Tính toán các thông số của vụ nổ ở gần công trình bê tông đang đông cứng - Nguyễn Quang Cường

Nội dung text: Tính toán các thông số của vụ nổ ở gần công trình bê tông đang đông cứng - Nguyễn Quang Cường

1. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA VỤ NỔ Ở GẦN CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG ĐANG ĐÔNG CỨNG ts. NguyÔn Quang Cưêng Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng – Trường ĐHTL Tóm tắt: Việc xây dựng các phương pháp tính toán các thông số nổ phá hợp lý khi tiến hành nổ mìn ở gần công trình bê tông đang đông cứng hiện chưa được quan tâm đầy đủ. Thực tế xây dựng tại các công trường lớn, đặc biệt các công trình thủy lợi, thủy điện, việc tiến hành song song công tác nổ mìn với công tác thi công bê tông ở các hạng mục công trình lân cận đã góp phần đáng kể đẩy nhanh tiến độ thi công của công trình. Do vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện và ứng dụng những phương pháp tính toán các thông số khoan nổ hợp lý có ý nghĩa thực tiễn lớn. Bài báo giới thiệu đến độc giả những tính toán ban đầu đối với các thông số khoan nổ ở gần công trình bê tông đang đông cứng. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các quy trình, quy phạm kỹ thuật hiện hành 2. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA VỤ NỔ Ở cho các công trình nổ đã hạn chế thực sự khả GẦN CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG ĐANG ĐÔNG CỨNG năng thực hiện chúng tại các vị trí gần bê tông (A.E.Adarcôvich - chuyên gia chính thuộc Viện đang đông cứng. Ví dụ, Liên Xô (cũ), “Quy Thiết kế Thuỷ công chuyên ngành (LB Nga)) phạm kỹ thuật thi công các công trình nổ trên 4.1. Các tiền đề của phương pháp: mặt” đã quy định rằng, có thể cho phép thực - Đất đá cần được phân loại theo độ kiên cố hiện các vụ nổ gần bê tông đang đông cứng, (theo bảng phân loại của XNiP gồm 11 nhóm, không được sớm hơn 7 ngày, kể từ khi đổ xong; gọi là các nhóm Gf); theo độ nứt nẻ (theo bảng hoặc theo “Quy phạm kỹ thuật thi công các phân loại của Hội đồng nhà nước về công tác nổ công trình nổ trong xây dựng năng lượng” thì LB Nga gồm 5 nhóm, gọi là các nhóm GT ) và đối với bê tông đang đông cứng, cần hạn chế tốc theo sức kháng sự tạo khe nứt (theo bảng phân độ chuyển dịch tối đa cho phép, được xác định loại do tác giả xây dựng gồm 3 nhóm, trong đó theo công thức : nhóm đầu có 2 phân nhóm, gọi là các nhóm GC) -4 [v] = 6,57.10 .[]t ; m/s (1) - Công tác nổ được tiến hành trong các điều Trong đó: []t - Độ bền của bê tông ở thời kiện đang xét, ngoài việc phải làm vỡ đất đá tới điểm chịu tác động của vụ nổ t (kG/cm2). mức độ cần thiết, nhất thiết còn phải đảm bảo được Nhìn chung, việc nghiên cứu tác dụng của độ an toàn về chấn động cho các công trình bê tông sóng xung kích đối với bê tông đang đông cứng đang đông cứng. Do vậy, trước hết cần phải nêu ra đã không được quan tâm nhiều, trong khi đó do được những giới hạn xác định đối với độ lớn của yêu cầu đẩy nhanh tiến độ thi công trong thực đường kính bao thuốc (LT) hoặc đối với chiều dày tế, người ta thường phải tiến hành các vụ nổ (H) của lớp đất đá cần làm tơi - nghĩa là đối với sớm hơn. Do vậy, đối với công trình xây dựng chiều sâu (L) của lỗ mìn (LM). thuộc các lĩnh vực trên của nước ta, việc nghiên - Các số liệu cần thiết nhất để tính toán gồm cứu hoàn thiện và ứng dụng những phương pháp đường kính lỗ khoan, tính chất của đất đá (độ tính toán như thế sẽ có ý nghĩa lớn. kiên cố, độ nứt nẻ của khối nguyên), khoảng 116
2. cách gần nhất (R) từ vị trí vụ nổ đến các khối bê - Nếu R>Rgh thì các tính toán được tiến hành tông đang đông cứng, mác và tuổi (t) của bê bình thường; tông ở thời điểm chịu tác động của vụ nổ, diện - Nếu R Rgh thì cần phải tiến hành các thông tích (S0) của nền công trình bê tông. số khoan - nổ theo các công thức riêng ở các 4.2. Trình tự tính toán các thông số của bước tiếp theo dưới đây. các vụ nổ ở gần các công trình bê tông đang Nói cách khác, nội dung của bước 2 là đông cứng đánh giá xem có cần phải tính toán an toàn chấn Bước 1: Căn cứ vào kích thước đã được xác động cho bê tông hay không? định của khu vực cần làm tơi, xác định sơ bộ Bước 3: Tiến hành tính toán sơ bộ chiều cao tầng H; đường kính lỗ khoan dLK và đường kính tối đa của bao thuốc về phương diện chiều sâu lỗ khoan LLK của các lỗ mìn. Đối với an toàn chấn động cho bê tông theo các công các công trình quan trọng khi đào đá đến cao độ thức sau: thiết kế thì LLK= H, còn đối với các trường hợp + Khi R < 2.L: 1 nổ nhiều tầng thì chiều sâu lỗ khoan: -3 3 dmax = 1,77.10 .. M.Ft.R. K f .KT . (3) LLK = H + 10dLK ( 1,2 - 0,01H).H + 0,3; (m) K c . v Việc dự kiến các thông sổ kể trên ở bước này + Khi R 2.L: chỉ được xem là tạm thời, vì chưa tính đến độ an -3 2 K f .KT 1 dmax = 1,27.10 . . M.Ft.R . 3 . (4) 2 toàn về chấn động cho bê tông; L .R K c . v Bước 2: Xác định khoảng cách giới hạn cho Trong đó : phép về an toàn chấn động đối với bê tông đang  - Hệ số phụ thuộc độ bền nén, độ bền kéo, đông cứng: hệ số Poát-xông và mật độ của bê tông đang L đông cứng, tốc độ sóng dọc trong nó tại thời Rgh = 3,19.Kdd.dLK. (2) d LK . M .Ft điểm chịu tác động của vụ nổ (kết quả tính toán: Trong đó:  = (0,04 - 0,05) khi bê tông đang đông cứng chịu tác động nổ một lần;  = (0,03- 0,04) khi Kdd - Hệ số, được lấy trong khoảng từ (80 ÷ 150) và phụ thuộc chủ yếu vào độ kiên cố của tác động nhiều lần); 2 đá, độ nứt nẻ của khối nguyên (đá càng kiên cố  M - Độ bền theo mác của bê tông, kG/cm ; và càng ít nứt nẻ thì Kdd càng nhỏ); Kf, KT - Các hệ số phụ thuộc độ kiên cố của 2 đá và độ nứt nẻ của khối nguyên và được xác  M - Độ bền theo mác của bê tông, kG/cm định theo bảng 2 và bảng 3; (đã đủ thời gian đông cứng TM); K - Hệ số cường độ tác động chấn động, Ft - Hệ số để tính toán độ bền của bê tông tại c phụ thuộc độ nứt nẻ (G ) của khối nguyên và độ thời điểm là t ( khi t TM thì t = M.Ft) T đề kháng sự tạo khe nứt (G ), được xác định Trị số của Ft có thể xem là hàm số của tỷ số c t theo bảng 4; và được xác định theo bảng 1 αv - Hệ số tốc độ dịch chuyển trung bình của TM nền công trình, phụ thuộc R và S (diện tích đáy Bảng 1 o t của công trình bê tông) mà đối với các tính toán T 0,005 0.01 0,015 0,025 0,04 0,08 thực tế, nó được xác định theo công thức ở dạng M rút gọn như sau. Ft 0,1 0,25 0,35 0,45 0,55 0,70 117
