Công nghệ khoan phụt nứt nẻ thủy lực chống thấm đập đất

Bài viết trình bày kỹ thuật khoan phụt nứt nẻ thủy lực chống thấm đập đất, là kỹ thuật chưa được áp dụng tại Việt Nam, nhưng đã được nhiều quốc gia áp dụng trong các công trình địa kỹ thuật và chống thấm đập đất.

CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT NỨT NẺ THỦY LỰC CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT Ũ * Hydrofracture grouting technology against seepage for earth dams Abstract: For drilling and grouting to treat seepage in hydraulic structures in Viet Nam, there was two national standards: TCVN 8644: 2011 Hydraulic structures - Technical requirements for drilling and grouting into dykes and TCVN 8645: 2011Hydraulic structures - Technical requirements for drilling and injecting cement into rock foundation For drilling and grouting to control seepage in earth dams, applying those standards causes countless inadequate issues, effecting on economic and technical efficiencies, quality and safety of the dams In some cases, the seepage problem can't be treated properly even implementation several times of grouting Therefore, developing a technical standard of grouting for earth dam seepage treatment with suitable grouting technologies is essential This paper introduces the hydro-fracture grouting technology, which has not yet been applied in Viet Nam, however has been used by many countries in the world in geotechnical engineering In China, this technology has been adopted since the 1970s for treating permeability of existing earth dams The main contents of new grouting standard: Hydraulic structures Technical requirements for hydro-fracture grouting into earth dams are also presented in this article Keywords: Earth dam seepage streatment, Hydrofracturing grouting, Grouting standard TV * Vi t Nam có nhi u h p v i 6.648 h p th y lợ p th n Ph n l p có quy mô v a nh ợc xây d ng b p t nh m ÷ t hi n b xu ng c s an toàn th so v i tiêu chu n hi n hành, gây m t an toàn c i an ninh kinh t M t nh ng nguyên nhân gây nên m t an toàn t m t nh th m, th hi n * Ph ng Nghi n c u Địa kỹ thuật, Vi n Th y công, Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam Department of Geotechnical Engineeeing, Hydraulic Construction Institute, Vietnam Academy for Water Resources Email: vubathao@gmail.com; ĐTDĐ: 0961782626 n: th m l m p h ; dòng th m t i m t ti p giáp gi t cơng trình bê ng l c; ng v t, t m i p; ho c v t nứt t lún l , v v x lý th m thân n , t v a ợc dùng ph bi n hi u qu ch ng th m cao kinh phí phù hợp M c dù k thu t ph t v a ch ng th m ợc ứng d ng ph bi n t c ta nhi u m , n v ó ê n nh v thi t k , thi công nghi m thu k thu t ph t v ê t Trong d án ph t v a x lý th m t, v v n, thi công giám sát hi n ch có th tham kh o hai tiêu chu c ó ê n k thu t ph t v a là: Cơng trình th y lợi - u c u k