86 CHƢƠNG 3 CHỐNG GIỮ GIẾNG ĐỨNG 3 1 Khung chống bằng gỗ Khung chống gỗ được dùng để chống các giếng có tiết diện hình chữ nhật, thời gian tồn tại ngắn và giếng không sâu Gỗ chống giếng chủ yếu là gỗ[.]
Trang 1CHƯƠNG 3 CHỐNG GIỮ GIẾNG ĐỨNG
3.1 Khung chống bằng gỗ
Khung chống gỗ được dùng để chống các giếng có tiết diện hình chữ nhật, thời gian tồn tại ngắn và giếng không sâu Gỗ chống giếng chủ yếu là gỗ tròn, cũng có thể là gỗ xẻ vuông hay chữ nhật Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất mà
có thể lựa chọn được loại khung chống cho phù hợp Tuỳ thuộc vào yêu cầu và công dụng mà giếng có thể ngăn ra làm hai hay ba ngăn, mỗi ngăn có chức năng riêng
3.1.1 Kết cấu và trình tự thi công khung chống
1 Khung chống gỗ liền nhau
Loại khung chống này được dùng để chống các giếng đào qua đất đá mềm yếu hoặc đoạn cổ giếng Kết cấu của một khung chống nói chung gồm hai thanh dài và hai thanh ngắn ghép lại với nhau thành khung hình chữ nhật Do các khung đặt liền nhau nên không cần phải chèn
Mộng nối giữa các thanh tuỳ thuộc vào tiết diện của cây gỗ làm khung chống và được thể hiện như hình 3.1
Theo chiều sâu của giếng, cứ cách khoảng 5 10 m người ta đặt một khung cơ bản Cấu tạo của khung cơ bản tương tự như khung chống thường, tuy nhiên ở khung này, hai đầu của hai thanh ngắn phải được lấy dài ra để ngàm sâu vào đất đá từ 0,50,8 m Các thanh ngắn của khung cơ bản thường được ghép từ hai thanh Khung cơ bản gánh đỡ trọng lượng bản thân của các khung ở khâu trên nó
Trình tự dựng khung chống liền nhau tuỳ thuộc vào tình trạng đất đá xung quanh Nếu đất đá tương đối ổn định thì khung chống được đặt từ dưới lên bắt đầu từ khung cơ bản Khi đặt khung chống, nếu có khoảng hở phía sau thì phải chèn kích thật chặt bằng đá hay đầu gỗ Nếu đất đá mềm yếu thì khung chống được đặt từ trên xuống, khung dưới được liên kết với khung trên bằng đinh đỉa
Hình 3.1 Kết cấu mộng khung chống gỗ
Trang 287
2 Khung chống gỗ không liền nhau
Loại khung chống này được dùng ở các giếng đào qua đất đá ổn định, diện tích tiết diện không lớn lắm Kết cấu của một khung chống và mộng nối giữa các thanh như đã trình bày phần trên Khoảng cách giữa các khung chống không lớn quá một mét Để đảm bảo khoảng cách giữa các khung chống có thể dùng hai cách sau:
a Dùng văng đội (hình 3.3)
Văng được đặt ở hai đầu của mỗi thanh và giữa thanh dài Theo chiều sâu cũng phải đặt khung cơ bản cách nhau khoảng 612 m Đường kính văng đội nhỏ hơn đường kính thanh chống khoảng 2 3 cm
Trình tự dựng khung chống: khung chống được đặt từ dưới lên bắt đầu từ khung cơ bản Để ngăn chặn đất đá ở khoảng trống giữa hai khung chống, ta dùng các thanh chèn bằng gỗ ván, gỗ bìa hay gỗ bổ…
b Dùng móc treo (hình 3.4)
Để giữ khoảng cách giữa các khung chống, ta dùng móc treo khung chống dưới lên khung trên Cũng như văng đội, móc treo được đặt ở hai đầu và ở giữa của thanh dài và được treo thẳng hàng từ trên xuống Thông thường móc treo
