Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp tường chắn đất có cốt trong xây dựng nền đường ô tô khu vực tỉnh bình dương,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Như vậy, với các yêu cầu trên thì ứng dụng loại tường chắn nào là hợp lý nhất, đây là một vấn đề cần phải được nghiên cứu và cũng chính là nội dung của đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng giải

i

MỤC LỤC

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 3

4 Phương pháp nghiên cứu: 3

5 Kết cấu của luận văn: 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT .5

1.1 Sự ra đời của đất có cốt và các công trình bằng đất có cốt 5

1.2 Các thành phần chính của tường chắn đất có cốt 10

1.2.1 Đất đắp chọn lọc 10

1.2.2 Hệ thống cốt 14

1.2.3 Mặt tường 16

1.3 Trình tự thi công 21

1.3.1 Thi công tường chắn có cốt, mặt tường là các tấm panel đúc sẵn 21

1.3.2 Thi công tường chắn có cốt có mặt tường mềm 26

1.4 Những thuận lợi và bất lợi trong ứng dụng tường chắn có cốt 27

1.4.1 Ứng dụng của tường chắn có cốt 27

1.4.2 Thuận lợi khi sử dụng tường chắn có cốt 29

1.4.3 Bất lợi khi sử dụng tường chắn có cốt 30

1.5 Một số ứng dụng tường chắn có cốt trên thế giới và tiềm năng ứng dụng tường chắn có cốt ở Bình Dương 30

1.5.1 Một số hình ảnh tường chắn đất trên thế giới 30

1.5.2 Tiềm năng ứng dụng tường chắn đất có cốt ở Bình Dương 34

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH –BIẾN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT 3

2.1 Cơ sở lý thuyết về ổn định và biến dạng của tường chắn đất có cốt 37

2.1.1 Lý thuyết cân bằng giới hạn 37

2.1.2 Lý thuyết áp lực đất lên tường 40

ii

2.1.3 Các cơ chế và quan hệ tương tác đất – cốt trong tường chắn có cốt 46

2.2 Phương pháp tính toán tường chắn đất có cốt 50

2.2.1 Tổng quan về phương pháp thiết kế 50

2.2.2 Tính toán đảm bảo ổn định ngoài 52

2.2.3 Tính toán đảm bảo ổn định bên trong 66

2.2.4 Các xem xét khác 85

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BẲNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PLAXIS CHO TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT TRÊN NỀN ĐẤT CÓ GIA CỐ VÀ KHÔNG CÓ GIA CỐ 8

3.1 Mô phỏng về sự làm việc của tường bán trọng lực BTCT 89

3.1.1 Các phương pháp tính toán cổ điển thông thường 89

3.1.2 Mô phỏng sự làm việc của tường chắn BTCT bán trọng lực 92

3.1.3 Ví dụ sự cố công trình đường Hồ Văn Mên - Bình Dương 102

3.2 Mô phỏng sự làm việc của tường chắn đất trên nền đất có gia cố và không có gia cố 106

3.2.1 Phương pháp tính toán tường chắn đất có cốt 106

3.2.2 Mô phỏng sự làm việc của tường chắn đất có cốt 106

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT TẠI CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG MỸ PHƯỚC – TÂN VẠN, TỈNH BÌNH DƯƠNG 11

4.1 Sơ lược về tuyến đường Mỹ Phước – Tân Vạn 117

4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 120

4.2.1 Mô hình nghiên cứu 120

4.2.2 Các trường hợp tính toán thực nghiệm và kết quả đạt được 122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 13

1 Kết luận: 136

2 Những kiến nghị: 137

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo: 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

PHẦN PHỤ LỤC …….……… 140

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển một cách mạnh mẽ, đặc biệt là sự phát triển về xây dựng các công trình giao thông vận tải, đã góp phần to lớn vào sự phát triển, thúc đẩy nền kinh tế nước nhà Các công trình giao thông ngày nay có chất lượng phục vụ tốt, có kết cấu đơn giản, thi công nhanh chóng và tuổi thọ cao, có hình thức bề ngoài đẹp, dáng vẻ hiện đại, đặc biệt

là các công trình xây dựng trong đô thị, thành phố Những công trình này không chỉ phục vụ giao thông đi lại, giải tỏa ách tắc giao thông mà nó còn trở thành những biểu tượng, những kiến trúc đẹp mang những nét đặc trưng riêng của đô thị, tạo nên những ấn tượng sâu sắc Một trong những công nghệ thi công mới trong xây dựng đường bộ nói riêng và trong ngành xây dựng hạ tầng nói chung đó là xây dựng các bức tường chắn có cốt với mái dốc thẳng đứng Tường chắn đất có cốt mới chỉ ứng dụng tập trung chủ yếu một số công trình giao thông ở 2 thành phố lớn là Thành phố Hồ Chí Minh (nút giao khác mức Ngã tư Bình Phước, Ngã tư An Sương, cầu vượt Sóng Thần, cầu vượt Linh Trung, nút giao Trạm 2…), và một số dự án ở Thành phố Hà Nội Hiện tại Bình Dương đang ứng dụng vào công trình đường Mỹ Phước – Tân Vạn

Tuy nhiên, nói đến tường chắn đất có cốt vẫn đang là một vấn đề khá mới mẻ đối với nhiều người, thực tế hiện nay các cơ quan quản lý của Việt Nam vẫn chưa ban hành các tài liệu chính thức, tiêu chuẩn hay quy trình, quy phạm riêng cho loại công trình này, mỗi công trình có một hướng dẫn riêng, thường theo các Tiêu chuẩn

kỹ thuật của dự án, hoặc tham khảo từ các tài liệu biên dịch của nước ngoài Vì vậy rất cần biên soạn và dần hình thành lên hệ thống những hướng dẫn sao cho kịp thời, sâu sắc, cụ thể, rõ ràng hơn trong công tác thiết kế, tính toán kết cấu

Bình Dương là một tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Trong những năm gần đây tỉnh Bình Dương đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong phát triển kinh tế - xã hội Quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa phát triển nhanh chóng, đặc biệt là thị xã Thủ Dầu Một đã được Chính

phủ phê duyệt lên thành đô thị loại II, là thành phố trực thuộc tỉnh giữ vai trò hạt nhân, là trung tâm hành chính, chính trị, kinh tế, tài chính, văn hóa, khoa học và công nghệ của cả tỉnh

Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020, tỉnh Bình Dương sẽ trở thành đô thị loại I, thành phố trực thuộc Trung ương Khi đó Bình Dương sẽ là một đô thị hiện đại, với nhiều công trình tạo lực, tạo điểm nhấn về mỹ quan, kiến trúc

Với định hướng như vậy, một trong những nhân tố quan trọng, mang tính chiến lược tạo đòn bẩy phát triển kinh tế đó chính là các công trình giao thông mà đặc biệt là công trình giao thông trong đô thị Công trình giao thông trong đô thị là một phần không thể thiếu trong quá trình thực hiện đô thị hoá Hiện nay, để thực hiện đầu tư xây dựng một dự án giao thông trong đô thị thì một trong những vấn đề lớn quan trọng ảnh hưởng đến quá trình thực hiện dự án đó chính là vấn đề bồi thường, giải phóng mặt bằng Như vậy, để góp phần hạn chế việc bồi thường, giải phóng mặt bằng, đẩy nhanh tiến độ thực hiện dự án trong điều kiện dự án giao thông trong đô thị đa phần hướng tuyến đi trong khu vực dân cư tập trung đông, thì ngoài việc nghiên cứu thật kỹ hướng tuyến cho phù hợp, chúng ta cần nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm giảm diện tích giải phóng mặt bằng tại các vị trí đặc biệt như đào sâu hay đắp cao, các đoạn đường đắp sau mố cầu vượt của các nút giao khác mức bằng giải pháp tường chắn là cần thiết

Tuy nhiên, ngày nay với yêu cầu ngày càng cao về thẩm mỹ, thân thiện môi trường, cắt giảm chi phí, đẩy nhanh tiến độ với chiều cao tường lớn (H>2m) thì tường chắn bê tông cốt thép thông thường hay tường trọng lực truyền thống đã bộc

lộ các nhược điểm và không còn là lựa chọn khả thi nhất bởi vì thời gian thi công chậm, kết cấu phức tạp, giá thành tăng cao, chất lượng khó kiểm soát, và không phù hợp cảnh quan đô thị

Như vậy, với các yêu cầu trên thì ứng dụng loại tường chắn nào là hợp lý nhất, đây là một vấn đề cần phải được nghiên cứu và cũng chính là nội dung của đề

tài: Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp tường chắn đất có cốt trong xây dựng nền

đường ô tô khu vực tỉnh Bình Dương

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu ứng xử của tường chắn bê tông bán trọng lực và tường chắn có cốt, áp dụng vào tuyến đường Mỹ Phước - Tân Vạn, tỉnh Bình Dương đoạn từ Km5+000 ÷ Km5+600 (tường chắn đường lên cầu vượt đường sắt Dĩ An)

Giới hạn nghiên cứu tập trung vào việc phân tích tường chắn có cốt sử dụng cốt bằng lưới địa kỹ thuật

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Mục đích của đề tài là phân tích cụ thể quá trình làm việc của tường chắn đất

có cốt với nền đất có gia cố và không gia cố Qua đó, đề tài mong muốn có một định hướng cho việc thiết kế tường chắn đất nói chung và tường chắn đất có cốt khi gặp trường hợp nền đất có địa chất khác nhau

Nghiên cứu, ứng dụng cho bài toán thực tế ở công trình đường Mỹ Phước – Tân Vạn Tính toán với các trường hợp thay đổi bề rộng cốt, bước cốt và cường độ chịu kéo của cốt Từ đó rút ra những kết luận và kiến nghị khi ứng dụng giải pháp tường chắn đất có cốt khu vực tỉnh Bình Dương

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thu thập số liệu thực tế, tính toán mô phỏng sự làm việc tổng thể của hệ tường chắn và nền đất bằng phần mềm tính toán Plaxis và Geo-slope để có những nhận xét, kết luận cho nội dung nghiên cứu

5 Kết cấu của luận văn:

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất có cốt

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ổn định –biến dạng và phương pháp tính toán

tường chắn đất có cốt

Chương 3: Mô phỏng bằng phần mềm tính toán Plaxis cho tường chắn đất

có cốt trên nền đất có gia cố và không có gia cố

Chương 4: Ứng dụng tường chắn đất có cốt tại công trình đường Mỹ Phước

– Tân Vạn, tỉnh Bình Dương

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phần phụ lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ

CỐT

1.1 Sự ra đời của đất có cốt và các công trình bằng đất có cốt

Từ lâu đời, đất được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng So với các loại vật liệu khác, đất rẻ tiền, sẵn có nhưng lại có các đặc trưng cơ học kém, đặc biệt là không chịu được lực kéo Chính những nhược điểm trên, từ thời rất xa xưa, con người đã biết khắc phục bằng cách cho rơm vào đất sét để nâng cao chất lượng của gạch không nung Ở những vùng đầm lầy, đường được thi công trên móng là thân cây, cành cây

Đất được ổn định cơ học (Mechanically Stabilized Earth-MSE) là đất được gia cường bằng các vật liệu chất dẻo, thép hay các vật liệu tự nhiên Phần cốt này có khả năng chịu kéo cao, kết hợp hiệu quả với đất chịu nén tốt sẽ hình thành một vật liệu tổng hợp nửa cứng bền vững Cho đến nay, khái niệm về đất có cốt và những ứng dụng của nó trong các công trình xây dựng đã trở lên quen thuộc

HenrI Vidal, một kĩ sư cầu đường người Pháp, là người đầu tiên chính thức hợp lý hóa việc thiết kế đất gia cố hiện đại trong công trình Từ năm 1963, Henry Vidal đã đề xuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng công trình Ngày 07/03/1996, ông đã báo cáo trước Hội đồng Cơ học đất và Nền móng nước Pháp và sau đó đã

được cấp bằng sáng chế gọi là: “đất được gia cố” (“reinforced earth”) Trong đó,

cốt là dải (hay thanh) kim loại thép không rỉ được đặt trong đất đắp có chất lượng cao là cát và cuội Cốt dải thường dùng với vật liệu có chất lượng tương đối cao, giá thành cao như cát và cuội sạch để có thể tạo ra sức cản ma sát cần thiết giữa đất đắp

và cốt Khi cần, có thể chuyển sang sử dụng cốt lưới vì nó có sức chống kéo lớn hơn

Hơn nữa, có thể dùng loại đất đắp ma sát – dính ở địa phương có chất lượng thấp và rẻ tiền Lưới thép được dùng đầu tiên ở California, Mỹ Dạng khác của cốt lưới do Bill Hilfiker, một kỹ sư người Mỹ đã sáng chế vào cuối năm 1970 (Peterson

và Anderson, 1980) là lưới dây hàn tạo bởi các dây thép hay thanh thép không rỉ được hàn lại với nhau Sau đó, với việc chế tạo chất dẻo bền vững như Tensar và

Tenax có độ cứng chịu giãn cao và chống được ăn mòn, đã làm cho việc sử dụng cốt lưới với đất đắp ma sát – dính phát triển Gần đây, nhờ sử dụng vải địa cơ bằng chất dẻo (polymer geotextile), bao gồm các vải dệt cũng như không dệt đã làm cho công trình đất được ổn định cơ học càng trở lên phổ biến

Hình 1.1: Sơ đồ tường chắn có cốt bằng cốt dải

Hình 1.2: Sơ đồ tường chắn có cốt bằng lưới thép

Hình 1.3: Lưới bằng chất dẻo của Tensar

Đất có cốt là một loại vật liệu tổ hợp, thực chất vẫn dùng đất thiên nhiên để xây dựng công trình nhưng trong đất có bố trí các lớp cốt bằng vật liệu 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, vật liệu tổ hợp đất có cốt này có khả năng chịu kéo (giống như vật liệu bê tông cốt thép có khả năng chịu kéo, trong đó bản thân bê tông chịu kéo kém)

Tường chắn bằng đất có cốt đầu tiên được xây dựng thử nghiệm là tường Incarville trên đường cao tốc A13 ở Pháp Tường này cao 10m, rộng 10m, dài 50m được xây dựng vào năm 1967

Kết quả quan trắc ứng suất và biến dạng của cốt, của vỏ (thông qua các đầu

đo được bố trí sẵn trong quá trình thi công) và kết quả thí nghiệm khá công phu trên các mô hình tại Phòng thí nghiệm trung ương về Cầu và Đường (LCPC) của Pháp với sự lãnh đạo của H Vidal đã cho phép ngay từ những năm đó thiết lập được các nguyên tắc về phương pháp thiết kế cấu tạo và tính toán kết cấu tường chắn bằng đất có cốt

Tiếp đó, một loạt công trình đất có cốt được xây dựng trên các đường ô tô, bến cảng ở Pháp, Tây Ban Nha, Đức và một số nước khác Đáng kể nhất là những tường chắn bằng đất có cốt (tổng cộng tới 800m dài) trên đường cao tốc A53 qua vùng Menton (Pháp) Tại đây sườn núi dốc, địa chất không ổn định, không thể đào sâu và khó làm cầu vượt nên đã chọn phương án đắp cao với tường chắn tới 20m Với t3ường chắn cao như vậy, nếu dùng tường chắn bê tông cốt thép sẽ rất khó giải quyết vấn đề nền móng, do vậy đã chọn kết cấu tường bằng đất có cốt là loại tường bằng vật liệu mềm cho phép có những biến dạng lớn mà không phá hoại đột ngột trong khi vẫn giữ được ổn định chung của công trình

Cũng ngay từ những năm (1966-1969) mới ra đời, ở nhiều đường cao tốc của Pháp đã xây dựng các tường chắn đất có cốt để làm nền đường tách đôi 2 chiều xe chạy với 2 bậc cao thấp khác nhau, hoặc làm những đường đắp cao trên đoạn dẫn lên các cầu vượt ở những chỗ giao khác mức trong đô thị (để hạn chế giải phóng mặt bằng do không phải đắp mái taluy) và đặc biệt là để xây dựng cả những tường

kè cảng như tường kè bến cảng Montreal (Canada), ụ tàu ở Strasbourg, tường cảng

ở Boulogne, La Grand Motte (Pháp)

Sở dĩ vừa ra đời mà vật liệu đất có cốt đã được ứng dụng rộng rãi vì nó góp phần tạo ra được những ưu thế trong lĩnh vực xây dựng công trình:

- Nhờ đất có cốt mà các công trình đắp bằng đất không cần đắp có mái dốc, tức là có thể đắp với mái dốc thẳng đứng (taluy 1:0) với những chiều cao đắp lớn (năm 1972, ở Pakistan đã xây dựng một công trình tường chắn đất có cốt 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 ở Pháp cao 12,0m, chịu tải từ gối cầu truyền xuống tới 750 tấn và độ lún định trước 20cm)

Dĩ nhiên là công trình đắp thẳng đứng bằng đất có cốt phải cấu tạo có mặt tường bao (không chịu lực) để giữ cho đất đắp không bị lở, không bị xâm thực do các tác nhân môi trường bên ngoài Bên cạnh đó:

+ Đất có cốt là loại vật liệu mềm, do vậy cho phép vẫn đảm bảo được ổn định của công trình dù khi xảy ra biến dạng lớn

+ Đất có cốt là loại vật liệu nặng, công trình bằng đất có cốt có kích thước lớn đáp ứng được yêu cầu đối với những công trình đòi hỏi phải có trọng

lượng lớn để chịu đựng lực ngang lớn, chịu lực va chạm lớn hoặc áp lực sóng nổ lớn…

Chú ý rằng, trên quan điểm kiến trúc, nhiều khi cũng cần xây dựng các công trình hoành tráng có kích thước lớn, tường dày Trong các trường hợp đó, nếu dùng vật liệu bê tông hoặc khối đá xây thì rất tốn kém và lúc này tường đất có cốt có thể thích hợp cả về kinh tế, kỹ thuật, nhất là có thể tùy nghi sáng tạo các kiểu mặt tường bao để đạt yêu cầu về trang trí kiến trúc, tạo hình (như xây dựng các tường thành hoặc đài kỷ niệm)

Vì là vật liệu nặng với các khả năng chịu đựng được các tác động nói trên nên đất có cốt cũng được nghiên cứu ứng dụng để xây dựng công trình quốc phòng

và cả các công trình ở vùng động đất (hầm chống bom, ụ chiến hào, pháo đài…)

- Công trình bằng đất có cốt thi công đơn giản và nhanh, cốt và các tấm hoặc

vỏ mặt tường bao đều có thể gia công trước tại nhà máy rồi đưa ra hiện trường lắp đặt tiện lợi ngay trong quá trình đắp đất (lắp đặt đến đâu đắp đến đó,…)

Tuy nhiên, ngay từ những năm phát triển đầu tiên người ta cũng đã nhận thấy những nhược điểm của loại vật liệu mới này để tìm cách khắc phục:

- Nếu dùng vật liệu kim loại làm cốt và vỏ mặt tường thì gặp vấn đề về biện pháp chống gỉ: phải dùng thép không gỉ hoặc thép mạ; còn nếu dùng thép thường thì phải tăng kích thước cốt thép vỏ để dự trữ phòng gỉ

- Nếu cốt và vỏ mặt tường bằng vật liệu chất dẻo tổng hợp (vải hoặc lưới địa

kỹ thuật thì cần phải có biện pháp chống lão hóa cho chúng Một cách khác để khắc phục là sử dụng vỏ mặt tường bao bằng các tấm bê tông lắp ghép cũng đã xuất hiện trên thực tế ngay từ đầu những năm 70 của thế kỷ XX và vẫn được tiếp tục sử dụng cho đến nay

- Để đảm bảo có sức neo bám giữa cốt với đất thì đất dùng để đắp cũng phải đạt được các yêu cầu nhất định về thành phần hạt (thường yêu cầu là đất rời, đất rời

ít dính), về tính chất hiện đại hóa (để giảm tác dạng xâm thực đối với cốt kim loại hoặc cốt bằng chất dẻo tổng hợp) Mặt khác bản thân cốt cũng phải được chế tạo và cải tiến cấu tạo để tăng cường được sức neo bám với đất nhằm phát huy hiệu quả của cốt Sức neo bám giữa đất và cốt cũng sẽ giảm đi khi nước xâm nhập được vào

đất, do vậy đối với những công trình đất có cốt cần phải giải quyết tốt vấn đề thước nước

Tuy nhiên, đất đắp với cốt liệu có chất lượng cao như cát cuội thì sẽ thuận lợi cho việc thoát nước, do đó làm tăng tuổi thọ của cốt cũng như sử dụng ít cốt hơn Cát cuội cũng dễ dàng xử lý, dễ thay thế và đầm nén Điều này đảy mạnh cho việc thay thế và duy tu tường chắn có cốt

rời ít dính, cụ thể là các nhóm đất A-1, A-3, A-2-4, A2-5 (bảng 1.2) theo cách phân

loại của AASHTO với các chỉ tiêu chi tiết như sau:

Khi sử dụng cốt kim loại thì các tính chất điện hóa của đất đắp phải thỏa mãn

yêu cầu sau ở bảng 1.1

Khi sử dụng các loại cốt polime, đất đắp cũng nên có độ pH nằm trong khoảng 6÷9; còn các đặc trưng điện hóa khác của đất thì người thiết kế cần phải dựa vào các chứng chỉ của từng sản phẩm cốt polime do hãng sản xuất cung cấp để quy định cụ thể trong hồ sơ thiết kế công trình Trong mọi trường hợp, đất đắp phải được đầm nén chặt từ 0,98 trở lên (so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo TCVN 4201-1995) Ngoài ra, tạp chất hữu cơ trong vật liệu đất đắp không được vượt quá 1%

Bảng 1.1: Yêu cầu các đặc trưng điện hóa của đất đắp khi dùng cốt kim loại

Điện trở suất tối thiểu

của mẫu đất bão hòa

nước (/cm) (ngâm

bão hòa 1 giờ với nước

ở 25C rồi đo điện trở

do Bộ Giao thông Vận tải ban hành ngày 10/5/1979 Riêng về phương pháp xác định điện trở suất và hàm lượng clorit, hiện tiêu chuẩn Việt Nam chưa có, vì vậy cần tham khảo tiêu chuẩn BS1377 (năm 1990) của Anh Quốc hoặc tiêu chuẩn ASTM tương đương để xác định

3 Đối với đặc trưng điện trở suất, có thể thay thế thí nghiệm trong phòng bằng phương pháp địa vật lý (ngành địa chất công trình vẫn thường sử dụng) để đo điện trở suất tại thực địa của khối đất dự kiến lấy để đắp đường

1.2.2 Hệ thống cốt

1.2.2.1 Cốt kim loại

Cốt kim loại dùng làm tường chắn đất có cốt có thể được chế tạo dưới dạng đai mỏng (có gờ hoặc không có gờ), dạng khung, dạng lưới (mạng), dạng thanh neo… Hai loại cốt được dùng phổ biến là cốt đai mỏng và cốt dạng khung Vật liệu làm cốt chủ yếu là thép nhẹ, thép mạ kẽm hay epoxy

Dù dùng loại cốt nào thì cường độ chịu kéo của thép chế tạo cốt cũng phải bảo đảm có trị số tối thiểu sau đây:

Đối với thép mạ, khối lượng trung bình lớp mạ kẽm của một mẫu thử không được nhỏ hơn 100g/m² Riêng đối với thép không mạ không được dùng làm cốt khi tuổi thọ thiết kế công trình trên 60 năm

Chiều dày dự phòng cho phép cốt thép có thể bị ăn mòn (chấp nhận thí bỏ, không tính vào phần tiết diện làm việc của cốt) trên mỗi bề mặt tiếp xúc với đất đắp

được xác định tùy thuộc vào tuổi thọ thiết kế như bảng 1.3

Cốt dạng đai mỏng không được cấu tạo có bề dày nhỏ hơn 3mm và chiều rộng không nhỏ hơn 30mm (thường dày 5mm rộng 40÷70mm) Bề mặt cốt có thể

có gờ hoặc không có gờ Chiều dài cốt được xác định theo phương pháp tính toán thiết kế

Bảng 1.3: Chiều dày chấp nhận thí bỏ trên mỗi bề mặt tiếp xúc với đất đắp

Tuổi thọ

Chiều dày thí bỏ (mm) Tường không

bị ngập nước

Tường có tiếp xúc với nước ngọt

độ dãn dài, cường độ xé rách, hệ số thấm, đường kính lỗ lọc…)

Khi dùng cốt bằng vải địa kỹ thuật thì nên chọn vải dệt có cường độ chịu đứt tối thiểu là 25kN/m và tùy theo yêu cầu thiết kế có thể chọn loại có cường độ chịu kéo đứt tới 100; 200 kN/m

Để xác định cường độ chịu kéo của cốt vải địa kỹ thuật và cốt polime nói chung, khi xét đến biến dạng từ biến, thời gian ít nhất là 10.000 giờ ở nhiệt độ tiêu chuẩn 23C đối với mẫu trong phòng thí nghiệm với các mức tải trọng khác nhau theo tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D5262

Hình 1.5: Lưới địa kỹ thuật

1.2.3 Mặt tường

Mặt tường chủ yếu có tác dụng bảo vệ cốt, đất đắp từ ảnh hưởng của thời tiết bên ngoài Ngày nay, mặt tường thường là các tấm bê tông đúc sẵn, các tấm thép hay cọc thép, lưới thép hàn, các khối bê tông, gỗ, cao su, bê tông phun Có các loại mặt tường chính sau:

- Các tấm panel bằng bê tông đúc sẵn có khớp: đó là các tấm panel rời rạc có sẵn các chốt để neo hệ thống cốt Đây là loại mặt tường thường dùng nhất hiện nay

Bảng 1.4: Các sai số thường được chấp nhận đối với mặt tường chắn theo tiêu

chuẩn của Anh BS8006:1995

Vị trí mặt kết cấu Sai số cho phép

40mm cho 8m chiều cao) Lồi ra theo chiều thẳng đứng và lồi

lõm theo chiều nằm ngang

± 20mm so với thước mẫu dài 4,5m

Tuyến thẳng dọc theo đỉnh tường

trên mặt nằm ngang

± 15 mm theo tuyến chuẩn

Hình 1.6: Mặt tường là các tấm bê tông đúc sẵn

- Các tấm đúc sẵn với chiều cao bằng chiều cao tường chắn: là các tấm bê tông

phủ tạm thời toàn bộ chiều cao tường cho tới khi đắp xong lớp đất sau tường

Hình 1.7: Mặt tường là các tấm bê tông liền khối

- Các tấm bê tông đúc tại chỗ: thường được dùng để bao xung quanh các

tường đã ổn định sau thời gian khoảng 1-2 năm

Hình 1.8: Mặt tường là lưới địa được phủ xanh bằng cỏ cây

- Mặt tường trực tiếp bằng lưới được phủ xanh bằng cây cỏ, hòa nhập với

thiên nhiên

- Các khối xây sẵn (MBW): có thể rỗng hay đặc, thường nhỏ và thấp cao

10-20cm có trọng lượng 15-50kg, được dùng đối với các tường có cốt với vải địa (hay lưới địa) gắn vào giữa các khối xây, vải địa được định vị đúng vị trí nhờ các chốt hay do các khối xây đè lên Có rất nhiều hãng dùng loại mặt tường này như các thương hiệu Keystone, Versa – Lock, Allan…

Hình 1.9: Các hình dạng mặt tường theo kiểu khối xây (MBW)

- Mặt tường hình dạng mặt gỗ: loại mặt tường này thường được làm từ các

thanh tà vẹt đường sắt, hay các thanh gỗ lớn đã qua xử lý, vải địa được liên kết vào mặt tường bằng các mảnh ván hay vải địa được gắn trực tiếp vào các khe giữa các thanh mặt tường khi lắp ghép

- Mặt tường là các rọ đá: đây là các rọ bằng thép hay nhựa tổng hợp chứa đầy

đá

Hình 1.10: Mặt tường là các rọ đá

- Các thép hàn vào nhau: đây là loại mặt tường tương tự loại mặt tường dùng

rọ đá, nhưng thường được dùng đối với các loại tường chắn tạm thời

- Mặt tường mềm là các tấm vải địa quấn bao lên bề mặt các lớp đất đắp, khi

này vải địa phải chịu được tia cực tím và sự ăn mòn của môi trường bên ngoài Đôi khi, có thể dùng nhựa đường hay bê tông bọc thêm bề mặt tường (shortcrete)

Hình 1.11: Mặt tường mềm

Tùy theo loại mặt tường mà có nhiều kiểu liên kết cốt vào mặt tường khác nhau, một số dạng liên kết hệ thống cốt vào mặt tường như hình dưới đây:

Hình 1.12: Các cách liên kết hệ thống cốt vào mặt tường

1.3 Trình tự thi công

1.3.1 Thi công tường chắn có cốt, mặt tường là các tấm panel đúc sẵn

Quá trình lắp ghép, xây dựng theo các bước sau:

- San bằng mặt địa điểm xây dựng tường chắn, mọi rác bẩn phải được dọn

sạch

- Đầm nén kỹ toàn bộ bề mặt nền, có thể thay thế đất những nơi không đầm

chặt tốt bằng vật liệu mới và đầm chặt Đào đất nơi đặt đệm tạo phẳng cho bề mặt tường

- Đặt hay đổ bê tông tại chỗ đệm bê tông tạo phẳng cho mặt tường

- Lắp 1 hàng mặt tường với thanh chống đỡ mặt tường để định vị cho mặt

tường thẳng đứng trong khi đắp và đầm chặt đất đắp

- Đắp đất chọn lọc đến cao độ lớp cốt đầu tiên và đầm chặt (nên đầm cách mặt

tường khoảng 0,5m và đầm theo hướng từ mặt tường ra sau)

- Lắp hệ thống cốt liên kết vào mặt tường rồi kéo thẳng cốt

- Đắp tiếp lớp đất bên trên và đầm chặt, sau đó tiếp tục lắp đặt cốt bên trên

- Tiếp tục lắp tiếp mặt tường tầng thứ 2 vào, đắp đất đầm chặt, lắp hệ thống

cốt rồi đắp đất tiếp tục … các công việc cứ tiếp tục tuần tự như vậy cho đến khi tường chắn có cốt hoàn thiện (Sau đó đắp đất trước tường và đầm chặt ngay)

Một số hình ảnh thi công tường chắn đất có cốt:

Hình 1.13: Lắp đặt mặt tường

Hình 1.14: Đổ đất và san bằng trước khi đầm chặt

Hình 1.15: Lắp đặt và căng hệ thống cốt

Hình 1.16: Đầm chặt đất bằng máy đầm nhẹ khi gần mặt tường

Hình 1.17: Đắp đất và đầm chặt lớp tiếp theo

1.3.2 Thi công tường chắn có cốt có mặt tường mềm

Đối với mặt tường mềm, bê tông tạo phẳng cho chân tường không cần thiết Quá trình thi công sau khi vệ sinh bề mặt công trình như sau:

- Lắp đặt lớp cốt (thường là vải/lưới địa) đầu tiên: hướng chịu lực chính của

cốt phải trải ra vuông góc với mặt tường và vắt ngang qua trụ định hình (Hình 1.18)

Buộc chặt cốt với tường để chống dịch chuyển cốt trong khi đổ đất gia cố Vải địa chồng lên nhau với độ dài tối thiểu là 15cm dọc theo biên vuông góc với mặt tường Đối với lưới địa thì có thể buộc chặt

- Đắp đất gia cố một phần giữa 2 lớp cốt, sau đó kéo cốt vào hướng lưng tường

phủ lên lớp đất gia cố vừa đắp (Hình 1.19)

- Đắp tiếp phần đất gia cố còn lại và lấy trụ định hình ra để thi công tiếp phần

cốt và đất bên trên (Hình 1.20)

- Các lớp bên trên tuần tự làm như 3 bước đầu tiên ở trên

Hình 1.18: Trải dài cốt

Hình 1.19: Đắp một phần đất gia cố

Hình 1.20: Đắp tiếp phần đất gia cố còn lại

1.4 Những thuận lợi và bất lợi trong ứng dụng tường chắn có cốt

Tường chắn có cốt là kết cấu có hiệu quả về kinh tế cao thay thế cho hầu hết các loại tường chắn giữ đất truyền thống như các loại tường bê tông cốt thép, đặc biệt khi diện tích bên cạnh bị giới hạn, không cho mái dốc thoải được và khi đó tường chắn có cốt với mái dốc đứng rất thích hợp Ngoài ra, tường chắn có cốt rất thích hợp đặt trên nền đất yếu

Các ứng dụng của tường chắn có cốt thường dùng:



Hình 1.21: Thay thế tường chắn thông thường thô nặng bằng tường có cốt

Hình 1.22: Đường dẫn đầu cầu, mố cầu và tường cánh

Hình 1.23: Tường chắn đất trên nền đất yếu ven sông

Hình 1.24: Tường chắn có cốt bằng rọ đá

1.4.2 Thuận lợi khi sử dụng tường chắn có cốt

Tường chắn có cốt có những thuận lợi so với tường chắn thông thường do tường chắn có cốt:

- Thi công lắp đặt đơn giản và nhanh chóng, không yêu cầu diện tích đặt thiết

bị thi công lớn

- Không yêu cầu nhân công có kỹ thuật cao

- Đòi hỏi sự chuẩn bị ít hơn so với các loại tường chắn khác

- Cần ít khoảng trống trước tường chắn cho công tác thao tác thi công tường

- Đạt hiệu quả kinh tế cao, nhất là đối với các tường cao trên 3m

- Mặt tường với nhiều hình dạng khác nhau nên tạo nên mỹ quan cho môi

trường xung quanh rất tốt

- Tường chắn có cốt có thể đạt tới chiều cao 25m một cách khả thi

1.4.3 Bất lợi khi sử dụng tường chắn có cốt

Tường chắn có cốt có những bất lợi so với các kết cấu đất gia cố khác là:

- Đòi hỏi không gian tương đối rộng sau mặt tường để đảm bảo được khả năng

ổn định bản thân và ổn định bên ngoài tường chắn có cốt

- Tường chắn có cốt đòi hỏi vật liệu đắp tốt, do đó có thể giá thành công trình

tăng cao khi vật liệu địa phương không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật về đất đắp

- Không xây dựng nơi làm xói mòn đất đắp hay hệ thống cốt

- Yêu cầu có sự tính toán hợp lý giữa vật liệu đất đắp và hệ thống cốt, ngăn

ngừa sự ăn mòn của hệ thống cốt, tránh làm hư hỏng bề mặt tường Do đó cần phải

có tiêu chuẩn rõ ràng để tạo sự thống nhất giữa người cung cấp vật liệu và kỹ sư thiết kế…

1.5 Một số ứng dụng tường chắn có cốt trên thế giới và tiềm năng ứng dụng tường chắn có cốt ở Bình Dương

1.5.1 Một số hình ảnh tường chắn đất trên thế giới

Hình 1.25: Tường chắn có cốt đầu cầu Tahuna (New Zealand)

Hình 1.26: Tường chắn có cốt đầu cầu McClymont (New Zealand)

Hình 1.27: Tường chắn có cốt đầu cầu ở Kawabe (Nhật Bản)

(Nơi tường cao nhất là 13,5m, cốt dùng dải thép, hoàn thành năm 1991)

Hình 1.28: Tường chắn có cốt đầu cầu ở Toluca (Mexico)

Hình 1.29: Tường chắn có cốt đầu cầu thuộc dự án Surat – Manor Tollway (hoàn

thành năm 2003, chiều cao lớn nhất 8,35m ở Ấn Độ)

Hình 1.30: Tường chắn có cốt trên đường cao tốc ở Li Băng

(Hoàn thành năm 2007, với chiều cao thay đổi từ 10m ÷17m, trên đường cao tốc kết

nối bắc Li băng với các thành phố ở thung lũng Bekka)

1.5.2 Tiềm năng ứng dụng tường chắn đất có cốt ở Bình Dương

Ngoài yêu cầu về thẩm mỹ, mặt bằng, tiến độ thi công…thì khả năng đáp ứng đắp hoàn toàn khả thi vì các lý do sau:

- Bình Dương có đất nền tự nhiên đa phần là nền đất sét pha, trạng thái từ dẻo

cứng đến cứng, khả năng chịu lực tốt thích hợp với giải pháp tường có cốt mà không cần xử lý nền đất dưới đáy móng tường chắn

- Vật liệu đắp hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sử dụng đắp cho lưới

địa kỹ thuật (PI<10%), Bình Dương có nguồn đất đắp dồi dào, chất lượng tốt (có nhiều nguồn sỏi đỏ tại huyện Tân uyên ; xã Phước Vĩnh, huyện Phú giáo và thị trấn

Mỹ phước, huyện Bến cát) Nguồn vật liệu đã khảo sát, trích “Bản đồ địa chất và khoảng sản tỉnh Bình Dương”:

+ Cát xây dựng: cát xây dựng vùng Tân Uyên đăng ký 3 điểm khoáng sản, trong đó có 2 khoáng sàng và một biểu hiện khoáng sản Cát xây dựng có diện phân

bố hạn chế liên quan với các trầm tích Holocen Cát nguồn gốc sông hiện đại thường tạo nên các dải hẹp kéo dài, chủ yếu là cát lòng sông và bãi bồi ngập nước Cát có chất lượng tốt, phân bố gần nơi tiêu thụ, điều kiện khai thác dễ dàng Đây là cát có tiềm năng triển vọng lớn nhất về cát xây dựng, hiện có nhiều mỏ đang được khai thác, tập trung chủ yếu dọc sông Đồng Nai, thuộc phạm vi Tân Uyên và Biên Hoà và sông Sài Gòn

+ Cuội sỏi: Vùng Tân Uyên phát hiện và đăng ký 4 điểm khoáng sản cuội sỏi đều là các biểu hiện khoáng sản Cuội sỏi có diện phân bố rải rác trong trầm tích Pleistocen liên quan với trầm tích hệ tầng Đất Cuốc, hệ tầng Thủ Đức và hệ tầng Củ Chi Cuội chủ yếu gặp ở dạng các thấu kính, chiều dày nhỏ, nguồn gốc sông Thành phần cuội chủ yếu là thạch anh, rất ít felspat, độ mài tròn trung bình Thành phần độ hạt không đồng đều, độ thu hồi cuội sỏi thấp, thay đổi 38-45%, phần còn lại là cát, bột, sét 55-60%

Mặt cắt lỗ khoan LK605 (xã Phú An, huyện Bến Cát): độ sâu từ 010,0m gồm cát bột, bột cát xen sét bột, bột sét, màu xám trắng, phớt vàng loang lổ nâu tím

đỏ, sét bột: 70100%, cát 030%

Mặt cắt lỗ khoan TU11 (xã Long Tân, huyện Dầu Tiếng): độ sâu từ 03,6m gồm cát, cát pha bột, màu xám sáng, gắn kết yếu đến bở rời, chứa nước tốt Cát hạt trung, thô chiếm 9091%, bột chiếm 9-10%

Mặt cắt lỗ khoan TU10 (huyện Phú Giáo): độ sâu từ 0 9,3m gồm cát hạt mịn đến thô chứa ít sỏi cuội (<5%), màu xám tro, xám nhạt

Mặt cắt lỗ khoan TU1B (Thủ Dầu Một) độ sâu từ 2,87,2m gồm cát, cát bột chứa ít sạn sỏi, màu xám trắng, xám xanh loang ít nâu đỏ

Kết luận:

Tóm lại, công trình ứng dụng tường chắn có cốt rất thích hợp với cả các nước đang phát triển và phát triển Nhờ thi công dễ dàng, không cần thiết bị đặc biệt, mà tường chắn đất có thể tiết kiệm giá thành Ngoài ra, việc thi công khối đắp tường chắn có cốt thì đơn giản, nhanh chóng và lao động tập trung Nếu cần thiết có thể xây dựng theo vài giai đoạn và không cần lao động có kỹ thuật cao Công việc thi công bao gồm: lắp ráp một lớp gồm cấu kiện mặt ngoài được liên kết với cốt, đổ đắp đất và đầm chặt một cách thỏa đáng Quá trình được lặp lại tới khi toàn bộ công trình đạt cao độ yêu cầu

Tuy nhiên, kết cấu dạng này cần lưu ý khi xây dựng nơi có thể xảy ra xói mòn làm yếu vùng đất đắp gia cố hay móng đỡ, nơi có địa chất yếu; không nên xây dựng nơi vùng bị ô nhiễm công nghiệp, nhiễm bẩn clorite, sunfat…làm hư hỏng hệ thống cốt Ngoài ra kết cấu tường chắn có cốt đòi hỏi loại đất đắp phải đúng yêu cầu, phù hợp với cốt không làm cốt hư hỏng

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH –BIẾN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

- Nhóm 1: Các phương pháp dùng mặt trượt giả định

- Nhóm 2: Dựa vào lời giải các bài toán đàn hồi dẻo

- Nhóm 3: Dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn

Trong đó, lý thuyết cân bằng giới hạn dựa trên giả thuyết chính cho rằng tại mỗi điểm trong nền đất đều thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc một điểm mất ổn định là do sự xuất hiện biến dạng trượt tại điểm đó, còn nền mất ổn định là

do sự phát triển của biến dạng trượt trong một vùng rộng lớn nhất định

Điểm A bất kỳ trong nền ở trạng thái cân bằng giới hạn thì thỏa mãn điều kiện của Coulomb:

Trong đó: c = c/tg gọi là áp lực kết cấu trong

Theo Mohr, cường độ chống cắt trên mặt phẳng bất kỳ đều là hàm số của

Khi  < s = .tg + c, điểm A ở trạng thái cân bằng bền, còn trường hợp ngược lại không xảy ra do  = s thì điểm A đã bắt đầu mất ổn định

Trong hình 2.1 trình bày trạng thái ứng suất tại điểm A Trong trường hợp

chung, trên mặt phẳng a – a đi qua A và nghiêng 1 góc  so với hướng của mặt

phẳng chính III có tác dụng của các ứng suất tiếp , ứng suất pháp  và ứng suất pháp do lực dính gây ra c Tổng ứng suất pháp nghiêng 1 góc  so với pháp tuyến của mặt a – a:

 = arctg

c



 Trạng thái ứng suất tại điểm A trong trường hợp bài toán phẳng có thể biểu thị bằng vòng tròn ứng suất Mohr vẽ với các ứng suất chính 1, 3 (hình 2.2).

Hình 2.1: Trạng thái ứng xuất tại điểm A

Điểm M trên vòng tròn Mohr tạo lên góc ở tâm MO1I =2 xác định các thành phần ứng suất trên mặt a – a:

 = MM’ ;  = OM’ ; c = OO’ ;  = MO’I