CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN NỔ MÌN KHAI THÁC ĐÁ ĐẮP ĐẬP 27
2.5 Đập đá đầm nén và những yêu cầu cơ bản về vật liệu đắp
2.5.3 Yêu cầu về kỹ thuật và chất lượng khối đắp
2.5.3.1 Vật liệu đắp lớp đệm IIA
Lớp đệm IIA nằm dưới bản mặt bê tông và trên lớp chuyển tiếp, đây là vùng vật liệu rấtquan trọng, nó có nhiệm vụ duy trì sự làm việc ổn định của bản mặt bê tông. Các chỉ tiêu quan trọng của lớp đắp này là Yêu cầu của vật liệu cho lớp này là phải đảm bảo sao cho trường thấm nước do nứt vữa bề mặt bê tông sẽ không rửa trôi các hạt nhỏ, từ đó sẽ không làm mất lớp đệm của bản mặt bê tông, dẫn đến tính thấm nước cao, đá dễ dàng di chuyển trong quá trình xây dựng, bê tông sẽ chui vào lớp này làm
55
tăng thêm khối lượng. Yếu tố hệ số thấm của lớp này cũng đặc biệt quan trọng. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, tỷ lệ cấp phối của lớp IIA nên lấy theo Bảng 2.8 dưới đây.
Bảng 2.8 Tỷ lệ cấp phối lớp đệm IIA theo đề nghị của ICOLD
Kích thước (mm) SHERARD 1985 ICOLD 1980
75 90 ÷ 100 90 ÷ 100
37 70 ÷ 95 70 ÷ 100
19 55 ÷ 80 55 ÷ 80
4.76 35 ÷ 55 35 ÷ 55
0.60 8 ÷ 30 8 ÷ 30
0.075 2 ÷ 12 5 ÷ 15
Khi sử dụng cấp phối này, cho dù có xẩy ra sự nứt vữa bê tông trên bề mặt cũng có thể được hàn kín bằng sự chảy tràn của cát bột qua vết nứt và sẽ được đẩy vào trong các khe nứt. Đồng thời với hiện tượng xói mòn, sự khống chế bởi lớp IIA hoạt động như lớp tầng lọc.
Lớp đệm IIA chịu áp lực nước qua tấm bê tông, do đó nó cần phải có khả năng chống nén cao, ngoài ra còn có nhiệm vụ bán chống thấm. Từ các yêu cầu trên, vật liệu đắp lớp IIA phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Cấp phối hợp lý đảm bảo được độ đầm chặt để có khả năng chịu lực tối ưu và phải có tính chống xói mòn cơ học để duy trì độ ổn định và độ bền.
- Bề dày đủ lớn để có khả năng chống được ứng suất biến dạng dưới tác dụng của nước thượng lưu, nhằm mục đích giảm được độ võng của bản mặt bê tông gây nứt nẻ bề mặt, ngoài ra còn phải xét đến điều kiện thi công, lớp phải đủ dày để có thể đầm nén đạt yêu cầu kỹ thuật.
56
Vật liệu cho tầng đệm IIA có thể được sàng lọc, chọn lựa từ cát cuội sỏi tự nhiên hoặc từ đá nghiền nhỏ hoặc hỗn hợp cả hai. Đá nghiền nhỏ, đá vỡ phải được tổ hợp từ các công đoạn: Sàng, nghiền, rửa, phân chia và trộn lại.
2.5.3.2 Vật liệu đắp lớp đệm đặc biệt IIB
Vùng đệm đặc biệt IIB ở mép hạ lưu khớp nối, nên dùng đá có đường kính lớn nhất nhỏ hơn 40mm là vật liệu lọc ổn định, khi thi công rải từng lớp mỏng đầm chặt sao cho không làm dịch chuyển tầng lọc, đồng thời dùng cát mịn, mùn than…đắp lên đỉnh khớp nối để phát huy tác dụng lọc tốt hơn. Vật liệu cho lớp IIB có thể được sàng lọc, chọn lựa từ cát cuội sỏi tự nhiên hoặc từ đá nghiền nhỏ hoặc hỗn hợp cả hai sao cho đảm bảo cấp phối và độ rỗng đạt n=(15÷18)%.
