Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 83:1991 về quy trình xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm ép nước vào hố khoan

• Số hiệu: 14TCN83:1991
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn ngành
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 1991

Loại đá ở trên đoạn thí nghiệm	Áp dụng thí nghiệm giới hạn đối với đoạn thí nghiệm, tính cho 1m bề dầy đá ở trên đoạn thí nghiệm, Kg/cm^2 (10m cột nước tương đương 1 kg/cm^2)
- Trầm tích chưa cố kết hoặc cố kết kém	0,115
- Trầm tích cố kết, phân lớp nằm ngang	0,175
- Các đá macma và biến chất rắn chắc	0,230

1.7.5. Đối với thân công trình bằng bê tông, đá xây... áp lực TNEN được dùng bằng áp lực tiêu chuẩn là 10m cột nước. Khi thân công trình không chịu được áp lực tiêu chuẩn đó thì áp lực dùng TNEN phải được ấn định dựa vào trạng thái ứng suất - biến dạng của công trình, bề dầy thân công trình đang tồn tại.

1.8. Chỉ tiêu kết quả thí nghiệm ép nước

1.8.1. Khi TNEN để xác định tính thấm nước dùng áp lực bằng 10m cột nước (hay 1 Kg/cm^2) và tính lượng mất nước đơn vị q bằng lưu lượng nước tiêu hao trong 1 phút trên lm chiều dài đoạn thí nghiệm, dưới áp lực 1m cột nước (biểu thị bằng 1/ph/m).

1.8.2. Khi TNEN để nghiên cứu biến dạng thấm, sẽ xác định các chỉ tiêu sau:

1.8.2.1. Lượng mất nước Q_o là lưu lượng nước tiêu hao trên 1m đoạn thí nghiệm dưới áp lực cao (100m cột nước) khống chế trong thời gian 10 phút, biểu thị bằng 1/ph/m hoặc uL - đơn vị Lugeon (Luy giông).

1.8.2.2. Lượng mất nước đơn vị (1.8.1) khi thí nghiệm với 10m cột nước, trước và sau khi thí nghiệm với áp lực cao.

1.8.2.3. Biến dạng thấm: Coi là xảy ra biến dạng thấm khi lượng mất nước đơn vị trước và sau khi thí nghiệm với áp lực cao chênh nhau. Nếu lượng mất nước đơn vị tăng lên thì xảy ra xói rửa, ngược lại, nếu giảm đi thì xảy ra ứ tắc.

Trong một số trường hợp, nhất là trong đá vôi Kactơ hóa, với građien thấm lớn hơn hoặc bằng 2 đã xảy ra xói rửa tiến triển [13].

2.1. Kết cấu hố khoan thí nghiệm

...

...

...

 

Hình 4. Sơ đồ kết cấu hố khoan TNEN

Khi vặn đai ốc kích loạt ống ngoài cố định, toàn bộ bộ dụng cụ - ống ép, nút... di chuyển lên trên, khiến khoảng cách giữa vòng chặn dưới và đai ốc kích bị rút ngắn lại, nhờ đó sẽ tạo nên áp lực dọc theo nút, làm các vòng cao su bị ép theo hướng đó, đồng thời lại giãn nở theo chiều ngang tiến tới áp sát lên vách hố khoan, cuối cùng đoạn thí nghiệm được ngăn cách. Nối bộ dụng cụ với hệ thống cung cấp nước. Nước qua ống ba nhánh, xuống các ống ép, qua các ống đục lỗ vào đoạn thí nghiệm.

Ở Liên Xô đã đưa vào một số bộ nút dùng cho TNEN, trong đó phổ biến nhất là bộ nút YTD-1 (hình 5). Nó có ưu điểm là: sau khi đã xiết hết sức, nếu cần nén chặt thêm, không cần nới lỏng bộ nút.

1. Hộp kích (thân kích)

2. Ống kích rỗng (vít kích)

3. Đai ốc kích

4. Đai ốc hãm

...

...

...

6. Ống ba nhánh (ống chạc ba)

7. Nắp

8. Áp kế

9. Van ba nhánh

10. Ống nối

11. Đai ốc nối

12. Ốc nối của nút có rãnh xẻ

13. Các vòng cao su

14. Đệm bằng kim loại

...

...

...

16. Ống nối cách

17. Vòng chặn dưới

18. Vòng tựa dưới

19. Vòng tựa trên

20. Vít kéo của kích

21. Ốngf20 mm

22. Ống tựa ngoài

23. Ống kéo trong (cần)

24. Gờ của đai ốc

...

...

...

2.2. Các dụng cụ chính của bộ trang thiết bị thí nghiệm ép nước

2.2.1. Dụng cụ đo lưu lượng: để đo lưu lượng nước trong TNEN thường dùng: thùng đo lưu lượng, lưu lượng kế.

2.2.1.1. Thùng đo lưu lượng là loại thùng có tiết diện ngang không thay đổi theo chiều thẳng đứng: mỗi khoảng chiều cao của nó sẽ ứng với một thể tích nhất định.

Thường dùng thùng hình lập phương mỗi cạnh bằng 1m. Thùng đo lưu lượng chỉ thích dụng cho thí nghiệm trong đá thấm nước vừa đến yếu và khi không có áp lực dư trên miệng hố khoan. Khi thí nghiệm phải đặt đáy thùng ngang hoặc bên trên mức nhánh ngang của ống ba nhánh để nước tự chảy vào hố khoan.

2.2.1.2. Lưu lượng kế (đồng hồ lưu lượng), thường dùng lưu lượng kế kiểu cánh quạt hoặc tua bin, rôtamet.

Lưu lượng kế cánh quạt hoặc tuabin dựa trên nguyên tắc: nước chảy qua chúng làm quay cánh quạt hoặc tuabin; số vòng quay được quy đổi thành tổng lượng nước qua từ khi bắt đầu thí nghiệm, được kim chỉ trên mặt số của lưu lượng kế. Thông thường, chúng chỉ làm việc bình thường với lưu lượng lớn hơn 10 đến 20% lưu lượng đặc trưng (xem phụ lục 8) và nhỏ hơn 70% lưu lượng đặc trưng. Trước khi đưa vào sử dụng các lưu lượng kế mới (hoặc sau khi sửa chữa lau chùi), đều phải tiến hành hiệu chuẩn, đồng thời trong khi sử dụng cũng cần định kỳ hiệu chuẩn. Để tránh các hư hỏng và giảm bớt việc hiệu chuẩn, khi sử dụng các loại lưu lượng kế này cần tuân thủ các điều kiện sau:

- Nước qua lưu lượng kế phải trong.

- Chỉ dùng với các lưu lượng được phép (xem phụ lục 8) áp lực nước phải ổn định; không được thay đổi đột ngột để tránh hiện tượng nước va;

...

...

...

Rôtamet dựa trên nguyên tắc: nước chảy qua sẽ tác dụng lên phao một lực nhất định, đẩy nó tới một vị trí cân bằng mới. Dựa vào đó sẽ xác định được lưu lượng nước chảy qua nó (xem phụ lục 8). Khi sử dụng cũng phải hiệu chuẩn rôtamet như đối với các loại lưu lượng kế.

2.2.2. Dụng cụ đo áp lực cột nước thí nghiệm: tùy theo áp lực cột nước cần thiết, độ sâu đoạn thí nghiệm... sẽ dùng loại dụng cụ đo thích hợp.

2.2.2.1. Khi thí nghiệm không có áp lực dư đáng kể trên miệng hố khoan, phải dùng dụng cụ đo mực nước trong hố khoan, thông dụng nhất là dụng cụ đo mực nước bằng điện (xem phụ lục 8). Ngoài ra có một số dụng cụ đo mực nước khác như dụng cụ đo bằng áp kế, quả chuông nhưng không tiện dùng hoặc không bảo đảm độ chính xác cần thiết.

