Bêtông phun (Shortcrete)

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

214
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bêtông phun không đơn thuần chỉ là loại "bêtông tạo nhờ khí nén". Mặc dù các vật liệu cơ bản (ximăng, đá, cát, nước) là tương tự và tuân theo cùng những tiêu chuẩn ASTM, nhưng các chất thêm vào (ví dụ phụ gia tăng tốc độ đông cứng, microsilica, và sợi thép) làm thay đổi tính chất của nó và khiến cho bêtông phun trở nên độc nhất và hữu dụng theo một cách thức khác xa so với bêtông thường. Bêtông phun thảo luận ở đây tập trung vào loại sử dụng trong kỹ thuật xây dựng ngầm....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bêtông phun (Shortcrete)

Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Bêtông phun (Shortcrete) Tác giả: Elwyn H. King, Cộng tác viên chuyên môn chính (đã nghỉ hưu) của tập đoàn Parsons Brinckerhoff Quade & Douglas, Inc. Biên dịch: KS. CN. Nguyễn Đức Toản Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 12 năm 2002 chung bêtông phun sử dụng trong xây dựng ngầm. Bêtông phun không đơn thuần chỉ là loại Các hội nghị này đã được tổ chức tiếp vào các năm "bêtông tạo nhờ khí nén". Mặc dù các vật liệu cơ 1973 (tại Mỹ), 1976 (Mỹ), 1978 (Áo, về NATM), bản (ximăng, đá, cát, nước) là tương tự và tuân 1982 (Colombia, về chủ đề địa chất rất khó khăn), theo cùng những tiêu chuẩn ASTM, nhưng các 1990 (Thụy Điển), 1993 (Canada), và 1995 (Áo). chất thêm vào (ví dụ phụ gia tăng tốc độ đông Các địa điểm ngoài biên giới Mỹ, mọi quốc gia có cứng, microsilica, và sợi thép) làm thay đổi tính sử dụng rộng rãi bêtông phun, đã được lựa chọn chất của nó và khiến cho bêtông phun trở nên độc một cách đặc biệt để mở rộng sự hiện diện của đội nhất và hữu dụng theo một cách thức khác xa so ngũ chuyên môn Mỹ vào ứng dụng thực tế ở với bêtông thường. những nơi khác. Tài liệu tham chiếu đầy đủ sẽ Bêtông phun thảo luận ở đây tập trung vào loại được cung cấp ở cuối chương này. sử dụng trong kỹ thuật xây dựng ngầm. Thời gian bắt đầu ninh kết nhanh (1 - 6 phút hay ít hơn), thời gian kết thúc đông kết nhanh (điển hình khoảng 12 1. LỊCH SỬ CỦA BÊTÔNG PHUN phút, tối đa 20 phút), tính dính bám tốt vào bề mặt đất đá, liên kết tốt giữa các lớp phun liên tiếp, phát triển cường độ cao sớm (ví dụ 700 psi ≈ 50 kg/cm2 trong 8 giờ), có tính mềm dẻo và ứng suất dư/còn Các nguyên tắc về súng phun ximăng (vòi xịt lại lớn, độ thấm giảm, và có thể mỏng hơn về kích bêtông phun) đã được phát triển năm 1907 bởi thước có thể so với bêtông đổ tại chỗ, tất cả những Carl E. Akeley, nhà tự nhiên học, nhà thám hiểm, cái đó là ưu điểm tất yếu của bêtông phun. Tuy và nhà điêu khắc, để thực hiện tốt hơn các tác vậy, đối với một dự án có thể không cần đòi hỏi phẩm bệ đỡ chiến tích. Nó được phát triển hơn nữa phải có mọi tính chất ưu việt đó. Bêtông phun cốt và đăng ký sáng chế năm 1910 bởi Công ty liệu lớn là dạng chuẩn dùng cho hầm và hang lớn; Cement Gun tại Allentown, Pennsylvania, công ty việc dùng bêtông phun cốt liệu nhỏ chỉ giới hạn này cũng đặt ra một từ mới gunite cho loại vật liệu trong việc làm nhẵn bề mặt và các ứng dụng thứ mà ngày nay được gọi chính thức là bêtông phun cấp khác. cốt liệu nhỏ. Bêtông phun được đề cập tới rải rác trong rất Việc đưa vữa phun hay bêtông phun vào xây nhiều tài liệu kỹ thuật. Một nguồn tham khảo tập dựng ngầm có lẽ bắt đầu ở Mỏ Thực nghiệm trung và tuyệt vời đó là tập hợp các tài liệu hội Brucetown của Cục Mỏ Pittsburgh vào năm 1914. nghị Móng công trình (Engineering Foundation) Tuy nhiên, nó chưa thể phát triển thành một loại tổ chức năm 1916 bởi Hội Ủy trị Kỹ thuật Thống vật liệu chống đỡ chấp nhận được do có xu hướng nhất (United Engineering Trustees) về chủ đề Page 1 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 bong ra khi mới xuất hiện áp lực đá nhỏ, do đòi trong lỗ vữa đã được chứng minh trong địa tầng rất hỏi phải phun thành các lớp mỏng vì có độ dính nặng, đá schist sericite (mica trắng chứa kali) đã bám kém, và do co ngót quá nhiều gây bởi lượng mylonit hóa dẻo mềm, nơi mà hệ vì chống thép dùng ximăng cao. Đã có một vài ứng dụng thành thông thường kết hợp với hệ thanh gia cố vượt công được ghi nhận, như việc dùng nó kết hợp với trước (forepoling) bằng thép đã thất bại neo bulông tại một hầm ở Mỹ năm 1952, và tại (Rabcewicz, 1964). một hầm thứ hai do Keifer báo cáo năm 1966. Năm 1967, một đoạn hầm được đào qua sỏi Sự phát triển ở châu Âu phần lớn giống như tại chưa cố kết cho xe điện ngầm Milano (Italy), gây lục địa Mỹ này, mặc dù các tài liệu của châu Âu đề lún bề mặt ít hơn so với đã xảy ra đối với một hầm nghị chế độ kiểm soát chất lượng gắt gao hơn. Sau bên cạnh theo phương pháp khiên đào. Thế chiến II, người ta tập trung vào phát triển hệ thống ngầm như là một sự cần thiết kinh tế tại một Trong khi đó, sự phát triển song hành của kỹ loạt các dự án thủy điện và kỹ thuật khác có liên thuật bêtông phun cũng diễn ra trên bán đảo quan ở các quốc gia thuộc dãy Anpơ (Áo, Thụy Sĩ, Scandinavia. Những dự án lớn đầu tiên ở Thụy và Bắc Italia) và Thụy Điển. Năm 1952, vữa phun Điển là tại các nhà máy thủy điện Holjes (1958- được sử dụng thành công như một hệ chống và vỏ 60) và Lossens (1959-69), và ở Na Uy, tại nhà hầm duy nhất cho các hầm áp lực và hầm không áp máy thủy điện Tokke (1963) (Karlsson and Fryk, khi xây dựng hệ thống thủy điện Maggia của Thụy 1963). Xu hướng ở Thụy Điển là dùng bêtông Sĩ. phun không có cốt thép, không có lưới thép, hay các bộ phận chống đỡ hầm truyền thống khác. Một vài năm sau người ta chứng kiến sự phát Khoảng năm 1965-66, Nhật Bản có vẻ cũng đã gia triển của bêtông phun, hay "shotcrete". Các thiết bị nhập trào lưu, mặc dù có ít các báo cáo bằng tiếng có khả năng phun cốt liệu 25mm được chế tạo, Anh về các kinh nghiệm đầu tiên của họ. giúp cho có thể trộn ximăng với cốt liệu mà không cần xử lý trước, và khiến cho có thể kiểm soát Bắc Mỹ tụt lại phía sau, có lẽ do họ có một được khối lượng ximăng cần dùng. Loại phụ gia nguồn cung cấp khổng lồ về các vật liệu chống đỡ cải thiện đông cứng và thúc đẩy ninh kết cũng ra thay thế có tính kinh tế. Kinh nghiệm đầu tiên về đời, cho phép phun bêtông thành từng lớp dày, công trình ngầm có sử dụng bêtông phun cũng đã trên những bề mặt ướt, và khống chế dòng nước để lại mối nghi ngờ chung trong giới kỹ sư và các thấm khá lớn. nhà thầu về tính hoàn hảo của phương pháp, và đến nay sự nghi ngờ vẫn tồn tại. Các ứng dụng Ở Áo, các máy phun bêtông cốt liệu lớn được sớm của bêtông phun tại Bắc Mỹ gồm có Hầm chế tạo, và chức năng của bêtông phun trong việc Đường sắt Quốc gia Canada (Mason, 1968), Hầm hạn chế sự rão rời của đá không ổn định về hóa No.1 Tehachapi (Cecil, 1970), Hầm Balboa học cũng như về cấu trúc đã được chứng minh tại (Blanck, 1969), và Hầm Lucky Friday (Miner và dự án Prutz-Imst (1953-54) và tại Schwarzach Hendricks, 1969). (Los Birql, 1955-58) (Rotter, 1960). Tính hiệu quả của nó được thể hiện hơn nữa trong địa chất trượt Tóm lại, hiệu quả của bêtông phun chống lại sự không đồng nhất không cố kết và trong đất ướt, phá hoại của đất đá đã được chứng minh trong rất mềm tại Serra Ripoli và Monastero (Italy) (Zanon, nhiều điều kiện địa chất. 1962). Trong những năm 1960-62, bêtông phun của một trong hai hầm ôtô song song ở Planicia, Các dự án dùng bêtông phun đầu tiên đã sử Venezuela, đã chặn đứng hay chống lại sự rão rời dụng quá trình trộn khô. Việc dùng bêtông phun đất và giữ cho hố đào ổn định trong 12 tháng, trộn ướt bắt đầu giữa những năm 1960. Nghiên trong khi đó tuyến hầm đôi khác được