Ảnh hưởng của số lần lu đầm đến độ chặt của đất nền

Theo các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã trình bày ở trên cho thấy để nâng cao độ ổn định, tăng dung tích chứa cho các bãi thải mỏ than Khánh Hồ có thể áp dụng giải pháp làm chặt đất bằng lu lèn.

Hình 3.4. Đồ thị tương quan giữa trọng lượng thể tích khơ γd với độ sâu lu bằng xe lu rung 55,6 KN có chiều cao nâng

3.3. Giải pháp gia cơng đất đá thải bằng hố học

Nâng cao độ bền cho đất đá bằng giải pháp hoá học được áp dụng phổ biến nhất hiện nay là phương pháp phun xi măng. Phương pháp phun xi măng được thực hiện theo 2 dạng: Phun bề mặt và phun sâu.

3.3.1. Phun xi măng bề mặt

Bê tông phun là bê tông áp dụng bằng phương pháp phun. Cũng giống như bê tông, bê tông phun bao gồm các loại cốt liệu mịn hoặc thô (cát và đá dăm), xi măng, nước và đôi khi cho thêm các chất phụ gia để đông cứng nhanh hoặc để cho dễ phun (Lorman, 1968; Poad và Serbousek, 1972, Readinh 1973).

Loại vật liệu phun cùng loại và tiền thân của nó (Gunite) là vữa xi măng phun, không chứa các cốt liệu thô và được sử dụng hạn chế do giá thành cao và hiệu quả có phần cịn kém. Loại vật liệu này có thể sử dụng trực tiếp cho đá không cần các loại vỏ chống khác hoặc có thể phun lên lưới thép, bulông đá và khung thép để tạo thành một phần của hệ vỏ chống thống nhất. Có thể đưa thêm vào các sợi thép để tạo nên bê tông phun cốt thép đan, loại vật liệu vỏ chống bền đặc biệt (Kaden, 1974).

 Phương pháp sử dụng

Bê tông phun được sử dụng rộng rãi để nâng cao ổn định các bờ dốc đá và tường các hố đào sâu (Piteau và Peckovẻ, 1978). Bê tông phun cũng được áp dụng để sửa chữa những chỗ bê tông bị phá hủy và hư hại, và để phun lót các kênh đào, hố chứa và bể bơi. Bê tông phun đặc biệt có hiệu quả để nâng cao ổn định ở các cơng trình ngầm, thường kết hợp với lưới thép, bulông, và khi cần thiết, kết hợp với khung thép nhẹ; nó là vật liệu cơ bản trong thi công đường hầm áo kiểu mới (NATM). Hệ thống đỡ bê tơng phun duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ với mặt đá và cũng giảm sự dịch chuyển của đá đến mức độ nhỏ

nhất. Đá đứt gãy và biến chất hay được khai đào và thay thế bằng bê tông phun, rồi được gia cường để chống lại bất cứ sự tính tốn trước nào. Thí dụ, trong đường hầm, đầm kiểu vịng bê tơng gia cương được xây dựng bằng cách này và neo với đá gốc bằng bulơng đá.

Vì nó bền vững, nên vỏ chống bê tơng phun có thể hợp nhất vào vỏ chống bê tông đúc cuối cùng, hoặc tăng cường thêm bằng các lớp bê tông phun, lưới thép và bulông. Bê tông phun hiện được sử dụng làm cả vỏ chống ban đầu và chống cuồi cùng và cho độ ổn định lâu dài an toàn, chỉ cần đảm bảo sự kiểm tra chặt chẽ đối với vật liệu và phương pháp lắp ráp (Gullan, 1975). Vỏ chống mềm dẻo của bê tơng phun, lưới thép và bulơng đã có xu hướng chịu được nổ mìn, nổ đá hoặc ngay cả các vụ nổ bom gần, khá hơn so với vỏ chống bê tông cứng (Lorman, 1968; Selmer-Olsen, 1970; Kendorski và nnk, 1973).

