CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG TH ẤM NỀN CÔNG TRÌNH
1.4. Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá
Theo TCVN 8645-2011: Nền công trình thủy công được coi là nền đá khi sức chống nén tức thời một trục RRnR của các mẫu đá không thấp hơn 50daN/cm2.
Khác với các loại nền khác như đất, cuội sỏi, khi nghiên cứu nền đá, ta còn phải xác định được thế nằm của đá, mức độ và sự phân bố nứt nẻ, phương của các nứt nẻ…
Nền đá nói chung có độ rỗng nhỏ. Đối với nền là đá phún xuất thì độ rỗng khoảng 0,5÷0,8%; đối với đá trầm tích là 4÷35%. Hệ số thấm qua đá nguyên khối khoảng 10P-6P÷10P-9P cm/s. Vì vậy, có thể bỏ qua hiện tượng thấm qua lỗ rỗng trong đá.
Thấm ở nền đá chủ yếu là qua các khe nứt. Các khe nứt qua khối đá được hình thành do quá trình kiến tạo, đoạn tầng, tác dụng của phong hóa hay do nổ mìn khi đào móng gây nên v.v… Chiều rộng khe nứt thường từ vài mm đến vài cm hoặc hơn nữa. Nước từ thượng lưu thấm qua các khe nứt trong nền đá công trình và thoát ra hạ lưu.
Phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá là phương pháp đưa vữa xi măng vào trong các khe rỗng của nền đá công trình xây dựng bằng thiết bị khoan phụt.
Theo TCVN 8645-2011, những nền đá có đặc tính sau đây mới áp dụng biện pháp khoan phụt xi măng:
- Nền là đá cứng hoặc nửa cứng bị nứt nẻ, có độ mở rộng khe nứt từ 0,1mm đến 10mm;
- Lượng mất nước đơn vị trong phạm vi từ 0,01lit/(phút.mP2P) đến 10lit/(phút.mP2P) và vận tốc chuyển động của nước ngầm nhỏ hơn 2400m/d (2,8.10P-2P m/s);
- Thành phần hóa học của nước ngầm không phá hoại quá trình ninh kết và đông cứng của dung dịch vữa xi măng.
Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá là được tiến hành sâu trong lòng đất nên việc kiểm soát chất lượng khá phức tạp, đòi hỏi cần có quy trình đồng bộ và chính xác ngay từ khâu thiết kế ban đầu và trong khi thi công.
1.5. Tổng quan về công nghệ khoan phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công nghệ trên thế giới
Từ đầu thế kỷ trước, phụt đã được áp dụng trong xử lý nền móng công trình.
Trong hơn nửa thế kỷ, chủ yếu có hai công nghệ phụt: phụt đáy mở và phụt phân đoạn từ trên xuống hoặc từ dưới lên, tức phân đoạn thụ động tùy thuộc địa tầng. Từ hơn ba thập niên trước, phụt phân đoạn chủ động tức phụt ống bọc (còn gọi là hai nút) mới đi vào hoàn thiện công nghệ. Tuy nhiên, trong 20 năm gần đây đánh dấu sự ra đời phong phú của các công nghệ tiên tiến nhất như phụt dòng (tia) quét, phụt siêu áp, phụt nén-rung, … thậm chí không những xử lý móng mà còn tạo chính những cọc móng cho công trình. Khoan cọc nhồi gần đây thực chất cũng là một biến thể của công tác phụt.
Đi đầu về công nghệ phụt là những nước phát triển, nơi có điều kiện thuận lợi về kinh tế và kĩ thuật công nghệ. Tại những nước đó có những đòi hỏi cao về xử lý nền và móng cho các công trình siêu kích thước và tải trọng, cùng những nguy cơ cao của của chất thải ngầm cực độc về hóa học và phóng xạ cần được ngăn chặn.
Tại Việt Nam, công nghệ phụt đáy mở được áp dụng ở miền Bắc từ hơn 40 năm nay, ban đầu chủ yếu để xử lý các tổ mối rỗng trong thân đê điều. Sau này, phụt phân đoạn thụ động đã phổ biến cho nhiều mục tiêu đa dạng trong xử lý chống thấm và một phần để xử lý nền. Từ gần một thập niên cuối, công nghệ phụt ống bọc và xử lý chống thấm bằng tường hào thẳng đứng được công ty Bachy Soletance (Pháp) thực hiện thành công và chuyển giao công nghệ cho một số đơn vị chuyên ngành. Mấy năm gần đây là bắt đầu các thử nghiệm và thực hiện thành công bước đầu công nghệ phụt dòng quét, còn gọi là phụt áp lực cao.