chống theo cứu sử dụng sợi thép trong bêtông phun bắt đầu cách truyền thống đã gặp phải phá hoại cục bộ do cuối những năm 1970. Việc sử dụng đại trà bắt tải trọng tăng dần (Rabcewicz, 1964). Tại dự án đầu vào đầu những năm 1980 và gia tăng chậm vì kho trữ đã tháo nước Kaunertal (Áo) năm 1962-63, có nhiều vấn đề phải vượt qua và rồi sự chấp nhận hiệu quả của bêtông phun kết hợp với neo bulông tăng lên. Động lực cho sự phát triển này có từ phía Page 2 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 các nhà thầu và do có những vấn đề về lắp đặt các Sau đó có một đoạn đào thử dài 60m. Một dòng lưới thép hàn. Sự phát hiện ra lợi ích của việc cho nước xuất hiện trong khối cuội kết làm trôi ra một thêm bọt Silic đioxit (silica fume) vào hỗn hợp loạt sỏi cuội và theo sau là sự chảy nhỏ giọt nước bêtông phun là vào năm 1983. Trong vòng ba năm, đứt quãng. Sau khi phun 30 phút, bêtông bắt đầu sử dụng đại trà bắt đầu và tăng triển vững chắc. dính bám vào đất. Theo sau đoạn đào thử nghiệm, công việc đi vào quỹ đạo, với việc khoan các chu kỳ có 110 lỗ mìn, chiều dài 3m; nổ mìn; phun một lớp bêtông dày 5cm lên vòm sau khi nổ mìn 45 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG phút và phun từ một sàn di dộng vươn qua đống đá thải, tiếp tục phun lớp bêtông đó cho tới đủ chiều Các trường hợp cụ thể hầu như luôn luôn được dày 15cm trong chu kỳ xúc dọn đá thải; sau đó phân tích kỹ. Những trường hợp nói tới sau đây, phun bêtông cho tường hầm tới chiều dày 10cm được chọn trong vô số công trình đã hoàn thành, trong chu kỳ khoan tiếp theo. sẽ đại diện như là những mốc lớn hay chứng minh tính chất đa dụng của bêtông phun. Hang Nhà máy điện Drakensberg. Dự án Trữ nước bơm Drakensberg, nằm trên vách đứng núi Hầm Vancouver. Hầm Đường sắt Quốc gia Drakensberg về phía đông bắc Lesotho, Nam Phi, Canada đường ray đơn nằm dưới một khu dân cư bao gồm một nhà máy điện ngầm đào trong đất và công nghiệp của Vancouver, bang British tương đối xấu (Sharp và Lawrence, 1982). Hang Columbia. Xây dựng năm 1967-68, nó là hầm lớn hầm chính, dùng làm Gian Máy, có nhịp hơn 17m, đầu tiên ở Bắc Mỹ có dùng bêtông phun cốt liệu chiều cao 30.5m (chưa kể các hố trũng), và chiều lớn để làm vì chống ban đầu và vỏ hầm hoàn thiện. dài 198m. Gian Biến áp và Buồng Van phân phối "Mặt cắt ngang kiểu-Boston" (móng ngựa chân cũng có kích thước tương tự. Điều kiện địa chất nghiêng) cao 8.8m rộng 6m. Tổng chiều dài là không phù hợp lắm với các hang đào lớn như vậy. 3.3km, trong đó 2.8km nằm trong đá. Đá là cuội Tuy thế, các hang được gia cố bằng các neo kết conglomerat (cuội lớn tới 10cm trong cát và bulông ứng suất trước và vỏ hầm được lát vĩnh sét), cát kết (hạt mịn hoặc thô, thường mềm và bão cửu bằng bêtông phun có chiều dày tối thiểu 10cm. hoà), và hai loại đá phiến sét (một loại khối lớn, Việc phun bêtông vỏ hầm hoàn tất năm 1979 giòn, và hạn nhỏ, loại kia hạt thô và phân lớp). (trước khi xuất hiện loại bêtông phun tốt có sợi Công việc được làm theo ba ca một ngày, năm thép gia cường). ngày một tuần, nhưng không cho phép nổ mìn giữa nửa đêm và 7 giờ sáng. Địa chất bao gồm các lớp xen kẽ của bùn kết, sét kết, và cát kết với thể tường đolerit và vỉa Gương lò trong đá bắt đầu với bộ vì chống thép mạch xâm nhập và thỉnh thoảng có các lớp than (loại 8WF28) trong đá phiến sét phong hóa mềm cacbonat mỏng. Ba tập hợp khe nứt gần như thẳng hướng dốc nhẹ vào gương đào, ngoài ra có một vỉa đứng cũng hiện diện. Đặc điểm nổi trội là có các than dày 30cm nằm phủ lên một vỉa 46cm và nằm mặt phẳng phân lớp chủ yếu nằm ngang, nói chung dưới một dải phiến sét dẻo, phong hóa dày 90cm. cách nhau 0.5cm tới 50cm. Cũng có mặt các khu Thanh thép gia cố trước (forepoling) đã phải đặt vực địa chất chịu nén có mặt trượt nhẵn, hướng rất sớm. Hang rỗng phía trên dãy cọc chống đất tụt dốc 400 tới 600 trong các đá chứa nhiều sét hơn, được phun bêtông; gương đào cũng được phun cũng như thấy sự suy thoái của đá xảy ra trong các bêtông. Các lò xuyên vỉa qua địa tầng dạng tường đá mịn hơn do sự phá vỡ khối kết tập khi khô đi. ngắn được đào và phun bêtông; một vòng cắt hình Các đo đạc về ứng suất tại chỗ trước xây dựng đã vòm được đào và phun bêtông; và sau đó dựng chỉ ra ứng suất thẳng đứng gần giá trị lớp đất phủ vòm chống thép. Cuối cùng, khối đào lớn được lý thuyết và ứng suất ngang vuông góc với các hoàn thành và phun bêtông. Khi vào sâu dần, nhu tường đứng và cao, gấp 2.5 lần ứng suất đứng tại cầu đào phân mảnh giảm đi, và vòm chống thép độ sâu 152m. Địa chất như vậy khiến cho phải áp được bỏ đi khi đạt 8m. dụng các mái hầm phẳng có hoặc không có các Page 3 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 sườn vòm nghiêng và phun bêtông sớm để tránh sự Chuyển vị lệch đáng kể theo phương ngang có yếu đi của đá. Phải công nhận rằng các lớp sét thể xảy ra giữa các tường và đỉnh vòm, ước tính từ mỏng, bùn, và mica có thể gây ra sự dính bám tồi 10 đến 20 cm. Nó có thể xảy ra ngay phía dưới của bêtông, và rằng ứng suất ngang lớn có thể sinh mặt dưới của vòm phẳng theo mặt phẳng tựa yếu ra các vụ trượt mặt phẳng xếp lớp, đặc biệt là tại nhất. Việc phun bêtông ban đầu được tiếp tục, hoặc gần cao độ vòm mái và vòm đáy. vượt qua chỗ nối đỉnh vòm - cánh vòm. Việc tập trung ứng suất trong lớp ban đầu của đỉnh vòm đủ Việc đào buồng ngầm bắt đầu từ gương lò đỉnh để phá hỏng cục bộ bêtông phun tại sườn vòm. trung tâm có nhịp mái phẳng 8m. Theo sau là các Các vùng bị phá hoại được bỏ đi và thay thế nếu vết cắt rạch bên cho và dưới các sườn vòm 450 tại cần thiết trước khi phun lớp bêtông hoàn thiện. các Gian Biến thế và Gian Máy. Phần còn lại của Việc làm vỏ hầm hoàn thiện cho mái vòm được lui Gian Máy được đào theo một loạt chín bậc thềm lại cho tới khi đào xong 6 trong số 9 bậc thềm có bề dày lớn nhất 3.6m. Các gian hầm khác cần nhằm cho phép hầu hết chuyển vị chênh lệch kết đào số bậc thang ít hơn. Các thanh thép ¿25mm thúc. Một đường xoi liên tục được để lại trong lớp được dùng để gia cố đá; các bulông neo đầu tiên này, kéo dài 30 cm về mỗi phía của mối nối. Việc dài 6m, sau đó là 3m. Sơ đồ neo trên mái nói trát kẽ hở chỉ được thực hiện khi vỏ tường hầm đã chung là 1.2m x 1.2m áp dụng cho cả hai loại neo. xong và mọi chuyển vị đã kết thúc. Sơ đồ neo trên tường chủ yếu là 1.5m x 1.5m, cũng với hai loại chiều dài neo và các thanh neo được đặt xiên góc lên hay xuống (khoảng 300) theo các hàng so le nhau theo chiều đứng. Hầm Đường bộ Du Toitskloof. Các đặc điểm đáng giá của hầm này là việc dùng phương pháp Thường thì lắp đặt neo tiến hành trước phun đóng băng để ổn định hóa ban đầu cho một phần bêtông. Tuy nhiên, lớp bêtông đầu tiên đã phải duy chiều dài của nó, và việc phun bêtông lên tường trì trong vòng 7.6m kể từ gương đào và phải phun đất đã đóng băng để làm vỏ hầm vĩnh cửu. Hầm trong vòng 48 giờ sau khi đào. Lớp bêtông ban đầu dài 4km và nằm cách khoảng 64km về phía đông mỏng 5cm sẽ tăng tới 9cm. Nó được gia cường và Capetown, Nam Phi. chứa 2.75% chất tăng đông cứng (theo khối lượng ximăng). Lớp ấy có thể không dính bám nếu lượng Gần như 150m phía tây của đường hầm là đào phụ gia ít hơn, và bất kỳ lượng lớn hơn đáng kể qua đá cứng mà không có biến cố gì xảy ra, toàn nào cũng có thể gây suy giảm cường độ tới hạn. bộ hầu như là đá granit; chiều dày lớp đất phủ lớn Cường độ quy định tại 28 ngày tuổi là 300 kg/cm2. nhất là 730m phía trên nóc hầm sau khi đào có nhịp là 12.8m. Phần hầm phía tây đang xét đến ở Bản mặt của neo có một "con nhện" đặc biệt đây có mặt gương là đá granit bão hòa, hoàn toàn