2.5.3.3 Vật liệu đắp lớp chuyển tiếp IIIA
Lớp chuyển tiếp IIIA nằm giữa lớp đệm IIA và vùng đá chính IIIB, lớp này chịu áp lực của nước thượng lưu, áp lực của tấm bê tông bản mặt và lớp đệm, vì vậy nó phải có khả năng chịu lực nén cao, qua đó yêu cầu vật liệu đắp lớp này phải có được cấp phối hợp lý, đảm bảo được mức độ đầm chặt khi thi công để có được khả năng chịu lực tối ưu nhất. Bên cạnh đó, lớp IIIA phải có chiều dày đủ lớn để có khả năng chống được ứng suất biến dạng dưới tác dụng của áp lực từ thượng lưu, nhằm giảm được độ võng của tấm bê tông bản mặt do lún của lớp IIA gây nứt nẻ trên bề mặt bê tông.
Do đây là lớp chuyển tiếp nên thành phần cấp phối phải đảm bảo sao cho cốt liệu của tầng đệm tiếp giáp không bị trôi vào, nó có tác dụng lọc cho tầng đệm, đồng thời các viên đá trong tầng này đảm bảo ổn định sao cho khi có nước thấm chảy qua không bị trôi vào vùng thân đập chính, làm cho tầng đệm bị xói và hình thành khe rỗng gây ra biến dạng bản mặt bê tông. Do yêu cầu và tính chất quan trọng của nó nên vật liệu dùng để đắp lớp IIIA cần phải thoả mãn được các yêu cầu sau đây:
- Không được dùng vật liệu phong hoá, hàm lượng hạt có đường kính nhỏ hơn 0.075mm không vượt quá 8% để tránh hiện tượng xói trôi chúng ra ngoài gây ra lún ở đập.
- Đá đắp phải là đá cứng có cường độ chịu nén cao hơn 30Mpa.
57
- Không cho phép lẫn đất và các tàn tích thực vật. Hệ số hoá mềm của đá đắp vào thân đập không được nhỏ hơn 0.90.
- Vật liệu chuyển tiếp đá cỡ nhỏ yêu cầu phải có cấp phối liên tục, cỡ đá lớn nhất không quá 300mm, sau khi đầm có tính nén ép thấp, cường độ chịu cắt cao và phải có khả năng tự do thoát nước.
- Độ rỗng cho phép của khối đắp n=(18÷22)%.
Ngoài các yêu cầu trên, bề dày lớp chuyển tiếp phải xét đến sự biến dạng, phương pháp và thiết bị thi công đập.
2.5.3.4 Vật liệu đắp vùng đá chính IIIB
Vùng đá chính IIIB là vùng chịu áp lực chủ yếu để đảm bảo sự ổn định và biến dạng của đập, vì vậy yêu cầu về cấp phối, tính chất vật liệu và điều kiện thi công tương đối khắt khe. Đá đắp phải có cường độ cao, tuyệt đối không được lẫn đất và các tàn tích thực vật. Cấp phối phải đảm bảo sao cho tránh được hiện tượng rửa trôi các lớp lân cận phía thượng lưu (IIA, IIIA) trong trường hợp có sự thấm mất nước qua bản mặt bê tông. Do tính chất quan trọng của vùng vật liệu nên lớp này cần đảm bảo các chỉ tiêu cơ bản sau đây:
- Đá đắp vào thân đập để đảm bảo khả năng ổn định, biến dạng của đập thì yêu cầu khống chế giới hạn thành phần hạt và độ rỗng như sau: Dmax=800mm, n≤(20÷25) %.
(Theo kinh nghiệm của Trung Quốc).
- Cường độ không nở hông bão hoà nước 30Mpa hoặc lớn hơn là phù hợp nhưng cần phải có cấp phối hạt thích hợp.
- Hệ số hoá mềm của đá đắp vào thân đập không được nhỏ hơn 0.90.
- Kích thước vật liệu thích hợp nhất phải dựa vào chiều cao đập, chất lượng đá, phương pháp thi công..v.v, nhằm đảm bảo cho thân đập đạt độ chặt cao và dễ thi công.
Theo ý kiến của chuyên gia (Cooke 1984) cấp phối hạt sẽ là:
+ Không quá 50% hạt lọt qua sàng 25mm;
58 + Không quá 6% cỡ hạt là sét gồm cả hạt bột.