Ở nước ta hiện nay đã xây dựng được quy trình khoan phụt xi măng vào nền đá (khoan phụt có nút bịt) khá hoàn chỉnh và đã được áp dụng ở nhiều công trình thủy điện lớn như Tuyên Quang, Hủa Na (Nghệ An), Bản Chát (Lai Châu) v.v….
đạt hiệu quả tốt. Ngoài ra, chúng ta đã chủ động được kỹ thuật khoan phụt áp lực cao, khoan phụt tuần hoàn giúp mở ra những hướng mới trong công tác xử lý nền.
Phương pháp khoan phụt có nút bịt tuần hoàn lần đầu tiên được áp dụng tại công
trình đập Cửa Đạt (Thanh Hóa), các kết quả kiểm tra cho thấy đã đạt kết quả tốt.
Đặc biệt, gần đây hai công trình thủy điện lớn là Sơn La và Lai Châu đã áp dụng công nghệ khoan phụt chống thấm theo mô hình GIN là một tiến bộ trên thế giới và bước đầu đã chứng minh được tính ưu việt của nó so với công nghệ khoan phụt truyền thống thông thường.
Kết luận chương 1
Khoan phụt xử lý nền để tăng khả năng chống thấm là nội dung thường gặp khi xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện. Có nhiều giải pháp để giảm lượng thấm qua nền và vai đập; mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và phù hợp cho loại nền yêu cầu chống thấm, nên khi lựa chọn cần phân tích so sánh để chọn được phương pháp phù hợp với yêu cầu xử lý và điều kiện cung cấp thiết bị, tổ chức thi công. Lựa chọn phương pháp chống thấm nào đều phải đạt được yêu cầu kỹ thuật do thiết kế đề ra và có lợi về mặt kinh tế, rút ngắn thời gian thi công.
CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP CHỦ ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ ĐỂ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MÀN CHỐNG THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KHOAN PHỤT XI MĂNG 2.1. Đặt vấn đề
Phụt vữa vào nền đá là nhu cầu thường gặp nhất trong xử lý nền móng các hạng mục của đập lớn nói chung. Hiệu quả phụt quyết định đến tính kinh tế và ổn định của công trình. Thực trạng ở Việt Nam cho thấy có nhiều nơi thường phải xử lý phụt sau khi công trình đã đi vào vận hành. Không chỉ đập lớn, nhiều đập nhỏ cũng thường nảy sinh vấn đề về mất nước ngầm, giảm khả năng trữ nước, thậm chí đôi khi không còn khả năng xử lý vì quá tốn kém so với vốn tài chính ban đầu. Đặc thù của màn chống thấm là nằm sâu dưới đáy công trình nên nếu có sự cố thì việc xử lý sẽ rất khó khăn và tốn kém. Do đó, việc chủ động trong khâu thiết kế màn khoan phụt chống thấm sẽ giúp cho công trình đảm bảo an toàn về mặt kĩ thuật và tiết kiệm chi phí, tránh những rủi ro phát sinh sau này.
2.2. Nhiệm vụ, đặc điểm màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
2.2.1. Nhiệm vụ của màn chống thấm
Màn chống thấm là một bộ phận của công trình làm những nhiệm vụ sau:
- Hạn chế lượng nước thấm qua nền công trình;
- Giảm áp lực đẩy ngược dưới đáy công trình;
- Tăng thêm độ ổn định, chắc chắn cho đá nền;
- Chịu được áp lực cột nước theo thiết kế;
- Tạo liên kết tốt giữa nền và công trình, tăng ổn định trượt.
2.2.2. Đặc điểm của màn chống thấm
Màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng có các đặc điểm sau:
- Nằm sâu dưới lòng đất;
- Chứa cột nước áp lực lớn và có biên độ thay đổi lớn;
- Tồn tại và làm việc trong suốt quá trình vận hành của công trình (có cùng tuổi thọ với công trình);
- Là một bộ phận quan trọng không thể thiếu của công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên nền đá.