cấu tạo từ 4 thanh thép mềm (thép cácbon thấp) phá hoại dài hơn 120m, phần còn lại là các mặt No.3 dài 1.2m liên kết hàn. Các chân chìa được để gương xen kẽ giữa granit phân hủy, phong hóa và hướng xuống dưới nhằm tránh hiệu ứng màn chắn nguyên trạng. Lớp phủ dày 7.6m tại cổng hầm, khi phun lớp bêtông đầu tiên. Lưới thép hàn hở tăng lên tương đối đều đặn tới hơn 49m ở cuối (20x20cm @ 3.0 kg/m2) được đặt giữa các lớp đoạn hầm địa chất yếu. Mực nước ngầm tự nhiên bêtông ban đầu và cuối cùng, và các chân nhện tăng từ cao độ nóc hang khoảng 12.2m tại cổng được uốn cong để đi song song theo các lớp phun. hầm tới khoảng 45.7m tại cuối đoạn hầm (Lawrence, 1982). Lớp hoàn thiện (nhỏ nhất 5cm) có nhiều vấn đề hơn so với lớp ban đầu vì ở lớp này không cho Một hầm thăm dò 10m2 được đào toàn chiều dài phép dùng phụ gia thúc đẩy ninh kết. Kết quả là khoảng 36.6m cách tim hầm tương lai năm 1979 các lớp dưới phải giới hạn chiều dày ở 2.5cm trên để xác định chi tiết các điều kiện địa chất. Có rất phần đỉnh vì nếu lớp ban đầu dày hơn có thể nhiều vấn đề khi đào qua đá granit phân hủy nằm không kịp đông cứng để dính bám. Đôi khi, có thể dưới mực nước ngầm tại khu vực cổng hầm, bao cần tới 4 lớp, tất cả đều được thực hiện trong một gồm các chỗ đất sụt và không thể chống giữ đất thao tác toàn bộ như nhau. bằng vòm thép và ván chắn. Đã phải dùng phương Page 4 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 pháp đóng băng đất cục bộ để ổn định hóa đường Anpơ, và lớp cuối cùng 10cm lại có lưới thép nặng hầm nhỏ bé này. uốn cong trước.Việc buộc các lưới thép khá là khó khăn. Một việc làm thử mang tính lý thuyết được tiến hành trong giai đoạn đấu thầu bởi nhà thắng thầu đã chỉ ra rằng một lớp bêtông phun dày 5cm phun ở nhiệt độ 1000F (37.80C) lên một bề mặt bảo Hầm Eo biển Anh (English Channel Tunnel) dưỡng ở -40F (-200C) có thể có nhiệt độ 320F (00C) trong vòng 5 giờ. Tương tự, một lớp 10cm Việc đào các buồng ngầm giao nhau lớn được có thể mất 10 giờ, và lớp 20cm mất 40 giờ. Một mô tả trong Chương 7 phần "Các Phương pháp thử nghiệm hiện trường với một mô hình đoạn Đào". Bêtông phun đã được dùng để làm ổn định hầm ngắn có kích thước thật, đắp đằng sau là đá các hang nhỏ bằng máy đào hầm kiểu cắt gọt và granit rã rời xáo trộn, duy trì tại -200C có khí nitơ tiếp đến là các phần mở rộng tới kích thước thiết dạng khí trong các ống lồng làm lạnh, cũng chứng kế. tỏ một kết quả làm nản lòng, bởi vì tiêu chuẩn cường độ nén 280 kg/cm2 không thể đạt được, cho dù sử dụng hỗn hợp trộn khô hay ướt và đã đáp Hầm Hồ Treo (Hanging Lake Tunnels) ứng đúng tiêu chuẩn. Cũng được đề cập trong cùng phần của Chương May thay, nhiệt độ dự kiến và các vấn đề về 7, neo đá và bêtông phun được sử dụng để chống cường độ đã không thành hiện thực khi thi công đỡ ban đầu cho các hầm khoan-nổ phá này. Những thực tế, và cường độ bêtông yêu cầu luôn luôn đạt hầm khác xây dựng gần đây có dùng bêtông phun được. Có một số lý do giải thích cho điều này. Lớp và neo bulông làm kết cấu chống đỡ gồm có Hầm granit xáo trộn phía sau hiển nhiên là chứa nhiều Đường bộ Trans-Koolau trên tuyến Liên bang H-3 nước hơn vật liệu thật tại chỗ, gây ra độ lạnh tổng trên đảo Hawaii và Hầm Đường bộ Cumberland thể nhiều hơn; nước biển chứ không phải nitơ Gap cho Dịch vụ Công viên Quốc gia ở được dùng như là tác nhân làm lạnh trong hầm Tennessee. Cả ba hầm đều dùng sợi thép và thực, và tỷ số giữa năng lực làm lạnh và năng lực microsilica làm cốt cho bêtông phun và được thiết sinh nhiệt của bêtông phun là hoàn toàn khác nhau kế bởi cùng một hãng. đối với hai loại tác nhân. Một lượng ximăng cao hơn 10% (450 kg/m3) được dùng trong hầm thực so với đoạn hầm thử nghiệm, và bề mặt đào bắt đầu ấm lên ngay sau khi đào xong. Cuối cùng, giá trị cách nhiệt của bêtông phun là khá cao do đó lớp đầu tiên hy sinh 5cm đã cho phép các lớp còn lại 2. BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG được bảo dưỡng ở nhiệt độ gần với nhiệt độ trong hầm. Những phần mở rộng cho các hốc khoan dài Một số tiêu chuẩn ASTM, khi được trích dẫn, 7.6m được đặt cách nhau 30m. Tại đó vòng đóng sẽ góp phần đáng kể vào việc đảm bảo chất lượng băng có bề rộng tối thiểu 2m. Chiều dày vỏ hầm vật liệu, cung cấp các phương pháp thí nghiệm tiêu yêu cầu là 66cm trong khoảng dài 7.6m gần cổng chuẩn hóa, và quyết định các đặc tính độ bền của hầm, và dày 46cm tại các chỗ khác. Đoạn cổng thành phẩm. Chúng được liệt kê dưới đây để tiện hầm có các vì chống thép chữ H 75x75 mm cách cho việc tham chiếu có viết tắt sau này và sẽ được nhau 1m; đoạn điển hình có các vòm chống kiểu thảo luận khi nào thích hợp. Một vài tài liệu của Anpơ nhỏ hơn (mặt cắt hình chuông) đặt cách Viện Bê tông Mỹ (ACI) cũng có ích và cũng được quãng tương tự. Bêtông của đoạn điển hình được liệt kê. phun làm 4 lớp, lớp đầu tiên 5cm chứa một lưới thép nhẹ (lưới thép hàn), một lớp 10cm có lưới nặng uốn cong trước, lớp 20cm có vòm thép kiểu Page 5 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Các Tiêu chuẩn của Hội Thử nghiệm và Vật 506.1R Báo cáo hiện trạng về Bêtông liệu Mỹ (ASTM) phun Cốt Sợi thép Các tiêu chuẩn sau đây giúp đảm bảo chất 506.3R Hướng dẫn về Chứng chỉ cấp lượng của nguyên liệu (sáu tiêu chuẩn nổi tiếng cho Công nhân phun Bêtông cho bêtông và thép không nêu ở đây): 544.2R Đo lường các Tính chất của A820 Sợi thép cho Bêtông Cốt Sợi thép Bêtông Cốt Sợi thép C311 Lấy mẫu và Thử nghiệm Bụi Tro hoặc Pozzolan Tự nhiên dùng như một Phụ gia Khoáng trong Bêtông Ximăng-Portland 3. CÁC VẬT LIỆU C1240 Hơi Silica (Silic Oxyt) sử dụng trong Vữa và Bêtông Ximăng Ba loại vật liệu sau đây chủ yếu giống như cho bêtông thường; ba loại vật liệu tiếp theo sẽ tạo cho bêtông phun các tính chất đặc biệt cần thiết của nó. Các tiêu chuẩn thử sau đây giúp đảm bảo chất lượng của bêtông phun (ba tiêu chuẩn nổi tiếng được bỏ qua): Ximăng C78 Cường độ Uốn của Bêtông phun Loại 1, 2, hay 5. Khối lượng thông thường C642 Trọng lượng Riêng, Tính hút thu, và là 8.5 đến 10.5 bao (43 kg một bao) cho Lỗ rỗng trong Bêtông đã Đông cứng một mét khối. C1018 Độ bền dai chống Uốn và Cường độ Chỉ dùng một loại ximăng cho một dự án của Bêtông Cốt Sợi thép có Vết nứt-Đầu tiên để tránh sự lẫn lộn do vận chuyển. (Dùng Dầm với Ba Điểm Chất tải) Các cỡ hạt nghiền mịn hơn của Loại 1 C1102 Thời gian Ninh kết của Hồ Ximăng được ưa dùng Portland Chứa Phụ gia Tăng Đông cứng cho Bêtông phun Loại 2 bình thường thì không cần thiết cho bêtông phun khi nhiệt thủy hóa thấp nhưng C1116 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Bêtông Cốt có thể dùng nếu cần có tính kháng sunfat Sợi thép và Bêtông phun vừa phải. C1117 Thời gian Ninh kết của Hỗn hợp Loại 3 (để có cường độ cao sớm) nói chung Bêtông phun thử bằng Độ kháng Xuyên không được khuyến cáo. Sự bắt đầu và kết thúc ninh kết được thúc đẩy thường đòi hỏi C1140 Chuẩn bị và Thử các Mẫu lấy từ Tấm tại những vùng ẩm ướt và ở phía trên đầu Mẫu thử Bêtông phun hơn khả năng của bản thân Loại 3. Nhiều loại phụ gia thúc đẩy đông cứng không tương hợp với Loại 3. Các Ấn phẩm của Viện Bêtông Mỹ (ACI) Loại 4, sản xuất nhằm sinh ít nhiệt thủy hóa trong bêtông khối lớn (nhờ ninh kết từ 506R-90 Chỉ dẫn về Bêtông Phun từ), không phù hợp với bêtông phun. 506.