Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực, chƣa từng đƣợc công bố trong bất ký công trình
nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các tài liệu tham khảo, thông tin trích dẫn trong Luận
văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc, đảm bảo sự đúng đắn, chính xác, trung thực và
tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ.
Hải Phòng, ngày 10 tháng 9 năm 2015

Vũ Ngọc Minh

i


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Văn Thứ đã tận
tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và đƣa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng nhƣ tạo điều kiện
thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận
văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ của Viện Đào tạo sau đại học,
các thầy cô khoa Công trình thủy trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam cùng các bạn
đồng nghiệp đã cung cấp cho tôi những tài liệu tham khảo và chỉ dẫn cho tôi trong
thời gian thực hiện luận văn.
Trân trọng cám ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH
GIA CỐ NỀN ............................................................................................................ 4
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của phƣơng pháp......................................... 4
1.2 Khái niệm, sơ đồ và nguyên lý hoạt động ....................................................... 6
1.3. Dung dịch đông kết (vữa phụt). .................................................................... 10
1.4. Một số tính toán trong thiết kế bơm phụt ..................................................... 21
1.5. Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác phụt................................................... 26
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG THÍ
NGHIỆM ................................................................................................................. 30
2.1. Đặt vấn đề và phƣơng pháp luận nghiên cứu ............................................... 31
2.2. Thiết bị thí nghiêm và vật liệu thí nghiệm.................................................... 32
2.3 Quy trình thí nghiệm ...................................................................................... 43
2.4 Kết quả một thí nghiệm điển hình ................................................................. 48
2.5 Kết quả thí nghiệm, đánh giá tác dụng của phƣơng pháp bơm phụt đến các
chỉ tiêu của đất ..................................................................................................... 51
2.6. Các chỉ tiêu cơ học ........................................................................................ 51
2.7 Kết luận .......................................................................................................... 56
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƢỜNG .......... 57
3.1 Ứng dụng công nghệ bơm phụt gia cố nền tại một số công trình.................. 57
3.2 Nhận xét, đánh giá kết quả thu đƣợc ............................................................. 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 67

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Các giới hạn Atterberg và khối lƣợng riêng của đất

38

2.2

Thông số chính của sản phẩm Meyco MP320

41

2.3

Thông số của chất phụ gia

41

2.4

Thời gian đông kết của nanosilice tinh khiết và pha

42

loãng 20%
2.5

Tốc độ cố kết của dung dịch Nanosilice nguyên chất

46

với các tỷ lệ A/N khác nhau
2.6

Các thông số

48

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt

7

1.2

Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ dƣới lên

8

1.3

Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ trên xuống

9

1.4

Phƣơng pháp ống Măng - xông cho nền đất rời

10

Xu hƣớng hình thành các mặt phẳng phá hoại : vuông góc
1.5

với phƣơng ứng suất chính bé nhất trong đất (Camberfort,

17

1967)
1.6

Các dạng lọc

19

1.7

Áp lực vữa phụt lớn nhất

24

2.1

Hiện tƣợng lún sụt nền đất dọc theo tuyến đƣờng sắt phía
Bắc nƣớc Pháp

31

2.2

Buổng thí nghiệm

33

2.3

Thiết bị Bender Elements

34

2.4

Thiết bị Bender Elements tại trƣờng Cầu đƣờng Pháp

35

2.5

Các thiết bị thí nghiêm khác

36

2.6

2.7

Biểu đồ biến thiên độ ẩm theo chiều sâu, Cui, Y.J
&Marcial, D.
Đƣờng cong cấp phối hạt ở các độ sâu khác nhau, Cui,
Y.J. & Marcial, D. (2003)

38

38

2.8

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m ở trạng thái ban đầu

39

2.9

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m sau khi bị phá hoại

39

2.10

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 3.5m ở trạng thái ban đầu

39

2.11

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 3.5m sau khi bị phá hoại

40

2.12

Biểu đồ thời gian đông kết của nanosilice tinh khiết và
pha loãng 20% theo thời gian

42

2.13

Hình dạng mẫu thí nghiệm

43

2.14

Các bƣớc gia công và chuẩn bị mẫu thí nghiệm

44

v


2.15

Mẫu đất ngay sau khi gia cố

47

2.16

Biểu đồ biến thiên khối lƣợng của buồng bơm

49

2.17

Biểu đồ biến thiên khối lƣợng của buồng chứa vữa bơm

50

2.18

Biểu đồ biến thiên áp lực

50

2.19

Biểu dồ kết quả thí nghiệm Bender Elements theo thời
gian

53

2.20

Kết quả một thí nghiệm Bender Elements

53

2.21

Sự biến thiên của sóng tới theo thời gian đông kết của vữa

53

2.22

Sự biến thiên của TVs theo thời gian đông kết của vữa

54

2.23

2.24

2.25

Lực dính đơn vị của cát sau khi gia cố bằng vữa xi
măng,Maalej, Y(2007)
Góc ma sát trong của cát sau khi gia cố bằng vữa xi măng,
Maalej, Y(2007)
Biểu đồ mối quan hệ giữa chiều sâu gia cố (h) và chiều
rộng móng (b)

54

55

55

3.1

Phƣơng án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam

59

3.2

Kết cấu của đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La

60

3.3

Thi công đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La

61

3.4

Thi công tƣờng chống thấm nền đập Đá Bạc (Hà Tĩnh)

