3.1. Công nghệ và thiết bị làm sạch đáy lố khoan trước khi đổ bê tông
3.1.1. Công nghệ và thiết bị bơm rửa bằng khí nén (bơm eclíp)
Sơ đồ công nghệ bơm rửa bằng khí nén bao gồm : - Máy nén khí
- èng dÉn khÝ
- Bé trén khÝ
- Hệ thống cột ống dâng
- Bộ bàn kẹp để thao tác nâng hạ - Các đầu nối
Tuỳ thuộc vào đ−ờng kính lỗ khoan và chiều sâu khoan mà chọn máy nén khí cho phù hợp để đảm bảo đủ công suất hút sạch mùn khoan lắng đọng đáy lỗ khoan.
Quy trình bơm rửa:
1. Công tác chuẩn bị: Chuẩn bị máy khí nén. Khi bơm rửa lỗ khoan cọc nhồi thường sử dụng các loại máy nén khí có lưu lượng Q = 4,5 -10 m3/phút. Bộ thiết bị đi kèm gồm ống dâng và ống dẫn khí, bộ đầu kéo thả, bàn kẹp, giá đỡ èng....
2. Công tác bơm thổi rửa đáy lỗ khoan.
Trong quá trình thi công cọc khoan nhồi việc xử lý bùn cát lắng đọng trong
đáy lỗ khoan trước khi đổ bê tông là công việc không thể thiếu trong thi công.
Mức độ làm sạch đáy lỗ khoan quyết định chất l−ợng bê tông đáy cọc nhồi.
Trong quá trình khoan đất, đá, cát và mùn khoan trộn lẫn vào dung dịch bentonite làm cho tỷ trọng của dung dịch này tăng lên. Việc vét bỏ cát mùn khoan lắng đọng ở đáy lỗ khoan hết sức quan trọng nhằm đảm bảo chất l−ợng cọc sau này. Nếu tỷ trọng của dung dịch có lẫn mùn khoan v−ợt quá các chỉ tiêu thông số tiêu chuẩn cho phép. Khi đổ bê tông, lớp bùn này không đẩy hết ra khỏi
đáy lỗ khoan gây nên những lớp đệm bùn dưới đáy lỗ khoan giữa cọc bê tông và nền đá gốc. Chính vì vậy, khi chịu tải cọc sẽ bị lún quá mức cho phép.
Quy trình thổi rửa tiến hành theo trình tự sau: Bộ ống nâng đ−ợc thả xuống
đáy lỗ khoan ban đầu để cách đáy 0,6 đến 0,8m. Hệ thống ống dẫn khí nén đ−ợc hạ cùng với ống nâng dung dịch, đồng thời cứ khoảng 3 mét dùng dây thép 3mm buộc gá vào ống dâng đảm bảo cho quá trình thổi rửa không bị xoắn tắc ống. Sau khi hạ xong bộ ống thổi rửa ta bắt đầu chạy máy nén khí. Mở dần dần l−ợng khí vào giếng bằng cách xả van của thùng tích áp. Khí hòa trộn với dung dịch qua bộ trộn khí đặt gần đáy ống dâng. Hỗn hợp lỏng khí có tỷ trọng nhẹ dâng lên qua ống nâng và thoát ra ngoài mang theo toàn bộ mùn đất lắng đọng, cũng nh− cát
đá còn ở đáy lỗ khoan.
Để tránh hiện t−ợng tắc ống khi thổi rửa, đầu ống dâng đ−ợc hạ dần từ từ không đ−ợc hạ chìm trong cát mùn khoan. Sau khi máy nén khí hoạt động ta hạ dần cột ống nâng xuống đến khi chạm đáy lỗ khoan. Đồng thời ống dâng cần phải di chuyển khắp diện tích đáy lỗ khoan nhằm làm sạch toàn bộ mùn cặn lắng
đọng ra khỏi đáy lỗ khoan.
Trong quá trình thổi rửa chú ý đầu nối ống nâng và ống dẫn đến hố chứa bùn cát rất dễ bị đứt hoặc bục do áp lực lớn dễ gây tai nạn và làm mất vệ sinh công tr−êng
Để đảm bảo ổn định thành lỗ khoan trong quá trình bơm thổi rửa, dung dịch Bentonite cần đ−ợc cấp bù liên tục để duy trì nh− mức trong lỗ khoan cao hơn mực nước ngầm 1 mét. Quá trình bơm thổi rửa kết thúc khi đáy lỗ khoan đr sạch kiểm tra các thông số kỹ thuật nh− độ nhớt,tỷ trọng, hàm l−ợng cát đạt yêu cầu.