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Vật liệu, Cấp phối, và Phun Bêtông phun Page 6 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Loại 5 chấp nhận được khi cần có tính không có microsililca, thường quy định 2% (theo chống sunfat cao. khối lượng ximăng) như là lượng dùng tối thiểu để có tính năng đạt yêu cầu; có thể cần tới 5% đối với vòm hầm; tối đa không được vượt quá 8% ngay cả dưới điều kiện đất rất ướt. Các lớp bêtông bổ sung Cốt liệu sẽ đòi hỏi ít phụ gia tăng cứng hơn do có bề mặt phun tốt hơn và độ ẩm bề mặt đã giảm đi. Một vấn Các cốt liệu phải có cấp phối đều và có độ bền. đề hay gặp phải khi dùng số phần trăm phụ gia cao Cấp phối ACI 506-2 No.2 là thông dụng nhất là sự suy giảm cường độ trong tương lai xa. Khi trong ứng dụng công trình ngầm bình thường. Cấp microsilica là một phần không thể thiếu trong hỗn phối No.1 là chấp nhận được đối với lớp phun làm hợp, các lượng phần trăm nói trên sẽ được giảm đi nhẵn; Cấp phối No.3 cũng có thể chấp nhận, đặc đáng kể; chất thúc đẩy ninh kết không được dùng biệt khi cần có các lớp dày hơn, hoặc khi nó được cho các bề mặt gần như thẳng đứng sau khi phun dùng giống như bêtông thường. lớp ban đầu, và có thể không cần sau đó nữa, phụ thuộc vào chất nền. Lớn hơn 2% rất hiếm khi cần Các cấp phối ACI 506-2 được thể hiện trong thiết cho vòm hầm. Một vấn đề khác của chất tăng Bảng 12-1 và vẽ như hình 12-1. đông cứng là tính ăn da, nó làm sạm da. Điều này Một loại vật liệu minh họa đơn giản cho cốt đặc biệt đúng trong giai đoạn trước đây, khi chất liệu nhỏ là "cát bêtông" với cấp phối đã điều tăng đông cứng dạng bột được đong đếm bằng chỉnh. Chú ý Bảng 12-1 rằng 70 đến 85% của tổng xẻng gỗ xúc đầy! Ký ức khó chịu này vẫn còn lượng cốt liệu thông thường đều là cốt liệu nhỏ. được đề cập tới trong các quy trình. Một chất thúc Một cốt liệu thô sắc thì được ưa chuộng hơn, song đẩy ninh kết dạng lỏng không ăn da dựa trên silica cốt liệu tròn cũng chấp nhận được. Cốt liệu có tính (silic đioxyt) đã được chế tạo, và việc sử dụng nó chất phản ứng không được phép sử dụng. đang tăng lên nhanh chóng. Các loại chất tăng đông cứng không ăn da khác cũng đang được phát triển. Nước Đạt được một cường độ lớn nhanh chóng trong vòng ít nhất 12 giờ thường có tầm quan trọng rất "Sạch và uống được; không có các chất có hại" lớn trong việc ổn định hóa khối đất một cách thỏa thường được yêu cầu trong mọi tiêu chuẩn kỹ mãn. Sự tăng cường độ chậm hay xảy ra, so với thuật. Các hỗn hợp với tỷ lệ nước/ximăng (N/X) các hỗn hợp không được thúc đẩy ninh kết, sau bằng 0.35 hoặc bé hơn, cũng như 0.5 hoặc lớn hơn khoảng 8 giờ và cho tới thậm chí sau 28 ngày quả sẽ không tạo được bêtông phun như mong muốn. là không mong muốn, nhưng có thể chấp nhận Một cách tiêu biểu, tỷ lệ N/X trong khoảng 0.4 và được nếu không có sẵn một loại phụ gia tăng đông 0.45 là tốt nhất. cứng nào ưu việt hơn. Căn cứ vào một cường độ tại chỗ 28-ngày cao hơn quy định, thì một lượng mất mát cường độ rất bé trong tương lai xa là có thể cho phép, miễn là đừng xảy ra sự mất mát Phụ gia tăng đông cứng tương lai làm cường độ xuống dưới giá trị quy định. Sự phun bêtông bằng khí nén và nhu cầu phải đạt được sự dính bám vào bề mặt ướt và sau đó ổn định tại chỗ trên các bề mặt đứng và đỉnh trần đòi hỏi cần phải có phụ gia thúc đẩy ninh kết để tránh Sợi thép (Steel Fibers) tạo vũng nhão và chùng võng. Lớp bêtông càng dày, thời gian ninh kết càng phải ngắn. Chất tăng Cốt thép gia cường dạng thanh thông thường đông cứng có thể dưới dạng rắn, dạng bột, và dạng không được dùng cho bêtông phun ngoại trừ khi lỏng. Sử dụng dạng lỏng là phổ biến nhất; khối điều kiện địa chất đòi hỏi phải đặt thêm các dầm lượng cần phải được đo lường. Đối với hỗn hợp (giàn) mắt cáo. Thay vào đó, yêu cầu về tính mềm Page 7 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 dẻo, độ bền dai, và cường độ dư thường được đáp thận trọng đặc biệt khi dùng đến giới hạn biên trên ứng nhờ đưa các mẩu ngắn, mỏng của dây thép do silica có xu hướng tăng co ngót và, do đó, tăng hoặc thép lá vào hỗn hợp. Khi yêu cầu chủ yếu là khả năng nứt. Các yêu cầu chính đối với giảm tính thấm bằng cách hạn chế số lượng và microsilica là (ASTM C1240): chiều rộng khe nứt co ngót, thì có thể dùng sợi polypropylene, khi có thể để đáp ứng các yêu cầu 1. Lượng SiO2, nhỏ nhất là 80% (chứ không về độ bền và ứng suất dư. phải 85% như trong các quy trình hiện tại) Có bốn loại sợi thép: dây thép kéo nguội, thép 2. Lượng sót trên sàng No. 325, nhỏ nhất là tấm cắt rời, thép tách nhờ nấu chảy, và các loại 10% khác (ASTM-C820). Chỉ có hai loại đầu được xem là thích hợp cho bêtông phun làm công trình ngầm. 3. Mất mát do đốt cháy lớn nhất 2% Ban đầu, có hai nhân tố làm chậm sự ứng dụng 4. Độ ẩm lớn nhất 3% thành công của sợi thép. "Sự làm tổ chim" hoặc "sự vón thành cục tròn" của các sợi thép rất hay 5. Kiểm soát nhỏ nhất 85%, chỉ số hoạt tính xảy ra, và sợi thép có xu hướng bị lôi ra khỏi pozzolan tăng ninh kết với ximăng Portland bêtông mà không đạt được hiệu quả mong muốn tại 7 ngày khi xảy ra nứt. Trục trặc thứ nhất được giải quyết 6. Độ hấp thụ đun sôi lớn nhất 6% trên mẫu bằng cách giữ cho tỷ số hình dạng (chiều dài chia bêtông phun cho đường kính hiệu dụng danh nghĩa) trong phạm vi rạch ròi từ 40 đến 80; gần đây, các sợi có độ dài Bụi tro được dùng thay cho ximăng trong từ 20 đến 40mm. Sức kháng tốt chống lại sự tuột bêtông có tác dụng tốt. Nó cũng có thể dùng trong sợi thép nhận được bằng cách tạo gờ cho nó, có bêtông phun cho công trình trên mặt đất khi không thể bằng sự chồn hay uốn các đầu sợi thép, hay đòi hỏi phải ninh kết nhanh. Tuy nhiên, đối với bằng cách gấp nếp hoặc tạo các sọc dọc theo chiều ngầm dưới đất, tính hay thay đổi và tác động xấu dài sợi. có thể của nó đối với sự đông cứng khiến người ta không muốn khuyến cáo sử dụng nó. Sự quy định sợi thép bằng số kilôgam trên mét khối là không hợp lý do có những khác nhau lớn "Tính dính" của bêtông phun có được nhờ về các tính chất kỹ thuật của các loại sợi. Tiêu microsilica có một giá trị đặc biệt đối với tất cả chuẩn kỹ thuật về tính năng - quy định độ mềm các lớp trên trần và ít nhất là đối với lớp đầu tiên dẻo (độ bền dai) và các yêu cầu về ứng suất dư - sẽ trên tường khi đá gốc có tính ẩm ướt cố hữu bởi phải được áp dụng. các dòng nước cục bộ. Hơi/bọt Silica (Silica Fume) Lưới thép (Wire Mesh) Cũng được gọi là microsilica, vật liệu này thay Lưới thép hàn (WWF) được đề cập ở đây do sự thế cho một lượng phần trăm nhỏ ximăng, cũng sử dụng nó thường xuyên trước đây. Nó được đưa không hẳn vì thuộc tính người ta thường nghĩ là vào bêtông phun để tạo độ bền; tuy vậy, hiện nay cải thiện cường độ bêtông của nó, mà là vì hiệu sợi thép cho ta tính chất này hiệu quả hơn. Lý do ứng phụ có lợi của nó làm tăng tính dính bám, tăng không còn khuyến khích sử dụng lưới thép nữa độ chống thấm, giảm lượng phụ gia, và, đối với không phải chỉ mang tính lý thuyết; nó có tính bêtông phun khô, giảm đáng kể lượng bụi và bật thực hành cao. Thậm chí lưới có khoảng cách nảy rơi vãi khi phun. Hai tác dụng sau phần lớn là thích hợp (10cm x 10cm hay 15cm x 15cm) cũng do lượng vật liệu lọt qua sàng số No. 200. Phần rất cứng, khiến việc lắp đặt tốn thời gian khó khăn, trăm thay thế phải giữ trong phạm vi 8 đến 13%, và do đó chi phí cao. Khi dùng trong các hầm và tốt nhất nên trong vòng 9 đến 11%. Cần có sự khoan-và-nổ mìn, có thể cần lượng dư bêtông Page 8 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 phun đáng kể để lấp đầy chiều dày đào quá thiết kế mà lưới thép không thể lắp đặt vào đó một cách thích đáng. Hơn nữa, khi để lưới thép cách bề mặt Cường độ nén lớn hơn 350 kg/m2 có thể đạt phun quá xa, theo yêu cầu để có hiệu quả lớn nhất, được, nhưng rất hiếm khi cần đến. Thường ưa thì chất lượng bêtông có thể giảm đi do hiệu ứng dùng hơn một hay nhiều