Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 1 of 17

Bêtông phun
(Shortcrete)

Tác giả: Elwyn H. King,
Cộng tác viên chuyên môn chính (đã nghỉ hưu)
của tập đoàn Parsons Brinckerhoff Quade & Douglas, Inc.
Biên dịch: KS. CN. Nguyễn Đức Toản

Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 12 năm 2002



Bêtông phun không đơn thuần chỉ là loại
"bêtông tạo nhờ khí nén". Mặc dù các vật liệu cơ
bản (ximăng, đá, cát, nước) là tương tự và tuân
theo cùng những tiêu chuẩn ASTM, nhưng các
chất thêm vào (ví dụ phụ gia tăng tốc độ đông
cứng, microsilica, và sợi thép) làm thay đổi tính
chất của nó và khiến cho bêtông phun trở nên độc
nhất và hữu dụng theo một cách thức khác xa so
với bêtông thường.
Bêtông phun thảo luận ở đây tập trung vào loại
sử dụng trong kỹ thuật xây dựng ngầm. Thời gian
bắt đầu ninh kết nhanh (1 - 6 phút hay ít hơn), thời
gian kết thúc đông kết nhanh (điển hình khoảng 12
phút, tối đa 20 phút), tính dính bám tốt vào bề mặt
đất đá, liên kết tốt giữa các lớp phun liên tiếp, phát
triển cường độ cao sớm (ví dụ 700 psi ≈ 50 kg/cm

2

trong 8 giờ), có tính mềm dẻo và ứng suất dư/còn
lại lớn, độ thấm giảm, và có thể mỏng hơn về kích
thước có thể so với bêtông đổ tại chỗ, tất cả những
cái đó là ưu điểm tất yếu của bêtông phun. Tuy
vậy, đối với một dự án có thể không cần đòi hỏi
phải có mọi tính chất ưu việt đó. Bêtông phun cốt
liệu lớn là dạng chuẩn dùng cho hầm và hang lớn;
việc dùng bêtông phun cốt liệu nhỏ chỉ giới hạn
trong việc làm nhẵn bề mặt và các ứng dụng thứ
cấp khác.
Bêtông phun được đề cập tới rải rác trong rất
nhiều tài liệu kỹ thuật. Một nguồn tham khảo tập
trung và tuyệt vời đó là tập hợp các tài liệu hội
nghị Móng công trình (Engineering Foundation)
tổ chức năm 1916 bởi Hội Ủy trị Kỹ thuật Thống
nhất (United Engineering Trustees) về chủ đề
chung bêtông phun sử dụng trong xây dựng ngầm.
Các hội nghị này đã được tổ chức tiếp vào các năm
1973 (tại Mỹ), 1976 (Mỹ), 1978 (Áo, về NATM),
1982 (Colombia, về chủ đề địa chất rất khó khăn),
1990 (Thụy Điển), 1993 (Canada), và 1995 (Áo).
Các địa điểm ngoài biên giới Mỹ, mọi quốc gia có
sử
dụng rộng rãi bêtông phun, đã được lựa chọn
một cách đặc biệt để mở rộng sự hiện diện của đội
ngũ chuyên môn Mỹ vào ứng dụng thực tế ở
những nơi khác. Tài liệu tham chiếu đầy đủ sẽ
được cung cấp ở cuối chương này.


1. LỊCH SỬ CỦA BÊTÔNG PHUN

Các nguyên tắc về súng phun ximăng (vòi xịt
bêtông phun) đã được phát triển năm 1907 bởi
Carl E. Akeley, nhà tự nhiên học, nhà thám hiểm,
và nhà điêu khắc, để thực hiện tốt hơn các tác
phẩm bệ đỡ chiến tích. Nó được phát triển hơn nữa
và đăng ký sáng chế năm 1910 bởi Công ty
Cement Gun tại Allentown, Pennsylvania, công ty
này cũng đặt ra một từ mới gunite cho loại vật liệu
mà ngày nay được gọi chính thức là bêtông phun
cốt liệu nhỏ.
Việc đưa vữa phun hay bêtông phun vào xây
dựng ngầm có lẽ
bắt đầu ở Mỏ Thực nghiệm
Brucetown của Cục Mỏ Pittsburgh vào năm 1914.
Tuy nhiên, nó chưa thể phát triển thành một loại
vật liệu chống đỡ chấp nhận được do có xu hướng
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 2 of 17
bong ra khi mới xuất hiện áp lực đá nhỏ, do đòi
hỏi phải phun thành các lớp mỏng vì có độ dính
bám kém, và do co ngót quá nhiều gây bởi lượng
dùng ximăng cao. Đã có một vài ứng dụng thành
công được ghi nhận, như việc dùng nó kết hợp với
neo bulông tại một hầm ở Mỹ năm 1952, và tại
một hầm thứ hai do Keifer báo cáo năm 1966.
Sự phát triển ở châu Âu phần lớn giống như tại
lục địa Mỹ này, mặc dù các tài liệu của châu Âu đề

nghị chế độ kiểm soát chất lượng gắt gao hơn. Sau
Thế chiến II, người ta tập trung vào phát triển hệ
thống ngầm như là một sự cần thiết kinh tế tại một
loạt các dự án thủy điện và kỹ thuật khác có liên
quan ở các quốc gia thuộc dãy Anpơ (Áo, Thụy Sĩ,
và Bắc Italia) và Thụy Điển. Năm 1952, vữa phun
được sử dụng thành công như một hệ chống và vỏ
hầm duy nhất cho các hầm áp lực và hầm không áp
khi xây dựng hệ thống thủy điện Maggia của Thụy
Sĩ.
Một vài năm sau người ta chứng kiến sự phát
triển của bêtông phun, hay "shotcrete". Các thiết bị
có khả năng phun cốt liệu 25mm được chế tạo,
giúp cho có thể trộn ximăng với cốt liệu mà không
cần xử lý trước, và khiến cho có thể kiểm soát
được khối lượng ximăng cần dùng. Loại phụ gia
cải thiện đông cứng và thúc đẩy ninh kết cũng ra
đời, cho phép phun bêtông thành từng lớp dày,
trên những bề mặt ướt, và khống chế dòng nước
thấm khá lớn.
Ở Áo, các máy phun bêtông cốt liệu lớn được
chế tạo, và chức năng của bêtông phun trong việc
hạn chế sự rão rời của đá không ổn định về hóa
học cũng như về cấu trúc đã được chứng minh tại
dự án Prutz-Imst (1953-54) và tại Schwarzach
(Los Birql, 1955-58) (Rotter, 1960). Tính hiệu quả
của nó được thể hiện hơn nữa trong địa chất trượt
không đồng nhất không cố kết và trong đất ướt,
mềm tại Serra Ripoli và Monastero (Italy) (Zanon,
1962). Trong những năm 1960-62, bêtông phun

của một trong hai hầm ôtô song song ở Planicia,
Venezuela, đã chặn đứng hay chống lại sự rão rời
đất và giữ cho hố đào ổn định trong 12 tháng,
trong khi đó tuyến hầm đôi khác được chống theo
cách truyền thống đã gặp phải phá hoại cục bộ do
tải trọng tăng dần (Rabcewicz, 1964). Tại dự án
kho trữ đã tháo nước Kaunertal (Áo) năm 1962-63,
hiệu quả của bêtông phun kết hợp với neo bulông
trong lỗ vữa đã được chứng minh trong địa tầng rất
nặng, đá schist sericite (mica trắng chứa kali) đã
mylonit hóa dẻo mềm, nơi mà hệ vì chống thép
thông thường kết hợp với hệ thanh gia cố vượt
trước (forepoling) bằng thép đã thất bại
(Rabcewicz, 1964).
Năm 1967, một đoạn hầm được đào qua sỏi
chưa cố kết cho xe điện ngầm Milano (Italy), gây
lún bề mặt ít hơn so với đã xảy ra đối với một hầm
bên cạnh theo phương pháp khiên đào.
Trong khi đó, sự phát triển song hành của kỹ
thuật bêtông phun cũng diễn ra trên bán đảo
Scandinavia. Những dự án lớn đầu tiên ở Thụy
Điển là tại các nhà máy thủy điện Holjes (1958-
60) và Lossens (1959-69), và ở Na Uy, tại nhà
máy thủy điện Tokke (1963) (Karlsson and Fryk,
1963). Xu hướng ở Thụy Điển là dùng bêtông
phun không có cốt thép, không có lưới thép, hay
các bộ phận chống đỡ hầm truyền thống khác.
Khoảng năm 1965-66, Nhật Bản có vẻ cũng đã gia
nhập trào lưu, mặc dù có ít các báo cáo bằng tiếng
Anh về các kinh nghiệm đầu tiên của họ.

Bắc Mỹ tụt lại phía sau, có lẽ do họ có một
nguồn cung cấp khổng lồ về các vật liệu chống đỡ
thay thế có tính kinh tế. Kinh nghiệm đầu tiên về
công trình ngầm có sử dụng bêtông phun cũng đã
để lại mối nghi ngờ chung trong giới kỹ sư và các
nhà thầu về tính hoàn hảo của phương pháp, và
đến nay sự nghi ngờ vẫn tồn tại. Các ứng dụng
sớm của bêtông phun tại Bắc Mỹ gồm có Hầm
Đường sắt Quốc gia Canada (Mason, 1968), Hầm
No.1 Tehachapi (Cecil, 1970), Hầm Balboa
(Blanck, 1969), và Hầm Lucky Friday (Miner và
Hendricks, 1969).
Tóm lại, hiệu quả của bêtông phun chống lại sự
phá hoại của đất đá đã được chứng minh trong rất
nhiều điều kiện địa chất.
Các dự án dùng bêtông phun đầu tiên đã sử
dụng quá trình trộn khô. Việc dùng bêtông phun
trộn ướt bắt đầu giữa những năm 1960. Nghiên
cứu sử dụng sợi thép trong bêtông phun bắt đầu
cuối những năm 1970. Việc sử dụng đại trà bắt
đầu vào đầu những năm 1980 và gia tăng chậm vì
có nhiều vấn đề phải vượt qua và rồi sự chấp nhận
tăng lên. Động lực cho sự phát triển này có từ phía
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 3 of 17
các nhà thầu và do có những vấn đề về lắp đặt các
lưới thép hàn. Sự phát hiện ra lợi ích của việc cho
thêm bọt Silic đioxit (silica fume) vào hỗn hợp
bêtông phun là vào năm 1983. Trong vòng ba năm,
sử dụng đại trà bắt đầu và tăng triển vững chắc.


CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG
Các trường hợp cụ thể hầu như luôn luôn được
phân tích kỹ. Những trường hợp nói tới sau đây,
được chọn trong vô số công trình đã hoàn thành,
sẽ đại diện như là những mốc lớn hay chứng minh
tính chất đa dụng của bêtông phun.

Hầm Vancouver. Hầm Đường sắt Quốc gia
Canada đường ray đơn nằm dưới một khu dân cư
và công nghiệp của Vancouver, bang British
Columbia. Xây dựng năm 1967-68, nó là hầm lớn
đầu tiên ở Bắc Mỹ có dùng bêtông phun cốt liệu
lớn để làm vì chống ban đầu và vỏ hầm hoàn thiện.
"Mặt cắt ngang kiểu-Boston" (móng ngựa chân
nghiêng) cao 8.8m rộng 6m. Tổng chiều dài là
3.3km, trong đó 2.8km nằm trong đá. Đá là cuội
kết conglomerat (cuội lớn tới 10cm trong cát và
sét), cát kết (hạt mịn hoặc thô, thường mềm và bão
hoà), và hai loại đá phiến sét (một loại khối lớn,
giòn, và hạn nhỏ, loại kia hạt thô và phân lớp).
Công việc được làm theo ba ca một ngày, năm
ngày một tuần, nhưng không cho phép nổ mìn giữa
nửa đêm và 7 giờ sáng.
Gương lò trong
đá bắt đầu với bộ vì chống thép
(loại 8WF28) trong đá phiến sét phong hóa mềm
hướng dốc nhẹ vào gương đào, ngoài ra có một vỉa
than dày 30cm nằm phủ lên một vỉa 46cm và nằm
dưới một dải phiến sét dẻo, phong hóa dày 90cm.

Thanh thép gia cố trước (forepoling) đã phải đặt
rất sớm. Hang rỗng phía trên dãy cọc chống đất tụt
được phun bêtông; gương đào cũng được phun
bêtông. Các lò xuyên vỉa qua địa t
ầng dạng tường
ngắn được đào và phun bêtông; một vòng cắt hình
vòm được đào và phun bêtông; và sau đó dựng
vòm chống thép. Cuối cùng, khối đào lớn được
hoàn thành và phun bêtông. Khi vào sâu dần, nhu
cầu đào phân mảnh giảm đi, và vòm chống thép
được bỏ đi khi đạt 8m.
Sau đó có một đoạn đào thử dài 60m. Một dòng
nước xuất hiện trong khối cuội kết làm trôi ra một
loạt sỏi cuội và theo sau là sự chảy nhỏ giọt nước
đứt quãng. Sau khi phun 30 phút, bêtông bắt đầu
dính bám vào đất. Theo sau đoạn đào thử nghiệm,
công việc đi vào quỹ đạo, với việc khoan các chu
kỳ có 110 lỗ mìn, chiều dài 3m; nổ mìn; phun một
lớp bêtông dày 5cm lên vòm sau khi nổ mìn 45
phút và phun từ một sàn di dộng vươn qua đống đá
thải, tiếp tục phun lớp bêtông đó cho tới đủ chiều
dày 15cm trong chu kỳ xúc dọn đá thải; sau đó
phun bêtông cho tường hầm tới chiều dày 10cm
trong chu kỳ khoan tiếp theo.

Hang Nhà máy điện Drakensberg. Dự án Trữ
nước bơm Drakensberg, nằm trên vách đứng núi
Drakensberg về phía đông bắc Lesotho, Nam Phi,
bao gồm một nhà máy điện ngầm đào trong đất
tương đối xấu (Sharp và Lawrence, 1982). Hang

hầm chính, dùng làm Gian Máy, có nhịp hơn 17m,
chiều cao 30.5m (chưa kể các hố trũng), và chiều
dài 198m. Gian Biến áp và Buồng Van phân phối
cũng có kích thước tương tự. Điều kiện địa chất
không phù hợp lắm với các hang đào lớn như vậy.
Tuy thế, các hang được gia cố bằng các neo
bulông ứng suất trước và vỏ hầm được lát vĩnh
cửu bằng bêtông phun có chiều dày tối thiểu 10cm.
Việc phun bêtông vỏ hầm hoàn tất năm 1979
(trước khi xuất hiện loại bêtông phun tốt có sợi
thép gia cường).
Địa chất bao gồm các lớp xen kẽ của bùn kết,
sét kết, và cát kết với thể tường đolerit và vỉa
mạch xâm nhập và thỉnh thoảng có các lớp than
cacbonat mỏng. Ba tập hợp khe nứt gần như thẳng
đứng cũng hiện diện. Đặc điểm nổi trội là có các
mặt phẳng phân lớp chủ yếu nằm ngang, nói chung
cách nhau 0.5cm tới 50cm. Cũng có mặt các khu
vực địa chất chịu nén có mặt trượt nhẵn, hướng
dốc 40
0
tới 60
0
trong các đá chứa nhiều sét hơn,
cũng như thấy sự suy thoái của đá xảy ra trong các
đá mịn hơn do sự phá vỡ khối kết tập khi khô đi.
Các đo đạc về ứng suất tại chỗ trước xây dựng đã
chỉ ra ứng suất thẳng đứng gần giá trị lớp đất phủ
lý thuyết và ứng suất ngang vuông góc với các
tường đứng và cao, gấp 2.5 lần ứng suất đứng tại

độ sâu 152m. Địa chất như vậy khiến cho phải áp
dụng các mái hầm phẳng có hoặc không có các
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 4 of 17
sườn vòm nghiêng và phun bêtông sớm để tránh sự
yếu đi của đá. Phải công nhận rằng các lớp sét
mỏng, bùn, và mica có thể gây ra sự dính bám tồi
của bêtông, và rằng ứng suất ngang lớn có thể sinh
ra các vụ trượt mặt phẳng xếp lớp, đặc biệt là tại
hoặc gần cao độ vòm mái và vòm đáy.
Việc đào buồng ngầm bắt đầu từ gương lò đỉnh
trung tâm có nhịp mái phẳng 8m. Theo sau là các
vết cắt rạch bên cho và dưới các sườn vòm 45
0
tại
các Gian Biến thế và Gian Máy. Phần còn lại của
Gian Máy được đào theo một loạt chín bậc thềm
có bề dày lớn nhất 3.6m. Các gian hầm khác cần
đào số bậc thang ít hơn. Các thanh thép ¿25mm
được dùng để gia cố đá; các bulông neo đầu tiên
dài 6m, sau đó là 3m. Sơ đồ neo trên mái nói
chung là 1.2m x 1.2m áp dụng cho cả hai loại neo.
Sơ đồ neo trên tường chủ yếu là 1.5m x 1.5m,
cũng với hai loại chiều dài neo và các thanh neo
được đặt xiên góc lên hay xuống (khoảng 30
0
)
theo các hàng so le nhau theo chiều đứng.
Thường thì lắp đặt neo tiến hành trước phun
bêtông. Tuy nhiên, lớp bêtông đầu tiên đã phải duy

trì trong vòng 7.6m kể từ gương đào và phải phun
trong vòng 48 giờ sau khi đào. Lớp bêtông ban đầu
mỏng 5cm sẽ tăng tới 9cm. Nó được gia cường và
chứa 2.75% chất tăng đông cứng (theo khối lượng
ximăng). Lớp ấy có thể không dính bám nếu lượng
phụ gia ít hơn, và bất kỳ lượng lớn hơn đáng kể
nào cũng có thể gây suy giảm cường độ tới hạn.
Cường độ quy định tại 28 ngày tuổi là 300 kg/cm
2
.
Bản mặt của neo có một "con nhện" đặc biệt
cấu tạo từ 4 thanh thép mềm (thép cácbon thấp)
No.3 dài 1.2m liên kết hàn. Các chân chìa được để
hướng xuống dưới nhằm tránh hiệu ứng màn chắn
khi phun lớp bêtông đầu tiên. Lưới thép hàn hở
(20x20cm @ 3.0 kg/m
2
) được đặt giữa các lớp
bêtông ban đầu và cuối cùng, và các chân nhện
được uốn cong để đi song song theo các lớp phun.
Lớp hoàn thiện (nhỏ nhất 5cm) có nhiều vấn đề
hơn so với lớp ban đầu vì ở lớp này không cho
phép dùng phụ gia thúc đẩy ninh kết. Kết quả là
các lớp dưới phải giới hạn chiều dày ở 2.5cm trên
phần đỉnh vì nếu lớp ban đầu dày hơn có thể
không kịp đông cứ
ng để dính bám. Đôi khi, có thể
cần tới 4 lớp, tất cả đều được thực hiện trong một
thao tác toàn bộ như nhau.
Chuyển vị lệch đáng kể theo phương ngang có

thể xảy ra giữa các tường và đỉnh vòm, ước tính từ
10 đến 20 cm. Nó có thể xảy ra ngay phía dưới
mặt dưới của vòm phẳng theo mặt phẳng tựa yếu
nhất. Việc phun bêtông ban đầu được tiếp tục,
v
ượt qua chỗ nối đỉnh vòm - cánh vòm. Việc tập
trung ứng suất trong lớp ban đầu của đỉnh vòm đủ
để phá hỏng cục bộ bêtông phun tại sườn vòm.
Các vùng bị phá hoại được bỏ đi và thay thế nếu
cần thiết trước khi phun lớp bêtông hoàn thiện.
Việc làm vỏ hầm hoàn thiện cho mái vòm được lui
lại cho tới khi đào xong 6 trong số 9 bậc thềm
nhằm cho phép hầu hết chuyển vị chênh lệch kết
thúc. Một đường xoi liên tục được để lại trong lớp
này, kéo dài 30 cm về mỗi phía của mối nối. Việc
trát kẽ hở chỉ được thực hiện khi vỏ tường hầm đã
xong và mọi chuyển vị đã kết thúc.

