Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp
lực cao xử lý nền công trình thuỷ lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch –
Thừa Thiên Huế” được hoàn thành tại trường Đại học Thủy Lợi.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Nguyễn Văn Bản và
GS.TS. Vũ Thanh Te đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Xin
chân thành cảm ơn các giảng viên Khoa công trình - Trường đại học Thủy Lợi, các
đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã cung cấp các tài liệu phục vụ cho luận văn
này.
Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế nên
trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà
chuyên môn.

Hà Nội, ngày 12 tháng 3 năm 2015
Tác giả

Trương Công Đức


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc sĩ kỹ thuật này với đề tài “Nghiên cứu
phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình
thuỷ lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch – Thừa Thiên Huế” là đề tài
nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trình bày trong luận văn là trung thực, được
tổng hợp từ thực nghiệm.

Hà Nội 12, tháng 3 năm 2015
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trương Công Đức

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt công trình thuỷ
điện Sông Ba Hạ……………………………………………….

21

Bảng 2.2: Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập
chính hồ chứa nước Định Bình…………………………………

22

Bảng 2.3: Kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập chính,
công trình hồ chứa nước Sông Sào…………………………..

23

Bảng 2.4: Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập
chính hồ chứa nước Sông Lòng Sông…………………………..

23

Bảng 2.5. Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập
chính hồ chứa nước EASOUP thượng………………………….

24

Bảng 2.6 Giá trị RMR được tính bằng phương pháp cho điểm đối với 5
yếu tố để tính độ bền địa chất GSI (theo Bieniawski, 1989)

29

Bảng 2.7: Hệ số tin cậy theo cấp công trình………………………...

39

Bảng 2.8: Građient cột nước cho phép của màn chắn……………….

44

Bảng 2.9: Chiều dày màn phụt theo građient thuỷ lực cho phép (Jcp)

45

Bảng 2.10: Các trị số Po và P………………………………………..

49

Bảng 2.11: Lưu lượng vữa lớn nhất cho phép………………………

50

Bảng 2.12: Lưu lượng vữa nhỏ nhất cho phép………………………

51

Bảng 2.13: Thành phần vữa xi măng chọn sơ bộ theo lượng mất nước đơn

52

vị
Bảng 3.1: Áp lực phụt thiết kế dự kiến……………………………

77

Bảng 3.2: Kết quả ép nước thí nghiệm trước khi phụt vữa………..

81

Bảng 3.3: Bảng áp lực phụt thiết kế tối đa và áp lực phụt thực tế khu vực
TN1………………………………………………………...
Bảng 3.4: Kết quả khoan và ép nước kiểm tra khu vực TN 1……….

82
83


Bảng 3.5: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu tại khu vực phụt thí
nghiệm 1…………………………………………………………

85

Bảng 3.6: Áp lực phụt tối đa…………………………………….......

87


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công

trình thuỷ lợi………………………………………………

11

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí khoan phụt vữa xi măng trong hố khoan

17

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao trong
hố khoan………………………………………………

27

Hình 2.3: Sơ đồ cắt dọc đập có màn chống thấm, độ sâu của màn
S=f(Z)…………………………………………………………….

37

Hình 2.4: Sơ đồ thiết kế màn chống thấm đối với đập đất có tường lõi trên
nền đá…………………………………………………….

38

Hình 2.5: Sơ đồ thiết kế màn chống thấm đối với đập đất có lõi hoặc
tường nghiêng………………………………………………..

39

Hình 2.6: Sơ đồ tính toán chiều dày màn chắn……………………

42

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các hố khoan phụt thí nghiệm……………..

69

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thiết bị khoan phụt và phân đoạn phụt…….

76


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nền công trình thủy lợi đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn
khai thác công trình hồ chứa nói riêng và cả công trình thuỷ lợi nói chung. Khi nền
bị mất ổn định (bị thấm hoặc không đủ khả năng chịu lực) sẽ gây ảnh hưởng rất lớn
tới sự làm việc của công trình, đặc biệt là trong quá trình vận hành và khai thác của
công trình sau này. Do vậy, việc xử lý chống thấm, gia cố tăng ổn định của nền là
một trong các công việc đầu tiên và đặc biệt quan trọng, góp phần không nhỏ đến
tính ổn định và bền vững của công trình.
Hiện nay, tại Việt Nam việc xử lý nền đất, đá yếu được thực hiện với nhiều
phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm, khả năng ứng
dụng và tính hiệu quả về kinh tế kỹ thuật riêng, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:
Tính chất địa chất của nền, hình thức kết cấu, quy mô của công trình….vv.
Phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao là một trong những
phương pháp xử lý chống thấm, gia cố tăng ổn định của nền khá hiệu quả đang
được nghiên cứu áp dụng ở Việt Nam.
Đập tràn Tả Trạch được xây dựng trên sông Tả trạch, huyện Hương Thuỷ, tỉnh

Thừa Thiên Huế. Đập tràn là một hạng mục rất quan trọng trong công trình Hồ chứa
nước Tả Trạch là một công trình thuỷ lợi lớn của Việt Nam. Đập tràn được xây
dựng trên nền địa chất phức tạp. Vì vậy, biện pháp xử lý chống thấm và gia cố tăng
ổn định nền được đặt lên hàng đầu.
Đề tài “Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực
cao xử lý nền công trình thủy lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch – Thừa
Thiên Huế” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.