hơn các lớp mỏng, do có màn chắn gây bởi cả lưới thép cứng và bởi sự rung khó khăn trong việc tạo được các hỗn hợp phù hợp động của lưới nằm dưới luồng phun. cho các cường độ cao hơn. Trừ phi microsilica (điôxyt silic mịn) là một phần cấu thành của hỗn Lưới thép đan ("liên kết móc xích") thường hợp thiết kế, người ta vẫn ưa thích tăng chiều dày được dùng phối hợp với neo đá cho an toàn khi đá thiết kế để đạt được năng lực chịu lực yêu cầu của được gia cường. Mục đích của nó là tóm bắt lại vỏ hầm. Khi mà hiển nhiên bêtông phun không chỗ lở và các mảnh rơi nhỏ của đất đá. Tuy nhiên, phải chịu ứng lực cao, thì 280 kg/cm2 là đủ. Trừ bê tông phun có hiệu quả hơn, miễn là nó được trường hợp đặc biệt, chỉ được dùng một cấp cường phun sớm, bởi vì nó chống lại sự bong lở đất ngay độ bêtông phun cho cả dự án. khi nó ninh kết và chống lại sự rơi từng khối khi nó đã hình thành cường độ nhờ tạo thành một vòm Độ dính bám và cường độ chống cắt còn quan kích thước nhất định để làm việc chặt chẽ cùng với trọng hơn cả cường độ nén. Tuy vậy, đối với đá. Khoảng hở (bước cốt thép) càng bé và kích bêtông thường, cường độ nén là một chỉ báo tốt thước lưới thép càng rộng thì càng làm tăng thêm hơn các tính chất khác; do đó mà thường dùng nó hiệu ứng màn chắn có hại. Do thế, lưới thép cũng như một thí nghiệm cơ bản. không thích hợp với bê tông phun trong hầm. Tính dính bám cần thiết đạt được dễ dàng nhất nhờ làm sạch bề mặt được phun và nhờ thêm bọt silica vào hỗn hợp (xem phần chuẩn bị bề mặt Các phụ gia khác trong chương này). Một cấp phối thiết kế tốt phải tạo ra cường độ dính bám 13kg/cm2. Giá trị thực tế Khi dự đoán có xảy ra chu trình đóng băng - tan yêu cầu quả là không có giới hạn bởi vì các bề mặt băng, cần có thêm lượng cuốn khí vào hỗn hợp được phun hiếm khi đủ phẳng nhẵn để cho phép ướt; nó không có hiệu quả đối với hỗn hợp khô. tính dính phát huy hiệu quả một mình. Lực của Một phần lớn khí bị mất mát khi phun bêtông; 10 dòng bêtông phun sẽ sinh ra các khoảng trống và tới 12% tại bơm có thể là cần thiết để tạo ra 4 đến các mô nhấp nhô nhỏ bề mặt (không phải do đào 6% "trên tường". Chất giảm nước và phụ gia siêu quá) đang được lấp đầy, để ngay khi sự ninh kết dẻo cần có trong hỗn hợp ướt. Khi có những hạn xảy ra, các tính chất khác sẽ được huy động tham chế gắt gao về môi trường thi công (bụi), cần cho gia. Ngay cả khi nó không tác dụng một mình thêm các phụ gia ngăn cản bụi đặc biệt vào hỗn trong bất kỳ khoảng thời gian đáng kể nào, sự dính hợp khô, đặc biệt là nếu không dùng microsilica; bám tốt là một tính chất cốt yếu của một thứ tuy nhiên, cần có đủ các ống xả bụi đặc biệt tại bêtông phun tốt. khu vực phun bêtông. Những năm trước đây, bêtông phun trộn khô sinh ra nhiều bật nảy rơi vãi Bình thường thì hỗn hợp được tăng đông cứng và mức độ bụi cao nhìn thấy được. Nhưng, điều sẽ phát triển cường độ nén 3 kg/cm2 ngay khi đang này là do một số nhân tố nằm ngoài quá trình trộn. ninh kết và 10 kg/cm2 trong vòng 30 phút. (Các Khi đó vẫn chưa có các vòi phun điều khiển từ xa, con số này chỉ có tính thông tin). Bất cứ khi nào và kết quả vị trí của vòi phun không thích hợp làm cần có cường độ sớm để ổn định hóa ban đầu cho tăng rất lớn bụi và bật rơi. hầm, yêu cầu 50 kg/cm2 trong 8 giờ cần phải được đưa vào quy trình kỹ thuật. Tương tự, một cường độ 3-ngày, mà nó sẽ thay đổi phụ thuộc vào cường độ 28-ngày yêu cầu, cần phải được quy định rõ. Tuy nhiên, sự quy định thông thường về cường độ bêtông 7-ngày, thường không có ý nghĩa lớn trong 4. CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT sản xuất. Do vậy, giá thành của sự thử nghiệm Page 9 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 nhiều mẫu hình trụ có tuổi như vậy không được bơm được), hay ít hơn (hoặc có thể nhiều hơn) đối đưa ra. với đợt trộn đầu tiên của bêtông trộn khô do những điều chỉnh yêu cầu bởi lượng nước có trên bề mặt Độ bền liên kết rất khó quy định do sự khác cần phun. Thử nghiệm trong giai đoạn làm thử tại nhau lớn giữa hỗn hợp khô và ướt. Sự liên kết ở hiện trường có thể cho ta một số chỉ dẫn về những đây không phải là với cốt thép, như trong bêtông thay đổi. thường, mà là liên kết giữa các lớp bêtông phun liên tiếp nhau để đảm bảo rằng tất cả các lớp thực Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, hiện chức năng một cách trọn vẹn về mặt cường công nhân thực hiện việc phun là nhân tố kiểm độ. Dữ liệu thì sơ sài, nhưng theo ACI 506R, khi soát cuối cùng về chất lượng bêtông phun. Hầu hết đo sức chống cắt nó sẽ thay đổi từ 8 đến 12% thời gian anh ta làm việc dưới những điều kiện rất cường độ nén đối với hỗn hợp khô, nhưng chỉ một khó khăn, đặc biệt là trong những hầm nhỏ; kỹ nửa cỡ đó đối với hỗn hợp ướt. Khi một lớp mới thuật phun của anh ta sẽ quyết định độ chặt, độ được phun trong vòng 24 giờ của lớp cũ, độ bền dính bám, và chất lượng. Dù sao, sản phẩm tại chỗ liên kết thường không phải là một vấn đề. cuối cùng nói chung sẽ nằm trong những giới hạn chấp nhận được. Cường độ uốn của bêtông phun thường trong khoảng 10 tới 28 ngày bằng độ 15 đến 20% cường độ nén. Do đó, hiện tượng bêtông phun "xanh" (nghĩa là "non", "tươi", hoặc đã bảo dưỡng một phần) có tính dễ uốn hơn khi tuổi còn thấp và sẽ dão ra, rồi mất mát cường độ, cần phải được ngiên 5. TRỘN ƯỚT HAY TRỘN KHÔ? cứu về mặt định tính. Tính mềm dẻo (khả năng sinh ra biến dạng lớn mà không bị phá hoại) có được nhờ dùng cốt sợi Từ giai đoạn sớm ban đầu, tất cả bêtông phun thép. Do đó, cường độ uốn và ứng suất dư cần phải đều là trộn khô. Vòi phun đã không đủ khả năng là những điểm bắt buộc trong quy định kỹ thuật. trộn kỹ nước và các chất rắn, và vẫn chưa có kỹ Gần đây, các phương pháp thử đã được thiết lập thuật điều khiển từ xa. Kết quả là, cả độ bật nảy nhưng khó thực hiện, và vẫn còn đang trên đường rơi vãi và gây bụi không khí đều quá mức. Cải tiến đi tới một sự nhất trí về các giá trị chuẩn (xem mặc dù chậm nhưng hiện nay đã có hiệu quả. Tuy thảo luận trong phần "7. Thí nghiệm"). thế, vẫn có một số chỉ trích không có lý do xác đáng đối với phương pháp trộn khô. Tương tự như Khả năng chống thấm tốt hơn nhận được bằng vậy, thiết bị trộn ướt đầu những năm 1970 chưa cách tránh dùng hỗn hợp quá nhiều ximăng một thể tạo được bêtông phun thoả mãn cho sử dụng cách thừa thãi (để giảm thiểu nứt do co ngót), bằng ngầm, cơ bản là do thiếu sự cân đong chính xác. cách sử dụng sợi thép (để giảm thiểu và phân bố Tuy nhiên, trong nhiều năm trở lại đây bêtông độ mở của các khe nứt co ngót), dùng ximăng phun chất lượng tốt đã có được nhờ bởi mỗi nghiền mịn hơn, cho thêm bọt silica, và nhờ kiểm phương pháp. Sự ưa dùng hỗn hợp ướt hay khô soát cẩn thận khoảng cách và tư thế vòi phun (để vẫn có thể có những tranh cãi sôi nổi - và đôi khi bêtông phun tại chỗ có mật độ (độ chặt) lớn nhất). sinh ra những quyết định độc đoán thiếu đúng đắn. Trung tâm của những bàn luận ấy là sinh bụi ô Khác với thép kết cấu hoặc bêtông, sản phẩm nhiễm không khí, bật rơi vãi, và tốc độ sản xuất cuối cùng "trên tường" sẽ không thực sự đúng với (năng suất). quy định kỹ thuật hay với các tỷ lệ tạo ra trong phòng thí nghiệm. Lượng ximăng thực dùng sẽ lớn Khi sự ứng dụng toàn thế giới được xem xét, thì hơn; lượng cốt liệu, đặc biệt là phần cốt liệu lớn, một cái nhìn khái quát trên bề mặt tạo ra một cảm sẽ giảm đi. Cả hai đều do sự nảy bật của cốt liệu. tưởng về sự thiên vị bởi một số quốc gia hay khu Tổng lượng nước rất có thể là nhiều hơn đối với vực. Khảo sát kỹ hơn cho thấy sự ưa thích hơn như bêtông phun trộn ướt (do sự "đầm