62

3.5

Sửa chữa chống thấm cống vùng triều

63

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nhƣ ta đã biết, nền đất là nơi tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình, nó
đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự làm việc ổn định và bền vững của
một công trình xây dựng. Chính vì vậy công việc đầu tiên khi bắt đầu một dự án
xây dựng là khảo sát nền đất để có những hiểu biết rõ ràng và cụ thể nhất về các
tính chất vật lý, cơ học của đất nằm dƣới móng công trình. Từ các kết quả khảo sát
này ngƣời ta mới đƣa ra đƣợc các giải pháp về kết cấu cũng nhƣ xử lý cải tạo nền
đất sao cho đảm bảo tối ƣu nhất bài toán kính tế - kỹ thuật của mỗi công trình.
Ngày này, việc ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào

xây dựng đang ngày một trở nên phổ biến, đã và đang cho ra đời hàng loạt các
công trình xây dựng vĩ đại trên toàn thế giới. Yêu cầu bắt buộc đối với nền đất
dƣới đáy móng công trình luôn là đảm bảo cho sự làm việc ổn định của công trình
mặc cho kích thƣớc, khối lƣợng của các công trình xây dựng đang tăng lên một
cách chóng mặt theo sự phát triển của công nghệ xây dựng. Để đáp ứng yêu cầu
đó, ngoài các giải pháp về kết cấu, một yêu cầu bắt buộc là phải có những nghiên
cứu sâu hơn nữa về nền đất để tìm ra các giải pháp xử lý, cải tạo nền đất, mới hơn,
hiệu quả hơn để đáp ứng đƣợc nhu cầu xây dựng ngày một phát triển.
Hiện nay, đã có rất nhiều công nghệ xử lý nền đƣợc áp dụng một cách hiệu
quả ở các nƣớc trên thế giới và bắt đầu đƣợc triển khai áp dụng tại Việt Nam.
Ngƣời ta có thể chia các giải pháp xử lý nền đất phổ biến hiện nay nhƣ:
- Các biện pháp cơ học: gồm các phƣơng pháp làm chặt bằng đầm, đầm

chấn động, phƣơng pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất,
cọc vôi...), phƣơng pháp thay đất, phƣơng pháp nén trƣớc, phƣơng pháp vải địa kỹ
thuật, phƣơng pháp đệm cát...
- Các biện pháp vật lý: các phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm, phƣơng pháp

dùng giếng cát, phƣơng pháp bấc thấm, điện thấm...
- Các biện pháp hóa học: các phƣơng pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi

măng, phƣơng pháp Silicat hóa, phƣơng pháp điện hóa...

1


Trong các nhóm xử lý nền đất nói trên, các phƣơng pháp cơ học ra đời từ rất
sớm và cho đến nay, ngƣời ta đã xây dựng đƣợc quy trình, quy chuẩn đầy đủ để áp
dụng trong thực tế. Các phƣơng pháp xử lý vật lý và hoá học ra đời muộn hơn
nhƣng đã bƣớc đầu đƣợc ứng dụng tƣơng đối rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế

kỹ thuật cao. Đối với các phƣơng pháp hoá học xử lý nền đất, tại các nƣớc trên thế
giới, ngƣời ta coi đây là những phƣơng pháp có nhiều tiềm năng và đã tiến hành rất
nhiều nghiên cứu chi tiết cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm. Ở Việt Nam, do hạn
chế về nhiều mặt đặc biệt là về khoa học kỹ thuật và công nghệ thi công nên chỉ
bƣớc đầu ứng dụng các công nghệ này trong một vài lĩnh vực mới mà các phƣơng
pháp truyền thống không giải quyết đƣợc. Với những đánh giá nêu trên về các
phƣơng pháp hoá học xử lý nền đất, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Cao
học với tên gọi: Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm
phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất
Việt Nam.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu các phƣơng pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết
vào trong đất, tập trung nghiên cứu công nghệ khoan phụt thẩm thấu vào môi
trƣờng đất loại sét; từ đó đánh giá hiệu quả và đề xuất phạm vi ứng dụng của
phƣơng pháp trong gia cố nền đất ở nƣớc ta.
3. Đối tƣợng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài:

+ Nghiên cứu các phƣơng pháp bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất
đang ứng dụng trên thế giới và tại Việt Nam;
+ Nghiên cứu các loại dung dịch, phạm vi sử dụng của các loại dung dịch
trong bơm phụt; một số tính toán trong công tác bơm phụt;
+ Nghiên cứu và diễn giải kết quả thí nghiệm về quá trình bơm phụt dung
dịch đông kết vào trong đất loại sét;
+ Nghiên cứu, tính toán với một bài toán giả định để so sánh và đề xuất khả
năng ứng dụng phƣơng pháp bơm phụt dung dịnh đông kết gia cố nền trong điều

2

kiện địa chất nƣớc ta.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phƣơng pháp

gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào trong đất, dùng phƣơng pháp
khoan phun thẩm thấu vào môi trƣờng đất loại sét thông qua thí nghiệm trong
phòng và thực tế về bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất; từ đó đề xuất khả
năng ứng dụng trong điều kiện địa chất ở nƣớc ta.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
- Lấy những mẫu đất nguyên dạng ngoài hiện trƣờng mang về phòng thí
nghiệm, sau đó dùng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất để làm thí nghiệm. Từ
kết quả thí nghiệm, đánh giá những mẫu đất sau khi đã phun dung dịch.
- Áp dụng phƣơng pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào
trong đất để chống thấm tại một số công trình thủy điện, thủy lợi.
- Nhận xét, đánh giá kết quả thu đƣợc ngoài thực tế. Đề xuất khả năng ứng
dụng phƣơng pháp thi công đại trà.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài đóng góp cho khoa học trong việc hoàn thiện công nghệ gia cố nền
đất bằng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất nền.
- Đề tài sẽ là nền tảng cho phép ứng dụng vào thực tế xử lý nền đất cho các
công trình xây dựng trên nền phức tạp.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT
DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của phƣơng pháp
Phƣơng pháp bơm phụt dung dịch đông kết gia cố nền đƣợc phát minh bởi
kỹ sƣ ngƣời Pháp Charles Berigny, và đƣợc sử dụng lần đầu tiên vào năm 1802
khi tiến hành sửa chữa nền móng cho công trình cửa cống xả tại vùng Dieppe,