2

2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý
nền công trình thủy lợi và tính khả thi của phương pháp trong xử lý nền đập tràn Tả
Trạch.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận:
-

Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu về phương pháp khoan phụt vữa

xi măng tuần hoàn áp lực cao.
-

Tiếp cận và nghiên cứu các quy trình, quy phạm có liên quan.

Phương pháp nghiên cứu:
-

Phương pháp thu thập phân tích tổng hợp tài liệu.

-

Phương pháp nghiên cứu lý tuận kết hợp tính toán.

-

Phương pháp tiếp cận thực tế.

4. Kết quả dự kiến đạt được
Nghiên cứu được tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của phương pháp khoan
phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thủy lợi và ứng dụng
phương pháp trong công tác xử lý nền đập tràn Tả Trạch.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Nền cần xem là một bộ phận cấu thành thống nhất của công trình, cùng với
thân công trình chống lại tác động phá hoại thường xuyên của thiên nhiên mà trước
hết là nước để đảm bảo công trình làm việc an toàn và bền vững lâu dài. Vì vậy điều
kiện địa chất nền có vai trò rất quan trọng đối với sự an toàn của cả công trình . Để
cho nền có chất lượng tốt phòng tránh được sự cố, nhiệm vụ của thiết kế là cần tìm
được biện pháp xử lý nền thích hợp. Trước hết cần nhận thức được tầm quan trọng
đặc biệt của nền công trình, để có sự quan tâm đúng mức, đầu tư nghiên cứu cẩn
thận tài liệu về địa chất nền, sau đó tìm ra biện pháp xử lý tốt nhất. Kinh nghiệm
thực tế cho thấy chi phí cho biện pháp xử lý nền thường là rất tốn kém nhưng yêu
cầu của thiết kế công trình là chất lượng nền tốt và công trình an toàn, bởi vì nếu

xảy ra sự cố do nền công trình gây ra thì hậu quả sẽ rất nghiêm trọng, có khi còn
gây tai họa và khi ấy chi phí để khắc phục sự cố do nền đập gây ra có khi còn lớn
hơn rất nhiều lần chi phí để xử lý nền ban đầu.
Hiện nay gia cố nền đất, đá yếu đã được thực hiện với nhiều phương pháp xử
lý khác nhau ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Các phương pháp xử
lý gia cố đều có những đặc tính riêng biệt của nó. Mỗi một phương pháp xử lý đều
có mục đích, khả năng ứng dụng, tính hiệu quả về kỹ thuật, kinh tế khác nhau phụ
thuộc vào tính chất của các tầng đất đá nằm dưới và phân bố xung quanh nền móng
công trình, phụ thuộc vào loại công trình, vị trí và quy mô của công trình xây
dựng...vv.
1.2. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
Công trình thủy lợi được xây dựng trên các loại nền khác nhau, tuỳ theo tính
chất của từng loại nền để đưa ra giải pháp kết cấu đập cho phù hợp (Đập đất, đập
đất đá hỗn hợp, đập đá đổ, đập bê tông trọng lực...). Do công trình được xây dựng
trên các sông suối nên tạo chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu, dưới tác


4

dụng của cột nước chênh lệch mà sinh ra sự chuyển động của nước qua các lỗ rỗng
và khe nứt của nền từ thượng lưu về hạ lưu (hiện tượng thấm nước). Thấm dưới nền
đập gây ra các tác hại như:
- Tổn thất lưu lượng nước từ thượng lưu xuống hạ lưu.
- Dòng thấm gây nên áp lực lên đáy công trình có hướng từ dưới lên trên, áp
lực thấm làm giảm nhẹ công trình và giảm khả năng chống trượt.
- Nước thấm có thể gây nên tác dụng hoá học trong nền đá, hoà tan và mang ra
hạ lưu những loại muối khoáng, dần dần làn giảm sức chịu tải của nền.
- Trong nền đất, nước thấm có thể mang theo những hạt đất nhỏ làm thay đổi
tính chất cơ lý của nền gây ra lún trượt.
- Khi dòng thấm ra hạ lưu, các đường dòng gần như hướng thẳng đứng lên