Đối với các lỗ khoan có địa tầng kém ổn định trong quá trình bơm thổi rửa cần phải điều chỉnh l−− l−ợng khí hợp lý đủ để nâng hỗn hợp bùn cát lên mặt đất, tránh làm sập thành lỗ khoan.
- Thời gian thổi rửa tối thiểu 30 phút. Tr−ớc khi thổi rửa phải kiểm tra các thông số của dung dịch theo tiêu chuẩn thi công.
Bơm thổi rửa làm sạch đáy lỗ khoan bằng khí nén có 2 sơ đồ, đó là thổi rửa
đồng tâm và song song. Trường hợp thổi rửa đồng tâm ta sử dụng ống nâng bằng cột ống đổ bê tông và ống dẫn khí đường kính D60mm thả lồng trong ống đổ bê tông. Dung dịch khoan và bùn đất thải đ−ợc thoát ra ngoài qua đầu nối ống đổ.
Sơ đồ thổi rửa này thường áp dụng cho các lỗ khoan có chiều sâu và đường kính lớn. Yêu cầu lưu lượng khí nhiều. Sơ đồ này ít khi dùng vì thi công phức tạp, không linh động, khó khăn trong việc di chuyển đế ống nâng trên diện tích toàn
đáy, bộ gá đỡ ống cồng kềnh khó thi công.
Sơ đồ bố trí thổi rửa song song đ−ợc sử dụng rông rri hơn trong thi công cọc nhồi. Hệ thống ống nâng có đường kính D110 (mm) đoạn cuối cùng cách đáy ống nâng 1,0 mét có gia công thêm đầu ống dẫn khí D25. Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng chủ yếu hiện nay khi thi công khoan cọc nhồi. So sánh với sơ đồ thổi rửa
đồng tâm quá trình thi công bằng phương pháp thổi rửa song song thuận lợi dễ dàng, thao tác đơn giản nhanh chóng làm sạch đáy toàn diện hơn.
èng n©ng
Máy nén
khí Máy nén
khÝ èng n©ng Máng
lắng
NƯớc bù vào lỗ khoan
3-5m
Hình 3.1: Sơ đồ thổi rửa bằng máy nén khí a-Sơ đồ thổi rửa song song.
b-Sơ đồ thổi rửa đồng tâm.
* Tính toán một số thông số cơ bản:
- Chiều sâu đặt ống dẫn khí: (H)
H = k x (a + h) (m) (3.1) k: Hệ số ngập chìm (tra bảng). k phụ thuộc vào hệ số khí nén c
a) b)
èng dÉn khÝ
èng dÉn khÝ
a: là khoảng cách từ mặt đất đến đầu trên ống nâng h: Chiều sâu mực nước động tính từ mặt đất
- L−ợng khí cần thiết để đ−a 1m3 dung dịch lên mặt đất là:
10
10 ) 1 )(
lg( .
0= + + − +
k a C h
a
V h (m3 khí/m3 dung dịch) (3.2)
c: Hệ số thực nghiệm có kể đến tổn thất của khí trong đường ống. c phụ thuộc vào hệ số ngập k, mối quan hệ đ−ợc cho trong bảng sau:
Bảng 3.1: Mối quan hệ giữ k và c:
k 2,85 2,5 2,2 2 1,8 1,7
c 13,6 13,1 13,4 11,5 10 9
- Lưu lượng của máy nén khí W:
+ Lưu lượng của máy nén khí phụ thuộc vào lưu lượng của dung dịch
đ−ợc đẩy ra khỏi lỗ khoan Q
60 .V0
W=Q (m3 / phót) (3.3) - Tính áp suất của máy nén khí:
+ áp suất của máy nén khí khi bắt đầu làm việc:
P0 = 0,1[ k (h + a) – h0 + 2] (at) (3.4) h0: Khoảng cách từ tâm vòi xả đến mực nước động:
a: Khoảng cách từ vòi xả đến mặt đất
+ áp suất yêu cầu của máy nén khí khi làm việc ổn định:
P = 0,1[ h (k – 1) + 5] (at) (3.5) + áp suất yêu cầu của máy nén khí tính đến tổn hao khi làm việc ổn
định:
Pk = P + Σ P* (at) (3.6)
Σ P*: Tổng tổn hao áp suất trên đ−ờng ống dẫn khí của hệ thống.
