giíi thiÖu c«ng nghÖ khoan phôt cao ¸p ®Ó söa ch÷a h háng nÒn vµ mang cèng díi ®ª TS. NguyÔn Quèc Dòng ThS. NguyÔn Quèc Huy KS. Vò B¸ Thao ViÖn Khoa häc Thñy lîi ABSTRACT: Research on applications of new technique in repair of under-dyke sluices
is only one topic of a larger effort by Vietnam Institute for Water Resources Research to tackle the issues of maintenance and repair of thousands of sections of dyke and sluice systems. This paper will mention the overall contents of the research project, which is expected to take a few years to complete, and then focus on a number of areas, including assessment of the existing under-dyke sluice systems, evaluation of the up-to-date technical solutions to repair the systems, study of new solutions for critical problems. Especially, the paper will introduce high-pressure grout (Jet-grouting) technique, which appears advantageous to the other grouting methods as it can perform consolidation or underpinning to underground elements without large open-cut which damages the structure. The method seems to be the most suitable method to be used for repair of under-dyke sluice systems and hydraulic structures. 1. Tæng quan vÒ h háng cèng díi ®ª B¶ng 1. Sè lîng cèng bÞ h háng
1.1.T×nh h×nh h háng chung HiÖn nay trªn hÖ thèng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh cã trªn 1000 cèng díi ®ª, gåm nhiÒu kiÓu, nhiÒu lo¹i kh¸c nhau. Theo kÕt qu¶ ®iÒu tra trªn 730 cèng cã 130 cèng cã h háng (chiÕm 17,8%). Trong 130 cèng nãi trªn, sè lîng cèng bÞ h háng ph©n lo¹i nh b¶ng 1. §èi víi nÒn vµ mang cèng cã hai hiÖn tîng h háng ®iÓn h×nh lµ: + +
TT
H¹ng môc
1 2 3 4 5 6 7
Lón, nøt, chuyÓn vÞ têng th©n Lón, nøt, chuyÓn vÞ têng c¸nh Båi, Xãi bÓ tiªu n¨ng ThÊm qua nÒn, mang cèng S¹t m¸i ®¸ thîng h¹ lu cèng Cèng ng¾n Háng khíp nèi
Sè lîng cèng bÞ h háng (c¸i) 55/130 40/130 40/130 30/130 23/130 14/130 11/130
Ghi chó: Mét cèng cã thÓ cã nhiÒu h háng ®ång thêi
NÒn cèng bÞ lón, lón lÖch lµm chuyÓn vÞ vµ nøt gÉy th©n cèng, têng c¸nh. NÒn vµ mang cèng bÞ thÈm lËu g©y mÊt æn ®Þnh toµn bé c«ng tr×nh.
1.2. Mét sè sù cè vì ®ª do h háng cèng díi ®ª Cèng díi ®ª lµ c«ng tr×nh Èn chøa nhiÒu hiÓm ho¹ ®èi víi an toµn ®ª trong mïa lò b·o. Tõ tríc ®Õn nay, ®· cã nhiÒu sù cè vì ®ª xuÊt ph¸t tõ nguyªn nh©n h háng cèng díi ®ª, vÝ dô: +
Cèng Kªnh Khª: Trªn ®ª t¶ s«ng Hång, huyÖn Kho¸i Ch©u, tØnh Hng Yªn, do ®ïn sñi, trµn ®ª g©y vì ®ª khu vùc hai bªn cèng n¨m 1915.
+
Cèng Mai L©m: Trªn ®ª t¶ §uèng, th«n Mai L©m, huyÖn §«ng Anh. Cèng bÞ sù cè thÈm lËu mang cèng n¨m 1957 g©y nªn vì ®ª khi cha ®Õn b¸o ®éng 1.
+
Cèng Néi Doi: Trªn ®ª h÷u s«ng CÇu, tØnh B¾c Ninh. Cèng bÞ sËp vßm, gÇn nh vì ®ª n¨m 1986, nhng ®· øng cøu kÞp thêi.
+
Cèng Trung L¬ng: Trªn ®ª La Giang, Hµ TÜnh; Sñi m¹ch mang cèng, kh¾c phôc ®îc. N¨m 2001 ®· thay b»ng cèng míi.