2.2.2.2. Khi thí nghiệm với áp lực dư đáng kể trên miệng hố khoan dùng áp kế để đo giá trị của áp lực dư này. Tùy theo độ lớn của áp lực dư này, sẽ phải chọn loại áp kế thích hợp (xem phụ lục 8) để bảo đảm sai số của áp lực đo được không lớn hơn 5% giá trị áp suất dư cần đo. Khi sử dụng, phải đảm bảo chế độ làm việc của áp kế như sau:

- Khi áp lực không đổi hoặc thay đổi dần, áp lực đo trên áp kế không được vượt quá 2 phần ba đầu thang chia trên áp kế,

- Khi áp lực giao động mạnh, không được đo các áp lực quá nửa đầu thang chia trên áp kế,

- Khi áp lực thay đổi đều đặn, trong thời gian ngắn có thể đo các áp lực của toàn bộ thang chia trên áp kế;

- Không nên đo áp lực ở một phần tư đầu thang chia trên áp kế vì khi đó sai số lớn hơn sai số cho phép theo cấp độ chính xác của áp kế.

Trong quá trình sử dụng phải định kỳ kiểm tra các áp kế theo các điều kiện tương tự điều kiện định chuẩn của nhà máy sản xuất hoặc theo các áp kế mẫu, có kèm theo giấy chứng nhận đã kiểm tra.

...

...

...

Để ngăn cách đoạn thí nghiệm thường dùng các loại nút như: các vòng cao su, nút thủy lực (hoặc khí nén)

2.2.3.1. Nút bằng các vòng cao su: Các vòng cao su (hay còn gọi là "quả bo") là một khối cầu bằng cao su có đường kính hơi nhỏ hơn đường kính hố khoan ở đoạn thí nghiệm. Khối cầu được đục một lỗ hình trụ có trục qua tâm khối cầu và có đường kính hơi lớn hơn đường kính ngoài của loạt ống ép. Một bộ nút thường gồm 7 đến 8 vòng cao su, ngăn cách với nhau bằng các vòng đệm kim loại đủ cứng. Không nên dùng quá nhiều các vòng cao su vì khi đó, các vòng ở giữa có thể không được ép dẫn tới mức cần thiết. Loại nút này rất bền, có thể dùng lại nhiều lần. Tuy nhiên, nó có một số nhược điểm: bắt buộc phải dùng bộ kích khá cồng kềnh, tháo lắp mất nhiều thời gian... Hiện nay loại này vẫn được dùng rộng rãi do dễ sản xuất, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản.

2.2.3.2. Nút thủy lực hoặc khí nén. Đó là một buồng hình trụ bằng kim loại gắn chặt lên cột ống ép. Mặt ngoài của nó làm bằng vật liệu dễ đàn hồi, thường là cao su. Khi bơm nước (hoặc chất khí) vào buồng (hình 6), thành chất dẻo bị căng phồng ra và áp sát lên vách hố khoan. Loại nút này có một số ưu điểm sau: gọn nhẹ, khá dễ sử dụng, tháo lắp, nâng hạ đơn giản, không cần bộ kích cơ giới, rất thích dụng khi thí nghiệm phân đoạn từ dưới lên. Nhược điểm chính của loại nút này là: thành chất dẻo dễ bị hư hỏng; phải thường xuyên theo dõi áp lực trong buồng nút để kịp thời phát hiện các hư hỏng của nó.

Hình 6. Sơ hoạ mặt cắt nút bằng thủy lực hoặc khí nén

1. Bầu bằng cao su

2. Ống ép mang nút

3. Đai để xiết chặt đầu nút

4. Ống mềm chịu áp lực

...

...

...

2.2.4. Tổn thất cột nước do ma sát: khi nước chảy trong cột ống ép, giữa mực nước và thành ống có lực ma sát, làm giảm áp lực nước gọi là tổn thất áp lực cột nước do ma sát. Trong nhiều trường hợp, nó đạt tới giá trị đáng kể, cần xác định để có thể tính đúng áp lực trong đoạn TNEN (xem điểm phụ lục 9).

2.3. Thiết lập bộ thí nghiệm ép nước

Cần xác định chiều dài các loạt ống trong và ống ngoài vừa đủ theo độ sâu đoạn thí nghiệm đã cho để khi lắp ráp xong, áp kế nằm ở độ cao cách mặt đất nơi làm việc một khoảng từ 1 đến l,5m thuận tiện đọc các số liệu. Việc tính toán chiều dài các loạt ống có thể thực hiện theo đẳng thức kép sau:

l_o +(0,5 đến 1,5) = l_n=l_e-(0,8 đến 1m),

Trong đó l_o- độ sâu từ mặt cắt tại miệng hố khoan tới đầu trên đoạn thí nghiệm (m);

l_n - chiều dài loạt ống ngoài (m);

l_e - chiều dài loạt ống trong, kể cả chiều dài vít - kích rỗng (m)

Trị số trong ngoặc (...) là khoảng cách từ áp kế xuống mặt đất, tùy chọn theo thực tế.

...

...

...

3.1. Trình tự tiến hành thí nghiệm ép nước

Dưới đây nêu trình tự các bước khi tiến hành các TNEN cho một đoạn hố khoan theo sơ đồ phân đoạn từ trên xuống. Ở đây chủ yếu nêu tên công việc. Các yêu cầu kỹ thuật đối với một số công việc chính đã nêu ở chương 1 - Phương pháp TNEN.

1. Khoan đoạn hố khoan thí nghiệm. Rửa hố khoan.

2. Hạ ống chống (ống chèn) tới đáy hố khi vách hố khoan kém ổn định. Khi vách hố khoan tốt thì không cần hạ ống chống.

3. Do độ sâu hố khoan.

4. Múc hết nước trong hố khoan. Đối với đoạn nằm trong tầng chứa nước, múc đi một khối lượng nước bằng 2 đến 3 lần thể tích nước có trong hố khoan.

5. Quan trắc mực nước trong hố khoan để khẳng định đoạn thí nghiệm có nằm trong tầng chứa nước hay không.

Trường hợp mực nước hạ thấp dần thì đoạn thí nghiệm nằm trong tầng không chứa nước.

Trường hợp mức nước dâng cao dần, đoạn thí nghiệm nằm trong tầng chứa nước. Khi đó cần quan trắc có hệ thống [6] cho tới khi đạt mực nước ổn định: sau 3 đến 6 lần đo cách nhau 5 phút một lần nếu mực nước chỉ thay đổi 1 đến 2 cm; các số liệu quan trắc này phải ghi chép theo quy định [6].

...

...

...

7. Lắp ráp bộ dụng cụ thí nghiệm như nêu ở hình 4. Hạ bộ nút vào lỗ khoan tới ngang mức đầu trên đoạn thí nghiệm (đáy nút thấp hơn đầu trên đoạn thí nghiệm khoảng 0,1m).

8. Kéo ống chống lên trong trường hợp đã hạ ống chống tới đáy lỗ khoan khi vách hố khoan kém ổn định.

9. Đo kiểm tra tính kín nước của các khớp nối trên các ống ép, đường dẫn nước thuộc hệ thống phân phối nước.

10. Kích và xiết chặt bộ nút.

11. Kiểm tra tính kín nước của đoạn hố khoan: ép nước thử với áp lực cao nhất sẽ phải thực hiện cho đoạn đang xét và kéo dài 10 đến 15 phút; đồng thời quan trắc nước trên bộ nút. Nếu đoạn nằm trong đá không chứa nước thì trên nút phải khô; nếu đoạn nằm trong đá chứa nước thì nước có thể rò rỉ yếu vào khoảng trống giữa ống trong và ống ngoài. Khi các điều kiện này được bảo đảm thì việc ngăn cách đoạn thí nghiệm coi là tốt.

12. Đo kiểm tra lại mực nước trong hố khoan theo như đã nêu ở điểm 5.