trên. Do áp lực thấm tác dụng lên vùng đất ở khu vực này mà một số trường hợp có
thể nâng cả khối đất lên (Hiện tượng đùn đất).
Nói chung, nền các công trình thủy lợi làm việc dưới tác dụng của nhiều yếu
tố như: Trọng lượng bản thân công trình, áp lực thấm, xói ngầm...vv. Vì vậy việc xử
lý nền đập là vấn đề hết sức quan trọng quyết định đến tính khả thi cũng như an
toàn cho mỗi công trình.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ GIA CỐ NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
1.3.1. Xử lý nền bằng lớp đệm.
Xử lý nền bằng lớp đệm nhằm mục đích tăng sức chịu tải và làm giảm tính
nén lún của nền. Người ta thường xử lý nền bằng đệm cát, đất, đá, sỏi.
1.3.1.1. Xử lý nền bằng đệm cát.
- Dưới tác dụng của tải trọng công trình σđất giảm theo độ sâu. Khi gặp đất
yếu người ta thay bằng 1 tầng đệm cát đủ sức chịu tải trọng và tận dụng được khả
năng lớp đất yếu nằm dưới.
- Tác dụng của tầng đệm cát :


5

+ Giảm độ lún của móng.
+ Giảm được chênh lệch lún của móng vì do sự phân bố lại σ trong đất.
+ Giảm được độ sâu chôn móng → tiết kiệm vật liệu làm móng.
+ Tăng tốc độ cố kết của nền, rút ngắn quá trình lún, tăng nhanh sức chịu tải.
- Sử dụng lớp đệm cát có hiệu quả khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước
có chiều dày < 3m không xuất hiện nước ngầm có áp.
- Đệm cát được thi công theo trình tự sau: Rải → San → Đầm & kiểm tra độ
chặt.
1.3.1.2. Xử lý nền bằng đệm đất.
Trong thực tế xây dựng khi nền đất yếu như bùn, bồi tích v.v... Người ta đào
bỏ và thay vào đó lớp đất đắp.

1.3.1.3. Xử lý nền đệm đá sỏi.
- Khi lớp đất yếu dày < 3m ở trạng thái bão hoà nước dưới lớp đất yếu là lớp
đất chịu lực tốt và xuất hiện nước có áp lực cao thì dùng đệm cát sỏi.
- Trình tự thi công: Giống như đệm cát riêng lớp đệm đá yêu cầu phải xếp
chèn thật tốt nếu không sẽ mất ổn định toàn bộ lớp đệm.
1.3.2. Xử lý nền bằng cọc.
Xử lý nền bằng cọc nhằm những mục đích sau đây :
- Khắc phục hoặc hạn chế được biến dạng lún có trị số quá lớn và biến dạng
không đều của nền.
- Bảo đảm sự ổn định cho công trình khi có tải trọng ngang tác dụng.
- Giảm bớt được vật liệu xây làm móng và khối lượng đào, đắp.
- Có thể cơ giới hoá được trong thi công và trong chế tạo nên rút ngắn được
thời gian thi công.
1.3.3. Xử lý nền bằng nổ mìn ép.
- Nội dung phương pháp: Người ta khoan lỗ, bố trí các lỗ mìn dài trong phạm
vi nền cần gia cố dạng hình tam giác đều. Sau khi nổ mìn tạo thành những giếng có
thành vách tương đối chặt → lấp cát và đầm chặt.


6

- Ưu điểm: Thi công đơn giản, ít tốn vật liệu nhân công, thi công nhanh. Nền
đất nhanh đạt độ bền vững cao.
Đây là phương pháp mới nhưng có hiệu quả tốt về kinh tế và kỹ thuật.
1.3.4. Xử lý nền bằng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt.
Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử
dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm
giảm tính nén lún.
Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất,
không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng

được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp.
Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường
hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm
trọng lượng 1 – 4 tấn (có khi 5 – 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m. Để hiệu
quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ
hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát.
1.3.5. Xử lý nền bằng phương pháp gia tải nén trước
Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn,
bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước.
Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:
- Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;
- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian
Các biện pháp thực hiện:
- Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình
dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi
xâydựng công trình.
- Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá
trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian


7

1.3.6. Xử lý nền bằng phương pháp hoá lý.
- Khi xây dựng các công trình chịu tải trọng trên nền đất cát ở trạng thái rời,
đất có lỗ rỗng lớn cuội sỏi hay đá nứt nẻ v.v... thì phải sử dụng biện pháp hoá lý để
xử lý.
- Nội dung phương pháp: Phụt vữa vào nền 1 loại dung dịch keo kết như vữa
xi măng thuỷ tinh lỏng tạo những chất liên kết gắn chặt các hạt đất với nhau.
- Mục đích: Tăng khả năng chịu tải của nền (phụt vữa cố kết), chống thấm
(phụt vữa chống thấm), chống xói ngầm (hợp 2 phương pháp trên).

