luận văn đất có cốt

1 80 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG NGUYỄN VĂN A NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÂY DỰNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT TẠI CÁC NÚT GIAO THÔNG TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG VÀNH ĐAI CẦU GIẤY – NHẬT TÂN Chuyên ngành Xây dựng đường ô t.

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

HỌC VIỆN

Cán bộ hướng dẫn chính:

Cán bộ chấm phản biện 1:

Cán bộ chấm phản biện 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

Ngày tháng năm 2017

Tôi xin cam đoan

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàntrung thực của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ vàpháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Tác giả luận văn

HỌC VIỆN ……… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt tại các nút giao thông trên tuyến đường vành đai Cầu Giấy – Nhật Tân.

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Trên cơ sở kết cấu tường chắn đất có cốt, trong khuôn khổ luận văn đisâu nghiên cứu các giải pháp thiết kế và các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấutường chắn đất có cốt cho đường vành đai Cầu Giấy – Nhật Tân

Từ các số liệu thu thập được của dự án đường vành đai Cầu Giấy – NhậtTân như: dạng kết cấu, các số liệu về địa hình, địa chất, kích thước hình họccủa đường dẫn, mô hình tính toán, các bước tính toán, kiểm toán của kết cấutường chắn đất có cốt; tiến hành nghiên cứu các giải pháp thiết kế và các yếu

tố ảnh hưởng đến kết cấu tường chắn đất có cốt nhằm mục đích thiết kế côngtrình tường chắn đất có cốt hợp lý, hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: /06/2017

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS

QL CHUYÊN NGÀNH

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

nút giao thông trên tuyến đường vành đai Cầu Giấy – Nhật Tân

Cầu Giấy - Nhật Tân, cụ thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn,Bưởi như giải pháp thiết kế, dạng kết cấu, vật liệu sử dụng, kích thước hìnhhọc… cũng như cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất có cốt, tiến hànhnghiên cứu các giải pháp thiết kế cũng như nghiên cứu các thông số ảnhhưởng đến kết cấu tường chắn đất có cốt, như vật liệu vỏ, cốt, đất đắp, kíchthước hình học…nhằm mục đích thiết kế công trình tường chắn đất có cốt tạicác nút giao của dự án nói trên sao cho hợp lý, hiệu quả, lâu bền phù hợp vớiđiều kiện tự nhiên của nước ta đảm bảo yếu tố kinh tế - kỹ thuật và cảnh quanmôi trường Ngoài ra còn so sánh giải pháp này với các giải pháp khác đểminh chứng cho hiệu quả của phương pháp lựa chọn

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của lưới 1 trục

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật lưới ĐKT 2 trục

Bảng 2.3 Vị trí các lớp lưới

Bảng 2.4 Bảng tổng hợp trị số Tw, tav

Bảng 3.1 Ảnh hưởng hệ số an toàn đến lực kéo của lưới ĐKT

Bảng 3.2 Các đặc trưng cường độ của một vài loại thép dùng làm cốt

Bảng 3.3 Các đặc trưng cường độ của bulông và đinh vít có đường kính 40mm

Hình 1.6 Thành phần cơ bản của tường chắn đất có cốt.

Hình 1.7 Sơ đồ tường chắn đất có cốt có mặt tường bằng tấm bê tông lắp ghép

Hình 2.3 Vùng đẩy, vùng giữ

Hình 2.4 Vùng đẩy, vùng giữ giữa tường chắn và cốt

Hình 2.5 Đường phân chia vùng đẩy, vùng giữ

Hình 2.6 Hình dạng kỹ thuật của lưới 1 trục

Hình 2.7 Lưới địa kỹ thuật 2 trục

Hình 2.8 Mô hình sản xuất lưới ĐKT

Hình 2.9 Thí nghiệm về khả năng chịu kéo của lưới

Hình 2.10 Cơ chế “Interlock”

Hình 2.11 Mô hình hóa cơ chế “Interlock”

Hình 2.12 Mô hình hóa cơ chế “Interlock”

Hình 2.13 Khả năng phân bố tải trọng khi sử dụng lưới địa kỹ thuật

Hình 2.14 Lưới ĐKT giúp giảm bề dày vật liệu

Hình 2.15 Lưới ĐKT giúp tăng vòng đời công trình

Hình 2.16 Lưới ĐKT giúp tăng khả năng chịu lực

Hình 2.17 Lưới ĐKT giúp kiểm soát lún lệch

Hình 2.18 Mặt cắt ngang điển hình của tường chắn gia cố bằng lưới địa kỹ thuậtHình 2.19 Cấu tạo điển hình cho giải pháp bó uốn lưới ĐKT