13. Thí nghiệm chính thức: bơm nước vào đoạn thí nghiệm với lưu lượng vừa đủ để tạo áp lực đã quy định; lượng nước thừa được thải qua ống xả bằng cách sử dụng van điều chỉnh 2. Áp lực này được giữ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm với cấp áp lực đó (nếu thí nghiệm với nhiều cấp áp lực).

Nếu thí nghiệm không có áp lực dư thì đo mực nước cần khống chế bằng dụng cụ đo mực nước.

Khi thí nghiệm có áp lực dư trên hố khoan (trên ống ba nhánh) phải dùng áp kế để khống chế áp lực. Lúc bắt đầu bơm nước vặn van xả không khí (nếu có) hoặc nới hơi lỏng khớp nối giữa ống cong của áp kế và ống ba nhánh để không khí trong các ống thoát ra ngoài (sự có mặt không khí trong ống sẽ làm sai lệch số chỉ áp lực trên áp kế), khi nước bắt đầu rò ra qua khớp nối thì lại vặn chặt nó lại. Sau đó tiến hành thí nghiệm bình thường.

...

...

...

a) Khi đoạn thí nghiệm nằm trong đá không chứa nước, cột nước áp lực được tính từ giữa đoạn thí nghiệm tới mực nước khống chế không đổi trong hố khoan (hình 7c).

b) Khi đoạn thí nghiệm nằm trong đá chứa nước, cột nước áp lực tính bằng:

- Từ mực nước ổn định dưới đất tới mực nước khống chế không đổi trong hố khoan (hình 7a).

- Từ mực nước ổn định dưới đất tới áp kế, cộng thêm số chỉ áp lực trên áp kế (quy đổi ra một cột nước) (hình 7b).

15. Cột nước khống chế trong thí nghiệm cho phép thay đổi ± 5% so với giá trị của nó, có hiệu chỉnh tổn thất thủy đầu trong trường hợp cần thiết.

16. Trong suốt quá trình thí nghiệm, cùng với việc theo dõi áp lực không đổi, phải tiến hành quan trắc liên tục lượng nước tiêu vào đoạn thí nghiệm, cứ 2 đến 10 phút một lần (tùy theo lượng nước tiêu hao lớn hay nhỏ) và ghi chép các số liệu thu thập được vào sồ ghi chép TNEN (phụ lục 1).

17. Tất cả các số liệu về hố khoan thí nghiệm, các dụng cụ, thiết bị chủ yếu dùng trong thí nghiệm, các số liệu quan trắc áp lực lưu lượng nước tiêu hao theo thời gian phải ghi đầy đủ vào sổ ghi chép TNEN tại nơi thí nghiệm; đồng thời lập các đồ thị quan hệ áp lực cột nước và lưu lượng nước tiêu hao theo thời gian: H = f(t); trong trường hợp dùng áp lực tiêu chuẩn thì H là trị số không đổi; Q = f(t).

18. Khi nghiên cứu độ thấm nước với áp lực 10m cột nước, phải kéo dài thí nghiệm tới khi lượng nước tiêu hao ổn định trong 30 phút. Lưu lượng nước tiêu hao được coi là ổn định khi tỷ lệ phần trăm giữa hiệu số lưu lượng lớn nhất (Q_max) và lưu lượng trung bình (Q_tb) trên Q_tb của các lần đọc trong 30 phút, mà không quá 10% thì coi là lưu lượng ổn định. Công thức mô tả:

...

...

...

Hình 7. Sơ đồ xác định cột nước tác dụng lên đoạn TNEN

a, b - đoạn thí nghiệm trong tầng chứa nước; a. không có áp suất dư; b. có áp suất dư;

c. đoạn thí nghiệm trong tầng không chứa nước; 1. cột ống ép; 2. nút; 3. mực nước dưới đất ổn định; 4. áp kế; 5. mực nước tác dụng khi thí nghiệm.

3.1.1. Các bước tiến hành TNEN trên không phụ thuộc sơ đồ thí nghiệm phân đoạn (từ trên xuống hoặc từ dưới lên) hoặc thí nghiệm tổng hợp. Riêng sơ đồ thí nghiệm phân đoạn từ dưới lên phải thêm bước lấp đoạn đã thí nghiệm và chờ vật liệu lấp đông cứng (trường hợp dùng nút đơn).

3.1.2. Khi đã thực hiện các TNEN tới độ sâu cuối cùng của hố khoan, tùy mục đích trong đề cương mà:

- Để lại tiến hành các thí nghiệm địa chất công trình khác, các quan trắc lâu dài trong hố khoan.

- Hoặc lấp hố, trường hợp này sẽ tuân theo các quy định ở quy trình kỹ thuật khoan máy.

...

...

...

3.2.1. Trong thực tiễn khảo sát cho xây dựng thủy công thường dùng các TNEN để:

- Nghiên cứu thấm

- Nghiên cứu tính biến dạng thấm, xói rửa các chất nhét yếu trong các khe nứt, các đường dẫn Kactơ của đá.

3.2.2. TNEN để nghiên cứu thấm: các thí nghiệm này được thực hiện hàng loạt trong toàn phạm vi nghiên cứu. Chúng được thực hiện với một áp lực tiêu chuẩn bằng 10m cột nước và thực hiện cho tới khi lưu lượng ổn định trong thời gian 30 phút.

Các trường hợp khác thường xem 3.3.

3.2.3. Nghiên cứu biến dạng thấm trong đá bằng TNEN

3.2.3.1. Các chất nhét yếu (loại sét - cát) trong các khe nứt của đá, nhất là ở các đới đá bị phong hóa, có thể bị các biến dạng thấm khác nhau (xem phụ lục 5) dưới tác dụng của một građien thấm đáng kể, nghĩa là dưới một cột nước áp lực đủ lớn.

3.2.8.2. Việc nghiên cứu biến dạng thấm bằng TNEN được thực hiện theo phương pháp sau: bắt đầu thí nghiệm với áp lực thấp để nghiên cứu thấm thông thường, sau đó thí nghiệm với áp lực cao (hoặc nâng dần qua một số cấp áp lực) trong thời gian ngắn và hạ dần, sau cùng thí nghiệm lại với áp lực để nghiên cứu thấm lúc đầu (hoặc thí nghiệm với các cấp áp lực thấp dần). Một thí nghiệm như thế thường gọi là thí nghiệm theo chu trình (cyclitests).

Trong thực tế thường tiến hành như sau:

...

...

...

2. Tiếp tục thí nghiệm với áp lực cao 100m (hoặc trên 50m) cột nước và kéo dài trong 10 phút.

3. Thí nghiệm lại với áp lực 10m cột nước kéo dài trong 30 phút.

3.2.3.3. Dối với công trình thủy công có cột nước tác dụng tại công trình thấp (dưới 50m cột nước), cho phép thí nghiệm nghiên cứu biến dạng thấm như sau [2]:

- Thí nghiệm với áp lực 10m cột nước cho tới khi lưu lượng ổn định trong 30 phút.

- Thí nghiệm với áp lực lớn nhất có thể được đối với đoạn đang xét (xem l.7) hoặc với cột nước bằng 1,1 đến 1,5 lần (tùy cấp công trình) cột nước tác dụng tại công trình, (nếu giá trị nào lớn hơn thì lấy), kéo dài trong 10 phút.

- Thí nghiệm lại với áp lực 10m cột nước, kéo dài trọng 30 phút.

3.2.3.4. Qua kết quả tiến hành thí nghiệm như thế, lập quan hệ lưu lượng - áp lực TNEN: Q = f(H) để phân đoán biến dạng thấm. Đồng thời tính lượng mất nước đơn vị (đối với 10m cột nước) lúc ép đi và ép trở lại để đánh giá biến dạng thấm (xem l.7).

3.2.4. TNEN trong hố khoan xiên

3.2.4.1. Khi nghiên cứu các khe nứt, các dải yếu (cà nát, đứt gẫy...) thường phải TNEN trong các hố khoan xiên.

...

...

...