lại" để có thể vậy thực tế là dựa trên - một cách rất đúng đắn - Page 10 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 điều kiện địa chất. Tại hội nghị năm 1991 của ủy nước/ximăng (N/X) của sản phẩm. Các thiết bị ban bêtông phun của Hiệp hội Xây dựng Hầm hiện nay có thể phun được cỡ cốt liệu lớn nhất là Quốc tế (ITA), các văn kiện và thảo luận cho thấy 20mm. Hơn nữa, những phương pháp thành công rằng, Na Uy khi đó hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp đã được phát minh để đưa các phụ gia tác dụng- ướt mà thôi và Thụy Điển sử dụng hỗn hợp ướt nhanh tới ống dẫn. Việc bơm bêtông có độ sụt bé nhiều gấp ba lần hỗn hợp khô. Cả hai quốc gia chủ thường là một vấn đề, và do vậy một lượng nước yếu dùng chiều dày tổng cộng từ 10 tới 20cm. Mặt nhiều hơn yêu cầu một chút được sử dụng. Nhờ khác, Đức lại hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp trộn dùng phụ gia tăng ninh kết, bêtông như vậy có thể khô, và Áo định hướng mạnh mẽ tới sử dụng được tạo ra để dính bám vào mặt trần, nhưng bêtông trộn khô. Hai nước này cũng sử dụng chiều thường thì cường độ cao nhất có thể chịu thiệt. dày vỏ hầm từ 20 đến 40 cm, về cơ bản có các Tuy nhiên, phương pháp này cho thấy rằng khá kích thước giống như vỏ hầm bêtông thường. thuận tiện khi sử dụng với những công nhân kém lành nghề, đặc biệt là trong những công trình có Na Uy và Thụy Điển được chú ý vì ưu thế của không gian hạn chế trong các hầm mỏ, mà đa số họ về địa chất đá tốt. Bởi thế vỏ hầm mỏng và các trong chúng nói chung là khô. chất tăng đông cứng số lượng không đổi là một hệ quả tự nhiên, đặc biệt là vì kết cấu chống đỡ nhanh và nặng nề không phải là một vấn đề lớn. Nước Đức đã sử dụng bêtông phun phần lớn trong các Bảng 12-2. So sánh các Quá trình Trộn-Ướt và loại đá mềm hơn và đất yếu. Nước Áo, với nhiều Trộn-Khô hầm qua dãy Anpơ của mình, đã phải chiến đấu với cả dãy núi đá và các điều kiện đất yếu. Trong Quá trình trộn Ướt Quá trình trộn Khô địa chất khó khăn, đào hầm theo lối từng phần 1. Nước trộn được kiểm 1. Kiểm soát tức thời gương đào thường thích hợp và dẫn đến khối soát tại thiết bị vận lượng nước và độ linh lượng bêtông phun nhỏ và ứng dụng thường xuyên chuyển và có thể đo động của hỗn hợp tại hơn. Các bậc thềm ngắn điển hình cho NATM đòi lường chính xác. đầu vòi phun để đáp hỏi bêtông tạm thời khá lớn cũng như việc phá bỏ ứng các điều kiện hiện nó. Khoảng thời gian càng ngắn, bêtông phun càng trường khác nhau. đạt cường độ thấp và việc phá vỡ và dời chuyển nó càng dễ. 2. Đảm bảo tốt hơn rằng 2. Phù hợp tốt hơn khi nước được trộn kỹ với phun hỗn hợp chứa cốt Có những khác nhau và những ưu điểm nhất các thành phần khác. liệu nhẹ, các vật liệu định của bêtông trộn ướt và trộn khô, ngay cả khi chịu nhiệt và bêtông sản phẩm cuối cùng có thể gần giống nhau (xem phun đòi hỏi cường độ sớm. Bảng 12-2). Kết luận chung không thể chối cãi là 3. Có thể sử dụng hỗn cả hai quá trình trộn đều có vị trí thích đáng của nó hợp trộn sẵn khối lượng 3. Đầu tư thiết bị ít hơn. trong xây dựng ngầm. Loại này hay loại kia, do lớn. đó, không thể bị loại trừ một cách tùy tiện khỏi các tài liệu hợp đồng. 4. Cân đong chính xác hơn. 4. Vận tốc va chạm lớn hơn; dính bám tốt hơn. Quá trình trộn ướt 5. Các đặc điểm phun lúc 5. Thường có độ bật rơi bắt đầu và kết thúc sẽ Quá trình trộn ướt bao gồm việc hòa trộn những thấp hơn do đó lãng phí tốt hơn với hao phí tối vật liệu ít hơn. thiểu và độ cơ động khi khối lượng đã được cân đong của cốt liệu, ximăng, phun cao hơn. và nước, rồi đưa hỗn hợp nhận được vào một bình chứa để bơm đi bằng khí nén hay cơ khí qua một 6. Có khả năng truyền đi ống dẫn tới đích cần phun nhờ một vòi phun. Nó 6. Gây ít bụi hơn và mất khoảng cách xa hơn. có ưu điểm là kiểm soát chặt chẽ được tỷ lệ mát ximăng đi liền với Page 11 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 thao tác phun. mặt hoàn toàn sạch, và không có các hốc nhỏ bề mặt của vật liệu kém (giống như sữa ximăng), một 7. Có thể cho phép cuốn thiết bị làm ẩm/rửa bằng nước áp lực-thấp có thể 7. Dễ phun mặt trần hơn. khí. được dùng với mục đích tiết kiệm thời gian. 8. Có thể đạt cường độ 8. Có thể có năng suất cao hơn. Một ngoại lệ với mô tả trên đây đôi khi xảy ra lớn hơn. trong một môi trường làm hầm có đất sét. Trong trường hợp này, một họng phun chỉ dùng khí có thể là cần thiết nhằm tránh để lại một màng mỏng Quá trình trộn khô của vật liệu ngăn cản-dính bám. Các họng phun chỉ dùng khí cũng thích hợp nếu vật liệu của bề Bêtông phun trộn khô bao gồm một hỗn hợp mặt phun xuống cấp nhanh chóng khi có nước xâm của cốt liệu ẩm và ximăng nạp vào một máy phun, nhập. đưa vào một luồng khí với tốc độ đồng đều để đi qua một ống dẫn tới vòi phun. Nước thủy hóa được cho vào tại vòi phun trước khi phụt vào mặt đất. Nước được kiểm soát bằng tay, cho phép điều Chuẩn bị Cốt liệu Trộn-Khô chỉnh để thay đổi độ ướt của bề mặt cần phun. Khi dự trữ cốt liệu trộn khô tại hiện trường, cần Thêm phụ gia dạng bột vào hỗn hợp khô trong khi phải bảo vệ nó khỏi các yếu tố như mưa, tuyết, nó được nạp vào máy phun. Nếu là dạng lỏng, phụ băng... Việc dự trữ theo nhóm kích cỡ hạt cần phải gia được trộn với nước trước khi nước bơm tới vòi tránh sự chia tách theo kích thước dưới tiêu chuẩn. phun. Tốt nhất, phải duy trì độ ẩm cho cốt liệu từ 3 đến 6% (cơ bản là bão hòa). Độ ẩm bé hơn sẽ hấp thụ quá nhiều nước hoà trộn; nếu lớn hơn sẽ tạo ra tỷ lệ N/X quá cao. Khi sử dụng các bao vật liệu khô tiêu chuẩn đóng gói sẵn, cần phải đưa vật liệu qua 6. CHUẨN BỊ, TRỘN, PHUN, VÀ BẢO một thiết bị gây ẩm trước ngay trước khi đưa vào DƯỠNG "thùng" để có được điều kiện ẩm 3 - 6%. Chuẩn bị bề mặt cần phun Hỗn hợp Sự dính bám tốt vào đất bằng lớp phun ban đầu Ở đây giả thiết rằng cả cường độ sớm cho ổn và tính liên kết tốt giữa các lớp kế tiếp sau là định hóa ban đầu và tính chống thấm lâu dài lớn những điều kiện tiên quyết của thứ bêtông phun có nhất đều được yêu cầu và rằng sợi thép và chất lượng. Bề mặt được phun cần phải sạch và microsilica là cần thiết. Các thành phần của hỗn ẩm, nhưng không được ướt, ngay trước lúc phun. hợp đã được thảo luận trên đây, trong phần "3. Các Điều này đạt được tốt nhất bằng một máy xịt khí- vật liệu". nước kết hợp áp lực cao, sử dụng với một vòi phun dài dạng ống xịt được giữ tương đối sát bề mặt. Chỉ dẫn tốt nhất cho sự cân đong ban đầu là Chỉ rửa bề mặt với nước phun qua vòi phun bêtông kinh nghiệm tại từng địa phương; sau đó được bổ là chưa đủ và không chấp nhận được. sung bằng quy trình kỹ thuật thông thường cần thiết và thí nghiệm đặc biệt. Khi chưa có sẵn kinh Việc làm sạch tương tự là cần thiết khi một nghiệm như vậy, hỗn hợp khô trộn thử ban đầu có khoảng thời gian đáng kể (24 giờ) đã trôi qua giữa thể lấy xấp xỉ như sau: các đợt phun, hay khi công việc tại gương đào đã làm sinh ra các kết bám (gồm cả bụi) lên bề mặt bêtông. Đối với những thời đoạn ngắn hơn, một bề Page 12 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Ximăng 397 kg/cm3 ống dẫn vào đầu phun, do đó khống chế dòng vật liệu để chúng được trộn lâu hơn trong ống. Ngày Bọt Silica 53 kg/cm3 nay, vành gom nước được gắn lùi xa hơn, phần phía trong buồng trộn được cải tiến để hoà trộn tốt Cốt liệu Nhỏ 1156 kg/cm3 hơn, v.v... Một số vòi phun có hai vành gom nước riêng biệt. Nước 160 kg/cm3 Vị trí/tư thế Vòi phun Nước trộn-khô bao gồm cả độ ẩm cốt liệu và nước hoà trộn. Việc cân đong trộn-ướt cần cho Bêtông phun tốt nhất "trên tường" nhận được thêm ximăng, ít microsilica hơn, ít cốt liệu nhỏ khi vòi phun được giữ cách bề mặt