Khoan phụt chống thấm và khoan phụt cao áp - P1

Trình bày về công nghệ, hiệu quả ứng dụng khoan phụt chống thấm và khoan phụt cao áp

CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI

PGS.TS NguyÔn Quèc Dòng, ViÖn Khoa häc Thuû lîi

Chống thấm cho công trình thuỷ lợi là một yêu cầu hết sức quan trọng, cần quan tâm ngay từ khâu thiết kế ban đầu Các công trình sau một thời gian sử dụng nếu xuất hiện thấm thì việc sửa chữa sẽ rất khó khăn và tốn kém Trong trường hợp này, công nghệ khoan phụt chống thấm thường được sử dụng để xử lý thấm cho đê, đập Tuy nhiên, khái niệm này hiện nay còn bị hiểu một cách chưa đầy đủ Vì vậy, bài viết này sẽ giới thiệu một số công nghệ khoan phụt đã được sử dụng cho công trình thuỷ lợi, đặc biệt mới là khoan phụt kiểu tia (Jet-grouting) và khoan phụt hoá chất (Chemical grouting) đã được chúng tôi thực hiện trong thời gian gần đây

1- Các biện pháp chống thấm cho công trình thuỷ lợi

Hình 1

pháp khoan phụt thường được sử dụng để sửa chữa chống thấm cho công trình, biện pháp tường hào Bentonite cũng đã được áp dụng để chống thấm cho đập đất

ình 1 giới t biện pháp thấm cho công trình thuỷ lợi, tr

S¢N PHñ tlT¦êNG NGHI£NG

C¸C BIÖN PH¸P CHèNG THÊM D¦íI §¸Y Vμ TH¢N C¤NG TR×NH THUû LîI

BENTONITE§ãng cõ

1- Cõ thÐp2- cõ gç3- cõ nhùa

Biên pháp khoan phụt được phân loại như sau: - Theo biện pháp đưa chất kết dính vào trong đất - Theo loại vật liệu chất kết dính

(hoan phôt ¸p lùc

2- Phân loại khoan phụt theo phương pháp đưa chất kết dính vào trong đất

2.1- Khoan phụt áp lực:

Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, )

Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào Do đó hiệu quả chống thấm không lâu dài

2.4- Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

Biện pháp này được sử dụng nhiều trong cải tạo nền đất yếu dựa vào nguyên lý cắt nham thạch và trộn đất tại chỗ với chất kết dính (xi măng, vôi, …) bằng dòng nước áp lực tạo thành các cọc ximăng đất Khi thi công các cọc chồng lấn lên nhau (overlap) tạo thành tường (cut off wall) có tác dụng chống thấm Nguyên lý sẽ được mô tả ở phần sau

3- Phân loại khoan phụt theo vật liệu kết dính

Xu hướng hiện nay người ta sử dụng hợp chất ARC (Acrilic Reinforced Composite); đây là dung dịch 3 thành phần: nhựa – chất xúc tác – xúc tiến Bằng cách điều chỉnh hạm

lượng các chất xúc tác để tạo ra các dung dịch phù hợp với các điều kiện cụ thể; ví dụ khi cần xử lý sâu, đóng rắn nhanh,

Hình 2 minh hoạ xử lý một khe co dãn của khớp nối công trình BTCT, hoặc một vết nứt trên bề mặt tường bê tông gây thấm Giải pháp này được áp dụng rất có hiệu quả khi xử lý các công trình ngầm bị thấm: đơn giản – hiệu quả - rẻ tiền

ng

Hình 3: Mô tả tường xi măng đất cắt qua tầng cuội sỏi thấm nước để chống thấm qua đáy cống D10

Bi n pháp s a ch a l n u: Tháng 10 n m 2003, a ph ng ã ti n hành s a ch a nh sau: ào t hai bên mang c ng r i b c xung quanh c ng (tr d i áy không làm c) b ng t sét luy n dày 0.5m p tr t xung quanh c ng b ng t th t m b o dung tr ng Làm m t hàng c g phía sông cu i b tiêu n ng và m t hàng c g phía ng, chi u dài c là 3m Lu n ng b m- ph t dung d ch sét - XM xu ng d i áy c ng Công vi c s a ch a hoàn thành tháng 4 n m 2004 n tháng 7 n m 2004, khi có l phía trong ng l i b ùn s i, e do v ê Nh v y gi i pháp s a ch a ã làm không có hi u qu a ph ng l i ph i ti p t c hoành tri t c ng

