 1,55 Dẻo mềm tới dẻo cứng Dẻo cứng 0,55 ÷ 1,0 Nửa cứng 1,0 ÷ 2,0 > 2,0 Cứng Cường độ cắt khơng nước kPa < 20 20 ÷ 40 40 ÷ 50 50 ÷ 75 75 ÷ 100 100 ÷ 150 150 ÷ 200 > 200 Đối với điều kiện địa chất gần sông rạch Tp HCM, tính từ mặt đất tự nhiên đến độ sâu khoảng 20 m, với tầng đất bùn sét, cường độ cắt khơng nước lớn khoảng 50 kPa; tầng đất cát, số SPT lớn khoảng 13 [4] Tham khảo theo bảng trên, ta thấy áp lực nước cần dùng cho thi công phải lớn 0,65 MPa Trên thực tế thi công Dự án vệ sinh mơi trường nước Thành phố Hồ Chí Minh (lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè), cừ BTCT có tiết diện ngang lớn, để tăng nhanh tốc độ hạ cừ, áp lực sử dụng thay đổi từ ÷ 10 MPa, lưu lượng nước khoảng 80 – 100 lít/phút/ống tùy thuộc điều kiện địa chất cụ thể, áp lực thông thường MPa Từ phân tích bên trên, nguyên tắc cần xem xét để đánh giá tính khả thi sử dụng phương pháp phun nước áp lực: • Đối với đất sét không cứng, chọn áp lực nước cao lưu lượng nước vừa phải; Đối với đất cát không chặt, hệ số thấm vừa phải, chọn áp lực nước thấp lưu lượng nước cao; Đối với đất cát chặt, hệ số thấm bé, chọn áp lực nước cao lưu lượng nước thấp • Áp lực phun lựa chọn theo áp lực giới hạn đất (thông số pl) tham khảo từ bảng • Lưu lượng nước lựa chọn tham khảo từ số cơng trình phân tích, lấy từ 100 ÷ 250 lít/phút/ống đất cát chặt vừa hay đất sét không cứng Khi thi cơng khu vực có nước ngầm cao chọn lưu lượng nước thấp lại; lấy lưu lượng nước nhỏ 80 lít/phút/ống đất cát, sỏi bị nén chặt có hệ số thấm bé Lưu ý, lưu lượng nước thay đổi tăng giảm q trình thi cơng cho phù hợp với điều kiện thực tế • Thiết kế bố trí ống phun phải đối xứng để tránh bị xiên lệch trình hạ cừ Cao độ đầu ống phun phải cao cao độ mũi cừ từ ÷ 10 mm (đối với cừ ván thép) • Đánh giá khả ảnh hưởng phương pháp phun xói nước cơng trình lân cận 6 • Việc lựa chọn loại búa hạ cừ quan trọng Cần ý, búa đóng phù hợp với loại đất cứng cần hạ cừ xuống sâu Tuy nhiên, gây chấn động lớn không phù hợp với khu vực nhạy cảm khu dân cư, di tích lịch sử, …; với búa rung, phù hợp với dạng đất rời sét mềm, giảm chấn động chọn loại thiết bị phù hợp; với búa ép, phù hợp với đất sét, khơng có hiệu với đất cát chặt không hỗ trợ khoan xoắn ruột gà phun nước áp lực Đây phương pháp thi công giảm tối thiểu tác động đến môi trường bên ngoài, phù hợp khu vực nhạy cảm Nhận xét Những phân tích cho thấy hạ cừ kết hợp hỗ trợ phương pháp phun nước áp lực mang lại hiệu cao kinh tế, rút ngắn thời gian thi công, giảm tác hại mức từ thiết bị hạ cừ lên đầu cừ Đối với địa chất khu vực gần sông rạch Tp HCM, thi công với áp lực nước từ – 10 MPa lưu lượng nước từ 80 – 100 lít/phút/ống mang lại hiệu địa chất phức tạp gồm nhiều lớp cát sét mềm đan xen Trong thực tế thi công, áp lực nước lưu lượng thay đổi tăng giảm cho phù hợp với khu vực địa chất để cừ hạ xuống cách thuận lợi Để đánh giá tính khả thi sử dụng phương pháp phun nước áp lực hỗ trợ công tác hạ cừ, cần tham khảo nguyên tắc mô tả bên để có nhận định phù hợp Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] ARCELOR RPS, Piling Handbook, 8th Edition, Jan 2005 ARCELOR, Steel Sheet Piling – Jetting-Assisted Sheet Pile Driving CSCEC, Method Statement of Driving PC Sheet Pile, Rehabilitation of NL – TN Project CSCEC, Geotechnical Investigation Report, June 2007, Rehabilitation of NL – TN Project NASSPA Best Practices, Sheet Piling Installation Guide, 2005 Walter Alex Smith, Jetting Techniques for Pile Installation and Environmental Impact Minimization, Master of Science Thesis ... thép hãng Arcelor có kết hợp phun nước áp lực [2] Số thứ tự Bảng – Một số cơng trình có sử dụng phương pháp phun nước áp lực Thơng số chung Dự án Nội dung Tên Mô tả chung Đơn vị Mittersheim Strasbourg... nước cần thi t để trình thi cơng khơng bị gián đoạn Bồn chứa nối máy bơm cấp nước máy bơm tạo áp (hình 1) Bồn cần đặt gần vị trí hạ cừ để giảm mát lưu lượng nước cung cấp trình phun + ống phun nước... phun nước áp lực Thi t bị thi công + Bơm tạo áp lực nước Bơm tạo áp dùng Việt Nam hầu hết có xuất xứ từ Nhật Bản Trung Quốc Lý tưởng nên dùng loại bơm hồi chuyển (máy bơm kiểu xoay) cho ống phun