được phun hơn, và nhiều nước hơn, với mọi lượng thay đổi trong vòng 1m đến 1.7m và vuông góc với bề mặt ban đầu khoảng 5 hay 10%. Ngoài ra, chất giảm ấy hay trong phạm vi 150. Sai khác với điều kiện nước, phụ gia siêu dẻo, hay phụ gia cuốn khí cần này sẽ sinh ra độ đầm chặt kém (mật độ bêtông) và phải thêm vào khi thích hợp. rơi vãi nhiều hơn (tốn tiền). Xét rằng các hạt trong dòng bêtông được bắn với vận tốc 75 đến 150 m/s Cân đong sản phẩm có thể trên cơ sở khối (270 đến 540 km/h), dễ hiểu rằng tại sao công lượng hay thể tích. Nếu dùng đong đếm thể tích, nhân cầm vòi phun, ngay cả khi mặc quần áo và cần phải có sự kiểm tra so sánh khối lượng hàng dụng cụ bảo hộ, rất hiếm khi có thể dùng tay để ngày hoặc dựa trên một phân tích khối lượng tích giữ vòi phun đúng tư thế. Ưu điểm của các "robot" lũy như đã quy định. (đúng hơn là loại vòi phun điều khiển từ xa) là hiển nhiên, và do đó các quy trình luôn yêu cầu sử Sự cho thêm vào cốt sợi thép sẽ ít đòi hỏi hoặc dụng chúng khi có thể. không đòi hỏi có sự thay đổi đối với hỗn hợp bêtông phun thông thường. Hiệu quả chính sẽ là một hỗn hợp đôi chút khô hơn với độ sụt bé hơn. Tuy vậy, sự có mặt của microsilica sẽ làm tăng Vòi phun điều khiển từ xa tính công tác. Các yêu cầu đối với điều khiển từ xa là: phải Nói chung, thiết kế hỗn hợp phải giữ tỷ lệ N/X lắp vòi phun tại đầu của một tay với dài đằng trước và hệ số ximăng càng thấp càng tốt và tỷ lệ cốt một xe nặng, có khả năng di chuyển đầu tay với liệu thô càng lớn càng hay. Luôn luôn có sự cám theo ba chiều và quay vòi phun theo góc cầu, cũng dỗ cho thêm ximăng để có tính công tác lớn hơn như có một bộ điều khiển để kiểm soát một cách và giảm cỡ cốt liệu lớn nhất, nhưng điều này lại êm thuận sự chuyển động của vòi phun. Ngoài phản tác dụng đối với yêu cầu co ngót nhỏ nhất. việc có thể giữ vòi phun ở tư thế đúng nhằm có được bêtông độ chặt lớn nhất tại mọi thời điểm, còn có thể phun bêtông vượt qua đống đá vừa nổ mìn, do đó làm ổn định hóa hầm nhanh hơn. Vòi phun Hỗn hợp-Khô Trong thực tế, thiết bị này rất đa dạng, từ một Vòi phun cho bêtông phun trộn khô gây sự máy phun đơn giản chế tạo theo đặc thù công việc quan ngại bởi vì nước được cho vào tại đây, và có đến các nhà máy bêtông phun hoàn chỉnh phức tạp cực kỳ ít thời gian cho sự tương tác. Một vòi phun đặt trên bánh xe. tiêu chuẩn có một vòng gom nước đơn đặt phía sau đầu phun. Thời kỳ đầu có rắc rối trong việc tạo ra sự thủy hóa hoàn toàn, nó gây rất nhiều bụi và rơi vãi. Một số thợ phun bêtông giải quyết điều này Các yếu tố Phun bêtông khác bằng cách nối thêm một đoạn ngắn (khoảng 0.6m) Page 13 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Chiếu sáng tốt trong khi phun bêtông là rất quan trọng bởi vì diện mạo bề ngoài cho biết khá nhiều về chất lượng của sản phẩm tại chỗ. Ngoài 7. THÍ NGHIỆM việc phát hiện sớm sự tróc mảng và sụt mới chớm, thì lượng hợp lý của nước trong hỗn hợp, sự bắt đầu mạnh mẽ của quá trình ninh kết, tính đồng nhất của cấu trúc bề mặt, v.v... có thể được quyết Thí nghiệm để Chấp thuận Hỗn hợp định tốt hơn. Do đó, cần thiết phải chiếu sáng bằng Thử nghiệm được yêu cầu đối với nguyên liệu, đèn pha có thể di chuyển được dễ dàng. thợ máy (người cầm vòi phun), tính khả áp dụng Phụ thuộc vào mức độ khó khăn và hạn chế của tại hiện trường, và đối với sản phẩm bêtông tại môi trường làm việc, có thể phải lắp thêm các ống những giai đoạn thiết kế hỗn hợp khác nhau và thông gió phụ từ ống thông gió chính. tuổi của mọi bêtông phun quy định trong hợp đồng. Vật liệu rơi vãi do bật nảy cần phải được thu dọn và thải đi. Điều này là đặc biệt quan trọng khi Mọi loại bêtông phun thực hiện nhằm mục đích bêtông tường đang được phun xuống cao độ vòm thuận tiện cho nhà thầu sẽ chỉ do nhà thầu chi trả ngửa. Khối lượng bật nảy của hỗn hợp trộn khô và nhà thiết kế không được đòi hỏi thí nghiệm. lớn hơn trộn ướt, rất có thể là gấp đôi so với giá trị Tuy nhiên, các "công tác đào nhằm mục đích nhỏ nhất 5 đến 15% của loại trộn ướt. thuận tiện thi công" mà cuối cùng không được đắp trả lại và sự trượt lở của chúng có thể gây nguy Việc bảo dưỡng thiết bị phun bêtông thường hiểm cho các công việc chính sẽ phải được làm ổn xuyên là bắt buộc nếu muốn tránh thời gian chết định hóa vĩnh viễn, ghi rõ trong quy trình. Làm gây lãng phí của máy trong khi làm việc. Máy sao để khiến chúng có tính nhạy cảm ít đi một phun (từ buồng phun tới vòi), đặc biệt là "bộ ruột" cách thích hợp. (những bộ phận bên trong), phải được rửa sạch kỹ càng sau mỗi phiên làm việc để tránh sự bít nút Thử nghiệm nguyên liệu - ximăng, cốt liệu, sợi kín, v.v... Cũng cần đều đặn thay thế các bộ phận thép, và microsilica - được lập ra kỹ càng về mặt chịu mài mòn lớn. Thời gian chết dùng cho sửa phương pháp thực hiện và kết quả yêu cầu. Vì lý máy sẽ làm chậm tiến độ và tăng tổng giá thành, do cần thiết nhiều hơn là do hiển nhiên, ta nên nói không chỉ đối với bộ phận làm công tác bêtông. thêm rằng những thay đổi về nguồn vật liệu đòi Cần tiến hành bảo dưỡng trong những thời kỳ hỏi phải có thí nghiệm trước khi sử dụng vật liệu không phải là nguy cấp trong khi mà công việc mới. bình thường đang tiến triển. Thử tay nghề mỗi công nhân phun bêtông để biết họ có khả năng tạo được bêtông chất lượng thoả mãn rõ ràng là một việc cần thiết, vì điều này Bảo dưỡng Bêtông có thể là một mắt xích yếu trong dây chuyền vật liệu - trộn - phun - hình thành sản phẩm. Tiêu Trong hầm nơi mà độ ẩm tương đối trong vùng chuẩn ACI 506.3R quy định thủ tục cấp chứng chỉ mới phun bêtông thấp hơn khoảng 85% (độ ẩm cho công nhân phun bêtông. Sở hữu một chứng chỉ cao hơn có tính điển hình hơn), bề mặt bêtông phải đang có hiệu lực là bằng chứng đủ nói lên năng được giữ ẩm bằng cách phun nước cho tới 7 ngày. lực, chịu sự thẩm tra bằng cách khoan lấy mẫu từ Điều này rất khó thực hiện trong nhiều hầm do công trình tham gia trước đó với thiết bị phun giới hạn về không gian. Thời gian thực tế yêu cầu được chấp thuận. Tốt nhất là làm một biên bản về sẽ thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhanh đến thử tay nghề, nhưng đó không cần thiết phải là một đâu bêtông đạt được đủ cường độ để thực hiện điều kiện tiên quyết. Nếu chưa được chứng nhận, chức năng theo thiết kế. thì trước khi chấp nhận cho công việc sản xuất được bắt đầu, bắt buộc phải chứng minh khả năng đã làm với thiết bị sản xuất, các hỗn hợp đã được Page 14 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 chấp nhận bằng trộn thử hiện trường phù hợp với các thủ tục thí nghiệm hiện trường, và đáp ứng các kết quả yêu cầu. Các thí nghiệm đặc biệt Thí nghiệm bêtông phun là một quá trình ba- Khi cần có độ chống thấm cao, cần phải thử phần. Giai đoạn thứ nhất, kiểm tra tính tương nghiệm tính hiệu quả của hỗn hợp thiết kế theo thích, yêu cầu trước khi các vật liệu đề nghị và như tiêu chuẩn ASTM C642 sử dụng giá trị hấp nguồn của chúng được chấp thuận. Tính tương hợp thụ đun sôi lớn nhất là 6%. giữa ximăng-phụ gia là quan trọng nhất. Phải tuân theo tiêu chuẩn ASTM C1102. Tương tự, sự tương Độ bền dai là một chỉ báo về khả năng hấp thu hợp của toàn bộ hỗn hợp và cấp phối phải được năng lượng của bê tông phun khi uốn. Cường độ thiết lập bằng cách tuân thủ nhiều yêu cầu, với hỗn chống uốn của bê tông phun có cốt sợi thép được hợp đề nghị được chuẩn bị, bảo dưỡng, và thử xác định từ đồ thị của số liệu đường cong chất tải - trong phòng thí nghiệm. uốn nhận được từ Phương pháp Thí nghiệm Tiêu chuẩn ASTM C1018-89 đối với một dầm thử. Độ Giai đoạn thứ hai, trộn thử tại hiện trường, bắt bền