thu t ph t v a gia c ê C - 2011 [1] Cơng trình th y lợi - Yêu c u k thu t khoan ph m n C – 2011 [2] TCVN 8644 áp d ng phù hợp cho gia c ch ng th m x lý n h ê m i, l r ng, hang chu t, khe nứ , v v , ó C áp d ng khoan ph t ch ng th m n trình th y lợ v y, m t tiêu chu n áp d ng ê ê n l i áp d ng cho n cơng trình th y lợ ; ó ê n khoan ph t n t Tính ch u ki n làm vi c c t có nhi m khác so v ê, thiên v b t lợi áp d ng TCVN 8644; ví d chi p, dịng th m áp l c l r ng ng l u so v ê t khác, áp l c v a ph t cho n ng l nhi t Do v y, vi c áp d ng m t hai tiêu chu n cho công tác khoan ph t ch ng th m p s g p không b t c p, n hi u qu kinh t - k thu t, ch t ợ t Bài vi t trình bày k thu t khoan ph t nứt n th y l c (KPNNTL) ch ng th m t, k thu ợc áp d ng t i Vi m, ợc nhi u qu c gia áp d ng công a k thu t ch ng th m t TỔNG QUAN CÁC TIÊU CHUẨN V KHOAN PHỤT CHỐNG TH T Ph t v a ch ng th m nh cho cơng trình th y lợ i cơng trình a k thu t m i quan tâm l n c a nhi u qu c gia th gi i M t s qu b tiêu chu n ph t v ( ê n k thu t ph t v t SD 266-88, Trung Qu c [3]; (2) Tiêu chu n k thu t ph t v t DL/T 5238-2010, Trung Qu c [4]; (3) Tiêu chu n k thu t ph t v t SL 564-2014, Trung Qu c [5], thay th SD 266-88; (4) Tiêu chu n ph t v a Châu âu: Tiêu chu n th c hi a k thu c bi t: Ph t v a EN 12715 – 2000 [6] i v i tiêu chu n EN 12715 – 2000, ph m vi áp d ng r t r ng, dùng cho t t c lo i a k thu t, n i dung không t p trung chuyên sâu v khoan ph t, v y khơng phù hợ chuy i sang tiêu chu n Vi t Nam Ph t v t m t k thu t quan tr gia c ch ng th m ê ê , s d ph t v a l p nhét, t gi ê pháp ph t v a nứt n th y l c b u phát tri n, t h chứa Trung Qu c ợc gia c ch ng th m t hi u qu cao nh áp d ng k thu t ph t v a nứt n th y l c [8, 9] C c Qu n lý th y lợi Trung Qu c giao cho m t s S Th y lợi b u xây d “ ê chu n k thu t ph t v t SD 266” m [ ] Th y lợi Trung Qu c l n u tiên công b Tiêu chu n SD 266m 1988 Tiêu chu n áp d ng phù hợ p ê ó u cao nh m ê n SD 266ó v ng vi c ứng d y k thu t ph t v t Trung Qu , ó t hàng v n s ê ứng d ng thành công k thu t ph t v gia c Tuy nhiên, k thu t ph t v t th c tiễn không ng ng c i ti n nâng cao, ph m vi x lý quy mô công trình khơng ng ng m r ng Nhi t cao g n b ng ho m ứng d ng thành công k thu t ph t v a nứt gãy th y l c x lý gia c th m, lo p ứng d ợc k thu êm, lo ng ch t p lõi gi a r p lõi gi a hẹ , p t hoàng th có tính m t K thu t ph t v a nứt gãy th y l ng thành công cho n t có chi u dày nh tính th m l n Do v y, nhu c u xây d ng tiêu chu n ph t v a m i phù hợ v i nhu c u th c tiễ ợ i v i Trung Qu C vào mứ phát tri n nh m n c a k thu t ph t v t v c lý thuy t l n công ngh thi công, B Th y lợi Trung Qu ti n hành b sung ch nh s a tiêu chu n ph t v biên so n tiêu chu n m i SL 564 – 2014 Tiêu chu n DL/T 5238-2010 SL 564 2014 c a Trung Qu ợc xây d ng tiêu chu n SD 266 – 1988 Tuy v y, tiêu