Xây dựng công trình thủy lợi thủy điện: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:150

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Công nghệ xây dựng công trình thủy lợi thủy điện" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Khoan phụt chống thấm; Thi công đập đất đất đầm nén; Thi công đập đá đổ và đập đá đắp đầm nén. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xây dựng công trình thủy lợi thủy điện: Phần 2

Chương 5 KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM Nền công trình xây dựng nói chung cần được xử lý khi nó không đáp ứng được yêu cầu về khả năng chịu lực, khả năng chống thấm và tính bền vững cho công trình xây dựng. Tùy theo mục đích xây dựng và nền móng công trình, công nghệ xử lý nền ngày nay phát triển đa dạng và toàn diện. Với nội dung của chưong này, chúng ta chỉ tập trang vào công nghệ xử lý phổ biến cho nền công trình thủy lợi thủy điện. Đó là công nghệ khoan phụt chống thấm cho nền đất, nền đá. Đối với các công nghệ xử lý nền bằng cọc bê tông đúc sẵn, cọc cừ thép và cọc cừ bê tông, xử lý nền bằng bấc thấm và bấc thấm kết hợp hút chân không, cọc cát, tường hào bentonite, công nghệ cọc xi măng đất (hay jet-grouting)... sẽ không đề cập trong nội dung chưong này. 5.1. KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO NÈN ĐÁ Phưong pháp khoan phụt xi măng vào nền đá nứt nẻ được ứng dụng rộng rãi vì nó thỏa mãn được cả yêu cầu cố kết và yêu cầu phòng thấm. Xử lý nền bằng phưong pháp này có những ưu điểm sau đây: - Làm gia tăng khả năng chịu lực của nền, đảm bảo nền ổn định khi công trình chịu tải trọng lớn; - Tạo màng chống thấm dưới nền công trình; - Gia cường mặt tiếp giáp giữa nền và móng để chống thấm, chống trượt. 5.1.1. Thiết kế màn khoan phụt xi măng trong nền đá 5.1.1.1. Cơ sở thiết kế khoan phụt - Điều kiện địa chất và yêu cầu gia cố chống thấm; - Các yêu cầu kỹ thuật thiết kế xử lý nền được dựa trên cơ sở các Tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn ngành do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9137:2012 - Tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép [18], Tiêu chuẩn TCVN 8645 - 2011 - Khoan phụt xi màng vào nền đá [19]; 98
- Các biện pháp xử lý cục bộ tại vị trí các đới đá bị phá huỷ, cà nát, các đới niềm yếu của nền đập được đưa ra phải phù hợp với điều kiện địa chất công trình Ị^hu vực nền đập, đáp ứng được các yêu cầu thiết kế và được thực hiện đúng theo Tiêu chuẩn TCVN 8645 - 2011 - Khoan phụt xi măng vào nền đá [19]. Trên cơ sở tài liệu khảo sát địa chất nền đập, công tác khoan phụt xi măng tạo màn chống thấm phải được thực hiện trên toàn tuyến đập tại các khu vực có hệ số thấm lớn hơn giới hạn cho phép. Nội dung công tác thiết kế khoan phụt tạo màn chống thấm bao gồm xác định các thông số: vị trí, chiều dài, chiều dày, chiều sâu của màn chống thấm để đảm bảo ổn định thấm và chịu lực cho nền công trình. 5.1.1.2. Vị trí màn khoan phụt chống thấm Vị trí màng chống thấm được căn cứ theo vị trí bộ phận chống thấm và điều kiện địa chất đế quyết định. Với kết cấu bộ phận chống thấm nền đập chính hồ chứa nước Bản Mồng, vị trí màn chống thấm được chọn tại mép đầu chân đập và bố trí dọc theo đáy móng chân khay tim đập. Phạm vi khoan phụt là toàn bộ nền đập chính và đập tràn. 5.1.1.3. Chiều dài màn khoan phụt chong thấm Căn cứ vào địa chất nền đập, để đảm bảo cho sự liên tục và thống nhất của màn chống thấm. Phạm vi xử lý chống thấm nền đập được tiến hành trên toàn bộ chiều dài tuyến đập. Khoan phụt tạo màng chống thấm đối với toàn bộ phần nền khu vực đập gồm các đá từ phong hoá vừa đến đá tươi. Mật độ và chiều sâu khoan phụt được xác định theo mức độ nứt nẻ của đá gốc và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. 5.I.I.4. Chiều sâu khoan phụt chong thấm Theo tiêu chuẩn ngành thủy lợi 14TCN56-1988 - Thiết kê đập bê tông [20] và TCVN9137:2012-Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [18], chiều sâu màng chống thấm khoan phụt chính phải đạt đến vị trí đá nền có lượng mất nước (như trong bảng 5.1. [20], [18]) cộng thêm 5m và độ sâu khoan phụt không nhỏ hơn 1/3 H (H là chiều cao cột nước tại vị trí tương ứng), độ sâu khoan phụt thường từ 0,3 -4- 0,7H. Hàng phụt thượng lưu có chiều sâu bằng 1/2 hàng khoan phụt chính (hạ lưu). Trong trường hợp không xác định được đường ranh giới q (Z/ph) do nền thấm quá lớn và sâu thì tổng chiều dài khoan và phụt lớn nhất không vượt quá 1H (H là đầu nước tại điểm xử lý thấm). Điều kiện này 99