2.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến cấu tạo và chất lượng màn chống thấm Cấu tạo và chất lượng của màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt phụ thuộc vào những nhân tố chủ yếu sau:
- Đặc điểm, nhiệm vụ của công trình: Các công trình có đặc điểm, nhiệm vụ khác nhau sẽ có yêu cầu chống thấm khác nhau, do đó màn chống thấm sẽ cũng có những yêu cầu kỹ thuật riêng;
- Công tác khảo sát địa hình, địa chất: Công tác khảo sát càng chính xác thì càng nâng cao chất lượng thiết kế, vì thế chất lượng của màn chống thấm sẽ được nâng cao;
- Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn: Tùy thuộc vào đặc điểm địa chất của nền mà màn chống thấm được thiết kế với những chỉ tiêu phù hợp đảm bảo chất lượng và kinh tế;
- Phương pháp khoan phụt: Phương pháp và công nghệ khoan phụt đóng vai trò quan trọng bảo đảm và nâng cao chất lượng màn chống thấm, công nghệ càng tiên tiến và phù hợp thì chất lượng thi công càng cao và rút ngắn thời gian hoàn thành;
- Vật liệu phụt: Việc lựa chọn vật liệu phụt đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn cùng công tác chế tạo và bảo quản vữa phụt đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng màn chống thấm;
- Kỹ thuật thi công khoan phụt: Kỹ thuật thi công càng hiện đại, công tác tổ chức thi công chính xác, hài hòa giúp đẩy nhanh tiến độ và bảo đảm chất lượng màn chống thấm;
- Công tác kiểm soát, thí nghiệm đánh giá chất lượng: Đây là công tác rất quan trọng, cần tiến hành liên tục, thường xuyên với sự chính xác cao thì chất lượng màn chống thấm mới được đảm bảo theo yêu cầu thiết kế.
2.4. Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
2.4.1. Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
Thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng cần đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Màn chống thấm phải ổn định, đạt được độ bền cao;
- Màn chống thấm không bị xâm thực, mài mòn trong môi trường đá nền;
- Màn chống thấm phải có tác dụng giảm được lưu lượng thấm theo yêu cầu.
2.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật khi thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
Những yêu cầu kỹ thuật khi thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng như sau:
- Cần bố trí đủ mặt bằng và không gian phù hợp với công nghệ thi công khoan phụt. Khi tiến hành khoan phụt từ các hành lang ngầm thì hành lang đó phải có đủ chiều rộng, chiều cao để bố trí các thiết bị khoan và các máng dẫn mùn khoan, thiết bị xói rửa vận chuyển mùn khoan ra nơi tập trung;
- Khoan phụt xi măng phải được thực hiện trước khi dâng nước. Trường hợp phải tiến hành khoan phụt khi đã dâng nước trước công trình thì phải xem xét ảnh hưởng của cột nước gây ra đối với hiệu quả của biện pháp khoan phụt và có biện pháp xử lý phù hợp;
- Phải kết thúc việc phụt xi măng trước khi thi công các công trình tiêu nước của nền trong phạm vi ảnh hưởng của hố khoan phụt hoặc phải có các biện pháp ngăn ngừa các công trình tiêu nước bị lấp tắc bởi dung dịch phụt;
- Khi khoan phụt qua các công trình bê tông có khớp nối phải có biện pháp che chắn không để cho dung dịch xi măng xâm nhập làm cứng các khớp nối;
- Khi khoan phụt vào lớp đá dưới nền, thông thường phải có một lớp gia tải bên trên. Lớp gia tải này phải đảm bảo sao cho khi tiến hành phụt với áp lực thiết kế
không bị gãy nứt, dung dịch phụt không chảy ra bề mặt hoặc chảy vào lớp gia tải.
Lớp gia tải có thể là lớp đá thiên nhiên hoặc tấm bê tông. Không cần bố trí lớp gia tải nếu áp lực phụt không lớn hơn 0,2Mpa (2atm) và nền công trình là đá nguyên khối, ít nứt nẻ và khi phụt thử nghiệm cho kết quả tốt;
- Nếu lớp đất nền trên mặt là không ổn định thì phải đặt các ống chèn qua phạm vi lớp này và phải đổ vữa xi măng vào khoảng trống bên ngoài ống;
- Phụt vữa phải được tiến hành liên tục, không gián đoạn bởi vì khi ngừng thì lượng ăn vữa giảm, có lúc không ăn vữa nữa. Muốn thế phải chuẩn bị đầy đủ vật liệu, thiết bị và các tiện nghi phục vụ như điện, nước, hơi ép v.v… Trong quá trình phụt phải thường xuyờn theo dừi, kiểm tra để phỏt hiện và xử lý kịp thời những vấn đề xảy ra. Sau khi phụt xong mỗi đoạn phải phụt nước để rửa hệ thống thiết bị dẫn vữa, tránh tình trạng lắng đọng, ninh kết làm tắc thiết bị. Trường hợp bắt buộc phải ngừng thì cố gắng thời gian ngừng ngắn nhất. Khi tiến hành phụt lại, nếu lượng ăn vữa xấp xỉ bằng lượng ăn vữa trước khi ngừng thì có thể dùng nồng độ cũ. Nếu lượng ăn vữa giảm xuống nhiều thì phải dùng nồng độ mới loãng hơn, rồi sau đó tăng dần. Nếu thời gian ngừng quá lâu (vượt quá thời gian ninh kết của vữa) thì phải ép nước rửa đoạn này rồi mới phụt lại lần thứ hai;
- Áp lực phụt lúc đầu nên lớn hơn áp lực nước tĩnh của đoạn phụt từ 0,5÷1atm, mỗi lần sau chỉ nên tăng thêm 0,5atm và chỉ được tăng khi lượng ăn vữa xuống tới 50lit/giờ hoặc lúc thay đổi nồng độ. Phụt vữa phải tiến hành liên tục cho tới khi dùng nồng độ thiết kế với áp lực thiết kế mà lượng ăn vữa vẫn bằng 0 hoặc nhỏ hơn 0,4lit/phút thì cần kéo dài thêm 20 phút nữa là có thể kết thúc.