- Khối đá đổ là khối rắn chắc, sau khi đầm có thể tự do thoát nước, có tính đặc chắc cao, các hòn đá cỡ lớn xấp xỉ chiều dày lớp rải không được tập trung thành dải để tránh ảnh hưởng tới hiệu quả đầm nén. Hạt có đường kính nhỏ hơn 5mm không nên vượt quá 20%, hạt có đường kính nhỏ hơn 0.075mm không nên vượt quá 5%.
2.5.3.5 Vật liệu đắp vùng đá đổ hạ lưu IIIC
Nói chung vật liệu dùng để đắp lớp IIIC có thể dùng vật liệu như lớp IIIB. Tuy nhiên do vùng IIIC ít chịu tác dụng của áp lực nước và sự biến dạng của vùng này ít ảnh hưởng đến sự biến dạng của bản mặtbê tông do đó có thể dùng tiêu chuẩn thấp hơn so với lớp đá chính IIIB. Khi đắp lớp IIIC cần nghiên cứu để sử dụng tối đa đá đào móng công trình khi nổ mìn không đạt tiêu chuẩn đắp lớp IIIB (đá phong hoá nhẹ + đá tươi) và tận dụng toàn bộ đá phong hoá vừa.
Bộ phận dưới mức nước hạ lưu của vùng đá đổ hạ lưu (IIIC) phải dùng loại đá có khả năng thoát nước cao, chống phong hoá mạnh, nhằm mục đích hạn chế được chất lượng của vật liệu do bão hoà nước. Bộ phận trên mực nước hạ lưu có thể dùng loại vật liệu như ở vùng đá chính IIIB nhưng yêu cầu về tiêu chuẩn nén ép thấp hơn hoặc đá có chất lượng yếu hơn như các loại đá mềm, đá phong hoá vừa.
- Vật liệu là đá mềm sau khi đầm phải có tính nén ép thấp và cường độ chống cắt nhất định, có thể dùng để đắp vùng khô trênmực nước hạ lưu của vùng đá đổ hạ lưu.
- Độ rỗng cho phép của khối đắp lớp IIIC: n=(23÷28)%.
- Dùng đá có cường độ chịu nén tối thiểu là 20Mpa.
- Thành phần cấp phối yêu cầu cho lớp IIIC: Đường kính lớn nhất của viên đá Dmax=800mm, hạt có đường kính nhỏ hơn 5mm không nên vượt quá 20%, hạt có đường kính nhỏ hơn 0.075mm không nên vượt quá 5%.
2.5.3.6 Vật liệu đắp lớp IA, IB, IIID, IIIE, IIIF và các lớp khác Vật liệu tận dụng từ đá phong hoá hoàn toàn khi đào móng công trình.
+ Vật liệu đắp vùng gia tải thượng lưu IB
59
Vật liệu cho vùng này được tận dụng loại phong hoá vừa (loại A) chọn lọc từ mỏ đá hoặc đá đào móng công trình. Do tính chất không quá quan trọng của nó nên khi đắp lớp này ta có thể tận dụng tối đa lượng đá được phá ra khi nổ mìn, mặt khác nó cũng không cần phải tuân theo thành phần cấp phối nghiêm ngặt.
+ Vậtliệu đắp vùng biên hạ lưu IIID
Vật liệu đắp vùng biên hạ lưu phải đảm bảo có kích thước đủ lớn để giữ được ổn định cho chân mái hạ lưu, không để xảy ra tình trạng sạt lở mất ổn định mái hạ lưu khi có tác động của các lực từ phía thượng lưu. Vật liệu đắp lớp IIID được tận dụng chọn nhặt khi nổ mìn theo cấp phối cho lớp IIIB và IIIC. Kích cỡ viên đá được sử dụng có đường kính tối đa là 1500mm, tối thiểu là 400mm. Cường độ chịu nén tối thiểu của đá là 20Mpa. Trong quá trình thi công lớp IIID các viên đá phải được xếp theo các thế ổn định để đảm bảo duy trì mức độ bảo vệ lâu dài, chiều dày của lớp IIID thường lấy từ 3 đến 4m
+ Vật liệu đắp vùng chân hạ lưu IIIF
Chân hạ lưu làm nhiệm vụ duy trì ổn định cho mái đắp và thân đập chính (lớp IIIB và IIIC). Vật liệu đắp lớp này phải đảm bảo có tính thoát nước tốt để tiêu hết nước ở vùng thân đập chính khi xảy ra dòng thấm từ thượng lưu. Ổn định của mái đập hạ lưu phụ thuộc rất nhiều vào khối IIIF, vì vậy vật liệu cho khối này phải đảm bảo yêu cầu sau đây:
- Độ rỗng cho phép của khối đắp lớp IIIC: n=(23÷28)%.