- Xử lý bằng hoá lý bao gồm: Phụt vữa xi măng, silicat hoá, nhựa tổng hợp,
nhựa bitum, điện thấm, điện hoá học, điện silicat hoá và phương pháp nhiệt v.v...
- Ưu điểm của phương pháp hoá lý:
Làm tăng khả năng chịu lực của nền, bảo đảm nền ổn định khi công trình có
tải trọng ngang lớn.
Tạo nguồn chống thấm dưới nền công trình.
Gia cường mặt tiếp giáp giữa nền và móng để chống thấm, chống trượt. Ở
nước ta xử lý nền bằng phương pháp hoá lý hiện nay ứng dụng rộng rãi là phương
pháp phụt vữa xi măng vì vừa thoả mãn yêu cầu cố kết, vừa thoả mãn yêu cầu
phòng thấm. Các phương pháp khác do điều kiện thi công và khả năng kinh tế chưa
cho phép nên hạn chế.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI
1.4.1. Chân khay chống thấm
Trước đây ở nước ta chủ yếu là xây dựng đập đất, nên biện pháp chống thấm
nền bằng chân khay chống thấm cũng có sớm và phát triển. Đối với nền bồi tích có
chiều sâu H < 10m, biện pháp xử lý thông dụng nhưng xử lý được triệt để và có
hiệu quả nhất, cũng là đơn giản nhất là xây dựng chân khay. Chân khay chống thấm
thường được làm bằng vật liệu thấm ít (đất sét), phải được cắm sâu vào tầng không
thấm (nền đá hoặc đất thấm nước ít). Tùy theo nền là đá hay đất và chất lượng nền
mà có thiết kế kích thước chân khay hợp lý và phải có biện pháp chống xói ngầm


8

cho chân khay dưới tác dụng của dòng thấm dưới nền và trong chân khay. Ví dụ
công trình đã chọn xử lý nền bằng chân khay chống thấm: đập Ngải Sơn (Đồng
Mô), đập Phú Ninh (Quảng Nam), đập Gò Miếu (Thái Nguyên),... (Tuy nhiên ở
công trình đập Ngải Sơn và đập Phú Ninh do biện pháp thi công không đảm bảo yêu
cầu nên chất lượng xử lý nền chưa tốt).

Điều kiện áp dụng: Giải pháp chân khay chống thấm dùng rất tốt đối với nền
bồi tích có chiều sâu H < 10m, cá biệt có những nơi chiều dày lớp bồi tích tới 14m,
nhưng mức nước ngầm ở thấp vẫn có thể dùng chân khay (Gò Miếu) [2], [6].
1.4.2. Tường chống thấm bằng cừ thép
Khi sử dụng cừ thép cần có cấu tạo mũ cừ bằng bê tông cốt thép hoặc đất sét
để chống thấm. Ví dụ công trình đã xử lý thấm cho nền bằng cừ thép: đập Dầu
Tiếng (mũ cừ bằng đất sét), đập Đáy (mũ cừ bằng bê tông cốt thép)… Giải pháp
tường chống thấm bằng cừ thép dùng trong trường hợp cần chống thấm cho đập đất
trong phạm vi lớp bồi tích, đồng thời trong lớp đó không có đá lăn, đá tảng, chiều
dày lớp bồi tích T<12m (chiều dài cừ thép có thể đạt được) và có luận chứng kinh
tế, thì đơn giản nhất là dùng cừ thép đóng trực tiếp vào trong chân khay, thay vì
phải đào hết cuội sỏi rồi lấp lại [2], [6].
1.4.3. Tường chống thấm bentonit
Trong những năm (1974÷1976) nguyên lý đào hào trong dung dịch bentonit để
làm tường chống thấm đã được Viện khảo sát thiết kế Thủy lợi (nay là HEC) đưa
vào sử dụng trong nền đập Núi Cốc (Thái Nguyên) và Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh). Tuy công
nghệ còn thô sơ, chiều sâu chỉ từ (6÷8)m nhưng đã thấy được khả năng có thể
nghiên cứu phát triển trong xây dựng thủy lợi, đặc biệt dùng chống thấm cho nền,
thân đê và đập.
Đến 1999 tường chống thấm bằng bentonit được sử dụng cho đập Dầu Tiếng
(Tây Ninh) sâu 33m đạt yêu cầu kỹ thuật cao. Sau đó là Am Chúa, Ia-Kao, Easup
thượng, ...
Đến nay, nhiều nước trên thế giới cũng đã áp dụng rộng rãi công nghệ này
trong ngành Thủy lợi.