Hình 2.20 Rọ đá kết hợp với lưới ĐKT

Hình 2.21 Rọ đá kết hợp với lưới ĐKT

Hình 2.22 Ứng dụng lưới địa kỹ thuật 2 trục

Hình 2.23 Ứng dụng lưới địa kỹ thuật 2 trục

Hình 2.24 Ứng dụng lưới ĐKT 2 trục làm đường băng sân bay

Hình 2.25 Mô hình tính toán tường chắn bê tông lưới địa kỹ thuật

Hình 2.26 Cách bố trí lưới

Hình 2.27 Kéo đứt lưới

Hình 2.29 Kéo tuột lưới

Hình 2.30 Tải trọng tác dụng lên tường chắn

Hình 2.31 Biến dạng trượt ngang

Hình 2.37 Tính toán thiết kế tường chắn lưới địa kỹ thuật

Hình 2.38 Khoảng cách thực tế so với khoảng cách tối đa cho phép

Hình 2.39 Kiểm tra khả năng lưới bị kéo tuột

Hình 2.40 Lựa chọn phương pháp phân tích kết quả

Hình 2.41 Nhập thông số nền đất

Hình 2.42 Nhập số liệu tải trọng và lưới địa kỹ thuật

Hình 2.43 Xác định bán kính và tâm trượt

Hình 2.44 Kiểm tra lại thông số tính toán trước khi chạy bài toán

Hình 2.45 Kết quả sau khi chạy geoslope/w

Hình 3.1 Quan hệ giữa chiều cao tường chắn và khoảng cách đặt lưới

Hình 3.2 Quan hệ giữa chiều cao tường chắn và số lượng lưới

Hình 3.4 Quan hệ giữa hệ số an toàn với lực kéo của lưới

Hình 3.5 Quan hệ giữa chiều kéo cho phép của lưới với chiều dày đất ảnh

hưởng của lướiHình 3.6 Biểu đồ f* ứng với chiều sâu cốt theo SETRA 1979

Hình 3.9 Phương pháp bố trí lưới

Hình 3.10 Khoảng cách thực tế so với khoảng cách tối đa cho phép

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Học viện kỹ thuật Quân

Sự, được sự truyền đạt kiến thức của các thầy cô, sự giúp đỡ bạn bè cùng lớp,đồng nghiệp, luận văn Thạc sỹ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đườngthành phố của tôi đến nay đã hoàn thành Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâusắc, cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Thầy TS ………… - Bộ môn ……… đã tận tình hướng dẫn, chỉbảo cho tôi nhiều kinh nghiệm trong quá trình thực hiện luận văn

Các thầy cô giáo ……… đã hướng dẫn, truyền đạt kiếnthức trong suốt thời gian học viên theo học tại trường

Lãnh đạo ……… nơi mà học viên đang công tác đã quan tâm, tạo điềukiện và giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học tập

Sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡcho học viên hoàn thành việc học tập, nghiên cứu trong khóa học này

Một lần nữa Học viên xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2017

HỌC VIÊN

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở nước ta hiện nay, trong công cuộc xây dựng đất nước văn minh, hiệnđại và hội nhập đang đòi hỏi phát triển cơ sở hạ tầng Các công trình giaothông nói chung và giao thông tại thủ đô Hà Nội nói riêng đang gặp nhiều khókhăn về kinh phí và mặt bằng xây dựng, nhất là tại các nút giao thông, đườngdẫn lên các cầu vượt

Trước vấn đề khó khăn đó, việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mớitrong thi công xây dựng là điều đáng quan tâm; tại các nút giao thông trongthành phố, sử dụng tường chắn được xem là giải pháp khá hiệu quả Hiện nay,trong xây dựng các công trình giao thông thường sử dụng các loại tường chắnnhư tường chắn xây đá trọng lực, tường chắn bê tông, tường chắn bê tông cốtthép và tường chắn đất có cốt

Với tường chắn xây đá trọng lực, tường chắn bê tông và bê tông cốtthép đòi hỏi kích thước tường lớn, dẫn đến tốn nguyên vật liệu Hiện naytường chắn đất có cốt được kiến nghị khuyên dùng nhiều nhất bởi kích thướctường mỏng, nhẹ mà khả năng chịu lực tương đối lớn do đất và cốt làm việcđồng thời, nhằm phát huy tính chịu nén, chịu cắt của đất và tính chịu kéo củacốt Ưu điểm chính của giải pháp này là tận dụng vật liệu đất, đá tại chỗ kếthợp với cốt là thép hoặc lưới địa kỹ thuật, không những giữ ổn định tườngchắn mà còn có khả năng chống trượt cho nền đường

Trên cơ sở kết cấu tường chắn đất có cốt, trong khuôn khổ luận văn đisâu nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt tại các nút giao trêntuyến đường vành đai Cầu Giấy - Nhật Tân

Trên cơ sở các số liệu của dự án đường vành đai Cầu Giấy - Nhật Tân,

cụ thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn, Bưởi như mặt bằng, mặtcắt dọc, mặt cắt ngang đường, dạng kết cấu đã sử dụng, vật liệu sử dụng, kíchthước hình học của đường dẫn tại các nút giao thông …và trên cơ sở mô hìnhtính, các bước tính toán thiết kế, kiểm toán của kết cấu tường chắn đất có cốtnói chung, áp dụng vào dự án nêu trên, tiến hành nghiên cứu các thông số ảnhhưởng đến kết cấu tường chắn đất có cốt, vật liệu sử dụng cũng như giải phápthiết kế, thi công nhằm mục đích thiết kế công trình tường chắn đất có cốt tại

các nút giao của dự án nói trên sao cho hợp lý, hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật,phù hợp với cảnh quan đô thị là việc làm cần thiết và thực tiễn.

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Trên cơ sở các số liệu thu thập được của dự án đường vành đai CầuGiấy - Nhật Tân, cụ thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn, Bưởinhư giải pháp thiết kế, dạng kết cấu, vật liệu sử dụng, kích thước hình học…cũng như cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất có cốt, tiến hành nghiên cứucác giải pháp thiết kế cũng như nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến kếtcấu tường chắn đất có cốt, như vật liệu vỏ, cốt, đất đắp, kích thước hình học…nhằm mục đích thiết kế công trình tường chắn đất có cốt tại các nút giao của

dự án nói trên sao cho hợp lý, hiệu quả, lâu bền phù hợp với điều kiện tự nhiêncủa nước ta đảm bảo yếu tố kinh tế - kỹ thuật và cảnh quan môi trường Ngoài

ra còn so sánh giải pháp này với các giải pháp khác để minh chứng cho hiệuquả của phương pháp lựa chọn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.