- Cường độ chịu nén tối thiểu là 20Mpa.
- Thành phần hạt: Viên đá đắp có đường kính lớn nhất Dmax=1200mm hạt có đường kính nhỏ hơn 5mm không vượt quá 20%, hạt có đường kính nhỏ hơn 0.074mm không vượt quá 5%.
Ở đập Cửa Đạt, đá đắp khối IIIF được khai thác từ mỏ VLĐ 9A bao gồm: Tận dụng đá nổ mìn khi nổ cấp phối cho lớp đá chính IIIB và nổ mìn khai thác đá cho lớp IIIF.
+ Vật liệu đắp nền IIIE
60
Khối đất này được đắp nhằm tăng cường ổn định hơn cho vùng hạ lưu đập chính, từ đó dẫn đến sự làm việc của vùng đá chính được duy trì lâu dài. Ngoài ra vùng này cũng được làm khu vực trang trí (trồng cây, xây dựng các ô trang trí..) tạo cảnh quan du lịch cho công trình. Vật liệu đắp lớp này được tận dụng các đá không chọn lọc phong hoá vừa (loại A), đá phong hoá mạnh và đá phong hoá hoàn toàn (loại B) khi bóc tầng phủ của mỏ đá và đất đá đào móng công trình. Khi đắp lớp này đá loại A được đắp theo các lớp dày 300mm và được đầm với số lần đầm đặc trưng bằng máy đầm hạng nặng hoặc các thiết bị bánh xích đặc thù, đá loại B được đổ theo lớp dày 200mm và được đầm đạt hệ số đầm nén k = 0.95. Đá loại B được đổ phía trên nhằm thuận tiện cho công tác hoàn thiện mặt bằng và chỉnh trang mặt bằng tạo vẻ đẹp cảnh quan.
Kết luận chương 2
Khi chịu tác dụng của các kích thích sẽ làm phát nổ khối thuốc và giải phóng năng lượng dưới dạng các sóng xung kích. Biên độ ban đầu của sóng cũng như thời gian tác dụng của sóng xung kích có ảnh hưởng lớn đến mức độ đập vỡ đá. Với một biên độ ban đầu không lớn nhưng thời gian tác dụng của sóng xung kích kéo dài hơn sẽ nhanh chóng phá vỡ đất đá, các viên đá sau nổ mìn đồng đều hơn. Bên cạnh đó mặt thoáng có tác dụng làm phản xạ các sóng xung kích trở lại môitrường đất đá, vừa làm tăng thời gian tác dụng của sóng xung kích, vừa tạo ra sự giao thoa, cộng hưởng giữa các sóng để tăng cường khả năng đập vỡ đất đá.
Có nhiều phương pháp điều khiển mức độ đập vỡ đá khi nổ mìn. Các phương pháp mà tác giả đã nêu ra lànhững phương pháp phổ biến, mang lại hiệu quả tốt nhất và thường được áp dụng trên các công trường hiện nay.Nổi trội và hiệu quả hơn là phương pháp nổ mìn phân đoạn thông khí ( nội dung này tác giả sẽ đưa vào sử dụng để khai thác đá đắp đập).
Dựa trên cơsở lý thuyết, kết quả nổ mìn thực tế của các công trình nghiên cứu của ta đã tổng hợp được các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu thuốc nổvà lựa chọnđược chỉ tiêu hợp lý cho từng công việc khai thác.
Tổng quát ta có thể nhận thấy các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp có tính thay đổi liên tục đến chỉ tiêu thuốc nổ là:
61
- Tính cất cơ lý của đất đá được đặc trưng bởi hệ số độ cứng f và độ nứt nẻ của đất đá
- Yêu cầu về mức độ đập vỡ tức là thành phần cỡ hạt của đống đá nổ được đặc trưng bằng kích thước trung bình của cụ đá.
Tác giả nghiên cứu các kết quả thí nghiệm và quy trình khai thác đá phục vụ cho công tác đắp đậpnhằm rút ra những bài học thiết thức. Nội dung này ở chương 3.
62