3. 0,9R 0,05 αv = 1 ; (5) Alêvrôlit, argillit, S0 III sa thạch có xi IV-VI 4,5 3,0 2,8 2,5 măng gắn kết yếu Bảng 2 Bảng 5 Nhóm Gf IV-V VI VII VIII IX X XI L/dma 60- 45 40 37 30 20 10 5 Kf 38 36 32 30 28 26 24 x 70 Bảng 3 Kd 1,0 0,96 0,95 0,94 0,938 0,925 0,850 0,800 Nhóm G I II III IV V T Bước 6: Kiểm tra điều kiện an toàn cho vị trí K 1,15 1,1 1,0 0,9 0,85 T tiếp xúc “bê tông - nền đá cứng”. Bước 4: Xác định tỷ số L/d và sẽ có hai max - Đây là bước kiểm tra bổ sung đối với các tình huống sau. trường hợp đất đá được làm tơi bởi vụ nổ, phân - Nếu L/d 70 thì chiều cao tầng H được max bố tại mức có công trình bê tông đang đông chọn sơ bộ ở bước 1 là thích hợp theo điều kiện cứng hoặc phân bố thấp hơn mức đó: an toàn chấn động cho bê tông và tính hiệu quả R/[d] [R] . (7) của các công trình; việc tính toán được tiếp tục TX Trong đó: chuyển đến bước 5. [R] - Khoảng cách cho phép tương đối từ - Nếu L/d >70 thì H và L đã được dự kiến sơ TX max các bao thuốc đến vị trí tiếp xúc “bê tông - nền bộ ở bước 1 cần được điều chỉnh theo hướng giảm đá cứng”, được xác định theo bảng 6 xuống. Trị số mới được chọn để tiếp tục tính toán - Trong khu vực gần trực tiếp với bê tông thì (còn gọi là chiều sâu thiết kế) sẽ là L = 70.d . Sau max điều kiện (7) có thể trở thành một quy định quan đó, việc tính toán theo các bước 3 và 4 cần được trọng, đặc biệt là khi nổ trong các loại đất đá lặp lại với trị số mới vừa được chọn của L. không kiên cố và bị nứt nẻ mạnh. Bước 5: Chính xác hoá độ lớn của đường kính Bảng 6 cho phép của các bao thuốc theo công thức: Trị số định hướng của [R]TX (đã có [d] = Kd.dmax (6) Nhóm Nhóm dự phòng cần thiết) theo nhóm GT Trong đó Kd là hệ số điều chỉnh, được chọn Gc Gf theo bảng 5 I II III IV-V Bảng 4 I.a IX-XI 80 50 35 25 I.b IX-XI 90 70 50 35 Nhóm Nhóm Trị số trung bình của hệ số Loại đá tiêu biểu II VII-VIII 110 95 65 45 G G K khi nhóm G C f C T III IV-VI 120 110 90 70 Bazan, gabrô, Bước 7: Chính xác hoá đường kính được điabaz, porfirit, chọn của lỗ mìn theo điều kiện : I.a IX-XI 2,0 2,0 1,5 1,5 quắc dit, sa thạch dLK 1,5 [d] (8) kết tinh Khi có các thiết bị khoan có khả năng tạo ra I.b Granit và granitoit IX-XI 2,5 2,0 1,7 1,5 được các lỗ mìn có đường kính khác nhau mà có thể đáp ứng được điều kiện (8) thì cần chọn cỡ Đá vôi, đôlômit, VII- II 3,5 2,5 2,2 2,0 đường kính nào là nhỏ nhất trong số các đường đá hoa, sa thạch VIII kính đó. Nếu như khi đã lấy cỡ đường kính nhỏ 118