1
4
3
5
6
2
3
4
A - A
B - B
B
B
A
A
Hình 3.2 Khung chống liền nhau
1 – Tai vì (khung cơ bản) 2 – Khung chống
5 – Thanh định hướng thùng trục 6 – Ngăn thang
Trang 3được làm bằng thép tròn = 2025 mm và được uốn theo hình chữ S Trong trường hợp này, khung chống được đặt từ trên xuống, chèn tương tự như trường hợp dùng văng đội
3
8
1
2
6
4
2
5
1
A - A
B - B
B
B
A
A
Hình 3.3 Khung chống có văng đội
1 – Khung chống 2 – Văng đội các góc giếng
5 – Văng đỡ dọc 6 – Thanh định hướng
1
2
3
4
5
6
Hình 3.4 Khung chống dùng móc treo
1 – Khung chống 2 – Văng đỡ các góc giếng
3 – Văng đẩy ngang 4 – Văng đỡ dọc
Trang 489
3.1.2 Tính toán khung chống
Để tính toán khung chống, ta tính cho thanh dài, còn nếu các thanh dài có
đánh văng để chia ngăn thì ta tính cho thanh ngắn
Để tính thanh chống, ta coi nó như một dầm chịu lực đặt trên hai gối tựa chịu tải trọng phân bố đều với cường độ bằng giá trị lớn nhất của áp lực đất đá tác dụng vào thành giếng đã trình bày phần trước Sơ đồ tính toán như hình vẽ 3.5
Gọi khoảng cách giữa hai khung chống là L và chiều dài thanh chống đang tính toán là l thì tải trọng phân bố đều trên một đơn vị dài của thanh chống là :
Trong đó:
Pmax – Cường độ áp lực lớn nhất ở thành giếng;
Mô men uốn lớn nhất ở tiết diện giữa thanh là:
8
8
max 2
max
l L P l q
Vậy mô men chống uốn tại tiết diện giữa thanh là:
u u
u P L l M
w
. 2
max max
Nếu thanh chống là gỗ tròn thì 3
1 ,
0 d
w , do đó ta có:
u
l L P d
8
.
1 , 0
2 max
3
2 max
08 , 1
u
l L P K d
Trường hợp chống liền vì thì l = d Khi đó ta có:
u
P K l d
max
12 , 1
Trong đó:
[u] – Ứng suất uốn cho phép của gỗ làm thanh chống; [u]=220280 kG/cm2
Nếu gỗ làm khung chống là gỗ xẻ hình chữ nhật thì:
6
.h2 c
Hình 3.5 Sơ đồ tính khung chống gỗ
q l/2
q
q l/2
g
g
g
l
Trang 5Ta chọn trước giá trị của c rồi tính h
Tương tự như phần trên đã trình bày ta có :
u
l L P h c
8
6
. 2 max 2
u
c
L P K l h
.
87 ,
Nếu chống liền vì thì L = c, khi đó ta có:
u
P K l h
max
87 , 0
Trường hợp khung chống làm bằng gỗ tiết diện hình vuông thì :
u
l L P h w
8
6
2 max
3
3
2 max
91 , 0
u
l L P K h
Nếu chống liền khung thì L = h, khi đó ta có:
u
P K l h
max
87 , 0
Trong đó :
K – Hệ số dự trữ bền cho gỗ Nếu giếng tồn tại dưới ba năm thì K = 1; Nếu thời gian tồn tại của giếng trên ba năm thì K = 1,2
Sau khi tính thanh gỗ theo điều kiện bền, ta phải kiểm tra lại thanh gỗ theo khả năng chịu ứng suất cắt ở đầu mộng nối Ở mộng nối, lực cắt đúng bằng phản lực gối tựa
Nếu chống thưa thì lực cắt T là:
2
.
max L l P
Nếu chống liền khung thì lực cắt T là:
2
.
maxd l P
Lực cắt này phải thoả mãn điều kiện sau:
c m
F
Vậy diện tích đầu mộng Fms phải thoả mãn điều kiện:
c ms
T F
ms
l L P F
2
.
max
Nếu chống liền khung thì:
Trang 691
c ms
l d P F
2
.