 Phương pháp phun bê tơng

Có hai phương pháp phun bê tông, phun khô và phun ướt. Trong phương pháp phun khơ (hình 4.6a), các cốt liệu thơ và mịn, xi măng và đôi khi bột đông cứng nhanh, được bơm bằng khí nén trong điều kiện khơ hoặc nửa khô qua ống cấp liệu. Nước được bổ sung ở đầu vịi cấp liệu ngay trước khi bêtơng phun ra. Người điều khiển đứng ở mũi vịi phun kiểm sốt lượng nước bằng việc điều chỉnh van trên ống cấp nước. Điều này ngược với phương pháp phun ướt (hình 3.6b, c), trong đó bê tơng phun có các thành phần khơ và ướt trộn với nhau giống như bê tông thường, trước khi được bơm vào ống tiếp liệu. Bê tông phun khô cho các kết quả tốt hơn và độ bền lâu dài lớn hơn, có lẽ do nó đạt được tốc độ bơm lớn hơn. Nó có thể duy trì tỷ lệ nước, xi măng thấp, trong khi trong phương pháp phun ướt lượng nước cần phải đủ lớn mới bơm được. Phương pháp phun khô cũng cho phép bổ sung chất phụ gia tăng bền nhanh tại mũi vòi phun.

Ưu điểm chủ yếu của phương pháp phun ướt là có thể chuyển bê tơng phun ướt đến chân cơng trình bằng các xe chở bê tơng. Tỷ lệ nước/xi măng được kiểm tra đầy đủ, trong khi phương pháp phun khơ địi hỏi người điều khiển có nhiều kinh nghiệm để điều tiết lượng nước, từ đó về độ bền lâu dài của vỏ chống. Phương pháp phun khô cũng là một quá trình sinh bụi và thường có tỷ lệ “tung toé” lớn, nghĩa là vữa bị bắn toé khỏi bề mặt được phun và do vậy gây lãng phí. Dây chuyền cơng nghệ phun gia cường bề mặt được thể hiện trên hình 3.5

Bơm bêtơng

Bêtơng trộn -ớt Phụ gia tăng bền nhanh lỏng vµ khÝ nÐn Khí nén Bêtơng trộn -ớt Phụ gia tăng bỊn nhanh láng Mịi phun KhÝ nÐn

Cèt liệu khô xi măng, phụ gia tăng bền nhanh

N-ớc

a)

b)

c)

Hình 3.5. Các phương pháp phun bê tông

a). Phương pháp phun khô b). Phương pháp phun ướt dùng khí nén c). Phương pháp phun ướt dùng bơm bê tơng

Hình 3.6. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ phun gia cường bề mặt

 Thiết kế thành phần bê tông

Tỷ lệ giũa nước và xi măng rất quan trọng. Khi quá nhiều nước thì bê tơng phun giảm độ bền lâu dài, thậm chí khơng thể dính kết được. Khi quá ít nước thì khơng thể bơm được (phương pháp phun ướt) hoặc sẽ bị bắn toé nhiều (phương pháp phun khô). Tỷ lệ nước/ximăng tối đa nằm trong phạm vi từ 0,350,50 tăng theo chiều giảm kích thước lớn nhất của cốt liệu.

Hình 3.6 cho thấy giới hạn thường gặp của cấp phối cốt liệu trong bêtông phun. Thông thường, lượng xi măng khoảng 290 hoặc 330kg được trộn với 14701500kg cốt liệu. Xi măng Pooclăng loại I là loại thông thường, nhưng xi măng Pooclăng loại V chống sunphat có thể được sử dụng khi nước ngầm chứa một lượng sunphat hồ tan có khả năng xâm lược. Độ bền tăng nhanh là quan trọng trong thi công đường hầm, nên xi măng Pooclăng loại III có thể phù hợp nhất. Tuy vậy, người ta hay sử dụng cá phụ gia tăng bền nhanh để thay thế nó.