chu n DL/T 5238-2010 C ợng qu c gia Trung Qu b áp d ng cho n l c, ó ê n SL 564– 2014 B Th y lợi Trung Qu b áp d ng ngành th y lợ a, v m t th i gian ban hành, tiêu chu n SL 564 – 2014 xu t b n mu n nh t nên n i dung phù hợ v i th c tiễn ó, n tiêu chu n SL 564 – chuy i thành tiêu chu n ph t v a ch ng th m t c a Vi t Nam phù hợp CÔNG NGH KHOAN PHỤT NỨT NẺ THỦY LỰC CHỐNG TH T 3.1 u ên lý un v o n p ụt nứt nẻ t ủ l Khoan ph t nứt n thuỷ l c (KPNNTL) t v ứ vào quy lu t phân b ứng su t nh nh t tr b trí l ph t, lợi d ng nguyên lý nứt n thuỷ l c t o nên v t nứ p có tính ki m soát ph p dung d ch v a thích nh Sơ h a nguyên lý KPNNTL theo mặt c t ng lỗ khoan ph t 1- V a ph t; 2- Lỗ ph t; 3- V a th m xung quanh h khoan v t n t nẻ; 4- Tác d ng nén chặt c a v a; 5- V t n t hợp, hình thành màng ch ng th m, ng th i làm cho t t c n ho v t nứt, l h ng, l p xen kẹp y v v ợc l p nhét nén ch t, nh m ợc m ch ng th m p [8] C c t d a nguyên lý nứt n thuỷ l ( c ho c ph t v a t l ph ng vào kh t xung quanh, t o nên áp l ng tâm tác d ng t i thành l ph t làm cho l ph t có xu ng m r ng, t t i thành l ph t ch u ứng su t nén ép, giá tr nh ng ứng su t l ứng su t kháng kéo c t kh t s xu t hi n m t s v t nứt Quá trình hình thành nh ng v t nứt g i NNTL ê KPNNTL ê m ứ ó v nguyên lý KPNNTL m sau: Á v ≥ ứ ( 3)   v ứ t v v ứ  m ê m ó Á v  m ứ v ≥ứ  v ứ v v ứ  m Hình Sơ h a nguyên lý KPNNTL t o t ng ch ng th m theo mặt c t ngang lỗ khoan ph t Nứt m p khoan ph t Hình Hình nh v t n t v t T ng v a ch ng th m dày 30 cm ng v a t o b i KPNNTL t i n c ngồi Quy trình khoan ph t nứt n th y l ợc ê Hình Tác d ng c a công ngh ợc mô t nh Sơ quy trình khoan ph t v a n t nẻ th y l c ch ng th m ập t Hình V t nứt t o b i KPNNTL c a m t t t i Trung Qu ợ a Hình Hình Tác d ng c a khoan ph t n t nẻ th y l c thân ập Hình V t n t t o b i KPNNTL c a công tr nh ập 3.2 Nguyên lý KPNNTL chống thấm đập đất M tc pt n lịng sơng thu c tr ng thái ứng su t phẳng, z>x>y, thành ph n ứng su t y p ê p gi p r t nh , có th xu t hi n ứng su t kéo t i khu v c g n m p T i khu v c g n tr p, y3 (3 ứng su t nh t Trung Qu c nh t), m t tác d ng c a ứng su t ch nh nh nh t b n song song v ng tr p [9] M t c p t v p thu c tr ng thái ứng su t không gian T n lịng sơng dễ xu t hi n v t nứt d , v p xu t hi n v t nứt ngang chi p chênh l ch l n d m p gây lún không u t o thành v t nứt V t nứt ngang b n trùng v i m t ứng su t nh nh t T Hình có th th y r ng p t n t i vùng v t nứt, vùng ứng su t kéo vùng tr s ứng su t th p Vì s t n t i c a vùng ứng su t th p nên ph t v a s xu t hi n phát tri n c a v t nứt không th tránh kh i Nh ng v t nứ ng th b n c t v a nứt gãy Quy lu t v a ph t nứt n (xem thêm Hình 1, 2, 6):  G nb tb b v , v C v ê v ợ v v ó àm , ó v  G v v ứ v , m , , v ê ứ , m ứ m ứ , 3 ( ứ m ẳ v m  G v m v ,m v v t nứt liên thông, l h ng, l p cát n m ngang, t