bài thuyết trình bơm ép vữa xi măng trong xây dựng công trình ngầm

Construction and design of cement grouting: a guide to grouting in rock foundations.. Pre-Excavation Grouting in Rock Tunneling.. Pre-injection Technology for Mines.. UGC International,

L ch s

• 1864, gia c đ t đá b ng v a xi m ng đã đ c ng d ng l n đ u tiên trong đá n t n đã đ c ti n hành khi đào h m lò b ng cách rót

v a xi m ng đ n gi n vào các v t n t đ chèn đá b phá h y và

ch ng n c ng m ch y vào

• T n m 1878, ng i ta đã s d ng ph ng pháp b m v a xi m ng

v i áp l c

• N m 1887, Jeziorski phát minh ra m t lo i v a phun có th tr n t i

tr c ti p t i hi n tr ng d a trên n n Natri Silicate Tuy nhiên, s n

ph m này đông c ng quá nhanh sau khi tr n nên không kh thi mãi

đ n 1925 Hugo Joosten – m t k s m ng i Hà Lan hoàn thi n

Và t n đ n nh ng n m 1960, h n h p hoàn thi n g m các thành

ph n m i đ c tri n khai m t cách đ y đ , r ng rãi

• Vào nh ng n m 1907, vi c phun xi m ng đ c s d ng l n đ u tiên

nh m t bi n pháp ch ng th m trong n n đ p l n New Croton (Hoa K )

L ch s

• Liên Xô c , đ thí đi m, ph ng pháp phun xi m ng đ c ng

d ng khi xây d ng nhà máy th y đi n Vôn-kh p vào n m 1922

• Ph ng pháp phun v a xi m ng đ c phát tri n khi xây d ng đ p

bê tông c a nhà máy th y đi n -nhép-prôv-ski vào nh ng n m 1931-1932

• Trong th i k chi n tranh th gi i th hai 1941-1945, đ p b sông

c a nhà máy th y đi n -nhép-rôv-ski đã b pháp hu n ng n Khi khôi ph c ng i ta đã quy t đ nh áp d ng phun xi m ng v t n t trong kh i bê tông, chi u r ng c a các v t n t t 100-0,2 mm và

nh h n th Nh th đã phun chèn h n 200.000 m³ bê tông (đ so sánh: kh i l ng bê tông c a đ p tràn nhà máy th y đi n Yaly là:

L ch s

• Liên Xô c , ch tr c n m 1960 trên 20 nhà máy th y đi n đã th c

hi n phun xi m ng h n 600.000m3 (v i th y đi n Yaly là 21.000 m³) Theo m c đ phát tri n c a ph ng pháp phun xi m ng, ch t o thi t b đ c bi t chuyên d ng (máy b m, máy tr n, đ ng ng phun

áp l c cao); nó b t đ u đ c s d ng không nh ng trong công trình

k thu t th y công mà còn đ c ng d ng trong công trình ng m đ c

bi t là các công trình tàu đi n ng m đ gia c các tubbin kim lo i; khi xây d ng h m lò, gi ng c ng nh các công trình bi n; các m c u, các công trình công nghi p và dân d ng; các công trình th y l i

M c đích

• T ng các đ c tr ng đàn h i và bi n d ng c a kh i đá xung quanh công trình ng m;

• i v i phun (b m ép) xi m ng gia c s làm t ng đ b n ch t c a

đá, t o ra đ i ch u ng su t tr c nh áp l c ph t cao (t i 15-20 at) Khi đó các đ c tr ng đ b n và bi n d ng c a đá t ng lên đáng

k , tính d h ng và không đ ng nh t gi m đi, hình thành vòm đálàm vi c nh m t k t c u ch u t i, ti p nh n áp l c c a l p đá bên trên, c i thi n và cho phép gi m nh k t c u ch ng

• B m ép xi m ng gia c là m t bi n pháp ch ng th m, gi m áp l c

c a n c ng m tác d ng lên k t c u ch ng công trình ng m, gi m

m t n c thoát kh i h m (h m d n n c) do th m và làm gi m tác

đ ng n mòn c a n c ng m đ i v i v t li u, k t c u ch ng gi ,

• Vào các đ p bê tông đ x lý các m i liên k t b bi n d ng;

• x lý các l r ng phía ngoài v ch ng kim lo i và các k t c u kim lo i khác các công trình s d ng v ch ng kim lo i kín;

• x lý bê tông x p (k t c u bê tông không đ c đ m lèn ch t gây các l tr ng);

• x lý nh ng ch r ng bên ngoài v ch ng công trình ng m;

• x lý các v t n t và ch r ng t i m i ti p giáp b đ p;

• l p chèn các h m ph và các h m th m dò đ a ch t

Gara ng m Móng CT h t ng

CT b o v Môi tr ng

ng d ng

Liên k t m i n i đ p Màng ch n n c đê đi u

ng d ng

N n móng h th ng thoát n c Móng nhà, x ng

ng d ng

B m ép gia c ng kh i đá xung quanh công trình ng m

B (thùng) khu y

ng h i v a

nh ngh a

C n ph i xác đ nh rõ khái ni m “phun v a xi m ng” hay “b m ép v a xi

m ng” ngh a là gì? (hi n t n t i r t nhi u cách g i công vi c này nh :

phun, b m ép, ph t, b m ph t…)

ó là quá trình b m (ph t) v a xi m ng d i áp l c ho c là v a xi m ng trong h n h p cùng v i v t li u khác vào các v t n t “l r ”, ho c các l

r ng trong n n đá ho c n n cát ho c trong bê tông

• Khi b m v a t các v t li u khác, quá trình b m đ c g i là quá trình sét hóa, silicát hóa, bitum hóa, còn khi s d ng các v a hóa h c ph c t p thìquá trình b m đ c g i là quá trình gia c hóa h c Vi c phun xi m ng

đ c ng d ng tr c h t vào trong n n đá Quá trình b m các v a khác nhau vào n n cát - đá s i, n n cát, n n đ t vàng (hoàng th ) đ c g i làquá trình b m ép hay tiêm nh p (injection) Trong quá trình tiêm nh p,

x y ra quá trình n n đ c t m t t t b ng v a v i m c đích nâng cao tính ch ng th m và tính ch t b n v ng c a công trình

• Khi tiêm nh p ng i ta s d ng các v a xi m ng - đ t sét, xi m ng - đ t bentônít, đ t sét (ho c silicát) ho c đ t bentônít – silicát, nhôm silicát (aluminát natri + th y tinh l ng) và các v a ph c t p h n n a bao g m

c v a polymer

nh ngh a

• Kh n ng ti n hành phun xi m ng đ c quy t đ nh tr c h t b ng các kích th c c a các v t n t trong đá (ho c trong bê tông) và b

ép Th i gian s d ng n u v a ch t o t xi m ng portland thông

th ng, không có ph gia là không quá 3 gi k t khi tr n v a

• Thi t b đ b m ép v a bao g m các thùng tr n có thi t b cân đong Các máy b m v a, các sàng và l c th y l c, ng d n, đ u

ép, thi t b đo, đi u ch nh, các thi t b khoan, ph ng ti n v n chuy n (b ng t i, goòng v.v…)

• B m ép v a l p đ y là công tác b t bu c c trong h m có áp và không

áp v i các lo i v bê tông, v i b t k th n m nào c a đá Có th b t

đ u ngay sau khi d côp-pha và đ b n c a bê tông đ đ ti p nh n áp

l c b m ép t kho ng cách g ng đ n v trí ph t không l n h n 50 ÷

60 mét

• Trong h m không áp, áp l c b m ép v a l p đ y, có th l y s b

b ng 1 ÷ 3 kG/cm² trong nh ng l khoan đ t đ u T ng 1,5 ÷ 2 l n cho

nh ng l khoan đ t sau và các đ t sau Trong h m có áp, áp l c b m

ép l y b ng 3 ÷ 5 kG/cm² cho l khoan đ t 1 tùy thu c vào lo i v h m, tính ch t c a đá, t ng 1,5 ÷ 2 l n cho l khoan đ t hai và nh ng đ t sau

• V a b m ép vào sau v h m b ng các b m th y l c B m đ y v a v i

áp l c qua các l khoan, khoan trong v h m ho c qua nh ng ng thép

đ t s n trong quá trình đ bê tông

• Thành ph n v a có th l y s b nh sau: ép đ t đ u t 1:0:0,4 đ n

1:1,5:0,6 (theo tr ng l ng xi m ng, cát, n c) v i l ng tiêu v a nh

h n ho c b ng 1 m³/1m² m t trong v h m và t 1:1,5:0,7 đ n 1:3,0:2,0 khi l ng tiêu hao v a l n h n 1 m³/1m² m t trong v h m

B m ép v a l p đ y

l ng xi m ng.