- Đối tượng nghiên cứu: Dự án đường vành đai Cầu Giấy - Nhật Tân, cụ

thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn, Bưởi

- Phạm vi nghiên cứu:Nghiên cứu giải pháp thiết kế và các thông số ảnh

hưởng đến kết cấu tường chắn đất có cốt, như vật liệu vỏ, cốt, đất đắp, kíchthước hình học…nhằm mục đích thiết kế công trình tường chắn đất có cốt tạicác nút giao của dự án nói trên đảm bảo yếu tố kinh tế - kỹ thuật và cảnh quanmôi trường

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với thu thập tài liệu về thiết

kế, thi công, các tiêu chuẩn nghiệm thu của công trình dự án đường vành đaiCầu Giấy - Nhật Tân, cụ thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn,Bưởi;

- Phân tích giải pháp thiết kế, tính toán, kiểm toán thiết kế, lựa chọn vậtliệu sử dụng, đề xuất giải pháp thiết kế hợp lý của kết cấu tường chắn đất cócốt tại các nút giao của dự án nêu trên

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn có các phần sau:

Phần mở đầu: Nêu tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng, phạm vi và

phương pháp nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về các công trình xây dựng bằng tường chắn đất có cốt và hiện trạng giải pháp xây dựng tại các nút giao dự án đường vành đai Cầu Giấy - Nhật Tân.

1.1 Tổng quan về kết cấu đất có cốt

1.2 Nguyên tắc tính toán

1.3 Cấu tạo tường chắn đất có cốt

1.4 Hiện trạng giải pháp xây dựng tại các nút giao dự án đường vànhđai Cầu Giấy - Nhật Tân

1.5 Kết luận chương I

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất có cốt trong xây dựng công trình giao thông.

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất có cốt

2.2 Ví dụ tính toán

2.3 Kết luận chương II

Chương 3: Nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt hợp lý tại các nút giao dự án đường vành đai Cầu giấy - Nhật tân.

3.1 Giới thiệu chung về dự án

3.2 Mô hình tính toán và các thông số thiết kế

3.3 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng trong thiết tường chắn đất cócốt lưới địa kỹ thuật, cốt thép mạ nhúng nóng

3.4 Kết luận

3.5 Kiến nghị giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt hợp lý

3.6 Kiến nghị lựa chọn giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt tại dự

án đường vành đai 2 đoạn Cầu Giấy - Nhật Tân

3.7 Chỉ dẫn thi công tường chắn vỏ bê tông, cốt lưới địa kỹ thuật

3.8 Kết luận chương III

Phần kết luận chung và kiến nghị:

1 Kết luận

2 Kiến nghị

3 Hạn chế của luận văn

4 Hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG BẰNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT VÀ HIỆN TRẠNG GIẢI PHÁP XÂY DỰNG TẠI CÁC NÚT GIAO DỰ ÁN ĐƯỜNG VÀNH ĐAI CẦU GIẤY - NHẬT

TÂN.

1.1 Tổng quan về kết cấu đất có cốt.

Từ lâu đời, đất được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng So với cácloại vật liệu khác, đất là vật liệu rẻ tiền, sẵn có nhưng lại có các đặc trưng cơhọc kém, đặc biệt là không chịu được lực kéo Để khắc phục nhược điểm này,ngoài những biện pháp gia cố đất bằng các chất liên kết (vô cơ, hữu cơ, hóachất), vào năm 1963, Henri Vidal (một kỹ sư cầu đường người pháp) đã đềxuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng công trình Cho đến nay khái niệm

về đất có cốt và những ứng dụng của nó trong các công trình xây dựng đã trởnên quen thuộc và được ứng dụng khắp nơi trên thế giới

Đất có cốt là một loại vật liệu tổng hợp, thực chất là vẫn dùng đất thiênnhiên để xây dựng công trình nhưng trong đất có bố trí các lớp cốt bằng vậtliệu chịu được lực kéo theo các hướng nhất định; thông qua sức neo bám (do

ma sát, dính và neo bám) giữa đất với vật liệu cốt mà loại vật liệu tổng hợp đất

có cốt có khả năng chịu kéo

Vật liệu cốt rất đa dạng Từ xa xưa, con người đã sử dụng cốt bằng tre,các loại săm lốp cao su trong một số công trình Tiếp sau đó từ những nghiêncứu và ứng dụng trên những công trình có quy mô lớn hơn, người ta đã sửdụng cốt bằng các thanh kim loại, tiếp đến là vật liệu cốt bằng thép không gỉ.Với sự phát triển của nghành sản xuất vật liệu tổng hợp, cốt được sản xuất từvật liệu tổng hợp có cường độ cao bao gồm vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹthuật và bây giờ là một trong những loại vật liệu đang được sử dụng làm cốt làlưới thép mạ kẽm bọc Polyme Hình dạng của cốt có thể là dạng sợi, dảimỏng, lưới ô vuông hoặc dạng tấm mỏng

Vật liệu đất đắp thông thường hay dùng hạt để đáp ứng các yêu cầu vềtruyền ứng suất cắt, về bền vững và về thoát nước.

Bề mặt khối đất có cốt là tường bao được bố trí và thiết kế không chịulực, có tác dụng, bảo hộ bề mặt vật liệu đắp khỏi bị xâm thực và sụt lở do cáctác nhân bên ngoài Được làm bằng gỗ, các tấm bê tông xi măng đúc sẵn, bằngcác phiến hoặc tấm kim loại chế sẵn, bằng lưới sợi thép, bằng bê tông phunvữa hoặc bằng rọ đá Gần đây, do công nghệ vật liệu mới phát triển, vải địa kỹthuật các loại đã được sử dụng làm tường chắn đất có cốt Do đó, phía bề mặttường chắn, tùy theo yêu cầu kỹ thuật, có khi chỉ là vải địa kỹ thuật cuốn lại vàđắp đất rồi trồng cỏ Trong nhiều trường hợp, phía bề mặt tường chắn đượccấu tạo bằng rọ đá xếp chồng