là cơ sở để xác định chiều sâu khoan phụt chống thấm tại một vài khu vực trên tuyến đập có đới phá hủy quá sâu. Bảng 5.1: Yêu cầu thiết kế màn chống thấm trong nền đá của đập bê tông Tính thấm nước của thân màn chong thấm Chiều cao đập Lưu lượng thấm Hệ số thẩm không Jcp H(m) đơn vị không lớn lớn hơn hơn q (l/ph.m.m) (cm/s) Lớn hơn 100 0,01 1.10’5 30 Từ 60 đến 100 0,03 6.10'5 20 Nhỏ hơn 60 0,05 1.10-4 15 Ghi chú: q - lượng mất nước đơn vị: lưu lượng tiêu hao trong 1 phút trên ỉm dài hố khoan thi nghiệm dưới áp lực Im cột nước (l/ph.m.m). Trong một so tài liệu sử dụng đơn vị Lu (Lugeon) là lưu lượng tiêu hao trong 1 phút trên Im dài ho khoan thí nghiệm dưới áp lực 100m cột nước. Hay 1 (Lu) = 0,01 (l/ph.m.m). Căn cứ theo các điều kiện trên đã tiến hành vạch ranh giới đường đáy màn chống thấm cho tuyến đập. Tại một số vị trí trên tuyến đập, căn cứ vào điều kiện địa chất công trình thực tế, đảm bảo tính thống nhất và liên tục của màn chống thấm nên đường đáy màn chống thấm tại một số đoạn có thể dao động có bước nhảy. 5.1.1.5. Chiều dày màn khoan phụt chong thấm Trong Tiêu chuẩn TCVN9137:2012 - Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [18], đã không đề cập đến chiều dày của màn chống thấm khi nền là đá. Tuy nhiên đối với đập đất thì tiêu chuẩn TCVN 8216-2009 Điều 7.2.2.10 lại quy định chiều dày của màn khoan phụt [21], Theo Điều 7.2.2.10 của TCVN 8216-2009, gradien thủy lực của màn phụt vữa xi măng trong nền đá khi điều kiện địa chất bình thường có thể lấy theo các trị số sau đây: Chiều dày màn phụt T(m) Gradien thủy lực cho phép Jcp 2 25 Độ dày màn được xác định theo Điều 5.2.9 của Quy phạm thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén SDJ 218-84 của Trung Quốc, như sau: [22] - Đối với lỗ khoan đơn T = (0,7 -ỉ- 0,8)A; 100
- Đối với lỗ nhiều hàng: T = Bb + (0,6 -ỉ- 0,7) A; trong đó: A - khoảng cách lỗ; Bb - khoảng cách hai hàng biên. Theo Điều 10.4.7 của Quy phạm DL5108-1999, thì cự ly các lỗ khoan của màn chống thấm có thể từ 1,5 + 3,Om, khoảng cách các hàng nhỏ hơn cự ly lỗ khoan trong hàng đôi chút [23], 5.1.2. Các phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá Căn cứ vào các đặc điểm vận động của vữa khi phụt ta có thế chia ra hai phương pháp là phụt vữa một chiều và phụt vữa tuần hoàn. Căn cứ vào trình tự phụt lại có thể chia ra bốn phương pháp là phụt một lần, phụt từ trên xuống, phụt từ dưới lên và phụt hồn họp. 5.I.2.I. Phụt vữa một chiều Phụt vữa một chiều là trong quá trình phụt vữa chỉ đi một chiều từ máy trộn qua hệ thống máy bơm và ống dẫn đến các khe nứt (hình 5.1). Phương pháp này có đặc điểm là thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng, nhưng lưu tốc thường nhỏ nên thường dùng với lỗ khoan nông, nền đá nứt nẻ lớn. - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, thao tác dễ dàng. - Nhược điểm: Lưu tốc phụt vữa nhỏ, vữa dễ bị lắng đóng làm cho hệ thống dễ bị tắc. - Phạm vi ứng dụng: Dùng cho lỗ khoan nông, nền khe nứt lớn, lượng ăn vữa lớn. Hình 5.1: Phụt vữa một chiều 101
5.I.2.2. Phụt vữa tuân hoàn Phụt vữa tuần hoàn là trong quá trình phụt, một phần vữa đi vào các khe nứt còn một phần khác theo ống dẫn về thùng trộn (hình 5.2). - ưu điểm: Bảo đảm được tính lưu động của vữa trong quá trình phụt cỊ^ lượng vữa cao, tránh được sự lắng đọng. - Nhược điểm: Thiết bị phụt phức tạp. - Phạm vi ứng dụng: Dùng cho lỗ khoan sâu, nền nứt nẻ nhỏ. 5.1.2.3. Phụt vữa một lần Phụt vữa một lần là phụt một lần hết toàn bộ chiều sâu lỗ khoan. - Ưu điểm: Quá trình phụt vữa thao tác đơn giản, dễ dàng, tốc độ thi công nhanh. - Nhược điểm: Không thể tùy tính chất nứt nẻ của từng đoạn mà dùng áp lực phụt thích hợp nên hiệu quả và chất lượng phụt vữa không tốt lắm. - Phạm vi ứng dụng: Thích họp với lỗ khoan sâu dưới 15m và nền nứt nẻ ít. 5.1.2.4. Phụt từ trên xuống Phụt vữa từ trên xuống là tiến hành khoan phụt từng đoạn từ trên xuống dưới: Đầu tiên khoan phụt một đoạn sâu 2,5^-5m, tiếp đó ép nước xói rửa và thí nghiệm rồi phụt vữa. Sau khi phụt vữa 2-^3 giờ cần xói rửa sạch vữa trong lỗ (nếu để lâu vữa sẽ đông kết thì sẽ phải khoan lại). Sau khi phụt vữa, ở đoạn này đông kết đạt cường độ yêu cầu lại tiếp tục khoan lỗ, ép nước và phụt vữa đoạn dưới, cứ như thế cho tới khi đạt độ sâu yêu cầu. - Ưu điểm: Khi phụt đoạn dưới thì đoạn trên vữa đã đạt cường độ cao, có thê dùng áp lực phụt lớn hơn. - Nhược điểm: Thi công phiền phức, chậm trễ và giá thành cao. 102