NhËn xÐt: NhËn thøc râ tÇm quan träng cña cèng díi ®ª ®èi víi kinh tÕ, x· héi ë vïng ®ång b»ng s«ng Hång, cuèi n¨m 2002 Bé Khoa häc c«ng nghÖ ®· giao cho ViÖn Khoa häc Thuû lîi thùc hiÖn ®Ò tµi ®éc lËp cÊp Nhµ níc víi tªn gäi “ Nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p KHCN ®Ó n©ng cÊp, söa ch÷a c¸c cèng díi ®ª vïng ®ång b»ng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh”. Bµi b¸o nµy tr×nh bµy tãm t¾t mét sè kÕt qu¶ ®· ®¹t ®îc trong n¨m thùc hiÖn ®Çu tiªn, trong ®ã ®Ò cÊp kü h¬n gi¶i ph¸p gia cè nÒn vµ chèng thÊm. 2. Ph¹m vi, néi dung nghiªn cøu vµ tãm t¾t kÕt qu¶ ®· ®¹t ®îc cña ®Ò tµi 2.1. Ph¹m vi nghiªn cøu Ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi (theo ®¬n ®Æt hµng cña Bé KHCN) lµ c¸c cèng díi ®ª thuéc hÖ thèng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh. Tuy nhiªn, ®èi víi c¸c cèng díi ®ª thuéc vïng kh¸c nh khu vùc miÒn Trung, miÒn Nam, hay c¸c cèng díi ®ª biÓn, c¸c cèng lÊy níc díi ®Ëp ®Êt, h háng t¬ng tù còng cã thÓ ¸p dông. 2.2. Néi dung nghiªn cøu Néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi tËp trung vµo 5 nhãm gi¶i ph¸p chñ yÕu sau: 2.2.1. §¸nh gi¸ hiÖn tr¹ng, x©y dùng tiªu chÝ vµ ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ an toµn §¸nh gi¸ hiÖn tr¹ng ®îc thùc hiÖn b»ng nhiÒu ph¬ng ph¸p, cho c¸c ®èi tîng cô thÓ kh¸c nhau: Ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ b»ng phiÕu ®iÒu tra: §îc x©y dùng víi kho¶ng 200 th«ng sè cÇn ®iÒn, ®îc göi ®Õn c¸c chi côc phßng chèng lôt b·o vµ qu¶n lý ®ª ®iÒu (PCLB vµ QL§§) cña 16 tØnh trong khu vùc nghiªn cøu, ®i thùc ®Þa ®Õn nh÷ng cèng theo ®¸nh gi¸ lµ cã h háng liªn quan ®Õn vÊn ®Ò an toµn. HiÖn nay chóng t«i ®· ®iÒu tra xong 13/16 tØnh, thu thËp ®îc h¬n 800 phiÕu ®iÒu tra, ®· cã ®îc b¸o c¸o tæng kÕt bíc ® Çu vÒ hiÖn tr¹ng c¸c cèng díi ®ª trong khu vùc nghiªn cøu. Ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ chÊt lîng nÒn vµ mang cèng: §· sö dông ®ång thêi 5 ph¬ng ph¸p trªn cïng mét cèng ®Ó rót ra qui tr×nh ®¸nh gi¸ s¸t ®óng nhÊt. §ã lµ: s ö dông thiÕt bÞ Rada xuyªn ®Êt, sö dông ph¬ng ph¸p ®Þa ®iÖn (®a cùc, lìng cùc), ph¬ng ph¸p ®¸nh dÊu phãng x¹, vµ khoan lÊy mÉu hoÆc quan s¸t b»ng hè ®µo. Bíc ®Çu kÕt luËn ph¬ng ph¸p Rada xuyªn ®Êt cã nhiÒu høa hÑn cho kÕt qu¶ tèt nhÊt.
X©y dùng tiªu chÝ ®¸nh gi¸ an toµn vµ dù b¸o tuæi thä cña cèng díi ®ª: HiÖn nay viÖc ®¸nh gi¸ an toµn chñ yÕu vÉn lµ bµi to¸n kiÓm tra theo tr×nh tù gièng nh trong thiÕt kÕ. §Ò tµi ®· sö dông lý thuyÕt ®é tin cËy ®Ó thiÕt lËp thµnh phÇn mÒm, bíc ®Çu ®· tÝch thö cho mét sè cèng ®iÓn h×nh. Tíi ®©y chóng t«i sÏ tiÕp tôc tÝnh cho c¸c cèng cã vÊn ®Ò an toµn ®Ó cã con sè ®¸nh gi¸ h háng mét c¸ch ®Þnh lîng h ¬n. 2.2.2. Nghiªn cøu c«ng nghÖ xö lý nÒn vµ mang cèng bÞ h háng: C¸c cèng díi ®ª vïng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh ph Çn lín ®Òu n»m trªn nÒn båi tÝch mÒm yÕu. Nh÷ng nguyªn nh©n g©y nªn h háng nÒn vµ mang cèng cã thÓ lµ: -
-
Do kh¶o s¸t: tµi liÖu kh¶o s¸t kh«ng ®Çy ®ñ, kh«ng chÝnh x¸c, viÖc lÊy mÉu vµ vËn chuyÓn mÉu kh«ng ®¶m b¶o kü thuËt, v.v. Do thiÕt kÕ: kh«ng cã gi¶i ph¸p xö lý nÒn phï hîp, tÝnh to¸n sai, t¶i träng kh«ng chÝnh x¸c, kÕt cÊu kh«ng hîp lý, thiÕt kÕ rËp khu«n theo ®Þnh h×nh, vv... Do thi c«ng: ®Êt ®¾p mang cèng kh«ng ®¶m b¶o dung träng, kh«ng cã biÖn ph¸p chèng thÊm nÒn tho¶ ®¸ng, xö lý thÊm tiÕp gi¸p gi÷a ®Êt ®¾p vµ têng cèng kh«ng ®¹t yªu cÇu, khi thi c«ng lµm x¸o trén nÒn, v.v. Do nguyªn nh©n kh¸c: h háng khíp nèi nªn dßng ch¶y ®i ra tõ trong cèng moi ®Êt t¹o lç hæng, do tæ mèi, tæ chuét, do mùc níc ngÇm thay ®æi, do t¶i träng c«ng tr×nh t¨ng lªn khi t«n cao ®ª, ...