9

Kết cấu tường chống thấm bao gồm xi măng+bentonit+phụ gia và nước, chiều
dày tùy thuộc yêu cầu thiết kế, chiều sâu tùy thuộc đối tượng cần xử lý thấm và

chiều cao cột nước trước đập. ở Việt Nam, tường chống thấm sâu nhất tới 39m ở
đập Dầu Tiếng.
Thi công tường chống thấm này bằng cách đào một hào thẳng đứng trong thân
đập, vách hào được đảm bảo ổn định nhờ dung dịch xi măng+bentonit+phụ gia. Sau
khi đào xong , dung dịch đông kết và trở thành tường chống thấm mềm.
Chức năng quan trọng nhất của tường là chống thấm cho các đối tượng như
nền đập hay thân đập, khả năng chống thấm phụ thuộc vào:
- Vật liệu làm tường bao gồm hỗn hợp xi măng + bentonit + phụ gia và nước.
- Các màng ngăn mới hình thành trong qua trình thi công tường. Các màng
ngăn ở vách hào tạo bởi vật liệu xi măng đậm đặc hơn vì sự tách rời của bentonit
vào trong nền, các hạt xi măng lớn hơn nên bị giữ lại ở sát vách hào.
- Các hạt bentonit có độ lưu động và độ mịn lớn thâm nhập vào kẽ rỗng của
đất nền làm cho khả năng chống thấm của đất tăng cao.
- Tường hào bentonit thích hợp với mọi loại nền bồi tích về độ sâu, thành phần
hạt, mực nước ngầm... Tốt nhất là áp dụng cho nền đập là nền cát, hay cát cuội sỏi,
không nên áp dụng với nền đá nứt nẻ. Phương pháp này còn có nhược điểm là giá
thành cao [2].
1.4.4. Tường chống thấm cứng
Nội dung giải pháp này tương tự như tường chống thấm mềm, chỉ khác là sau
khi đào hào, bù lại phần đào bằng bê tông cốt thép hoặc vữa. Giải pháp này có ưu
điểm chống thấm tốt, đã được áp dụng tại công trình Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh
và nhiều công trình trên thế giới. Nhược điểm là giá thành cao và cũng không thể
xử lý thấm cho nền đá nứt nẻ [2], [9].
1.4.5. Tường chống thấm bê tông - bentonit dẻo
Năm 2000, bộ NN & PTNT đã ký duyệt cho công ty xây dựng và phát triển hạ
tầng thuộc tổng công ty xây dựng và phát triển nông thôn thử nghiệm làm tường
chống thấm sử dụng biện pháp đào hào trong dung dịch bentonit. Phương pháp này


10

được áp dụng cho đập chính hồ chứa nước Mả Tổ và hồ chứa nước Đồng Hố (Nghệ
An) đem lại hiệu quả chống thấm.
Chức năng quan trọng nhất của tường là chống thấm cho các đối tượng như
nền đập hay thân đập.
Đối với nền đập, tốt nhất là áp dụng cho nền đập là nền cát, hay cát cuội sỏi có
độ thấm nước cao. Nhược điểm là giá thành cao và cũng không thể xử lý thấm cho
nền đá nứt nẻ [2], [9].
1.4.6. Tường hào chống thấm bằng khoan cọc
Tiến hành khoan vào nền đập bằng các hố khoan. Giả sử các hố khoan được
đánh số thứ tự từ 1 đến n, thì các số lẻ (hoặc chẵn) sẽ được khoan trước (đợt 1) và
bù lại bằng vật liệu chống thấm, sau đó (đợt 2) mới tiến hành khoan bù vật liệu cho
các hố chẵn (hoặc lẻ). Khoảng cách giữa các tâm hố được chọn nhỏ hơn đường kính
hố khoan để đảm bảo hố khoan đợt 2 phải ăn sâu vào cọc hố đợt 1 một khoảng cách
nhất định.
Giải pháp này được áp dụng thi công từ thập niên 50 của thế kỷ trước, khi giải
pháp tường hào chưa ra đời, có thể xử lý thấm nền đá nứt nẻ. Nhược điểm của giải
pháp này là tốn kém, không kinh tế, thi công chậm [2], [9].
1.4.7. Khoan phụt
Sử dụng máy khoan vào nền đập, sau đó phụt vào nền đập dung dịch xi
măng+sét (đối với nền đất) hoặc xi măng (đối với nền đá).
Giải pháp này đã ra đời khá lâu, đem lại hiệu quả chống thấm tốt nên được sử
dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Với giải pháp khoan
phụt, nhiều công trình rất phức tạp đã được xử lý thành công, tiêu biểu như:
- Khoan phụt xi măng xử lý chống thấm cho đê quai nền và thân đập Bái
Thượng (Thanh Hóa), kết quả đã hạn chế được mức độ thấm của đập.
- Xử lý chống thấm cho đập hồ Suối Hành, đập tràn Nam Thạch Hãn cho kết
quả khả quan.
- Xử lý chống thấm cho nhà máy thủy điện Na Hang (Cao Bằng)

11

- Xử lý chống thấm cho đê và đập như đê Vân Cốc (Hà Tây), đập Đồng Mô
(Hà Tây), cho nền cống hồ chứa nước Pa Khoang (Điện Biên), hồ chứa nước Khe
Chè (Quảng Ninh), hồ chứa nước Núi Một (Bình Định)...
- Xử lý chống thấm trong tầng cuội sỏi cho đê quai Thạch Nham (Quảng
Ngãi), đập Tròn Vực (Quảng Bình)
Các công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi, xem hình 1.1

Hình 1.1: Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt
chống thấm cho công trình thuỷ lợi
1.4.7.1. Khoan phụt truyền thống
Khoan phụt truyền thống (khoan phụt có nút bịt) được thực hiện theo sơ đồ
hình 1.2. Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép vữa xi măng (hoặc
xi măng-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.