• Ch t l ng c a vi c b m ép v a l p đ y đ c ki m tra b ng cách

ép n c l khoan đ ki m tra B m ép v a l p đ y đ c xem là đ t yêu c u khi ép áp l c t i đa m i ki m tra mà không đi v a ho c

l ng tiêu hao 10 lít v a 1:0,2 trong vòng 5 phút i v i nh ng

đo n h m chi u dài 10 m trong đó l ng v a tiêu hao khi b m ép

v a l p đ y không v t quá 10 lít/m² m t trong h m không c n có

l khoan ki m tra Khi xác đ nh ch t l ng c a công tác phun v a

đã ti n hành c n tuân theo quy ph m ho c tiêu chu n hi n hành

B m ép v a gia c

B m ép v a gia c trong h m dùng đ c k t và gia c l p đá bao quanh h m B m ép v a gia c đá quanh h m c n ti n hành sau khi k t thúc b m ép v a l p đ y Trong giai đo n thi t k xi m ng hóa gia c c n gi i quy t nh ng v n đ :

– T o lên l c dính tin c y c a đá xi

m ng vào vách khe n t;

trong đá t 1,5 ÷ 3 mét mà không phân t ng

B m ép tr c

B m ép tr c

B m ép tr c

B m ép tr c

B m ép sau

B m ép sau

L khoan đã đ c b m ép xong

C H T XI M NG

b m ép v a

Kích th c

B t silic

MP320

Kích c h t là r t quan tr ng!

W – đ m c a khe n t

C h t xi m ng

• Thành ph n c h t xi m ng c a nhà máy cung c p c th có thkhác bi t so v i s li u trên trong m t d i r ng, trong đó c h t c ng khác nhau theo ch ng lo i và mác xi m ng V nguyên t c trong

đ

C h t xi m ng

• T t nhiên, s hình thành “c u n i” có th x y ra đ i v i các h t có

đ ng kính khác nhau, và ph thu c vào t h p các h t và “c u

n i” v a có th xâm nh p vào các v t n t nh h n ho c l n h n,

xa ho c g n l khoan, nh ng đ r ng c a v t n t là 100μm v i lo i

xi m ng thông th ng là gi i h n th c t Theo gi i h n đó c n đ nh

h ng cho m c đích c a công tác phun xi m ng phun xi m ng các khe n t nh h n ph i nghi n xi m ng thêm và s d ng ph gia làm d o, nhào tr n trong máy tr n t c đ cao (đ n 3000 vòng trên/phút)

d

Quá trình chèn l p c a v t n t

Quá trình chèn l p v t n t b ng các h t xi m ng x y ra nh th nào?Quá trình này có th x y ra trong t t c nh ng yêu c u c a đi u ki n

k thu t và trình t t ch c thi công; k t c u c a các c m v a; áp

l c và thành ph n v a nh sau:

• V a xi m ng - đó là m t h n h p c h c c a xi m ng v i n c

V a không n đ nh, có ngh a là nó không gi đ c d ng nh khi nó

đ c s n xu t ra theo th i gian, ngay sau khi d ng tr n ho c khi chuy n đ ng trong ng c ng, ng m m và trong các v t n t, b t

đ u x y ra quá trình l ng đ ng c a các h t xi m ng, ngh a là có sphân l p riêng r xi m ng và n c

• Khi th i gian ngh đ lâu s l ng đ ng c a xi m ng s có đ lèn

ch t nh t đ nh và khi b m l i, s l ng đ ng còn nguyên t i ch , thu

h p (ngh a là gi m đ r ng ban đ u) v t n t và c n tr v a chuy n

đ ng v phía tr c các h t xi m ng luôn luôn trong tr ng thái

l l ng, c n ph i tr n v a liên t c trong thùng tr n và b m nó đi

ó chính là yêu c u c b n c a đi u ki n k thu t c a b m v a xi

m ng

Quá trình chèn l p c a v t n t

L khoan tr c khi b m v a L khoan đã b m v a

Quá trình chèn l p c a v t n t

• Khi v a chuy n đ ng vào ch ti p xúc c a v a và đ t đá xu t hi n các l c

c n, chúng s t ng lên theo m c đ kho ng cách xa c a v a so v i l khoan Do có đ x p b m t c a v t n t và và t c đ nh t i ch ti p xúc,

s x y ra quá trình bám dính và l ng c a các h t xi m ng lên m t ph ng v t

n t, đi u đó có ngh a là d n đ n vi c co th t d n rãnh di chuy n c a v a ngh a là làm t ng tính c n tr C ng chính trong th i gian đó x y ra quá trình nén v a d i áp l c vào ch ti p xúc c a l p xi m ng bám dính cùng

v i vi c tách n c t l p đó vào trong v a.

• V i s t ng s c c n và s t áp, khi v a di đ ng t l khoan, t c đ b gi m

xu ng, khi đó l ng l ng đ ng và bám dính vào đá c a xi m ng t ng lên,

ti p t c co th t rãnh di đ ng c a v a K t qu c a quá trình là s x y ra s khép kín kênh d n đó t i đ u phía xa c a v t n t so v i l khoan, s chuy n đ ng c a v a ch m d t B i vì n c, hàm l ng có trong v a có

th th m qua l r v i kích th c b ng 0,2μm , khi th dò l khoan nó ti p

t c chuy n đ ng xuyên qua xi m ng, kéo theo cùng v i nó nh ng h t nh

nh t, nh ng h t này s vít ch t l r , sau đó chuy n đ ng c a n c b

d ng l i Quá trình phun xi m ng k t thúc.

Xi M ng chèn l p khe n t

Các ph ng pháp thi công

b m ép v a xi m ng vào n n móng, tr c h t ng i ta khoan vào vùng

đ t đá, sau đó b m r a và ép n c thí nghi m (xem hình d i) đ đánh giá đ n t, h sau đó s đi đ n quy t đ nh các thông s k thu t b m ép

Có ba ki u b m ép v a xi m ng c b n là: t bên trên, t d i lên, b m

ép m t l n.

• u đi m: Ph ng pháp này cho cho

ch t l ng cao thích h p cho công trình đòi h i v ch t l ng gia c l n

• Nh c đi m: T c đ thi công ch m,

n ng su t th p

B m ép t d i lên

• L khoan đ c khoan đ n chi u sâu thi t k r i đ t tam-pôn (packer-xem hình bên) đ sâu cách đáy l khoan

5 đ n 6 mét sau đó ti n hành b m ép

l p cu i cùng Sau khi b m ép xong, kéo tam-pôn lên m t kho ng 5 đ n 6 mét đ b m ép l p ti p theo, c nh

v y cho đ n h t chi u sâu thi t k

• u đi m: thi công nhanh, giá thành

Tam-B m t

i a

Máy khoan

Khoan Jumbo đi n – th y l c Khoan giá h tr

M i khoan

M I KIM C NG M I Ki U CHÂN CHÓ

M I CH TH P

Máy tr n v a

Tr m tr n

Thùng khu y (ch ng l ng)

B khu y

ng c d n đ ng

cánh kh y v a XM

Máy b m ép v a

Áp k

Máy b m ép v a

Áp k

Máy b m ép v a

Ph ki n

Áp k

Tam-pôn

Tam-pôn kép Tam-pôn đ n

Tam-pôn

ng m m ch u áp l c cao

ng ph t v a

Các l ph t v a trên thân ng ph t

ng b dây chuy n thi t b

ng b m t dây chuy n Thi t b hi n đ i t i g ng

X lý đo n lò qua phay F1

a đi m: lò xuyên v a m c +131, khu ông Vàng Danh,

Chi u dài đ ng lò c n x lý: ~75m ( K426 ÷ K497)

o n lò c n x lý

H n g ra c a lò

Hi n tr ng đo n lò m t n đ nh

Tháo n c

70

B trí l khoan tháo n c

Khoan l khoan b m ép v a

B m ép v a XM

Trình t b m ép v a

K t qu Vùng đ t đá đã

đ c gia c ng

• B ng vi c áp d ng công ngh gia c ng m i này, đ n v có th s m làm quen, n m

b t và làm ch công ngh đ có th tri n khai các v trí khác trong toàn m

• Trong đi u ki n k thu t – công ngh hi n t i, trên c s đánh giá hi u qu kinh t

-k thu t nhi u công trình trong và ngoài ngành m , áp d ng b m ép v a xi m ng

đ gia c ng kh i đá xung quanh đo n lò t K426 ÷ K497, thu c lò xuyên v a

m c +131, khu ông Vàng Danh, Công ty TNHH MTV Than ng Vông là m t l a

ch n h p lý.

Tài li u tham kh o

• BASF Meyco, 2009, Injection Brochure.

• A Clive Houlsby, 1990 Construction and design of cement grouting: a guide to grouting in rock foundations.

• Garshol K.F., 2003 Pre-Excavation Grouting in Rock Tunneling MBT International Underground Construction Group, Division of MBT

• Ph m Ti n V , 2009 B m ép v a xi m ng ti n tr c trong thi công gi ng đ ng đi u ki n n c ng m

• Tom Melbye, Hans-Olav Hognestad, Ross Dimmock, 2004 Pre-injection Technology for Mines UGC International, Switzerland.

• Raymond W Henn, 2005 Practical Guide to Grouting of Underground Structures.

• James Warner, 2004 Practical handbook of grouting: soil, rock, and structures.

• Zviagin O D., 2000 Giáo trình v công tác phun xi m ng.

C m n quý v !