Hầm Đường bộ Du Toitskloof. Các đặc điểm
đáng giá của hầm này là việc dùng phương pháp
đóng băng để ổn định hóa ban đầu cho một phần
chiều dài của nó, và việc phun bêtông lên tường
đất đã đóng băng để làm vỏ hầm vĩnh cửu. Hầm
dài 4km và nằm cách khoảng 64km về phía đông
Capetown, Nam Phi.
Gần như 150m phía tây của đường hầm là đào
qua đá cứng mà không có biến cố gì xảy ra, toàn
bộ hầu như là đá granit; chiều dày lớp đất phủ lớn
nhất là 730m phía trên nóc hầm sau khi đào có
nhịp là 12.8m. Phần hầm phía tây đang xét

đến ở
đây có mặt gương là đá granit bão hòa, hoàn toàn
phá hoại dài hơn 120m, phần còn lại là các mặt
gương xen kẽ giữa granit phân hủy, phong hóa và
nguyên trạng. Lớp phủ dày 7.6m tại cổng hầm,
tăng lên tương đối đều đặn tới hơn 49m ở cuối
đoạn hầm địa chất yếu. Mực nước ngầm tự nhiên
tăng từ cao độ nóc hang khoảng 12.2m tại cổng
hầm tớ
i khoảng 45.7m tại cuối đoạn hầm
(Lawrence, 1982).
Một hầm thăm dò 10m
2
được đào toàn chiều dài
khoảng 36.6m cách tim hầm tương lai năm 1979
để xác định chi tiết các điều kiện địa chất. Có rất
nhiều vấn đề khi đào qua đá granit phân hủy nằm
dưới mực nước ngầm tại khu vực cổng hầm, bao
gồm các chỗ đất sụt và không thể chống giữ đất
bằng vòm thép và ván chắn. Đã phải dùng phương
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 5 of 17
pháp đóng băng đất cục bộ để ổn định hóa đường
hầm nhỏ bé này.
Một việc làm thử mang tính lý thuyết được tiến
hành trong giai đoạn đấu thầu bởi nhà thắng thầu
đã chỉ ra rằng một lớp bêtông phun dày 5cm phun
ở nhiệt độ 100
0
F (37.8

0
C) lên một bề mặt bảo
dưỡng ở -4
0
F (-20
0
C) có thể có nhiệt độ 32
0
F
(0
0
C) trong vòng 5 giờ. Tương tự, một lớp 10cm
có thể mất 10 giờ, và lớp 20cm mất 40 giờ. Một
thử nghiệm hiện trường với một mô hình đoạn
hầm ngắn có kích thước thật, đắp đằng sau là đá
granit rã rời xáo trộn, duy trì tại -20
0
C có khí nitơ
dạng khí trong các ống lồng làm lạnh, cũng chứng
tỏ một kết quả làm nản lòng, bởi vì tiêu chuẩn
cường độ nén 280 kg/cm
2
không thể đạt được, cho
dù sử dụng hỗn hợp trộn khô hay ướt và đã đáp
ứng đúng tiêu chuẩn.
May thay, nhiệt độ dự kiến và các vấn đề về
cường độ đã không thành hiện thực khi thi công
thực tế, và cường độ bêtông yêu cầu luôn luôn đạt
được. Có một số lý do giải thích cho điều này. Lớp
granit xáo trộn phía sau hiển nhiên là chứa nhiều

nước hơn vật liệu thật tại chỗ, gây ra độ lạnh tổng
thể nhiều hơn; nước biển chứ không phải nitơ
được dùng như là tác nhân làm lạnh trong hầm
thực, và tỷ số giữa năng lực làm lạnh và năng lực
sinh nhiệt của bêtông phun là hoàn toàn khác nhau
đối với hai loại tác nhân. Một lượng ximăng cao
hơn 10% (450 kg/m
3
) được dùng trong hầm thực
so với đoạn hầm thử nghiệm, và bề mặt đào bắt
đầu ấm lên ngay sau khi đào xong. Cuối cùng, giá
trị cách nhiệt của bêtông phun là khá cao do đó lớp
đầu tiên hy sinh 5cm đã cho phép các lớp còn lại
được bảo dưỡng ở nhiệt độ gần với nhiệt độ trong
hầm.
Những phần mở rộng cho các hốc khoan dài
7.6m được đặt cách nhau 30m. Tại đó vòng đóng
băng có bề rộng tối thiểu 2m. Chiều dày vỏ hầm
yêu cầu là 66cm trong khoảng dài 7.6m gần cổng
hầm, và dày 46cm tại các chỗ khác. Đoạn cổng
hầm có các vì chống thép chữ H 75x75 mm cách
nhau 1m; đoạn điển hình có các vòm chống kiểu
Anpơ nhỏ hơn (mặt cắt hình chuông) đặt cách
quãng tương tự. Bêtông của đoạn điển hình được
phun làm 4 lớp, lớp đầu tiên 5cm chứa một lưới
thép nhẹ (lưới thép hàn), một lớp 10cm có lưới
nặng uốn cong trước, lớp 20cm có vòm thép kiểu
Anpơ, và lớp cuối cùng 10cm lại có lưới thép nặng
uốn cong trước.Việc buộc các lưới thép khá là khó
khăn.


Hầm Eo biển Anh (English Channel Tunnel)
Việc đào các buồng ngầm giao nhau lớn được
mô tả trong Chương 7 phần "Các Phương pháp
Đào". Bêtông phun đã được dùng để làm ổn định
các hang nhỏ bằng máy đào hầm kiểu cắt gọt và
tiếp đến là các phần mở rộng tới kích thước thiết
kế.

Hầm Hồ Treo (Hanging Lake Tunnels)
Cũng được đề cập trong cùng phần của Chương
7, neo đá và bêtông phun được sử dụng để chống
đỡ ban đầu cho các hầm khoan-nổ phá này. Những
hầm khác xây dựng gần đây có dùng bêtông phun
và neo bulông làm kết cấu chống đỡ gồm có Hầm
Đường bộ Trans-Koolau trên tuyến Liên bang H-3
trên đảo Hawaii và Hầm Đường bộ Cumberland
Gap cho Dịch vụ Công viên Quốc gia ở
Tennessee. Cả ba hầm đều dùng sợi thép và
microsilica làm cốt cho bêtông phun và được thiết
kế bởi cùng một hãng.


2. BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG

Một số tiêu chuẩn ASTM, khi được trích dẫn,
sẽ góp phần đáng kể vào việc đảm bảo chất lượng
vật liệu, cung cấp các phương pháp thí nghiệm tiêu
chuẩn hóa, và quyết định các đặc tính độ bền của
thành phẩm. Chúng được liệt kê dưới đây để tiện

cho việc tham chiếu có viết tắt sau này và sẽ được
thảo luận khi nào thích hợp. Một vài tài liệu của
Viện Bê tông Mỹ (ACI) cũng có ích và cũng được
liệt kê.

Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 6 of 17
Các Tiêu chuẩn của Hội Thử nghiệm và Vật
liệu Mỹ (ASTM)
Các tiêu chuẩn sau đây giúp đảm bảo chất
lượng của nguyên liệu (sáu tiêu chuẩn nổi tiếng
cho bêtông và thép không nêu ở đây):
 A820 Sợi thép cho Bêtông Cốt Sợi thép
 C311 Lấy mẫu và Thử nghiệm Bụi Tro hoặc
Pozzolan Tự nhiên dùng như một Phụ gia
Khoáng trong Bêtông Ximăng-Portland
 C1240 Hơi Silica (Silic Oxyt) sử dụng trong
Vữa và Bêtông Ximăng

Các tiêu chuẩn thử sau đây giúp đảm bảo chất
lượng của bêtông phun (ba tiêu chuẩn nổi tiếng
được bỏ qua):
 C78 Cường độ Uốn của Bêtông phun
 C642 Trọng lượng Riêng, Tính hút thu, và
Lỗ rỗng trong Bêtông đã Đông cứng
 C1018 Độ bền dai chống Uốn và Cường độ
của Bêtông Cốt Sợi thép có Vết nứt-Đầu tiên
(Dùng Dầm với Ba Điểm Chất tải)
 C1102 Thời gian Ninh kế
t của Hồ Ximăng

Portland Chứa Phụ gia Tăng Đông cứng cho
Bêtông phun
 C1116 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Bêtông Cốt
Sợi thép và Bêtông phun
 C1117 Thời gian Ninh kết của Hỗn hợp
Bêtông phun thử bằng Độ kháng Xuyên
 C1140 Chuẩn bị và Thử các Mẫu lấy từ Tấm
Mẫu thử Bêtông phun

Các Ấn phẩm của Viện Bêtông Mỹ (ACI)
 506R-90 Chỉ dẫn về Bêtông Phun
 506.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Vật liệu,
Cấp phối, và Phun Bêtông phun
 506.1R Báo cáo hiện trạng về Bêtông
phun Cốt Sợi thép
 506.3R Hướng dẫn về Chứng chỉ cấp
cho Công nhân phun Bêtông
 544.2R Đo lường các Tính chất của
Bêtông Cốt Sợi thép

3. CÁC VẬT LIỆU

Ba loại vật liệu sau đây chủ yếu giống như cho
bêtông thường; ba loại vật liệu tiếp theo sẽ tạo cho
bêtông phun các tính chất đặc biệt cần thiết của nó.

Ximăng
 Loại 1, 2, hay 5. Khối lượng thông thường
là 8.5 đến 10.5 bao (43 kg một bao) cho
một mét khối.

 Chỉ dùng một loại ximăng cho một dự án
để tránh sự lẫn lộn do vận chuyển.
 Các cỡ hạt nghiền mịn hơn của Loại 1
được ưa dùng
 Loại 2 bình thường thì không c
ần thiết cho
bêtông phun khi nhiệt thủy hóa thấp nhưng
có thể dùng nếu cần có tính kháng sunfat
vừa phải.
 Loại 3 (để có cường độ cao sớm) nói chung
không được khuyến cáo. Sự bắt đầu và kết
thúc ninh kết được thúc đẩy thường đòi hỏi
tại những vùng ẩm ướt và ở phía trên đầu
hơn khả năng của bản thân Loại 3. Nhiều
loại phụ gia thúc đẩy đông c
ứng không
tương hợp với Loại 3.
 Loại 4, sản xuất nhằm sinh ít nhiệt thủy
hóa trong bêtông khối lớn (nhờ ninh kết từ
từ), không phù hợp với bêtông phun.
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 7 of 17
 Loại 5 chấp nhận được khi cần có tính
chống sunfat cao.

