4. Cỏch tiếp cận và phƣơng phỏp nghiờn cứu
2.1.5 Giải phỏp tƣờng hào bentonite chống thấm
Cụng nghệ tường hào bentonite chống thấm là một trong cỏc giải phỏp mới được phỏt triển rộng rói trờn thế giới. Hiện nay ở trong nước đó cú một số cụng trỡnh ứng dụng cụng nghệ này để xử lý chống thấm như hồ chứa nước Dầu Tiếng, Am Chỳa, Dương Đụng, Iasuop, Esoup v.v…
- Tuy mới phỏt triển và ứng dụng trong cỏc năm gần đõy, nhưng qua thực tiễn xử lý chống thấm cho cỏc cụng trỡnh thủy lợi lớn, cho thấy đõy là giải phỏp ứng dụng cụng nghệ mới rất hiệu quả để xử lý chống thấm cụng trỡnh.
Cú 2 loại tường hào: hào đất – bentonite và hào Cement – bentonite. Biện phỏp chung là đào hào trong dung dịch bentonite trước, khi đào hào xong thỡ hỳt dần dung dịch bentonite và đồng thời bơm vữa Cement – bentonite vào ngay để luụn giữ ổn định vỏch hào, dần dần vữa sẽ đụng kết trở thành tường chống thấm, xem hỡnh 2.5 sau. Để tăng cường chống sập vỏch hào thỡ cú thể trộn dung dịch Cement – bentonite bơm ngay từ đào hào. Tường hào cú vỏch đứng, hẹp và sõu; thường cú chiều rộng từ (0,6ữ1,2)m và sõu từ (5ữ120)m. Hào luụn thi cụng trong dung dịch bentonite nờn được gọi là “tường hào bentonite”.
(0.6-1.2)m
>5m T H
1m
2.1.6 Giải phỏp cọc trộn sõu
Cụng nghệ trộn xi măng hay chất kết dớnh với đất tại chỗ, dưới sõu, gọi là cụng nghệ trộn sõu. Cụng nghệ này sử dụng cần khoan cú gắn nhiều cỏnh cắt để phỏ vỡ kết cấu đất, đồng thời bơm chất kết dớnh theo trục khoan và được khuấy trộn đều với đất trong hố khoan; Hỗn hợp đất với chất kết dớnh như (sột, xi măng, xi măng - sột…) sẽ đúng rắn lại tạo thành cọc xi măng – đất (cọc XMĐ). Hệ cọc XMĐ liền nhau tạo thành bức tường chống thấm. Quy trỡnh cụng nghệ thi cụng cọc bằng phương phỏp trộn sõu, xem hỡnh 2.6 sau.
- Ưu điểm: Cụng nghệ này thi cụng nhanh, khả năng xử lý chống thấm khỏ sõu xuống đất nền, đến 50 – 60 một. Xột thấy đõy là giải phỏp rất kinh tế vỡ khụng phải búc bỏ đất nền mà dựng để sử dụng lại, vật liệu xi măng hay chất kết dớnh khỏc dễ tớnh toỏn khống chế nờn ớt bị hao phớ nhiều. Phương phỏp này ớt ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh lõn cận vỡ khụng gõy chấn động nhiều và cú thể thi cụng trong phạm vi hẹp; Cọc được trộn dưới sõu và ớt vật liệu thải nờn ớt ảnh hưởng đến mụi trường. Ngoài tỏc dụng xử lý chống thấm và tăng cường khả năng chịu tải đất nền, giải phỏp này cũn được sử dụng để làm tường bảo vệ hố múng cụng trỡnh hay làm tường võy chứa cỏc chất ụ nhiễm…
- Hạn chế: Cụng nghệ khụng ỏp dụng được đối với nền đất cú lẫn nhiều đỏ mồ cụi, đỏ tảng hay nền đỏ nứt nẻ. Mặt hạn chế khỏc nữa là do khụng thay đổi được đường kớnh cọc sao cho phự hợp với đặc điểm biến đổi của cỏc lớp địa tầng.
- Phạm vi ứng dụng: Cụng nghệ này phự hợp đối với cỏc loại nền là đất yếu, cỏt, và nền sạn sỏi nhỏ thấm nước lớn.