3.2.4.3. Áp lực cột nước ở hố khoan xiên tính như sau:

H = H_xsina

trong đó: H_x - cột nước tác dụng lên đoạn thí nghiệm ở hố khoan xiên; H - độ chênh cao giữa mực nước khống chế khi thí nghiệm với mực nước dưới đất ổn định (đoạn thí nghiệm trong tầng chứa nước) hoặc mức giữa đoạn thí nghiệm (khi đoạn nằm trong đá không chứa nước) (hình 8).

3.2.4.4. Trong hố khoan xiên không được TNEN cho các đoạn kề ranh giới phân chia giữa đá chứa nước và không chứa nước vì khi đó ranh giới này sẽ ảnh hưởng đối với kết quả thí nghiệm.

3.2.5. Ép, hút nước kết hợp

Nhằm đánh giá định lượng gần đúng hệ số thấm của đá theo tài liệu thí nghiệm ép nước, cần tiến hành các thí nghiệm kết hợp ép nước và hút nước tại cùng một đoạn hố khoan.

3.2.5.1. Các thí nghiệm này được tiến hành trong các hố đã ấn định riêng, hoặc chọn một số đoạn riêng ở các hố khoan. Tại mỗi đoạn, với nút để nguyên ở một vị trí, thực hiện:

- Ép nước với cột nước áp lực tiêu chuẩn 10m và tính lượng mất nước đơn vị.

- Hút nước (theo quy trình thí nghiệm hút nước hiện hành) và tính hệ số thấm;

...

...

...

3.2.5.2. Lập đồ thị quan hệ giữa lượng mất nước đơn vị và hệ số thấm (trên giấy hai trục lôgarit) và dùng đồ thị này để tính đổi giữa hai đại lượng đó cho từng loại đá trong khu vực nghiên cứu.

Mặt khác so sánh lượng mất nước đơn vị thu được trước và sau khi hút nước ở cùng một đoạn để đánh giá ảnh hưởng của sự trám bít mùn khoan lên vách hố.

3.2.5.3. Chỉ nên thí nghiệm ép, hút nước như trên đối với đá có lượng mất nước đơn vị từ 0,1 đến 1 l/ph/m; khác với điều này, các kết quả thường phân tán và quan hệ tương quan thu được sẽ không phù hợp.

 

Hình 8. Sơ đồ TNEN trong hố khoan xiên

a) Trong đá không chứa nước

b) Trong đá chứa nước

...

...

...

3.3.1. Khi có cơ sở giả thiết gặp các đá không ổn định thấm (đôlômit, có bột đôlômit, đá vôi Kactơ hóa mạnh, các muối halôgien v.v...) để có thể phát hiện các trường hợp đó có thể tăng độ thấm nước khi thấm kéo dài, trước hết phải thực hiện một số đoạn thí nghiệm kiểm tra với thời gian kéo dài ổn định ít nhất 2 giờ khi TNEN với áp lực 10m cột nước.

3.3.2. Trong các dải thấm mạnh (đới nứt tăng cao, đá Kactơ hóa...), nếu phương tiện cung cấp nước không đủ để thí nghiệm với đoạn dài 5m, cho phép rút ngắn đoạn thí nghiệm, trong mọi trường hợp chỉ được rút tới chiều dài tối thiểu (L lớn hơn 5 lần bán kính hố khoan). Khi đã giảm tới như thế, nếu không nâng được tới áp lực cần thiết thì phải cung cấp nước tối đa theo khả năng có thể của phương tiện và quan trắc áp lực.

Ngược lại trong các đá thấm yếu, có thể tăng chiều dài đoạn thí nghiệm, nhưng không được quá 10m.

3.3.3. Khi có các khe nứt phát triển theo chiều dọc hố khoan, sau khi thí nghiệm đoạn thứ nhất, nên tiến hành phun xi măng cho đoạn đó, để khi thí nghiệm cho đoạn dưới, nước không dâng lên trên theo khe nứt.

3.4. Sự cố trong thí nghiệm ép nước

3.4.1. Trong quá trình TNEN, nếu vì nguyên nhân thiết bị (máy hỏng, nút hở, đường dẫn nước vỡ...) phải tạm ngừng thì tiến hành lại, phải coi như mới bắt đầu thí nghiệm.

3.4.2. Trong quá trình thí nghiệm, nhất là với áp lực cao, có thể xảy ra:

Nước rò rỉ lên mặt đất hoặc chảy sang các hố thăm dò, giếng xung quanh cần quan trắc có hệ thống lưu lượng, mực nước ở những vị trí đó.

- Đất ở trên đoạn thí nghiệm bị trồi, nứt... cần giảm áp lực thí nghiệm tới mức vừa đủ.

...

...

...

3.5.1. Khi thí nghiệm với áp lực cột nước tiêu chuẩn (10m) đối với mỗi hố khoan lập các tài liệu chỉnh lý riêng. Thành phần các tài liệu chỉnh lý xem phụ lục 2.

Công việc chỉnh lý bao gồm:

- Lập các bảng tài liệu kỹ thuật, tài liệu tính toán. Đối với đoạn thí nghiệm kéo dài (3.3.1), lập các đồ thị quan hệ áp lực và lưu lượng với thời gian Q = f(t), đồ thị Q_o = f(H).

- Tính toán lượng mất nước đơn vị q theo công thức (l/ph/m)

trong đó:

Q - lưu lượng nước ổn định (l/ph);

L - chiều dài đoạn thí nghiệm (m);

H - áp lực thí nghiệm (m, cột nước)

Các giá trị q chỉ lấy với hai số lẻ

...

...

...

3.5.2. Khi thí nghiệm với áp lực cao H_o

Tính lưu lượng nước tiêu hao Q theo công thức:

Trong đó:

Q - lưu lượng nước tiêu hao, l/ph/m hoặc uL (đơn vị Lugeon);

Qc - lưu lượng nước trung bình (l/ph), khi thí nghiệm với áp lực cao;

Hc - áp lực cao đã dùng (m, cột nước) (Hc bằng 1,1 đến 1,5 lần cột nước tác dụng hoặc bằng 50m đến 100m cột nước, xem 3.2.3.3; 3.2.3.2)

L - chiều dài đoạn thí nghiệm (m).

...

...

...

(hay Sở Thuỷ lợi)

--------

Đơn vị khảo sát:........................................................................................

Tổ khoan: .............................................................................................

...

...

...

THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC VÀO HỐ KHOAN

Tên công trình: .......................................................................................

Vị trí hố khoan: .......................................................................................

Số hiệu hố khoan: ....................................................................................

Thời gian bắt đầu: ...................................................................................

Thời gian kết thúc: .................................................................................

...

...

...

Viện khảo sát TKTLQG

(hay Sở Thuỷ lợi...)

Đơn vị khảo sát...

Tổ khoan...

BIỂU TỔNG HỢP TÌNH HÌNH THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC Ở HỐ KHOAN

Hố khoan...                                           Công trình...                  Thời gian bắt đầu: ...

                                                                                                Thời gian kết thúc:...

Số hiệu đoạn thí nghiệm

Thời gian thí nghiệm (giờ ngày tháng năm)

...

...

...

Giai đoạn áp lực

Trị số áp lực (m)

Lưu lượng tiêu hao Q (l/ph)

Loại đường biểu diễn

Lượng mất nước đơn vị q (l/ph/m)

Phương pháp thí nghiệm

Ghi chú

Độ sâu và cao độ

Độ dài (m)

...

...

...

đến

từ

đến

1

2

3

4

5

6

...

...

...

8

9

10

11

12

13

...

...

...

...

...

...

GIÁM ĐỐC ĐỢN VỊ KHẢO SÁT 

(Ký tên và đóng dấu)

NGƯỜI KIỂM TRA

(Ký tên)

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

(Ký tên)

Viện khảo sát

TKTLQG

...

...

...

NHỮNG SỐ LIỆU VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC

Phụ lục 1-3

(hay Sở Thuỷ lợi...)