Cốt liệu
Các cốt liệu phải có cấp phối đều và có độ bền.
Cấp phối ACI 506-2 No.2 là thông dụng nhất
trong ứng dụng công trình ngầm bình thường. Cấp
phối No.1 là chấp nhận được đối với lớp phun làm

nhẵn; Cấp phối No.3 cũng có thể chấp nhận, đặc
biệt khi cần có các lớp dày hơn, hoặc khi nó được
dùng giống như bêtông thường.
Các cấp phối ACI 506-2 được thể hiện trong
Bảng 12-1 và vẽ như hình 12-1.
Một loại vật liệu minh họa đơn giản cho cốt
liệu nhỏ là "cát bêtông" với cấp phối đã điều
chỉnh. Chú ý Bảng 12-1 rằng 70 đến 85% của tổng
lượng cốt liệu thông thường đều là cốt liệu nhỏ.
Một cốt liệu thô sắc thì được ưa chuộng hơn, song
cốt liệu tròn cũng chấp nhận được. Cốt liệu có tính
chất phản ứng không được phép sử dụng.

Nước
"Sạch và uống được; không có các chất có hại"
thường được yêu cầu trong mọi tiêu chuẩn kỹ
thuật. Các hỗn hợp với tỷ lệ nước/ximăng (N/X)
bằng 0.35 hoặc bé hơn, cũng như 0.5 hoặc lớn hơn
s
ẽ không tạo được bêtông phun như mong muốn.
Một cách tiêu biểu, tỷ lệ N/X trong khoảng 0.4 và
0.45 là tốt nhất.

Phụ gia tăng đông cứng
Sự phun bêtông bằng khí nén và nhu cầu phải
đạt được sự dính bám vào bề mặt ướt và sau đó ổn
định tại chỗ trên các bề mặt đứng và đỉnh trần đòi
hỏi cần phải có phụ gia thúc đẩy ninh kết để tránh
tạo vũng nhão và chùng võng. Lớp bêtông càng
dày, thời gian ninh kết càng phải ngắn. Chất tăng

đông cứng có thể dưới dạng rắn, dạng bột, và dạng
lỏng. Sử dụng dạng lỏng là phổ biến nhất; khối
lượng cần phải được đo lường. Đối với hỗn hợp
không có microsililca, thường quy định 2% (theo
khối lượng ximăng) như là lượng dùng tối thiểu để
có tính năng đạt yêu cầu; có thể cần tới 5% đối với
vòm hầm; tối đa không được vượt quá 8% ngay cả
dưới điều kiện đất rất ướt. Các lớp bêtông bổ sung
sẽ đòi hỏi ít phụ gia tăng cứng hơn do có bề mặt
phun tốt hơn và độ ẩm bề mặt đã giảm đi. Một vấn
đề hay gặp phải khi dùng số phần trăm phụ gia cao
là sự suy giảm cường độ trong tương lai xa. Khi
microsilica là một phần không thể thiếu trong hỗn
hợp, các lượng phần trăm nói trên sẽ được giảm đi
đáng kể; chất thúc đẩy ninh kết không được dùng
cho các bề mặt gần như thẳng đứng sau khi phun
lớp ban đầu, và có thể không cần sau đó nữa, phụ
thuộc vào chất nền. Lớn hơn 2% rất hiếm khi cần
thiết cho vòm hầm. Một vấn đề khác của chất tăng
đông cứng là tính ăn da, nó làm sạm da. Điều này
đặc biệt đúng trong giai đoạn trước đây, khi chất
tăng đông cứng dạng bột được đong đếm bằng
xẻng gỗ xúc đầy! Ký ức khó chịu này vẫn còn
được đề cập tới trong các quy trình. Một chất thúc
đẩy ninh kết dạng lỏng không ăn da dựa trên silica
(silic đioxyt) đã được chế tạo, và việc sử dụng nó
đang tăng lên nhanh chóng. Các loại chất tăng
đông cứng không ăn da khác cũng đang được phát
triển.
Đạt được một cường độ lớn nhanh chóng trong

vòng ít nhất 12 giờ thường có tầm quan trọng rất
lớn trong việc ổn định hóa khối đất một cách thỏa
mãn. Sự tăng cường độ chậm hay xảy ra, so với
các hỗn hợp không được thúc đẩy ninh kết, sau
khoảng 8 giờ và cho tới thậm chí sau 28 ngày quả
là không mong muốn, nhưng có thể chấp nhận
được nếu không có sẵn một loại phụ gia tăng đông
cứng nào ưu việt hơn. Căn cứ vào một cường độ
tại chỗ 28-ngày cao hơn quy định, thì một lượng
mất mát cường độ rất bé trong tương lai xa là có
thể cho phép, miễn là đừng xảy ra sự mất mát
tương lai làm cường độ xuống dưới giá trị quy
định.

Sợi thép (Steel Fibers)
Cốt thép gia cường dạng thanh thông thường
không được dùng cho bêtông phun ngoại trừ khi
điều kiện địa chất đòi hỏi phải đặt thêm các dầm
(giàn) mắt cáo. Thay vào đó, yêu cầu về tính mềm
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 8 of 17
dẻo, độ bền dai, và cường độ dư thường được đáp
ứng nhờ đưa các mẩu ngắn, mỏng của dây thép
hoặc thép lá vào hỗn hợp. Khi yêu cầu chủ yếu là
giảm tính thấm bằng cách hạn chế số lượng và
chiều rộng khe nứt co ngót, thì có thể dùng sợi
polypropylene, khi có thể để đáp ứng các yêu cầu
về độ bền và ứng suất dư.
Có bốn loại s
ợi thép: dây thép kéo nguội, thép

tấm cắt rời, thép tách nhờ nấu chảy, và các loại
khác (ASTM-C820). Chỉ có hai loại đầu được xem
là thích hợp cho bêtông phun làm công trình ngầm.
Ban đầu, có hai nhân tố làm chậm sự ứng dụng
thành công của sợi thép. "Sự làm tổ chim" hoặc
"sự vón thành cục tròn" của các sợi thép rất hay
xảy ra, và sợi thép có xu hướng bị lôi ra khỏi
bêtông mà không đạt được hiệu quả mong muốn
khi xảy ra nứt. Trục trặc thứ nh
ất được giải quyết
bằng cách giữ cho tỷ số hình dạng (chiều dài chia
cho đường kính hiệu dụng danh nghĩa) trong phạm
vi rạch ròi từ 40 đến 80; gần đây, các sợi có độ dài
từ 20 đến 40mm. Sức kháng tốt chống lại sự tuột
sợi thép nhận được bằng cách tạo gờ cho nó, có
thể bằng sự chồn hay uốn các đầu sợi thép, hay
bằng cách gấp nếp hoặc tạo các sọc dọc theo chiều
dài sợi.
Sự quy định sợi thép bằng số kilôgam trên mét
khối là không hợp lý do có những khác nhau lớn
về các tính chất kỹ thuật của các loại sợi. Tiêu
chuẩn kỹ thuật về tính năng - quy định độ mềm
dẻo (độ bền dai) và các yêu cầu về ứng suất dư - sẽ
phải được áp dụng.

Hơi/bọt Silica (Silica Fume)
Cũng được gọi là microsilica, vật liệu này thay
thế cho một lượng phần trăm nhỏ ximăng, cũng
không hẳn vì thuộc tính người ta thường nghĩ là
cải thiện cường độ bêtông của nó, mà là vì hiệu

ứng phụ có lợi của nó làm tăng tính dính bám, tăng
độ chống thấm, giảm lượng phụ gia, và, đối với
bêtông phun khô, giảm đáng kể lượng bụi và bật
nảy rơi vãi khi phun. Hai tác dụng sau phần lớn là
do lượng vật liệu lọt qua sàng số No. 200. Phần
trăm thay thế phải giữ trong phạm vi 8 đến 13%,
và tốt nhất nên trong vòng 9 đến 11%. Cần có sự
thận trọng đặc biệt khi dùng đến giới hạn biên trên
do silica có xu hướng tăng co ngót và, do đó, tăng
khả năng nứt. Các yêu cầu chính đối với
microsilica là (ASTM C1240):
1. Lượng SiO
2
, nhỏ nhất là 80% (chứ không
phải 85% như trong các quy trình hiện tại)
2. Lượng sót trên sàng No. 325, nhỏ nhất là
10%
3. Mất mát do đốt cháy lớn nhất 2%
4. Độ ẩm lớn nhất 3%
5. Kiểm soát nhỏ nhất 85%, chỉ số hoạt tính
pozzolan tăng ninh kết với ximăng Portland
tại 7 ngày
6. Độ hấp thụ đun sôi lớn nhất 6% trên mẫu
bêtông phun
Bụi tro được dùng thay cho ximăng trong
bêtông có tác dụng tốt. Nó cũng có thể dùng trong
bêtông phun cho công trình trên mặt đất khi không
đòi hỏi phải ninh kết nhanh. Tuy nhiên, đối với
ngầm dưới đất, tính hay thay đổi và tác động xấu
có thể của nó đối với sự đông cứng khiến người ta

không muốn khuyến cáo sử dụng nó.
"Tính dính" của bêtông phun có được nhờ
microsilica có một giá trị đặc biệt đối với tất cả
các lớp trên trần và ít nhất là đối với lớp đầu tiên
trên tường khi đá gốc có tính ẩm ướt cố hữu bởi
các dòng nước cục bộ.

Lưới thép (Wire Mesh)
Lưới thép hàn (WWF) được đề cập ở đây do sự
sử dụng nó thường xuyên trước đây. Nó được đưa
vào bêtông phun để tạo độ bền; tuy vậy, hiện nay
sợi thép cho ta tính chất này hiệu quả hơn. Lý do
không còn khuyến khích sử dụng lưới thép nữa
không phải chỉ mang tính lý thuyết; nó có tính
thực hành cao. Thậm chí lưới có khoảng cách
thích hợp (10cm x 10cm hay 15cm x 15cm) cũng
rất cứng, khiến việc lắp đặt tốn thời gian khó khăn,
và do đó chi phí cao. Khi dùng trong các hầm
khoan-và-nổ mìn, có thể cần lượng dư bêtông
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 9 of 17
phun đáng kể để lấp đầy chiều dày đào quá thiết kế
mà lưới thép không thể lắp đặt vào đó một cách
thích đáng. Hơn nữa, khi để lưới thép cách bề mặt
phun quá xa, theo yêu cầu để có hiệu quả lớn nhất,
thì chất lượng bêtông có thể giảm đi do hiệu ứng
màn chắn gây bởi cả lưới thép cứng và bởi sự rung
động của lưới nằm dưới luồng phun.
Lưới thép đan ("liên kết móc xích") thường
được dùng phối hợp với neo đá cho an toàn khi đá

được gia cường. Mục đích của nó là tóm bắt lại
chỗ lở và các mảnh rơi nhỏ của đất đá. Tuy nhiên,
bê tông phun có hiệu quả hơn, miễn là nó được
phun sớm, bởi vì nó chống lại sự bong lở đất ngay
khi nó ninh kết và chống lại sự rơi từng khối khi
nó đã hình thành cường độ nhờ tạo thành một vòm
kích thước nhất định để làm việc chặt chẽ cùng với
đá. Khoảng hở (bước cốt thép) càng bé và kích
thước lưới thép càng rộng thì càng làm tăng thêm
hiệu ứng màn chắn có hại. Do thế, lưới thép cũng
không thích hợp với bê tông phun trong hầm.