được thể hiện bằng một diện tích nằm dưới đầu khi hoàn tất giai đoạn một. Vật liệu lấy từ đường cong chất tải uốn từ gốc của nó tới tiêu nguồn hợp lệ phải được kết hợp theo hỗn hợp đã chuẩn uốn lựa chọn. chấp thuận nhờ thiết bị sẽ dùng trong tương lai, sau đó phun bởi một công nhân lành nghề vào một Chỉ riêng các chỉ số độ bền không chỉ ra được cái hộp có cỡ thích hợp, được treo cả ở vị trí thẳng cường độ của bê tông còn lại bao nhiêu sau một độ đứng và trên đầu. Phải sử dụng thiết bị vòi phun có uốn cho trước. Do đó, việc thêm vào quy trình kỹ điều khiển từ xa như đã đề nghị. (Sau đó, cần theo thuật các yêu cầu về cường độ dự trữ là cần thiết thủ tục tiến hành để cấp chứng chỉ cho công nhân để chỉ ra đượccần bao nhiêu năng lực dự trữ đối phun). Sau khi bảo dưỡng theo đúng cách thức đề với dự án đang thi công. Hệ số ứng suất dư (Rx,y) nghị áp dụng cho công trình thực, cần phải khoan được tính toán như là hiệu số giữa hai giá trị độ lấy mẫu và chế tạo dầm thử, sau đó thí nghiệm. bền (Ix, Iy) nhân với một hằng số thích hợp. Giai đoạn ba, thí nghiệm trong khi thi công, có Về mặt lý thuyết, một vật liệu dầm có một ứng ba phần. Đầu tiên, cần lặp lại quá trình trộn thử tại xử đàn hồi hoàn hảo cho tới khi xuất hiện vết nứt hiện trường ngay tại gương đào trong khi phun đầu tiên và sau đó có một ứng xử dẻo hoàn toàn sẽ bêtông thực sự theo yêu cầu của Tư vấn. Thứ hai, có một giá trị I5 là 5, I10 là 10, v.v... Các năng khoan lấy mẫu từ khối bêtông phun tại chỗ, cách lượng tương ứng là gấp 3.0 lần giá trị đó khi có vết quãng theo như đã định trước. Mục đích trước hết nứt đầu tiên đối với I5, 5.5 lần đối với I10, v.v... của những việc này là nhằm kiểm tra chiều dày và Trước đây, người ta chỉ đưa ra các giá trị I5 và I10. độ kết dính; tuy nhiên, cũng cần phải thử cường độ Ngày nay, các giá trị I30 cũng được sử dụng và nén. Phần thứ ba là sự kiểm tra toàn bộ bêtông đổ đang nghiên cứu dùng I50. Hệ số ứng suất dư lý tại chỗ. Ngoài việc kiểm tra bằng mắt để biết các thuyết cho R10,30 là 100. Tiêu chuẩn ASTM khuyết tật, phải kiểm tra độ âm vang của bêtông C1116-89 cung cấp một chỉ dẫn về các chỉ số độ tại nhiều vị trí bằng cách dùng búa địa chất hoặc bền đối với các cấp tính năng tương đối (xem một búa tương tự gõ vào bề mặt. Bêtông kết dính Bảng 12-3). Chú ý rằng cấp IV không thể đạt được tốt và chất lượng cao sẽ gây nên một âm thanh với loại sợi thép hiện nay. trong, rõ, vang vọng riêng biệt. Bêtông phân lớp hay có lỗ rỗng bên trong sẽ cho ta một âm thanh lộp bộp hay ốm ốm, rỗng. Nếu nghe lộp bộp, vùng đó cần được kiểm tra lại kỹ lưỡng và xác định tương đối biên giới. Sau đó cần khoan lấy mẫu và kiểm tra. Bêtông bị khuyết tật cần phải phá bỏ và thay thế bằng bê tông khác có chất lượng. Page 15 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 sự tăng có được bởi các gấp nếp đối với các vòm bản thép mỏng nhẵn. 8. NHỮNG XEM XÉT KHI THIẾT KẾ Với các trần phẳng, không được phép sử dụng đơn độc bêtông phun. Ít nhất cũng phải có sự neo bulông tối thiểu để đảm bảo chống lại một mặt Thảo luận cho tới điểm này đã tập trung về vấn phẳng phân lớp yếu không dự kiến tới. Ngoài ra, đề bêtông phun là gì và làm thế nào để chế tạo nó. sự dính bám có thể không đủ một cách cục bộ. Lý luận và các bước thiết kế tổng quát đã được nói Một sự sụt ban đầu sẽ không có tác dụng bảo vệ tới trong các Chương 5, 6, và 7. Chiều dày bêtông, khỏi sự bong tróc liên tiếp hay sự uốn thứ cấp trừ dựa trên phương pháp kinh nghiệm và dựa vào các phi được neo giữ bởi bulông. công trình đã hoàn thành, đã được thảo luận trong Chương 7. Bêtông phun có thể được dùng với sự tin tưởng trong nhiều điều kiện đất yếu. Đất sét cứng vừa là Trong hầm xuyên đá, thường sử dụng kết hợp một ví dụ. Mặc dù bị chất tải tới gần cường độ bêtông phun và bulông neo đá để gia cường cho không nở hông của nó, sự bao nén khối đất nhờ có đá. Chỉ trong rất ít trường hợp (ví dụ, tính chống một vòng bêtông phun sớm sẽ giúp phục hồi lại thấm là yêu cầu chính, sự bảo vệ đất khỏi bị rã ra, hầu như tất cả cường độ ban đầu. và trong đá cứng nơi có thể đảm bảo sự dính bám tốt) thì mới có thể dùng đơn độc bêtông phun. Phương pháp Làm hầm Mới của nước Áo Ngược lại, bêtông phun thường xuyên không phù (NATM) và kỹ thuật quan trắc của nó đã có thành hợp trong các hầm đào bằng máy khoan hầm TBM công tốt trong địa chất khó khăn. Các hầm tiết diện (đã lưu ý trong Chương 7). Trong những trường nhỏ riêng biệt có thể giảm đi về kích thước cho tới hợp khác, bêtông phun và bulông bổ sung cho khi một lượng bêtông phun hợp lý tạo ra được một nhau. (Trong thuật ngữ châu Âu, bulông (bolt) có gương mở ổn định. thể được gọi là neo (anchor), một thuật ngữ có tính mô tả tốt hơn tới mức độ mà bêtông phun Các gương mở lò sau đó có thể được mở rộng được đề cập). hay tổ hợp lại bằng cách phun thêm bêtông ngay lập tức sau khi tạo ra được gương đào lớn hơn. Khi các thanh neo chốt (dowels) quả thật tạo ra Việc này tạo ra các tường và vòm bêtông chiều sự neo giữ và bêtông phun chủ yếu là làm việc hai dày quá lớn, nhưng quan trọng hơn, nó lại tạo nên chiều, thì bêtông có thể được thiết kế theo kiểu được một đường hầm hoàn chỉnh. hẫng ra từ một gối neo, như là một tấm bản gối lên bốn neo tại bốn góc, v.v... Tuy nhiên, tính dính Những đất nén ép và đất trương nở không bị bám vào đá và tác dụng như một dầm của tổ hợp khống chế bởi vỏ bêtông phun, ít nhất là không bêtông-đá cũng cần phải được xem xét, nếu không cho tới khi các bulông neo dài và thời gian đã giúp sẽ sinh ra một chiều dày bêtông quá lớn. Nhu cầu ổn định hóa được khối đất. Một số dự án đã dùng khiến bulông làm việc như là các neo bêtông sẽ các rãnh khía cắt vào bêtông để cho phép sự biến giảm đi nhanh chóng khi "tấm bản" trở nên cong; dạng có kiểm soát được tiếp tục diễn ra. dầm tổ hợp thậm chí trở nên hiệu quả hơn, và các bulông neo sẽ có tác dụng nhiều hơn là chức năng thật sự của chúng, nghĩa là, nén ép bao bọc đá để đá chống lại được nhiều hơn sự biến dạng đất hoặc sự hội tụ phát sinh do đào mở gương. Các vòm bêtông mỏng có năng lực chịu tải khá lớn. Một lý do cơ bản là sự kiềm chế (bị giam nén bao bọc) của đất, nó loại bỏ về cơ bản các ứng suất uốn. Độ nhám không đồng đều đáng kể theo chu vi đào cũng làm tăng khả năng chịu tải, tương tự như Page 16 of 17
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Bảng 12-3. Các cấp độ Tính năng Quy định trong tiêu chuẩn ASTM C 1116-89 Mức độ Chỉ số độ bền, I5 Chỉ số độ bền, I10 Tính năng Trị số Kết quả Trị số Kết quả quy định thử quy định thử I 2.7 3.0 5.4 6.0 II 3.6 4.0 7.2 8.0 III 4.5 5.0 9.0 10.0 IV 5.4 6.0 10.8 12.0 Cuối cùng, sự tiến bộ trong công nghệ bêtông phun trong hơn 25 năm qua quả là phi thường. Với khả năng và tính chất đa dụng của nó đã được khẳng định rõ ràng như vậy, không nghi ngờ gì nữa sự tiến bộ sẽ tiếp tục đi tới một trình độ mà chắc chắn là hiện nay chưa thể hình dung được./. Nguyễn Đức Toản (biên dịch) Bài này được dịch từ nguyên bản Chương 12 trong cuốn sách “Tunnel Engineering Handbook” của các tác giả J.O. Bickel, T.R. Kuesel và E.H. King, ấn hành năm 1996 * Ghi chú ngày 13-03-2006 của người dịch: Bài này (nguyên bản) được viết trong cuốn sách in cách đây đúng 10 năm. Trong thời gian 10 năm qua, công nghệ vật liệu và thiết bị cho bêtông phun ở Mỹ cũng như châu Âu và các nước khác đã diễn ra mạnh mẽ. Người dịch đang tập hợp những thông tin mới nhất để chuyển đến bạn đọc trong thời gian sắp tới. N.Đ.T ĐỊa chỉ hiện nay: Viện KHCN GTVT 1252, Đường Láng, Hà Nội Email: ngdtoanhanoi@yahoo.com Page 17 of 17