4. nhất có thể của các lỗ mìn là dLK.min (đối với loại K(2+0) và K(2+3) - Các hệ số, tính đến sự ảnh thiết bị khoan đang có) để tiếp tục các tính toán mà hưởng của l2 đối với a trong các trường hợp điều kiện (8) vẫn không được thoả mãn thì cần tiếp không có đoạn khoan thêm (l3 = 0) và có đoạn tục giảm chiều sâu của lỗ mìn và tương ứng, giảm khoan thêm (l3 0) được xác định theo bảng 7 chiều cao tầng được nổ. Những trị số mới và nhỏ Bảng 7 hơn của các thông số này cần được chọn là: l 2 3 3 5 10 20 24 30 40 d d Lm = 1,1.L. khi R<2.L; (9) K(2+0) 1,00 0,95 0,90 0,80 0,78 0,75 0,70 d LK.min K(2+3) 0,42 0,50 0,63 0,80 0,84 0,90 1,00 3 d - Đối với các bao thuốc phân đoạn, tổng Lm = 1,8.L. khi R 2.L; (10) d LK.min chiều dài các phân đoạn được xác định theo công thức: Sau khi đã xác định theo (9) hoặc (10) mà Lm 2 d < 15.dLK.min thì cần áp dụng các bao thuốc lỗ lK = l2. 1 (16) d khoan nhỏ. LK Bước 8: Căn cứ vào các kết quả tính toán kể Số lượng các phân đoạn này (nk) có thể lấy trên, tiến hành xác định chính thức đường kính trong phạm vi (l ÷ 3), tuỳ thuộc vào l2 và trị số lK. thiết kế của bao thuốc là d như sau : - Khoảng thời gian giãn cách khi nổ vi sai: - Khi dLK < [d] thì lấy d = dLK 4 3 R 1 tvs = 7.10 . d. 6 R. . ; khi R < 2.L; (17) - Khi dLK [d] và chiều sâu mới của các lỗ mìn a C1 được xác định theo (9) hoặc (10) thì lấy d = [d] 4 R 1 t = 3.10 . 6 . ;khi R 2.L; (18) - Nếu vẫn tiếp tục chọn các chiều sâu mới vs Q. a C1 khác của các lỗ mìn là Lx mà chúng là nhỏ hơn Trong đó: C1 là tốc độ sóng đàn hồi dọc trong các trị số Lm đã được tính theo (9) hoặc (10) thì khối nguyên. xác định d theo công thức: 4.3. Các ví dụ tính toán 2 2 L Bài toán: d = .d . 3 m (11) LK Cần xác định các thông số của các công trình 3 L X khoan - nổ, khi nổ cách xa R = 5m so với vị trí Bước 9: Xác định các thông số khác của công trình bê tông có diện tích móng 100m2. công trình nổ: Các khối bê tông có mác M 200 được đổ trước 1 - Chiều dài bao thuốc: l = L - l (12) 90 2 1 ngày so với thời điểm vụ nổ. Khối nguyên đá - Khối lượng của một bao thuốc cứng cần làm tơi bằng nổ mìn là đá granit thuộc l Q = .d2. . 2 ; (kg) (13) nhóm IX về độ kiên cố và nhóm IV về độ nứt 4 3 nẻ. Chiều cao tầng đá là 4m, phân bố tiếp giáp Trong đó: là mật độ nạp chất nổ, kg/m ranh giới phía dưới của hố móng (tức là các lỗ - Khoảng cách giữa các bao thuốc : mìn không được phép có đoạn khoan thêm). a = Kf.KTd. e .K(2+0).K(2+3) khi l3 = 0 (14) Trên công trường có các thiết bị khoan lỗ mìn a = Kf.KTd. e .K(2+3) khi l3 0 (15) có thể tạo ra các lỗ khoan có đường kính Trong đó: 105mm và 150mm. e - Hệ số năng lượng tương đối của loại chất Tính toán: nổ được sử dụng; Bước 1: Căn cứ vào kích thước đã định trước 119
5. của khu vực cần làm tơi, xác định sơ bộ chiều 0,9R 0,9.5 ỏv = = = 0,45; cao tầng H = 4m; (vì tầng đá tiếp giáp ranh giới S0 100 phía dưới của hố móng do vậy không được phép -3 1 dmax=1,77.10 .0,045.200.0,25.5. 3 28.0,9 . khoan thêm) 1,5.0,45 Đường kính lỗ khoan dLK = min{105;150} = dmax 87(mm) 105mm; Bước 4: Xác định tỷ số L ; d Chiều sâu lỗ khoan L = 4 (m); max Dự kiến sử dụng các bao thuốc lỗ khoan lớn. Vì L = 4 = 46 35. Do vậy, t điều kiện an toàn cho vị trí tiếp xúc ‘’bê tông - ngày; Ta có = 0,01; F = 0,25; 1 nền đá cứng’’được thoả mãn. TM Bước 7: Chính xác hoá đường kính của lỗ R = 3,19.K .d . L gh dd LK khoan: Do đường kính lỗ khoan d 1,5 [d] = d LK . M .Ft LK 1,5.84mm = 126mm nên trị số được chọn cho Rgh = 3,19.80.0,105. 4 23(m) 0,105.200.0,25 các tính toán của đường kính lỗ mìn dLK = Rgh 23m > R=5m. Việc tính toán đặc biệt 105mm ( [d] = 84mm, cho nên trị động cho bê tông. số được chọn chính thức của đường kính bao Vì R =5 <2.L = 2.4 = 8, cho nên dmax cần thuốc là d = [d] =84mm; được tính như sau Bước 9: Xác định các thông số khoan nổ 1 -3 3 khác: dmax =1,77.10 .. M.Ft.R. K f .KT . K c . v - Chiều dài cột bua L1: Ta có  = 0,045 (nổ một lần); Kf = 28; KT = L 4 Vì = = 48; nên ta có K(1) = 24; 0,9; KC = 1,5; d 0,084 L1 = K(1).d = 24.0,084 = 2 (m) 120
6. 2 - Chiều dài bao thuốc: 0,084 l = L-l = 4 - 2 = 2 (m) lK = 2. 1 = 0,7m 2 1 0,105 - Khối lượng của một bao thuốc Căn cứ vào độ lớn của lK, chọn nk =2; tức là 2 l2 Q = .d . . bao thuốc cần được phân thành ba đoạn. 4 2 - Xác định khoảng thời gian giãn cách khi nổ Q = 3,14.0,0842.900. = 10 (kg); 4 vi sai: Vì theo tính toán hoặc tra bảng, có thể lấy 3 - Mật độ nạp chất nổ = 900kg/m3. C1 = 3,5.10 m/s và R = 5<2.L = 2.4 = 8m; nên - Xác định khoảng cách giữa các bao thuốc: ta có: Vì chiều sâu khoan thêm l3 = L-H = 0 (không 4 3 R 1 tvs = 7.10 . d. 6 R. . có đoạn khoan thêm) và l2/d = 24; ta có : K(2+0) a C1 = 0,78; K(2+3) = 0,84; 4 3 5 1 tvs= 7.10 . 0,105. 6 5. . = 13s. a = Kf.KT.d. e .K(2+0).K(2+3) 1,7 3,5.103 a = 28.0,9.0,105.0,78.0,84 = 1,7m 3. KẾT LUẬN - Xác định chiều dài phân đoạn không nạp Trong thực tế để đẩy nhanh tiến độ thi công chất nổ: người ta cần xác định sau khi đổ bê tông được Vì d = 84mm < d = 105mm và chất nổ LK bao lâu thì có thể tiến hành các vụ nổ được, và được sử dụng ở dạng rời, cho nên cần phân đoạn lượng thuốc nổ khống chế là bao nhiêu để bao thuốc. Tổng chiều dài các phân đoạn không không gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển nạp thuốc được xác định như sau: cường độ của kết cấu bê tông mới đổ ở lân cận. 2 d Bài báo trên muốn giới thiệu và giải đáp các vấn lK = l2. 1 d LK đề đó với bạn đọc. Tài liệu tham khảo: 1. Bản hướng dẫn xác định thông số và tiến hành công tác khoan nổ tại đường viền hố móng những công trình kỹ thuật thuỷ lợi quan trọng, Trung tâm thông tin KHKT Năng lượng và điện khí hoá Liên Xô (cũ), Matxcơva 1982. 2. Взывные работы вблизи охраняемых обчектов - м. недра -1984. Abstract: CALCULATION DRILLING BLASTING PARAMETERS ADJACENT TO CONCRETE WORKS HARDENING PHASE Nguyen Quang Cuong The construction methods of science to base calculations of the explosion near the concrete works are hardening was not much focus. Studies abroad XX century to propose solutions to increase the explosion work near the concrete is freezing. Thus, for construction work on the fields of our country, completing the study and application of such methodology will be most meaningful. The article introduces the reader to calculate the initial parameters for drilling blasting works near the hardening concrete work. 121