Các phụ gia khác
Khi dự đoán có xảy ra chu trình đóng băng - tan
băng, cần có thêm lượng cuốn khí vào hỗn hợp
ướt; nó không có hiệu quả đối với hỗn hợp khô.
Một phần lớn khí bị mất mát khi phun bêtông; 10
tới 12% tại bơm có thể là cần thiết để tạo ra 4 đến
6% "trên tường". Chất giảm nước và phụ gia siêu
dẻo cần có trong hỗn hợp ướt. Khi có những hạn
chế gắt gao về môi trường thi công (bụi), cần cho
thêm các phụ gia ngăn cản bụi đặc biệt vào hỗn
hợp khô, đặc biệt là nếu không dùng microsilica;
tuy nhiên, cần có
đủ các ống xả bụi đặc biệt tại
khu vực phun bêtông. Những năm trước đây,
bêtông phun trộn khô sinh ra nhiều bật nảy rơi vãi
và mức độ bụi cao nhìn thấy được. Nhưng, điều
này là do một số nhân tố nằm ngoài quá trình trộn.
Khi đó vẫn chưa có các vòi phun điều khiển từ xa,

và kết quả vị trí của vòi phun không thích hợp làm
tăng rất lớn bụi và bật r
ơi.


4. CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT

Cường độ nén lớn hơn 350 kg/m
2
có thể đạt
được, nhưng rất hiếm khi cần đến. Thường ưa
dùng hơn một hay nhiều hơn các lớp mỏng, do có
khó khăn trong việc tạo được các hỗn hợp phù hợp
cho các cường độ cao hơn. Trừ phi microsilica
(điôxyt silic mịn) là một phần cấu thành của hỗn
hợp thiết kế, người ta vẫn ưa thích tăng chiều dày
thiết kế để đạt được năng lực chịu lực yêu cầu của
vỏ hầm. Khi mà hiển nhiên bêtông phun không
phải chịu ứng lực cao, thì 280 kg/cm
2
là đủ. Trừ
trường hợp đặc biệt, chỉ được dùng một cấp cường
độ bêtông phun cho cả dự án.
Độ dính bám và cường độ chống cắt còn quan
trọng hơn cả cường độ nén. Tuy vậy, đối với
bêtông thường, cường độ nén là một chỉ báo tốt
hơn các tính chất khác; do đó mà thường dùng nó
như một thí nghiệm cơ bản.
Tính dính bám cần thiết đạt được dễ dàng nhất
nhờ làm sạch bề mặt được phun và nhờ thêm bọt

silica vào hỗn hợp (xem phần chuẩn bị bề mặt
trong chương này). Một cấp phối thiết kế tốt phải
tạo ra cường độ dính bám 13kg/cm
2
. Giá trị thực tế
yêu cầu quả là không có giới hạn bởi vì các bề mặt
được phun hiếm khi đủ phẳng nhẵn để cho phép
tính dính phát huy hiệu quả một mình. Lực của
dòng bêtông phun sẽ sinh ra các khoảng trống và
các mô nhấp nhô nhỏ bề mặt (không phải do đào
quá) đang được lấp đầy, để ngay khi sự ninh kết
xảy ra, các tính chất khác sẽ được huy động tham
gia. Ngay cả khi nó không tác dụng một mình
trong bất kỳ khoảng thời gian đáng kể nào, sự dính
bám tốt là một tính chất cốt yếu của một thứ
bêtông phun tốt.
Bình thường thì hỗn hợp được tăng đông cứng
sẽ phát triển cường độ nén 3 kg/cm
2
ngay khi đang
ninh kết và 10 kg/cm
2
trong vòng 30 phút. (Các
con số này chỉ có tính thông tin). Bất cứ khi nào
cần có cường độ sớm để ổn định hóa ban đầu cho
hầm, yêu cầu 50 kg/cm
2
trong 8 giờ cần phải được
đưa vào quy trình kỹ thuật. Tương tự, một cường
độ 3-ngày, mà nó sẽ thay đổi phụ thuộc vào cường

độ 28-ngày yêu cầu, cần phải được quy định rõ.
Tuy nhiên, sự quy định thông thường về cường độ
bêtông 7-ngày, thường không có ý nghĩa lớn trong
sản xuất. Do vậy, giá thành của sự thử nghiệm
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 10 of 17
nhiều mẫu hình trụ có tuổi như vậy không được
đưa ra.
Độ bền liên kết rất khó quy định do sự khác
nhau lớn giữa hỗn hợp khô và ướt. Sự liên kết ở
đây không phải là với cốt thép, như trong bêtông
thường, mà là liên kết giữa các lớp bêtông phun
liên tiếp nhau để đảm bảo rằng tất cả các lớp thực
hiện chức năng một cách trọn vẹn về mặt c
ường
độ. Dữ liệu thì sơ sài, nhưng theo ACI 506R, khi
đo sức chống cắt nó sẽ thay đổi từ 8 đến 12%
cường độ nén đối với hỗn hợp khô, nhưng chỉ một
nửa cỡ đó đối với hỗn hợp ướt. Khi một lớp mới
được phun trong vòng 24 giờ của lớp cũ, độ bền
liên kết thường không phải là một vấn đề.
Cường độ
uốn của bêtông phun thường trong
khoảng 10 tới 28 ngày bằng độ 15 đến 20% cường
độ nén. Do đó, hiện tượng bêtông phun "xanh"
(nghĩa là "non", "tươi", hoặc đã bảo dưỡng một
phần) có tính dễ uốn hơn khi tuổi còn thấp và sẽ
dão ra, rồi mất mát cường độ, cần phải được ngiên
cứu về mặt định tính.
Tính mềm dẻo (khả năng sinh ra biến dạng lớn

mà không bị phá hoại) có được nhờ dùng cốt sợi
thép. Do đó, cường độ uốn và ứng suất dư cần phải
là những điểm bắt buộc trong quy định kỹ thuật.
Gần đây, các phương pháp thử đã được thiết lập
nhưng khó thực hiện, và vẫn còn đang trên đường
đi tới một sự nhất trí về các giá trị chuẩn (xem
thảo luận trong phần "7. Thí nghiệm").
Kh
ả năng chống thấm tốt hơn nhận được bằng
cách tránh dùng hỗn hợp quá nhiều ximăng một
cách thừa thãi (để giảm thiểu nứt do co ngót), bằng
cách sử dụng sợi thép (để giảm thiểu và phân bố
độ mở của các khe nứt co ngót), dùng ximăng
nghiền mịn hơn, cho thêm bọt silica, và nhờ kiểm
soát cẩn thận khoảng cách và tư thế vòi phun (để
bêtông phun tại chỗ có mật độ
(độ chặt) lớn nhất).
Khác với thép kết cấu hoặc bêtông, sản phẩm
cuối cùng "trên tường" sẽ không thực sự đúng với
quy định kỹ thuật hay với các tỷ lệ tạo ra trong
phòng thí nghiệm. Lượng ximăng thực dùng sẽ lớn
hơn; lượng cốt liệu, đặc biệt là phần cốt liệu lớn,
sẽ giảm đi. Cả hai đều do sự nảy bật của cốt liệu.
Tổng lượng nước rất có thể là nhiều hơn đối với
bêtông phun trộn ướt (do sự "đầm lại" để có thể
bơm được), hay ít hơn (hoặc có thể nhiều hơn) đối
với đợt trộn đầu tiên của bêtông trộn khô do những
điều chỉnh yêu cầu bởi lượng nước có trên bề mặt
cần phun. Thử nghiệm trong giai đoạn làm thử tại
hiện trường có thể cho ta một số chỉ dẫn về những

thay đổi.
Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng,
công nhân thực hiện việc phun là nhân tố kiểm
soát cuối cùng về chất lượng bêtông phun. Hầu hết
thời gian anh ta làm việc dưới những điều kiện rất
khó khăn, đặc biệt là trong những hầm nhỏ; kỹ
thuật phun của anh ta sẽ quyết định độ chặt, độ
dính bám, và chất lượng. Dù sao, sản phẩm tại chỗ
cuối cùng nói chung sẽ nằm trong những giới hạn
chấp nhận được.


5. TRỘN ƯỚT HAY TRỘN KHÔ?

Từ giai đoạn sớm ban đầu, tất cả bêtông phun
đều là trộn khô. Vòi phun đã không đủ khả năng
trộn kỹ nước và các chất rắn, và vẫn chưa có kỹ
thuật điều khiển từ xa. Kết quả là, cả độ bật nảy
rơi vãi và gây bụi không khí đều quá mức. Cải tiến
mặc dù chậm nhưng hiện nay đã có hiệu quả. Tuy
thế, vẫn có một số chỉ trích không có lý do xác
đáng đối với phương pháp trộn khô. Tương tự như
vậy, thiết bị trộn ướt đầu những năm 1970 chưa
thể tạo được bêtông phun thoả mãn cho sử dụng
ngầm, cơ bản là do thiếu sự cân đong chính xác.
Tuy nhiên, trong nhiều năm trở lại đây bêtông
phun chất lượng tốt đã có được nhờ bởi mỗi
phương pháp. Sự ưa dùng hỗn hợp ướt hay khô
vẫn có thể có những tranh cãi sôi nổi - và đôi khi
sinh ra những quyết định độc đoán thiếu đúng đắn.