Bột tăng bền nhanh được bổ sung vào hỗn hợp xi măng – cốt thép trong khoảng 36% trọng lượng xi măng. Tuy nhiên, độ ẩm trong cốt liệu phải đủ

lớn để xẩy ra phản ứng trước khi cốt liệu được đẩy tới vòi phun. Một phương pháp khác là bổ sung thêm phụ gia tăng bền nhanh lỏng vào nước đang chảy tới vòi phun. Dù lựa chọn bất kỳ phương pháp nào, thì cũng cần thí nghiệm trước về sự tương thích giữa xi măng và phụ gia.

Tiêu chuẩn ACI 505-66 khuyên rằng các độ bền lớn hơn 4000Ib/in2

(27.6 MPa) chỉ được chỉ định đối với các công tác bêtông phun được thực hiện và thiết kế cẩn thận nhất (ACI, 1966). Brekke (1972) kién nghị rằng, đối với hầu hết công tác bêtông thông thường, độ bền 28 ngày nhỏ nhất yêu cầu cần đạt được nên thấp hơn, thí dụ bằng 2500 Ib/in2

(17,2 Mpa) khi sử dụng nhiều phụ gia tăng bền nhanh và bằng 3000 Ib/in2

(20,7 Mpa) khi sử dụng ít hoặc khơng sử dụng phụ gia.

0 20 40 60 80 100 0,2 0,6 2 6 20 60 0,06

Mịn Trung bình Thơ Mịn Trung bình Thơ

Hình 3.7. Cấp phơi hạt tiêu biểu của cốt liệu bêtông phun. Bêtông phun khô, với cốt liệu thơ trịn cạnh hướng tới đường cong thấp, trong khi bêtông phun

ướt và cốt liệu đá nghiền hướng tới đường cong cao (mịn hơn)

 Những ưu điểm của phương pháp bê tông phun

(robot shotoretinh machine) đảm bảo che chắn tốt hơn cho người điều khiển vịi phun và làm cho nó dễ dàng phun vng góc với mặt đá hơn. Phun vng góc thủ cơng là khơng thuận tiện vì sự bắn t vật liệu, và có thể nguy hiểm do các thỏi đá bị long rời.

Gần đây có xu hướng loại bỏ phương pháp thủ công bê tông phun khô và hướng tới phương pháp ướt điều khiển từ xa có bổ sung thêm chất microsilica và sợi thép. Phương pháp bêtông phun ướt nâng cao sản lượng, giảm vật liệu bắn toé và tạo ra điều kiện an toàn hơn, vệ sinh hơn (Overlie và Rippentropp, 1987).

Việc cho thêm 810% chất microsilica theo trọng lượng xi măng làm cho việc trộn bêtông dễ dàng hơn, bơm và phun được cải thiện. Chất microsilica, một sản phẩm phế liệu phụ của công nghiệp thép, gồm các hạt silicat (CSH) làm tăng độ bền, giảm tính thấm của bê tơng phun cứng chắc.

Các sợi thép thường được sử dụng để gia cường cho hỗn hợp bê tông phun. Dùng chúng sẽ không cần thời gian lắp dựng lưới thép và tiết kiệm được chi phí cho vật liệu bắn toé khỏi lưới thép và chiều dày bê tông phun phụ thêm cần thiết để chống ăn mòn khi dùng lưới thép. Các sợi thép sẽ có khả năng biến dạng tốt hơn để liên kết tốt hơn. Trung bình, chúng dài khoảng 1520mm và chiếm khoảng 1% tổng trọng lượng bê tơng.

 Kiểm tra và thí nghiệm.

Điều khoản kiểm tra chất lượng để đảm bảo bê tông phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và kỹ thuật áp dụng là tốt nhất. Trên thực tế, bê tơng phun có một khoảng tự điều chỉnh nào đó. Thực vậy, bê tơng phun xấu thì khơng thể dính bám được, nó sẽ rơi khỏi mặt đá; có thể thấy là 10% sẽ bắn khỏi tường và 20% khỏi nóc hầm. Ban đầu, chủ yếu là các hạt cốt liệu thơ bắn ra, để lại lớp vữa lót trên mặt tiếp xúc giữa bê tông phun và đá.