cộng hòa Pháp (theo Glossop, 1961). Nền đất tại khu vực này, chủ yếu là đất rời
với tính thấm cao, đã đƣợc gia cố bằng cách bơm phụt dung dịch vữa xi măng
Porland. Việc gia cố nhƣ trên đã đƣợc hoàn tất năm 1809 cho toàn bộ công trình,
và đƣợc đánh giá là thành công trong mục đích tăng cƣờng sức chịu tải và giảm
tính thấm cho nền.
Sau đó, một số thử nghiệm nhằm phát triển các thiết bị bơm phụt dung dịch
cũng đã đƣợc tiến hành (theo Houlsby, 1990). Tiếp theo, ngƣời ta đã điều chỉnh
các quy trình bơm phụt dung dịch cho thích hợp với việc sửa chữa các khối xây,
và các vấn đề này đã đƣợc một kỹ sƣ ngƣời Pháp (Raynal) ghi lại trong một bài
báo khoa học năm 1837. Trong các năm tiếp theo, việc cải thiện thiết bị bơm phụt
đã cho phép áp dụng công nghệ này để bơm dung dịch vào các nứt vỡ có kích
thƣớc rất nhỏ.
Một trong những thành tựu của phƣơng pháp là tác dụng lấp đầy các lỗ
rỗng, hang ngầm trong đất. Một kỹ sƣ ngƣời Pháp, Beaudemoulin đã thành công
trong việc bơm phụt dung dịch vữa vôi tôi vào các lỗ rỗng có kích thƣớc lớn bên
dƣới móng của một cây cầu trong giai đoạn 1835 đến 1836 (theo Littlejohn, 2003).
Tại nƣớc Anh, Kinipple đã tiến hành một loạt các thí nghiệm trong giai
đoạn 1856 đến 1858 nhằm chứng minh tính khả thi của phƣơng pháp này trong
việc bịt các vết nứt và sửa chữa những hỏng hóc của các kết cấu trên biển (theo
Houlsby, 1990). Trong báo cáo của mình, Glossop (1961) đã trình bày việc sử
dụng vữa xi măng để bịt các khe nứt và lỗ rỗng trong nền đá tại hai đập thủy điện
của nƣớc Anh trong các năm 1876 và 1877, cũng nhƣ việc bịt các khe nứt và lỗ
rỗng trong nền đá của các cầu tàu tại Malta và Alexandria trong giai đoạn từ 1882

4


đến 1890. Việc phát triển thiết bị thi công cũng có bƣớc tiến mới trong giai đoạn
này với việc ra đời thiết bị bơm 2 ngăn với các van bóng, tiện dụng cho việc vận
hành và bảo dƣỡng.

Công nghệ bơm phụt dung dịch gia cố nền lần đầu tiên đƣợc áp dụng tại
nƣớc Đức tại đập Tambach từ năm 1902 đến 1905 (theo Verfel, 1989). Ngƣời ta
xác định các vết nứt bằng cách bơm phẩm màu vào các lỗ khoan, và tại mỗi lỗ
khoan sẽ tiến hành bơm trên 65.000 kg xi măng để bịt các vết nứt, trƣớc khi tiến
hành khoan lỗ khoan tiếp theo. Trong giai đoạn đầu tiên, đã giảm đƣợc 58% hiện
tƣợng thấm của đập, và đến khi kết thúc quá trình gia cố, hiện tƣợng này đã đƣợc
khắc phục hoàn toàn.
Cho đến nay, kỹ thuật đã có nhiều tiến bộ trong lĩnh vực vật liệu và đặc biệt
là vật liệu xây dựng. Loại vữa đầu tiên đƣợc sử dụng là chất liên kết thủy lực, đặc
biệt hơn là xi măng Porland (1821). Nhiệm vụ chính của nó là để bịt kín các vết
nứt trong đá và để cải tạo các tính chất cơ học của đất thô.
Vào đầu thế kỷ 20, nhờ sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ vật liệu hiệu
suất cao, nhất là sự xuất hiện của các máy bơm phụt bằng kim loại và công nghệ
bơm phụt cao áp, phƣơng pháp này đã có những sự phát triển vƣợt bậc trong
những năm 1920-1930 thông qua việc áp dụng trong công tác xây dựng hàng loạt
các đập nƣớc lớn trên thế giới. Bằng việc sử dụng phƣơng pháp này, ngƣời ta đã dễ
dàng loại bỏ hiện tƣợng nƣớc thấm qua chân đập một cách dễ dàng và rất kinh tế.
Ngày nay công nghệ bơm phụt đã ứng dụng cho những loại đất ngày càng
mịn hơn, nhất là cát nhờ phát triển một loại vữa mới - vữa hóa học.Vữa hóa học
đƣợc tìm ra bởi Joosten năm 1926. Việc cải tiến thành phần và việc chế tạo của các
loại vữa này đã mang đến những tác hại không mong muốn đối với môi trƣờng ( ô
nhiễm nƣớc ngầm..), vì vậy ngày nay loại vữa này ít đƣợc sử dụng. Trong những
năm 80, một loại vữa đƣợc gọi là “ thế hệ mới “ cơ bản là xi măng hạt mịn đã thay
thế hoàn toàn vữa hóa học. Loại vữa làm từ xi măng ngày càng mịn này cho phép
bơm phụt đƣợc vào các loại đất có độ rỗng nhỏ. Những phát triển mới nhất này đã
đem lại chất lƣợng cho việc bơm phụt, với sự xác lập các thông số khoan và bơm

5

phụt, công nghệ trộn dùng năng lƣợng cao và sự xuất hiện của công nghệ thông tin
trên công trƣờng. Những nghiên cứu hệ thống cũng đƣợc thực hiện riêng cho việc
bơm phụt và về ứng xử của đất đƣợc bơm phụt. Các đột phá quan trọng đã đƣợc
thực hiện và giờ đây bơm phụt đã bắt đầu đƣợc đƣa vào các thiết kế công trình.
1.2 Khái niệm, sơ đồ và nguyên lý hoạt động
1.2.1 Khái niệm về phương pháp
Theo Poupelloz (1979), phƣơng pháp bơm phụt dung dịch đông kết là
phƣơng pháp đƣa vào trong một môi trƣờng tự nhiên (khe nứt của đá, của các loại
đất) hoặc nhân tạo (các khối xây, bê tông nứt nẻ…) một dung dịch có khả năng
đông kết theo thời gian. Các mục đích chính của phƣơng pháp là làm giảm tính
thấm và/hoặc cải thiện các đặc trƣng cơ học của môi trƣờng. Phƣơng pháp này là
một phƣơng pháp phổ biến để xử lý nền đất có những tính chất cơ học và thủy lực
ban đầu yếu, không cho phép xây dựng công trình lên đó. Với việc làm thâm nhập
vào trong lòng đất một loại vữa lỏng chuyển động trong các lỗ rỗng của đất, trong
quá trình đông cứng, vữa sẽ chuyển đổi, gắn kết các hạt trong môi trƣờng hạt đƣợc
xử lý tạo nên một loại vật liệu mới có các tính chất đƣợc cải thiện đáng kể nhƣ:
giảm tính thấm, gia tăng cƣờng độ của đất nền.
Nhìn chung ngƣời ta có thể phân ra làm các dạng bơm phụt sau: [4]
- Bơm phụt truyền thống: sử dụng áp lực bơm để ép vữa xi măng (hoặc xi