12

Hình 1.2: Sơ đồ khoan phụt có nút bịt
1.4.7.2. Khoan phụt kiểu ép đất
Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm
chỗ của đất.
1.4.7.3. Khoan phụt thẩm thấu

Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường là hoá chất hoặc xi măng
cực mịn) với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng. Do vật liệu sử dụng có giá
thành cao nên phương pháp này ít áp dụng.
1.4.7.4. Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)
Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc xi măng đất được
gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM).
Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn
khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing).


13

Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn
các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục
khoan.
Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting): Phương pháp này dựa vào
nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực. Khi thi công, trước hết dùng máy
khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố
(nước+xi măng) với áp lực khoảng 20MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất. Với
lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực... sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi
sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt.
Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột xi măng đất.
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Nền móng của công trình có ý nghĩa quan trọng đối với công trình. Điều kiện
ổn định công trình thuỷ lợi cần phải kiểm tra thoả mãn 2 vấn đề lớn: ổn định về chịu
lực và ổn định về thấm.
Việc xử lý thấm cho nền hiện nay người ta sử dụng phương pháp khoan phụt
vữa xi măng đang là phương pháp phổ thông cho công trình đặt trên nền đá, chiều
cao cột nước tính toán cao. Chương 2 sẽ giới thiệu về phương pháp khoan phụt vữa
xi măng để tăng khả năng chịu lực của nền và ổn định về thấm.

14

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.1. PHƯƠNG PHÁP KHOAN PHỤT VỮA XI MĂNG
2.1.1. Bản chất của phương pháp
Công tác phụt vữa xi măng từ trước đến nay ở Việt nam thường được thực
hiện theo phương pháp phụt vữa thuần áp truyền thống. Bản chất của phương pháp
khoan phụt vữa xi măng là dùng áp lực để đưa vữa xi măng lấp đầy vào các khe nứt
của đá nền, hang hốc ở dưới nền của công trình, vết rạn vỡ của bê tông, khe tiếp
giáp của các công trình hoặc giữa công trình và nền thông qua các hố khoan. Xi
măng cùng với kết cấu các thể rắn trở thành bê tông vững chắc. Đối với đê - đập
đây có thể coi là tác dụng hai mặt, vừa xử lý chắn nước rò rỉ và vừa gia cố nâng cao
ổn định của nền và thân công trình.
Phương pháp phụt vữa xi măng thuần áp truyền thống được tiến hành bằng
cách bơm vữa xi măng vào các lỗ khoan có đường kính khoảng từ 50mm đến
130mm bằng máy bơm vữa dưới một áp lực nào đó. Các đoạn phụt được phân đoạn
từ trên xuống. Nút phụt được đặt trên đoạn phụt. Vữa xi măng được đưa thông qua
đường ống dẫn vữa đến đầu trên của đoạn phụt để đi vào các tầng đất đá, các vết
nứt rạn, các khe tiếp giáp ...vv. Lượng vữa hồi được đặt ngay sau máy bơm vữa và
trở lại thùng trộn vữa. áp lực phụt thường nhỏ hơn 3MPa.
2.1.2. Mô hình, vật liệu và thiết bị khoan phụt vữa xi măng
2.1.2.1 Mô hình khoan phụt: (Xem hình 2.1).
2.1.2.2 Vật liệu.
1. Xi măng
Để phụt phải sử dụng xi măng Pooclăng mác PC30, PC40. Khi có đủ luận
chứng kinh tế kỹ thuật thích hợp cho phép sử dụng các loại xi măng đặc biệt như xi
măng bền suyn-phát, loại xi măng trám hố khoan, loại hoá dẻo …

Chỉ cho phép sử dụng loại xi măng pooc lăng xỉ, xi măng puzôlan, xi măng nở
thể tích, xi măng alumin … khi đã thí nghiệm trong phòng để xác định thời gian
ninh kết của xi măng trong các điều kiện cụ thể của công trình.