si 2.5. Phụt từ dưới lên Nôi dung của phương pháp phụt vữa từng đoạn từ dưới lên là: Khoan lỗ đến sâu thiết kế, sau đó chia đoạn phụt từ dưới lên. Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng. Nhược điểm: Hiệu quả phụt kém, nếu gặp nền đá nứt nẻ nhiều có thể gây ra tình trạng trôi vữa ra ngoài, lỗ khoan bị sập v.v... - Phạm vi ứng dụng: Dùng khi nền ít nứt nẻ. 5.1.2.6. Phụt vữa hỗn hợp Phut vữa hỗn hợp thức chất là sự kết hợp của hai phương pháp phụt từ trên xuống và phụt từ dưới lên. Đối với nền đá, thường phần trên nứt nẻ nhiều thì dùng phương pháp phụt từ trên xuống, càng xuống sâu, nứt nẻ ít có thể phụt từ dưới lên. 5.1.3. Thi công màn khoan phụt xi măng trong nền đá 5.1.3.1. Chọn loại xi măng và vật liệu pha trộn Xi măng dùng trong phụt vữa cần đạt các yêu cầu sau đây: - Xi măng Pooclăng có số hiệu từ 300 trở lên, hiện nay thường hay dùng số hiệu 400. - Hạt phải nhỏ để vữa đi sâu vào khe nứt, phạm vi ảnh hưởng của phụt vữa lớn. Mức độ nhỏ được quy định như sau: khối lượng xi măng lọt qua mắt sàng 90gm không nhỏ hơn khối lượng xi măng cần dùng (TCVN 4030 : 2003 - Xi măng - Phương pháp xác định độ mịn) [24]. - Xi măng được bảo quản trong điều kiện khô ráo, tránh ẩm ướt, vón cục. - Trường hợp lượng mất nước đơn vị lớn, lưu tốc nước ngầm vượt quá 80m/ngày đêm phải dùng loại xi măng đông kết nhanh để tránh tiêu hao quá nhiều xi măng, hoặc pha trộn thêm clorua canxi để đông kết nhanh với tỷ lệ 4-^-7% khối lượng xi măng. Đe tiết kiệm xi măng có thể pha trộn thêm các vật liệu khác như: cát nghiền, bụi xỉ than với đường kính hạt phải nhỏ (d = 0,lH),5mm) và với khối lượng khoảng 50% khối lượng xi măng. Đe tăng tính lưu động của vữa, đạt hiệu quả phụt tốt hơn có thể pha trộn thêm các phụ gia hoạt tính như thủy tinh lỏng, chất hóa dẻo v.v... 103
5.1.3.2. Chọn tỷ lệ N/X (nước/xỉmăng) Bảng 5.2. Tỷ lệ N/X ứng vói lượng mất nước đơn vị Lượng mất nước đơn 0,005+0,09 0,09-0,2 0,2+0,5 0,5+1 1+5 >5 vị q (l/ph) N m 12^8 3 1 ơs 00 1JU 1 1 •1- 1 1 1 1 1 : 1 1 : 1 ị X ĩ:.1 -H ~ — Ghi chú: Theo TCVN 8645 - 2011 Khoan phụt xi măng vào nền đá [19], Ngoài ra cần chú ý các đặc điểm sau đây: - Trong quá trình phụt vữa, nồng độ của vữa nên thay đổi theo nguyên tắc từ loãng tới đặc dần. - Neu độ rỗng của nền lớn thì nên chọn N/X nhỏ, nghĩa là vữa đặc và xi măng có cường độ cao. Ngược lại, nếu độ rỗng của nền nhỏ ta vẫn dùng xi măng có số hiệu cao và pha trộn thêm một lượng phụ gia vì nếu dùng xi măng mác thấp thì độ nhỏ của xi măng không đạt yêu cầu. 5.1.3.3. Chọn áp lực phụt vữa Như đã nói áp lực lớn thì vữa đi xa và ngược lại, do đó trên nguyên tắc mà nói, thì trên cơ sở đảm bảo không phá hoại kết cấu của tầng đá và lóp bê tông phản áp (nếu có) thì dùng áp lực càng lớn càng tốt. Áp lực phụt vữa lớn nhất cho phép p được xác định như sau (Giáo trình thi công Công trình thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi, NXB Xây dựng 2004) [2]: P=ĩoỴhK+ĩoỴ'h'K’ (5-1) trong đó: p - áp lực phụt cho phép không gây phá hoại nền và bệ phản áp (kG/cm2); Y, ỵ' - lần lượt là khối lượng riêng của đá và bê tông (T/m3); h - chiều dày tầng đá đã phụt vữa đến mặt nền (m); h'- chiều dày bệ phản áp bê tông (hoặc công trình bê tông) trên mặt nền (m); K - hệ số biểu thị sự dính kết của đá, thường K = 2-H3; K'- hệ số biểu thị sự dính kết của bê tông hay đá xây trên mặt nền, thường K'=R2. Theo TCVN 8645 : 2011 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá [19]: 104