Đơn vị khảo sát...

Tổ khoan...

Hố khoan.........

...

...

...

Số hiệu đoạn TNEN

Chiều dài đoạn TNEN

...

...

...

 từ...

đến…

Bộ phận nút

Ống công tác

Ống ép

Máy bơm

Loại nút

...

...

...

Đường kính nút (mm)

Chiều dài nút (m)

Đường kính (mm)

Chiều dài (m)

Đường kính (mm)

Chiều dài (m)

Ký hiệu

Lưu lượng (m^3/h)

Công suất (kw)

...

...

...

Sau khi kích

1

2

3

4

5

6

7

8

...

...

...

10

11

...

...

...

Tiếp Phụ lục 1-3

Máy động lực

Lưu lượng kế

Loại dụng cụ đo mực nước dưới đất

Áp lực kế

...

...

...

Ký hiệu

Công suất

Loại dụng cụ

Lưu lượng tối đa hay thể tích thùng

Đơn vị mỗi độ khắc

Loại dụng cụ

Áp lực cực hạn (Kg/m^2)

Áp lực giới hạn trên (Kg/cm^2)

Độ chính xác%

...

...

...

12

13

14

15

16

17

18

19

20

...

...

...

22

23

...

...

...

NGƯỜI KIỂM TRA

(ký tên)

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

(ký tên)

...

...

...

Đơn vị khảo sát...

Tổ khoan...

Phụ lục 1-4

BIỂU GHI CHÉP TÌNH HÌNH

RỬA HỐ KHOAN

Hố khoan…công trình…

Số hiệu đoạn TNEN…..ngày…..tháng….năm

...

...

...

Thời gian rửa hố khoan

Phương pháp rửa

Lượng nước tiêu hao (l/ph)

Kết quả

từ

đến

từ (giờ phút)

đến (giờ phút)

Thời gian kéo dài

...

...

...

NGƯỜI KIỂM TRA

...

...

...

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

(ký tên)

Phụ lục 1-5

Viện khảo sát TKTLQG

BIỂU QUAN TRẮC MỰC NƯỚC

 DƯỚI ĐẤT TRONG HỐ KHOAN

(hay Sở Thuỷ lợi…)

Đơn vị khảo sát...

...

...

...

Hố khoan…

Công trình…

Số hiệu đoạn TNEN…

Cao độ miệng hố khoan…

Thời gian đo

Mực nước dưới đất

Người đo

...

...

...

Ghi chú

Ngày tháng năm

Giờ

Phút

Độ sâu tính từ miệng hố khoan (m)

Cao độ

...

...

...

NGƯỜI KIỂM TRA

(ký tên)

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

...

...

...

Viện khảo sát TKTLQG

Phụ lục 1-6

(hay Sở Thuỷ lợi…)

Đơn vị khảo sát...

BIỂU QUAN TRẮC ÁP LỰC VÀ LƯU LƯỢNG THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC

Tổ khoan...

...

...

...

Hố khoan…

Đoạn thí nghiệm…

Công trình…

Chiều dài đoạn TNEN: L=

...

...

...

Đồng hồ áp lực đặt cách miệng hố:

…m,

từ…

đến…

Độ sâu mực nước dưới đất ổn định

Kể từ miệng hố

…m

...

...

...

Giai đoạn áp lực

Trị số áp lực

Thời gian quan trắc

Quan trắc lượng nước tiêu hao

Lưu lượng tiêu hao

Q (l/ph)

Ghi chú

Ngày tháng năm

...

...

...

Kết thúc giờ phút

Thời gian kéo dài (phút)

Số đọc lần trước

Số đọc lần sau

Chênh lệch (cm)

Lượng nước tiêu hao (lít)

Mực nước ngoài nút (m)

1

2

...

...

...

4

5

6

7

8

9

10

11

12

...

...

...

...

...

...

NGƯỜI KIỂM TRA

(ký tên)

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

(ký tên)

...

...

...

(hay Sở Thuỷ lợi…)

Đơn vị khảo sát...

Tổ khoan...

Phụ lục 1-7

BIÊN BẢN LẤP HỐ KHOAN

Tên công trình…

...

...

...

Hố khoan số:…

Chúng tôi gồm có các ông:…

Tổ trưởng:…

Kỹ thuật viên địa chất:…

Kỹ thuật viên khoan:…

Kíp trưởng:…Thợ cả:…

Thợ phụ:…Thợ phụ:…

Cùng nhau xác nhận việc lấp hố khoan như sau:

...

...

...

Độ sâu hố khoan…

Độ sâu và đường kình từng loại…

…

Đá rắn từ độ sâu…

Mực nước mạch:

II. VẬT LIỆU LẤP HỐ

Các loại vật liệu và tỷ lệ pha trộn…

Thể tích vật liệu lấp hố

(Đối với công trình đặc biệt, đê cấp 3 trở lên lấy V_lấp/V_hố³1,8)

...

...

...

…

Kích thước và loại dụng cụ lấp hố…

Phương pháp lấp hố…

IV. NHẬN XÉT VÀ KẾT QUẢ LẤP HỐ

…

…

NGƯỜI KIỂM TRA

Ký tên

PHỤ TRÁCH KỸ THUẬT

...

...

...

Ngày….tháng….năm

Kíp trưởng

PHỤ LỤC 2

BẢN TỔNG HỢP CÁC TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC VÀO HỐ KHOAN

1. Các tài liệu kỹ thuật

2. Đồ thị biến thiên áp lực (H) và lưu lượng (Q, l/ph) theo thời gian

...

...

...

3. Đồ thị quan hệ lưu lượng quy đổi (Q_o) với áp lực (H_m) (*)

4. Các tài liệu tính toán

5. Nhãn bản vẽ (theo quy định)

(lập trên khổ giấy theo quy định hiện hành 210 x n x 297mm n=1,2,3…của 210mm).

Nội dung chi tiết của một số bảng trong bản tổng hợp:

Bảng 1. Các tài liệu kỹ thuật

...

...

...

2) Dụng cụ đo mực nước

3) Dụng cụ đo lưu lượng

4) Áp kế

5) Máy bơm

6) Động cơ

^(^*^)

Bảng 4

CÁC TÀI LIỆU TÍNH TOÁN

Đoạn thí nghiệm

...

...

...

N^o cấp áp lực

Áp lực trong đoạn (m)

Lưu lượng nước tiêu hao (Q(l/ph)

Lượng mất nước đơn vị q(l/ph/m)

Số hiệu đoạn thí nghiệm

Độ sâu (m)

Chiều dài

(m)

Cao độ tuyệt đối

...

...

...

đến

...

...

...

PHỤ LỤC 3

THÍ NGHIỆM LUGEON

Để nghiên cứu tính thấm nước của đá ở nền các công trình thủy công, lần đầu tiên, 1933, M.Lugeon đã đề xuất và áp dụng ép nước thí nghiệm vào hố khoan. Từ đó phương pháp này được dùng rộng rãi trong xây dựng thủy công. Nó được phát triển, bổ sung và thay đổi ít nhiều nhưng các điểm có tính nguyên lý vẫn được bảo tồn. Cho đến nay (Hội nghị đập lớn thế giới lần thứ XI năm 1985 ở Thụy Điển) phương pháp này vẫn được coi là một trong các phương pháp cơ bản để đánh giá đúng đắn tính thấm nước và hiệu quả của công tác phun xi măng trong đá [9].

Do tính phổ biến và tính đặc thù của nó, phương pháp này nhiều khi còn gọi là thí nghiệm Lugeon.

...

...

...

Trong đó:

Q_L - lưu lượng nước tiêu hao (Lugeon);

Q - lưu lượng nước (l/ph) trong đoạn thí nghiệm, dưới áp lực 100m cột nước, kéo dài trong 10 phút;

L - chiều dài đoạn thí nghiệm.

Các thí nghiệm Lugeon thường tiến hành trong các hố khoan đường kính nhỏ (46 đến 76 mm).