15

Xi măng có hiện tượng tách nước từ vữa có tỷ lệ N/X=1 trong điều kiện nhiệt
độ 10oC có thời gian bắt đầu ninh kết lâu hơn 48 giờ, không được sử dụng để phụt
xi măng.
Khi trong đá có nước ngầm có tính xâm thực thì phải chọn loại xi măng để làm
vữa phụt theo tiêu chuẩn hiện hành về sử dụng xi măng.
Khi chế tạo vữa phụt không cho phép trộn các loại xi măng khác nhau và các
mác xi măng khác nhau.
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.
2. Nước
Nước để trộn vữa xi măng phụt phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu
chuẩn hiện hành.
Nhiệt độ của nước khi trộn vữa để phụt không được cao hơn 450C.
3. Các loại vữa phụt và chế tạo vữa phụt
Thành phần vữa xi măng được biểu thị bằng tỷ lệ N/X, khi phụt phải sử dụng
thang biểu về các thành phần vữa theo yêu cầu của thiết kế.
Cân đong vật liệu để trộn vữa phụt được thực hiện với độ chính xác 3% đối
với nước và xi măng và 5% đối với các vật liệu pha trộn thêm.
Phải nhào trộn xi măng, nước, các vật liệu pha trộn thêm và các phụ gia cho
tới khi đạt được một dung dịch đồng nhất.
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.

2.1.2.3Thiết bị khoan phụt
1. Máy khoan tạo lỗ và các vật tư kèm theo của máy khoan.
2. Thiết bị ép nước thí nghiệm, thường là nút đơn cơ học hoặc nút hơi/ thuỷ lực
có đường kính hố khoan.
3. Đồng hồ đo áp lực, các ống dẫn nước, dẫn vữa chịu áp.
4. Các máy bơm phụt vữa, máy trộn vữa


16

5. Các loại van để điều chỉnh áp lực phụt.
Chọn thiết bị phụt vữa dựa vào những nguyên tắc sau đây:
-

Máy bơm phải bảo đảm cung cấp 1 áp lực > 1,5 áp lực phụt vữa lớn nhất mà

thiết kế qui định, bảo đảm phụt vữa liên tục.
-

Tốt nhất là chọn động cơ điện trường hợp thiếu có thể chọn động cơ Điêden

loại 6-12 mó lực.
-

Ống dẫn vữa phải chịu ít nhất 1,5 áp lực phụt vữa thiết kế.

-

Các thiết bị phụt vữa phải có số lượng dự trữ và bố trí sẵn để tránh sự phụt

gián đoạn vỡ có thể xảy ra sự cố.
2.1.3. Quy trình tiến hành khoan phụt vữa xi măng
2.1.3.1 Tạo tầng phản áp
Để 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 đẩy 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 lớp bê
tông max M200 đến M250 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 ÷ 1.5m tuỳ vào độ nứt nẻ
cũng như mức độ lan toả vữa phụt (chiều dày vùng xử lý).
2.1.3.2 Phân đoạn phụt
Công tác phụt sẽ được tiến hành theo phương pháp phân đoạn tuần hoàn từ
trên xuống. Chiều dài đoạn phụt đầu tiên được chọn thường là từ 2.0m đến 5.0m 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 nhưng không nên sâu quá 10.0m (Thông thường 5.0m).
Công tác khoan phụt tại các đoạn phụt được thực hiện cần phải đợi vữa phụt
của đoạn trên được đông kết.


17

Đồng hồ đo áp lực phụt

Máy bơm vữa cao áp

Máy trộn vữa

ống dẫn vữa
Xi măng, phụ gia, nớc

Van điều áp

ống hồi vữa

Tầng phản áp

Hứơng vữa chảy vo tầng đất đá

Chiều sâu phụt

Bộ nút phụt

Vách hố khoan

Hỡnh 2.1: S b trớ khoan pht va xi mng trong h khoan


18

2.1.3.3. 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 ÷ 130mm).
2.1.3.4. Phụt vữa xi măng
Trước khi phụt vữa cho các đoạn phụt vữa ở trong lỗ phụt nên xúc rửa lỗ khoan,
xúc rửa kẽ hở. Bộ nút phụt phải đảm bảo kín và có khả năng chịu lực. Tiến hành ép
nước thí nghiệm nhanh với áp lực bằng 0.8Pmax thiết kế để xác định lưu lượng mất

nước sơ bộ.
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 không (tuỳ
theo mức độ quan trọng, qui mô công trình sẽ có yêu cầu về lưu lượng thấm mất
nước đơn vị của từng hạng mục công trình). Kết quả thí nghiệm ép nước nhanh là
cơ sở để chọn nồng độ vữa phụt ban đầu.
1. Áp lực phụt.
Áp lực phụt tối đa cần được xác định thích hợp, 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 1.0KG/cm2) sau thời gian tối thiểu là 5 phút,
cho tới khi đạt tới áp lực thiết kế tối đa.
2. Vữa phụt.
Vữa phụt là dung dịch xi măng có thể chống được tính ăn mòn của nước dưới
đất. 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 để 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.