Áp lực phụtvữa xi mănể lớn nhất ch° phép Pcp không gây ra đứt đoạn thủy lực > ■ vơi các nham thạch (ứng với lưu lượng vữa cho phép) phải được xác định gần * Xể theo công thức sau: Pcp = P0 + P.Z (5.2) trong đó: p p - áp lực phụt vữa xi măng lớn nhất cho phép, MPa; p0 - áp lực cho phép đối với đoạn khoan phụt trên cùng của lỗ khoan, MPa; p - mức độ tăng áp lực cho phép đơn vị, tức là độ tăng áp lực cho phép cho mỗi Im kể từ đoạn đang phụt tới bề mặt lộ thiên của nền đá, MPa/m; z - chiều sâu kể từ đỉnh trên của đoạn đang phụt xi măng tới bề mặt lộ thiên của nền đá, m. Các trị số po và p tuỳ thuộc vào mức độ biển dạng và nứt nẻ của nham thạch có thể tham khảo ở bảng 5.3 [19], Bảng 5.3: Các trị số po và p Mức độ biên dạng của đá Po (MPa) p (MPa/m) Đá biến dạng ít 0,3 4- 0,5 0,2 4- 0,5 Đá biến dạng trung bình 0,2 4- 0,3 0,1 4-0,2 Đá biến dạng mạnh 0,1 4-0,2 0,05-0,1 Nửa đá biến dạng ít 0,05 0,1 0,025 4- 0,05 Nửa đá cứng biến dạng mạnh 0 0,015-0,025 Khi độ nứt nẻ ít và trung bình phải lấy các trị số giới hạn cao hơn của po và p. Trường hợp nếu gia tải trên vùng phụt xi măng là nham thạch có thành phần và trạng thái khác so với đoạn đang phụt xi măng, phải chọn trị số p ứng với tính chất của nham thạch gia tải. Các trị số gần đúng của áp lực cho phép Pcp xác định ở trên phải được chính xác hoá theo các kết quả phụt xi măng thử nghiệm - thi công, hoặc thi công, trong các điều kiện tại thực địa. 5.1.3.4. Chọn thiết bị phụt vữa Khi chọn thiết bị phụt vữa thì dựa vào các nguyên tắc sau đây: - Máy bơm phải đảm bảo cung cấp một áp lực lớn hơn 1,5 áp lực phụt vữa lớn nhất mà thiết kế quy định và đảm bảo phụt vữa liên tục. 105
- Tốt nhất nên chọn động cơ điện, trường hợp thiểu có thể chọn động cơ diezel loại 6-H2 mã lực. - Ống dẫn vữa phải chịu được áp lực bằng 1,5 áp lực phụt thiết kế. - Các thiết bị phụt vữa phải có số lượng dự trữ và được bố trí sẵn sàng để tránh sự gián đoạn lúc phụt nếu sự cố xảy ra. 5.1.3.5. Khoan phụt - Xác định vị trí các lỗ khoan: Trước hết xác định tâm, tuyến và mép biên công trình, sau đó dùng thước dây để đo và định vị các lỗ khoan theo đúng kích thước thiết kế và có cắm mốc đánh dấu. - Khoan lỗ: Khi khoan lỗ sâu khoảng 10m thì nên dùng các loại máy khoan dùng hơi ép hoặc máy khoan điện. Neu lỗ khoan sâu hơn (15-rí20m) thì dùng máy khoan loại KAMZUB cỡ lớn. Tại công trình khoan phụt ở Thác Bà đã dùng hai loại máy khoan hơi ép loại KC50 khoan đến độ sâu tối đa là 12m, đường kính lỗ khoan 85mm; loại 1131 khoan sâu đến 50m và có đường kính 105mm. Kích thước mũi khoan phải thích ứng với nút phụt vữa và cố gắng dùng mũi khoan cỡ nhỏ vì như vậy khoan rất nhanh, chi phí về khoan ít, vữa vận động nhanh ít lắng đọng. Phải đặc biệt chú ý đảm bảo phương của lỗ khoan đúng với yêu cầu thiết kế. - Xói rửa lỗ khoan và khe nứt: Trong quá trình khoan lỗ thì phần lớn đất đá bị phụt ra ngoài, nhưng vẫn còn bộ phận nhỏ bột đá, tạp chất nhỏ bám vào thành và đáy lỗ khoan, thậm chí chui cả vào các khe nứt, làm ảnh hưởng đến phụt vữa nếu không rửa sạch. Đối với lỗ khoan nông thì dùng ống sắt cắm vào lỗ đến đáy và phun nước cao áp cho tới khi nước trào ra ngoài không còn vẩn đục nữa mới ngừng. Thường từ 2-M giờ. Trường hợp lỗ khoan sâu hoặc trong lỗ mắc kẹt nhiều tạp chất chất có the dùng cách ép hơi và ép nước kết họp để rửa. Áp lực nước khí nén để rửa không nên quá lớn để tránh tình trạng làm khe nứt phát triển. Thông thường áp lực xói rửa này không quá 7CH~80% áp lực phụt vữa cho phép. - Ép nước thí nghiệm: 106
Mục đích của ép nước thí nghiệm là để độ thẩm thấu của nền (biểu thị qua lượng mất nước đơn vị) làm cơ sở cho thiết kế quyết định chiều sâu lỗ khoan, lượng xi măng cần dùng và bố trí lỗ khoan. Trước khi phụt vữa lại tiến hành ép nước thí nghiệm để tiến hành kiểm tra các số liệu đã khảo sát đồng thời kiểm tra tình hình làm việc của thiết bị phụt vữa. Sau khi phụt vữa một thời gian nhất định lại ép nước thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả phụt vữa. Lượng mất nước đơn vị được xác định theo công thức sau đây: trong đó: Q - lưu lượng nước ép; q - lượng mất nước đơn vị: Lưu lượng tiêu hao trong 1 phút trên Im dài hố khoan thí nghiệm dưới áp lực Im cột nước (Z/ph.m.m). Áp lực ép nước thí nghiệm phải tiến hành từ nhỏ đến lớn, thường dùng 1-H3 