CÔNG TÁC PHỤT

Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn CÔNG TÁC PHỤT, THÔNG SỐ VỮA VÀ MƠ HÌNH HĨA PHỤT VỮA LÊ HỒNG ANH - Kỹ sư ĐCCT-ĐCTV Công ty Cổ phần TVXD Thủy lợi II - HEC II Stage and sleeve grouting are common used in Viet Nam, but simple jet grouting is still a new technology The advantage of common technologies is cheap and easy to realize Summary: Hiện nay, Việt Nam chưa có quy trình hóa phù hợp tiêu-thơng số vữa cho phương pháp đối tượng địa tầng thích hợp Bài viết đề nghị hệ thống hoá tiêu vữa theo mục đích phương pháp phụt, dựa kinh nghiệm thực tế tài liệu chuyên ngành gần giới I- TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC PHỤT a Bản chất công tác Về chất, kỹ thuật đưa lượng hỗn hợp chất lưu( lỏng- khí) vào mơi trường đất có khe-lỗ hổng đá nứt nẻ-lỗ rỗng nhằm mục đích giảm tính thấm xuống mức cần thiết gia cường tính ổn định chịu lực chúng, hai Những mục đích nêu có hai mức độ thời gian: tạm thời vĩnh cửu Dây chuyền thiết bị mặt đất nhằm tạo đưa chất lưu vào đất đá gọi công nghệ phụt, cịn chất lưu có tính đáp ứng mục đích gọi vữa Trên giới, công tác sử dụng rộng rãi xử lý móng cơng trình nhân tạo, đơi áp dụng chống tác động phá hoại thời gian cho cấu trúc lịch sử tự nhiên: thắng cảnh, di tích quan trọng v.v…Chúng dùng để phịng ngừa - khắc phục hậu mơi trường chất thải độc hại b Công nghệ Việt Nam Những tiến công nghệ giới Từ đầu kỷ trước, áp dụng xử lý móng cơng trình Trong nửa kỷ, chủ yếu có hai cơng nghệ phụt: đáy mở phân đoạn từ xuống từ lên, tức phân đoạn thụ động tùy thuộc địa tầng Từ ba thập niên trước, phân đoạn chủ động tức ống bọc ( gọi hai nút ) vào hồn thiện cơng nghệ Tuy nhiên, 20 năm gần đánh dấu đời phong phú công nghệ tiên tiến dòng (tia) quét, siêu áp, nén – Công tác phụt, thông số vữa mơ hình hố vữa 67 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn rung…thậm chí khơng xử lý móng mà cịn tạo cọc móng cho cơng trình Khoan cọc nhồi gần thực chất biến thể công tác Đi đầu công nghệ nước phát triển, nơi có điều kiện thuận lợi kinh tế kỹ thuật công nghệ Tại nước lại có địi hỏi cao xử lý & móng cho cơng trình siêu kích thước tải trọng, nguy cao chất thải ngầm cực độc hóa học phóng xạ cần ngăn chặn Tại Việt nam, công nghệ đáy mở áp dụng miền Bắc từ 40 năm nay, ban đầu chủ yếu để xử lý tổ mối rỗng thân đê điều Sau này, phân đoạn thụ động phổ biến cho nhiều mục tiêu đa dạng xử lý chống thấm phần để xử lý Từ gần thập niên cuối, công nghệ ống bọc xử lý chống thấm tường hào thẳng đứng công ty Bachy Soletance ( Pháp) thực thành công chuyển giao công nghệ cho số đơn vị chuyên ngành Mấy năm gần bắt đấu thử nghiệm thực thành công bước đầu cơng nghệ dịng qt, cịn gọi áp lực cao Công nghệ giới thay đổi tiến theo gia tốc với ứng dụng tổng hợp từ chế tạo máy, luyện kim đến điện tử-số hóa Nhưng dù mức đại phụ thuộc điều kiện kinh tế có cao đến đâu, vữa điều quan trọng cần đưa chúng vào môi trường đất đá cách hiệu c Những vấn đề giải pháp Công nghệ vữa phụt, nước, ln chuẩn hóa bổ sung theo tíên kỹ thuật thực Chúng thể Tiêu chuẩn ngành công nhận không phạm vi Quốc gia mà tuân thủ tùy thuộc điều kiện kinh tế-chính trị cho cơng trình, dự án bên ngồi lãnh thổ quốc gia Tại Việt Nam, cơng nghệ nói chung cịn tồn nhiều vấn đề : - Công nghệ quy trình tiêu chuẩn ngành dừng phân đoạn thụ động - Vữa chưa có hệ thống hóa chi tiết thành phần, thơng số tiêu cho mục đích cơng nghệ sử dụng - Các phương pháp công nghệ quy định dựa chủ yếu tiêu chuẩn Liên xô từ nhiều thập niên trước, lỗi thời so với nước Nga ngày - Cơ quan quản lý chuyên ngành chậm cập nhật tiến công nghệ lý thuyết vữa vào quy định lâu dài tạm thời - Những dự án xây dựng lớn phức tạp đòi