Hỡnh 2.6: Quy trỡnh cụng nghệ thi cụng cọc bằng phương phỏp trộn sõu
Hỡnh 2.7: Một số hỡnh ảnh thi cụng cọc bằng phương phỏp trộn sõu
2.1.7 Giải phỏp hoan phụt vữa chống thấm
Phương phỏp khoan phụt được xem là một trong cỏc phương phỏp mới rất cú hiệu quả, giải phỏp này cú cỏc tỏc dụng như sau:
- Tạo màng chống thấm để làm giảm khả năng thấm và ỏp lực nước tỏc dụng lờn cụng trỡnh.
- Gia cường mặt tiếp giỏp giữa nền và cụng trỡnh để tăng sức chịu tải, tăng cường khả năng chống lỳn của đất nền, đảm bảo cho cụng trỡnh làm việc trong điều kiện ổn định.
Thực chất của phương phỏp này là phụt vữa để lấp đầy trong cỏc lỗ rỗng trong đất cỏt, cuội sỏi hay đỏ phong húa nứt nẻ, v.v... Vữa được phụt vào sau khi đụng kết sẽ cú cỏc tỏc dụng nờu trờn.
Giải phỏp khoan phụt tạo màng chống thấm nền đập, xem hỡnh 2.8 sau:
>3m > 41 H >5m T > H
Hỡnh 2.8: Giải phỏp khoan phụt tạo màng chống thấm nền đập
Hiện nay trờn Thế giới cũng như Việt Nam, phương phỏp khoan phụt đó được ứng dụng và phỏt triển khỏ mạnh mẽ, đồng thời cũng luụn cú sự cải tiến để phự hợp với từng loại nền, xem hỡnh 2.9 sau.
Cú cỏc phương phỏp và cụng nghệ khoan phụt như nhau: - Khoan phụt truyền thống.
- Khoan phụt kiểu ộp đất. - Khoan phụt thẩm thấu.
- Khoan phụt cao ỏp (Jet-grouting).
Hỡnh 2.9 : Cỏc phương phỏp và cụng nghệ khoan phụt vữa chống thấm
2.1.7.1 Khoan phụt truyền thống
Khoan phụt truyền thống là cụng nghệ khoan phụt cú nỳt bịt, thụng thường là xử dụng nỳt đơn với ỏp lực phụt thấp (< 10 Mpa). Cụng nghệ này thi cụng bắt đầu là khoan tạo lỗ, kế tiếp là rữa sạch hố khoan, sau đú tiến hành phụt vữa. Vữa được phụt qua mũi khoan hoặc qua một loại nỳt đặc biệt thường gọi là nỳt phụt. Sơ đồ khoan phụt tạo màn chống thấm nền đập xem hỡnh 2.10 như sau:
Hỡnh 2.10 : Sơ đồ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm
a) Đối với cỏc loại nền đất, cỏt, cuội sỏi cú hệ số thấm lớn
- Để vữa phụt thõm nhập cú hiệu quả vào nền, thỡ vữa phải lỏng và đủ đạt độ lơ lửng của hạt vật liệu, nờn vật liệu phải cú cỡ hạt cho phộp để vữa phụt dễ dàng lưu động lấp đầy lỗ rỗng. Vỡ vậy, cần phải tớnh toỏn kiểm tra tỉ số phụt theo cụng thức sau đõy:
LẮP MÁY KHOAN
KHOAN
RỮA HỐ KHOAN
ĐẶT NÚT
ủaàm neựn hieọn trửụứng ẫP NƢỚC Khoan Tớnh q (l/ph.m) PHỤT VỮA LẤP HỐ
THÁO MÁY KHOAN
Thay đổi nồng độ vữa cho phự hợp Pmax
thieỏt keỏ
Khoan lại
25 85 15 d D M (2-1)
Tr ú: + D15 : Đường kớnh hạt lọt sàng 15% của đối tượng phụt. + d85 : Đường kớnh hạt lọt sàng 85% của vật liệu phụt. - Xột khả năng phụt cú hiệu quả dựa trờn mối tương quan giữa hệ số thấm của loại đất nền với đường kớnh hạt vật liệu dựng làm vữa phụt như sau:
Cụng thức của Sherad: K = A *10-2 *D152 (2-2)
Tr ú: + K : Là hệ số thấm của đối tượng phụt (m/s) + A = (0.2ữ0.6) => Thường chọn A= 0.35
+ D15 : Là đường kớnh hạt lọt sàng 15% của đối tượng phụt. Sử dụng hai cụng thức trờn làm cơ sở phõn tớch vật liệu làm vữa phụt để sử dụng cho phự hợp với loại đất nền.
- Cụng nghệ này cú phỏp thi cụng khụng quỏ phức tạp, sử dụng được nhiều loại vữa khỏc nhau tựy theo yờu cầu và điều kiện khoan phụt, nờn cú giỏ thành tương đối phự hợp. Hỗn hợp vữa dựng rất phong phỳ như xi măng, sột, bentonite, bitum; ứng dụng mới nhất là xi măng siờu mịn; ngoài ra cú thể thờm cỏc loại phụ gia để tăng khả năng thõm nhập và tăng cường độ, đồng thời kiểm soỏt được thời gian ninh kết của vữa phụt. Với lưu tốc nước ngầm trong đất vượt quỏ 80m/ngày đờm thỡ pha thờm phụ gia đụng kết nhanh.
- Mặt hạn chế của quy trỡnh này là sử dụng nỳt phụt đơn với ỏp lực phụt thấp, tiến độ thi cụng chậm, bỏn kớnh ăn vữa nhỏ, nờn phải thiết kế bố trớ nhiều lỗ khoan để phụt. Trong điều kiện mực nước ngầm cú ỏp dõng cao thỡ khụng kiểm soỏt được dũng vữa sẽ đi theo hướng nào, nờn hiệu quả gia cường hay tạo màng chống thấm sẽ thấp.
Hiện nay trờn thế giới đó ỏp dụng cụng nghệ sử dụng loại nỳt phụt kộp với ỏp lực phụt cao, nờn mang lại hiệu quả khoan phụt cao hơn so với cụng nghệ khoan phụt thụng thường sử dụng loại nỳt phụt đơn nờu trờn. Cú 2 loại nỳt phụt, xem hỡnh 2.11:
Hỡnh 2.11 Nỳt phụt đơn và nỳt phụt kộp trong cụng nghệ khoan phụt
b) Đối với nền đỏ nứt nẻ
Phương phỏp khoan phụt truyền thống sử dụng khỏ phự hợp đối với nền đỏ nứt nẻ và đó cú quy trỡnh thi cụng kiểm tra khỏ đầy đủ theo Tiờu chuẩn ngành số: 14 TCN 82 – 1995. Nguyờn lý của phương phỏp này là dựng ỏp lực phụt ộp vữa lấp đầy vào cỏc khe nứt trong nền đỏ.
- Vật liệu vữa phụt là xi măng, sột hoặc hỗn hợp vữa xi măng + sột. Trường hợp cú lượng mất nước đơn vị lớn, lưu tốc nước ngầm vượt quỏ 80m/ngày đờm thỡ pha thờm phụ gia đụng kết nhanh. Khi phụt cho nền cú nhiều hang hốc hoặc cú khe nứt lớn thỡ cú thể pha trộn thờm cỏc loại vật liệu trơ khỏc như: cỏt nghiền, bụi xỉ than cú đường kớnh hạt nhỏ d= (0,1ữ0,5)mm và với khối lượng nhỏ hơn 50% khối lượng xi măng.
- Phương phỏp này cú nhiều tớnh ưu việt hơn so với cỏc phương phỏp gia cường bằng húa lý khỏc; khụng hỏi kỹ thuật quỏ phức tạp, thiết bị thi cụng đơn giản; cú giỏ thành tương đối thấp, nờn phự hợp với điều kiện kinh tế ở nước ta.
Trong nước, thời gian qua đó cú nhiều cụng trỡnh ứng dụng cụng nghệ khoan phụt truyền thống rất thành cụng, xem bảng 2.1 như sau:
Bảng 2.1 Một số cụng trỡnh ứng dụng phương phỏp khoan phụt truyền thống No Cụng trỡnh Giải phỏp khoan phụt Chiều sõu hoan phụt Thời gian thực hiện Chủ đầu tƣ 1
Thủy điện Đa Mi, tỉnh Lõm Đồng Xử lý nền 30 1997 2000 Ban QLDA Thủy điện 6 2 Hồ chứa nước Cà Giõy, tỉnh Bỡnh Thuận Xử lý chống thấm thõn đập 25 1998 2000 Ban QLDA Thủy lợi 415 ( Cũ ) 3 Hồ chứa nước Tõn Giang, tỉnh Ninh Thuận Tạo màng chống thấm, gia cố và khoan tiờu nước nền
đập ≤ 30 1999 2000 Ban QLDA Thủy lợi 415 ( Cũ ) 4 Hồ chứa nước Lũng Sụng, tỉnh Bỡnh Thuận Tạo màng chống thấm, gia cố và khoan tiờu nước nền
đập ≤ 30 2002 2003 Ban QLDA Thủy lợi 415 ( Cũ ) 5 Hồ chứa nước EAKAO, tỉnh Đắk Lắk Xử lý chống thấm dưới nền đập tràn ≤ 20 2002 2002 Sở N&PTNT tỉnh Đắk Lắk 6 Hồ chứa nước EASÚP thượng, tỉnh Đắk Lắk Xử lý nền đập ≤ 20 2002 2003 Ban QLDA Thủy lợi 413 ( Cũ ) 7 Hồ chứa nước Buụn Joong, tỉnh Đắk Lắk Xử lý nền đập ≤ 20 2003 2003 Ban QLDA Thủy lợi 413 ( Cũ )
8 Hồ chứa nước Đắk Lụ, tỉnh Đắk Lắk Xử lý nền đập ≤ 20 2003 2003 Ban QLDA Thủy lợi 413 ( Cũ ) 9 Cụng trỡnh Thủy điện, Quảng Trị Tạo màng chống thấm và gia cố nền đập ≤ 30 2005 2006 Ban QLDA Thủy điện 2 10 Cụng trỡnh Thủy điện A Vương, Quảng Nam Xử lý nền cống dẫn dũng và đập dõng Cống: ≤ 30, Đập: ≤ 50 2004 2006 2004 2006 Ban QLDA Thủy điện 3 11 Cụng trỡnh Thủy điện Akroet, tỉnh Lõm Đồng Gia cố hành lang đường ống ỏp lực - 2004 2004 Ban QLDA Thủy điện 2 12 Hồ chứa nước Định Bỡnh, tỉnh Bỡnh Định Tạo màng chống thấm, gia cố và khoan tiờu nước nền
đập ≤ 30 2005 2006 Ban QLDA Thủy lợi 410 ( Cũ )
Hỡnh 2.12 : Hỡnh ảnh khoan phụt tại cụng trỡnh hồ chứa nước Tõn Giang, Ninh Thuận
2.1.7.2 Khoan phụt iểu ộp đất (Compact grouting)
Khoan phụt kiểu ộp đất là biện phỏp dựng ỏp lực cao ộp vữa, để vữa chiếm chỗ của đất tạo thành cọc xi măng. Bố trớ hệ cọc liền nhau tạo thành bức tường chống thấm và tăng cường khả năng chịu tải cho đất nền. Vật liệu sử dụng cho cụng nghệ này chủ yếu là vữa xi măng.
Cụng nghệ khoan phụt kiểu ộp đất: Khoan lỗ, đặt ống phụt cú đường kớnh D ≥ 50mm, cỏc ống được nối bằng ren để vữa khụng bị rũ rỉ, sau đú tiến hành đưa vữa vào rồi dựng ỏp lực cao để ộp vữa chiếm chỗ của đất, đồng thời dưới lực ộp sẽ làm tăng thờm độ chặt của đất ở xung quanh. Giải phỏp này cú cụng nghệ thi cụng đơn giản và chỉ ứng dụng phự hợp đối với nền đất yếu, nhưng cũng cú mặt hạn chế là khú kiểm soỏt khối lượng vữa phụt và chất lượng của màng chống thấm.
2.1.7.3 Khoan phụt thẩm thấu (Permeation grouting)
Cụng nghệ khoan phụt thẩm thấu là biện phỏp dựng ỏp lực ộp vữa nhưng với ỏp lực thấp, để vữa gần như tự đi vào lỗ rỗng của đất nền. Vật liệu thường dựng là húa chất hoặc sử dụng xi măng cực mịn cú pha thờm dung dịch húa chất để làm tăng độ linh động của vữa. Ưu điểm của giải phỏp này là cú khả năng tạo được màng chống thấm cú chất lượng cao, phự hợp sử dụng cho cỏc loại nền là đất, cỏt, ỏ cỏt hoặc nền đỏ cú khe nứt nhỏ. Nhưng do vật liệu sử dụng cho cụng nghệ này cú giỏ thành khỏ đắt nờn chưa được sử dụng rộng rói ở nước ta.
2.1.7.4 Khoan phụt cao ỏp (Jet-grouting)
Cụng nghệ Jet-grouting là một cụng nghệ mới đó được sử dụng rộng rói trờn thế giới và hiện nay cụng nghệ này đó được Việt Nam quan tõm. Cú nhiều triển vọng ỏp dụng rộng rói trong lĩnh vực xõy dựng cụng trỡnh thủy lợi, đặc biệt là để xử lý chống thấm, sửa chữa nền múng cụng trỡnh.
Cụng nghệ khoan phụt cao ỏp chớnh là cụng nghệ trộn ướt (Wet Mixing) trong giải phỏp cọc trộn sõu. Cụng nghệ này là dựng mỏy khoan đưa ống bơm cú vũi phun bằng hợp kim vào tới độ sõu cần phải xử lý, dung dịch nước và chất kết dớnh sẽ được phun ra từ vũi phun ỏp lực rất cao từ (200ữ400)atm với vận tốc ≥ 100m/s. Dưới lực xung kớch và lực li tõm của dũng tia phun dung dịch sẽ trộn lẫn
với đất tạo thành vữa xi măng + đất, sau đú sẽ đúng rắn lại tạo thành cọc XMĐ. Đường kớnh cọc XMĐ phụ thuộc vào loại đất và ỏp lực phun, xem sơ đồ cụng nghệ hỡnh 2.13.
Hiện nay trờn thế giới đó phỏt triển ba cụng nghệ Jet-grouting: Đầu tiờn là cụng nghệ S, tiếp theo là cụng nghệ T, và gần đõy là cụng nghệ D. Cụng nghệ đơn pha S tạo ra cỏc cọc xi măng đất cú đường kớnh vừa và nhỏ (0.4ữ0.8)m. Cụng nghệ này chủ yếu dựng để thi cụng nền đất đắp, cọc... Cụng nghệ hai pha D tạo ra cỏc cọc xi măng đất cú đường kớnh từ (0.8ữ1.2)m. Cụng nghệ này chủ yếu dựng để thi cụng cỏc tường chắn, tường chống thấm. Cụng nghệ ba pha T là phương phỏp thay thế đất mà khụng xỏo trộn đất. Cụng nghệ này sử dụng để làm cỏc cọc, cỏc tường ngăn chống thấm, cú thể tạo ra cột Soilcrete đường kớnh đến 3m.
Hỡnh 2.13 : Sơ đồ cụng nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm
- Vật liệu sử dụng chủ yếu là xi măng, xi măng - sột hoặc xi măng - bentonite, nếu xử lý trong mụi trường nước ngầm cú ỏp thỡ phải thờm phụ gia đụng kết nhanh. Cường độ và chất lượng của màng chống thấm phụ thuộc nhiều vào hàm lượng xi măng, sột và tỉ lệ đất trộn trong khối xi măng + đất.
- Ưu điểm: Giải phỏp này thi cụng rất nhanh (cú thể đạt được 15m cọc/giờ). Nếu khoan sõu thỡ cần khoan được nối dài thờm với cỏc đoạn cần dài 3m bằng cụn ren, vũi bơm cao ỏp cú thể vươn xa đến 100m, nờn khả năng xử lý chống thấm khỏ sõu cú thể đạt đến (50ữ60)m. Thiết bị nhỏ gọn, ớt tiếng động, tiếng ồn, cú thể thi cụng trong khụng gian chật hẹp cú nhiều chướng ngại vật và trong mụi trường cú nước ngầm dõng cao.
- Nhược điểm: Áp lực phụt cao nờn cú thể gõy trương nở làm rạn nứt đất nền hoặc vữa phụt cú khả năng xõm nhập vào cỏc cụng trỡnh ngầm như hố ga, rónh tiờu nước, tầng hầm…
- Phạm vi ứng dụng: Cụng nghệ này cú phạm vi ỏp dụng khỏ rộng rói và phự hợp với cỏc loại nền bựn sột, cỏt, ỏ cỏt hoặc nền sạn sỏi nhỏ cú độ thấm nước lớn. Hiệu quả khoan phụt tựy thuộc loại đất nền và cụng nghệ thi cụng khoan phụt, phạm