Xin chào mọi người.
Đây là Enta.
Mới đây, một người bạn lâu năm của tôi đã qua đời.
Nghĩ như vậy, tốt nhất là nên gặp những người thân yêu khi họ còn khỏe mạnh nhất có thể.
Mọi người cũng đừng để phải hối hận nhé!
Thôi, quay lại chủ đề chính
Trước đây, tôi đã từng viết một loạt bài gồm 4 phần, từ phần 1 đến phần 4, dưới dạng nhật ký công trường với tiêu đề “Các biện pháp ngăn chặn hiện tượng cát bị thổi lên do áp lực nước ngầm trong công trình neo cọc”.
Lần này, tôi đã tổng hợp lại nội dung đó thành một bài viết duy nhất, từ cách tiếp cận nguyên nhân cho đến những sai lầm đã mắc phải trong thực tế và các biện pháp khắc phục cuối cùng, để độc giả có thể đọc liền mạch từ đầu đến cuối.
Chính xác thì điều gì đang xảy ra? | Hiện tượng cát “bắn tung tóe” khi khoan ống kép
Tại sao lại chọn phương pháp khoan ống kép?
Trong quá trình khoan lỗ cho công trình neo đất, tại các lớp đất cát, đất sỏi dễ sạt lở hoặc các nền đất có mực nước ngầm cao, người ta thường sử dụng phương pháp ống kép, trong đó ống vỏ ngoài (outer) bảo vệ thành lỗ khoan, còn thanh khoan bên trong (inner) thực hiện việc khoan và thải đất.
Ngay cả trên những nền đất mà với phương pháp ống đơn, thành lỗ khoan không thể tự đứng vững và dễ bị sụp đổ, thì phương pháp ống kép vẫn có thể bảo vệ thành lỗ khoan ngay trong quá trình khoan; do đó, đây được coi là phương pháp thi công tiêu chuẩn trên các nền đất dễ sụp đổ.
Nghe nói cách đây rất lâu, khi công nghệ neo đất mới du nhập vào Nhật Bản, người ta chỉ sử dụng phương pháp khoan lỗ đơn để lắp đặt neo đất, và việc thi công lúc đó đã gặp rất nhiều khó khăn.
Tuy nhiên, ngay cả với phương pháp ống kép này, áp lực nước ngầm vẫn không thể được loại bỏ hoàn toàn, nên nếu điều kiện không thuận lợi, hiện tượng “cát phun lên” như đã đề cập trong bài viết này sẽ xảy ra.
Trước tiên, tôi sẽ trình bày xem hiện tượng nào đã xảy ra.
Điều kiện tại hiện trường
- Đường kính lỗ khoan: φ135
- Chiều dài tổng thể: 15m
- Máy móc: Máy đập bánh xích (RPD3A-130C3A)
- Thành phần đất: sỏi cát, cát
Khi tiến hành khoan như bình thường, khi vượt qua mốc 7m, hiện tượng kẹt (hiện tượng ống vỏ khoan bị siết chặt và trở nên nặng hơn) bắt đầu xuất hiện đột ngột trong khoảng cách từ 2m đến 3m.
Nước khoan cũng trào lên đến miệng lỗ, dù chỉ một chút.
Nguyên nhân chính là do cát và sỏi sông này.
Cát sỏi sông này đã lấp đầy khe hở giữa vỏ ngoài và vỏ trong, đến nỗi không thể rút ra được từ phía khớp xoay nữa (cười)
Khi vượt qua lớp này, sẽ gặp lớp cát hoàn toàn; do áp suất bên trong cao nên cát tràn vào ồ ạt cho đến tận ống lót bên trong.
Ngay cả trong khoảng thời gian ngắn khi thực hiện việc nối ống kép, chỉ cần lơ là một chút là cát sẽ lọt vào bên trong ống trong và gây tắc nghẽn.
Tại công trường đó, chúng tôi đã lắp đặt 13 cọc neo, nhưng trong số đó có khoảng 3 cọc bị cát bên trong ống lót kẹt lại, nên cuối cùng chúng tôi đành phải kéo cả ống lót lên để thu hồi (thật là... ôi trời ơi w)
Vấn đề rắc rối bắt đầu từ đây: sau khi hoàn thành việc khoan lỗ sâu 15m và đưa que đo vào kiểm tra, thì dù đã trừ đi phần chiều dài còn lại, chiều dài lỗ khoan thực tế chỉ đạt khoảng 13m. Mặc dù đã tiến hành làm sạch bên trong lỗ khoan một cách kỹ lưỡng, cát vẫn bị thổi lên bên trong ống vỏ.
Dù đã lắp lại lớp lót và đào lại, đồng thời vì lo lắng nên đã đào dư (đào sâu hơn dự kiến) nhiều hơn bình thường rồi cắm lại que đo, nhưng kết quả vẫn là cát bị thổi bay lên cao khoảng 1m.
Việc khoan qua lớp cát thường dễ biến thành một cuộc chiến mòn mỏi về tinh thần đối với phía chúng tôi (nhóm vận hành) – những người làm công việc thầm lặng này – đó chính là phần vất vả nhất đấy www
Xác định nguyên nhân | Hiện tượng cát lún và hiện tượng tắc nghẽn do sỏi sông
Tôi sẽ thử giải thích lý do tại sao cát lại bị thổi bốc lên trong lỗ khoan, không chỉ dựa trên kinh nghiệm thực tế tại công trường mà còn dựa trên các nguyên lý của kỹ thuật nền đất.
Theo quan điểm cơ bản trong sách giáo khoa về kỹ thuật nền đất, khi lực đẩy nước chảy lên trên (áp lực thấm) trong đất cát có mực nước ngầm cao vượt quá lực cản do trọng lượng riêng của các hạt đất tạo ra, các hạt đất sẽ rơi vào trạng thái như đang nổi trong nước, dẫn đến hiện tượng cát phun trào lên bề mặt đất hoặc vào bên trong lỗ khoan.
Hiện tượng này thường được gọi là “hiện tượng cát lún” hoặc “sôi cát”, còn hiện tượng xảy ra dọc theo các vùng cát yếu thì được gọi riêng là “hiện tượng ống dẫn”. (Hiện tượng này xảy ra bên trong ống vỏ.)
Trong trường hợp khoan ống kép, sự chênh lệch mực nước và áp suất giữa bên trong và bên ngoài ống vỏ thường dễ xảy ra đồng thời với quá trình khoan; đặc biệt là ở các tầng cát và tầng cát sỏi có mực nước ngầm cao, hiện tượng tương tự như vậy rất dễ xảy ra bên trong lỗ khoan.
Nghe nói tiêu chuẩn để xác định liệu chênh lệch mực nước này có vượt quá sức cản của các hạt đất hay không được gọi là “độ dốc động nước giới hạn”, nhưng thành thật mà nói, tôi nghĩ hầu như không có thợ nào lại tính toán từng trường hợp một tại công trường trong khi đang khoan. Trên thực tế, bao gồm cả công ty chúng tôi, mọi người đều làm việc dựa trên kinh nghiệm thực tiễn rằng “với độ sâu và loại đất này thì nước sẽ phun lên khoảng chừng này”. Tuy nhiên, theo quan điểm của tôi, nếu hiểu được cơ sở lý thuyết đằng sau quy tắc kinh nghiệm này, chúng ta sẽ dễ dàng đưa ra dự đoán hơn ngay cả khi gặp phải điều kiện công trường lần đầu tiên.
Điều còn rắc rối hơn nữa chính là sỏi sông. Nếu có lẫn những viên sỏi có kích thước vừa khít vào khe hở giữa lớp ngoài và lớp trong như tại công trường này, chúng sẽ không thể thoát ra khỏi khớp xoay mà bị kẹt lại, dẫn đến hiện tượng kẹt dây và nước phun lên xảy ra đồng loạt.
Kể từ khi có thể dự đoán được phần nào thời điểm nước tràn vào, chúng tôi đã giảm thiểu được thiệt hại bằng cách không bỏ qua việc vệ sinh bên trong vỏ bọc, nhưng áp lực nước ngầm – nguyên nhân gốc rễ của vấn đề – thì không thể loại bỏ chỉ bằng việc vệ sinh.
Hai sai lầm mà tôi đã mắc phải | Lựa chọn máy bơm không phù hợp với lượng nước thiếu hụt và cái bẫy của việc đào thêm hào
Sau khi đã tìm ra nguyên nhân, tôi sẽ liệt kê hai sai lầm mà bản thân tôi đã mắc phải.
Sai lầm 1 | Công suất của máy bơm nước và máy nén khí không đủ
Ban đầu, tôi đã hơi coi thường nên đã mang theo chiếc máy bơm MG-5 của công ty Koken Kogyo.
Kết quả là, lượng nước hoàn toàn không đủ nên việc xả chất thải (mạt khoan) không kịp.
Chúng tôi cũng đã chuẩn bị một máy nén khí công suất 50 mã lực, nhưng hóa ra máy này cũng không đủ sức để bơm hết chất nhầy lên.
Do đó, khi tôi nâng cấp từ MG-5 lên MG-10, lượng slime thu được đã cải thiện rõ rệt, và cát sỏi từ sông cũng được thải ra ngày càng nhiều.
Điều này có nghĩa là nhờ lượng nước tăng lên, giờ đây chúng ta có thể khoan lỗ trong khi đẩy cát đi một phần nào đó.
Khác với nền đất trên núi, tại các công trường gần sông, các lớp cát và lớp đất sét dẻo đặc biệt đòi hỏi lượng nước và áp suất nhất định.
Có lẽ những thợ lành nghề càng có kinh nghiệm thì càng ghi nhớ những điều này một cách tự nhiên bằng bản năng, nhưng việc lựa chọn máy móc như thế này thì không nên chỉ dừng lại ở những quy tắc ngầm, mà tốt hơn hết là nên ghi chép rõ ràng và lưu lại nhỉ~ w
Đối với đường kính lỗ khoan thuộc loại φ135, tốt nhất là nên chuẩn bị sẵn một chiếc máy bơm có công suất cao hơn một bậc ngay từ đầu, như vậy sẽ giúp giảm thiểu việc phải làm lại sau này.
Vì tổn thất do phải gọi lại thiết bị sau khi đến hiện trường mới phát hiện ra thiếu dung lượng sẽ gây thiệt hại nặng nề hơn nhiều.
“Cái lớn bao trùm cả cái nhỏ”!
Sai lầm 2 | Do đào hố quá sâu nên thân cọc đã lún xuống 1m
Sau khi hoàn tất việc khoan, khi đưa thanh đo vào, có những lúc cát trào lên cao khoảng 7m, khiến bên trong ống vỏ bị lấp đầy cát và thanh đo không thể chui vào được.
Dù đã đảm bảo được chiều dài khoan cần thiết, nhưng nếu cứ để như thế này thì thân neo sẽ không lọt vào được.
Do đó, chúng tôi đã tiến hành lấp đầy nước vào bên trong vỏ ống mà không tháo ống lót ra, đồng thời sử dụng máy MG-10 để bơm nước vào trong khi thực hiện các động tác quay và đập, lặp đi lặp lại quy trình này nhằm đẩy cát bị áp lực nước đẩy lên ra ngoài.
Nếu lặp lại thao tác này vài lần, lượng cát được thải ra sẽ giảm dần, nhưng cuối cùng vẫn sẽ còn lại một ít.
Lúc đó, tôi đã khoan sâu hơn 1m so với kế hoạch. Đó chính là sai lầm.
Sau khi khoan sâu hơn 1m, cát đã ngừng tràn vào ngay tại vị trí chiều dài cố định, nên từ đó chúng tôi đã bơm vữa bằng phương pháp thay thế, và sau khi xác nhận vữa đã đầy đến miệng lỗ, chúng tôi mới tiến hành lắp đặt thân neo.
Tuy nhiên, thật bất ngờ là phông chữ Anchor lại không hiển thị được.
Trong quá trình bơm thay thế, dường như đã xảy ra hiện tượng dòng chảy ngược bên trong lỗ khoan.
Chúng tôi đã nối thêm các đoạn ống vỏ ngắn, vừa đập vừa lắc lên xuống, và cuối cùng đã thu hồi được ống vỏ, nhưng thân neo đã lún sâu xuống đến mức vượt quá 1m so với độ sâu đào ban đầu.
Nguyên nhân có lẽ là do áp lực của vữa. Có thể do áp lực bơm đã đẩy cát ra khỏi phần hố đào dư, khiến thân neo lún xuống tương ứng với lượng cát đó.
Do lớp cát thoát nước nhanh nên việc kéo thân neo lên sau khi nó đã lún xuống là gần như không thể.
Hơn nữa, vì đó là móc neo tạm thời nên lớp vỏ bọc của ống nhựa rất mỏng, chỉ cần quấn dây thép lại và kéo là nó sẽ bị đứt ngay.
Cuối cùng, mặc dù cần có phần dư dài 2m nhưng chỉ đảm bảo được 1m, nên chúng tôi đã thực hiện biện pháp kéo dài phần dư này.
Dù hơi phiền phức, nhưng đó là cách duy nhất.
Việc đào sâu quá mức trên đất cát nên được thực hiện ở mức vừa phảiĐó chính là bài học quý giá nhất mà tôi rút ra được từ thất bại này (hehe)
Giải pháp hiện tại | Biện pháp bơm vữa trước
Dựa trên những thất bại đã xảy ra cho đến nay, tôi sẽ tổng hợp các biện pháp mà tôi đang áp dụng tại hiện trường vào thời điểm hiện tại.
| Các biện pháp đối phó | Nội dung | Mục tiêu |
|---|---|---|
| 1. Tăng lượng nước | Thay thế máy bơm bằng loại có công suất lớn hơn một cấp (ví dụ: từ MG-5 sang MG-10, v.v.) | Đảm bảo khả năng xả slime và cát |
| 2. Tăng công suất máy nén khí | Trong phân khúc 50 mã lực, xe thường dễ bị thiếu sức mạnh khi chạy trên lớp cát | Sử dụng kết hợp với nước khoan để ổn định quá trình xả thải |
| 3. Đừng quá đà với việc đào hố | Không đào hố quá sâu | Ngăn chặn hiện tượng lún của thân neo bằng cách bơm vữa dưới áp lực |
| 4. Chờ cho đến khi cát ổn định | Lặp lại các bước làm sạch và xả nước một cách từ tốn | Chờ cho lượng hơi bốc lên giảm bớt |
Và còn một phương pháp nữa mà tôi đã thực sự áp dụng và thấy hiệu quả, đó là “bơm vữa trước”.
Thông thường, sau khi hoàn thành việc khoan ống kép, người ta sẽ thu hồi ống lót bên trong rồi mới lắp đặt thân neo; tuy nhiên, tại những công trường có hiện tượng cát bắn lên quá mạnh, chúng tôi đã thay đổi quy trình thành việc bơm vữa từ đầu ống lót bên trong trước, sau đó mới thu hồi ống lót này.
Hình dung như là trước tiên dùng vữa để bịt kín bên trong ống vỏ vậy.
Trọng lượng riêng trên đơn vị thể tích của vữa xi măng thông thường thay đổi tùy theo tỷ lệ nước/xi măng, nhưng nhìn chung vào khoảng 1,8 so với tỷ trọng của nước là 1,0.
Vì nó chắc chắn nặng hơn nước, nên trong điều kiện áp suất nước ngầm không quá mạnh, nó sẽ khó bị đẩy lên trên.
Tuy nhiên, nếu mực nước quá cao hoặc áp lực nước quá mạnh, thì có thể cả vữa cũng bị đẩy ngược trở lại, nên phương pháp này không phải là giải pháp toàn diện đâu (cười)
Trong trường hợp đó, hãy thử một cách khác.
Phương pháp này cũng có những nhược điểm.
- Do phải cắm trực tiếp thân neo vào vữa (còn gọi là phương pháp nhúng trực tiếp), nên lực cản lớn khiến việc cắm neo trở nên khó khăn
- Vì vữa lấp đầy toàn bộ, từ vỏ trong cho đến đường ống cấp nước của máy, nên việc vệ sinh rất tốn công
Vì vữa nhanh chóng hút nước khỏi cát nên bề mặt sau khi bơm sẽ đông cứng lại. Điều này cũng có nghĩa là áp lực tác động lên cát sẽ phát huy hiệu quả dễ dàng, do đó có thể thi công bằng phương pháp này mà vẫn đảm bảo được độ bám dính đầy đủ.
Ngoài ra, trên thực tế cũng có những công trường mà áp lực nước rất cao đến mức khiến vữa bị đẩy ra ngoài.
Tôi cũng đã từng trải qua một lần duy nhất trong quá khứ, và lúc đó tôi cũng đã rất lo lắng. Cách xử lý trong trường hợp này sẽ phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, nên nếu có cơ hội, tôi sẽ viết lại trong một bài viết khác.
Tôi cho rằng hiện tượng cát bắn lên không phải là vấn đề có thể giải quyết chỉ bằng thông số kỹ thuật của máy móc hay quy trình vận hành, mà là một vấn đề khá phiền phức và không dễ đối phó.
Lưu lượng nước, máy nén khí, hố đào dự phòng và cách bơm vữa – kết hợp bốn yếu tố này sao cho phù hợp với điều kiện nền đất là câu trả lời mà tôi đã tìm ra tại công trường cho đến thời điểm hiện tại.
Tôi cũng không dám nói rằng chúng tôi luôn làm được mọi việc một cách hoàn hảo. Thậm chí, giống như trường hợp thất bại mà tôi vừa đề cập, chúng tôi còn thường xuyên phải trả giá đắt khi gặp phải những tình huống tắc nghẽn mới xảy ra tại từng công trường.
Dù vậy, tôi vẫn cho rằng việc diễn đạt bằng lời và ghi chép lại những sai lầm mỗi khi chúng xảy ra sẽ trở thành cơ sở để đưa ra quyết định trong các tình huống thực tế tiếp theo.
Hẹn gặp lại nhé.