măng-sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của đất đá. Trong phƣơng pháp
này, các lỗ rỗng có thể là lỗ rỗng tự nhiên, hoặc lỗ rỗng đƣợc tạo ra do sự phá hoại
của áp lực bơm phụt. Áp dụng phƣơng pháp này đi kèm với sự thay đổi cấu trúc
của đất đƣợc xử lý.
- Bơm phụt kiểu ép đất: là biện pháp sử dụng bơm áp lực cao ép vữa chiếm

chỗ của đất. Trong quá trình bơm, vữa sẽ lấp đầy các lỗ rỗng tự nhiên của đất, sau
đó dƣới áp lực bơm thể tích khối vữa sẽ tự phát triển, dồn ép đất sang các khu vực
khác và kéo theo quá trình làm chặt đất. Trƣờng hợp này, nền đất đƣợc xử lý
không thuộc dạng đất đã đƣợc bơm phụt.

- Bơm phụt thẩm thấu: là biện pháp ép vữa (thƣờng là hoá chất hoặc xi

6


măng cực mịn) với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng trong đất. Việc xử lý
đƣợc thực hiện theo cách này sẽ không làm thay đổi cấu trúc của đất nhờ việc di
chuyển của vữa chỉ xảy ra trong các lỗ rỗng của đất.
- Bơm phụt cao áp (Jet Grouting) : phƣơng pháp này dựa vào nguyên lý phá

vỡ kết cấu đất nhờ dòng nƣớc áp lực. Khi thi công, trƣớc hết dùng máy khoan để
đƣa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu để gia cố (nƣớc+xi măng)
với áp lực khoảng 20 Mpa từ vòi phun xả vỡ tầng đất. Với lực xung kích của dòng
phun là lực li tâm, trọng lực ... sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ đƣợc sắp xếp lại
theo một tỷ lệ có quy luật giữa đất và vữa theo khối lƣợng hạt. Sau khi cứng lại sẽ
tạo thành cột xi măng đất.

Hình 1.1 Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, chúng ta chỉ giới hạn nghiên cứu
hiệu quả gia cố nền của phƣơng pháp bơm phụt nhờ vào thẩm thấu.
1.2.2 Một số phương pháp bơm phụt dung dịch phổ biến
Trong các phƣơng pháp bơm phụt thẩm thấu, áp lực bơm và các đặc tính của
dung dịch bơm phải đảm bảo sao cho kết cấu đất không bị phá vỡ. Việc thực hiện
công tác bơm phụt thẩm thấu có thể đƣợc tiến hành theo các cách sau.
1.2.2.1 Phương pháp bơm phụt trong các môi trường nứt nẻ
a. Bơm phụt trực tiếp tai đỉnh hố khoan
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng với các khu vực gia cố có chiều dày
nhỏ hơn 10m. Sau khi tiến hành khoan tạo lỗ, ngƣời ta sẽ đổ đẩy lỗ khoan bằng
dung dịch đông kết, trƣớc khi tạo áp lực để dung dịch thẩm thấu vào trong nền.

7


Bơm theo hƣớng từ dƣới lên
Theo phƣơng pháp này, trƣớc hết phải xác định đƣợc phạm vi nền đất cần
gia cố. Sau đó, ngƣời ta sẽ sử dụng các thiết bị khoan thông dụng để tạo một hố
khoan tới độ sâu mong muốn.

Hình 1.2 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ dƣới lên
Việc bơm phụt thẩm thấu sẽ đƣợc tiến hành theo từng lớp đất có chiều dày
dao động từ 3 đến 10 m, và theo hƣớng từ dƣới lên trên bằng cách sử dụng một
nắp bịt trên để cho phép tác dụng áp lực bơm chỉ trong phạm vi lớp đất liên quan.
Dƣới tác dụng của áp lực bơm, dung dịch sẽ thẩm thấu vào trong các lỗ rỗng của
đất, thay thế nƣớc và khí trong lỗ rỗng. Sau khi hoàn thành việc gia cƣờng cho một
lớp đất, ngƣời ta rút ống và nắp bịt lên vị trí cao hơn để gia cố cho lớp đất tiếp
theo.
Phƣơng pháp này khá đơn giản và có chi phí hợp lý, nhƣng khó áp dụng cho
nền đá quá nứt nẻ, cũng nhƣ hiệu quả gia cố thấp khi chất lƣợng nắp bịt không
đƣợc đảm bảo.
b. Bơm theo hướng từ trên xuống
Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta sẽ tao một lỗ khoan với chiều sâu khoan
từ 3 đến 10 m. Tiếp đó, cũng với việc sử dụng nắp bịt nhƣ trong phƣơng pháp bơm
từ dƣới lên trên, ngƣời ta tạo áp lực thẩm thấu lên dung dịch đông kết nhằm đƣa

8


dung dịch này vào trong phạm vi lớp đất.
Sau đó, toàn bộ ống và nắp bịt đƣợc rút lên và công tác khoan tiếp tục đƣợc
tiến hành đến các lớp đất phía dƣới, trƣớc khi thực hiện công tác bơm phụt thẩm

thấu cho lớp đất này. Quy trình gia cố nhƣ vậy sẽ đƣợc lặp đi lặp lại cho đến hết
chiều dày nền đất cần gia cố.