19

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 có thể được sử dụng theo các tỷ lệ N/XM là: 5/1; 3/1; 2/1; 1/1 và 0.5/1.
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 <1 l/phút, thời gian kéo dài 60phút. Tuy vậy, do điều kiện
dừng phụt được dựa trên cơ sở Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công khoan phụt vữa xi

măng cho công trình thuỷ lợi, dùng cho công tác phụt trong nền đá cứng nên đối với
các đới đất đá khác cần được điều chỉnh cho phù hợp với thực tế hiện trường.
4. Lấp hố
Đối với các hố phụt, sau khi kết thúc đoạn phụt cuối cùng, trong hố khoan đã
được lấp đầy vữa phụt với nồng độ trước khi kết thúc đoạn phụt cuối.
2.1.3.5 Khoan kiểm tra
Công tác kiểm tra chất lượng phụt được thực hiện qua các hố khoan kiểm tra. Để
kiểm tra chất lượng công tác khoan phụt sau khi đã được tạo, các hố khoan kiểm tra
được tiến hành tại từng khu vực phụt sau khi đã kết thúc công tác phụt tại khu vực
đó ít nhất 28 ngày.
Công tác kiểm tra được thực hiện bằng các phương pháp khoan ép nước thí
nghiệm hiện trường trong hố khoan, lấy mẫu đất đá để kiểm tra cường độ và đo siêu
âm nếu cần thiết.
2.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp phụt vữa xi măng
2.1.4.1 Ưu điểm của phương pháp
Ưu điểm chung của giải pháp phụt vữa xi măng là có thể xử lý gia cố và chống
thấm cho cả nền đất và đá, công nghệ thi công phù hợp với tình hình thiết bị, trình
độ thi công hiện nay. Có thể tùy ý tạo ra chiều rộng màn chống thấm bằng cách gia
tăng số hàng khoan phụt, có thể kiểm tra hiệu quả giải pháp ngay khi tiến hành
khoan phụt thí nghiệm, đại trà. Giá thành xử lý nền theo những công trình đã làm là
chấp nhận được.


20

2.1.4.2 Nhược điểm của phương pháp
Qua công tác thực nghiệm đã thi công ở nhiều công trình nhận thấy rằng,
phương pháp phụt vữa xi măng khó có thể thực hiện trong các nền đất, đá yếu, mực
nước ngầm cao hoặc nước có áp lớn thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo
hướng nào, do đó hiệu quả chống thấm và gia cố không lâu dài. Đối với việc xử lý

các khe nứt lớn có dòng nước ngầm chảy qua mạnh thì công việc xử lý khoan phụt
tương đối khó. Vật liệu phụt thường phải là xi măng cực mịn để vữa tự đi vào các lỗ
rỗng dưới áp lực phụt. Nút phụt khó đảm bảo được độ kín, khó kiểm soát trong các
đới đá gốc nứt nẻ mạnh, đặc biệt là trong đới đá phong hoá mạnh đến vừa. Công tác
phụt giữa các đoạn phụt bị gián đoạn lâu, cần phải có thời gian chờ đợi để vữa phụt
của đoạn trên được đông kết. Dung dịch vữa ở trong đoạn phụt vữa chỉ đơn thuần là
ép vào trong tầng đá, không thể lưu động tuần hoàn được, sau một thời gian phụt,
lượng vữa đưa vào dần dần giảm bớt, dung dịch vữa dễ bị lắng đọng xuống, thường
sẽ bịt lấp miệng lỗ rỗng trong đoạn phụt vữa. Áp lực phụt được xác định thông qua
đồng hồ áp lực gắn ở trên miệng hố trước đoạn phụt, do vậy, chưa xác định được
vấn đề tổn thất áp lực qua đường ống dẫn vữa từ đồng hồ đến đoạn phụt, dẫn đến có
sự sai lệch lớn khi xác định áp lực phụt vữa trong đoạn phụt.
2.2. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA XI MĂNG XỬ LÝ
NỀN Ở VIỆT NAM
Ở Việt Nam vẫn thường dùng rộng rãi phương pháp khoan phụt xử lý nền bằng
khoan phụt vữa ximăng theo phương pháp phụt thuần áp truyền thống, với phương
pháp phụt vữa tuần hoàn áp lực cao chưa được phát triển rộng rãi. Các phương pháp
phụt vữa xi măng thường được áp dụng đối với các đới đá nền từ phong hóa vừa
đến tươi nứt nẻ, có hiệu quả tương đối tốt, nhưng đối với đá phong hóa mạnh thì
chưa được áp dụng kể cả trên thế giới.
Hiện nay đối các phương pháp phụt vữa xi măng gia cố và chống thấm nền và
thân công trình hoàn toàn toàn được dựa trên cơ sở về kết quả thực hiện ở thực tế
của các công trình. Kết quả cho thấy là hiệu quả tương đối tốt, nhất là trong công
tác xử lý gia cố và đặc biệt là tạo màng chống thấm cho nền và thân của các công