Giải pháp xử lý chủ động cho sự cố bục nước khi thi công công trình ngầm đô thị

4

Rapid Chemical Grouting-based Water Leakage Prevention in Urban Deep Excavation

Abstract

This paper introduces the application of advanced Chemical grouting technology, which can be effectively applied for preventing construction incidents due to groundwater seepage entering various deep excavations and underground structures. This application gives the efficiency of technical & economical aspects such as increasing safety, stability without seepage, groundwater flowing then reducing of construction cost, shorting construction progress, and especially making very convenient situations for construction in-situ.

Sự cố thấm đối với công trình ngầm

Quá trình thi công công trình ngầm, hố đào sâu luôn tồn tại rất nhiều rủi ro như ổn định nền móng đào sâu, lún nứt công trình lân cận. Đặc biệt do tác nhân của nước ngầm đối với hố móng đào sâu thường dẫn đến sự cố trong quá trình thi công ngầm làm gián đoạn và tạm dừng thi công trong thời gian kéo dài gây phát sinh chi phí và dư luận nhức nhối. Một trong vấn đề thường gặp khi thi công tường cừ Larsen bị hở me cừ dọc thân cừ dẫn đến tình trạng cát, nước chảy vào hố móng, Nhà thầu phải dừng thi công trong thời gian dài để xử lý nước chảy vào hố móng một cách bị động, kém hiệu quả… Gần đây nhất có thể kể đến sự cố thấm nước trong khi thi công hố đào sâu tại Dự án Chicland Hotel Đà Nẵng, công tác thi công đã phải dừng toàn bộ công việc trong thời gian hơn 6 tháng để xử lý. Một số hình ảnh sự cố tại Dự án được minh họa như hình dưới đây.

Thực tế hiện nay, công tác chống thấm chủ động ngay trong bước thiết kế chưa được chú trọng và trong quá trình thi công, khi sự cố xảy ra, ban đầu lượng nước thấm vào hố móng còn nhỏ, thường chỉ xử lý bị động gấp gáp bằng cách bơm hút nước…Điều này vô tình càng làm tăng tác động của dòng thấm do nước bị hút dẫn đến một phần hạt đất bị lôi cuốn theo vì vậy lượng nước chảy vào hố móng ngày càng tăng gây nên sự cố càng nghiêm trọng như mất ổn định đáy hố móng, chuyển vị tường cừ lớn, biến dạng hệ khung chống và tường cừ, lún nứt công trình lân cận…

Hình 1. Sự cố thấm nước hố đào sâu – Dự án ChicLand Hotel Đà Nẵng

Công nghệ thi công khoan phụt hóa chất

Căn cứ thực trạng và sự cần thiết nêu trên, bài báo đề xuất giải pháp xử lý bơm vữa hóa chất (Chemical Grouting). Đây là giải pháp thi công chống thấm bằng phương pháp bơm các loại vữa khác nhau vào khu vực đất nền cần xử lý. Trong quá trình bơm, hóa chất sẽ đi vào các lỗ rỗng của đất, khe hở giữa đất và kết cấu tạo thành màng ngăn nước. Theo đó, trước tiên khoan đến độ sâu thiết kế và phun hóa chất theo các giai đoạn (1) sơ cấp với hóa chất đông kết nhanh (Chất B), giai đoạn (2) thứ cấp với hóa chất đông kết chậm (Chất A) phù hợp từng điều kiện địa chất, hiện trạng công trình và yêu cầu xử lý. Sau mỗi điểm khoan phụt, rút cần lên đến điểm tiếp theo và lặp lại quá trình như trên. Quá trình thi công như vậy làm cho vật liệu vữa, hóa chất lấp đầy các lỗ rỗng, khe nứt sau đó đông cứng tạo thành màng chống thấm ngăn nước chảy vào hố móng. Giải pháp này có thể thi công ở độ sâu đến 30m-40m và phù hợp với nhiều loại đất đá, đặc biệt phù hợp với lớp đất loại cát, cát pha, các loại đá phong hóa nứt nẻ…
Việc lựa chọn vật liệu sử dụng cho thi công Chemical Grouting hết sức quan trọng và có thể bao gồm và/hoặc được thay thế cho mỗi loại khác nhau phù hợp hiện trường, loại đất, điều kiện dòng thấm và yêu cầu thực tế từng công trình … thông thường thành phần gồm Silicate lỏng (hoặc xi măng, hoặc bentonite …) và chất phản ứng (axit sunfuric loãng, phụ gia) và nước. Nguyên vật liệu phải được lựa chọn thành phần, tỷ lệ pha trộn phù hợp điều kiện thực tế. Số lượng vật liệu được huy động để đáp ứng tỷ lệ pha trộn đề xuất và yêu cầu của dự án. Vữa được trộn liên tục trong suốt quá trình phụt ở công trường bằng máy trộn và được bơm vào phạm vi xử lý với lưu lượng được kiểm soát. Quy trình thi công có thể được tóm tắt và thể hiện qua một số hình ảnh minh họa như sau.