Công tác kiểm tra bao gồm việc kiểm tra độ dày đã định của vỏ bêtông đã được phun. Bề mặt kết thúc có vẻ ẩm nếu xi măng đang ninh kết và cứng dần lên. Có thể “gõ” để kiểm tra các vùng rỗng, nếu phát hiện ra phai phá bỏ và phun lại ngay lập tức.

Công tác kiểm tra được bổ sung bằng một chương trình kiểm tra chất lượng, Bằng thí nghiệm được thiết kế để đưa ra những kết quả sớm nhất. Những thí nghiệm lâu dài quen biết, như độ bền của lõi bêtơng phun sau 28 ngày có ích cho việc đánh giá chất lượng bê tông phun, là rất tốt, nhưng khơng thể dùng được cho mục đích cịn quan trọng hơn nhiều là điều chỉnh ngay tức thì những thiếu sót trong thi cơng.

Các thí nghiệm lõi khoan là các thí nghiệm lâu dài và tin cậy nhất. Các lõi khoan được lấy từ bê tông phun tại chỗ bằng khoan kim cương va thí nghiệm độ bền nén đơn trục trong các khoảng thời gian 4, 7 và 28 ngày sau khi phun bê tông.

Phương pháp kém chính xác hơn, nhưng nhanh hơn là “thí nghiệm panel”. trong đó bê tơng phun được phun vào những hộp hoặc những panel đặc biệt tại cùng vị trí, và phun vào cùng thời điểm khi bề mặt đá được phun. Các tấm bê tông phun được lấy ra khỏi hộp, được cắt thành những mẫu hình lập phương bằng lưỡi cưa trịn và sau đó được thí nghiệm độ bèn nén. kết quả có tương quan, nhưng khơng đồng nhất, với kết quả của thí nghiệm lõi, bởi vì kích thước và hình dạng các mẫu thì khác nhau và dung trọng cũng khác nhau do sự co giãn của panel gỗ dán lớn hơn.

Một phương pháp khác là thí nghiệm kéo. Một số neo nhỏ được lắp vào cac hố khoan trong bêtông phun để lắp các thiết bị kéo vào đó. Một nón bêtơng phun nhỏ bị kéo khỏi bề mặt. Độ bền kéo tức thời của hình nón có tương quan chặt chẽ với độ bền nén lâu dài và do đó, nó có thể được sử dụng như một chỉ số kiểm tra chất lượng trong khi xây dựng. Một phương pháp thí

nghiệm khác nữa là xuyên bê tơng phun đã được Sallstrom phát triển (1970). Thí nghiệm độ cứng bật nẩy Schmidt trong chức năng thí nghiệm đá cũng có thể áp dụng với bê tông phun. Tuy nhiên, độ nhám của bề mặt bê tông phun sẽ dẫn đến sự phân tán kết quả đáng kể.

Mọi ứng suất phát triển trong hệ vỏ chống bê tông phun đều biểu lộ bằng sự hội tụ và bằng kiểu rạn nứt bê tơng phun có thể được phát hiện nhanh chóng. Vì vậy, vỏ chống bê tơng phun cần có hệ thống quan trắc gài bên trong chúng, và không giống như vỏ chống cứng, chúng có thể được tăng bền dễ dàng khi cần thiết kế bằng cách lắp thêm bulông hoặc phun thêm các lớp bê tông.

3.3.2 Giải pháp xi măng hoá sâu

 Bản chất của phương pháp

Xi măng hoá sâu là bơm phụt dung dịch xi măng lấp đầy các lỗ rỗng, khe nứt của đất đá dưới áp lực bơm phụt nhất định thông qua các lỗ khoan hay giếng đứng nhằm tăng cường độ bền, khả năng chịu tải và ngăn chặn dòng ngầm, nâng cao độ ổn định cho bờ mỏ, giảm hệ số thấm nước của đất đá phân bố sâu trong địa tầng.