Xö lý h háng nÒn vµ mang cèng nh»m gi¶i quyÕt 2 yªu cÇu sau: -
N©ng cao kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña ®Êt nÒn; Xö lý dßng thÊm (thÊm bªn, thÊm ®¸y).
KÕt qu¶ nghiªn cøu: bíc ®Çu ®· ph©n tÝch ®¸nh gi¸ u nhîc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông cña c¸c gi¶i ph¸p hiÖn ®ang sö dông ë trong níc vµ trªn thÕ giíi. Tõ ®ã kiÕn nghÞ sö dông c«ng nghÖ Jet – grouting (khoan phôt ¸p lùc cao b»ng dßng tia) ®Ó xö lý nÒn cèng vµ mang cèng ®¹t môc tiªu gia cè nÒn vµ chèng thÊm. C«ng nghÖ nµy sÏ tr×nh bµy chi tiÕt ë môc 3. 2.2.3. Nghiªn cøu c«ng nghÖ söa ch÷a kÕt cÊu bª t«ng vµ c¸c kÕt cÊu nèi tiÕp (khíp nèi, têng c¸nh, s©n tiªu n¨ng,...): Néi dung nµy sÏ ®îc nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m tiÕp theo. 2.2.4. Nghiªn cøu n©ng cÊp cèng díi ®ª phôc vô lÊy phï sa trong mïa lò. §ång b»ng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh hiÖn ®ang bÞ tho¸i ho¸ do ®Êt kh«ng ®îc bæ sung dinh dìng ®Çy ®ñ. MÆc dï vËy, trë ng¹i lín nhÊt hiÖn nay lµ c¸c cèng díi ®ª phÇn lín kh«ng ®¶m b¶o an toµn ®Ó lÊy phï sa khi mùc níc ë trªn møc b¸o ®éng 2. §iÒu ®ã ¶nh hëng ®Õn s¶n xuÊt, g©y h¹n gi¶ t¹o (mùc níc ngoµi s«ng cao nhng trong ®ång vÉn thiÕu níc). Kh«ng lÊy ®îc phï sa lµ mét l·ng phÝ nguån dinh dìng v« tËn cho s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. §Ò tµi tËp trung tæng kÕt ®¸nh gi¸ c¸c gi¶i ph¸p hiÖn ®ang sö dông, kiÕn nghÞ mét sè gi¶i ph¸p phï hîp víi tõng ®iÒu kiÖn c«ng tr×nh cô thÓ. Trong ®ã ® Æc biÖt chó ý ®Õn yªu cÇu vÒ an toµn chèng lò, gi¶m thiÓu viÖc ®µo ph¸ ®ª, ®¸p øng yªu cÇu lÊy phï sa theo líp trªn mÆt vµ ®¹t yªu cÇu vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕ. 2.2.5. Nghiªn cøu c¶i tiÕn c«ng cô trî gióp cho c«ng t¸c kh¶o s¸t thiÕt kÕ, qu¶n lý vËn hµnh cèng díi ®ª. §Ò tµi ®· thu thËp ®îc h¬n 800 hå s¬ lý lÞch cèng, x©y dùng mét phÇn mÒm qu¶n lý d÷ liÖu cèng díi ®ª.
