CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ KỸ THUẬT VÀ GIÁM SÁT NGHIỆM THU TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG KHOAN PH ỤT XI MĂNG XỬ LÝ CHỐNG THẤM
3.3. Công tác thí nghi ệm hiện trường xác định chất lượng khoan phụt vữa xi măng
Sau khi phụt vữa phải thực hiện lấy nừn khoan cỏc hố kiểm soỏt trong mặt phẳng màn chống thấm. Các hố này phải được thí nghiệm ép nước và sau đó khoan phụt lại theo cách tương tự như những hố tiến hành trong các phân đoạn thí nghiệm hiện trường. Vị trí và độ nghiêng của các hố kiểm soát phải được hướng dẫn bởi tư vấn giám sát thi công khoan phụt.
Những nhiệm vụ của công tác thí nghiệm xác định chất lượng màn chống thấm sau khi thi công xong:
- Xác định chất lượng màn chống thấm: phạm vi phụt vữa đã đảm bảo chưa?
Lượng thấm qua nền sau khi khoan phụt có đạt yêu cầu không? V.v…
- Xác định khả năng nâng cao sức chịu tải của nền: thông qua công tác lấy mẫu thí nghiệm và đo địa chấn trong hố khoan để xác định sóng dọc của tầng đá trước và sau khi khoan phụt.
- Tính toán thấm qua nền sau khi khoan phụt xác định gradien JRraRcó đảm bảo yêu cầu thiết kế không?
Trong mục này chỉ đi sâu vào công tác thí nghiệm ép nước để kiểm tra chất lượng màn chống thấm.
3.3.1. Những yêu cầu thí nghiệm xác định độ thấm nước (TCVN 9149:2012) Các hố khoan kiểm tra khoan phụt chống thấm được tiến hành sau khi hoàn thành công tác phụt vữa chống thấm ít nhất 10 ngày tại mỗi khu vực khoan phụt.
Các hố khoan kiểm tra khoan bằng công tác khoan phá mẫu. Trường hợp có yêu cầu của Tư vấn thiết kế và Chủ đầu tư mới tiến hành khoan lấy mẫu. Các hố khoan lấy mẫu phải chụp ảnh, lưu giữ và bảo quản nừn khoan theo quy định. Độ sõu cỏc hố khoan kiểm tra phải bằng độ sâu các hố khoan phụt lân cận.
Rửa hố khoan trước khi tiến hành thí nghiệm ép nước. Bắt buộc phải rửa hố khoan bằng nước sạch để mùn khoan không hay rất ít trám bít vào thành hố khoan.
Việc rửa hố khoan phải được thực hiện trước khi thí nghiệm ép nước bằng nước lã trong không có chứa phù sa lơ lửng theo phương pháp tuần hoàn: nước rửa được đẩy mạnh đến đáy hố khoan và cuốn theo mùn khoan trở lên miệng hố khoan.
Đầu dưới của ống dẫn nước phải hạ tới cách đáy hố khoan từ 10cm đến 20cm. Cũng có thể rửa (thổi) bằng máy nén khí.
Trong đá chứa nước, nếu điều kiện cho phép có thể rửa bằng cách hút nước (hay múc nước) từ hố khoan.
Trong quá trình rửa hố khoan phải quan trắc lượng tiêu hao nước rửa, xác định rừ tỷ lệ phần trăm nước bị mất so với lượng nước đó dựng (mất từng phần hoặc toàn bộ).
Hố khoan được coi là rửa sạch khi nước trào lên miệng hố khoan không có mùn khoan.
Đoạn thí nghiệm:
- Đoạn thí nghiệm phải tương đối đồng nhất về tính thấm nước và nằm hoàn toàn trong môi trường chứa nước hay không chứa nước (trừ trường hợp khi nghiên cứu các lớp kẹp đất đá, các đới tiếp xúc hay phá hủy kiến tạo,…)
- Chiều dài đoạn thí nghiệm cố gắng bằng nhau trong phạm vi nghiên cứu của cùng công trình nhằm so sánh đánh giá đúng đắn hơn mức độ thấm nước của đá ở các vị trí khác nhau. Chiều dài đoạn thí nghiệm ép nước tiêu chuẩn là 5m. Trong trường hợp đá thấm nước quá yếu hay rất mạnh thì chiều dài đoạn thí nghiệm có thể thay đổi (tăng dài hay rút ngắn), nhưng trong bất kỳ trường hợp nào cũng phải đảm bảo:
+ Chiều dài nhỏ nhất của đoạn thí nghiệm lớn hơn 5 lần bán kính hố khoan;
+ Khi đã giảm như vậy, nếu không nâng được áp lực cần thiết thì phải cung cấp nước tối đa theo khả năng có thể của phương tiện và quan trắc áp lực;
+ Chiều dài lớn nhất của đoạn thí nghiệm không được lớn hơn 10m;
+ Khi có các khe nứt phát triển theo chiều dọc hố khoan, sau khi thí nghiệm đoạn thứ nhất, nên tiến hành phun xi măng cho đoạn đó để khi thí nghiệm đoạn dưới nước không dâng lên trên theo khe nứt.