kg/cm2. Khi áp lực đã ổn định thì cứ cách 3-Ỉ-5 phút ghi lượng mất nước một lần; nếu lượng mất nước không thay đổi nhiều lắm trong khoảng thời gian 30 phút thì có thế ngừng thí nghiệm. Cách 5-40 phút lại thí nghiệm lại, nếu thấy lượng mất nước không sai lệch quá 20% lượng mất nước đợt trước thì có thể dừng thí nghiệm. Khi ép nước thí nghiệm nên tiến hành từng đoạn, mỗi đoạn khoảng 5m là thích họp. Đối với lỗ khoan sâu, thường dùng 3 trị số áp lực khác nhau từ nhỏ đến lớn để thí nghiệm, trong mỗi trị số áp lực đọc liền 3 lần, khi thấy lượng mất nước không sai lệch nhau quá 10% thì có thể thay đổi trị số khác. Đối với lỗ khoan nông thì không nhất thiết phải ép nước thí nghiệm mà chỉ tiến hành xói rửa lỗ khoan và khe nứt. - Phụt vữa: Khi ép nước thí nghiệm xong thì nên phụt vữa xi măng ngay, nếu vì lý do gì đó chưa phụt được mà để quá 24 giờ thì phải tiến hành rửa lại rồi mới phụt. 5.1.3.6. Những điều cần chú ỷ trong quá trình thi công phụt vữa - Phụt vữa phải được tiến hành liên tục, không gián đoạn. 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 vữa phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra, phát 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 họp bắt 107
buộc phải ngừng thì tìm cách rút ngắn thời gian ngừng trệ này. Khi tiến hành phut 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 dan. Neu 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. - Khi phụt vữa thấy lượng ăn vữa đột nhiên giảm xuống hoặc dừng hắn mà áp lực phụt vẫn tăng thì cần phụt thử trước. Nếu thấy nước không tiêu thì phải kéo hê thống ống dẫn vữa lên để kiểm tra và rửa sạch. Neu lượng ăn vữa đột nhiên tăng lên mà áp lực phụt vữa giảm xuống nhanh thì dùng các biện pháp sau đây để xử lý: + Tăng nồng độ và giảm áp lực phụt một cách thích đáng rồi tiếp tục phụt; + Neu do vữa chảy sang các hố xung quanh thì tiến hành phụt đồng thời hai ba lỗ; + Neu vữa trồi lên mặt nền thì tìm cách nhét kín các khe nứt hoặc rải một lóp vữa xi măng cát hoặc bê tông trồi lên trên. Độ dày lóp này phải căn cứ vào áp lực phụt cho phép mà xác định. - Neu áp lực phụt không đổi mà lượng ăn vữa giảm đều hoặc áp lực tăng dần mà lượng ăn vữa không thay đổi thì cần tiếp tục phụt mà không được thay đổi nồng độ. - Với một nồng độ nào đó, trong điều kiện áp lực không đối và thời gian phụt kéo dài quá 20 phút mà lượng ăn vữa vẫn lớn hơn 10 lít/phút thì thay đổi nồng độ của vữa lên một cấp. - Áp lực phụt lúc đầu nên lớn hơn áp lực nước tĩnh của đoạn phụt từ 0,5-Hatm, mỗi lần sau chỉ nên tăng 0,5atm và chỉ được tăng khi lượng ăn vữa xuống tới 50 //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 không hoặc nhỏ hơn 0,4 //phút thì cần kéo dài thêm 20 phút nữa là kết thúc. - Sau khi phụt vữa xong từ 5^-6 giờ thì có thể nhổ ống phụt vữa và lấp vữa xi măng cát với tỷ lệ n và n vào lỗ khoan. Sau đó 28 ngày có thể khoan XI c 2 lấy mẫu hoặc ép nước để kiểm tra chất lượng phụt vữa. 5.2. CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT TUẦN HOÀN ÁP Lực CAO Bản chất của khoan phụt tuần hoàn áp lực cao là phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá bằng phương pháp vữa vận động tuần hoàn (hình 5.3). Hiện nay các loại thiết bị này đã ứng dụng khoan phụt chống thấm cho bản chân đập Cửa Đạt - Thanh 108
ưỏa đã đưa vào sử dụng loại máy bơm vữa tuần hoàn áp lực cao, thuận lợi cho việc nâng cao áp lực và chất lượng khoan phụt gia cố nền đá nứt nẻ. Máy trộn vữa Đầu đo lượng vữa bơm »— .Xi măng — — phụ gia, Ống phụt vữa cao áp Máy bơm vữa nước cao áp Bộ nút tuần hoàn Đầu đo áp lỊực phụt (kết hợp đồngi hồ áp lực) Óng hổi vữa \ Vạn ịều á~ Ống hồi vữa Bê tông phản áp M20, dày 0.5m X. Ong chèn Iầuj đo lượrịg vữa hồi Ẹ I______ ________ lơ „ Ị—í. Bộ xử lý số liệu phụt Đoạn phụt 1 Đâu đo nồng độ vữa L=3m Đoạn phụt 2 L=5m ■
Việc vận chuyển, lưu kho, bảo quản và nghiệm thu xi măng sử dụng làm vữa phụt phải tuân theo các quy định kỹ thuật hiện hành có liên quan của Nhà nước. 5.2.1.2. Nước Nước để trộn vữa xi măng phụt phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn hiện hành cho vữa bê tông thủy công. Nhiệt độ của nước khi trộn vữa để phụt không được cao hơn 45°c. 5.2.1.3. Chọn tỷ lệ N/X Thành phần vữa xi măng phải được biểu thị bằng tỷ lệ nước, xi măng (N/X) bằng số lít nước trong vữa, ứng với Ikg xi măng. Thành phần vữa xi măng không ổn định ban đầu (khi bắt đầu phụt) có thể xác định sơ bộ căn cứ vào lượng mất nước đơn vị q như sau [25]: Bảng 5.4: Thành phần vữa xi măng chọn sơ bộ theo lượng mất nước đơn vị q 4 (//ph.m.m) N/X 10/1 8/1 - 5/1 5/1 - 3/1 3/1 - 2/1 1/1
Việc kiểm tra thành phần vữa trộn phải được thực hiện bằng dụng cụ đo tỷ trọng. Vữa chế tạo phải được trộn liên tục khi phụt vào đá. Vữa xi măng phụt được sử dụng trong thời gian không quá 4 giờ kể từ khi trộn hỗn hợp. 5.2.2. Thiết bị Mọi máy móc và thiết bị cần thiết cho công tác khoan phụt chống thấm và gia cố cần được chuẩn bị đủ số lượng và cơ số dự phòng, luôn ở trong điều kiện làm việc tốt và được bảo dưỡng, kiểm tra suốt trong quá trình thi công, nhất là các thiết bị ép nước, ống dẫn vữa áp lực, đồng hồ áp lực và đồng hồ đo lưu lượng. Thiết bị khoan phụt bao gồm: - Máy khoan tạo lỗ và các vật tư kèm theo của máy khoan. - Thiết bị ép nước thí nghiệm, thường là nút đơn cơ học hoặc nút hơi/ thủy lực có đường kính phù họp đường kính hố khoan. - Đồng hồ đo lưu lượng và đồng hồ đo áp lực, các ống dẫn nước chịu áp. - Các máy bơm phụt cao áp. - Máy trộn vữa. - Các thiết bị tự động: thiết bị xác định chính xác lượng vật liệu tiêu hao khi phụt, thiết bị xác định áp lực phụt, nồng độ vữa phụt. - Các loại van cao áp để điều chỉnh áp lực phụt. - Đường ống dẫn vữa chịu được áp lực cao. - Bộ xử lý số liệu phụt được kết nối với máy vi tính thông qua phần mềm ghi kết quả của công tác phụt vữa. Một máy chủ đồng thời có thế theo dõi nhiều đoạn phụt (tới 08 đoạn phụt). 5 .2.2.I. Thiết bị khoan tạo lỗ và khoan kiểm tra Để thi công liên tục, kịp thời và thoả mãn các yêu cầu theo đồ án thiết kế, thiết bị khoan cần sử dụng các loại máy khoan có công suất lớn (như máy khoan XY1 cùng các loại máy khoan có tính năng tương đương như B53, KOKEN, Longyear, TONE...) có thể khoan sâu tới 50m. Đường kính các hố khoan phụt đoạn cuối cùng không nhỏ hơn 76mm, các hố khoan kiểm tra có đường kính hố khoan không nhỏ hơn 91mm. Đối với khoan lấy mẫu đá thí nghiệm đế kiếm tra kết quả phụt thí nghiệm cần sử dụng các loại máy khoan khảo sát địa chất có công suất lớn, khoan theo 111
phương pháp khoan xoay lấy mẫu bơm rửa với đường kính cuối cùng của hổ khoan không nhỏ hơn 9 Imm. 5 .2.2.2. Thiết bị ép nước thỉ nghiệm Thiết bị ép nước thí nghiệm bao gồm 4v6 bộ nút đơn, cơ học hoặc nút hơi thủy lực có đường kính phù họp với các đường kính hố khoan, các đồng hồ đo lưu lượng và đồng hồ đo áp lực loại từ (0,1-410)MPa « (14-100)kG/cm2, máy bơm công suất không nhỏ hơn 250 (Z/ph) dưới áp lực 5MPa (50kG/cm2), các ống dẫn nước chịu áp lực cao, đủ dài thuận lợi cho công tác thi công. 5 .2.2.3. Thiết bị phụt Bộ phụt bao gồm các thành phần chính như: - Các máy bơm phụt piston công suất không nhỏ hơn 250Z/ph dưới áp lực 50kG/cm2. - Máy trộn vữa có trang bị thùng trộn kép, sức chứa mỗi thùng không ít hơn 4001ÍÍ với các cánh quạt quay (3004-400) vòng/phút. - Các thiết bị đo ghi tự động để xác định chính xác lưu lượng vật liệu phụt, áp lực và nồng độ vữa phụt theo đúng yêu cầu trong suốt quá trình phụt. - Các loại đồng hồ đo lưu lượng và đo áp lực, các loại van điều chỉnh, đường ống dẫn vữa áp lực tương tự như đã nêu trong phần các thiết bị ép nước thí nghiệm. 5.2.3. Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao 5.2.3.1. Ảp lực phụt vữa cho phép Áp lực phụt phải căn cứ vào công trình và điều kiện địa chất công trình mà tiến hành phân tích tính toán, đồng thời tham khảo những công trình tương tự để xác định. Có thể tiến hành phụt vữa thí nghiệm rồi sau đó sẽ điều chỉnh trong quá trình thi công. Theo TCVN 8645 : 2011 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá [19]: 5.2.3.2. Lưu lượng vữa lớn nhất và nhỏ nhất cho phép a) Lưu lượng vữa lớn nhất cho phép Khi phụt vữa xi măng, lưu lượng lớn nhất cho phép phải được xác định theo các đặc trưng biến dạng của các nham thạch được phụt xi măng, bảng 5.5 [19]. 112
Bảng 5.5: Lưu lượng vữa lớn nhất cho phép Mô đun biến dạng Vận tốc sóng Lưu lượng vữa max Mức độ biến dạng của đá E đàn hồi dọc Vp cho phép Qmax của nham thạch (iư3 MPa) (m/s) (l/phút) Đá biến dạng ít >5 >3500 > 150 và trung bình Đá biến dạng mạnh 2-5 2000 -V 3500 100-150 Nửa đá biến dạng ít 1-2 1500-2500 50-100 Nửa đá biến
5.2.4. Thi công khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao Phương pháp phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao được tiến hành bằng cách bơm vữa xi măng vào các lỗ khoan có đường kính khoảng từ 5(L-130mm bằng máy bơm vữa cao áp. Áp lực bơm vữa bằng hoặc lớn hơn 3MPa, các đoạn phut được phân đoạn từ trên xuống. Nút phụt được đặt tại miệng hố, vữa xi măng được đưa thông qua đường ống dẫn vữa đến cách đáy đoạn phụt khoảng 0,5m để đi vào các tầng đất đá. Lượng vữa hồi được đặt sau đoạn phụt đưa từ trong hố khoan lên trên ống tam pon ở miệng hố. Căn cứ vào hồ sơ thiết kế được duyệt và sau khi hoàn thành công tác chuẩn bị, công tác phụt được tiến hành theo các bước như sau: - Tạo tầng phản áp. - Định vị hố khoan. - Phân đoạn khoan phụt. - Khoan tạo lỗ. - Công tác rửa hố, đặt nút và ép nước thí nghiệm. - Công tác phụt vữa xi măng. - Công tác khoan kiểm tra. 5.2.5. Tạo tầng phản áp Đe tiến hành công tác khoan phụt cần phải tạo tầng phản áp nằm ở phía trên các tầng đất đá cần xử lý bằng phương pháp khoan phụt. Tầng phản áp phải đảm bảo về tính ổn định trong quá trình phụt, không bị đầy nổi. Tầng phản áp có tác dụng tránh sự phun vữa từ các đới đất đá bị nứt nẻ lên trên mặt cũng như gây ra sự phá vỡ kết cấu, đẩy nổi đối với nền đất đá cần xử lý khoan phụt. Thông thường tầng phản áp trong công tác phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao được đổ một lóp bê tông (M20+M25) có chiều dày bằng đến lớn hơn 0,6m, chiều rộng bao phủ thường rộng hơn các hàng phụt nằm ở biên khoảng (1,0^-1,5)m tuỳ vào độ nứt nẻ cũng như mức độ lan toả vữa phụt (chiều dày vùng xử lý). 5.2.6. Định vị hố khoan Trong công tác này cần dùng máy kinh vĩ để xác định vị trí công trình, có thể dùng thước thép để xác định vị trí các lỗ khoan phụt. 114
5.2.7. Công tác phân đoạn phụt Công tác phụt sẽ được tiến hành theo phương pháp phân đoạn tuần hoàn từ trên xuống. Chiều dài đoạn phụt khi áp dụng phương pháp phụt vữa bịt miệng hố (phụt vữa tuần hoàn áp lực cao) được hiểu là đoạn phụt có chiều dài tính từ ranh giới giữa đáy tầng phản áp và đáy của đới đất đá của đoạn phụt. Do vậy chiều dài của đoạn phụt tiếp theo sẽ là tổng chiều dài của các đoạn phụt trước đó cộng với đô sâu khoan bổ sung cho đoạn phụt tiếp theo. Ví dụ: chiều dài của đoạn phụt 2 sẽ là tổng chiều dài của đoạn phụt 1 và độ sâu khoan bổ sung cho đoạn phụt 2. Chiều dài đoạn phụt đầu tiên được chọn thường là từ (2,0n-5,0)m tuỳ thuộc vào mức độ nứt nẻ của đới đất đá cần xử lý. Các đoạn tiếp theo được khoan bổ sung thêm có chiều dày bằng hoặc lớn hơn đoạn 1 hoặc đoạn phụt bổ sung trước đó nhung không nên sâu quá 10,Om (thông thường 5,Om). Công tác khoan phụt tại các đoạn phụt được thực hiện liên tục mà không cần đợi vữa phụt của đoạn trên được đông kết. 5.2.8. Công tác khoan tạo lỗ Tiến hành khoan tạo lỗ đến độ sâu của đáy đoạn cần tiến hành phụt, đường kính hố khoan tuỳ thuộc vào các hạng mục xử lý cũng như theo yêu cầu kỹ thuật đã được đề ra (đường kính hố thường từ 50mm-ỉ-130mm). 5.2.9. Công tác rửa hố, đặt nút và ép nước thí nghiệm Trước khi phụt vữa cho các đoạn phụt vữa ở trong lỗ phụt nên xúc rửa lỗ khoan, xúc rửa kẽ hở. Do công tác phụt được thực hiện bằng phương pháp phụt vữa bịt miệng hố theo phương thức phụt tuần hoàn áp lực cao sử dụng bộ nút có ống hồi vữa đặt sau đoạn phụt, nên không cần phải rửa hố khoan trước khi phụt. Vì trong quá trình phụt, mùn khoan sẽ theo vữa hồi ra ngoài hố khoan. Bộ nút phụt phải đảm bảo kín và có khả năng chịu lực, được lắp nối tiếp với ống chống của hố khoan cao hớn mặt bằng thi công (thường 0,5m). Tiến hành ép nước thí nghiệm nhanh với áp lực bằng 0,8Pmax thiết kế để xác định lưu lượng mất nước sơ bộ. Khi tính toán lưu lượng thấm mất nước trị số chiều dài đoạn phụt nên lấy bằng độ dài đoạn phụt trong đá, không nên bao gồm đoạn đã phụt rồi trong đó. 5.2.10. Công tác phụt vữa xi măng Sau khi ép nước thí nghiệm nhanh xong thì tiến hành phụt vữa xi măng. Kết quả ép nước thí nghiệm nhanh cho ta quyết định sẽ phụt vữa xi măng hay là 115