max
Trong đó:
[c] – Ứng suất uốn cho phép của gỗ làm khung chống, kG/cm2;
Fm – Diện tích tiết diện mộng nối đầu thanh gỗ, cm2;
3.2 Vỏ chống bằng bê tông liền khối
3.2.1 Hình dạng và kết cấu của vỏ chống
Hình dạng và kết cấu cơ bản của vỏ chống được mô tả như hình vẽ 3.6
Vỏ chống này thường được dùng cho giếng tiết diện tròn với thời gian tồn tại lâu và áp lực lớn Đây là loại vỏ chống được dùng chủ yếu ở các giếng khai thác hiện nay vì chúng có độ bền cao, độ ổn định lớn, cách nước tốt, ít cản gió, tính liền khối cao Toàn bộ vỏ chống được cấu tạo bởi ba phần sau đây:
a Cổ giếng
Đây là phần trên của giếng, nó được đào từ mặt đất xuống lớp đá gốc, có chiều sâu bằng chiều dày lớp đất phủ cộng thêm 2 3 m vào đá gốc Kết cấu của cổ giếng thường có dạng bậc Vỏ chống cổ giếng ngoài việc chịu áp lực của đất đá và các công trình xung quanh còn phải chịu tải trọng của tháp giếng và trục tải nên nó phải được xây dựng kiên cố
1
2
3
2
4
5
Hình 3.6 Vỏ chống bê tông liền khối
1 – Cổ giếng 2 – Vành đế (đai trụ)
3 – Thân giếng 4 – Cửa nối
5 - Đáy giếng
Trang 7b Thân giếng
Vỏ chống thân giếng có dạng là một hình trụ tròn với chiều dày tối thiểu
là 20 cm Dọc theo chiều sâu, thân giếng được chia thành từng đoạn và gọi là khâu với chiều dài khoảng 15 60 m tuỳ thuộc vào độ ổn định của đất đá xung quanh
Ở ranh giới của khâu, người ta xây dựng các vành đế hay còn gọi là vành đai trụ Đây là phần vỏ chống hình vành được mở rộng vào đất đá xung quanh làm chỗ tựa cho toàn bộ trọng lượng vỏ chống của một khâu, tăng độ ổn định và chống kéo đứt vỏ chống Một phần trọng lượng của vỏ chống của khâu bên trên
do vành đế chịu, phần trọng lượng còn lại sẽ truyền qua lớp vật liệu chèn vào đất
đá xung quanh
Vành đế được xây dựng ở lớp đất đá vững chắc, nó thường có nhiều hình dạng nhưng chủ yếu là dạng một mặt nón (hình 4.8a) Kích thước vành đế được tính toán dựa vào độ bền của đất đá xung quanh và độ bền của bê tông làm vỏ chống Thông thường được lấy như sau:
Chiều rộng: b = 0,5 1,2 m Chiều cao: h = 1,5 2 m Góc đỉnh nón: = 300 400
c Đáy giếng
Ở mức sân giếng, giếng được nối với sân ga và hệ thống các đường lò trong sân giếng bằng đường lò nối Vị trí giếng bố trí lò nối gọi là cửa nối giếng với sân giếng Cửa nối có cấu tạo sao cho có thể đưa được một thanh ray dài nhất từ trên xuống vào sân giếng Phần giếng thấp hơn mức sân giếng gọi là đáy
b
b
b
b
Hình 3.7 Các dạng vành đế
a – Dạng một mặt nón b – Dạng hai mặt nón
c – Dạng một mặt nón và một mặt trụ d – Dạng hai mặt nón và một mặt trụ
Trang 893
giếng Đây là nơi dừng thùng skíp hay thùng cũi (tuỳ theo giếng chính hay giếng phụ) để nhận và chuyển hàng
3.2.2 Tính toán vỏ chống
1 Tính toán vỏ chống cổ giếng
Tính toán cổ giếng chủ yếu là tính chiều dày của vỏ chống Nó được tính theo nhiều yếu tố, ta chọn yếu tố cho kết quả lớn nhất Ở đây đề cập phương pháp tính chiều dày vỏ chống cổ giếng theo một số yếu tố cơ bản sau đây:
- Chiều dày vỏ chống có tính đến ứng suất nén của bê tông làm vỏ chống dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tính toán và được xác định theo công thức:
2
4
0 2
R
P D d
n
t
Chiều dày vỏ chống tính theo tải trọng nằm ngang được xác định theo công thức của Lame:
2 2
0
q R
R D
d
n
n
Chiều dày vỏ chống ở mặt cắt ngang nguy hiểm nhất khi có các cửa nối
và tải trọng thẳng đứng đúng tâm:
2
4
0 2
R
F R P D d
k
n t
Trong đó:
D0 - Đường kính bên trong của giếng, cm;
Pt – Tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng từ mặt đế các bậc của cổ giếng lên đất đá, kG/cm2;
Rn - Độ bền nén của bê tông làm vỏ chống; kG/cm2;
Rk - Độ bền kéo tính toán của bê tông làm vỏ chống đã kể đến hệ số điều kiện làm việc; kG/cm2
;
q – Tải trọng nằm ngang tác dụng vào cổ giếng, T/m2;
F – Diện tích cửa nối ở mặt cắt nguy hiểm nhất, m2; Sau khi tính mà chiều dày vỏ chống cổ giếng dc lớn hơn 1,5 m thì vỏ chống nên cấu tạo làm hai bậc hoặc ba bậc
2 Tính toán vỏ chống thân giếng
Có nhiều công thức để tính chiều dày vỏ chống thân giếng dựa vào các lý thuyết bền, ở đây giới thiệu công thức Lame với điều kiện áp lực phân bố đều Công thức này được xác định từ điều kiện ứng suất nén bên trong của nó không vượt quá giá trị cho phép:
2q R
R R
d
n
n
Trong đó:
Trang 9d – Chiều dày vỏ chống thân giếng, cm;
Rt – Bán kính trong của giếng,
2
0
D
R t , cm;
q – Tải trọng tính toán tác dụng theo phương ngang lên vỏ chống thân giếng, kG/cm2;
Rn - Độ bền nén của bê tông làm vỏ chống, kG/cm2; Theo quy phạm, chiều dày vỏ chống thân giếng phải lớn hơn 20 cm
3 Tính toán vành đế
Ta chỉ tính toán cho vành đế một mặt nón như đã giới thiệu ở phần trước Khi tính toán vành đế, ta coi vành đế chịu tải trọng bằng trọng lượng Q của vỏ chống trong một khâu bên trên với chiều dày vỏ chống là d và chiều cao của khâu là h0, bỏ qua trọng lượng lớp vữa chèn phía sau
Chiều rộng vành đế được xác định theo độ bền nén cho phép của đất đá dưới vành đế, còn chiều cao của vành được tính theo mặt cắt nguy hiểm a–c trên hình vẽ và coi mặt cắt như một dầm có một đầu ngàm (dầm công xôn)
Tải trọng tác dụng lên một đơn vị chiều dài vành đế:
.
0 d h
Trong đó:
- Trọng lượng thể tích của bê tông, T/m3;
d – Chiều dày vỏ chống, m ;
h0 – Chiều cao của khâu, m ; Chiều rộng vành đế được xác định từ điều kiện:
d
b
d h b
Q 0. . (3.25)
d d
h b
0
Trong đó:
[d] – Ứng suất nén cho phép của đất đá dưới vành đế (xác định bằng thí nghiệm),
kG/cm2;
Khi tính chiều cao h của vành đế, ta coi vành đế như dầm công xôn chịu tải trọng là phản
lực của đất đá dưới mặt đế [d], mặt cắt nguy
hiểm là a – c Điều kiện bền của dầm là:
M
w u (3 27)
2
.
6
2 2
b
u
Hình 3.8 Sơ đồ tính vành đế
b
d
a
c
d
Trang 1095
u
d
b h
3
u
d
b h
73 , 1
Trong đó:
[u] – Ứng suất uốn cho phép của bê tông làm vành đế, kG/cm2; Kiểm tra lại kích thước này theo điều kiện chịu cắt của mặt cắt a – c:
d
b
c d
h
b
Trong đó:
– Ứng suất cắt xuất hiện trên mặt cắt a – c, kG/cm2; [c] – Ứng suất cắt cho phép của bê tông làm vành đế, kG/cm2;
Từ đó ta có:
tg h
b
d
c
h
b arctg
3.2.3 Thi công vỏ chống
Tuỳ thuộc vào sơ đồ thi công mà vỏ chống có thể thi công từ dưới lên hay
từ trên xuống
Công việc xây dựng vỏ chống bê tông liền khối bắt đầu bằng việc xây dựng vành đế Bê tông được chuẩn bị từ trên mặt đất rồi chuyển xuống vị trí thi công bằng đường ống có cấu tạo đặc biệt kiểu vòi voi
Công việc thi công vỏ chống được thực hiện từ sàn treo hai tầng: tầng trên
là tầng bảo hiểm còn tầng dưới phục vụ cho thi công Ống dẫn bê tông từ trên xuống là ống thép 200 250 mm, trên đường ống có các cơ cấu giảm tốc độ của dòng chảy bê tông Từ tầng dưới của sàn treo, bê tông được dẫn vào ván khuôn nhờ các ống mềm Ván khuôn để đổ bê tông là ván khuôn trượt, nó được làm bằng gỗ và gắn vào sàn treo hai tầng và được treo bằng cáp Ván khuôn này