N u không tìm c gi i pháp s a ch a, d ki n s ph i hoành tri t c ng c , xây c ng m i cách ó kho ng 500m Gi i pháp này ch a thuy t ph c c vì m t s lý do sau: (1)- a ch t c ng m i c ng t ng t nh c ng c , vì v y c ng c n ph i có ph ng án x lý ch ng th m thích h p (2) - Xây c ng m i t n kém và ph i n bù t ai (3)- C ng c không c s a ch a d t i m v n ti p t c là n ho Theo yêu c u c a a ph ng, Vi n Khoa h c Thu l i ã nghiên c u ng d ng công ngh m i s a ch a c ng D10

Ph ng án s a ch a s d ng công ngh Jet-grouting:

+ T o ra c m t t ng ch ng th m c t qua l p t (4) là l p cát b i - c m vào l p 5 là l p sét nh màu nâu xám Kh i l ng th c hi n nh b ng d i:

+ Kinh phí th c hi n: 200 tri u ng, gi m 130 tri u so v i kinh phí s a ch a tr c ây

+ Th i gian thi công: 15 ngày, trong khi ó s a ch a l n u thi công trong 2 tháng Qua t l l n t n m 2005 n nay theo dõi các tr n l nh cho th y không còn hi n t ng ùn s i nh tr c, vi c s a ch a ã thành công

4.2- Xử lý đê quai thuỷ điện Sơn la

Chống thấm đê quây thuỷ điện Sơn la có vai trò quan trọng trong thi công toàn công trình Tại công trình này đã sử dụng nhiều công nghệ chống thấm, nhằm đáp ứng yêu cầu về tiến độ cũng như để đảm bảo hố móng khô ráo

Nền đê quai thượng – hạ được xác định qua công tác khảo sát địa chất vùng tuyến công trình đã nhận thấy có điều kiện phức tạp bởi dưới nền có tầng cát cuội sỏi dày từ 1 m đến 18 m, có lẫn nhiều đá tảng nhưng không rõ được cụ thể chiều dày riêng biệt của tầng cát và tầng cuội sỏi Hàm lượng cuội có đường kính >15cm khoảng 10% Trong quá trình nghiên cứu khoan thí nghiệm biện pháp chống thấm bằng tường xi măng đất đã kiến

nghị cần phải thực hiện khoan khảo sát địa chất nền dọc theo tim đê quai cách nhau 10m một hố, xác định cụ thể chiều dày của từng loại cát, cuội sỏi

Đê quai hạ lưu: Từ mặt cắt B04- mặt cắt B08+10m (chiều dài theo mặt cắt dọc khoảng 90m) chủ yếu là lớp cuội sỏi kích thước >15cm chiếm từ 30-40% có chiều dày thay đổi từ 5,5m đến 18,5 m nằm cách mặt bằng khoan từ 20,5 -30,5m Đặc biệt từ mặt cắt B06 – B08 có lớp dăm tảng bằng đá đổ chiều dày từ 2,4m đến 7,4m Từ mặt cắt B10 đến B11 + 10m mặt lớp đá của nền được nâng lên cách mặt bằng khoan từ 3-5,5m

Đê quai thượng lưu: Từ mặt cắt NT4- mặt cắt NT8 (chiều dài theo mặt cắt dọc khoảng 80m) chủ yếu là lớp cuội sỏi kích thước >15cm chiếm từ 30-40% có chiều dày thay đổi từ 5,0m đến 5,6 m nằm cách mặt bằng khoan từ 22 -23m Từ mặt cắt NT8 – mặt cắt NT9+10m (cao độ 110m trở xuống) được phủ bằng lớp dăm tảng được hình thành từ trụ đá đê quai giai đoạn 1 không dọn được

Từ đặc điểm các vùng địa chất, khả năng thực hiện của các thiết bị hiện có, phân vùng các biện pháp chống thấm cho đê quai hạ lưu như sau :