ó o nê ng ch ng th m 3.3 Các phương pháp KPNNTL Trung Quốc Công ngh KPNNTL bao g m pháp ph t v “C ng vách m t ph nh h , mi ng ng ph t v tt ,h uh t t xung quanh h khoan ch u áp l c v a ph ” “C ng vách toàn chi u sâu h , mi ng ng ph t v t g n mi ng h , ch ó t xung ch u áp l c v a ph ” “C ng vách m t ph nh h , mi ng ng ph t v tt ,h uh t t xung quanh h khoan ch u áp l c v a ph ” i t t ph ơng ph p ph t v a toàn h (PPPVTH), phù hợp v ng ch t, m c c th p, chi p không 50m ng ch ng vách ng n, ch ch ng t i mi ng l ph t (ho c mi n ph t) ph m vi t , n 3,0 m, ng ph t v a l khoan h xu khoan, t xung quanh d c theo h u ch u áp l c v a ph t V a ph t t không th l p tức t o nên nứt gãy t p V a s dâng cao d n s d ng l i t m mà nứt gãy th y l c x y ra, n u không v a s dâng t i mi ng h khoan Nứt gãy th y l c xu t hi n áp l c v a l ứng su t nh nh t i cho th y, ph p phía g n m t p t n t i ứng su t nh nh t (3), th m chí có giá tr m, ê m nứ u tiên ng x y g n m p, nên v t nứt s nhanh chóng phát tri n lên m p “C ng vách toàn chi u sâu h , mi ng ng ph t v t t i mi ng h , ch ó t ch u áp l c v a ph ” i t t ph ơng ph p ph t v a y h (PPPVĐ ợ L c t m m c m c à ng ch ng h xu ng g n t khoan (ho n ph t v a), mi ng ng ph t v a không c t t , v a ch ph t t p trung áy h khoan Vì vách h ợc ng ch ng b o v , v a h n m nh nh ho y h , i tác d ng c a áp l c v a ph , v t xung quanh khoan s b nứ ê , ó phát tri ng lên C n nh n m nh r ng ê b n c a ph t v a nứt n th y l c v t nứt m ch v a ch ợc t o áp l c v a ph t l c b ng tr s ứng su t nh nh ng phát tri n v t nứt có th ê ng xung quanh nhanh, v ng xu ng chênh l ch gi a ứng su t nh nh t áp l c v a ph t gi m d , nm sâu nh nh có th xu t hi n giá tr âm, v y t phát tri n xu ng phía i ch m u so v ê a nh ợc khoan ph t , ợc l p nén ch t, v a ph t khó ti p t i ó t o nên nứt gãy t khoan, so v i PPPVTH có th c i thi n nh c i m chiều dày m ch v a dày phía mỏng phía d i, làm chậm th i gian xu t hi n v t n t t i mặt ập Ống ch ng sâu, m ch v a , , à , ó nâng cao ch ợng khoan ph t Chi u sâu ng ph t v a không m nứt gãy xu t hi u tiên hi u qu ph t v a S d t v àm nhanh t phân tán m ch v a, d n gi m th i gian thi công Hi n t i Trung Qu c ng dùng ng ch ng vách dài m Qua phân tích có th th y PPKP hai nút, mà hi n ang c dùng t i Vi t Nam, có nguyên lý ph t t ơng t v i PPPVĐ Có th hi u t y h (hoặc y o n ph t) khu v c t ã c khoan ph t xong, t i ó c c ẩn h a ã cl p yv av t xung quanh ã c nén chặt nên khó x y n t gãy làm thoát v a ph t gi m áp l c v a ph t, ó t t i y h t ơng ơng v i nút bịt d i PPKP hai nút Trong ó nút bịt ng ch ng nút bịt ng ch ng t o th nh C ch so s nh tr n ã c tác gi xác th c v i ông Cao Ấn Quân - tác gi biên so n tiêu chuẩn c a Trung Qu c ợc phát minh ứng d ng t m m ó 3000 ập t t i Trung Qu c ng d ng thành công x lý ch ng th m, ó ó ợc g n m mà ó b t k hi ợng th m tr l