Hình 1.3 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ trên xuống
Việc các lớp đất phía trên đã đƣợc gia cố, đặc biệt là cải thiện tính chống
thấm, sẽ làm tăng hiệu quả thẩm thấu dung dịch cho lớp đất phía dƣới, khi mà
dung dịch đông kết sẽ chỉ tập trung thẩm thấu vào khu vực đã dự kiến.
1.2.2.2 Phương pháp bơm phụt trong nền đất rời
Phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến nhất khi bơm phụt dung dịch gia cố
nền đất rời là phƣơng pháp ống măng - xông. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp,
cũng nhƣ quy trình thực hiện đƣợc trình bày dƣới đây.
Đầu tiên, ngƣời ta tiến hành công tác khoan tạo lỗ trong nền đất, trƣớc khi
đặt vào trong lỗ khoan một ống dẫn dung dịch. Dọc theo ống này, các lỗ thoát
dung dịch sẽ đƣợc bố trí theo các khoảng cách từ 0,25 đến 0,5m, và đƣợc bọc bên
ngoài bởi một ống măng - xông. Khoảng không gian giữa ống dẫn và vách lỗ
khoan, sau đó sẽ đƣợc lấp đầy bởi một vật liệu có các đặc tính sau :
- Không quá mềm để tránh hiện tƣợng dung dịch có thể di chuyển ngƣợc lên

trên mặt đất dọc theo mặt ngoài ống dẫn trong quá trình bơm.
9


- Không quá bền để dung dịch đông kết có thể phá vỡ lớp vật liệu này theo

phƣơng vuông góc với thành ống, và đi vào trong đất nền (xem hình vẽ)
Việc đổ dung dịch đông kết vào trong ống có thể đƣợc thƣc hiện ngay trong
quá trình khoan, hoặc sau khi hoàn thành khoan và bắt đầu quá trình bơm dung
dịch kết hợp với kéo ống dẫn lên.

Hình 1.4 Phƣơng pháp ống Măng - xông cho nền đất rời.

Trong giai đoạn bơm phụt, dung dịch đông kết dƣới tác dụng của áp lực
trong ống dẫn sẽ thoát ra ngoài tại vị trí các lỗ khoan sẵn trên thành ống. Sau đó,
với áp lực bơm, biến thiên từ 6 Mpa đến hàng chục Mpa, sẽ phá vỡ lớp vật liệu nói
trên tại những vị trí nền đất yếu nhất và thẩm thấu vào trong đất nền.
Với đặc điểm cấu tạo nhƣ mô tả trên đây, phƣơng pháp này cho phép tối ƣu
hóa việc gia cố nền tại những khu vực đất yếu nhất. Những khu vực đất tốt sẽ đảm
bảo rằng lớp vật liệu trung gian giữa ống và vách lỗ khoan không bị phá vỡ, và do
đó dung dịch đông kết không đi vào những lớp đất này.
1.3. Dung dịch đông kết (vữa phụt).[3]
1.3.1 Khái niệm
Dung dịch đông kết (hay còn gọi là vữa phụt) là một chất lƣu, chủ yếu ở
trạng thái lỏng và tùy từng trƣờng hợp chứa một phần trạng thái khí phù hợp dạng

10


vi bọt. Dù có thành phần nào, vữa cũng phải đáp ứng một số thuộc tính bản chất
sau:
- Trong quá trình phụt, chúng là một chất lƣu, nhƣng sau một thời gian ngắn

(từ vài ngày đến vài chục ngày ) chúng phải chuyển một phần lớn hoặc hoàn toàn
về trạng thái rắn kết hợp với phần tử của môi trƣờng hoặc của chính chúng (bằng
quá trình đông kết hoặc gắn kết);
- Khi ổn định ở trạng thái rắn, chúng không đƣợc gây ô nhiễm môi trƣờng

bằng tác nhân độc hại từ bản thân;
- Phải có độ bền tạm thời hoặc vĩnh cửu theo thiết kế và mục đích công

trình;
- Trƣờng hợp có độ bền tạm thời, khi bị biến chất theo thời gian và hết vai

trò của mình, vữa phụt phải không là nguyên nhân gây tác hại mới cho công trình
cũng nhƣ môi trƣờng xunh quanh [2].
1.3.2 Phân loại
Theo Poupelloz (1979) các loại dung dịch đông kết, hay còn gọi là vữa phụt,
sử dụng trong phƣơng pháp gia cố nền này, đƣợc đặc trƣng bởi rất nhiều đặc tính
khác nhau của chúng, bao gồm :
- Khả năng thâm nhập vào trong nền đất, phụ thuộc vào kích cỡ của các hạt

đất và độ nhớt của chất lỏng (vữa);
- Thời gian đông kết, hay thời gian để vữa chuyển từ trạng thái lỏng sang

trạng thái rắn;
- Các tính chất cơ học sau khi thâm nhập vào trong đất nền (cƣờng độ của

đất sau gia cố, cƣờng độ của vữa sau khi đông kết, độ bám dính với đất, mức độ ổn
định theo thời gian,..);
- Các tính năng sử dụng (mức độ phức tạp khi thao tác, sử dụng, mức độ độc

hại, tính dễ cháy ... ).
1.3.2.1 Vữa Newtoniens và Binghamiens
Căn cứ theo quy luật ứng xử của các loại dung dịch đông kết trong môi
trƣờng đất, theo Poupelloz (1979), ngƣời ta phân loại các dung dịch này thành vữa

11


Newtoniens và vữa Binghamiens.
a. Vữa Newtoniens

Bao gồm những loại vữa chứa các hạt có kích thƣớc rất nhỏ, không thể dễ
dàng xác định đƣợc kích thƣớc hạt. Ở chế độ chảy tầng, sự chuyển động của chất
lỏng này tuân theo định luật Newton, và độ nhớt động của vữa đƣợc xác định theo
công thức sau:


Trong đó :



(1.1)

dV
dn

dV
là gradient vận tốc
dn

 là ứng suất cắt.