Hình 2. Ảnh minh họa quy trình thi công Chemical grouting

Công nghệ thi công theo phương pháp trên được áp dụng và đã phát triển từ rất lâu. Trong suốt lịch sử phát triển bao gồm công nghệ thi công cũng như vật liệu hóa chất luôn luôn được thay đổi cập nhật và đặc biệt cho đến nay, công nghệ thi công kết hợp hai giai đoạn phun hóa chất đông cứng nhanh và chậm được áp dụng khá phổ biến ở Nhật Bản và dần dần được áp dụng tại Việt Nam.
Thật vậy, trong những năm gần đây đã có nhiều Dự án công trình ngầm, công trình hầm nhà cao tầng đã và đang áp dụng giải pháp thi công này. Sau đây là một số dự án đã áp dụng giải pháp phụt vữa hóa chất cho công tác xử lý, gia cường nền móng do FECON [2] thi công có thể kể đến như sau:
• Dự án Chemical grouting Wink Hotel Đà Nẵng
• Dự án nhà máy xử lý nước thải Yên Xá Hà Nội – Gói 1
• Dự án cải thiện môi trường nước TP Hồ Chí Minh giai đoạn 2 (gói G)
• Dự án Khách sạn ChicLand Đà Nẵng
• Dự án Metroline 1 TP Hồ Chí Minh
• Dự án Golden Hill TP Hồ Chí Minh
Một số hình ảnh cụ thể thi công thực tế được thể hiện theo hình ảnh minh họa như dưới đây. (Hình 3,4)

Hình 3. Xử lý CG ngăn nước ngầm thấm vào nhà ga Ba Son – Dự án Metroline 1-TP HCM
Hình 4. Xử lý CG hố đào sâu phục vụ khoan kích Pipe jacking – Dự án môi trường nước TP.Hồ Chí Minh II – gói G

Phân tích khả năng áp dụng của giải pháp

Trước tiên, việc tính toán thiết kế đảm bảo yêu cầu về tính toán thấm cụ thể tại mỗi Dự án, nhìn chung xác định các thông số chủ yếu cần thiết của dòng thấm nhằm: xác định ổn định thấm, tính Gradient thấm và lưu lượng thấm đơn vị … Với thông số đầu vào chủ yếu là hệ số thấm K (cm/s) của đất, đặc biệt với hệ số thấm K dự kiến thiết kế nhỏ (thường nhỏ hơn 1×10-7 – 10-8 cm/s) của hỗn hợp đất gia cố Chemical mục tiêu muốn đạt, từ đó xác định hình dạng, kích thước và phạm vi gia cố khoan phụt chống thấm tối ưu. Kết quả tính toán đầu ra theo phân tích từ phần mềm là lưu lượng thấm Q (m3/s), Gradient tại miền thoát…phù hợp yêu cầu, tiêu chí thiết kế đặt ra tại mỗi Dự án cụ thể. Các nội dung này có thể phân tích, tính toán theo mô hình bằng phần mềm Phase2. Kết quả cho ra hệ số an toàn tổng thể, lưu lượng dòng thấm, Gradient dòng thấm… theo từng bước thi công thực tế. Kết quả mô hình tính toán bằng phần mềm Phase2 được minh họa theo hình dưới đây.
Ngoài ra, trên cơ sở thực tế triển khai và kinh nghiệm thi công thực tế tại một số Dự án do FECON thực hiện xử lý sự số nước ngầm chảy vào hố đào sâu, hố khoan kích ống ngầm, hầm …có thể đánh giá một số ưu việt cũng như khả năng áp dụng của giải pháp như sau:
Giải pháp xử lý có phạm vi áp dụng rộng, phù hợp với nhiều loại đất có tính thấm khác nhau và điều kiện dòng thấm do nước ngầm tác động khác nhau.

Phạm vi được xử lý Chemical grouting đảm bảo ngăn chặn nước ngầm tối ưu đồng thời không làm cản trở hay khó khăn cho công tác thi công hạng mục công trình khác xuyên qua nó như đóng cọc, đào hố móng… Do sử dụng thiết bị máy móc thi công gọn, nhẹ nên rất thuận lợi thi công trong điều kiện chật, hẹp, tiếp giáp nhà hiện hữu mà ít gây ảnh hưởng;Ngoài ra, giải pháp thi công nhanh, hiệu quả chống thấm cao nên đáp ứng yêu cầu xử lý sự cố gấp gáp tại công trường.

Hình 5. Mô hình tính toán dòng thấm bằng phần mềm Phase2

Kết luận

Bài viết đã đưa ra giải pháp áp dụng công nghệ thi công chống thấm bằng phương pháp khoan phụt hóa chất – Chemical grouting. Từ đó đánh giá khả năng áp dụng thực tế, tính hiệu quả của giải pháp mang lại từ thực tế thi công tại một số Dự án tại Việt Nam. Qua bài viết, tác giả đã nêu ra một số nội dung về quy trình thi công cũng như yêu cầu kỹ thuật và đánh giá ưu điểm của giải pháp;
Các tiêu chí về dòng thấm của nước ngầm, đặc biệt lưu lượng thấm vào hố móng hầu như không đáng kể, đảm bảo yêu cầu và điều kiện thi công an toàn, hiệu quả.
Ngoài ra, giải pháp cũng có tính ứng dụng cao và phạm vi rộng, đặc biệt khi cần xử lý nhanh, gấp gáp các sự cố công trình thi công do nước ngầm.
Cuối cùng, việc sử dụng phần mềm Phase2 để mô hình và tính toán dòng thấm thể hiện tính chuyên nghiệp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Dự án có yêu cầu cao, theo đó mô phỏng gần đúng nhất tác động của dòng thấm theo thực tế hiện trường.

Lê Quang Hanh

Công ty cổ phần FECON.

E-mail: hanhquangle@fecon.com.vn

Nguyễn Quang Huy

Công ty CP Công trình ngầm FECON.

E-mail: huynq3@fecon.com.vn

 

Tài liệu tham khảo

[1] TCVN 8645 : 2019 Công trình thủy lợi thiết kế, thi công và nghiệm thu khoan phụt vữa xi măng vào nền đá;
[2] Công ty cổ phần FECON: https://fecon.com.vn/xu-ly-nen-chong-tham-cong-trinh-df29
[3] Ứng dụng công nghệ Silicalizer thi công chống thấm chủ động cho các hạng mục công trình ngầm – Công ty CP Địa kỹ thuật tiên tiến Raito – Fecon
[4] Biện pháp thi công Chemical Grouting cải tạo nền đất dự án HCM Metro Line 1- gói thầu CP1b
[5] Presentation về Multilizer Grouting của RAITO