hỏi xử lý móng cơng nghệ ngày nhiều, lạc hậu quy trình cịn gây khó khăn cho thống chất lượng kiểm tra, giám sát, đánh giá Để có giải pháp nay, thực trạng tụt hậu nhiều năm, đòi hỏi công sức lớn nhiều người lượng tài liệu tham khảo không nhỏ Bài đề nghị Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 68 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn số nguyên tắc chung, sau đưa số nét vữa cơng tác mơ hình hóa nhằm góp số khái niệm có tính tham khảo Tham khảo giải pháp cho vấn đề tồn cần số nguyên tắc: - Đưa vào tiêu chuẩn ngành nét cơng nghệ thơng số vữa - Quy định mở cho áp dụng công nghệ phù hợp điều kiện Việt Nam - Thống tiêu chun mơn cho cơng nghệ phụt, thíêt bị vữa Dưới đề cập đến số nét vữa II- VỮA PHỤT VÀ CHẾ TẠO VỮA PHỤT a Bản chất vai trò vữa Vữa chất lưu, chủ yếu trạng thái lỏng tùy trường hợp chứa phần trạng thái khí phù hợp dạng vi bọt Dù có thành phần nào, vữa phải đáp ứng số thuộc tính chất sau: - Trong trình phụt, chúng chất lưu, sau thời gian ngắn (từ vài đến vài ba chục ngày ) chúng phải chuyển phần lớn hoàn toàn trạng thái rắn kết hợp với phần tử môi trường chúng ( q trình đơng kết gắn kết) - Khi ổn định trạng thái rắn, chúng không gây ô nhiễm môi trường tác nhân độc hại từ thân - Phải có độ bền tạm thời vĩnh cửu theo thiết kế mục đích cơng trình - Trường hợp có độ bền tạm thời, bị bíên chất theo thời gian hết vai trị mình, vữa phải khơng ngun nhân gây tác hại cho cơng trình mơi trường xunh quanh Vữa nhìn chung phân chia loại gồm hỗn hợp (suspension), huyền phù (emulsion) hợp chất (solution) Vữa hỗn hợp cấu thành hạt rắn cỡ nhỏ lơ lửng dung mơi lỏng.Thuộc loại gồm có vữa cement, tức hỗn hợp cement với nước; vữa đất-cement tạo thành từ hỗn hợp đất cement với nước, vữa Bentonite gồm hỗn hợp Bentonite nước.Vữa cement sử dụng rộng rãi thường hỗn hợp nước với cement theo tỷ lệ từ 10:1 đến 2:1 Vữa huyền phù tạo giọt keo lỏng phân tán dung môi nước; huyền phù bitum thuộc vào loại vữa Các loại vữa khác ln cần có mức độ huyền phù định để đảm bảo độ keo-nhớt dung dịch q trình tính bơm thiết bị Vữa hợp chất gồm hợp phần phân tử loại với hai hay nhiều phần tố; vữa hóa học hợp chất silicat natri hay nhựa keo acrylic ví dụ loại vữa này.Chúng Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 69 Hội thảo - Cơng nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn thường lỏng trạng thái ban đầu bơm vào đất sau thấm đến khu vực cần thiết khối đất định hình quánh lại đặc theo thời gian b Các tính chất chung vữa Loại vữa cần có tính chất phù hợp mục đích cơng nghệ thực gồm: - Tạo hiệu tối ưu sau đông kết gắn kết ổn định - Có tính chất phù hợp chất lưu độ nhớt độ để xâm nhập hiệu vào môi trường cần - Giảm thiểu tối đa tác hại đến thiết bị tính mài mịn - Đáp ứng tiêu chuẩn an tồn mơi trường sức khỏe cho người tiếp xúc - Đáp ứng u cầu tính ổn định thơng số q trình Để đáp ứng tính chất này, số tiêu vữa cần tính đến gồm: (i) Độ (Groutability):thể khả vữa vận động đến nơi cần khối đất.Cần phải cho vữa có độ lỏng đủ cao đạt mức lơ lửng hạt vật liệu, cần có cỡ hạt cho phép chúng vào phần rỗng khối đất.Để làm điều cần xác định Tỷ số giá trị tối thiểu chúng theo công thức: Tỷ số = D15 đất > 25 (1) D85 vữa Thông số tỷ trọng vữa độ nhớt định tổng hợp đến độ thông qua tỷ lệ vật liệu (ii) Độ ổn định (Stability): khả vữa trì trạng thái lỏng mà khơng bị phân tách thành phần riêng.Ta cần thứ vữa giữ trạng thái thấm tới nơi cần phụt.Độ ổn định vữa sét-cement thường cao vữa cement Quyết định đến tiêu thơng số độ nhớt tính keo dính mức độ phân tử vữa Thành phần khoáng hóa dung mơi nước ảnh hưởng đáng kể đến tiêu tỷ lệ vật liệu phụ gia - hóa học (iii) Độ lắng (Setting time): thời gian lúc vữa lắng thành khối cement keo riêng biệt.Sự lắng tách sớm khiến vữa khó ngấm đến nơi cần đến lắng chậm gây hậu vữa bị rửa trôi có dịng thấm qua đất sau phụt.