Bằng thực nghiệm xác định đ−ợc Σ P*= 0,5 at
- Chọn đường kính ống đẫn khí (d): Căn cứ vào lưu lượng, áp suất của khí nén. Theo thực nghiệm đ−ờng ống dẫn khí đ−ợc chọn theo bảng
Bảng 3.2: Mối liên hệ giữa W và d1 :
W (m3/h) 34 – 59 60 – 100 101 - 200 201 – 400
d1 (mm) 20 - 25 25 - 32 32 – 42 40 - 90
- Tính toán ống nâng:
+ Lưu lượng của hỗn hợp đầu ra tại ống nâng:
1 60
Q W
q = + (m3/s) (3.7)
+ Diện tích yêu cầu của tiết diện ống nâng:
1 1
v
F = q (3.8)
v1: tốc độ chuyển động của hỗn hợp ở đầu vòi phun. Nó phụ thuộc vào chiều sâu mực nước động và được tra theo bảng sau:
Bảng 3.3: Tốc độ chuyển động của hỗn hợp khí (v1) Tốc độ chuyển động của hỗn hợp ChiÒu s©u mùc n−íc
động đến miệng vòi; (m)
(h + a) ở đầu trên (v2) (m/s)
ở đầu ra (v1) (m/s) 10 20
40 80
0,9 1,8 2,7 3,6
3,0 6,0 10,2 7,0 + Đường kính ống nâng theo sơ đồ bơm đồng tâm:
π π 12
4 F d
d = + (mm) (3.10)
- Tính công suất máy nén khí:
Nk = 1,1. N 0. P k . W k (3.11)
W k : Năng suất yêu cầu của máy nén khí (m3/phút) N 0 : Công suất để nâng 1m3 hỗn hợp dung dịch (kW) N 0 phụ thuộc vào áp suất làm việc của máy nén khí.
P k : áp suất làm việc của máy nén khí (at)
Bảng 3.4 : Quan hệ giữa NC và Pk
N 0 (at) 1 2 3 4 5 6 7
P k (kW) 1,47 1,4 1,25 1,18 1,1 1,03 1,13 - Hiệu suất của máy nén khí:
10
10 ) 1 )(
lg( 10
) (
+
− + +
= a h k
w
a h Q
k
ζ (3.12)
Bảng 3.5: Chỉ tiêu các thông số ban đàu của dung dịch bentonite
Stt Các thông số của
dung dịch Đơn vị tính Thông số tiêu
chuẩn Ph−ơng pháp đo
1 Tỷ trọng (y) 1,05-1,15 Tỷ trọng kế
2 §é nhít (T) sec 18-45 PhÔu ®o 500/700cc
3 Hàm l−ợng cát (c) % <4 Phễu đo 200ml
4 Độ thải n−ớc Cm3/30
phót
<30mm/30
phut -BM-6
5 Chiều dày vỏ bùn (k) mm 1-3cm đo bằng th−ớc 6 Lực cắt tĩnh (r) mG/cm2 θ1 : 20-30 Lực kế cắt tĩnh
7 Tính ổn định g/cm3 <o,o3 l
8 PH 7-10 Giấy thử PH
Nhận xét: Phương pháp thổi rửa bằng khí nén: Làm sạch đáy lỗ khoan dễ dàng và nhanh chóng, thiết bị gọn nhẹ thao tác thi công đơn giản dễ dàng. Hiệu quả làm sạch đáy cao, có thể bơm thổi rửa đ−ợc tất cả mùn khoan và cát đá, cuội sỏi ở đáy lỗ khoan lên mặt đất.
Nhược điểm: phương pháp khoan thổi khí sử dụng khi vùng đáy có đặc điểm
địa chất ổn định tầng đá gốc hoặc cuội sỏi chặt xít, không dùng cho lỗ khoan có
địa tầng kết thúc là lớp cát mịn hoặc thô.