không (tuỳ theo mức độ quan trọng, quy mô công trình sẽ có yêu cầu về lưu lượng thấm mất nước đon vị của từng hạng mục công trình). Kết quả thí nghiệp ép nước nhanh là cơ sở để chọn nồng độ vữa phụt ban đầu. 5.2.10.1. Ảp lực phụt Theo tính toán áp lực phụt thiết kế bằng trị số áp lực trên đồng hồ áp lực +1/2 (chiều dài đoạn phụt nằm trên mực nước ngầm + chiều dày tầng phản áp) + chiều . cao đồng hồ đến miệng hố khoan và ± 10% sai số cho phép. Áp lực phụt tối đa cần được xác định thích họp, đảm bảo kết quả phụt là tốt nhất và không gây nên hiện tượng biến dạng nền. Khi phụt, áp lực ban đầu thường lấy khoảng 0,7 áp lực thiết kế tối đa, sau đó được nâng dần lên từng cấp (thường l,0kG/cm2) sau thời gian tối thiểu là 5 phút, cho tới khi đạt tới áp lực thiết kế tối đa. Khi phụt nếu có hiện tượng bất thường như lượng ăn vữa lớn hoặc có các hiện tượng biến dạng khu vực xung quanh thì cần phải điều chỉnh lại cấp áp lực. Trong quá trình phụt cần thiết phải quan sát các hiện tượng như độ biến dạng của nền, tấm bê tông phản áp, hiện tượng trào vữa, rò rỉ vữa, liên thông vữa. cần căn cứ vào tình hình cụ thể để tìm cách nút chặt hố liên thông, lấp lỗ, giảm áp, tăng nồng độ vữa, hạn chế lưu lượng, phụt giãn cách và đợi đông cứng. 5.2.10.2. Vữa phụt Vữa phụt là dung dịch xi măng có thể chống được tính ăn mòn của nước dưới đất đá. Phụ gia sẽ được sử dụng khi có yêu cầu. Nước dùng để tạo vữa phụt phải trong, sạch và không lắng cặn. Xi măng phải được sàng lọc đế loại bỏ phần xi măng bị cứng, vón cục. Dung dịch phụt phải được trộn đều cho đến khi đạt được dạng huyền phù. Trước khi phụt cần đo lại tỷ trọng dung dịch. Khi phụt, dung dịch vữa xi măng được thay đổi từ loãng đến đặc. Nồng độ ban đầu có thể được chọn dựa trên kết quả ép nước nhanh. Nồng độ dung dịch vữa xi măng được sử dụng theo các tỷ lệ N/X là: 5/1; 3/1; 2/1; 1/1 và 0,5/1. Việc tăng hay giảm nồng độ vữa phụt phụ thuộc vào lượng vữa tiêu hao như sau: Khi duy trì áp lực phụt không đổi mà lượng ăn vữa liên tục giảm hoặc lượng vữa không đối làm áp lực phụt liên tục tăng thì không được thay đổi nồng độ vữa. 116
ỊChi lượng ăn vữa ở một cấp áp lực phụt đạt trên 300 lít cho một đoạn phụt hoặc thời gian phụt trên 30 phút mà áp lực phụt và lượng ăn vữa không đổi hoặc thay đổi không rõ ràng thì cần tăng nồng độ vữa lên một cấp. Trong quá trình phụt mà áp lực phụt hoặc lượng ăn vữa tăng đột ngột thì phải nhanh chóng làm rõ nguyên nhân và có biện pháp xử lý phù hợp. Sau khi thay đổi nồng độ vữa, áp lực phụt đột nhiên tăng lên hoặc lượng vữa tiêu hao đột nhiên giảm, phải lập tức trở về áp lực hoặc nồng độ trước khi thay đổi và tiếp tục phụt. Khi lượng vữa phụt của một cấp áp lực quá lớn >300Z hoặc thời gian phụt đã đạt đến 30 phút mà áp lực phụt và lượng vữa không có thay đổi hoặc thay đối không rõ ràng thì cần tăng độ đặc của vữa lên một cấp (có thể chọn biện pháp phụt áp lực thấp, tăng vượt cấp nồng độ, dùng vữa đặc hon hoặc phụt gián đoạn). Khi lượng ăn vữa lớn hon 30 z/ph có thể căn cứ vào tình hình cụ thế mà tăng vượt cấp độ đặc của vữa. Trong quá trình phụt dung dịch nếu xảy ra sự cố phải ngừng phụt lâu hon 30 phút thì cần nhanh chóng khôi phục lại công tác phụt, nếu không thì phải rửa ngay hố khoan và tiếp tục phụt, yêu cầu phụt lại bằng dung dịch loãng hon với áp lực tối đa cho phép đến khi lưu lượng tiêu hao bình thường như trước khi xảy ra sự cố thì mới được phép phụt tiếp nồng độ dung dịch ứng với khi ngừng phụt. Nếu lượng ăn vữa giảm nhiều tới mức không đi vữa thì cần có biện pháp khắc phục hỗ trợ. Trong quá trình phụt, cách khoảng 30 phút cần tiến hành xác định nồng độ vữa và mỗi khi thay đổi nồng độ vữa, các kết quả kiểm tra cần được ghi trong kết quả tổng hợp. Mọi hiện tượng xảy trong quá trình phụt vữa thí nghiệm và phụt vữa thi công đều phải được ghi chép tỷ mỷ về diễn biến sự cố, về biện pháp và kết quả khắc phục sự cố. 5.2.10.3. Điều kiện dừng phụt Phụt vữa cho một đoạn phụt được coi là hoàn thành khi dưới áp thiết kế, lưu lượng vữa giảm xuống