Cơ học kết cấu công trình ngầm - Chương 2

Chơng 2. Kết cấu chống tích hợp với khối đá

Trong nhóm các kết cấu tích hợp vào khối đá, có thể phân sơ bộ theo tính
năng thành hai nhóm là:
1. Các kết cấu và giải pháp cải thiện khả năng mang tải của khối đá bao
gồm
khoan phụt,
đóng băng,
neo,
Kết cấu neo đợc sử dụng với các chức năng khác nhau. Tuy nhiên
chức năng cải thiện khả năng nhận tải, hạn chế biến dạng của khối đất đá là
cơ bản, tuy nhiên vấn đề này, do tính phức tạp, nên đến nay còn ang đợc
nghiên cứu phát triển tiếp.
2. Ngoài ra các kết cấu sau đây cũng có thể coi là biện pháp cải tạo khối
đất/đá nhng ở mức độ hạn chế và thờng chỉ là một bộ phận của kết
cấu hoàn chỉnh:
cọc gỗ,
cọc thép,
ván thép
ống thép
Tất cả các loại vật liệu, cấu kiện và giải pháp này thờng đợc triển
khai với mục tiêu là cải thiện một số tính chất của khối đất đá, để có thể tiến
hành đào thuận lợi, hoặc để cải thiện lâu dài khả năng mang tải và biến dạng
của khối đất/đá.


2.1 Khoan phụt (khoan phun, khoan ép) và đóng băng

Các giải pháp này sẽ đợc đề cập nhiều trong bài giảng Thi công công trình
ngầm bằng phơng pháp đặc biệt. Do vậy ở đây chỉ lợc qua và cho thấy xu
thế phát triển hiện tại

Khoan phụt là một phơng pháp bơm ép các chất lỏng dng nh tng,
huyn phự hoặc vữa vào trong khối đất đá, có khả năng đông cứng sau thi
gian xỏc nh, với mục đích lằm tăng khả năng nhận tải, tăng độ cứng (giảm
khả năng biến dạng), tăng độ chặt, tăng độ kín nớc ca khi ỏ.















Có ba phơng pháp cơ bản là
Khoan phụt áp lực thấp, (low pressure grouting)
Khoan phụt cân bằng, (compensation grouting)
Khoan phụt áp lực cao, cũn gi l phụt tia (jet grouting)



Khoan phụt áp lực thấp

Vật liệu phụt đợc bơm ép vào các lỗ
hổng, khe nứt, nhờ có các nút hai đầu (nút
đôi (double packer) di chuyển đợc, với
áp lực đủ lớn để có thể bơm chất phụt vào
khối đá, nhng cng đủ nhỏ để không gây
ra thêm các vết nứt trong khối đá.
Khoan phụt cân bằng

Khoan phụt tia (Jet grouting)

Mục đích là làm phá vỡ khối đất đá
với áp lực tăng dần, đa chất khoan
phụt vào để làm trơng khối đất
đá (tăng thể tích)
Sử dụng để cân bằng hiện tợng sụt
lún mặt đất, nhằm nâng mặt đất về
trạng thái ban đầu
Cũng còn gọi là kích ép bằng chất
khoan phụt (grout- jacking)
Phải thận trọng vì sẽ gây tải trọng
mới tác dụng lên kết cấu chống
Sử dụng áp lực cao (300 đến
600 bar) để phụt vữa xi măng
vào khối đất (rời) nhờ vòi phụt
ngang ở phía dới của ống
khoan phụt,
Tia khí phụt làm tơi rời đất.
Trong khi ống khoan phụt
đợc xoay đều và đợc kéo
dần ra, vữa xi măng đợc phụt
vào khối đất đá xung quanh,
tạo nên một cột hỗn hợp hình
trụ;
Hiện tại có các kỹ thuật phụt
khác nhau: tia đơn, tia kép đôi,
tia kép ba

Tia đơn











Tia kép đôi










Tia kép ba

Vữa phụt đợc bơm qua ống vào vòi phụt
ngang, với tốc độ đến 200m/s. Năng
lợng phụt này làm tơi rời đất , đa và
trộn vữa phụt vào với đất. Trong loại đất
sỏi cuội, cột vữa-đất có thể đật đờng
kính từ 0,6 đến 1,2m. Trong đất rời, cát có
thể đạt đờng kính lớn hơn. Khoan phụt
tia đơn ít có hiệu quả đối với khối đất
dính, đất bột.
Một hệ ống kép đợc sử dụng để có thể
phụt riêng rẽ hai pha là vữa phụt và khí
vào vòi phun. Tia vữa làm rời và trộn vào
đất. Tia khí tăng khả năng làm rời đất và
đẩy vữa vào sâu trong khối đất. Cột hỗn
hợp đạt trên 1m trong đất chặt trung bình
và chăt, trong đất rời, cột hỗn hợp đật trên
1,8m. Phun tia kép đôi có hiệu quả trong
đất dính hơn so với tia đơn
Vữa phụt, khí và nớc đợc bơm vào riêng rẽ
qua ống đến các vòi phụt. Các tia khí và nớc
đồng hớng kính tốc độ cao làm tơi rời khối
đất. Tia vữa phụt đợc đẩy vào ở vòi phía dới

với áp lực nhỏ hơn. Bằng cách này quá trình
làm tơi rời và trộn cứng đợc tách riêng rẽ và
tạo cột hỗn hợp chất lợng tốt hơn. Có thể đạt
đờng kính cột hỗn hợp từ 0,9m đến 1,5m.
Phơng pháp này đợc sử dụng tốt với khối đất
dính kết.
Dựa vào thời điểm tin hnh khoan phụt ngi ta phân thành hai nhóm:
Khoan phụt trớc (pregrouting)
Khoan phụt sau (postgrouting)












áp dụng trong xây dựng công trình ngầm
Khoan phụt đợc sử dụng để tăng khả năng chịu tải, giảm biến dạng của
khối đá, hay nói cách khác là làm tăng chất lợng khối đá xung quanh
công trình ngầm, ngăn chặn tác động phá họi của nớc và xâm nhập của
nớc;
Các lỗ khoan so le, chiều dài đến 20m, đợc khoan từ gơng và phụt các
tia vữa chồng nhau có thể tạo ra vòm hay ô bảo vệ cho công tác thi công.

Ví dụ áp dụng

Tạo các vòm bảo vệ đợc gia cố, vòm chống thấm; tạo các cột đỡ các kết
cấu chống đã thi công ở phần vòm, tạo thành kết cấu đón đỡ theo phơng
thức đón đỡ của Bỉ


Sơ đồ thi công
Khi thi công hầm trong khối đất hoặc khối đá yếu, vòm bảo vệ bằng khối
đất đá đợc khoan phụt đợc thi công vợt trớc, tiếp đó là công tác đào,
xúc