Để có thể sử dụng gia cƣờng đất, vữa Newtoniens phải đảm bảo những tính
chất sau: Độ nhớt ban đầu nhỏ, sự tăng lên nhanh chóng của độ nhớt khi đông kết,
độc tính thấp và có tính bền chống rửa trôi.
b. Vữa Binghamiens

Là loại vữa có chứa những hạt có kích thƣớc dễ đo đạc đƣợc nhƣ là hạt xi
măng và các hạt sét. Vữa này có độ nhớt tuân theo quan hệ Binghamiens.
 pl 

  f

(1.2)

dV
dn

Trong đó:  pl là độ nhớt dẻo;  f là ngƣỡng cắt.
Vữa Binghamiens có thể chia làm 3 loại: vữa không ổn định với xi măng,
vữa ổn định với sét hoặc betonite và vữa đặc biệt.
- Vữa không ổn định có nguồn gốc xi măng: Đƣợc tạo thành bằng việc pha

trộn xi măng trong nƣớc, trong đó, các hạt xi măng tồn tại lơ lửng trong dung môi
nƣớc dƣới tác dụng của một lực khuấy trộn. Ngay khi ngừng khuấy trộn, sự lắng
đọng của các hạt xi măng sẽ bắt đầu.
Vữa này đƣợc đặc trƣng bởi tỷ lệ khối lƣợng (xi măng/ nƣớc), tỷ lệ này có
thể biến đổi từ 0,1 tới 3,0. Đây là loại vữa có độ bền cơ học tốt cũng nhƣ độ bền
trong môi trƣờng ăn mòn.

12


- Vữa ổn định có nguồn gốc sét hoặc betonite: Để tăng sự ổn định của vữa

xi măng, và tăng khả năng kiểm soát đƣợc thời gian đông kết, khoảng cách thâm
nhập của vữa trong đất nền, ngƣời ta có thể thêm vào dung dịch vữa một lƣợng sét
hoặc bentonite. Tỷ lệ của mỗi thành phần vữa (xi măng, sét, betonite, nƣớc) sẽ
đƣợc tính toán, lựa chọn một cách thích hợp nhằm tăng hiệu quả quá trình bơm
phụt gia cƣờng đất và cải thiện tốt nhất các tính chất cơ học của đất đƣợc gia
cƣờng.

- Vữa đặc biệt: Là các keo betonite, vữa và hỗn hợp vữa trƣơng nở.

1.3.2.2 Các cách phân loại thông dụng khác
Bên cạnh việc phân loại nêu trên, ngƣời ta có thể phân chia thành các loại
gồm hỗn hợp (suspension), huyền phù (emulsion) và hợp chất (solution).
- Vữa hỗn hơp : cấu thành bởi các hạt rắn cỡ nhỏ lơ lửng trong dung môi

lỏng. Thuộc loại này gồm có các vữa xi măng, tức là hỗn hợp xi măng với nƣớc;
vữa đất-xi măng tạo thành từ hỗn hợp đất và xi măng với nƣớc, và vữa Bentonite
gồm hỗn hợp Bentonite trong nƣớc.Vữa xi măng đƣợc sử dụng rộng rãi và thƣờng
là hỗn hợp nƣớc với xi măng theo tỷ lệ từ 10:1 đến 2:1.
- Vữa huyền phù : tạo bởi các giọt keo lỏng phân tán trong dung môi nƣớc;

huyền phù bitum thuộc vào loại vữa này. Các loại vữa khác cũng luôn cần có mức
độ huyền phù nhất định để đảm bảo độ keo nhớt của dung dịch trong quá trình
phụt và tính năng bơm của thiết bị.
- Vữa hơp chất : gồm hợp phần các phân tử cùng loại với hai hay nhiều

phần tố; vữa hóa học nhƣ hợp chất silicat natri hay nhựa keo acrylic là ví dụ về
loại vữa này. Chúng thƣờng là lỏng ở trạng thái ban đầu và có thể đƣợc bơm vào
đất rồi sau khi thấm đến khu vực cần thiết trong khối đất thì định hình quánh lại và
cô đặc theo thời gian.
1.3.3 Các tính chất cơ bản [3]
Loại vữa nào cũng cần có những tính chất phù hợp mục đích và công nghệ
thực hiện gồm:
- Tạo hiệu quả phụt tối ƣu sau khi đông kết hoặc gắn kết ổn định;

13

- Có tính chất phù hợp của chất lƣu về độ nhớt và độ phụt để xâm nhập hiệu

quả nhất vào môi trƣờng cần phụt;
- Giảm thiểu tối đa tác hại đến thiết bị phụt về tính mài mòn;
- Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn về môi trƣờng và sức khỏe cho ngƣời tiếp

xúc;
- Đáp ứng các yêu cầu về tính ổn định thông số trong quá trình phụt.

Để đáp ứng các tính chất này, một số chỉ tiêu chính của vữa phụt cần tính
đến gồm:
- Độ phut (Groutability): thể hiện khả năng của vữa vận động đến đƣợc nơi

cần phụt trong khối đất. Cần phải làm sao cho vữa có đƣợc độ lỏng đủ cao và đạt
đƣợc mức lơ lửng của hạt vật liệu, cần có cỡ hạt cho phép chúng đi vào đƣợc phần
rỗng trong khối đất. Để làm đƣợc điều đó thì cần xác định Tỷ số phụt và giá trị tối
thiểu của chúng theo công thức:
Tỷ số phụt =

D15dat
D85dat

 25

(1.3)

Trong đó,
D15 đất - đƣờng kính cỡ hạt có hàm lƣợng tích lũy 15% của đất
D85 vữa - đƣờng kính cỡ hạt có hàm lƣợng tích lũy 85% của vữa phụt
Thông số tỷ trọng vữa và độ nhớt sẽ quyết định tổng hợp đến độ phụt thông qua

tỷ lệ vật liệu.
- Độ ổn định (Stability): là khả năng của vữa duy trì đƣợc trạng thái lỏng mà

không bị phân tách ra các thành phần riêng. Ta cần thứ vữa giữ đƣợc trạng thái cho
đến khi thấm tới nơi cần gia cố trong nền đất. Độ ổn định của vữa sét-xi măng
thƣờng là cao hơn vữa xi măng. Quyết định đến chỉ tiêu này là thông số độ nhớt và
tính keo dính ở mức độ phân tử của vữa phụt. Thành phần khoáng hóa của dung
môi nƣớc ảnh hƣởng đáng kể đến các chỉ tiêu này cùng tỷ lệ vật liệu và phụ gia cơ
- hóa học.
- Độ lắng (Setting time): là thời gian cho đến lúc vữa lắng thành các khối xi

măng hoặc keo riêng biệt. Sự lắng tách quá sớm có thể khiến vữa phụt khó ngấm
đƣợc đến nơi cần đến và lắng chậm cũng có thể gây hậu quả là vữa phụt sẽ bị rửa
14