- Xi măng và dung dịch xi măng

+ Xi măng-Dùng xi măng Pocland có thành phần: CaO = 6070%

SiO2 = 1924% Al2O3 = 47% Fe2O3 = 26% MgO = 23%

Clinke (Xi măng) là hợp chất ở dạng ôxýt

2CaO.SiO3 (C2S) = 1535% (Silicát 2 can xi) 3CaO.Al2O3 (C3A) = 615% (Alumô can xi)

4CaO. Al2O3.Fe2O3 (C4AF) = 1018% (Alumô fént can xi) Trong xi măng chất (C3S) giữ vai trị chính, nó có tính thuỷ hố nhanh tạo ra vật chất hyđrát có độ bền cao, chất (C2S) hoá cứng chậm và độ bền không lớn, chất (C3A) và (C4AF) hố cứng nhanh nhưng có độ bền thấp.

+ Dung dịch xi măng (Xi măng +H2O)

Có hai loại dung dịch xi măng đơn giản và phức tạp Dung dịch xi măng đơn giản là xi măng +H2O;

Dung dịch xi măng phức hợp là xi măng +H2O + các phụ gia.

+ Dung dịch Sét - Xi măng

Việc trộn sét với dung dịch xi măng căn cứ vào các tính chất sau:

Mức độ phân tán của sét cao cho phép chúng xâm nhập sâu vào các khe nứt và lỗ rỗng nhỏ của đất đá cần gia cường.

Dùng sét Ben tơ nít ở trạng thái trương nở có khả năng hấp thụ nước rất chậm hoặc hồn tồn khơng hấp thụ nước. Do đó dung dịch sét - xi măng không bị nước dưới đất pha loãng khi bơm phụt.

Dung dịch sét - xi măng có tính xúc biến nên chúng dễ dàng bị bơm hút ra bằng các máy bơm, đồng thời nó có đới lan truyền xác định. Điều này đặc biệt quan trọng khi chúng tồn tại trong tầng nước ngầm có diện tích lớn và dịng ngầm cao.

Sử dụng dung dịch sét - xi măng sẽ ngăn cản sự lắng đọng nhanh các hạt cứng của dung dịch ximăng đồng thời sẽ tiết kiệm được xi măng.

Bơm phụt dung dịch sét – xi măng cho khả năng gia cố nền đất đá rất cao và giảm khối lượng bơm phụt.

Tính khơng thấm nước của dung dịch sét - xi măng cao hơn dung dịch xi măng đơn giản.

Dung dịch sét - xi măng ổn định đối với tác dụng của nước có tính xâm thực hơn đối với dung dịch xi măng đơn giản.

Đặc tính của các dung dịch sét - xi măng được giới thiệu trong bảng 3.2.

 Phạm vi áp dụng của phương pháp

Phương pháp xi măng hoá sâu mang lại hiệu quả cao khi bơm phụt trong nền đá Macma, đá biến chất và đá trầm tích cứng nứt nẻ.

Tốc độ dòng nước ngầm tới hạn (Vth) ở đó có khả năng xi măng hố bình thường được xác định: Vgh 200 m/ng.

Khi Vgh> 200 m/ng sử dụng ximăng đông cứng nhanh.

Khi Vgh> 600 m/ng việc ximăng hoá sâu sẽ được giải quyết bằng các điều kiện kỹ thuật đặc biệt.

Bảng 3.2. Đặc trưng của dung dịch Sét - Xi măng

Tỷ lệ theo trọng lượng Phụ gia Cacl % theo trọng lượng Tỷ trọng dung dịch g/cm3 Thời gian ngưng kết Giới hạn bền khi nén kg/cm2 Xi măng Poclant Max 300 Sét Nước Bắt đầu Kết thúc Sau 1 ngđ Sau 7 ngđ 1 1 0,95 0 1770 2h 00 15h 00 40 72 1 1 0,97 1 1740 2h 00 18h 00 30 82 1 1 0,90 2 1770 1h 30 11h 00 15 106 1 1 1,00 0 1688 2h 20 10h 00 12 46 1 1 0,95 1 1660 2h 40 10h 00 18 60 1 1 0,98 2 1700 1h 40 10h 00 20 65