Trong trường hợp chỉ thí nghiệm với áp lực nhỏ hơn 100m cột nước (để không gây ra hiện tượng đẩy trồi, biến dạng của các lớp đá) có thể dùng đêxi-lugeon, là lượng mất nước trên 1m đoạn thí nghiệm dưới áp lực 10m cột nước.

PHỤ LỤC 4

TÍNH TOÁN HỆ SỐ THẤM THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC

...

...

...

H=h+h’-Dh với h-cột nước áp lực tính từ áp kế tới mực nước ngầm khi đoạn thí nghiệm nằm trong đới bão hoà nước hoặc tới giữa đoạn thí nghiệm khi đoạn thí nghiệm nằm trong đới không bão hoà nước.

h’-áp lực chỉ trên áp kế, tính đổi ra mét cột nước (m);

Dh-tổn thất áp lực trong cột ống ép (xem 2.2.4) khi thí nghiệm không có cột nước dư trên miệng hố khoan thì h tính từ mực nước khống chế khi thí nghiệm tới mực nước ngầm hoặc tới giữa đoạn thí nghiệm tuỳ theo điều kiện như trên; và khi đó h’=0.

Q-lưu lượng nước tiêu hao ổn định trên toàn đoạn thí nghiệm (m^3/s).

Tu=U-D+H

Với

U bề dầy đới không bão hòa nước (m);

D - khoảng cách từ mặt đất tới đáy hố khoan (m);

Cu - hệ số dẫn của đới không bão hòa nước, xác định theo đồ thị chính 2;

...

...

...

X - tỷ lệ phần trăm tầng bị bão hòa: X = (H/Tu)x100;

K - hệ số thấm, (m/s) (khi biểu thị bằng cm/s thì nhân với 100);

Sinh^-l – hàm ngược của sin hypebolic

2. Theo lượng mất nước đơn vị (trên 1m chiều dài đoạn thí nghiệm) [9]

a) Theo q (l/ph/m). Đoạn thí nghiệm nằm trong đá bão hòa nước:

- Đối với đá macma (granit, diaba) k = 2,43q^0,921(6)

- Đối với đá cát - sét (cát kết, alơvolit) k = l,59q^0,841(7)

- Đối với đá cachonat (đá vôi, đôlômit) k = 2,74q^0,908(8)

(trong đó k - hệ số thấm m/ngày đêm)

...

...

...

b) Theo Q_L, Lugeon (công thức gần đúng)

1. Cu đối với L/H=0,1

4. ------- 0,4

7. ------- 0,75

2. ------- 0,2

5. ------- 0,5

8. ------- 0,9

3. ------- 0,3

6. ------- 0,6

...

...

...

K = 1,3x10^-5QL  (9)

trong đó: K-hệ số thấm tính bằng (m/ngày đêm);

Q_L- lượng mất nước trên 1m đoạn thí nghiệm dưới áp lực 100m cột nước (Lugeon)

Hình 2. Các hệ số dẫn để xác định hệ số thấm trong tầng không bão hoà khi đoạn thí nghiệm nằm trong một phần của tầng

 

Hình 3. Hệ số dẫn đối với chảy hình bán cầu khi đoạn thí nghiệm nằm trong một phần tầng bão hoà.

...

...

...

Mức độ thấm nước

Lượng mất nước đơn vị, q (l/ph/m)

Hệ số thấm K_t (m/ngày đêm)

Thực tế không thấm nước

< 0,01

< 0,05

Thấm nước yếu

0,01-0,1

0,05-0,3

...

...

...

0,1-1,0

0,3-3

Thấm nước mạnh

1-10

3-30

Thấm nước rất mạnh

> 10

> 30

...

...

...

MỘT SỐ HÌNH THỨC BIẾN DẠNG THẤM

Dưới tác dụng áp suất cao (građien thấm lớn) khi ép nước thí nghiệm, trong chất nhét yếu của các khe nứt và bản thân đá trong địa khối có thể xảy ra các biến dạng thấm chủ yếu sau:

- Chất nhét bị nước xói rửa; hiện tượng xói trong (xói ngầm)

- Chất nhét bị dồn ép chặt lại trong khe nứt: hiện tượng ứ tắc.

- Làm nứt các phần liền khối của đá trong địa khối: hiện tượng đứt thuỷ lực.

Qua kết quả nghiên cứu, xói rửa bằng ép nước thí nghiệm (thí nghiệm theo chu trình) (3.2.3.1) sẽ thu được các đường cong Q=f(H) biểu thị biến dạng thấm của địa khối đá. Các dạng đường cong có thể gặp nêu ở hình 1.[5]

1. Chế độ chảy tầng: 1a- chế độ chảy tầng, ứ tắc dưới áp lực cao; 1b- chế độ chảy tầng, xói rửa dưới áp lực cao;

2. Ứ tắc dưới áp lực thấp: 2a- ứ tắc dưới áp lực thấp, và sau đó dưới áp lực cao; 2b- ứ tắc dưới áp lực thấp và sau đó xói rửa dưới áp lực cao.

3. Chế độ chảy rối

...

...

...

5. Các dạng khác: lần lượt ứ tắc và xói rửa.

Hình 1. Các đồ thị khác nhau của các kết quả thí nghiệm theo phương pháp Lugeon

PHỤ LỤC 6

THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC DÙNG HỆ BỐN NÚT

Để hướng dòng chảy theo một phương nhất định (vuông góc với trục hố khoan thí nghiệm), đã đề nghị (Louis, 1970) [10] dùng một hệ thống gồm bốn nút (hình l) để phân đoạn thí nghiệm thành ba đoạn nhỏ: hai đoạn nhỏ ở hai đầu đều dùng để khống chế hướng chảy của nước ở đoạn giữa; đoạn nhỏ giữa là đoạn thí nghiệm chính, ở đó nước chỉ chảy theo phương vuông góc với trục hố khoan hoàn toàn phù hợp với các giả thiết thấm nước trong TNEN.

 

Hình 1. Sơ đồ TNEN dùng bốn nút (Louis, 1970)

...

...

...

4 - Phân đoạn chặn dòng chảy ở hai đầu; 5 - Đường dòng chảy;

6 - Áp kế trong các hố khoan xung quanh.

Phải thừa nhận rằng phương pháp này đã đưa vào một giải pháp khoa học của vấn đề rất khó khăn về sự chảy nước trong môi trường nứt nẻ và về mặt này nó đáng được áp dụng.

Do những tốn kém lớn khi thực hiện một đoạn TNEN như thế nên nó chỉ được tiến hành với khối lượng hạn chế, khi cần tìm hiểu chính xác tính thấm nước trong nghiên cứu cho các công trình quan trọng.

PHỤ LỤC 7

THÍ NGHIỆM ĐỔ NƯỚC VÀO HỐ KHOAN

Đối với các đá yếu đá phong hóa mạnh - vừa, đất thấm nước không áp dụng được TNEN, phải dùng thí nghiệm đổ nước vào hố khoan để xác định chỉ tiêu thấm nước của chúng.

...

...

...

Khi vách hố khoan không ổn định (như cát, cuội sỏi...) cần đặt ống lọc ở đoạn thí nghiệm trước khi thí nghiệm đổ nước.

Dưới đây nêu một số trường hợp phổ biến của thí nghiệm đổ nước vào hố khoan.

1. Thí nghiệm trong đất - đá chứa nước

1.1. Hố khoan hoàn chỉnh (hình l) - Công thức Dupuit.

Trong tầng chứa nước có áp (hình 1, a)

Hình 1. Thí nghiệm đổ nước ở hố khoan hoàn chỉnh

a. Tầng chứa nước có áp; b- Tầng chứa nước không áp

1- Mức nước áp lực; 2- Mức nước ngầm;

...

...

...