trôi nếu có dòng thấm qua đất sau phụt. Để khắc phục thì cần có biện pháp làm
chậm hoặc thúc đẩy thời gian lắng đạt mức cần thiết. Đây chính là thông số về độ
tách nƣớc và tính lắng của vữa phụt, là khả năng giữ hỗn hợp ở trạng thái lơ lửng
để tạo độ huyền phù cần thiết. Ngoài ảnh hƣởng của hàm lƣợng hạt mịn có tính
keo dính, tính năng của thiếtt bị tạo vữa có quyết định lớn nhất đến độ lắng thông
qua khả năng tạo các vi bọt khí trong dung dịch dung môi.
- Độ bền (Permanence): cho thấy khả năng của vữa chống lại sự dời chuyển

khỏi phần lỗ rỗng đất theo thời gian.Vữa xi măng có độ bền cao hơn vữa Bentonite
vốn dễ bị rửa trôi dần bởi dòng nƣớc thấm qua khu vực phụt. Về bản chất đây
chính là khả năng gắn kết (tức cƣờng độ) của vữa chống lại hoạt động tự chảy
cùng tác động rửa lũa của dòng ngầm.
- Độ độc hại (Toxicity): thể hiện khả năng của vữa phụt làm nhiễm bẩn nƣớc

ngầm khi gặp phải và hậu quả có hại cho sức khỏe công nhân trong lúc phụt vữa
có tiếp xúc bằng tay. Tuyệt đối không đƣợc để hóa chất độc hại có trong vữa phụt.
Điều này đặc biệt lƣu ý khi có các phụ gia và đƣợc quyết định nhờ mức độ kín và
an toàn của thiết bị phụt kết hợp với độ bền thich hợp.
- Ngoài ra, có thể liệt kê một số chỉ tiêu khác để đánh giá các đặc trƣng cơ

học của vữa phụt nhƣ độ ăn mòn, lƣu biến, chống đóng băng v.v.
Đối với các loại vữa xi măng áp dụng cho nền đá, các chỉ tiêu nêu trên có
thể đƣợc kiểm soát thông qua việc bổ sung một lƣợng sét và các phụ gia khác với
tỷ lệ thích hợp.
1.3.4 Những thông số của vữa phụt làm cơ sở cho thiết kế biện pháp
Những thông số chính của vữa phụt quyết định tƣơng ứng đến các chỉ tiêu
trên hiện đƣợc chuẩn hóa phục vụ việc đánh giá và tạo lập chất lƣợng vữa phụt
gồm:
- Tỷ trọng vữa: tỷ trọng vữa tối ƣu tùy thuộc loại vữa dao động 1,15 –

1,30T/m3. Chúng đƣợc xác định bằng tỷ trọng kế thích hợp.
- Độ nhớt: Việc xác định độ nhớt động tại hiện trƣờng có thể thực hiện bằng

phễu nón dung tích 0,5 lít theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 445, quy về thời gian tự

15


chảy của 0,5 lít vữa . Thời gian đó có thể dao động 15 - 20 giây, và tối đa có thể
chấp nhận đƣợc cho vữa phụt là 25 giây. Độ nhớt của nƣớc sạch tƣơng ứng thời
gian tự chảy xấp xỉ 13 giây. Nếu sử dụng phễu Marsh có lỗ 0,2 inhes đo thời gian
chảy hết 1 lít vữa, các chỉ số trên tƣơng ứng gấp đôi, loại có lỗ 0.4 inhes thì thời
gian giảm còn một nửa.
- Độ tách nước: là tỷ lệ phần hỗn hợp lắng tách trong điều kiện tĩnh sau thời

gian từ 1-3 giờ. Phƣơng pháp đo độ tách nƣớc đƣợc thực hiện tƣơng đối đơn giản:
ngƣời ta đổ một lƣợng vữa vào bình chứa bằng thủy tinh có khắc vạch chiều dài.
Đo chiều cao ban đầu H của toàn bộ lƣợng vữa. Sau thời gian lắng từ 1-3 giờ, đo
chiều cao cột vật liệu vữa h lắng dƣới phần nƣớc trong. Độ tách nƣớc sẽ là tỷ số
giữa chiều cao phần nƣớc trong và chiều cao ban đầu của toàn bộ lƣợng vữa.
Độ tách nƣớc = (H-h)/H

(1.4)

Giá trị độ tách nƣớc tối đa có thể chấp nhận đƣợc với dao động từ 3% đến 5%.
Ngoài ra, liên quan đến tính lắng của vữa theo thời gian, ngƣời ta có định
nghĩa về Độ hụt nƣớc (bleed), là khả năng tách nƣớc sau 2 giờ.
- Cường độ và thời gian đông kết: Sau khi đƣợc bơm phụt vào trong nền

đất, vữa sẽ đông kết dần sau ít nhất 3 ngày và cƣờng độ tăng đạt ổn định tối đa sau
khoảng 15 - 30 ngày. Sau một số ngày nhất định, khối vữa đƣợc khoan lấy thỏi thí
nghiệm cƣờng độ. Vữa xi măng thông thƣờng có cƣờng độ cao hơn vữa xi măngbentonite và xi măng - đất,… Cƣờng độ vữa tối thiểu sau 7 ngày là 0,25-0,4
kG/cm2. Tính lƣu biến ( rheology) của vữa tạo dạng dòng chảy đặc thù trong dòng
thấm phụt là do ảnh hƣởng của quá trình này.
Lựa chọn vữa phụt thích hợp là bƣớc đầu tiên trong thiết kế công nghệ phụt,
dựa trên cơ sở về độ đặc khối dẫn theo khả năng thấm xuyên của vữa. Khả năng
này phụ thuộc nhiều yếu tố, ví dụ đối với vữa xi măng, nó phụ thuộc chủ yếu vào
nồng độ của các thành phần vật liệu chính : nƣớc/ xi măng (W/C)
- Độ đặc khối xi măng đƣợc tính theo công thức:



1

 .W/C
1 0
w

16

(1.5)


