Bài giảng hướng dẫn thực tập khoan khai thác bài 2 đh bách khoa TP HCM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.87 MB, 61 trang )
BÀI GIẢNG HƯỚNG DẪN THỰC TẬP KHOAN - KHAI THÁC
BÀI 2: KHOAN KHẢO SÁT
ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
CBGD
: ThS. ĐỖ QUANG KHÁNH
ThS. HOÀNG TRỌNG QUANG
ThS. BÙI TỬ AN
Bộ môn
: Khoan và Khai thác
Tel
: 84-8-8654086
Mục lục
I. Nội dung và yêu cầu thực tập
II. Cơ sở lý thuyết
2.1. Giới thiệu
2.2. Các phương pháp khoan
2.3. Lấy mẫu đất
2.4. Bảo quản và ghi nhãn mẫu
2.5. Các thí nghiệm trong hố khoan
III. Điều kiện thực tập và cách thức tổ chức
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
128
BM. KHOAN & KHAI THÁC
I. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
Nội dung:
Tổ chức đội khoan khảo sát địa chất công trình.
Công tác chuẩn bị.
Thực hiện quy trình thi công lỗ khoan
Qui trình lấy mẫu nguyên dạng
Cách bảo quản và ghi nhãn mẫu
Các thí nghiệm tại hiện trường
Ghi chép số liệu tại hiện trường
Lấp lỗ khoan và thu dọn hiện trường
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
129
BM. KHOAN & KHAI THÁC
NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
Yêu cầu thực tập:
Ghi chép chung về buổi thực tập (ngày thực tập, địa điểm,
đặc điểm công trình...).
Ghi chép về tổ chức đội khoan.
Tham gia thực hiện công tác chuẩn bị trước khi khoan:
(Chuẩn bị mặt bằng, đưa máy khoan vào vị trí, dựng
tháp... ).
Trình bày và vẽ lại sơ đồ bố trí thiết bị và dụng cụ khoan
khảo sát địa chất công trình.
Tham gia vận hành và thao tác khoan khảo sát ĐCCT.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
130
BM. KHOAN & KHAI THÁC
NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THỰC TẬP
Tham gia thực hiện và báo cáo về quy trình lấy mẫu, mô tả
và đánh giá chất lượng mẫu.
Tham gia thực hiện và báo cáo về công tác bảo quản và
ghi nhãn mẫu.
Tham gia thực hiện và báo cáo về công tác thí nghiệm tại
hiện trường thực tập.
Vẽ, mô tả cột địa tầng tại vị trí thực tập khoan khảo sát
ĐCCT.
Tham gia công tác lấp lỗ khoan và thu dọn hiện trường.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
131
BM. KHOAN & KHAI THÁC
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu
2.2. Các phương pháp khoan
2.3. Lấy mẫu đất
2.4. Bảo quản và ghi nhãn mẫu
2.5. Các thí nghiệm trong hố khoan
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
132
BM. KHOAN & KHAI THÁC
2.1 Giới thiệu
Có nhiều phương pháp khảo sát địa chất công trình và có thể là tổ
hợp các phương pháp được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu về kỹ
thuật.
Việc lựa chọn phương pháp khảo sát cần phải được nghiên cứu, xem
xét của cán bộ khảo sát địa chất công trình. Các phương pháp này có
thể là xem các điểm lộ, các hố thử nông, sâu, các giếng khoan, các lò
dọc vỉa .
Trong phạm vi tài liệu này sẽ quan tâm đến phương pháp khoan khảo
sát địa chất công trình bao gồm các kiểu khoan tay, khoan đập cáp
nhẹ, khoan guồng xoắn và khoan xoay máy.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
133
BM. KHOAN & KHAI THÁC
2.2 Các phương pháp khoan
1. KHOAN TAY
2. KHOAN ĐẬP CÁP NHẸ
3. KHOAN GUỒNG XOẮN
4. KHOAN XOAY MÁY
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
134
BM. KHOAN & KHAI THÁC
1. Khoan tay
•
Phương pháp khoan tay dùng thiết bị nhẹ thao
tác bằng tay, cần khoan thường dùng loại nhỏ
và mỏng Φ34, Φ42mm, lưỡi khoan có đường
kính từ 75-132mm gồm có các kiểu lưỡi khoan:
xoắn ruột gà, lưỡi khoan thìa, lưỡi khoan hợp
kim, choòng đập, ống múc mùn khoan và các
ống mẫu theo các quy phạm khác nhau.