1.2. Hố khoan không hoàn chỉnh

1.2.1. Trong tầng chứa nước có áp chỉ thấm qua vách hố khoan

1. Đoạn thí nghiệm tiếp xúc mái hoặc đáy tầng chứa nước (hình 2)

 

 

Hình 4

...

...

...

 

Hình 5

Trong các công thức trên:

H - độ sâu của tầng chứa nước không áp;

M - bề dầy tầng chứa nước có áp;

h - cột nước áp lực thí nghiệm, bằng độ chênh cao từ mực nước trong hố khoan thí nghiệm đến mực nước dưới đất ổn định;

L - chiều dài đoạn thí nghiệm;

r - bán kính hố khoan;

R - bán kính ảnh hưởng

...

...

...

H - độ chênh cao từ đáy hố khoan đến mực nước dưới đất ổn định.

1.3. Thí nghiệm ở hố khoan nằm gần bồn nước.

Khi hố khoan thí nghiệm đổ nước nằm cách các bồn nước (sông, suối, ao, hồ...) một khoảng a, hệ số thấm tính theo các công thức dưới đây [15]

1.3.1. Hố khoan hoàn chỉnh. Công thức Forcheimer

- Trong tầng chứa nước có áp:

 

Q - lưu lượng nước ổn định đổ khi thí nghiệm, m^3/ngđ;

h - chiều cao cột nước trong hố khoan thí nghiệm (m) (h không đổi).

Điều kiện áp dụng:

...

...

...

- 50 r £ h £ 200r và h < L

- Đáy ống lọc ở cách gương nước dưới đất một khoảng T > h.

PHỤ LỤC 8

TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ CHÍNH DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM ÉP NƯỚC

1. Lưu lượng kế

Thường dùng lưu lượng kế cánh quạt/tua bin, rôtamét

1.1. Lưu lượng kế cánh quạt tua bin. Chi tiết chính của lưu lượng kế này là một cáNh quạt hoặc một tua bin. Khi cho nước chảy qua lưu lượng kế, cánh quạt/tuabin sẽ quay; số vòng quay được quy đổi thành lưu lượng nước, (chất lỏng) và biểu thị trên mặt số của lưu lượng kế. Lượng nước chảy qua lưu lượng kế trong một thời đoạn Dt = t₂ - t_l bằng hiệu các số đọc lượng nước tính đến thời điểm cuối (t₂) và lượng nước tính đến thời điểm đầu (t_l) Q = Q₂ - Q_l; và lưu lượng nước trong đơn vị thời gian ở thời đoạn đang xét bằng Q_o = Q/Dt.

Các loại lưu lượng kế này được đặc trưng bằng các thông số chính sau:

...

...

...

2) Giới hạn đo dưới là lưu lượng nước qua lưu lượng kế mà các bộ phận của nó bắt đầu làm việc với sai số cho phép, giới hạn đo trên là lưu lượng lớn nhất chỉ được cho qua lưu lượng kế trong khoảng thời gian ngắn, tổng cộng không quá 1 giờ trong một ngày đêm.

3) Ngưỡng độ nhạy là giá trị lưu lượng qua lưu lượng kế mà các bộ phận của nó bắt đầu hoạt động liên tục.

4) Lưu lượng đặc trưng Q_đt là lưu lượng qua lưu lượng kế chịu tổn thất áp lực bằng 10m cột nước.

Thông thường lưu lượng kế làm việc bình thường với lưu lượng bằng (10 đến 20%) Q_đt; còn giới hạn đo trên chỉ dưới 70% Q_đt.

1.2. Rôtamét (hay lưu lượng kế kiểu con quay) gồm một ống hình nón cụt trong đựng một phao (hình 1). Khi chất lỏng/khí qua ống sẽ tạo nên áp lực dưới P_l và trên P₂ ở phao. Một lực tỷ lệ với (P₂ - P_l) làm cho phao di chuyển từ dưới lên và để đi qua một lưu lượng theo khoảng hở giữa phao và thành ống. Mỗi lưu lượng sẽ tác dụng lên phao một lực nhất định làm cho nó di chuyển tới vị trí cân bằng mới. Lưu lượng này xác định theo công thức:

trong đó:

F - diện tích thiết diện hình vành khăn của khoảng hở giữa phao và thành ống, m^2;

f - diện tích ngang lớn nhất của phao, m^2;

...

...

...

d_c - tỷ trọng chất lỏng chảy qua, (kg/m^3);

v - thể tích của phao (m^3);

a - hệ số lưu lượng, xác định bằng thực nghiệm khi định các vạch chia lưu lượng trên rôtamét;

g - gia tốc trọng lực (m/s^2).

Khi đó, các rôtamét được đặt theo chiều thẳng đứng.

1.3. Hiệu chuẩn các lưu lượng kế. Các đặc trưng kỹ thuật theo các đại lượng đã nêu chỉ có ý nghĩa để lựa chọn loại lưu lượng kế thích hợp dùng cho thí nghiệm, chúng không đảm bảo độ chính xác thực của lưu lượng kế. Vì thế, trước khi dùng phải hiệu chuẩn các lưu lượng kế theo phương pháp sau:

Cho chạy qua lưu lượng kế lần lượt các lưu lượng bằng 0,3; 0,5; 0,8; 1 lưu lượng định mức; mỗi cấp lưu lượng trong một thời gian nhất định; nước qua lưu lượng kế cho chảy vào thùng đo lưu lượng. Ghi các số đọc trên lưu lượng kế Qk và lưu lượng trong thùng đo lưu lượng Qt. Lập quan hệ Qt = f(Qk), gọi là đường cong hiệu chuẩn của lưu lượng kế và dùng nó để xác định lưu lượng thực Qt trong quá trình thí nghiệm có dùng lưu lượng kế đã được tiêu chuẩn nêu trên.

1.4. Kiểm tra lưu lượng kế. Thực tế rất khó thực hiện đầy đủ các điều kiện sử dụng lưu lượng kế như đã quy định (xem điều 2.2.l.2), vì thế trước và sau một đợt thí nghiệm phải kiểm tra lưu lượng kế. Việc kiểm tra này tiến hành như hiệu chuẩn lưu lượng kế, nhưng chỉ làm với một cấp lưu lượng. Nếu các số liệu thu được khớp với các số liệu của đường cong hiệu chuẩn (l.3) thì tiếp tục sử dụng lưu lượng kế đang đùng, nếu không phải hiệu chuẩn lại như nêu ở 1.3 phụ lục này.

 

...

...

...

1. Ống hình nón đặt thẳng đứng

2. Phao; 3. Thang chia độ

4. Rãnh xiên ở phần trên

2. Dụng cụ đo áp lực cột nước thí nghiệm.

2.1. Dụng cụ đo mực nước trong hố khoan dùng trong trường hợp cột nước tác dụng nằm dưới mặt đất trong hố khoan.

Thường dùng nhất là dụng cụ đo mực nước bằng điện (hình 2). Nó gồm: nguồn điện 1 (pin hoặc ắc quy), nối với một mili ampe kế 2 rồi nối với thân ống ép; đầu kia của nguồn nối với một cuộn dây dẫn điện có các vạch chia chiều dài. Đầu cuộn dây mang vật nặng 4 (thỏi chì...) bằng chất dẫn điện, để làm cho dây luôn duỗi thẳng khi đo. Vật nặng này được bọc bằng chất cách điện để tránh đóng mạch khi bất thường nó chạm vào thành ống. Ở tận cùng vật nặng xẻ một khe hẹp trên vỏ bọc của vật nặng. Do đó khi đầu vật nặng chạm vào mực nước trong ống thì mạch mới đóng.

Thường sản xuất dụng cụ xách tay sử dụng nguồn điện có điện áp tới 4,5V và mili ampe kế có các vạch chia từ 0 đến 5mA.

2.2. Áp kế - khi TNEN có áp lực dư đáng kể (cột nước áp lực cao hơn nhiều so với miệng hố khoan), phải dùng áp kế để đo phần áp lực dư này.