di chuyển được nhờ các kích thuỷ lực Loại ván khuôn này sử dụng tốt cho đoạn
vỏ chống dài khoảng 25 30 m Ngoài ra, người ta còn dùng ván khuôn di động
Nhờ các ống vòi voi, bê tông được dẫn đến mọi điểm trên chu vi giếng theo ván khuôn Bê tông được đổ thành từng lớp dày 150 200 mm và được đầm chặt Việc đảm bảo hình dạng và kích thước tiết diện của giếng được chú trọng ngay từ khi đặt ván khuôn Độ thẳng đứng được xác định nhờ dây dọi tâm
và dây dọi xung quanh treo từ khung chuẩn của giếng
Công tác xây dựng vỏ chống bê tông cốt thép cũng tương tự như vậy, chỉ thêm giai đoạn chuẩn bị và lắp đặt cốt thép từ sàn treo
3.2.4 Cốt giếng
Trang 111 Công dụng của cốt giếng
Cốt giếng là một hệ thống kết cấu được bố trí trong không gian của giếng
và bố trí dọc theo chiều sâu giếng, nó có tác dụng định hướng cho thiết bị vận tải chuyển động đảm bảo an toàn và là nơi để bố trí các thiết bị như cáp điện, ống dẫn nước, ngăn thang
Yêu cầu cơ bản của cốt giếng là bảo đảm cho thiết bị vận tải (thùng trục) hoạt động an toàn với tốc độ và tải trọng đã quy định trong suốt thời gian tồn tại của giếng
Sơ đồ kết cấu của cốt giếng cũng như các kết cấu chi tiết của nó phải thích ứng với điều kiện địa chất của mỏ có kể đến sự lệch tâm cho phép của cốt giếng, bảo đảm cho trong giếng bố trí được nhiều thùng trục và trục tải làm việc bình thường khi mỏ có một số mức khai thác tạo ra sức cản gió nhỏ nhất thoả mãn điều kiện phục vụ lâu dài và ổn định Cốt giếng thường có một số cấu kiện chính sau đây:
- Đường định hướng (đường trượt): dùng để giữ cho thùng trục chuyển động ổn định với tải trọng và tốc độ cho phép Đường trượt chủ yếu được làm bằng thanh ray, cá biệt có thể dùng gỗ hay thép hộp hoặc dây cáp Nó được bố trí theo chiều sâu của giếng
- Xà ngang: được bố trí trong các mặt phẳng ngang của giếng vuông góc với đường định hướng Xà ngang dùng để cố định đường định hướng, các đường ống, cáp, ngăn thang
Xà ngang chủ yếu được làm bằng thép chữ I Hai đầu xà chính thường được chôn vào vỏ chống khoảng 0,5 1 m Các xà phụ có thể một đầu chôn vào
vỏ chống và một đầu hàn vào xà chính, cũng có thể hai đầu hàn vào xà chính
Các xà được bố trí trong một mặt phẳng gọi là tầng xà Khoảng cách giữa hai tầng xà theo chiều sâu của giếng được gọi là chiều cao một tầng xà Khoảng cách này được lấy phụ thuộc vào loại đường định hướng Với đường định hướng ray thì chiều cao tầng xà là 3125 mm hay 4168 mm (để cho một thanh ray tiêu chuẩn dài 12500 mm được gá lên ba hay bốn tầng xà) Trong trường hợp cần thiết, cốt giếng còn có xà ngăn thang
2 Phân loại cốt giếng
Có thể có một số cách phân loại cốt giếng, nhưng thông thường người ta phân loại cốt giếng theo đường định hướng Theo cách phân loại này ta có:
- Cốt cứng: ở đây đường định hướng là thanh ray Trong trường hợp này, đường định hướng được cố định vào các tầng xà Loại cốt này dùng ở giếng sâu, năng suất vận tải lớn, thời hạn phục vụ lâu dài
- Cốt mềm: ở đây đường định hướng là dây cáp Lúc này không cần các tầng xà ngang mà cáp định hướng được căng bằng tời đặt trên miệng giếng và khung căng ở đáy giếng Cốt mềm được dùng khi xây dựng giếng hoặc các mỏ
có độ sâu nhỏ và năng suất vận tải không lớn, thời gian tồn tại không lâu
3 Quy định về ngăn thang