- Từ mặt cắt B02 - mặt cắt B04: Bằng tường xi măng-đất (kết hợp cả phun xi măng khô và phun xi măng ướt) Khoan bằng máy khoan ximăng khô trục xoắn ruột gà, đường kính D=600mm theo 2 hàng liền nhau, sau đó sử dụng Jet-grouitn để tăng mức độ chống thấm của tường Khoảng cách giữa 2 hàng khoan là 460mm, các hố khoan trong hàng cách nhau 500mm tạo thành tường chống thấm có chiều dày nhỏ nhất là 800mm

- Từ mặt cắt B04 – mặt cắt B00 : Bằng biện pháp khoan phụt truyền thống (từ B04 – B08 +10m thực hiện 5 hàng khoan phụt, trong đó 3 hàng phụt xuống tận nền đá, 2 hàng ngoài phụt sâu qua đáy lớp đá đổ 1m; còn từ B08 +10m đến B010 thực hiện 2 hàng khoan phụt) Mỗi hàng phụt cách nhau 2,0m Các hố khoan trong hàng cách nhau 3,0m

- Từ mặt cắt B010 – B011+ 8.55m : Bằng biện pháp bóc dọn tạo chân răng sau đó đắp lại theo phương pháp đổ đất trong nước

Đê quai thượng lưu : Từ đặc điểm các vùng địa chất, khả năng thực hiện của các thiết bị hiện có, phân vùng các biện pháp chống thấm như sau :

- Từ mặt cắt NT 2+15m - mặt cắt NT4: Bằng tường xi măng đất (kết hợp cả phun xi măng khô và phun xi măng ướt)

- Từ mặt cắt NT4 – mặt cắt NT8 : Bằng biện pháp khoan phụt truyền thống với 3 hàng khoan phụt

- Từ mặt cắt NT8 – mặt cắt NT9+4m : Bằng biện pháp khoan cọc nhồi vữa xi măng sét + khoan phụt xi măng ướt tạo tường chống thấm trong đất Các cọc khoan nhồi đường kính 2000mm, được khoan cách nhau 2200mm; nghĩa là mép cọc cách nhau 200mm Giữa các hố khoan này sẽ thực hiện khoan tạo thành cọc đường kính 600mm nối các hố khoan cọc nhồi với nhau tạo thành tường liên tục

- Từ mặt cắt NT9 +4m – mặt cắt NT18m : Bằng tường xi măng đất (kết hợp cả phun xi măng khô và phun xi măng ướt)

- Từ mặt cắt NT9 +18m – mặt cắt NT10 + 15m : Bằng biện pháp bóc dọn tạo chân răng sau đó đắp lại theo phương pháp đổ đất trong nước

Lưu lượng nước chảy vào hố móng qua thực tế cho thấy kết quả tính toán thiết kế, các phương án xử lý đưa ra là hoàn toàn phù hợp Lưu lượng thấm vào hố móng trong thực tế vào khoảng 200 m3/h, hoàn toàn kiểm soát được bằng các máy bơm tiêu nước hố móng

Công tác thi công kết cấu màn chống thấm dưới nền aluvi đê quai giai đoạn II đã kịp tiến độ chống lũ năm 2006

5- Kết luận

Khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi là một công tác hết sức quan trọng trong xây dựng các công trình thuỷ lợi Việc sử dụng công nghệ nào, dung dịch phụt ra sao tuỳ thuộc vào tình hình và yêu cầu cụ thể của từng công trình Việc sử dụng nhiều giải pháp kết hợp như trong việc xử lý chống thấm đê quai giai đoạn II công trình thuỷ điện Sơn la là một thành công của các kỹ sư thuỷ lợi

Tuy nhiên, hiện nay chúng ta mới chỉ có Tiêu chuẩn ngành về khoan phụt xi măng trong nền đá, áp dụng chung cho nhiều trường hợp và yêu cầu khác nhau dẫn đến lãng phí hoặc nhiều khi không có hiệu quả Nhiều cán bộ kỹ thuật còn rất mơ hồ về phương pháp này, cả trong cách hiểu cũng như trong thiết kế thi công Vì vậy, chúng tôi đề nghị có một đề tài tổng kết và hướng dẫn thiết kế, thi công, nghiệm thu công tác khoan phụt phù hợp sự phát triển của công nghệ mới và đòi hỏi của thực tế sản xuất