Sự ra đời của vật liệu đất có cốt đã được ứng dụng rỗng rãi trong cáccông trình xây dựng nhờ có những ưu thế vượt trội, đó là:

- Nhờ đất có cốt mà các công trình đắp bằng đất không cần đắp có máidốc, tức là có thể đắp với mái dốc thẳng đứng (taluy 1:0) với những chiều caođắp lớn (năm 1972, ở Pakistan đã xây dựng một công trình tường chắn đất cócốt vách thẳng đứng cao 40m) Cũng với đất có cốt người ta đã xây dựng các

mố cầu bằng đất đắp, là kết cấu chịu nén lệch tâm (như mố cầu ThionVille ởPháp cao 12m, chịu tải từ mố cầu truyền xuống 750 tấn và độ lún định trước20cm);

Dĩ nhiên công trình đắp thẳng đứng bằng đất có cốt phải có mặt tườngbao (Không chịu lực) để giữ cho đất đắp không bị lở, không bị xâm thực docác tác nhân môi trường bên ngoài;

- Tính biến dạng cao Với đặc thù là một khối vật liệu mềm nên nó chophép kết cấu chịu được độ lún không đều khá lớn mà không bị đứt gãy Đặcđiểm này rất quan trọng khi xây dựng kết cấu trong vùng có địa chất không ổnđịnh hoặc vùng có thể bị xói ngầm;

- Đất có cốt là loại vật liệu nặng, công trình bằng đất có kích thước lớnđáp ứng được yêu cầu đối với những công trình đòi hỏi phải có trọng lượnglớn để chịu đựng lực ngang lớn, chịu lực va chạm lớn hoặc sóng nổ lớn;

- Tuổi thọ công trình tương đối cao Đối với loại sử dụng vật liệu không

gỉ hoặc chống gỉ tốt, công trình được coi là vĩnh cửu;

- Tính thấm nước Đây là một dạng kết cấu hở, nước có thể thấm quamột cách dễ dàng nên giảm được phần lớn áp lực nước thủy động;

- Giá thành không cao Do phạm vi chiếm dụng của công trình ít nên rấtphù hợp với những nơi hạn chế mặt bằng xây dựng, đặc biệt là trong thànhphố Mặt khác, bản thân kết cấu là những vật liệu không đắt tiền và dễ kiếm;

- Công nghệ thi công không phức tạp, đơn giản, nhanh Cốt và tườngbao đều có thể gia công trước tại nhà máy rồi đem ra lắp đặt tiện lợi ngaytrong quá trình đắp đất.

Sử dụng công trình bằng đất có cốt phải chú ý một số vấn đề sau:

- Vật liệu kim loại dùng làm cốt và mặt tường bao phải là thép không gỉhoặc thép mạ, nếu dùng thép thường thì phải tăng thêm kích thước cốt hoặc vỏ

Thực tế ở Việt Nam từ năm 1999 trở lại đây, cùng với các dự án xâydựng mới và khôi phục lại cầu đường ở nước ta, các công trình tường chắn đất

có cốt ngày càng được sử dụng nhiều hơn Ví dụ như công trình tường đất cócốt trên Quốc lộ 5 đoạn cắt qua nút giao Lạch Tray (Hải Phòng); công trìnhtường đất có cốt đoạn vào cầu Mẹt trên QL 1A; công trình đường dẫn hai bênlên cầu vượt nút giao thông Ngã Tư Sở ở Hà Nội; công trình trên đường từHuế đi Thuận An; Đường dẫn lên cầu vượt Ngã Tư Vọng, Cầu Giấy, CầuTrung Hòa, Cầu Hòa Mục, Cầu Vĩnh Tuy,

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ỨNG DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ

CỐT TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

- Sử dụng tường chắn đất có cốt làm ta luy đường

- Sử dụng tường chắn đất làm ta luy đường sắt

- Sử dụng tường chắn đất có cốt trong đô thị tạo cảnh quan

- Sử dụng tường chắn đất có cốt làm đê chắn sóng

1.2 Nguyên tắc tính toán.

1.2.1 Nguyên lý làm việc của đất có cốt về mặt cơ học.

* Sự phá hoại của đất khi không có cốt

Đất là loại vật liệu rời Khi chịu ngoại lực tác dụng thì đất sẽ ổn định(không bị phá hoại cắt trượt) nếu trạng thái ứng suất ở bất kỳ điểm nào và theohướng nào cũng nằm dưới đường bao phá hoại của các vòng tròn Mohr Theovòng tròn Mohr ta có thể diễn giải các điều kiện khi đất ở vào trạng thái cânbằng giới hạn như sau:

ngang tại điểm đang xét;

Ko, Ka, Kp – Lần lượt là hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh, hệ số áp lực đất chủ động và hệ số áp lực đất bị động

Hình 1.1: Trạng thái ứng suất ở một điểm trong đất và đường bao

phá hoại vòng tròn Mohr.

trường hợp có tường, dưới tác dụng của khối đất sau lưng tường, tường có xu

hạn và sẽ bị phá hoại

lên (tường dịch chuyển vào phía trong dưới tác dụng của lực ngoài) đến giá trị

thuần túy, không thể dùng đất làm vật liệu xây dựng các công trình chịu nénlớn nếu lực dính c có hạn và nếu không có biện pháp điều chỉnh trạng thái ứng

suất chủ động với Ka là hệ số áp lực đất chủ động và ở (1.2) gọi là ứng suất bịđộng với Kp là hệ số áp lực đất bị động

không dịch chuyển và ở vào trạng thái tĩnh với hệ số áp lực đất ở trạng tháitĩnh Ko (Ka<Ko<Kp)

1.2.2 Vai trò của cốt.

khối đất có bố trí cốt mà không phải do ngoại lực gây ra Điều này cũng tươngđương với việc tạo ra được lực dính c lớn hơn bên trong khối khối đất

Xét một khối đất có những lớp cốt nằm ngang bố trí đủ gần nhau như

hình 2:

Hình 1.2: Vai trò của cốt là hạn chế khối đất nở ngang khi chịu lực

tác dụng thẳng đứng.

cốt (khối đất sẽ bị kẹp giữa hai lớp cốt) và giả thiết giữa cốt và đất có đủ sứcneo bám cần thiết (tức là đất và cốt bám chặt cùng chuyển vị với nhau) thì khichịu nén, đất chỉ có thể chuyển vị ngang trong phạm vi chuyển vị ngang củacốt Vì mô đun biến dạng của vật liệu cốt lớn hơn rất nhiều so với mô đun biếndạng của đất nên trị số biến dạng ngang của khối đất hầu như không đáng kể

= K

(1.3)

Trong đó:

K- Hệ số áp lực ngang của đất, nếu ở trạng thái tĩnh thì K = Ko; Với Ko

là hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh; Theo Jaky, Ko = 1 – sinφ.(1.4)

- Sức chịu kéo của cốt làm cốt đứt;

- Sức neo bám giữa đất với cốt làm cốt bị tuột khỏi khối đất;

- Áp lực bị động của đất làm đất bị phá hoại

đứt của bản thân cốt, bởi sức chống kéo tuột cốt (phụ thuộc vào khả năng neobám giữa đất với cốt) và bởi sức chống cắt trượt của đất

Nếu cho khối đất chịu tác dụng lực ngang thì trong trường hợp này thìcốt không có tác dụng hạn chế nở hông nữa và nếu muốn cho khối đất được ổnđịnh thì lại phải bố trí các lớp cốt theo phương thẳng đứng Chính vì vậy mà

vật liệu đất có cốt là loại có tính dị hướng Đây chính là nguyên lý cơ bản đểtạo ra vật liệu đất có cốt.

Ngoài ra, ta có thể thấy rằng, khi bố trí các lớp cốt đủ gần nhau theophương thẳng đứng và đủ sức neo bám giữa cốt và đất thì mặt tường bao, nếuđược đặt để bao bọc khối đất có cốt ở mặt hông, sẽ không chịu bất kì một lựcđẩy ngang nào từ khối đất có cốt hoặc nếu có cũng là giá trị nhỏ, cục bộ,không đáng kể Do đó, vai trò của mặt tường bao chỉ là để bảo vệ bề mặt phíahông chống các tác dụng xâm hại, làm lở hoặc xói cục bộ khối đất có cốt vàtạo hình dạng mĩ quan cho công trình

Như vậy, nếu các lớp cốt được bố trí đúng hướng, được tính toán và bốtrí với các khoảng cách theo chiều đứng cũng như chiều ngang thích hợp thìtrong khối đất có cốt sẽ không xẩy ra biến dạng trượt và toàn khối đất có cốt

đó được xem như một khối bền chắc, có đủ sức kết dính để ổn định dưới tácdụng của trọng lượng bản thân và ngoại lực

Để thấy rõ thêm vai trò của cốt, ta phân tích thêm trường hợp một khốiđất có khả năng bị trượt theo một mặt nào đó như hình vẽ:

Hình 1.3: Vai trò của cốt trong khối đất có khả năng xẩy ra trượt trên một

mặt trượt S.

Trường hợp đất chưa có cốt: Mặt trượt S chia khối đất thành hai phần A

và B Giả sử trên một diện tích dS nào đó của mặt trượt S, mảnh trượt A tác

hơn góc nội ma sát φ của đất thì tại đó sẽ xẩy ra chuyển vị trượt

tác dụng lên mảnh B còn có lực kéo của cốt F (do sức neo bám giữa cốt và đất

góc nhỏ hơn góc nội ma sát φ Khi đó tại mặt trượt dS sẽ không xẩy ra chuyển

vị trượt

Như vậy, nếu trên toàn bộ diện tích S đều bố trí cốt sao cho đảm bảođiều kiện trên thì hai mảnh A và B sẽ gắn liền với nhau và không xẩy ra sự

trượt Đây chính là nguyên lý của việc gia cố các mái dốc đào bằng cách chèncốt vào mái dốc.

Như trên đã thấy, phải có đủ sức neo bám giữa đất và cốt thì mới có thể

sức chịu kéo của cốt cho đất (giống như sự truyền sức chịu kéo của cốt thépcho bê tông)

Việc truyền lực giữa cốt và đất hay sự tạo ra sức neo bám giữa cốt vớiđất phụ thuộc vào cấu tạo hình dạng cốt và có hai phương thức cơ bản làphương thức truyền lực thông qua ma sát giữa chúng và phương thức truyềnlực thông qua sức cản bị động của đất

a Phương thức truyền lực thông qua ma sát giữa cốt và đất Phần lớncác loại cốt đều có thể truyền lực theo phương thức này

Hình 1.5: Cơ cấu truyền lực thông qua ma sát giữa cốt và đất.

Phân tích sự cân bằng của một phân đoạn nhỏ đất có cốt dl với bề rộng

b, ta có thể thấy lực được truyền qua dl sẽ là:

(1.5)Trong đó: τ - Ứng suất cắt trượt do ma sát bề mặt trên mặt tiếp xúc giữađất và cốt trong phân đoạn dl;

(1.6)

đất (cấp phối hạt, góc cạnh hạt, đặc tính ma sát và độ chặt của đất), tùy theodạng hình học và đặc tính bề mặt của cốt cũng như trị số ứng suất gia tải hữuhiệu Bề mặt vật liệu của cốt càng trơn nhẵn, lực chống trượt của cốt càng nhỏ

Theo kết quả thực nghiệm, đối với cốt dải mỏng có gờ bằng kim loại thì

không đổi Còn đối với cốt dải trơn nhẵn bằng kim loại hoặc cốt vải địa kỹ

b Phương thức truyền lực thông qua sức cản bị động của đất Phươngthức truyền lực này chỉ có ở các loại cốt dạng lưới, dạng khung Vì các loại cốtnày có các phần tử vuông góc với phương truyền lực kéo

Sức cản bị động của đất được xác định theo công thức:

(1.8)

Trong đó:

Pp - Sức chịu kéo tuột do cốt truyền cho đất thông qua sức cản bị động củađất;

n - Số lượng các phần tử cốt vuông góc với phương truyền lực kéo (tức

là số lượng các thanh ngang giằng các cốt dọc để tạo ra cốt dạng khung, dạnglưới;

nghiệm kéo tuột cốt chôn trong đất và phụ thuộc vào cường độ của đất cũngnhư khả năng xốp nở của đất khi đất bị biến dạng trượt Theo kết quả nghiêncứu thử nghiệm kéo tuột, thông thường hiện nay trong tính toán người ta sử

nguyên không đổi

Trên thực tế, có nhiều loại đất có cốt đều có cả hai phương thức truyềnứng suất là ma sát và sức cản bị động của đất Khi đó tổng sức kéo tuột sẽ là:

(1.9)

Trong đó:

Ứng suất truyền do ma sát sẽ xuất hiện trị số lớn nhất khi cốt chuyểndịch tương đối nhỏ; còn ứng suất truyền do sức kháng bị động của đất thì chỉxuất hiện khi cốt chuyển dịch tương đối lớn Do vậy, tỉ lệ của mỗi phươngthức truyền ứng suất nói trên chiếm là bao nhiêu có liên quan đến trị số

nghiệm có xét đến tác dụng tương hỗ giữa chúng

Như vậy, ta đã có phương pháp đơn giản tính toán về điều kiện neo bám

tuột với cốt chôn trong đất và chịu các áp lực thẳng đứng (ứng suất pháp) khác

cường độ chống cắt trượt của đất, diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa cốt với đất,ứng suất pháp tác dụng lên cốt, các đặc trưng hình học và đặc trưng bề mặt (cótạo nhám hay không) của cốt Trong trường hợp các yếu tố cấu tạo cốt khôngđổi thì sức chống kéo tuột (cũng tức là lực kéo của cốt truyền cho đất) sẽ phụ

thuộc vào chiều dài cốt và vị trí đặt cốt cách đỉnh công trình nông hay sâu Do

đó, một nội dung quan trọng trong tính toán, thiết kế các công trình đất có cốt

là phải xác định được chiều dài cần thiết để đảm bảo đủ neo bám đối với từnglớp cốt sẽ được bố trí trong công trình

Trên đây ta mới xét đến sự truyền lực giữa cốt và đất tại mặt tiếp xúctrực tiếp giữa chúng Trong thực tế các công trình đất có cốt, các lớp cốt

không tiếp xúc trực tiếp với cốt Đây là bài toán phức tạp, và trong tính toánngười ta chấp nhận giả thiết: lực kéo do mỗi thanh cốt truyền cho đất sẽ phân

công trình

Tóm lại, muốn thực hiện một công trình bằng đất có cốt (như tườngchắn bằng đất có cốt chẳng hạn) thì cần phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Có đủ sức néo bám giữa đất và cốt ở mọi điểm trong khối đất có cốt;

- Cốt phải chịu được lực kéo lớn nhất có thể phát sinh khi công trình ởtrạng thái làm việc (chịu các tác động của ngoại lực);

- Đất phải có đủ cường độ chịu nén và chịu cắt để tiếp nhận lực kéo củacốt truyền cho đất;

- Mặt bên của công trình phải có vỏ bao để bảo vệ bề mặt chống những

hư hại từ các tác nhân bên ngoài và chống lở đất trong phạm vi giữa các lớpcốt

1.3 Cấu tạo tường chắn đất có cốt.

Hình 1.6: Thành phần cơ bản của tường chắn đất có cốt.

Một công trình tường chắn đất có cốt gồm thân tường rộng L, cao H

phương thẳng đứng, trong khối đắp có bố trí các lớp cốt rải nằm ngang và cốtđược liên kết chặt với mặt tường bao

Phần đỉnh tường có thể được sử dụng trực tiếp làm một phần nềnđường, trên đó có thể xây dựng mặt đường cho xe cộ đi lại hoặc có thể đắpthêm các khối đắp khác.

Về đất dùng để đắp tường chắn đất có cốt, trước kia để tăng ma sát vớicốt, người ta chủ yếu sử dụng cát vừa và cát khô Ngày nay đã cho phép dùngcác loại đất kém dính nhất là khi sử dụng các loại cốt dạng khung, dạng lưới(là các loại tạo ra hiệu ứng neo nhờ sức cản bị động của đất vào các đơnnguyên ngang của cốt) Mặt khác, cũng đã nghiên cứu kĩ hơn yêu cầu về cáctính chất điện hóa đối với đất đắp để hạn chế tác dụng xâm thực của đất đốivới cốt, bảo đảm tuổi thọ của các loại cốt bằng các vật liệu khác nhau

Về cốt, ngoài cốt bằng kim loại nay đã phổ biến dùng cốt bằng vật liệupolime dưới dạng vải, lưới địa kỹ thuật Cốt kim loại lúc đầu dùng thép mạhoặc thép không gỉ nay đã dùng phổ biến cả các loại thép thường không mạ(với một chiều dày dự phòng cho phép cốt có thể bị ăn mòn trong thời hạn tuổithọ thiết kế công trình)

Về mặt tường bao, ngoài loại mặt tường bao mềm không tham gia chịu

áp lực đất sau lưng tường chắn đất như những tường chắn đất có cốt truyềnthống thì gần đây cũng đã sáng tạo ra loại tường chắn đất có cốt với mặt tườngbao cứng (bằng bê tông đổ tại chỗ có độ cứng cao) để cùng với khối đất có cốttham gia chịu áp lực đất sau lưng tường Về tài liệu làm mặt tường bao mềmhiện phổ biến có loại mặt bao bằng các tấm xi măng lắp ghép và loại bằng vảiđịa kỹ thuật bọc cuộn hoặc dùng lồng đá

Hình 1.7: Sơ đồ tường chắn đất có cốt có mặt tường bằng tấm bê

tông lắp ghép và cốt dạng khung thép tròn.

Hình 1.8: Tường chắn có cốt bằng vải địa kỹ thuật (cốt polime) và mặt tường bao bằng vải địa kỹ thuật bọc cuộn có phun vữa phủ kín (hoặc

phun nhũ tương bitum phủ kín).

Hình 1.9: Tường chắn có cốt dạng lưới (dạng mạng) bằng polime hoặc sợi thép và mặt tường bao bằng lồng hộp đá.

1.4 Hiện trạng giải pháp xây dựng tại các nút giao dự án đường vành đai Cầu Giấy - Nhật Tân.

1.4.1 Tổng quan về dự án.

Tuyến đường vành đai 2 đoạn Cầu Giấy - Nhật Tân được khởi công từtháng 3 năm 2012 và thông xe vào tháng 1 năm 2016 có chiều dài 6,4 km vàmặt cắt ngang rộng từ 56 - 64m, mỗi bên hai làn xe cơ giới, một làn xe buýt,hai làn xe hỗn hợp Dự án kết nối trung tâm Hà Nội với sân bay Nội Bài vàcác trục đường phía Tây Bắc nhằm giảm tải áp lực giao thông trên tuyếnđường từ cầu Thăng Long - Nội Bài hiện nay

Tổng mức đầu tư dự án khoảng 6.400 tỷ đồng

Chủ đầu tư: Ban quản lý dự án đầu tư và phát triển giao thông đô thị HàNội.

Đơn vị thi công: Liên danh công ty cổ phần cầu 12 cienco1 – LinhGiang – Vinaconex E&C

Công trình đường vành đai 2 đoạn Cầu Giấy – Nhật Tân được thiết kếtheo tiêu chuẩn đô thị loại một, điểm đầu nối với đường dẫn lên Cầu Nhật Tân,điểm cuối là nút giao Cầu Giấy Trên tuyến có 5 cầu vượt (gồm: Cầu vượt nútgiao thông Bưởi, Cầu T11, Cầu vượt nút Đội Cấn, Cầu vượt nút Đào Tấn vàCầu vượt nút giao thông Cầu Giấy)

Các phương tiện lưu thông từ Cầu Giấy đến Võ Chí Công và ngược lại

sẽ lưu thông trên tuyến chínhđường vành đai 2

Các phương tiện lưu thông từ Hoàng Quốc Việt đến Võ Chí Công, LạcLong Quân, Hoàng Hoa Thám và ngược lại sẽ lưu thông qua vòng xuyến nútgiao Bưởi

Các phương tiện đi từ Hoàng Quốc Việt đến Đội Cấn sẽ lưu thông theohướng đường bờ trái sông Tô Lịch – Gầm Cầu Đội Cấn

Các phương tiện đi từ Cầu Giấy đến Hoàng Hoa Thám sẽ đi trên tuyếnchính vành đai 2 - đường nhánh xuống vòng xuyến nút giao Bưởi – HoàngHoa Thám

Các Phương tiện đi từ Nguyễn Khánh Toàn đến Đào Tấn sẽ đi qua gầmCầu Đào Tấn

Các phương tiện đi từ Cầu Giấy đến Kim Mã, La Thành và ngược lại sẽlưu thông qua vòng xuyến dưới Cầu vượt Cầu Giấy

1.4.2 Các giải pháp đã thực hiện

Nói đến nút giao thông phải nói đến lưu lượng xe và khả năng thônghành sao cho đảm bảo không ùn tắc, các vấn đề này dự án đã làm đúng quytrình; trong phạm vi nghiên cứu đề tài của luận văn tôi chỉ quan tâm đến kếtcấu tường chắn đất có cốt

- Tại cầu vượt nút giao Cầu Giấy:Cầu vượt Cầu Giấy được thiết kế dài271m, với 8 nhịp, 16 trụ, 2 mố làm bằng bê tông cốt thép Đường dẫn đầu cầu

s ide view/mÆt bª n c Çu

s c al e: 1/1000

15.284 14.981 14.327 13.328 12.398 12.463 15.237 14.840 14.094 13.240 13.154

5.40 5.40 5.40 5.40 5.40 5.40

ms e w al l s

t ê ng c h¾n c ã cèt

8.50 8.50

st a6+45.10

st a6+80.10

st a6+115.10

st a6+150.10

st a6+185.10

st a6+22 st a6+25

st a5+979.50

r =3500m, vc l =248.688 BH2/ERWCG BH3/ERWCG BH4/ERWCG BH5/ERWCG BH6/ERWCG BH7/ERWCG BH8/ERWCG BH9/ERWCG BH10/ERWCG

15.307

12833

-34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60

1000

2000 2750

C AR RIAGEWAY CAR RIAGEWAY CARRIAGEWAY CARRIAGEWAY

l µn x e l µn xe l µ n x e l µn x e

2.0%

2.0%

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ CẦU VƯỢT CẦU GIẤY

- Đoạn nối nút giao Đội Cấn đến Đào Tấn được thiết kế là tường chắnđất có cốt dài 337m, chiều rộng 20m và chiều cao 6m; Cầu Đội Cấn được thiết

kế 2 nhịp gồm 2 trụ và 2 mố cầu bằng bê tông cốt thép, Cầu Đào Tấn đượcthiết kế 3 nhịp gồm 4 trụ và 2 mố cầu bằng bê tông cốt thép;

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ĐOẠN NỐI NÚT GIAO ĐỘI CẤN ĐẾN

ĐÀO TẤN

Cầu Đội Cấn

Cầu Đào Tấn

Tường chắn đất có cốt đoạn nối Đội Cấn với Đào Tấn

- Đoạn nối nút giao Đội Cấn đến Cầu T11 được thiết kế là tường chắnđất có cốt dài 252,2m; chiều rộng 20m và chiều cao 6m Cầu Đội Cấn đượcthiết kế 2 nhịp gồm 2 trụ và 2 mố cầu bằng bê tông cốt thép, Cầu T11 Đượcthiết kế 1 nhịp gồm 2 mố bằng bê tông cốt thép Đường đầu cầu T11 hướngbên phía Nhật Tân được thiết kế là tường chắn đất có cốt dài 34,2m; rộng20m; cao 6m; độ dốc i = 1,25%;

MỘT SỐ HÌNH ẢNH ĐOẠN CẦU T11 – CẦU ĐỘI CẤN

Cầu T11

Đường dẫn đầu cầu tường chắn đất có cốt Cầu T11 bên phía Nhật

Tân

Tường chắn đất có cốt đoạn Cầu T11 – Cầu Đội Cấn

- Tại cầu vượt nút giao Bưởi: Cầu Bưởi được thiết kế 8 nhịp gồm 16 trụ

và 2 mố cầu bằng bê tông cốt thép; đường đầu cầu sử dụng kết cấu đất có cốtvới các thông số sau:

+ Đường dẫn bên phía Ngã Tư Sở:

side view/mÆt bª n c Çu

sc al e: 1/1000

15.284 14.981 14.327 13.328 12.398 12.463 15.237 14.840 14.094 13.240 13.154

st a 6+45 10

st a 6+80 10

st a6+11 st a6+15 st a6+18 st a6+22 st a6+25

st a5+97

r =3500m, vc l =248.688 BH2/ERWCG BH3/ERWCG BH4/ERWCG BH5/ERWCG BH6/ERWCG BH7/ERWCG BH8/ERWCG BH9/ERWCG BH10/ERWCG

15.307

12833

-34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60 -34.60

1000

2000 2750

R1500

CARRIAGEWAY CARRIAGEWAY CARRIAGEWAY CARR IAGEWAY

l µn x e l µn x e l µn x e l µn x e

M? T C? T 2 - 2

MỘT SỐ HÌNH ẢNH TẠI NÚT GIAO CẦU BƯỞI

chính là hình chữ nhật có chiều cao là 1505mm, chiều rộng là 1715mm vàchiều dày 140mm;

- Cốt: Cốt bằng thép có gờ mạ nhúng nóng theo tiêu chuẩn ISO 1460 –

vệ chống rỉ;

1.4.3 Ưu điểm và những hạn chế của các giải pháp

Việc sử dụng kết cấu đất có cốt của dự án đường vành đai Cầu Giấy Nhật Tân, cụ thể tại các nút giao Cầu Giấy, Đào Tấn, Đội Cấn, Bưởi cho thấycác ưu điểm và hạn chế như sau:

-Ưu điểm

Phạm vi chiếm dụng đất cho xây dựng ít so với các loại tường chắnkhác, vì nó không cần phải làm mái nghiêng hoặc mái nghiên lớn

Thi công công trình đất có cốt đơn giản, nhanh, có khả năng thực hiện

cơ giới hóa thi công, các cấu kiện vỏ, cốt đều chế tạo trong nhà máy Các cấukiện đúc sẵn với hình dáng bề mặt theo ý muốn, phù hợp với cảnh quan môitrường

Đất có cốt là loại vật liệu mềm không bị phá hoại đột ngột, có thể chophép những biến dạng lớn mà vẫn được ổn định chung cho công trình

Đất có cốt là loại vật liệu nặng đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và kiếntrúc trong các trường hợp đòi hỏi công trình phải có trọng lượng và kích thướclớn

Đất có cốt là loại vật liệu rẻ tiền

kế chi phí vỏ của công trình đất có cốt và chi phí ván khuôn cho bê tông).Trong công trình đất có cốt, giá thành tập trung cho chống rỉ cốt kim loạichiếm 1/3 giá thành công trình Nếu giải quyết triệt để vấn đề này thì giá thànhcông trình đất có cốt sẽ thấp hơn

Có thể lấy một ví dụ cụ thể về giá thành một công trình thực tế đã thicông để so sánh: Mố cầu bằng đất có cốt ở ThionVille (Pháp) cao 14m, xâydựng xong năm 1972, giá thành rẻ gấp 2,5 lần so với mố bê tông cốt théptương đương

Như vậy, đất có cốt có nhiều đặc điểm ưu việt, nhưng ưu việt chính là rẻtiền Trong công trình đất có cốt, giá thành công trình tập trung 75% chi phícho vỏ và cốt, còn lại 25% bao gồm 17% chi phí cho công việc về đất, và 8%chi phí cho thi công

Hạn chế

Kết cấu đất có cốt của dự án với vỏ là bê tông xi măng cốt thép, đất đắp

là cát vàng hạt thô, cốt là thép tròn gai có gờ được mạ nóng chống gỉ

Với loại cốt như trên nếu công trình đất có cốt sử dụng lâu dài (trên 30năm); cốt có thể bị gỉ theo thời gian dưới tác dụng điều kiện môi trường nhiệtđới gió mùa ở nước ta gây ra hiện tượng giản yếu tiết diện cũng như ô nhiễm