2.5. Lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế và thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
2.5.1. Lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế
Căn cứ vào yêu cầu chống thấm cho công trình và kết quả khảo sát địa hình, địa chất, tiến hành lựa chọn các tiêu chuẩn sau phục vụ cho công tác thiết kế màn chống thấm:
- Tiêu chuẩn TCVN 8645:2011 “Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá”;
- Tiêu chuẩn TCVN 4253:2012 “Nền các công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế”;
- Tiêu chuẩn TCVN 9149:2012 “Công trình thủy lợi – Xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm ép nước vào hố khoan”;
- Tiêu chuẩn TCVN 9137:2012 “Công trình thủy lợi – Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép”;
- Tiêu chuẩn TCVN 8216:2009 “Thiết kế đập đất đầm nén”;
- Tham khảo các yêu cầu kỹ thuật do Công ty tư vấn Colenco (Thụy Sĩ) kiến nghị với khoan phụt chống thấm cho thủy điện Sơn La và Lai Châu.
2.5.2. Lựa chọn tiêu chuẩn thi công
Căn cứ vào các yêu cầu của thiết kế, tiến hành lựa chọn áp dụng các tiêu chuẩn sau để thi công màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt vữa xi măng:
- Quy trình thi công khoan phụt và các yêu cầu kỹ thuật trong khi thi công theo tiêu chuẩn TCVN 8645:2011 “Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá”;
- Lựa chọn thiết bị khoan phụt theo yêu cầu thi công và khả năng đáp ứng thực tế;
- Lựa chọn vật liệu khoan phụt theo các tiêu chuẩn:
+ Tiêu chuẩn 14TCN 66-2002 “Xi măng cho bê tông thủy công – Yêu cầu kỹ thuật”;
+ Tiêu chuẩn 14TCN 72-2002 “Nước dùng cho bê tông thủy công – Yêu cầu kỹ thuật”;
+ Tiêu chuẩn TCXDVN 325:2004 “Phụ gia hóa học cho bê tông”.
- Tham khảo điều kiện kỹ thuật thi công của các công trình tương tự.
2.6. Lựa chọn các chỉ tiêu trong thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng
Cỏc chỉ tiờu cần phải được làm rừ khi thiết kế màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng là:
- Lượng mất nước đơn vị yêu cầu: Phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của nền và công trình;
- Chiều dày màn chống thấm: Phụ thuộc vào chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu và gradien cột nước cho phép của màn tương ứng với loại đá nền;
- Chiều sâu màn chống thấm: Căn cứ vào cột nước trước đập, các yêu cầu kéo dài đường viền thấm để giảm J và áp lực thấm lên nền, yêu cầu liên kết các khối đá lại để tăng khả năng chịu tải của nền và độ bền cho khối đá;
- Số hàng khoan và khoảng cách các hố: Căn cứ vào yêu cầu của lượng nước thấm cho phép sau khi có màn chống thấm;
- Phương của các hố khoan: Căn cứ vào phương các nứt nẻ chủ yếu của đá nền, yêu cầu tạo ra màn chống thấm kín khi khoan phụt từ các hành lang ở các cao độ khác nhau;
- Nồng độ dung dịch phụt: Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của đá nền, tiến hành thí nghiệm để chọn nồng độ phù hợp;
- Áp lực phụt lớn nhất: Căn cứ vào yêu cầu bảo đảm không phá hoại kết cấu của tầng đá và lớp bê tông bên trên.
2.7. Lựa chọn công nghệ và thiết bị thi công khoan phụt vữa màn chống thấm 2.7.1. Lựa chọn công nghệ khoan phụt
Việc lựa chọn công nghệ khoan phụt đóng vai trò quyết định hàng đầu tới chất lượng của màn chống thấm. Yêu cầu đặt ra là phải lựa chọn được công nghệ khoan phụt áp dụng với điều kiện thực tế của công trình vừa đảm bảo độ bền cho công trình mà giá thành rẻ nhất, thời gian thi công nhanh.
Các công nghệ khoan phụt cống thấm cho công trình thủy lợi ở nước ta hiện nay được minh họa như trong hình 2.1.