i So v ng th m khác, ó nh m sau: (1) Ph t v a nứt n u ch nh ứng su , nh thân p (2) T ng v a ch ng th m PPKP áp l c th p truy n th ng theo ki u ph t v a l p nhét, áp l c th p, khơng có tác d u ch nh ng ứng su p NỘI DUNG CHÍNH CỦA TIÊU CHUẨN KPNNTL CHỐNG THẤM ĐẬT ĐẤT Hình Ảnh ch p o n l m vi c t i Vi n KHTL tỉnh Sơn Đông v Vi n thi t k kh o sát th y l i th y l i tỉnh Tri t Giang hoàn thi n n i dung Tiêu chu n khoan ph t nứt n ch ng th m t (TCKPNNTL); c p nh t lý thuy t, công ngh thi t b thi công c a công ngh ph t v a ch ng th m cho p t, Vi n Th C m ct p công ngh khoan ph t ch ng th m t Trung Qu c tháng 11/2015 M t s hình nh tham quan làm vi c v i i tác th hi n Hình Tiêu chuẩn kỹ thuật Khoan ph t n t nẻ th y l c ch ng th m ập t ợc chuy i t Tiêu chu n SL 564-2014 c a Trung Qu c So th õ ợc s khác bi t v n i dung kh o sát, thi t k , thi công nghi m thu cơng trình khoan ph t ch ng th m gi a tiêu chu n SL 564-2014 Tiêu chu n TCVN 8644 - 2011 c a Vi t Nam v Quy trình k thu t ph t v a gia c ê, ó àm biên so n tiêu chu n khoan ph t ch ng th m t Bài vi t s l ợt so sánh n i dung c a tiêu chu n khoan ph , làm sáng t s gi ng khác gi a TCKP ch ng th m ê C 2011 TCKP ch ng th m t s ban hành N i dung so sánh phân tích l th hi n B n B ng ợc ợt B ng So sánh n i dung tiêu chuẩn Hạng mục Ph m vi áp d ng u ki n áp d ng TCVN 8644: 2011 ê ê TCTQ: SL 564-2014 t có H  70m, n p - Có hi ợng th m - Có hi ợng th m l u, nứt n , hang c y l u, nứt n , hang c y t m i t m i - M t ti p giáp gi t v i công -4 - H s th m K  10 bê ng tràn, có hi n cm/s ợng tách r i ho c th m tt nt il pm t y u có h s th m l n - Ph t x ê - Ph t v a nứt gãy thuỷ l p: x lý n khoan ph t - Ph t x lý v t nứt h a th m di n r ng, khơng hồn tồn xác - Ph t x lý t m i ợc tính ch t v trí c a n h a th m - Ph t v a nứt gãy thuỷ l c n p - Ph t v a l p nhét: x lý n h a c c b (v t nứt, t m i) ng theo kinh nghi m c , c a ứng su t nh nh t khơng rõ r t nên g pháp ph t v a nứt gãy th y l c ó mb ot ợ ng ch ng th m d c m ó, h n ch áp d ng cho l p n n có chi u dày không l n nh n Không c p Nêu c th xu nh n h a h a , ó , c dùng l m , m , m Kho ng cách nh theo bán n lịng sơng, chi u sâu l ph t l n hàng ph t l kính ng ph t c b ng 20m, ch n – 10m; chi u ph t v a Rd Rn (ngang sâu l ph t nh m, n – 5m d c) , p cong, ho p Kho ng cách hàng c thù khác, nên b trí nhi u hàng l ph t 0.8-1.5m thu hẹp kho ng cách l ph t phù hợp Ho c thơng qua thí nghi m ph t v a hi n nh L ph t Khơng nói rõ sâu khoan l ph i l u sâu n h a 2-3 m Áp l c ph t nh b ng thí - Cơng thức v a thi t k nghi m hi ng nh b ng thí nghi m hi ng TCKPNNTL ê t có H  50m Theo TCTQ, thêm u ki n v h s th m K> 10-4 cm/s, b sung chi ti u ki n th m Theo TCTQ Theo TCTQ Theo TCTQ TCVN Theo TCTQ Theo TCTQ: Công thức thí nghi m Hạng mục S l n ph t ứt gãy th y l c TCVN 8644: 2011 nh TCTQ: SL 564-2014 TCKPNNTL p