•
Ví dụ ống mẫu thành mỏng Φ75 theo quy phạm
ASTM, ống mẫu đường kính Φ110 gồm hai
mảnh tháo rời theo quy phạm Liên xô cũ.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
135
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan tay
Khoan xoay tay có thể kết hợp với khoan đập tay khi phải khoan qua
khối đất cứng như sạn laterite, đá lăn . . . khi đó phải dùng hệ đòn
bẩy vuông góc với cần khoan. Kéo cần khoan bằng tay và thả với bộ
dụng cụ rơi tự do bằng sợi dây mềm.
Trong khoan xoay tay, khi cần tăng tải trọng lên đáy người ta có thể
gia tải lên đầu cần bằng các vật liệu như đá hoặc gang, thép . . .
Tùy theo loại đất khoan xoay, xoay-đập tay có thể đạt được chiều sâu
tới 30m đối với đất đá cấp I-II, đất cấp III có thể đạt được chiều sâu
từ 15-20m.
Tháp khoan dùng loại ba chân ống thép mỏng hoặc bằng gỗ, nếu
trường hợp khoan độ sâu dưới 6m có thể không cần dùng tháp.
Khoan tay rất thuận lợi trong vùng chật hẹp, lầy lội, khó thi công. Tuy
nhiên nó có nhiều hạn chế về phạm vi sử dụng.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
136
BM. KHOAN & KHAI THÁC
2. Khoan đập cáp nhẹ
Khoan đập cáp nhẹ là một biến tướng của các phương pháp khoan
giếng tiêu chuẩn, nói chung, sử dụng một giàn khoan di động được
thiết kế riêng cho công tác khảo sát đất nền.
Đối với hầu hết công tác khảo sát, đó là giàn khoan có tời với sức
nâng từ 1 đến 2 tấn, được vận hành bằng động cơ diezen và tháp
khoan có chiều cao khoảng 6m.
Với nhiều loại giàn khoan, các chân tháp gấp lại được tạo nên một
rơmoóc đơn giản, có thể kéo đi bằng một xe nhẹ. Mũi khoan cắt sét
được dùng trong lỗ khoan khô.
Ống khoan chỉ được sử dụng khi nước ở đáy lỗ khoan đủ ngập phần
dưới của ống. Do đó cần đổ thêm nước vào lỗ khoan khi khoan qua
lớp đất khô không dính nếu dùng ống khoan.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
137
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan đập cáp nhẹ
Các phương pháp nêu trên có thể không phù hợp với các đối
tượng khảo sát địa kỹ thuật đòi hỏi lỗ khoan phải được khoan
trong điều kiện khô, hoặc với mực nước trong hố khoan được
giữ ở mực nước dưới đất tự nhiên.
Trong những trường hợp đó, cần chấp nhận một pượng pháp
khoan kém hiệu quả hơn với bộ khoan đập cáp.
Chẳng hạn, khi khoan qua sét quánh dưới nước có thể phải
sử dụng choòng khoan và ống khoan hay là chấp nhận một
phương pháp khác như khoan cơ khí.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
138
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan đập cáp nhẹ
Khoan đập cáp nhẹ thích hợp với đất đá yếu.
Kích thước ống chống lỗ khoan và mũi khoan thường là 150mm,
200mm, 250mm và 300mm, khoan được tới độ sâu lớn nhất chừng
60m trong địa tầng thích hợp.
Bộ khoan này có thể có một cơ cấu thủy lực để điều khiển một bộ gá
khi cần khoan xoay dùng cho việc lấy lõi đá.
Mũi khoan đập nhờ cáp tời để thực hiện động tác đập và gồm có
choòng cắt sét dùng cho đất dính, mũi khoan thìa hoặc ống đóng
dùng cho đất không dính, choòng để đập vỡ đá và những lớp cứng.
Choòng cắt và ống múc lấy lên vật liệu đã bị phá huỷ nói chung là đủ
đại diện, cho phép nhận biết địa tầng.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
139
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan đập cáp nhẹ
Hiện nay ở nước ta còn có một số trường hợp cải tiến khoan đập cáp
nhẹ trên thành một giàn khoan cơ động và gọn nhẹ hơn.
Sợi cáp đập được chuyển đổi thành một sợi chắc mềm, phanh hãm
và thả bộ dụng cụ qua một cơ cấu tang tời phụ.
Bộ dụng cụ được nâng lên khỏi đáy giếng khoảng từ 15-25mm tùy
theo độ cứng của đất và tần số đập thay đổi 60-80 lần/phút.
Mỗi lần đập cần khoan được xoay đi một góc từ 100 -150 nhờ xoay
tay kha mút kẹp cần. Làm sạch mùn khoan trên đáy bằng bơm dung
dịch kiểu piston tác dụng kép.
Phương pháp này có thể khoan tới độ sâu 50m trong đất đá cấp III và
năng suất khoan đạt 2-3m/giờ trong đất đá này.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
140
BM. KHOAN & KHAI THÁC
3. Khoan guồng xoắn
Khoan guồng xoắn thường sử dụng
lưỡi khoan cánh xoắn liên tục có chuôi
rỗng (lưỡi khoan ruột gà). Chúng thích
hợp để khoan xoắn vào đất dính.
Khi khoan, đoạn chuôi rỗng được nút
lại tại đầu dưới. Nút này có thể tháo ra
để hạ ống lấy mẫu xuống qua lòng
chuôi và ấn vào đất bên dưới mũi
khoan.
Việc sử dụng lưỡi khoan có chuôi rỗng
trong đất không dính thường gặp khó
khăn là làm thế nào ngăn cản vật liệu
chui vào đoạn chuôi rỗng khi tháo nút
ra.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
141
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan guồng xoắn
Khi gặp đá, nó có thể trở thành khoan lấy lõi cũng nhờ đoạn chuôi
rỗng đó. Thông thường, lưỡi khoan xoắn có chuôi rỗng đường kính
khoảng 75mm và 125mm sẽ tạo ra lỗ khoan đường kính chừng
150mm và 250mm tương ứng, tới độ sâu 30m đến 50m.
Khoan cánh xoắn liên tục (khoan xoắn) đòi hỏi năng lượng cơ học và
trọng lượng khá lớn, do đó thường được đặt trên một xe tải nặng.
Những mảnh vụn khoan được đưa lên mặt đất nhờ cánh xoắn của
lưỡi khoan, chỉ cho một hướng dẫn rất sơ bộ về độ sâu và đặc tính
của địa tầng.
Có thể giám định chính xác từng khoảng địa tầng không liên tục từ
các mẫu khoan lấy được qua thân rỗng của lưỡi khoan.
Ở địa tầng tự chống đỡ được, có thể dùng cần đặc và mũi khoan
thích hợp. Mũi khoan được kéo lên mặt đất mỗi khi cần moi đất đá ra.
Có thể tiến hành lấy mẫu đóng và thí nghiệm trong lỗ khoan.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
142
BM. KHOAN & KHAI THÁC
4. Khoan xoay máy
Các máy khoan xoay sử dụng trong khoan khảo sát công trình
thường là cỡ nhỏ với sức nâng của tời từ 1-2 tấn, độ sâu lỗ
khoan tối đa là 100m.
Về cơ bản, thiết bị và dụng cụ ở phương pháp khoan xoay này
giống các phương pháp khoan xoay thăm dò khoáng sản cứng
và khoan thăm dò-khai thác nước nhưng kích thước và qui mô
nhỏ hơn.
Một điều đặc biệt nữa là các thiết bị khoan khảo sát địa chất
công trình chỉ sử dụng loại điều áp thủy lực và mâm cặp, trục
spindel.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
143
BM. KHOAN & KHAI THÁC
4. Khoan xoay máy
Các thiết bị loại này thường gặp ở Việt nam là XJ-100 (Trung
quốc), ZuΦ 75, 150 (Liên xô), CANO (Japan), Longer (USA) . .
Lưỡi khoan trong phương pháp khoan xoay máy sử dụng
giống như khoan thăm dò khoáng sản.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
144
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Khoan xoay máy
Trong đất đá mềm, bở rời sử dụng các loại choòng để phá toàn đáy
như các choòng 2 cánh kiểu đuôi cá, choòng 2 cánh có gắn hợp kim
chống mài mòn.
Dung dịch khoan được sử dụng là dung dịch nước thiên nhiên trộn
với đất sét khi khoan qua các địa tầng còn gọi là dung dịch sét tự
nhiên. Nó ít làm biến đổi tính chất của mẫu đất và các địa tầng khoan.
Những trường hợp đặc biệt khi khoan qua các địa tầng bở rời, cát
chảy có thể cho phép khoan xoay bằng dung dịch sét nhân tạo để
khống chế sập lỡ thành lỗ khoan, nhưng sử dụng dung dịch loãng có
độ nhớt và tỷ trọng càng nhỏ càng tốt.
Khi cần đóng mẫu nguyên dạng cũng dùng các bộ ống mẫu theo quy
phạm sẽ trình bày ở các phần dưới.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
145
BM. KHOAN & KHAI THÁC
2.3 Lấy mẫu đất
Các nguyên tắc chung
Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu
Chất lượng mẫu
Các mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào
Ống lấy mẫu hở
Ống lấy mẫu thành mỏng
Ống lấy mẫu hở đường kính 100mm
Ống mẫu tách dùng cho thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Mẫu lõi khoan xoay
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
146
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Các nguyên tắc chung
Việc chọn kĩ thuật lấy mẫu phụ thuộc vào chất lượng mẫu yêu cầu và
đặc điểm của đất, đặt biệt là mức độ đất bị phá hoại do quá trình lấy
mẫu.
Cần nhớ rằng tính chất của đất nguyên trạng tại hiện trường thường
bị chi phối bởi sự hiện diện bởi những chổ yếu và những gián đoạn.
Do đó có thể có những mẫu tốt nhưng
không đại diện cho đất nguyên trạng.
Trong việc chọn phương pháp lấy mẫu
phải xác định rõ đó là để xác định tính
chất của đất nguyên trạng (trong khối)
hay là các tính chất của vật liệu đất
nguyên vẹn.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
147
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu
a. Lấy mẫu phá hoại từ dụng cụ khoan hoặc từ thiết bị đào trong quá
trình khoan
b. Lấy mẫu đóng, trong đó một ống hoặc ống mẫu tách đôi có mép cắt
sắt ở mút dưới được ấn vào đất bằng lực ép tĩnh hoặc bằng va đập
động.
c. Lấy mẫu xoay – trong đó ống với bộ phận cắt ở mút dưới sẽ xoay
vào đất, do đó tạo ra mẫu lõi.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
148
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Các kĩ thuật chủ yếu để lấy mẫu
Các mẫu lấy được bằng kĩ thuật b, c thường là đủ nguyện vẹn
để có thể xem xét kiến trúc của đất nền bên trong mẫu.
Chất lượng của những mẫu như vậy có thể thay đổi nhiều, tùy
theo kĩ thuật và những điều kiện đất và thường cho thấy một
mức độ phá hoại nhất định.
Các mẫu nguyên vẹn bằng kĩ thuật b, c thường được lấy theo
hướng thẳng đứng, nhưng có thể lấy theo hướng đặc biệt để
khảo sát những đặc điểm riêng.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
149
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Chất lượng mẫu
Quy trình lấy mẫu phải được lựa chọn trên cơ sở chất lượng
mẫu được yêu cầu và sẽ được đánh giá phần lớn theo mức độ
thích hợp của mẫu cho các thí nghiệm trong phòng tương ứng.
Một phân loại mẫu đất đề xuất ở Đức đã cung cấp một cơ sở
hữu ích cho phân loại các mẫu theo chất lượng.
Chất lượng
Các tính chất có thể xác định được đủ độ tin cậy
Loại 1
Phân loại, độ ẩm, dung trọng, độ bền, biến dạng và
các đặc trưng cố kết
Loại 2
Phân loại, độ ẩm, dung trọng
Loại 3
Phân loại, độ ẩm
Loại 4
Phân loại
Loại 5
Không (trừ thứ tự các tầng)
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
150
BM. KHOAN & KHAI THÁC
Chất lượng mẫu
Những thí nghiệm phân loại trong phòng chỉ phù hợp với đất còn phân
loại chất lượng có thể áp dụng cho các mẫu đá khi xét về các tính chất
khác.
Trong một số trường hợp dù sử dụng phương pháp nào để lấy mẫu
cũng chỉ có thể lấy được mẫu bị phá hoại ít nhiều. Tức là tốt nhất chỉ
là loại 2.
Kết quả thí nghiệm về độ bền và tính nén lún tiến hành trên những
mẫu đó phải được xử lí thận trọng. Các mẫu thuộc các loại 3, 4 và 5
nói chung được coi như “mẫu phá hoại”.
Điều này cần xem xét tiếp trong việc lựa chọn các qui trình để lấy mẫu
loại 1 là kích thước của mẫu. Điều này được xác định phần lớn bởi
kiến trúc của đất đá mà đối với riêng đất, thường hay gọi là “kết cấu”.
Khi đất có những gián đoạn định hướng bất kỳ, chẳng hạn như trong
đất là sét thì đường kính mẫu hoặc bề rộng mẫu càng lớn so với
khoảng cách giữa các gián đoạn càng tốt.
Hướng dẫn thực tập khoan-khai thác
151
BM. KHOAN & KHAI THÁC