Trong đó,  0 là khối lƣợng riêng của xi măng,  w là khối lƣợng riêng của
nƣớc. Lý thuyết và thực tế cho thấy với tỷ lệ W/C = 0.67 - 0.7 tƣơng ứng độ đặc
khối 33%, vữa có nồng độ tối ƣu và có tính năng lấp kín tốt nhất.
1.3.5 Các hiện tượng và lực đặc trưng của bơm phụt thẩm thấu
1.3.5.1 Hiện tượng phá vỡ kết cấu đất [1]
Phƣơng pháp bơm phụt thẩm thấu cho phép gia cố nền nhƣng không gây ra
sự phá hoại kết cấu ban đầu của đất. Tuy nhiên, trong quá trình bơm phụt thẩm
thấu, nếu áp lực bơm quá lớn sẽ dẫn đến việc phá vỡ kết cấu của nền đất cần gia
cố. Mặt phẳng phá hoại sẽ là một vết nứt xuất hiện sau cùng do áp lực mạnh của
vữa tạo ra trong quá trình bơm. Ngƣời ta có thể quan sát đƣợc những vết nứt
phẳng, ngang, dọc hoặc nghiêng cắt hố khoan của bơm phụt.

Hình 1.5 Xu hƣớng hình thành các mặt phẳng phá hoại : vuông góc với
phƣơng ứng suất chính bé nhất trong đất (Camberfort, 1967)
Theo Cambefort (1967), mặt phẳng phá hoại luôn luôn vuông góc với ứng
suất chính nhỏ nhất trong đất. Khi hệ số áp lực ngang tĩnh KO của đất nhỏ hơn 1,
mặt phá hoại sẽ xuất hiện trƣớc hết theo phƣơng thẳng đứng. Sau đó nếu tiếp tục
gia tăng áp lực trong hố khoan những mặt phá hoại theo phƣơng ngang có thể xuất
hiện. Sự phá hoại kết cấu đất trong phƣơng pháp bơm phụt thấm thấu không
những làm mất hiệu quả của phƣơng pháp, mà còn gây nguy hiểm cho các công
trình xây dựng trên khu vực gia cố. Do đó, việc nghiên cứu xác định giá trị áp lực

bơm tối ƣu cho từng loại đất là rất cần thiết.[7]
1.3.5.2 Hiện tượng lọc
Lọc (filtration) là hiện tƣợng mà đôi khi ngƣời ta vẫn quan sát đƣợc trong
17


quá trình bơm phụt sử dụng vữa hỗn hợp (suspension). Một số hạt vật liệu của vữa
hỗn hợp, với kích thƣớc tƣơng đối lớn so với kích thƣớc lỗ rỗng trong đất, sẽ bị
giữ lại bởi hạt đất mà không thể đi qua các lỗ rỗng trong đất. Quá trình này sẽ từng
bƣớc gây ra sự tắc nghẽn cục bộ và cuối cùng có thể chặn đứng quá trình bơm
phụt.
Hiện tƣợng lọc phụ thuộc chủ yếu vào cấp phối các hạt cấu tạo nên dung
dịch đông kết và cấp phối của đất cần gia cố. Để khắc phục hiện tƣợng này, việc
phân tích cấp phối đất nền là điều bắt buộc, từ đó, lựa chọn vật liệu chế tạo vữa
phụt một cách thích hợp.
Nhìn chung, ngƣời ta có thể phân loại theo 4 quá trình lọc (Ghidaglia, 1994
et Nadji 1998), bao gồm : lọc thông thƣờng, lọc song song với phƣơng dòng chảy,
lọc dạng bánh, và lọc ở những độ sâu lớn.
- Lọc thông thường : xảy ra khi kích thƣớc lỗ rỗng trong đất nhỏ hơn kích

thƣớc hạt vật liệu của vữa phụt, quá trình lọc sẽ xảy ra theo phƣơng vuông góc với
dòng thấm và sự tắc nghẽn nhanh chóng đƣợc hình thành, ngăn chặn quá trình
bơm phụt thẩm thấu.
- Lọc song song với phương dòng chảy: các hạt vật liệu của vữa phụt sẽ bị

giữ lại trên mặt phẳng song song với phƣơng dòng chảy. Để tránh hiện tƣợng này,
tỷ suất ứng suất cắt gây ra bởi dòng chảy phải đủ lớn để tránh hiện tƣợng lƣu giữ
này.
- Lọc dạng bánh : quá trình này bao gồm hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu

tiên, các hạt rắn trong dung dịch bơm phut sẽ lắng xuống một mặt phẳng xốp (vẫn
cho phép nƣớc và các dung dịch thấm qua). Giai đoạn thứ hai xảy ra khi hiện
tƣợng lọc xảy ra ngay trên lớp vật liệu lắng đọng này, tạo ra một sản phẩm có dạng
bánh.
- Lọc của các hạt rất nhỏ : đây là một cơ chế đƣợc sử dụng để giải thích

hiện tƣợng lọc của các dung dịch đƣợc pha loãng có nồng độ dƣới 0,5 g/l, đƣợc
tạo thành bởi những phân tử có kích thƣớc dƣới 30 m.

18


Hình 1.6 Các dạng lọc: (a) Lọc thông thường;
(b) Lọc song song với phương dòng chảy;
(c) Lọc dạng bánh ; (d) Lọc của các hạt rất nhỏ
Trong cơ chế lọc của các hạt rất nhỏ, Ghidaglia (1994) và Nadji (1998) đã
phân loại lực tác động lên các phần tử theo hai dạng: những lực thủy động và cơ
học và những lực lý hóa. Từ đó, ngƣời ta tiếp tục phân loại hiện tƣợng lọc của các
hạt rất nhỏ thành 3 loại lọc dựa vào sự suất hiện của các lực hoạt động :
- Lọc cơ học : cho những phần tử thô (   30  m ) ; đối với dạng lọc này,

những lực cơ học và lực thủy động là chủ yếu.
- Lọc lý hóa : cho những phần tử nhỏ (   1  m ) ; với dạng lọc này, những

lực lý hóa là chủ yếu.
- Lọc các phần tử trung bình ( 1  m    30  m ). Cả hai loại lực trên đều

có tác động đến các phần tử này.
1.3.5.3 Các loại lực tác dụng
a. Lưc thủy động và cơ học :

Ta có thể phân biệt ra 4 dạng lực của của nhóm lực này : lực hấp dẫn, lực
kéo, lực bôi trơn và lực quán tính.

19