Trung tâm của những bàn luận ấy là sinh bụi ô
nhiễm không khí, bật rơi vãi, và tốc độ sản xuất
(năng suất).
Khi sự ứng dụng toàn thế giới được xem xét, thì
một cái nhìn khái quát trên bề mặt tạo ra một cảm
tưởng về sự thiên vị bởi một số quốc gia hay khu
vực. Khảo sát kỹ hơn cho thấy sự ưa thích hơn như
vậy thực tế là dựa trên - một cách rất đúng đắn -
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 11 of 17
điều kiện địa chất. Tại hội nghị năm 1991 của ủy
ban bêtông phun của Hiệp hội Xây dựng Hầm
Quốc tế (ITA), các văn kiện và thảo luận cho thấy
rằng, Na Uy khi đó hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp
ướt mà thôi và Thụy Điển sử dụng hỗn hợp ướt
nhiều gấp ba lần hỗn hợp khô. Cả hai quốc gia chủ
yếu dùng chiều dày tổng cộng từ 10 tới 20cm. Mặt
khác, Đức lại hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp trộn
khô, và Áo định hướng mạnh mẽ tới sử dụng
bêtông trộn khô. Hai nước này cũng sử dụng chiều
dày vỏ hầm từ 20 đến 40 cm, về cơ bản có các
kích thước giống như vỏ hầm bêtông thường.
Na Uy và Thụy Điển được chú ý vì ưu thế của
họ về địa chất đá tốt. Bởi thế vỏ hầm mỏng và các
chất tăng đông cứng số lượng không đổi là một hệ
quả tự nhiên, đặc biệt là vì kết cấu chống đỡ nhanh
và nặng nề không phải là một vấn đề lớn. Nước
Đức đã sử dụng bêtông phun phần lớn trong các
loại đá mềm hơn và đất yếu. Nước Áo, với nhiều
hầm qua dãy Anpơ của mình, đã phải chiến đấu

với cả dãy núi đá và các điều kiện đất yếu. Trong
địa chất khó khăn, đào hầm theo lối từng phần
gương đào thường thích hợp và dẫn đến khối
lượng bêtông phun nhỏ và ứng dụng thường xuyên
hơn. Các bậc thềm ngắn điển hình cho NATM đòi
hỏi bêtông tạm thời khá lớn cũng như việc phá bỏ
nó. Khoảng thời gian càng ngắn, bêtông phun càng
đạt cường độ thấp và việc phá vỡ và dời chuyển nó
càng dễ.
Có những khác nhau và những ưu điểm nhất
định của bêtông trộn ướt và trộn khô, ngay cả khi
sản phẩm cuối cùng có thể gần giống nhau (xem
Bảng 12-2). Kết luận chung không thể chối cãi là
cả hai quá trình trộn đều có vị trí thích đáng của nó
trong xây dựng ngầm. Loại này hay loại kia, do
đó, không thể bị loại trừ một cách tùy tiện khỏi các
tài liệu hợp đồng.

Quá trình trộn ướt
Quá trình trộn ướt bao gồm việc hòa trộn những
khối lượng đã được cân đong của cốt liệu, ximăng,
và nước, rồi đưa hỗn hợp nhận được vào một bình
chứa để bơm đi bằng khí nén hay cơ khí qua một
ống dẫn tới đích cần phun nhờ một vòi phun. Nó
có ưu điểm là kiểm soát chặt chẽ được tỷ lệ
nước/ximăng (N/X) của sản phẩm. Các thiết bị
hiện nay có thể phun được cỡ cốt liệu lớn nhất là
20mm. Hơn nữa, những phương pháp thành công
đã được phát minh để đưa các phụ gia tác dụng-
nhanh tới ống dẫn. Việc bơm bêtông có độ sụt bé

thường là một vấn đề, và do vậy một lượng nước
nhiều hơn yêu cầu một chút được sử dụng. Nhờ
dùng phụ gia tăng ninh kết, bêtông như vậy có thể
được tạo ra để dính bám vào mặt trần, nhưng
thường thì cường độ cao nhất có thể chịu thiệt.
Tuy nhiên, phương pháp này cho thấy rằng khá
thuận tiện khi sử dụng với những công nhân kém
lành nghề, đặc biệt là trong những công trình có
không gian hạn chế trong các hầm mỏ, mà đa số
trong chúng nói chung là khô.

Bảng 12-2. So sánh các Quá trình Trộn-Ướt và
Trộn-Khô
Quá trình trộn Ướt Quá trình trộn Khô
1. Nước trộn được kiểm
soát tại thiết bị vận
chuyển và có thể đo
lường chính xác.

2. Đảm bảo tốt hơn rằng
nước được trộn kỹ với
các thành phần khác.

3. Có thể sử dụng hỗn
hợp trộn sẵn khối lượng
lớn.
4. Cân đong chính xác
hơn.

5. Thường có độ bật rơi

th
ấp hơn do đó lãng phí
vật liệu ít hơn.

6. Gây ít bụi hơn và mất
mát ximăng đi liền với
1. Kiểm soát tức thời
lượng nước và độ linh
động của hỗn hợp tại
đầu vòi phun để đáp
ứng các điều kiện hiện
trường khác nhau.
2. Phù hợp tốt hơn khi
phun hỗn hợp chứa cốt
liệu nhẹ, các vật li
ệu
chịu nhiệt và bêtông
phun đòi hỏi cường độ
sớm.
3. Đầu tư thiết bị ít hơn.

4. Vận tốc va chạm lớn
hơn; dính bám tốt hơn.
5. Các đặc điểm phun lúc
bắt đầu và kết thúc sẽ
tốt hơn với hao phí tối
thiểu và độ cơ động khi
phun cao hơn.
6. Có khả năng truyền đi
khoả

ng cách xa hơn.
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 12 of 17
thao tác phun.
7. Có thể cho phép cuốn
khí.
8. Có thể có năng suất
lớn hơn.

7. Dễ phun mặt trần hơn.
8. Có thể đạt cường độ
cao hơn.

Quá trình trộn khô
Bêtông phun trộn khô bao gồm một hỗn hợp
của cốt liệu ẩm và ximăng nạp vào một máy phun,
đưa vào một luồng khí với tốc độ đồng đều để đi
qua một ống dẫn tới vòi phun. Nước thủy hóa
được cho vào tại vòi phun trước khi phụt vào mặt
đất. Nước được kiểm soát bằng tay, cho phép điều
chỉnh để thay đổi độ ướt của bề mặt cần phun.
Thêm phụ gia dạng bột vào hỗn hợp khô trong khi
nó được nạp vào máy phun. Nếu là dạng lỏng, phụ
gia được trộn với nước trước khi nước bơm tới vòi
phun.


6. CHUẨN BỊ, TRỘN, PHUN, VÀ BẢO
DƯỠNG


Chuẩn bị bề mặt cần phun
Sự dính bám tốt vào đất bằng lớp phun ban đầu
và tính liên kết tốt giữa các lớp kế tiếp sau là
những
điều kiện tiên quyết của thứ bêtông phun có
chất lượng. Bề mặt được phun cần phải sạch và
ẩm, nhưng không được ướt, ngay trước lúc phun.
Điều này đạt được tốt nhất bằng một máy xịt khí-
nước kết hợp áp lực cao, sử dụng với một vòi phun
dài dạng ống xịt được giữ tương đối sát bề mặt.
Chỉ rửa bề mặ
t với nước phun qua vòi phun bêtông
là chưa đủ và không chấp nhận được.
Việc làm sạch tương tự là cần thiết khi một
khoảng thời gian đáng kể (24 giờ) đã trôi qua giữa
các đợt phun, hay khi công việc tại gương đào đã
làm sinh ra các kết bám (gồm cả bụi) lên bề mặt
bêtông. Đối với những thời đoạn ngắn hơn, một bề
mặt hoàn toàn sạch, và không có các hốc nhỏ bề
mặt của vật liệu kém (giống như sữa ximăng), một
thiết bị làm ẩm/rửa bằng nước áp lực-thấp có thể
được dùng với mục đích tiết kiệm thời gian.
Một ngoại lệ với mô tả trên đây đôi khi xảy ra
trong một môi trường làm hầm có đất sét. Trong
trường hợp này, một họng phun chỉ dùng khí có
thể là cần thiết nhằm tránh
để lại một màng mỏng
của vật liệu ngăn cản-dính bám. Các họng phun
chỉ dùng khí cũng thích hợp nếu vật liệu của bề
mặt phun xuống cấp nhanh chóng khi có nước xâm

nhập.

Chuẩn bị Cốt liệu Trộn-Khô
Khi dự trữ cốt liệu trộn khô tại hiện trường, cần
phải bảo vệ nó khỏi các yếu tố như mưa, tuyết,
b
ăng Việc dự trữ theo nhóm kích cỡ hạt cần phải
tránh sự chia tách theo kích thước dưới tiêu chuẩn.
Tốt nhất, phải duy trì độ ẩm cho cốt liệu từ 3 đến
6% (cơ bản là bão hòa). Độ ẩm bé hơn sẽ hấp thụ
quá nhiều nước hoà trộn; nếu lớn hơn sẽ tạo ra tỷ
lệ N/X quá cao. Khi sử dụng các bao vật liệu khô
tiêu chuẩn đóng gói sẵn, cần phải đưa vật liệu qua
một thiết bị gây ẩm trước ngay trước khi đưa vào
"thùng" để có được điều kiện ẩm 3 - 6%.

Hỗn hợp
Ở đây giả thiết rằng cả cường độ sớm cho ổn
định hóa ban đầu và tính chống thấm lâu dài lớn
nhất đều được yêu cầu và rằng sợi thép và
microsilica là cần thiết. Các thành phần của hỗn
hợp đã đượ
c thảo luận trên đây, trong phần "3. Các
vật liệu".
Chỉ dẫn tốt nhất cho sự cân đong ban đầu là
kinh nghiệm tại từng địa phương; sau đó được bổ
sung bằng quy trình kỹ thuật thông thường cần
thiết và thí nghiệm đặc biệt. Khi chưa có sẵn kinh
nghiệm như vậy, hỗn hợp khô trộn thử ban đầu có
thể lấy xấp xỉ như sau:


Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 13 of 17
Ximăng 397 kg/cm
3

Bọt Silica 53 kg/cm
3

Cốt liệu Nhỏ 1156 kg/cm
3

Nước 160 kg/cm
3


Nước trộn-khô bao gồm cả độ ẩm cốt liệu và
nước hoà trộn. Việc cân đong trộn-ướt cần cho
thêm ximăng, ít microsilica hơn, ít cốt liệu nhỏ
hơn, và nhiều nước hơn, với mọi lượng thay đổi
ban đầu khoảng 5 hay 10%. Ngoài ra, chất giảm
nước, phụ gia siêu dẻo, hay phụ gia cuốn khí cần
phải thêm vào khi thích hợp.
Cân đong sản phẩm có thể trên cơ sở khối
lượng hay thể tích. Nếu dùng đong đếm thể tích,
cần phải có sự kiểm tra so sánh khối lượng hàng
ngày hoặc dựa trên một phân tích khối lượng tích
lũy như đã quy định.
Sự cho thêm vào cốt sợi thép sẽ ít đòi hỏi hoặc
không đòi hỏi có sự thay đổi đối với hỗn hợp

bêtông phun thông thường. Hiệu quả chính sẽ là
một hỗn hợp đôi chút khô hơn với độ sụt bé hơn.
Tuy vậy, sự có mặt của microsilica sẽ làm tăng
tính công tác.
Nói chung, thiết kế hỗn hợp phải giữ tỷ lệ N/X
và hệ số ximăng càng thấp càng tốt và tỷ lệ cốt
liệu thô càng lớn càng hay. Luôn luôn có sự cám
dỗ cho thêm ximăng để có tính công tác lớn hơn
và giảm cỡ cốt liệu lớn nhất, nhưng điều này lại
phản tác dụng đối với yêu cầu co ngót nhỏ nhất.