Để khắc phục cần có biện pháp làm chậm thúc đẩy thời gian lắng đạt mức cần thiết.Đây thơng số độ tách nước tính lắng vữa phụt, khả giữ hỗn hợp trạng thái lơ lửng để tạo độ huyền phù cần thiết Ngoài ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn có tính keo dính, tính thiêt bị tạo vữa có định lớn đến độ lắng thông qua khả tạo vi bọt khí dung dịch-dung mơi Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 70 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn (iv) Độ bền (Permanence):cho thấy khả vữa chống lại dời chuyển khỏi phần lỗ rỗng đất theo thời gian.Vữa cement có độ bền cao vữa Bentonite vốn dễ bị rửa trôi dần dòng nước thấm qua khu vực phụt.Về chất khả gắn kết (tức cường độ) vữa chống lại hoạt động tự chảy tác động rửa lũa dòng ngầm (v) Độ độc hại (Toxicity):thể khả vữa làm nhiễm bẩn nước ngầm gặp phải hậu có hại cho sức khỏe công nhân lúc vữa có tiếp xúc tay Tuyệt đối khơng để hóa chất độc hại có vữa Điều đặc biệt lưu ý có phụ gia định nhờ mức độ kín an tồn thiết bị kết hợp với độ bền thich hợp Còn số tiêu khác độ ăn mịn, lưu biến, chống đóng băng v.v… Các loại vữa cement áp dụng cho đá cần đảm bảo thông số cách thêm bớt lượng sét theo tỷ lệ thích hợp phụ gia can thiệp vào q trình đơng kết ninh kết cement kiểm sốt c Những thơng số vữa làm sở cho thiết kế Những thơng số vữa định tương ứng đến tiêu chuẩn hóa phục vụ việc đánh giá tạo lập chất lượng vữa gồm: Tỷ trọng vữa Tỷ trọng vữa tối ưu tùy thuộc loại vữa dao động 1.15 - 1.30 T/m Chúng xác định tỷ trọng kế thích hợp Độ nhớt Xác định độ nhớt động trường phễu nón dung tích 0.5lít theo tiêu chuẩn châu Âu EN 445, quy thời gian tự chảy 0.5 lít vữa dao động 15 – 20 giây, tối đa chấp nhận cho 25 giây Độ nhớt nước tương ứng thời gian tự chảy xấp xỉ 13 giây Nếu sử dụng phễu Marsh có lỗ 0.2in đo thời gian chảy hết lít vữa, số tương ứng gấp đơi, loại có lỗ 0.4in thời gian giảm cịn nửa Độ tách nước Là tỷ lệ phần hỗn hợp lắng tách điều kiện tĩnh sau thời gian 1-3 Phương pháp đo đơn giản: đổ lượng vữa vào bình chứa thủy tinh có khắc vạch chiều dài, để lắng sau 1-3 , đo chiều cao cột vật liệu vữa h lắng phần nước tổng chiều cao vữa + nước H Độ tách nước (H-h)/H tối đa chấp nhận với dao động từ % đến % Độ hụt nước (bleed) khả tách nước sau Cường độ thời gian đông kết Khối vữa đơng kết dần sau ngày cường độ tăng đạt ổn định tối đa sau khoảng 15 – 30 ngày Sau số ngày định, khối vữa khoan lấy thỏi thí nghiệm cường độ Vữa cement thơng thường có cường độ cao vữa cementCông tác phụt, thông số vữa mô hình hố vữa 71 Hội thảo - Cơng nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn bentonite cement - đất v.v….Cường độ vữa tối thiểu sau ngày 0.25-0.4 kG/cm2 Tính lưu biến ( rheology) vữa tạo dạng dòng chảy đặc thù dòng thấm ảnh hưởng trình Chọn vữa thích hợp bước thíêt kế cơng nghệ phụt, dựa sở độ đặc khối dẫn theo khả thấm xuyên vữa, phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ: Nồng độ hỗn hợp vữa nước/cement tính: vật liệu cement W/C = ρw ( ρs - ρc ) ρc ( ρw - ρs ) Trong : W/C - tỷ lệ nước/cement ρw - tỷ trọng nước ρs - tỷ trọng hỗn hợp ρc - tỷ khối cement Độ đặc khối tính theo cơng thức: φ = 1+ ρc W/C ρw Trong : φ - độ đặc khối cement Lý thuyết thực tế cho thấy tỷ lệ W/C = 0.67 – 0.7 tương ứng độ đặc khối 33%, vữa có nồng độ tối ưu có tính lấp kín tốt III- MƠ HÌNH HĨA CƠNG TÁC PHỤT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHỤT a Một số tính tốn cơng tác Khi thiết kế phụt, thường phải ấn định ba giới hạn: 1) Áp lực vữa tối đa , 2) Lượng ăn vữa tối đa , 3) Cường độ tối đa Với cơng nghệ có yếu tố dời chuyển-thay thế, việc tính tốn giám sát sở thuận lợi, riêng với thấm đất đá thường gặp trở ngại cần bàn đến Công tác phụt, thông số vữa mơ hình hố vữa 72 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Áp lực vữa max dựa vào thíêt kế áp lực cột nước đập sau này, lấy đến lần lớn (trường hợp đập cao) kéo theo tượng “nứt thủy lực” Ngồi ra, lượng vữa tối đa khó đặt giới hạn xác, đơi trơi chảy phải định theo hướng: - Cứ tíêp - Dứt khốt dừng - Dừng tạm thời sau lại - Bỏ hố tạo hố - Hoặc thêm vào vữa lượng phụ gia đông kết - Thử thay dụng cụ đo lường khác Thật ra, sở bước đầu cần xác định phù hợp bán kính thấm vữa phụt, từ xác định tiếp thông số áp lực lượng vữa Vận động thấm vữa đất đá có khác có nhiều cách tính, ví dụ đưa để tham khảo: Bán kính thấm vữa đất lỗ rỗng ( Maag - 1938): 3kr ηw R = ( H t + r3)1/3 nη với : k -hệ số thấm đất ; n - độ rỗng đất; r - bán kính lỗ ; h - độ nhớt vữa ; ηw - độ nhớt nước; H - áp lực tác dụng ; t - thời gian tính từ bắt đầu ; đơn vị hệ Nếu giả sử vữa thấm hình trụ đường kính hố D , độ dài L, áp dụng cơng thức gần tính bán kính ăn vữa: r ~ 0.5 DL Độ thấm tăng có thêm sét, phụ gia tăng nhiệt độ vữa lên 25-350C, tăng tính huyền phù thùng khuấy đặc biệt Bán kính ăn vữa khả dụng từ hố đá nứt nẻ: R= b PE 2τo Trong đó: + rw b - độ mở khe nứt (m) PE – áp lực hiệu dụng (Pa) τo – sức kháng thủy lực Bingham (Pa) rw - bán kính hố (m)-do nhỏ nên bỏ qua i Tính áp lực Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 73 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Dưới đưa tham khảo ví dụ tính áp lực cho thấm đất đá có hệ số thấm từ khoảng 10-4 cm/s trở lên Để hồ vữa thấm nhanh vào phần lỗ rỗng,tức tăng cường đưa vữa vào đất, cần yêu cầu có áp lực đáng kể.Mặt khác điều lại nguyên nhân làm phần khối đất bị dời chuyển thay đổi cấu trúc, áp lực phải có giới hạn tối đa thích hợp.Theo kinh nghiệm áp lực chiếm khoảng 25% áp lực địa tải có hiệu độ sâu phụt.Ngưỡng áp lực ảnh hưởng đến cấu trúc đất xác định trước tính tốn.Bởi lẽ cơng tác thấm tương thích với đất hạt thơ nên ta lấy c’ = φ‘ > 0.Giả sử tiến hành đất cát khơ có tỷ khối γ góc kháng cắt φ‘ tiêu điểm A định vị độ sâu h mặt đất Hình 1(a).Đường phá hủy Hình 1(b) Tại điểm A , tình trạng ứng suất có hiệu nằm ngang thẳng đứng sau: ứng suất có hiệu thẳng đứng = σ’v = γ h (ứng suất gốc chính), ứng với đất trạng thái tĩnh ứng suất có hiệu nằm ngang = σ’h = Ko γ h (ứng suất gốc phụ) h φ’ Cát khô c’= , φ’ >0 c’= Điểm A O H G I M ( γ h - pgm) B A D F C Ko γ h γ h pg ( γ h - pg) E pgm (b) Vòng tròn Mohr (phá hủy) (a) Phụt cát Hình Áp lực vữa lớn tải đè nặng từ lớp - overburden Công tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 74 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Vòng tròn Mohr tương ứng điều kiện thể theo cung ABC Hình 1(b).Giả sử ta đưa hồ vữa vào điểm A với áp lực p g Hồ vữa gây áp lực lỗ rỗng khối đất với áp lực vữa Như ứng suất có hiệu mẫu đất điểm A biểu diễn sau: σ’v = γ h - pg σ’h = Ko γ h - pg Vòng tròn Mohr tương ứng với trạng thái ứng suất biểu diễn theo cung DEF Hình 1(b).Cho đường kính cung trịn khơng đổi vịng dịch chuyển đến sát đường phá hủy Nếu áp lực vữa tăng lên nữa,Vòng tròn Mohr dịch chuyển thêm phía trái tiếp tuyến với đường phá hủy minh họa cung GHI Hình 1(b).Đất đạt đến ngưỡng phá hủy cấu trúc.Cho áp lực vữa thiết kế áp lực lớn pgm Từ Hình 1(b) ta lưu ý sin φ’ = HM/OM,tức là: { ( γ h - pgm) - (Ko γ h - pgm) } { ( γ h - pgm) + (Ko γ h - pgm) } pgm = (2) Nhóm lại biểu thức (2) giải pgm ta thu được: + Ko thức γ hĐẳng - Kophép ta tính giá trị chấp nhận áp lực vữa đất hạt thô trên1cho (3) sin φ’ khác 2nhau cho2các độ sâu thay đổi.Ví dụ ,với φ’ = 30o,Ko = 0.5,pgm = 0.25 σ’v giá trị theo kinh nghiệm Lưu ý theo cơng thức này, tính thay đổi phù hợp áp lực theo độ sâu h, kể mực nước ngầm Điều quan trọng thíêt kế thấm ii Tính lượng ăn vữa Tính lượng vữa đơn vị khối đất thấm , tức cho m3 đất cần xử lý: vo = ks n Công tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 75 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Trong : vo nks - thể tích vữa cho 1m3 mơi trường xử lý ( m3) độ rỗng đất đá n = e/(1+e) với e - tỷ lệ khe hở hệ số lấp kín phần rỗng vữa, trung bình ks = 0.5-0.7 Tính tỷ trọng & tỷ khối vữa theo nồng độ tỷ lệ dự kiến: ∆v γv tỷ trọng vữa tỷ khối vữa = ( mn + mvl)/[(mn /mvl) + (1/ ∆ vl)] = g ∆ v (kN/m3) Trong : ∆ vl - tỷ trọng vật liệu mn - khôi lượng nước kN mvl - khối lượng vật liệu kN g - gia tốc trọng trường ~ 9.81m/s2 Tổng lượng vữa : V = vo V đ (m3) (Vđ - thể tích khối đất xử lý theo m3) Lượng ăn vữa đơn vị : q = V/L (m3/m) (L - tổng chiều dài theo mét ) iii Tính cường độ Cường độ lưu ý tính đến thiết kế Việt Nam, tầm quan trọng thông số ý giới Chỉ số GIN (Grouting Intensity Number-chỉ số cường độ phụt) – xác định điều kiện dòng vữa ngừng thấm , tức điều kiện dừng phụt, tránh áp suất tăng 10 – 20% áp lực quy định Về chất , lượng tối đa thực Nói cách khác, GIN lượng vữa (tích phân hàm áp lực p theo lượng vữa V ) V GIN = E = ∫ pdV số liên quan đến thông số môi trường khác sau: GIN = p v = 2π n kp kv c R3 Với : GIN cRpvenkp - => R = GIN1/3 hay R=Rt (GIN/GINt)1/3 số cường độ lực dính kết vữa bán kính thấm trung bình vữa R = p.e/2.c áp lực cuối lượng ăn vữa đơn vị (cho 1m dài) v = πR2 e độ hở khe nứt tính tốn số khe nứt tổng đơn vị (cho 1m dài) hệ số hụt áp độ nhám mặt khe nứt Công tác phụt, thông số vữa mơ hình hố vữa 76 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn kv - hệ số tăng lượng ăn vữa thay đổi độ nhẵn hở miệng khe nứt Rt GINt trị số thí nghiệm iv Tính hiệu Quan trắc dòng thấm qua khu vực xử lý trước sau cho phép tính tốn độ lấp nhét hiệu công tác vữa.Độ lấp nhét hiệu vữa xác định theo công thức đơn giản: Độ lấp nhét hiệu (%) = (dòng thấm trước - dòng thấm sau phụt)/dòng thấm trước b Một số tiêu chuẩn thíêt kế cơng tác i Thiết bị & công nghệ Chế tạo đưa vữa vào đất đá nhiệm vụ cơng nghệ nhằm hai mục đích : - Vữa tạo chống thấm gia cường đập cơng trình, hai - Vữa đạt khả xâm nhập vào địa tầng cách tối ưu để có hiệu lớn Dây chuyền cơng nghệ gồm thành phần chính: - Thíêt bị tạo điều chế vữa : thùng trộn (mixer) thùng khuấy (agitator) - Thiết bị bơm vữa chất lưu hỗ trợ (nước, khí): bơm (pump) loại - Thiết bị dẫn kiểm soát-điều chỉnh chất lưu: máy công tác, cần - ống dẫn, máy đo áp lực lưu lượng chất lưu Thùng khuấy có vai trò định đến chất lượng vữa, thực tế Việt Nam thường xuyên bỏ qua thíêt bị Thùng khuấy tạo vận tốc đối lưu áp lực nội vữa mức độ cao nhằm thiết lập tính huyền phù cần thíêt vữa Tốc độ quay cánh trộn phải đạt 1000 vịng /phút, đường kính cánh khơng q lớn Các bọt vi khí tạo có lực bám phân tử với hạt rắn vật liệu tạo độ huyền phù cho dung dịch vữa Vữa sử dụng trực tíêp từ thùng trộn có độ nhớt tách nước khơng đảm bảo, làm giảm chất lượng Các thiết bị bơm vữa chịu ảnh hưởng mài mòn trực tiếp hạt rắn vữa Cải thiện ổn định hoạt động bơm vữa độ nhớt độ hạt vữa định Lưu lượng áp lực trì ổn định bơm vữa định đến chất lượng kích thước phần ảnh hưởng vữa mơi trường Những thíêt bị đồng cịn lại thường chiếm đến 50% khối lượng công suất công tác dây chuyền Chúng định đến tính động công nghệ ii Chọn vữa Công tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 77 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Tổng quan chung khả ứng dụng vữa gồm: - Vữa gầy (độ nhớt thấp) có khả xâm nhập mơi trường cao nhất, độ hạt nhỏ vật liệu quýêt định Điều vữa có vật liệu hạt nhỏ sét lại ln có độ nhớt cao thể dung mơi, ngồi mơi trường thường có tính thấm lớn sét nhiều lần kích thước lỗ rỗng cần lấp lớn cỡ hạt vật liệu thô - Vữa hỗn hợp có ứng dụng tốt cho mơi trường trầm tích đá nứt nẻ - hướng phát triển xâm nhập vữa môi trường chịu ảnh hưởng dòng chảy ngầm điều kiện áp lực thủy tĩnh khác - Vữa hóa học có chất gien, tạo độ nhớt độ bền ổn định cao nhất, ứng dụng tốt cho phẫn rỗng lớn môi trường - Sử dụng vữa huyển phù cần có thíêt kế khả kiểm sốt tốt mức độ xâm nhập - Với mơi trường có phần rỗng lớn, áp dụng nguyên tắc vữa độ nhớt độ hạt cao trước, sau lấp kín phần rỗng nhỏ lại vữa gầy - Tiêu chuẩn cho dừng số xác định áp lực thể tích ( tức mức giảm thấm lượng ăn vữa ) Tham khảo tiêu chuẩn Anh BS 8004:1986 , vữa chọn tùy thuộc môi trường mục đích sau: - Đất sỏi sạn có chứa hạt mịn: dùng vữa cement hỗn hợp cement-sét, cần thêm phụ gia tạo độ cố kết nhanh để hạn chế vùng thấm vữa Nếu dịng ngầm mơi trường đánh kể , cần hỗ trợ đồng thời vữa huyền phù bitum nhằm tạo dạng “nút chặn” kiểu cao su - Sạn sỏi nhỏ lẫn cát thô: dùng nhiều loại vữa tùy thuộc mức độ yêu cầu chống thấm gia cố Để chống thấm có vữa sét thêm phụ gia hóa keo, chất gốc silic mềm polyme hữu yếu Để gia cố cường độ, sử dụng kỹ thuật silicat công đoạn kép (two-shot technique 2) , chất lỏng hay silicat công đoạn đơn ( singleshot proccess 3) - Cát hạt trung: sử dụng vữa hỗn hợp có tính keo Hóa chất silicat, polyme hữu hay xơ gỗ Độ nhớt chúng xấp xỉ nước để kính tế cần kiểm soát khống chế lượng phù hợp thời gian hóa keo - Cát mịn chứa bụi: vữa cần có độ nhớt thấp độ hạt vật liệu nhỏ phù hợp Trong đất nhiều bụi cần lưu ý dùng chế độ có áp lực thay đổi nhằm dồn nén chúng, tạo hệ thống vi nứt tạm thời vữa thấm thấp (vữa gầy) Theo Bowen 1981 Karol 1990: cho silicat natri chất vào vữa bước 1, chất phản ứng hỗn hợp clorid canxi vào bước Chúng phản ứng tạo gắn kết có cường độ cao công nghệ đắt chất chất phản ứng trộn đồng thời,Chúng có thành phần đa dạng có phụ gia làm chậm hóa keo Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 78 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn - - Sét: thường khơng cần xử lý thấm sét, trừ chúng có hệ mạch nứt co ngót mang tính thấm tương tự mơi truờng đá nứt nẻ Trường hợp gia cường sét yếu sử dụng nguyên lý ngắt áp lực Trong băng tích: mơi trường gặp cần sử dụng phương pháp phù hợp nêu Đá : phổ biến dùng vữa cement cement-sét thích hợp Quan trọng cần rửa hố trước để tạo hiệu thiết kế Hang động – cactơ : nên dùng vữa giá rẻ từ vật liệu địa phương hay chất thải bụihạt khác, vật liệu thơ thíêt bị cho phép Hết sức lưu ý đến ảnh hưởng độc hại vữa hóa học chất thải khác tíêp xúc iii Đánh giá Các thơng số quan trọng cần phân tích thể kết phụt: Quan hệ áp lực theo thời gian Quan hệ tỷ lưu vữa theo thời gian Quan hệ lượng ăn vữa theo thời gian Quan hệ áp lực theo lượng ăn vữa Quan hệ độ xâm nhập (bán kính phụt) theo lượng ăn vữa c Tham khảo mơ hình hóa cơng tác Mơ hình hóa thi nghiệm vữa Vật liệu sử dụng cho ln khơng có chất lượng giống nhau, ví dụ cement sét thường phải sử dụng từ hãng sản xuất thông dụng thị trường Thí nghiệm vữa cho loại vật liệu sử dụng nhằm đảm bảo chất lượng đồng việc xác định trước tỷ lệ nồng độ tối ưu Vữa có khả xâm nhập tốt khơng ln có tỷ lệ nồng độ cố định cho loại vật liệu, mà đơi chúng thay đổi khác biệt Thí nghiệm vữa phịng nhằm mơ hình hóa Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 79 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn khả thấm xuyên vữa vào hệ khe nứt sử dụng tương tự cho trường hợp thấm vào đất loại cát Thí nghiệm vữa đơn giản gồm bàn thấm với hệ thống ống dẫn mơ hình hóa phần khe nứt dẫn vữa tiêu chuẩn hình đây: Mơ hình thi nghiệm vữa đề nghị sử dụng từ năm 2000 Phịng Thí nghiệm Cơ đất đá - Viện Cơng nghệ Hồng gia Thụy Điển (KTH),chúng ứng dụng cho tính tốn lý thuyết vữa chuẩn, lưu biến, độ hụt vữa độ thấm vữa Ở sử dụng đơn giản để đánh giá khả thấm xuyên vữa phụ thuộc nồng độ nước tỷ lệ vật liệu Tiến trình thí nghiệm: - Sử dụng mẫu vữa nồng độ tỷ lệ từ vật liệu khác hãng mác - Độ cao bình đựng vữa chảy tự 0.48m, dùng bơm vữa có đồng hồ đo áp để điều chỉnh áp lực nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 80 Hội thảo - Cơng nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn - Với loại vật liệu có độ chọn hạt bíêt trước, đo lượng vữa thấm vào mạng ống sau thời gian áp lực Lập biểu đồ quan hệ tuyến tính : V (thể tích vữa thấm) = a x (độ chọn hạt) –b Tương tự, lập quan hệ khác nồng độ tỷ lệ vữa Đường tuyến tính xác định từ đường cong tập hợp điểm đo Mơ hình hóa cơng tác thiết kế Phụt vữa vào đất đá nhu cầu thường gặp xử lý móng hạng mục Đập lớn nói chung Hiệu định đến tính kinh tế ổn định cơng trình Thực trạng Việt Nam cho thấy có nhiều nơi thường phải “xử lý phụt” sau cơng trình vào vận hành Khơng đập lớn, nhiều đập nhỏ thường nảy sinh vấn đề nước ngầm, giảm khả trữ nước, chí đơi khơng cịn khả xử lý q tốn so với vốn tài ban đầu Dưới giới thiệu cố gắng Quốc tế nhằm hướng đến nội dung có tính ISO lĩnh vực vữa vào đất đá nói chung Do thấm ngày có nhiều quy trình-quy phạm khác giới, chúng nước tiên tiến thống thành hệ thống quy trình gọi “ Mơ hình GIN”.với mục đích đạt chất lượng ổn định cách đơn giản hóa quy trình ngăn ngừa tác động nứt thủy lực có entropi tăng (nhất đập lớn) Mơ hình thống thông qua Hội Nghị Quốc Tế lần “PHỤT VÀ XỬ LÝ NỀN” - diễn từ 10-12/02/2003 New Orleans Los Angeles -USA Với lý nêu điểm a mục III đây, số GIN đánh giá cường độ chọn làm sở cho mơ hình hóa cơng tác Trị số GIN cho biết mức thấm vữa trung bình, thí nghiệm mơ hình phịng cho thấy GIN độc lập với độ mở khe nứt Các khe nứt nhỏ có lượng ăn vữa thấp đòi hỏi áp lực cao Nguyên nhân việc tăng lượng ăn vữa tượng tăng “khe nứt thủy lực” cũ Khách quan dừng đạt mức cường độ tốt nên sử dụng số GIN Những khía cạnh quan trọng mơ hình GIN: - Sử dụng cơng thức hỗn hợp vữa thống thỏa đáng xác định sở thí nghiệm tiên tiến, độ bền vữa để đảm bảo độ bền vững cơng trình - Dùng cơng thức GIN giới hạn ( với ba thông số pmax, vmax GIN), mật độ hố, chiều dài đoạn phụt, cỡ hạt cement tương thích tính chất đá, theo yêu cầu dự án mà thí nghiệm thử trường tiêu học đá - Tự động hóa khâu theo dõi ghi đo số liệu trình - Phân tích thường xuyên số liệu điều chỉnh tối ưu q trình - Tránh thí nghiệm ép nước vào đá hồn chỉnh Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 81 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Những lợi mơ hình phương pháp này: - Đơn giản hóa việc sử dụng vữa loại thống loại trừ giảm thiểu đáng kể lượng vữa thải bỏ phải đổi nồng độ-tỷ lệ - Giảm bớt chí ngăn chặn nguy thơng khe thủy lực(hydro-jacking) quan trọng ngăn gây nứt thủy lực (hydro-fracturing) đá loại bỏ tăng áp hay lượng vữa ngưỡng - Cân tương đối độ ngấm vữa cho đoạn phụt, không phân biệt tính chất đá, khiến cho quy trình dễ thíêt kế - Cho kết liệu mạch lạc,,nhờ dễ giám sát tiến trình phụt, đảm bảo kết chất lượng tối ưu kinh tế - Nhưng trước hết, quy phạm GIN có khả tự thích nghi nên nhờ áp dụng cho điều kiện tự nhiên đa dạng gặp đá móng cơng trình CÁC NGUN LÝ THIẾT KẾ PHỤT THEO MƠ HÌNH GIN - Ấn định xác mục đích cơng tác - Thíêt kế quy trình linh hoạt - Dùng thí nghiệm phòng để chọn lựa “ vữa tốt “ mặt kỹ thuật lẫn - - - - - kinh tế Chỉ loại vữa có tính bền thiêt kế sử dụng Chỉ dùng loại vữa thích hợp cho phân đoạn nhằm đảm bảo chất lượng cuối đơn giản hóa quy trình Điều gíúp giảm hẳn lượng vữa thải bỏ Xác định thông số tối thiểu từ đường cong GIN gồm p max, vmax số GIN = p v Cân nhắc đơn nguyên địa chất tính chất lý đá để có nhìn tồn diện giải tốt mặt kinh tế Dự án Hồn chỉnh giai đoạn thí nghiệm trường kiểm tra chất lượng tíên trình cơng việc cách thí nghiệm bổ sung Khơng ép nước thử q trình chúng khơng cần thiêt mà lại nguy hiểm chất lượng Phương pháp chia khoảng cách (bố trí-mật độ) cho hố không mới, sử dụng Mô hình GIN theo cách tự thích nghi tự điều chỉnh, khơng thíêt mạng đều, tối thiểu hay tối đa ( giãn cách hàng hố thay đổi phù hợp) Áp dụng nguyên tắc độ dài phân đoạn tăng theo chiều sâu phụt, biện pháp đẩy nhanh tíên độ để tiết kiệm chi phí Phần địa tầng đá mực nước ngầm nên ép nước với áp lực thấp trước vữa nhằm tránh “tình trạng bao vây” bất thường vữa, nguyên nhân thấm hụt nước vữa ảnh hưởng đến độ Bắt buộc tạo hố phải có chiều sâu dựa sở lượng ăn vữa hố gần Công tác phụt, thông số vữa mơ hình hố vữa 82 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn - Vi tính hóa quy trình theo dõi hiển nhiên đem lại tối ưu đầy đủ Nhiều liệu lẻ có hữu ích, chúng dễ sử dụng để thống kê thíêt lập quan hệ thông số cần quan tâm Đáng tíêc nhiều dự án khơng lập quan hệ liệu số sơ sót Áp lực chuẩn mơ hình GIN tính pn = p/c với p – áp lực truyển thống; c - lực dính vữa Áp lực giảm lượng ăn vữa tăng Song song 12 điểm nguyên lý nêu , phạm 12 sai lầm tương đương áp dụng chi tiết Các vấn đề mơ hình GIN thực tế áp dụng nhiều năm Bắc Âu Mỹ, sử dụng nước khác Cơng ty họ tư vấn thíêt kế Áp dụng mơ hình có lợi hiển nhiên mặt kinh tế kỹ thuật, cần đến phối hợp chặt chẽ nhà thíêt kế cơng trình với chun gia Địa kỹ thuật Chi tiết mơ hình GIN cần xem xét tiếp áp dụng IV- TÀI LIỆU THAM KHẢO Rikard Gothall - Rock Mass response During High Pressure Grouting - Royal Institute of Technology, Stockholm-Sweden 2006 J.K.Mitchell & Kenichi Soga - Fundamentals Of Soil Behavior - John Wiley & Sons, Canada,2005 S.K.Gulhati M.Datta, Indian Institute Of Technology- Geotechnical Engineering Tata McGraw-Hill, New Delhi - India 2005 British Standard - Code Of Practice For Foudations - BS 8004:1986, BSI, London 16 February 2005 Swen Hansbo - Ground Improvement - eLib AB 2004 Eriksson M “ Grouting Researchs” - Royal Institute of Technology - Stockholm Sweden 2004 Daniel Eklund “ Penetrability for cementitious injection grouts” - Royal Institute of Technology - Stockholm - Sweden 2003 Giovanni Lombardi - Grouting of Rock Mass - 3/2003 - NXB Minusio - Italy Bài đăng tập I , trang 164-197 Tuyển tập thông qua Hội Nghị Quốc Tế lần “PHỤT VÀ XỬ LÝ NỀN” - diễn từ 10-12/02/2003 - New Orleans LA-USA Công tác phụt, thông số vữa mô hình hố vữa 83 Hội thảo - Cơng nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Công tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 84 ... Quốc Tế lần “PHỤT VÀ XỬ LÝ NỀN” - diễn từ 10-12/02/2003 - New Orleans LA-USA Công tác phụt, thông số vữa mơ hình hố vữa 83 Hội thảo - Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn Cơng tác phụt, thơng... hiệu cơng tác vữa.Độ lấp nhét hiệu vữa xác định theo công thức đơn giản: Độ lấp nhét hiệu (%) = (dòng thấm trước - dòng thấm sau phụt) /dịng thấm trước b Một số tiêu chuẩn thíêt kế công tác i Thiết... thíêt bị đồng cịn lại thường chiếm đến 50% khối lượng công suất công tác dây chuyền Chúng định đến tính động cơng nghệ ii Chọn vữa Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa 77 Hội thảo - Cơng