§Ò tµi ®ang x©y dùng mét ch¬ng tr×nh phÇn mÒm trî gióp cho viÖc thiÕt kÕ cèng díi ®ª ®Ó thùc hiÖn nh÷ng môc tiªu sau: tÝnh to¸n lùa chän kÝch thíc; tÝnh to¸n kÕt cÊu, thñy lùc, xö lý nÒn, tiªu n¨ng phßng xãi, vµ cho phÐp in ra b¶n vÏ thiÕt kÕ. 3. Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ khoan phôt ¸p lùc cao (Jet - grouting) ®Ó xö lý h háng nÒn vµ mang cèng 3.1. C¸c biÖn ph¸p xö lý h háng cèng hiÖn nay ®ang dïng §èi víi c¸c cèng míi x©y dùng, gi¶i ph¸p n©ng cao søc chÞu t¶i cña nÒn chñ yÕu vÉn lµ ®ãng cäc (cäc BT, cäc c©y,...). §Ó chèng thÊm ®¸y hiÖn ®ang s ö dông gi¶i ph¸p kÐo dµi ®êng viÒn thÊm nh: kÐo dµi b¶n ®¸y, lµm s©n phñ, lµm cõ...; gi¶i ph¸p chèng thÊm bªn chñ yÕu lµ dïng líp ®Êt sÐt dµy kho¶ng 1m bäc xung quanh vµ thi c«ng ®Êt ®¾p mang cèng ®ñ dung träng thiÕt kÕ. Víi c¸c cèng hiÖn cã, nÕu nÒn cèng yÕu g©y nªn lón hoÆc nghiªng th× ph¶i ®Ëp bá ®Ó lµm cèng míi. NÕu do dßng thÊm ®e däa ®Õn an toµn th× cha cã gi¶i ph¸p kh¾c phôc tin cËy, ®Æc biÖt lµ dßng thÊm díi ®¸y cèng. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ë mét sè cèng ®· thö nghiÖm biÖn ph¸p khoan phôt truyÒn thèng (cßn gäi lµ khoan phôt ¸p lùc thÊp) ®Ó xö lý thÊm bªn mang cèng. Khoan phôt truyÒn thèng sö dông m¸y phun v÷a cã ¸p lùc 2-3 atm, v÷a phôt chñ yÕu lµ níc vµ dung dÞch ®Êt sÐt (hoÆc Bentonite), hoÆc cã thÓ thªm xi m¨ng ®Ó t¨ng cêng ®é. Tuy nhiªn c«ng nghÖ khoan truyÒn thèng chØ ®¹t hiÖu qu¶ cao khi dïng ®Ó t¹o mµng chèng thÊm cho c«ng tr×nh nÒn ®¸ bÞ nøt nÎ hoÆc phong ho¸. GÇn ®©y, côc PCLB&QL§§ ®· sö dông khoan phôt ¸p lùc thÊp ®Ó xö lý lç hæng trong th©n ®ª, v÷a phôt chñ yÕu lµ sö dông ®Êt sÐt khai th¸c t¹i chç. Qua mét thêi gian øng dông cho thÊy khoan phôt truyÒn thèng cã t¸c dông gi¶m lîng níc thÊm qua th©n ®ª r â rÖt, tuy nhiªn còng cßn mét sè tån t¹i nh: - HiÖu qu¶ chèng thÊm t¬ng ®èi cao ®èi víi ®Êt cã lç rçng 0,1- 0,3mm, ®Êt c¸t vµ ®Êt h¹t rêi. Víi ®Êt bïn yÕu, ®Êt sÐt vµ ®Êt c¸t mÞn th× kh«ng cã hiÖu qu¶; - Khoan phôt truyÒn thèng chØ cã t¸c dông víi vïng ®Êt n»m trªn mùc níc ngÇm; - HiÖu qu¶ khoan phôt cha ®îc ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ, cha cã ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ tin cËy; - §Æc biÖt viÖc xö lý h háng nÒn cèng vµ mang cèng b»ng c«ng nghÖ khoan phôt truyÒn thèng kh«ng cho hiÖu qu¶ mong muèn. 3.2. Giíi thiÖu c«ng nghÖ Jet – grouting 3.2.1. LÞch sö ra ®êi C«ng nghÖ Jet–grouting ®îc ph¸t minh ë NhËt B¶n n¨m 1970, n¨m 1974 mét c«ng ty ë ý ®· mua l¹i ph¸t minh trªn vµ ra ®êi c«ng ty Technicwell. N¨m 1979 ngêi §øc còng mua b¶n quyÒn c«ng nghÖ Jet-grouting vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ nµy. Nh÷ng c«ng ty xö lý nÒn mãng hµng ®Çu thÕ giíi hiÖn nay nh c«ng ty Laynerchristen (Mü), Soletane-Bachy (Ph¸p), Bauer (§øc), Frankilipe (óc).... §èi víi níc ta, Jet-grouting lµ mét c«ng nghÖ míi cã nhiÒu høa hÑn trong xö lý nÒn mãng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng nãi chung vµ c«ng tr×nh thuû lîi nãi riªng. 3.2.2. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ Jet- grouting. a. Jet-grouting t¹o ra cét ®Êt gia cè tõ v÷a phôt vµ ®Êt nÒn. Nhê tia níc vµ v÷a phun ra víi ¸p suÊt cao (200 - 700 atm), vËn tèc lín (≥ 100m/s), c¸c phÇn tö ®Êt xung quanh lç khoan bÞ xãi t¬i ra vµ hoµ trén víi v÷a phôt, sau khi ®«ng cøng t¹o thµnh mét khèi ®ång nhÊt gäi lµ Soilcrete (t¹m dÞch lµ bªt«ng ®Êt).
b. B¶n chÊt cña Soilcrete: Soilcrete trong ®Êt ®ãng vai trß æn ®Þnh nÒn vµ chèng thÊm. - Cêng ®é chÞu nÐn cña Soilcrete tõ 20 ÷ 250 kg/cm2, phô thuéc vµo: + Lo¹i v÷a, nÕu lµ v÷a xi m¨ng th× phô thuéc hµm lîng xi m¨ng vµ tû lÖ ®Êt cßn l¹i trong khèi Soilcrete . + Lo¹i ®Êt nÒn, nÕu nÒn bïn cã thÓ ®¹t 20 ÷ 50 kg/cm2, nÕu nÒn cuéi sái cã thÓ ®¹t 150 ÷ 250 kg/cm2. - HiÖu qu¶ chèng thÊm cña Soilcrete ®¹t ®îc b»ng c¸ch lùa chän lo¹i v÷a thÝch hîp, trong trêng hîp cÇn thiÕt ph¶i cho thªm Bentonite. c. Ph¹m vi øng dông: Ph¹m vi øng dông c¸c h×nh thøc khoan phôt phô thuéc vµo tõng lo¹i ®Êt, ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.
H×nh 1. Ph¹m vi øng dông hiÖu qu¶ cña c¸c lo¹i c«ng nghÖ khoan phôt. §èi víi c«ng nghÖ Jet-grouting, gi¸ trÞ vµ sù ph¸t triÓn cêng ®é chÞu nÐn cña Soilcrete thÓ hiÖn trong h×nh 2 vµ h×nh 3.
H×nh 2. Sù ph¸t triÓn cêng ®é nÐn cña Soilcrete
H×nh 3. Cêng ®é nÐn cña Soilcrete
d. Miªu t¶ c«ng nghÖ Jet-grouting (H.4) HiÖn nay trªn thÕ giíi ®· ph¸t triÓn ba c«ng nghÖ Jet-grouting, ®Çu tiªn lµ c«ng nghÖ S, tiÕp theo lµ c«ng nghÖ T, vµ gÇn ®©y lµ c«ng nghÖ D. C«ng nghÖ ®¬n pha-Soilcrete S (H.4a): V÷a phôt phun ra víi vËn tèc 100m/s, võa c¾t ®Êt võa trén v÷a víi ®Êt mét c¸ch ®ång thêi, t¹o ra cét Soilcrete ®ång ®Òu víi ®é cøng cao vµ h¹n chÕ ®Êt trµo ngîc lªn. C«ng nghÖ ®¬n pha dïng cho c¸c cét Soilcrete cã ®êng kÝnh võa vµ nhá 0,4 ~1,2m.
a. C«ng nghÖ ®¬n pha
C«ng nghÖ hai pha – Soilcrete D (H.4b): §©y lµ hÖ thèng phôt v÷a kÕt hîp v÷a víi kh«ng khÝ. Hçn hîp v÷a ®Êt-xim¨ng ®îc b¬m ë ¸p suÊt cao, tèc ®é 100m/s vµ ®îc bao bäc bëi mét tia khÝ nÐn. Dßng khÝ nÐn sÏ lµm gi¶m ma s¸t vµ cho phÐp v÷a x©m nhËp s©u vµo trong ®Êt, do vËy t¹o ra cét Soilcrete cã ®êng kÝnh lín. Tuy nhiªn, dßng khÝ l¹i lµm gi¶m ®é cøng cña Soilcrete so víi ph¬ng ph¸p phôt ®¬n pha vµ ®Êt bÞ trµo ngîc nhiÒu h¬n. C«ng nghÖ nµy chñ yÕu dïng ®Ó thi c«ng c¸c têng ch¾n, cäc vµ hµo chèng thÊm. C«ng nghÖ ba pha-Soilcrete T(H.4c): Qu¸ tr×nh phôt cã c¶ v÷a, kh«ng khÝ vµ níc. Kh«ng gièng phôt ®¬n pha vµ phôt hai pha, ban ®Çu níc ®îc b¬m víi ¸p suÊt cao kÕt hîp víi dßng khÝ nÐn bao bäc xung quanh dßng níc ®Ó ®Èy khÝ ra khái ®Êt. Sau ®ã v÷a ®îc b¬m qua mét vßi riªng biÖt n»m díi vßi khÝ-níc ®Ó lÊp ®Çy kho¶ng trèng cña khÝ. Phôt ba pha lµ ph¬ng ph¸p thay thÕ ®Êt mµ kh«ng x¸o trén ®Êt. C«ng nghÖ Soicrete T sö dông ®Ó lµm c¸c cäc, c¸c têng ng¨n chèng thÊm, cã thÓ t¹o ra cét Soilcrete ®êng kÝnh ®Õn 2m. e. Ph¬ng ph¸p thi c«ng: C«ng t¸c khoan thùc hiÖn b»ng khoan xoay vµ xèi níc qua cÇn khoan vµ mòi
b. C«ng nghÖ hai pha
c. C«ng nghÖ ba pha
H×nh 4. Nguyªn lý Jet grouting
khoan ®Æc biÖt. Sau khi ®a mòi khoan ®Õn cao ®é thiÕt kÕ, qu¸ tr×nh phôt v ÷a b¾t ®Çu. V÷a ®îc phôt qua vßi phun víi ¸p suÊt vµ vËn tèc cao, lµm ph¸ vì kÕt cÊu cña ®Êt vµ t¹o thµnh Soilcrete. Trong suèt qu¸ tr×nh phôt v÷a, cÇn khoan võa xoay võa nhÊc lªn dÇn. f. Tr×nh tù thi c«ng (H..5): f1. ThiÕt bÞ thi c«ng bao gåm: thïng chøa níc; tr¹m trén v÷a vµ thiÕt bÞ khoan, b¬m.
H×nh 5. M« t¶ qu¸ tr×nh thi c«ng t¹o têng chèng thÊm. C¸c èng nèi chÞu ¸p lùc cao vµ ®êng c¸p ®iÒu khiÓn nèi m¸y b ¬m víi m¸y khoan. CÇn khoan dµi tõ 2m ®Õn 35m. Lç khoan ®îc nèi víi r·nh thu ®Ó ®a bïn ch¶y vµo vÞ trÝ m¸y b¬m bïn. T¹i ®©y hçn hîp níc-®Êt-xim¨ng ®îc b¬m ra khái hiÖn trêng hoÆc sö dông l¹i. f2. Khoan: CÇn khoan cã bè trÝ c¸c lç phun vµ mòi khoan, cho phÐp khoan ®Õn ®é s©u yªu cÇu. Th«ng thêng, hçn hîp v÷a ®Ó phun ®ång thêi còng lµm dung dÞch gi÷ v¸ch lç khoan. f3. Phun v÷a: Qu¸ tr×nh phun v÷a ®îc thùc hiÖn tõ díi lªn trªn, võa phun võa xoay vµ rót cÇn khoan lªn. Hçn hîp ®Êt-níc-xim¨ng thõa sÏ vËn chuyÓn lªn mÆt ®Êt theo vµnh khuyªn tiÕp gi¸p víi lç khoan vµ däc theo cÇn khoan. Trong qu¸ tr×nh phôt ph¶i liªn tôc theo dâi c¸c th«ng sè thiÕt kÕ. f4. Hçn hîp v÷a: Sù hçn lo¹n do tia v÷a g©y ra trong vïng ¶nh hëng cã t¸c dông trén ®Òu ®Êt víi dông dÞch phôt. Tríc khi phôt v÷a th× ph¶i rãt dung dÞch gi÷ v¸ch vµo trong lç khoan vµ bæ sung liªn tôc.
H×nh 6. M¸y khoan- phôt v÷a
3.2.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c th«ng sè khoan phôt C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn kÕt qu¶ gia cè ®Êt b»ng Jet grouting lµ: lo¹i ®Êt; søc chÞu t¶i; dung träng; cÊp phèi h¹t; hµm lîng níc; giíi h¹n Atterbug. C¸c th«ng sè cÇn x¸c ®Þnh trong Jet grouting lµ ®êng kÝnh cét Soilcrete; tèc ®é thi c«ng; tÝnh chÊt c¬ lý cña cét Soilcrete míi t¹o ra vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ. Mçi th«ng sè øng víi mét lo¹i ®Êt ë mét vÞ trÝ nhÊt ®Þnh ®îc x¸c ®Þnh qua tÝnh to¸n. Tuy nhiªn, cÇn ph¶i tiÕn hµnh c¸c thö nghiÖm hiÖn trêng nh»m t×m ®îc c¸c th«ng sè thÝch hîp. Cã thÓ tham kh¶o b¶ng díi ®©y. B¶ng 2. C¸c thèng sè cho Jet grouting KiÓu khoan phôt Th«ng sè
1 pha
2 pha
3 pha
§¬n vÞ
Min
Max
Min
Max
Min
Max
¸p suÊt tia v÷a
Mpa
20
60
30
60
3
7
Lu lîng v÷a
l/phót
40
120
70
150
70
150
¸p suÊt tia khÝ
Mpa
0.6
1.2
0.6
1.2
Lu lîng khÝ
l/phót
2000
6000
2000
6000
¸p suÊt tia níc
Mpa
20
50
Lu lîng níc
l/phót
70
150
4
8
1.5
3
§êng kÝnh lç phôt v÷a
mm
§êng kÝnh lç phôt níc
mm
§êng kÝnh lç phôt khÝ (®ång trôc)
mm
Tèc ®é vßng quay cÇn khoan
v/phót
Tèc ®é rót cÇn cÇn cm/phót khoan
1.5
3
1.5
3
1
2
1
2
10
25
5
10
5
10
10
50
7
30
5
30
Tr×nh tù tÝnh to¸n s¬ bé c¸c th«ng sè khoan phôt nh sau: 1. S¬ bé chän cêng ®é cét Soilcrete, kÕt hîp víi biÓu ®å kinh nghiÖm ®Ó hiÖu chØnh lîng xi m¨ng, sau ®ã x¸c ®Þnh lîng xi m¨ng trªn mét m3 Soilcrete. 2. Chän ®êng kÝnh cét Soilcrete sÏ t¹o ra vµ tÝnh to¸n lîng xi m¨ng sÏ dïng. 3. Chän cÊp phèi v÷a. Trong trêng hîp hçn hîp chØ lµ níc vµ xi m¨ng, tØ lÖ nµy sÏ ¶nh hëng ®Õn kh¶ n¨ng b¬m còng nh cêng ®é cét Soilcrete. TØ lÖ N/X cµng cao th× cµng dÔ b¬m nhng cêng ®é ®¹t ®îc l¹i thÊp. Khi chän cÊp phèi v÷a cÇn quan t©m ®Õn c¸c yÕu tè: ®iÒu kiÖn tù nhiªn cña ®Êt; cÊp phèi h¹t; kh¶ n¨ng thÊm vµ hµm lîng níc. -
Trong vïng ®Êt cã tÝnh thÊm lín, níc trong v÷a cã thÓ tho¸t ra khái vïng xö lý, tØ lÖ N/X cÇn chän t¨ng lªn.
-
Víi ®Êt dÝnh, ®é thÊm níc nhá th× chän tØ lÖ N/X nhá ®Ó ®¹t cêng ®é cao h¬n.
-
Víi ®Êt cã ®é thÊm cao, mµ yªu cÇu vÒ cêng ®é kh«ng cao l¾m, cã thÓ pha thªm Bentonite vµo v÷a ®Ó gi¶m mÊt níc.
-
TØ lÖ N/X th«ng thêng chän tõ 1 ®Õn 1,5.
4. Tõ (1), (2), (3) tÝnh to¸n sè lîng v÷a cÇn b¬m cho mét cét Soilcrete. 5. Chän ¸p suÊt phôt. Lý tëng nhÊt lµ x¸c ®Þnh b»ng kinh nghiÖm kÕt hîp víi thÝ nghiÖm hiÖn trêng. Th«ng sè nµy ®ång thêi còng lµ hµm sè gi÷a n¨ng lùc cña b¬m ¸p lùc vµ ®iÒu kiÖn thùc tÕ cña ®Êt. ¸p suÊt b¬m v÷a cµng cao, n¨ng lùc cña tia phôt ra cµng lín vµ kÕt qu¶ lµ hiÖu qu¶ ph¸ ®Êt cµng cao. ¸p suÊt cµng cao ®êng kÝnh cét ®Êt cµng lín. §êng kÝnh cét ®Êt cßn phô thuéc vµo thêi gian b¬m, tøc lµ thêi gian gi÷ cÇn khoan cè ®Þnh t¹i mét chç ®Ó b¬m vµ lîng v÷a b¬m ra t¹i vÞ trÝ ®ã. 6. Chän kÝch thíc vµ sè lç phï hîp víi cÇn khoan. 7. Tõ (4) vµ (6) tÝnh to¸n thêi gian b¬m v÷a cho mét mÐt cét Soilcrete. 8. Chän møc ®é rót cÇn khoan lªn (th«ng thêng 3 ®Õn 8 cm/ph) vµ tÝnh to¸n thêi gian cÇn thiÕt ®Ó b¬m mét lîng v÷a cÇn thiÕt cho mçi ®o¹n. 9. Chän tèc ®é quay cña cÇn khoan khi rót lªn, Ýt nhÊt lµ 1 ®Õn 2 vßng cho mçi ®o¹n. Sau khi tÝnh to¸n qua 9 bíc nãi trªn, tiÕn hµnh mét sè thÝ nghiÖm hiÖn trêng. Ýt nhÊt ph¶i lµm t¹i bèn vÞ trÝ, mçi vÞ trÝ lµm ba cét. T¹i mçi vÞ trÝ cÇn thay ®æi gi¸ trÞ cÊp phèi v÷a, lu lîng vµ bíc thêi gian. Sau khi cét Soilcrete ®· æn ®Þnh, tiÕn hµnh ®µo kiÓm tra cét Soilcrete ®Ó ®o l¹i ®êng kÝnh vµ kiÓm tra cêng ®é, hÖ sè thÊm. NÕu cét Soilcrete n»m qóa s©u, cã thÓ khoan lÊy mÉu ®Ó thÝ nghiÖm. 3.2.4. øng dông c«ng nghÖ Jet-grouting ®Ó xö lý nÒn vµ mang cèng díi ®ª. Sau khi nghiªn cøu nhiÒu c«ng nghÖ gia cè ®Êt vµ chèng thÊm cho c¸c cèng díi ®ª bÞ h háng, chóng t«i quyÕt ®Þnh øng dông c«ng nghÖ Jet-grouting v× nh÷ng lý do sau: -
T¹o ®îc mét têng chèng thÊm d¹ng cäc díi ®¸y cèng vµ hai bªn mang cèng;
-
Võa cã t¸c dông chèng thÊm võa cã t¸c dông chÞu lùc;
-
Phï hîp víi mäi lo¹i ®Êt;
-
Thi c«ng ®îc díi mùc níc ngÇm;
-
ThiÕt bÞ thi c«ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn cèng díi ®ª, kh«ng g©y chÊn ®éng lµm ¶nh hëng ®Õn kÕt cÊu ®Êt nÒn vµ b¶n th©n c«ng tr×nh;
Tïy thuéc vµo mÆt b»ng thi c«ng, kÕt cÊu b¶n ®¸y vµ vÞ trÝ khíp nèi, cã thÓ chän vÞ trÝ têng ë phÝa thîng lu hoÆc ë tim tuyÕn ®ª. H×nh 7 minh häa øng dông c«ng nghÖ Jet-grouting lµm têng chèng thÊm cho cèng díi ®ª.
H×nh 7. Thi c«ng têng chèng thÊm cho cèng díi ®ª b»ng c«ng nghÖ Jet grouting 4. kÕt luËn: §Ò tµi nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p KHCN ®Ó n©ng cÊp vµ söa ch÷a cèng díi ®ª míi thùc hiÖn ®îc n¨m ®Çu tiªn, nhiÒu vÊn ®Ò KHCN cßn cÇn ph¶i tiÕp tôc hoµn thiÖn vµ thö nghiÖm. øng dông c«ng nghÖ Jet-grouting ®Ó chèng thÊm vµ gia cè nÒn cèng díi ®ª lµ mét gi¶i ph¸p cã nhiÒu høa hÑn thµnh c«ng, v× nã u viÖt h¬n vÒ bè trÝ mÆt b»ng thi c«ng, hiÖu qu¶ kinh tÕ- kü thuËt, vµ kh¶ n¨ng øng dông ®îc cho mäi lo¹i ®Êt. Chóng t«i mong muèn nhËn ®îc sù phèi hîp vµ hîp t¸c cña c¸c nhµ khoa häc, c¸c tæ chøc vµ c¸ nh©n ®Ó thùc hiÖn thµnh c«ng ®Ò tµi. Tµi liÖu tham kh¶o 1. NguyÔn Quèc Dòng vµ c¸c nghiªn cøu viªn trong nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi, B¸o c¸o ®Ò tµi “ Nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p KHCN ®Ó n©ng cÊp, söa ch÷a c¸c cèng díi ®ª vïng ®ång b»ng s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh” ViÖn khoa häc Thuû lîi, 7/2003. 2. NguyÔn §¨ng S¬n, Vò Trêng H¹o, Sæ tay sö lý sù cè c«ng tr×nh x©y dùng tËp I, NXB X©y dùng, Hµ Néi, 2001. 3. TCVN 4253-86 Tiªu chuÈn thiÕt kÕ, NÒn c¸c c«ng tr×nh thñy c«ng, trêng §¹i häc Thñy lîi, Hµ Néi, 1985.
4. 14 TCN Tiªu chuÈn ngµnh, §ª-qui tr×nh kü thuËt khoan phôt v÷a gia cè, Bé NN&PTNN, Hµ Néi, 2001. 5. 14 TCN 82-1995 Tiªu chuÈn ngµnh, C«ng tr×nh Thñy lîi - tiªu chuÈn kü thuËt khoan phôt xi m¨ng vµo nÒn ®¸, Bé NN&PTNN, Hµ Néi, 2001. 6. Bullivant and H.W. Bradbury, Underpinning, Blackwell Science Ltd, Oxford, 1996.