Vòi phun Hỗn hợp-Khô
Vòi phun cho bêtông phun trộn khô gây sự
quan ngại bởi vì nước được cho vào tại đây, và có
cực kỳ ít thời gian cho sự tương tác. Một vòi phun
tiêu chuẩn có một vòng gom nước đơn đặt phía sau
đầu phun. Thời kỳ đầu có rắc rối trong việc tạo ra
sự thủy hóa hoàn toàn, nó gây rất nhiều bụi và rơi
vãi. Một số thợ phun bêtông giải quyết điều này
bằng cách nối thêm một đoạn ngắn (khoảng 0.6m)
ống dẫn vào đầu phun, do đó khống chế dòng vật
liệu để chúng được trộn lâu hơn trong ống. Ngày
nay, vành gom nước được gắn lùi xa hơn, phần
phía trong buồng trộn được cải tiến để hoà trộn tốt
hơn, v.v Một số vòi phun có hai vành gom nước
riêng biệt.

Vị trí/tư thế Vòi phun
Bêtông phun tốt nhất "trên tường" nhận được
khi vòi phun được giữ cách bề mặt được phun

trong vòng 1m đến 1.7m và vuông góc với bề mặt
ấy hay trong phạm vi 15
0
. Sai khác với điều kiện
này sẽ sinh ra độ đầm chặt kém (mật độ bêtông) và
rơi vãi nhiều hơn (tốn tiền). Xét rằng các hạt trong
dòng bêtông được bắn với vận tốc 75 đến 150 m/s
(270 đến 540 km/h), dễ hiểu rằng tại sao công
nhân cầm vòi phun, ngay cả khi mặc quần áo và
dụng cụ bảo hộ, rất hiếm khi có thể dùng tay để
giữ vòi phun đúng tư thế. Ưu điểm của các "robot"
(đúng hơn là loại vòi phun điều khiển từ xa) là
hiển nhiên, và do đó các quy trình luôn yêu cầu sử
dụng chúng khi có thể.

Vòi phun điều khiển từ xa
Các yêu cầu đối với điều khiển từ xa là: phải
lắp vòi phun tại đầu của một tay với dài đằng trước
một xe nặng, có khả năng di chuyển đầu tay với
theo ba chiều và quay vòi phun theo góc cầu, cũng
như có một bộ điều khiển để kiểm soát một cách
êm thuận sự chuyển động của vòi phun. Ngoài
việc có thể giữ vòi phun ở tư thế đúng nhằm có
được bêtông độ chặt lớn nhất tại mọi thời điểm,
còn có thể phun bêtông vượt qua đống đá vừa nổ
mìn, do đó làm ổn định hóa hầm nhanh hơn.
Trong thực tế, thiết bị này rất đa dạng, từ một
máy phun đơn giản chế tạo theo đặc thù công việc
đến các nhà máy bêtông phun hoàn chỉnh phức tạp
đặt trên bánh xe.


Các yếu tố Phun bêtông khác
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 14 of 17
Chiếu sáng tốt trong khi phun bêtông là rất
quan trọng bởi vì diện mạo bề ngoài cho biết khá
nhiều về chất lượng của sản phẩm tại chỗ. Ngoài
việc phát hiện sớm sự tróc mảng và sụt mới chớm,
thì lượng hợp lý của nước trong hỗn hợp, sự bắt
đầu mạnh mẽ của quá trình ninh kết, tính đồng
nhất của cấu trúc bề mặt, v.v có thể được quyết
định tốt hơn. Do đó, cần thiết phải chiếu sáng bằng
đèn pha có thể di chuyển được dễ dàng.
Phụ thuộc vào mức độ khó khăn và hạn chế của
môi trường làm việc, có thể phải lắp thêm các ống
thông gió phụ từ ống thông gió chính.
Vật liệu rơi vãi do bật nảy cần phải được thu
dọn và thải đi. Điều này là đặc biệt quan trọng khi
bêtông tường đang được phun xuống cao độ vòm
ngửa. Khối lượng bật nảy của hỗn hợp trộn khô
lớn hơn trộn ướt, rất có thể là gấp đôi so với giá trị
nhỏ nhất 5 đến 15% của loại trộn ướt.
Việc bảo dưỡng thiết bị phun bêtông thường
xuyên là bắt buộc nếu muốn tránh thời gian chết
gây lãng phí của máy trong khi làm việc. Máy
phun (từ buồng phun tới vòi), đặc biệt là "bộ ruột"
(những bộ phận bên trong), phải được rửa sạch kỹ
càng sau mỗi phiên làm việc để tránh sự bít nút
kín, v.v Cũng cần đều đặn thay thế các bộ phận
chịu mài mòn lớn. Thời gian chết dùng cho sửa

máy sẽ làm chậm tiến độ và tăng tổng giá thành,
không chỉ đối với bộ phận làm công tác bêtông.
Cần tiến hành bảo dưỡng trong những thời kỳ
không phải là nguy cấp trong khi mà công việc
bình thường đang tiến triển.

Bảo dưỡng Bêtông
Trong hầm nơi mà độ ẩm tương đối trong vùng
mới phun bêtông thấp hơn khoảng 85% (độ ẩm
cao hơn có tính điển hình hơn), bề mặt bêtông phải
được giữ ẩm bằng cách phun nước cho tới 7 ngày.
Điều này rất khó thực hiện trong nhiều hầm do
giới hạn về không gian. Thời gian thực tế
yêu cầu
sẽ thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhanh đến
đâu bêtông đạt được đủ cường độ để thực hiện
chức năng theo thiết kế.


7. THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm để Chấp thuận Hỗn hợp
Thử nghiệm được yêu cầu đối với nguyên liệu,
thợ máy (người cầm vòi phun), tính khả áp dụng
tại hiện trường, và đối với sản phẩm bêtông tại
những giai đoạn thiết kế hỗn hợp khác nhau và
tuổi của mọi bêtông phun quy định trong hợp
đồng.
Mọi loại bêtông phun thực hiện nhằm mục đích
thuận tiện cho nhà thầu sẽ chỉ do nhà thầu chi trả

và nhà thiết kế không được đòi hỏi thí nghiệm.
Tuy nhiên, các "công tác đào nhằm mục đích
thuận tiện thi công" mà cuối cùng không được đắp
trả lại và sự trượt lở của chúng có thể gây nguy
hiểm cho các công việc chính sẽ phải được làm ổn
định hóa vĩnh viễn, ghi rõ trong quy trình. Làm
sao để khiến chúng có tính nhạy cảm ít đi một
cách thích hợp.
Thử nghiệm nguyên liệu - ximăng, cốt liệu, sợi
thép, và microsilica - được lập ra kỹ càng về mặt
phương pháp thực hiện và kết quả yêu cầu. Vì lý
do cần thiết nhiều hơn là do hiển nhiên, ta nên nói
thêm rằng những thay đổi về nguồn vật liệu đòi
hỏi phải có thí nghiệm trước khi sử dụng vật liệu
mới.
Thử tay nghề mỗi công nhân phun bêtông để
biết họ có khả năng tạo được bêtông chất lượng
thoả mãn rõ ràng là một việc cần thiết, vì điều này
có thể là một mắt xích yếu trong dây chuyền vật
liệu - trộn - phun - hình thành sản phẩm. Tiêu
chuẩn ACI 506.3R quy định thủ tục cấp chứng chỉ
cho công nhân phun bêtông. Sở hữu một chứng chỉ
đang có hiệu lực là bằng chứng đủ nói lên năng
lực, chịu sự thẩm tra bằng cách khoan lấy mẫu từ
công trình tham gia trước đó với thiết bị phun
được chấp thuận. Tốt nhất là làm một biên bản về
thử tay nghề, nhưng đó không cần thiết phải là một
điều kiện tiên quyết. Nếu chưa được chứng nhận,
thì trước khi chấp nhận cho công việc sản xuất
được bắt đầu, bắt buộc phải chứng minh khả năng

đã làm với thiết bị sản xuất, các hỗn hợp đã được
Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 15 of 17
chấp nhận bằng trộn thử hiện trường phù hợp với
các thủ tục thí nghiệm hiện trường, và đáp ứng các
kết quả yêu cầu.
Thí nghiệm bêtông phun là một quá trình ba-
phần. Giai đoạn thứ nhất, kiểm tra tính tương
thích, yêu cầu trước khi các vật liệu đề nghị và
nguồn của chúng được chấp thuận. Tính tương hợp
giữa ximăng-phụ gia là quan trọng nhất. Phả
i tuân
theo tiêu chuẩn ASTM C1102. Tương tự, sự tương
hợp của toàn bộ hỗn hợp và cấp phối phải được
thiết lập bằng cách tuân thủ nhiều yêu cầu, với hỗn
hợp đề nghị được chuẩn bị, bảo dưỡng, và thử
trong phòng thí nghiệm.
Giai đoạn thứ hai, trộn thử tại hiện trường, bắt
đầu khi hoàn tất giai đoạn một. Vật li
ệu lấy từ
nguồn hợp lệ phải được kết hợp theo hỗn hợp đã
chấp thuận nhờ thiết bị sẽ dùng trong tương lai,
sau đó phun bởi một công nhân lành nghề vào một
cái hộp có cỡ thích hợp, được treo cả ở vị trí thẳng
đứng và trên đầu. Phải sử dụng thiết bị vòi phun có
điều khiển từ xa như đã đề nghị. (Sau đó, cần theo
thủ tục tiến hành để cấp chứng chỉ cho công nhân
phun). Sau khi bảo dưỡng theo đúng cách thức đề
nghị áp dụng cho công trình thực, cần phải khoan
lấy mẫu và chế tạo dầm thử, sau đó thí nghiệm.