Mỗi áp kế kèm mã hiệu của nó có số chỉ đường kính và số chỉ cấp độ chính xác của nó. Cấp độ chính xác là giá trị, sai số cho phép cơ bản của áp kế. Ở bảng 1 dẫn một số áp kế có thể dùng trong TNEN với 2 cấp độ chính xác 1,5 và 2,5.

...

...

...

 

Hình 2. Sơ họa dụng cụ đo mực nước bằng điện

1- bộ pin; 2- mili ampe kế, 3 - cột ống; 4 - đầu tiếp xúc

Bảng 1

Trị số giới hạn của thang chia áp lực

Đại lượng tuyệt đối của sai số cho phép Kg/cm^2 (mét cột nước) với cấp độ chính xác của áp kế bằng:

Kg/cm^2

Mét cột nước

1,5

...

...

...

Kg/cm^2

Mét cột nước

Kg/cm^2

Mét cột nước

1

10

0,015

(0,15)

0,025

...

...

...

1,6

16

0,024

(0,24)

0,040

(0,40)

2,5

25

0,037

...

...

...

0,063

(0,63)

4

40

0,06

(0,6)

0,10

(1,00)

6

...

...

...

0,09

(0,90)

0,15

(1,50)

10

100

0,15

(1,50)

0,25

...

...

...

16

160

0,24

(2,40)

0,40

(4,00)

Thí dụ: Chọn áp kế để thí nghiệm với cột nước tác dụng bằng 10m. Độ sâu từ miệng hố khoan tới mực nước dưới đất là 2,7m. Áp kế đặt cao hơn miệng hố khoan 0,8m.

Với sai số cho phép 5%, độ chênh lệch áp lực cột nước được phép bằng l0 x (5 : 100) = 0,5m.

Áp lực cột nước dư cần đo bằng áp kế là: 10 - (2,7 + 0,8) = 6,5m

...

...

...

Từ bảng 1 có thể chọn một trong các áp kế có thang chia giới hạn bằng l; l,6; 2,5 Kg/cm^2 với cấp độ chính xác 1,5 hoặc 2,5.

Khi dùng thí nghiệm, phải để áp kế ở vị trí thẳng đứng. Áp kế được nối với ống ép (ống ba nhánh) qua một ống cong trong đựng đầy dầu nhờn để hạn chế ảnh hưởng giao động áp lực khi thí nghiệm.

3. Hiệu chỉnh cột ống ép

Việc hiệu chuẩn cột ống ép nhằm xác định tổn thất thủy đầu khi nước chảy trong đó. Nó được tiến hành theo sơ đồ hình 3.

   

Hình 3. Sơ đồ định chuẩn cột ống thép

Tại hai đầu cột ống cần định chuẩn đặt hai áp kế M_l và M₂. Cho nước qua ống, theo số chỉ trên các áp kế đó xác định được tổn thất áp lực trong cột ống đó, và từ đó xác định lượng tổn thất áp lực trên lm dài của cột ống, h. Cho qua cột ống nhiều cấp lưu lượng khác nhau sẽ xác định được các giá trị h tương ứng. Lập đường cong quan hệ lưu lượng h (Q = f(h)) gọi là đường cong hiệu chuẩn tổn thất áp lực. Khi TNEN phải dùng đường cong này để hiệu chỉnh tổn thất cột nước thí nghiệm

Có một số trường hợp không cần hiệu chuẩn tổn thất áp lực trong cột ống ép như sau:

- Khi tổn thất không quá 5% cột nước áp lực thí nghiệm.

...

...

...

Bảng 2

Các ống mới

Các điều kiện để không cần hiệu chuẩn

Đường kính ống (mm)

Đường kính trong của khớp nối mm

Lưu lượng nước, 1/ph không lớn hơn

Chiều dài cột ống, m không lớn hơn

Số lượng đầu nối không lớn hơn

Ngoài

...

...

...

73

65,5

62,5

100

30

10

...

...

...

200

65

50

39

22

15

10

3

...

...

...

10

50

33

42

32

16

5

50

...

...

...

4. Máy bơm và bể chứa nước

Để đưa nước vào hệ thống phân phối của bộ trang thiết bị TNEN, có thể dùng máy bơm, bể chứa nước và máy ép khí.

Máy bơm: thích dụng nhất là các máy bơm ly tâm vì nó tạo được áp lực đều. Cũng có thể dùng máy bơm piston tác dụng kép hoặc máy bơm hai piston tác dụng đơn. Trừ các máy bơm ly tâm, khi dùng các máy bơm khác cần có bộ điều chỉnh không khí

Cũng có thể tạo các bể chứa đủ lớn nằm cao hơn miệng hố khoan thí nghiệm một độ cao nào đó. Từ đây nước được đưa vào đoạn thí nghiệm của hố hoan bằng cách tự chảy. Phương thức này thích hợp khi thí nghiệm trong các đá thấm vừa – yếu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hướng dẫn xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp vào lỗ khoan P-656-75, do E.X.Karpusép lập. NXB "Energhia" Mátxcơva, 1978, Tiếng Nga.

2. Tiêu chuẩn Ấn Độ. Quy trình về thí nghiệm thấm tại thực địa. Phần II. Các thí nghiệm trong đá gốc. IS.5529 (phần II) 1973. Viện tiêu chuẩn Ấn Độ New Delhi, 1973. Tiếng Anh.

3. Thí nghiệm thấm ngoài trời. Jon Lâuvi và Philíp Giắctriô. Từ sách "Cẩm nang xây dựng nền" do Hanx.Ph.Uyntokoon và Hxai Iiang Phang xuất bản: Nhà xuất bản Công ty Van Noxtran Rainhôn 1975. Tiếng Anh.

...

...

...

5. Phun (dung dịch) vào đất đá. Nguyên lý và phương pháp. H. Cambơrơ (Energhia) Mátxcơva, 1971. Tiếng Nga.

6. Hướng dẫn quan trắc động thái nước dưới đất HDTL B-l-75 Bộ Thủy lợi ban hành. Hà Nội 1976.

7. Quy phạm thiết kế nền công trình thủy công SNHIP 2.02.02.85 Xtrôlizđat Mátxcơva 1972. Tiếng Nga.

8. Thông tin nhanh. Năng lượng và điện khí hóa. Loạt thủy năng ở nước ngoài số 5 năm 1986 Mátxcơva. Tiếng Nga.

9. Chỉ dẫn về thiết kế vật liệu nước của các công trình thủy công ngầm BCH 045-72. Mátxcơva, 1973. Tiếng Nga.

10. Cơ học đá và nền các đập lớn. Fie lôngđơ. Uỷ ban đập lớn thế giới. Ban liên lạc quốc tế tiếng Pháp - Anh.

11. Quy trình xác định tính thấm nước của các nham thạch bằng phương pháp ép nước thí nghiệm vào lỗ khoan QTTL-B-2-74. Bộ Thủy lợi ban hành. 1975.

12. Quy trình kỹ thuật khoan máy của Bộ Thủy lợi QTTL 1-71 xuất bản năm 1971.

13. Địa chất và đập T III-A.A. Bôrôvoi chủ biên. NXB Năng lượng quốc gia. Mátxcơva - Lêningrat, 1963. Tiếng Nga.

...

...

...

15. Cẩm nang của nhà địa chất thủy văn. Altopxki. M.E chủ biên. NXB KHKT quốc gia các tài liệu địa chất và bảo vệ lòng đất Mátxcơva 1962.

1 Từ đây về sau, dùng chữ “đá” để chỉ chung các đá cứng, nửa cứng ở nền công trình, bê tông cốt thép, đá xây... ở thân công trình. Chỉ ở những chỗ cần nêu riêng mới nhắc tách biệt từng loại cụ thể.

(*) Ghi chú: lưu lượng quy đổi (Q_o) là lưu lượng nước tiêu hao trên 1m chiều dài của đoạn thí nghiêm Q_o (l/ph)=f(H)