Đường kính hố khoan ở đoạn thí nghiệm ít ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
khi đường kính hố khoan nhỏ hơn 0,25m thì không cần xét ảnh hưởng của đường kính hố khoan đến kết quả thí nghiệm.
Nước dùng trong thí nghiệm không được chứa phù sa lơ lửng để tránh hiện tượng bít tắc thành hố khoan. Nước có nhiệt độ tương đương với nhiệt độ của tầng chứa nước để tránh hiện tượng tách bọt khí gây cản trở tính thấm nước trong môi trường nứt nẻ, lỗ rỗng. Nước có độ khoáng hóa không cao.
Áp lực thí nghiệm ép nước phải đủ lớn để đảm bảo thu được các kết quả thí nghiệm đúng. Khi thí nghiệm ép nước để nghiên cứu mức độ thấm của nền đá và thân công trình dùng áp lực tiêu chuẩn bằng 10m cột nước. Còn để nghiên cứu biến dạng thấm của môi trường sẽ dùng nhiều cấp áp lực, trong đó áp lực lớn nhất là 100m cột nước (thí nghiệm Lugeon) hoặc với cột nước bằng 1,1 đến 1,5 lần (tùy cấp công trình) cột nước tác dụng tại công trình. Khi thân công trình không chịu được áp lực tiêu chuẩn 10m cột nước thì áp lực thí nghiệm ép nước phải được ấn định dựa vào trạng thái ứng suất biến dạng của công trình, bề dày thân công trình.
3.3.2. Tổ chức bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm ép nước xác định độ thấm của nền đá được tổ chức như sau:
- Lập đề cương tổ chức thí nghiệm. Trong đề cương phải xác định cấu tạo hố khoan thí nghiệm, đường kính và chiều dài đoạn ép, số đoạn và chiều sâu đoạn ép, loại và nhãn hiệu máy bơm, áp kế, lưu lượng kế, các phương pháp và tần số đo lượng tiêu hao nước, phương pháp dẫn nước ra, nguồn cấp nước cho máy bơm, biện pháp cách ly đoạn ép;
- Trước khi đưa máy móc, thiết bị vào vị trí cần tổ chức hiện trường nhằm kiểm tra đường, nền đảm bảo an toàn cho người và thiết bị máy móc tập kết vào hố khoan thí nghiệm; lựa chọn phương án cấp nước và thoát nước để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và bảo vệ môi trường;
- Làm việc với chính quyền địa phương để đảm bảo an toàn, an ninh tài sản cho đơn vị thi công;
- Kiểm tra đảm bảo máy bơm phải hoạt động liên tục, ổn định và đạt yêu cầu bơm nước vào hố khoan. Nếu cần máy dự phòng phải cùng có tính năng tương tự;
- Các dụng cụ đo áp lực, lưu lượng, mực nước cần phải đủ và phù hợp, sử dụng tốt;
- Để tránh mưa nắng, ở hố khoan phải bố trí nhà lưu động hay lều bạt, trong đó có kê bàn để vẽ các đồ thị và thực hiện các tính toán cần thiết;
- Nhân lực trong quá trình ép nước phải bố trí đủ năng lực làm việc liên tục ngày 3 ca, Mỗi ca có ít nhất một kỹ thuật địa chất thủy văn – địa chất công trình.
Các hố khoan kiểm tra bố trí ở giữa các hố khoan đã phụt khi tạo màn chống thấm. Tùy theo yêu cầu cụ thể của từng công trình, tư vấn thiết kế có thể lựa chọn các cách bố trí hố khoan kiểm tra như sau:
- Nếu màn chống thấm chỉ có một hàng khoan phụt: hố khoan kiểm tra nằm giữa hai hố khoan phụt và có hướng trùng với hướng của hố khoan phụt;
Hình 3.3 - Sơ đồ bố trí hố khoan kiểm tra khi màn chống thấm chỉ có 1 hàng khoan - Nếu màn chống thấm gồm nhiều hàng khoan phụt: hố khoan kiểm tra nằm ở vị trí tâm của 3 hố khoan phụt;
Hình 3.4 - Sơ đồ bố trí hố khoan kiểm tra khi màn chống thấm gồm 2 hàng khoan - Hố khoan kiểm tra nằm trên hàng khoan phụt nhưng có hướng xiên góc với các hố đã khoan phụt để có thể cắt qua nhiều hố khoan phụt;
- Nếu dùng để kiểm tra mức độ đầy đủ các việc của công tác thi công thì nên bố trí hố khoan kiểm tra trùng với một hố khoan nào đó trong đồ án thiết kế của đợt khoan phụt tiếp theo.
Các hố khoan kiểm tra được khoan, xói rửa, thí nghiệm ép nước, phụt xi măng theo phương pháp phân đoạn từ trên xuống, mỗi đoạn dài 5m. Ranh giới các đoạn trong hố khoan kiểm tra thông thường trùng với ranh giới các đoạn của các hố khoan đã phụt.
Việc thí nghiệm ép nước và phụt xi măng tại các hố khoan kiểm tra phải được tiến hành với áp lực nhỏ hơn áp lực chối đã được dự kiến với các hố khoan đã phụt từ 20% đến 30%. Quy trình công nghệ trong thí nghiệm ép nước và phụt tại các hố khoan kiểm tra phải phù hợp với quy trình công nghệ quy định cho các hố khoan phụt.
Trong trường hợp nếu độ thấm nước của nền đá tại tim màn chống thấm qua thí nghiệm ép nước thấy thấm hơn độ thấm nước quy định của thiết kế thì cơ quan
tư vấn thiết kế phải phân tích hồ sơ hoàn công khoan phụt mà xác định độ thấm nước thực tế của nền đá đã đạt được sau khi phụt. Theo các trị số đó, cơ quan tư vấn thiết kế sẽ khẳng định giữ nguyên hay chỉnh lại các chỉ tiêu thiết kế về độ thấm nước của màn chống thấm.
Tổng chiều dài các hố khoan kiểm tra và vật tư để thi công phải được ghi trong đồ án thiết kế, thông thường lấy bằng 5% đến 10% tổng chiều dài các hố khoan đã phụt và được chính xác hóa qua kết quả phân tích hồ sơ hoàn công.
3.3.3. Xử lý số liệu và đánh giá kết quả thí nghiệm
Các số liệu và kết quả của thí nghiệm ép nước kiểm tra cần phải được xử lý và đánh giá chính xác phục vụ cho công tác kiểm soát chất lượng khoan phụt.
Trong sổ thí nghiệm ép nước cần ghi đầy đủ các thông tin cho từng cấp áp lực trong một đoạn ép.
Tất cả các số liệu trong sổ thí nghiệm ép nước được tổng hợp, chỉnh lý tính toán theo mẫu quy định.
Tính toán lượng mất nước đơn vị q theo công thức:
H L q Q
= .
Trong đó: Q là lưu lượng nước ổn định (lit/phút), L là chiều dài đoạn thí nghiệm (m), H là áp lực thí nghiệm (m cột nước).
Lập các đồ thị quan hệ giữa lưu lượng nước tiêu hao với thời gian và quan hệ giữa lưu lượng nước tiêu hao qua đoạn ép nước với áp lực thí nghiệm.
Xác định trị số Lugeon cho đoạn thí nghiệm bằng cách lập đồ thị quan hệ giữa áp lực thí nghiệm và lượng mất nước đơn vị.
Tính hệ số thấm K của đá theo trị số Lugeon của đoạn thí nghiệm hoặc theo lượng mất nước đơn vị của đoạn thí nghiệm nằm trong đá bão hòa nước.
- Tính K theo trị số Lugeon:
K = 1,3.10P-5P.qRu
Trong đó: qRuR là trị số Lugeon của đoạn thí nghiệm (Lu) - Tính theo lượng mất nước đơn vị q của đoạn thí nghiệm:
+ Đối với đá magme: K = 2,34.qP0,921 + Đối với đá trầm tích: K = 1,59.qP0,841 + Đối với đá cacbonat: K = 2,74.qP0,906
Dựa vào kết quả xác định lượng mất nước đơn vị trước và sau khi thí nghiệm ép nước có thể xác định được khả năng xảy ra biến dạng thấm: coi là xảy ra biến dạng thấm khi lượng mất nước đơn vị q trước và sau thí nghiệm với áp lực cao chênh nhau. Nếu lượng mất nước đơn vị tăng lên thì xảy ra xói, ngược lại nếu giảm thì xảy ra ứ tắc.
Các công việc phụt xi măng ở toàn bộ hoặc một phần nào đó của màn chống thấm được coi là đạt yêu cầu nếu lượng mất nước đơn vị trong các hố khoan kiểm tra có trị số trung bình và các sai lệch cho phép phù hợp với đồ án thiết kế cũng như với các quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành. Cụ thể, màn khoan phụt chống thấm được đánh giá là đạt yêu cầu khi kết quả ép nước kiểm tra có trị số 3÷5 Lugeon không vượt quá 2%. Trong trường hợp kết quả kiểm tra không đạt yêu cầu cần tiến hành công tác khoan phụt bổ sung được xác định theo thực tế. Tất cả các hố khoan kiểm tra sau đó phải phụt vữa xi măng lấp đầy hố.