Giai đoạn ba, thí nghiệm trong khi thi công, có
ba phần. Đầu tiên, cần lặp lại quá trình trộn thử tại
hiện trường ngay tại gương đào trong khi phun
bêtông thực sự theo yêu cầu của Tư vấn. Thứ hai,
khoan lấy mẫu từ khối bêtông phun tại chỗ, cách
quãng theo như đã định trước. Mục đích trước hết
của những việc này là nhằm kiểm tra chiều dày và
độ kết dính; tuy nhiên, cũng cần phải thử cường độ
nén. Phần thứ ba là sự kiểm tra toàn bộ bêtông đổ
tại chỗ. Ngoài việc kiểm tra bằng mắt để biết các
khuyết tật, phải kiểm tra độ âm vang của bêtông
tại nhiều vị trí bằng cách dùng búa địa chất hoặc
một búa tương tự gõ vào bề mặt. Bêtông kết dính
tốt và chất lượng cao sẽ gây nên một âm thanh
trong, rõ, vang vọng riêng biệt. Bêtông phân lớp
hay có lỗ rỗng bên trong sẽ cho ta một âm thanh
lộp bộp hay ốm ốm, rỗng. Nếu nghe lộp bộp, vùng
đó cần được kiểm tra lại kỹ lưỡng và xác định
tương đối biên giớ
i. Sau đó cần khoan lấy mẫu và
kiểm tra. Bêtông bị khuyết tật cần phải phá bỏ và
thay thế bằng bê tông khác có chất lượng.

Các thí nghiệm đặc biệt
Khi cần có độ chống thấm cao, cần phải thử
nghiệm tính hiệu quả của hỗn hợp thiết kế theo
như tiêu chuẩn ASTM C642 sử dụng giá trị hấp
thụ đun sôi lớn nhất là 6%.
Độ bền dai là một ch
ỉ báo về khả năng hấp thu

năng lượng của bê tông phun khi uốn. Cường độ
chống uốn của bê tông phun có cốt sợi thép được
xác định từ đồ thị của số liệu đường cong chất tải -
uốn nhận được từ Phương pháp Thí nghiệm Tiêu
chuẩn ASTM C1018-89 đối với một dầm thử. Độ
bền được thể hiện bằng một diện tích nằm dưới
đường cong chất tải uốn từ gốc của nó tới tiêu
chuẩn uốn lựa chọn.
Chỉ riêng các chỉ số độ bền không chỉ ra được
cường độ của bê tông còn lại bao nhiêu sau một độ
uốn cho trước. Do đó, việc thêm vào quy trình kỹ
thuật các yêu cầu về cường độ dự trữ là cần thiết
để chỉ ra đượccần bao nhiêu năng lực dự trữ đối
với dự án đang thi công. Hệ số ứng suất dư (R
x,y
)
được tính toán như là hiệu số giữa hai giá trị độ
bền (I
x
,

I
y
) nhân với một hằng số thích hợp.
Về mặt lý thuyết, một vật liệu dầm có một ứng
xử đàn hồi hoàn hảo cho tới khi xuất hiện vết nứt
đầu tiên và sau đó có một ứng xử dẻo hoàn toàn sẽ
có một giá trị I
5
là 5, I

10
là 10, v.v Các năng
lượng tương ứng là gấp 3.0 lần giá trị đó khi có vết
nứt đầu tiên đối với I
5
, 5.5 lần đối với I
10
, v.v
Trước đây, người ta chỉ đưa ra các giá trị I
5
và I
10
.
Ngày nay, các giá trị I
30
cũng được sử dụng và
đang nghiên cứu dùng I
50
. Hệ số ứng suất dư lý
thuyết cho R
10,30
là 100. Tiêu chuẩn ASTM
C1116-89 cung cấp một chỉ dẫn về các chỉ số độ
bền đối với các cấp tính năng tương đối (xem
Bảng 12-3). Chú ý rằng cấp IV không thể đạt được
với loại sợi thép hiện nay.





Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 16 of 17

8. NHỮNG XEM XÉT KHI THIẾT KẾ

Thảo luận cho tới điểm này đã tập trung về vấn
đề bêtông phun là gì và làm thế nào để chế tạo nó.
Lý luận và các bước thiết kế tổng quát đã được nói
tới trong các Chương 5, 6, và 7. Chiều dày bêtông,
dựa trên phương pháp kinh nghiệm và dựa vào các
công trình đã hoàn thành, đã được thảo luận trong
Chương 7.
Trong hầm xuyên đá, thường sử dụng kết hợp
bêtông phun và bulông neo đá để gia cường cho
đá. Chỉ trong rất ít trường hợp (ví dụ, tính chống
thấm là yêu cầu chính, sự bảo vệ đất khỏi bị rã ra,
và trong đá cứng nơi có thể đảm bảo sự dính bám
tốt) thì mới có thể dùng đơn độc bêtông phun.
Ngược lại, bêtông phun thường xuyên không phù
hợp trong các hầm đào bằng máy khoan hầm TBM
(đã lưu ý trong Chương 7). Trong những trường
hợp khác, bêtông phun và bulông bổ sung cho
nhau. (Trong thuật ngữ châu Âu, bulông (bolt) có
thể được gọi là neo (anchor), một thuật ngữ có
tính mô tả tốt hơn tới mức độ mà bêtông phun
được đề cập).
Khi các thanh neo chốt (dowels) quả thật tạo ra
sự neo giữ và bêtông phun chủ yếu là làm việc hai
chiều, thì bêtông có thể được thiết kế theo kiểu
hẫng ra từ một gối neo, như là một tấm bản gối lên

bốn neo tại bốn góc, v.v Tuy nhiên, tính dính
bám vào đá và tác dụng nh
ư một dầm của tổ hợp
bêtông-đá cũng cần phải được xem xét, nếu không
sẽ sinh ra một chiều dày bêtông quá lớn. Nhu cầu
khiến bulông làm việc như là các neo bêtông sẽ
giảm đi nhanh chóng khi "tấm bản" trở nên cong;
dầm tổ hợp thậm chí trở nên hiệu quả hơn, và các
bulông neo sẽ có tác dụng nhiều hơn là chức năng
thật sự của chúng, nghĩa là, nén ép bao bọc đá để
đá chống lại được nhiều hơn sự biến dạng đất hoặc
sự hội tụ phát sinh do đào mở gương.
Các vòm bêtông mỏng có năng lực chịu tải khá
lớn. Một lý do cơ bản là sự kiềm chế (bị giam nén
bao bọc) của đất, nó loại bỏ về cơ bản các ứng suất
uốn. Độ nhám không đồng đều đáng kể theo chu vi
đào cũng làm tăng khả năng chịu tải, tương tự như
sự tăng có được bởi các gấp nếp đối với các vòm
bản thép mỏng nhẵn.
Với các trần phẳng, không được phép sử dụng
đơn độc bêtông phun. Ít nhất cũng phải có sự neo
bulông tối thiểu để đảm bảo chống lại một mặt
phẳng phân lớp yếu không dự kiến tới. Ngoài ra,
sự dính bám có thể không đủ một cách cục bộ.
Một sự sụt ban đầu sẽ không có tác dụng bảo vệ
khỏi sự bong tróc liên tiếp hay sự uốn thứ cấp trừ
phi được neo giữ bởi bulông.
Bêtông phun có thể được dùng với sự tin tưởng
trong nhiều điều kiện đất yếu. Đất sét cứng vừa là
một ví dụ. Mặc dù bị chất tải tới gần cường độ

không nở hông của nó, sự bao nén khối đất nhờ có
một vòng bêtông phun sớm sẽ giúp phục hồi lại
hầu như tất cả cường độ ban đầu.
Phương pháp Làm hầm Mới của nước Áo
(NATM) và kỹ thuật quan trắc của nó đã có thành
công tốt trong địa chất khó khăn. Các hầm tiết diện
nhỏ riêng biệt có thể giảm đi về kích thước cho tới
khi một lượng bêtông phun hợp lý tạo ra được một
gương mở ổn định.
Các gương mở lò sau đó có thể được mở rộng
hay tổ hợp lại bằng cách phun thêm bêtông ngay
lập tức sau khi tạo ra được gương đào lớn hơn.
Việc này tạo ra các tường và vòm bêtông chiều
dày quá lớn, nhưng quan trọng hơn, nó lại tạo nên
được một đường hầm hoàn chỉnh.
Những đất nén ép và đất trương nở không bị
khống chế bởi vỏ bêtông phun, ít nhất là không
cho tới khi các bulông neo dài và thời gian đã giúp
ổn định hóa được khối đất. Một số dự án đã dùng
các rãnh khía cắt vào bêtông để cho phép sự biến
dạng có kiểm soát được tiếp tục diễn ra.






Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002
Page 17 of 17
Bảng 12-3. Các cấp độ Tính năng Quy định

trong tiêu chuẩn ASTM C 1116-89
Chỉ số độ bền, I
5
Chỉ số độ bền, I
10
Mức độ
Tính
năng
Trị số
quy định
Kết quả
thử
Trị số
quy định
Kết quả
thử
I
II
III
IV
2.7
3.6
4.5
5.4
3.0
4.0
5.0
6.0
5.4
7.2

9.0
10.8
6.0
8.0
10.0
12.0

Cuối cùng, sự tiến bộ trong công nghệ bêtông
phun trong hơn 25 năm qua quả là phi thường. Với
khả năng và tính chất đa dụng của nó đã được
khẳng định rõ ràng như vậy, không nghi ngờ gì
nữa sự tiến bộ sẽ tiếp tục đi tới một trình độ mà
chắc chắn là hiện nay chưa thể hình dung được./.

Nguyễn Đức Toản
(biên dịch)
Bài này được dịch từ nguyên bản Chương 12
trong cuốn sách “Tunnel Engineering Handbook”
của các tác giả J.O. Bickel, T.R. Kuesel và E.H. King,
ấn hành năm 1996




































* Ghi chú ngày 13-03-2006 của người
dịch:

Bài này (nguyên bản) được viết trong
cuốn sách in cách đây đúng 10 năm. Trong

thời gian 10 năm qua, công nghệ vật liệu và
thiết bị cho bêtông phun ở Mỹ cũng như
châu Âu và các nước khác đã diễn ra mạnh
mẽ. Người dịch đang tập hợp những thông
tin mới nhất để chuyển đến bạn đọc trong
thời gian sắp tới.
N.Đ.T
ĐỊa chỉ hiện nay: Viện KHCN GTVT
1252, Đường Láng, Hà N
ội
Email: