ngiên cứu úng dụng tường chắn đất có cốt trong công trình xấy dụng đường oto ở VN

nội dung đề tài:ngiên cứu tông quan về tường chắn đất có cốt của các nc trên thê giới và VN ngiên cứu các ứng dụng thiết kế tường chắn cốt( loại cốt là cốt thép và tường bao là các tầm rời BTXM ) ở VN công ngệ thi công kiểm tra và nghiệm thu tương chắn đất có cốt một số thiết kế điển hình tường chắn đất có côt

ngiờn cứu ứng dụng tường chăn đất cú cốt

trong xầy dựng đương ụ tụ ở VN

Mục lục

Trang

2 Mục đích, nội dung và giới hạn của đề tài 4

3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

4 Phơng pháp nghiên cứu đề tài 6

1.1 Khái niệm chung 71.2 Những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tế về xây

dựng tờng chắn đất có cốt của các nớc trên thế giới 111.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xây dựng tờng chắn

1.4 Những vấn đề cần nghiên cứu, ứng dụng thực tiễn về xây

dựng các công trình tờng chắn đất có cốt tại Việt Nam 19

Chơng II : Nghiên cứu ứng dụng thiết kế tờng chắn đất có

2.1 Những cơ sở lý thuyết về cấu tạo, nguyên tắc cơ bản tính

2.2 Phạm vi và các điều kiện sử dụng công trình tờng chắn

đất có cốt trong xây dựng đờng giao thông ở Việt Nam 422.3 Yêu cầu cụ thể đối với đất đắp, vật liệu cốt, tờng bao,

thoát nớc trong công trình t… ờng chắn đất có cốt 452.4 Yêu cầu đối với nền móng, chiều sâu chôn tờng, chiều

rộng móng tờng của tờng chắn đất có cốt 552.5 Trình tự các bớc khảo sát, tính toán, thiết kế, kiểm toán t-

2.6 Những nội dung kiểm toán ổn định, xác định kích thớc

và các yếu tố của tờng chắn đất có cốt 622.7 Biến dạng dãn dài cốt cho phép và dự tính khả năng dãn

2.8 Tính toán liên kết giữa mặt tờng với cốt và tính toán tấm 84

mặt tờng

Chơng III : Công nghệ thi công, kiểm tra, đánh giá và nghiệm

3.2 Yêu cầu đối với việc chế tạo, chuyên chở, bảo quản tấm

3.3 Yêu cầu đối với việc chế tạo, chuyên chở, bảo quản cốt

3.4 Thử nghiệm đánh giá các chỉ tiêu của đất đắp tờng và

khảo sát đánh giá khả năng khai thác của mỏ đất 913.5 Thi công đào móng và xử lí móng 923.6 Thi công lớp đệm tạo phẳng dới chân mặt tờng tấm

3.7 Thiết lập hệ thống mốc định vị và mốc kiểm tra cao độ

phục vụ việc lắp đặt chính xác các tấm mặt tờng 943.8 Lắp đặt các tấm mặt tờng ở hàng dới cùng 943.9 Đắp các lớp đất đầu tiên và lắp đặt hàng cốt đầu tiên 963.10 Lắp đặt các hàng tấm tiếp theo, đắp đất và lắp cốt các lớp 97

1 Những kết quả nghiên cứu của đề tài 111

3 Những hạn chế tồn tại và hớng phát triển tiếp của đề tài 112

Phụ lục : hình ảnh minh họa, nhận xét một số công trình

trong thực tế đã sử dụng tờng chắn đất có cốt

Tham khảo một số thiết kế điển hình. 101-110

Chơng mở đầu

I Sự cần thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nớc 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 nớc nhà Các công trình giao thông ngày nay có chất lợng 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, hoành tráng, đặc biệt là trong các công trình xây dựng trong đô thị, thành phố Những công trình này không chỉ đơn giản là phục vụ giao thông đi lại, giải toả ách tắc giao thông mà nó còn trở thành những biểu tợng, những kiến trúc

đẹp mang những nét đặc trng riêng của đô thị, tạo nên những ấn tợng sâu sắc

Một trong những công nghệ thi công mới trong xây dựng đờng bộ nói riêng và trong ngành xây dựng hạ tầng nói chung đó là xây dựng các bức tờng chắn có cốt với mái dốc thẳng đứng Thực tế hiện nay một số nớc trên thế giới đã

có cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế và công nghệ thi công, công nghệ vật liệu mới …để áp dụng tờng chắn đất có cốt vào trong xây dựng công trình đờng, ở Việt Nam vừa qua tuy chúng ta đã áp dụng tờng chắn đất có cốt vào thi công trong một số các công trình nh : đoạn đờng vào cầu Mẹt trên QL 1A, công trình

đờng dẫn hai đầu cầu của cầu vợt nút giao thông Ngã T Vọng, cầu vợt Mai Dịch,

đã và đang tiếp tục thi công ở các dự án khác nh cầu vợt Ngã T Sở, chuẩn bị cho cầu vợt Thanh Xuân thuộc dự án Đờng Vành Đai 3 ở trên địa bàn Hà Nội, cầu đ-ờng bộ Sông Thơng bắc qua sông Thơng trên thành phố Bắc Giang, ….nhng thực

sự nói đến tờng chắn đất có cốt vẫn đang là một vấn đề mới mẻ đối với nhiều

ng-ời, thực tế hiện nay các cơ quan quản lý của Việt Nam vẫn cha 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 hớng dẫn riêng, thờng theo các Tiêu chuẩn kỹ thuật của Dự án, hoặc tham khảo từ các tài liệu đã biên dịch của nớc ngoài, vì vậy rất cần biên soạn và dần dần hình thành nên hệ thống những hớng dẫn sao cho kịp thời, sâu sắc, cụ thể, rõ ràng hơn trong công tác công tác thiết kế, tính toán kết cấu, yêu cầu về thi công, đánh giá, nghiệm thu, kiểm tra chất lợng tờng chắn đất

có cốt

Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng t“ ờng chắn đất có cốt trong xây dựng đờng

ô tô ở Việt Nam ” là một nội dung cần thiết và cấp bách, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn mà thực tế đang đòi hỏi tại các công trình đang hoặc sẽ xây dựng có sử dụng tờng chắn đất có cốt vì những tính năng u việt, nổi trội của nó, góp phần nhỏ bé trong lĩnh vực xây dựng đờng ô tô ở Việt Nam

II mục đích, nội dung và giới hạn của đề tài

1 Mục đích của đề tài

Do xu hớng tờng chắn đất có cốt sẽ ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi, xây dựng phổ biến ngay tại Việt Nam trong hiện tại và những năm xắp tới, đặc biệt là trong việc nâng cấp, cải tạo lại mạng lới giao thông chật hẹp, không còn đáp ứng

đợc lu lợng và nhu cầu giao thông đi lại trong các thành phố lớn, đô thị mới Vì vậy cần có những thông tin, hớng dẫn đầy đủ, những khuyến nghị để xác định những tiêu chuẩn, điều kiện bắt buộc phải tuân theo, những cái gì có thể áp dụng

đợc trong thực tiễn của Việt Nam

Trên cơ sở nghiên cứu về mặt lý thuyết, tổng kết thực tiễn về thiết kế, thi công công trình tờng chắn đất có cốt của các nớc trên thế giới và đã xây dựng tại Việt Nam, tác giả đã bớc đầu đa ra hớng dẫn thiết kế, thi công loại tờng chắn đất

có cốt, cụ thể là loại cốt thép và vỏ tờng là các tấm rời BTXM cốt thép đúc sẵn Trong đề tài này, học viên cũng sẽ tiến hành đa ra một số định hình trong một công trình mẫu để lấy kết quả đó có thể đem sử dụng nhanh chóng hoặc tham khảo cho các công trình tơng tự khác

2 Nội dung của đề tài

Đề tài sẽ bao gồm một số nội dung chính nh sau:

- Nghiên cứu tổng quan về tờng chắn đất có cốt của các nớc trên thế giới và ở Việt Nam

- Nghiên cứu ứng dụng thiết kế tờng chắn đất có cốt (loại cốt là cốt thép và ờng bao là các tấm rời BTXM cốt thép ) ở Việt Nam

t Công nghệ thi công, kiểm tra và nghiệm thu tờng chắn đất có cốt

- Một số thiết kế điển hình tờng chắn đất có cốt dùng trong đờng giao thông

ở nớc ta

- Một số kết luận và kiến nghị

3 Phạm vi, giới hạn của đề tài

Do đây là một mảng đề tài còn quá mới mẻ, thực tiễn tại Việt Nam cũng cha thi công nhiều, thời gian kiểm chứng cha đợc lâu, kinh nghiệm còn hạn chế, ngoài ra vì điều kiện nghiên cứu và thời gian có hạn, vì vậy trong khuôn khổ đề tài này chỉ xin phép đa ra các thông tin kỹ thuật áp dụng cho kết cấu sử dụng trong xây dựng đờng ôtô, đặc biệt và phổ biến nhất là loại tờng chắn đất

có cốt mà trong đó cốt đợc sử dụng dùng loại cốt thép, vỏ mặt tờng bao bên ngoài của tờng chắn đất có cốt là các tấm cấu kiện bêtông xi măng cốt thép

đúc sẵn trong nhà máy;

Không nhằm mục đích phục vụ cho các ứng dụng khác nh xây dựng nhà ở, tờng ke bến cảng, tờng chống ồn, ụ chiến đấu, pháo đài (trong các công trình quốc phòng), đờng sắt và trong xây dựng các loại mặt bằng khác …;

Đề tài cũng không đề cập đến việc tính toán, thiết kế sử dụng công trình ờng chắn đất có cốt khi đòi hỏi có bố trí các công trình ngầm thông qua khối

t-đất có cốt, hoặc khi đặt trên các vị trí không có khả năng phòng chống xói lở

do ngập lụt hoặc do dòng chảy ngầm phía dới chân tờng Chủ yếu áp dụng cho các công trình đờng dẫn của các cầu vợt tại các nút giao thông khác mức trong các đô thị cần phải cải tạo lại hoặc làm mới

Không đề cập tới khi tờng chắn đất có cốt đợc thiết kế nằm trong vùng ờng xuyên có chứa nớc mặt hoặc có nguồn nớc ngầm bị ô nhiễm (trong nớc có

th-độ pH thấp, tỉ lệ clorit và sunfat cao)

Chỉ nghiên cứu và thu nhỏ trong phạm vi loại công trình : tờng chắn bằng

đất có cốt, không nghiên cứu loại công trình mái dốc có cốt; nền đờng đắp trên

đất yếu có cốt… ;

III ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Sự phát triển trong lĩnh vực xây dựng đờng ôtô ngày nay thể hiện ở sự tiến

bộ vợt bậc trong các lĩnh vực công nghệ vật liệu, công nghệ thi công Từ trớc tới nay, đất chỉ đợc sử dụng nh một loại vật liệu xây dựng thông thờng trong các ngành xây dựng hạ tầng So với các loại vật liệu khác, đất rất rẻ tiền, sẵn có nhng lại có các đặc trng cơ học kém, đặc biệt là không chịu đợc lực kéo Để khắc phục những đặc điểm này, ngoài những biện pháp gia cố đất bằng các chất liên kết vô cơ, hữu cơ, hoá chất, ngời ta đã đề xuất ý tởng dùng đất có cốt để xây dựng các công trình nhằm để tăng thêm một khả năng chịu kéo của đất - đây là một phát minh hết sức quan trọng, là hớng đi mới, phát triển mới trong việc sử dụng có hiệu quả nguồn vật liệu rẻ tiền và có sẵn trong thiên nhiên này

Kết quả nghiên cứu có thể sẽ rất có ích về thông tin và hớng dẫn cho ngời

Kỹ s thiết kế, thi công, kỹ s giám sát công trình có thể đọc, bớc đầu có thể làm tài liệu tham khảo, căn cứ để quản lý đợc chất lợng của sản phẩm loại công trình t-ờng chắn đất có cốt Đóng góp một phần nhỏ bé vào công nghệ xây dựng đờng trong điều kiện nớc ta Vì vậy rất cần biên soạn và dần dần hình thành nên hệ thống những hớng dẫn cho kịp thời, sâu sắc, cụ thể, rõ ràng hơn trong công tác công tác thiết kế, tính toán kết cấu, yêu cầu về thi công, đánh giá, nghiệm thu, kiểm tra chất lợng tờng chắn đất có cốt, đó là một vấn đề hết sức cấp bách

Trên cơ sở lý thuyết, tổng hợp kết quả nghiên cứu, tham khảo các tài liệu, quy trình trong và ngoài nớc, luận án đã bớc đầu đa ra đợc một bản hớng dẫn t-

ơng đối hoàn chỉnh, toàn diện, khá chi tiết về trình tự, yêu cầu khi thiết kế, kiểm

toán, công nghệ thi công và nghiệm thu loại hình tờng chắn đất có cốt mà cụ thể

là dùng loại cốt thép và vỏ tờng chắn là các tấm BTXM cốt thép

Đề tài cũng đã tập trung đi sâu vào nghiên cứu một loại hình công trình trong ngành xây dựng nói chung và trong xây dựng công trình đờng ôtô nói riêng, đã đợc ứng dụng rất nhiều ở các nớc trên thế giới nhng còn mới mẻ và dự báo sẽ áp dụng nhiều ở Việt Nam trong thời gian xắp tới đó là loại hình tờng chắn đất có cốt mà cụ thể là dùng loại cốt thép và vỏ tờng chắn là các tấm BTXM cốt thép

Tài liệu là tiền đề để có thể biên soạn, xây dựng thành tiêu chuẩn, quy trình xây dựng cho loại công trình này Bớc đầu làm tài liệu tham khảo, ứng dụng cho ngời thiết kế, Kỹ s, Sinh viên khi nghiên cứu, thiết kế, thi công loại công trình này

IV phơng pháp nghiên cứu đề tài

1 Nghiên cứu lý thuyết

- Dựa vào các tài liệu đã có, tham khảo thêm các nghiên cứu, áp dụng về ờng chắn đất có cốt của các nớc trên thế giới, đặc biệt là các tài liệu của Pháp, Anh, Nhật Bản… và các tài liệu của các tác giả trong nớc trong những năm gần đây;

t Dựa vào các quy trình, tiêu chuẩn của Nhà nớc và Ngành đã ban hành để áp dụng, tham khảo khi thiết kế, tính toán;

2 Kết hợp với thực tiễn :

- Thu thập số liệu, nghiên cứu và xử lý số liệu trên máy tính : các số liệu đợc thu thập, tổng hợp từ thực tế đã áp dụng trong nớc, kết hợp với công tác thí nghiệm và sau đó tiến hành xử lý;

- Thu thập các tài liệu về thiết kế, thi công, các tiêu chuẩn nghiệm thu của các công trình thực tiễn đã thi công nh tại đờng dẫn cầu vợt nút Vọng, nút Mai Dịch, cầu vợt Ngã T Sở, cầu vợt Sông Thơng, kiến nghị cho áp dụng vào công trình đờng dẫn tại một số cầu vợt khác trên địa bàn Hà nội và tại các địa phơng khác trên cả nớc

Chơng I tổng quan về tờng chắn đất có cốt

1.1 KháI niệm chung

1.1.1 Tờng chắn đất

Tờng chắn đất là loại công trình tờng chắn có tác dụng giữ, chống đỡ cho mái đất đắp hoặc mái hố đất đào khỏi bị sạt, trợt Tờng chắn đất đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi và giao thông Khi làm việc, lng của tờng chắn tiếp xúc với khối đất sau lng tờng và chịu tác dụng của áp lực

đất đó, ngoài ra tờng chắn còn chịu tác dụng của xe cộ bên trên truyền xuống nữa Vì vậy muốn tờng chắn đất đợc ổn định, an toàn, bền vững, làm việc tốt chúng ta cần phải xác định đợc các lực nói trên và có thiết kế cấu tạo hợp lý để chống lại các lực này

1.1.2 Phân loại tờng chắn đất

Tờng chắn đất thờng đợc phân loại theo các cách sau đây nhằm mục đích khác nhau, đó là:

+ Tờng có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất thì gọi là tờng mềm hoặc tờng mỏng Tờng mềm thờng là những tấm gỗ, thép, bêtông cốt thép ghép lại, lu ý

là tờng cù cũng xếp vào loại tờng mềm;

+ Tờng cứng không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị

tịnh tiến và xoay Nừu tờng cứng xoay quanh mép dới, nghĩa là đỉnh tờng có

xu hớng tách rời khỏi khối đất đắp thì nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ là biểu đồ phân bố áp lực của đất rời có dạng đờng thẳng (nếu đất dính thì biểu đồ có dạng hình hơi cong) và trị số cờng độ áp lực đất lớn nhất ở chân tờng; Nếu t-ờng cứng xoay quanh mép trên, nghĩa là chân tờng rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trớc thì biểu đồ phân bố áp lực đất (đất rời cũng nh đất dính)

có dạng cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức độ chuyển vị của tờng và ở vào khoảng phần giữa lng tờng;

Tờng cứng thờng là những khối bêtông, bêtông đá hộc, gạch đá xây nên còn

đ-ợc gọi tờng khối Tờng chắn bằng bêtông cốt thép có dạng tấm hoặc bản nhng

tạo với các bộ phận khác của công trình thành những khung hoặc hộp cứng cững đợc xếp vào loại tờng cứng.

b Phân loại theo nguyên tắc làm việc

Tờng chắn đất là loại công trình thờng xuyên chịu lực đẩy ngang (áp lực đất),

do đó tính ổn định chống trợt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định nói chung của tờng Theo quan điểm này, tờng chắn đợc phân thành mấy loại

nh sau:

+ Tờng trọng lực: độ ổn định đợc đảm bảo chủ yếu do trọng lợng bản thân tờng

(hay còn đợc gọi là tờng nặng) Các loại tờng cứng đều thuộc loại tờng trọng lực

+ Tờng nửa trọng lực: độ ổn định đợc đảm bảo không chỉ do trọng lợng bản

thân tờng và bản móng mà còn do trọng lợng của khối đất đắp nằm trên bản móng Loại tờng này thờng làm bằng bêtông cốt thép nhng chiều dày của tờng cũng khá lớn (do đó loại tờng này còn có tên gọi là tờng dày)

+ Tờng bản góc: độ ổn định đợc đảm bảo chủ yếu do trọng lợng của khối đất

đắp đè lên bản móng Tờng và móng là những bản, tấm bêtông cốt thép mỏng nên trong lợng của bản thân tờng và móng không lớn Tờng bản góc có dạng chữ L nên còn gọi là tờng chữ L

+ Tờng mỏng: sự ổn định của loại tờng này đợc đảm bảo bằng cách chôn chân

tờng vào trong nền Do đó loại tờng này còn đợc gọi là tờng cọc và tờng cừ Để giảm bớt độ sâu chôn trong đất của tờng và để tăng độ cứng của tờng, ngời ta thờng dùng dây néo

c Phân loại theo chiều cao

Chiều cao của tờng thay đổi trong một phạm vi khá lớn tùy theo yêu cầu thiết

kế Hiện nay, chiều cao của tờng đã đạt đến cao 40m Trị số áp lực đất tác dụng lên lng tờng chắn tỉ lệ bậc hai với chiều cao tờng Theo chiều cao, tờng chắn đợc phân thành 3 loại nh sau:

+ Tờng thấp: có chiều cao nhỏ hơn 10m.

+ Tờng cao: có chiều cao lớn hơn 20m

+ Tờng trung bình: là loại tờng chắn có chiều cao vào khoảng trung gian của

hai loại trên (tức là cao từ 10 đến 20m)

Theo quy phạm tạm thời thiết kế tờng chắn đất QP-23-65 của ta thì lấy giới hạn: tờng thấp (có chiều cao dới 5m); tờng trung bình (có chiều cao từ 5 đến 10m) và tờng cao (có chiều cao lớn hơn 10m)

d Phân loại theo góc nghiêng của lng tờng

Theo cách phân loại này, tờng đợc phân thành tờng dốc và tờng thoải:

+ Tờng dốc: có tờng dốc thuận và tờng dốc ngợc

+ Tờng thoải: khi góc nghiêng α của lng tờng lớn quá một mức độ nào đó

e Phân loại theo kết cấu

Về mặt kết cấu, tờng chắn đợc chia thành tờng liền khối và tờng lắp ghép

+ Tờng liền khối: là tờng đợc làm bằng bêtông, bêtông đá hộc, gạch xây, đá

xây hay bằng bêtông cốt thép Tờng liền khối đợc xây (gạch, đá) hoặc đổ (bêtông, bêtông đá hộc, bêtông cốt thép) trực tiếp trong hố móng Hố móng phải rộng hơn móng tờng chắn một khoảng để tiện thi công và đặt ván khuôn Móng của tờng bêtông và tờng bêtông cốt thép liền khối với bản thân tờng, còn móng của tờng chắn bằng gạch đá xây thì có thể là những kết cấu độc lập bằng

đá xây hay bêtông

Mặt cắt ngang của tờng liền khối rất khác nhau, một số hình dạng có tên gọi

nh sau: hình chữ nhật; hình thang ngực tờng nghiêng; hình thang có lng tờng nghiêng; hình thang có lng và ngực nghiêng; hình thang nghiêng về phía đất

đắp; có móng nhô ra phía trớc; có lng gãy khúc; có lng bậc cấp; có bệ giảm tải;

có móng nhô ra hai phía

Tờng bản góc (hay tờng chữ L) có kiểu côngxon hoặc kiểu có bản sờn cũng ờng làm bằng bêtông cốt thép đổ liền khối

th-+ Tờng lắp ghép: gồm các cấu kiện bằng bêtông cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại

với nhau theo những sơ đồ kết cấu định sẵn Cấu kiện đức sẵn thờng là những thanh, hoặc những tấm không lớn (thờng dới 3m) để tiện vận chuyển

Tuỳ theo sơ đồ kết cấu lắp ghép, tờng lắp ghép thờng có mấy kiểu sau đây:

kiểu chữ L gồm những khối và tấm bêtông cốt thép lắp ráp lại; kiểu hàng rào

gồm nhiều thanh bêtông cốt thép làm trụ đứng hay trụ chống và các bản ghép lại, kiểu hộp một tầng hay hai tầng, trong hộp đổ đầy cát sỏi, kiểu chuồng gồm

nhiều thanh đặt dọc ngang xen kẽ nhau, trong chuồng đổ cát sỏi

+ Tờng rọ đá: gồm các rọ đá nối ghép lại với nhau Những rọ đá bằng lới sắt

hoặc lới polime đợc xếp từng lớp, kết nối với nhau rồi xếp đá hộc vào trong ờng rọ Để đất hạt mịn của đất nền và đất đắp không xâm nhập vào đá hộc trong rọ, thờng để một lớp vải địa kĩ thuật ngăn cách đáy tờng và lng tờng với

t-đất nền và t-đất đắp u điểm nổi bật của tờng rọ là chịu lún của nền rất tốt và kĩ thuật làm tờng đơn giản

+ Tờng đất có cốt: tờng chính là mặt bao làm bằng các tấm kim loại, hoặc tấm

bêtông cốt thép, vải địa kỹ thuật , mặt tờng bao đợc nối với các dải (hoặc khung, thanh…) kim loại hoặc polime chôn từng lớp trong đất đắp sau tờng

Đất đắp có tác dụng đẩy mặt bao ra khỏi đất nhng trọng lợng của đất đắp có tác dụng tạo nên lực ma sát giữa đất và cốt neo mặt tờng bao lại Tờng đất có cốt có nhiều u điểm: nhẹ, thi công nhanh chóng, đẹp, chịu lún rất tốt nên có thể thích ứng với nhiều loại đất nền có địa hình và địa chất không đợc tốt

Trong nội dung luận án này chỉ nghiên cứu ứng dụng loại tờng chắn đất có cốt mà trong đó cốt đợc sử dụng dùng loại cốt thép, vỏ mặt tờng bao bên ngoài của tờng chắn đất có cốt là các tấm cấu kiện bêtông xi măng cốt thép đúc sẵn trong nhà máy;

1.1.3 Thoát nớc cho khối đất đắp sau tờng chắn

Việc thoát nớc cho khối đất đắp sau tờng chắn thờng nhằm hai mục đích chủ yếu: tạo điều kiện cho nớc tích chứa trong lỗ rỗng của đất thoát ra nhanh chóng hoặc ngăn ngừa nớc thấm vào khối đất đắp ; ngăn ngừa nớc tiếp xúc với lng tờng để trừ khử áp lực nớc tác dụng lên lng tờng

Thiết bị thoát nớc nói chung gồm có 4 bộ phận : bộ phận thứ nhất – thoát nớc mặt ; bộ phận thứ hai – giảm nhỏ lợng nớc ngấm vào khối đất đắp ; bộ phận thứ ba – thoát nớc trong khối đất đắp ; bộ phận thứ t – thoát nớc ra ngoài phạm vi tờng chắn

1.2 Những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tế về xây dựng

t-ờng chắn đất có cốt của các nớc trên thế giới

Sở dĩ tờng chắn đất có cốt vừa ra đời đã đợc ứng dụng rộng rãi vì nó đã

góp phần tạo ra những u thế trong lĩnh vực xây dựng công trình: giảm khối lợng

đắp nền, giảm diện tích đất đai mà công trình chiếm chỗ do có thể đắp với mái dốc thẳng đứng (1/0); bảo đảm đợc ổn định công trình dù xảy ra biến dạng lớn; thi công đơn giản, nhanh chóng, cốt và các tấm hoặc vỏ mặt tờng bao đều có thể gia công trớc tại nhà máy rồi vận chuyển ra công trờng để lắp đặt, tiện lợi ngay trong quá trình đắp đất (lắp đặt tấm vỏ tờng đến đâu thì lắp, rải cốt và đắp đất đến

đó);

Có thể tùy nghi sáng tạo kiểu dáng mặt tờng bao để đạt đợc các yêu cầu về trang trí kiến trúc và thẩm mỹ, tạo hình, đặc biệt khi sử dụng các tấm vỏ bao mặt tờng bằng các tấm rời BTXM cốt thép nh các hình vẽ dới đây:

Thực tế hiện nay nhiều nớc trên thế giới đã có tính toán, thiết kế để áp

loại vật liệu tổ hợp, thực chất vẫn là dùng đất thiên nhiên để xây dựng công trình, nhng trong đất có bố trí thêm các lớp cốt bằng vật liệu chịu đợc lực kéo theo các hớng nhất định (giống nh việc có bố trí thêm các thanh cốt thép trong khối bêtông ximăng để tạo thêm khả năng chịu lực kéo của bêtông), thông qua sức neo bám, masát, dính, và sức cản bị động của đất (hay còn gọi là hiệu ứng neo đối với những loại cốt dạng khung, dạng lới, dạng mạng) giữa đất với vật liệu cốt mà loại vật liệu tổ hợp này có đợc khả năng chịu kéo tốt.

Nguyên lý tờng chắn đất có cốt do Henri Vidal, một kỹ s cầu đờng ngời Pháp phát minh ra vào những năm 60 của thế kỷ trớc Vào năm 1968, công trình tờng chắn bằng đất có cốt đầu tiên đợc xây dựng tại miền Nam nớc Pháp, (thiết

kế xây dựng tờng chắn cao 10m, rộng 10m, dài 50m); khi đó nguyên lý và phơng pháp tính toán công trình đất có cốt về cơ bản đã đợc xây dựng khá hoàn chỉnh, cơ sở lý thuyết cũng tơng đối đầy đủ Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

về đất có cốt đợc tập trung vào một số nội dung chủ yếu nh sau :

• Nghiên cứu đất có cốt trên mô hình thu nhỏ 2 chiều, 3 chiều nhằm xác

định áp lực lớn nhất ở đáy công trình đất có cốt trên cơ sở các giả thiết về phân bố ứng suất dạng hình thang và theo dạng do Meyerhof đề xuất Xác

định trạng thái phá hoại thuộc phạm vi ổn định nội bộ của công trình đất

có cốt Xác định lực kéo Tmax trong cốt và chiều dài dính bám giới hạn của cốt Xác định chiều cao giới hạn của công trình đất có cốt phụ thuộc vào chiều dài cốt, cờng độ cốt, chiều cao lớp vỏ, trọng lợng riêng của đất đắp;

• Tiến hành đặt các thiết bị đo đạc và theo dõi lực kéo dọc theo cốt và ứng suất trong khối đắp tại một số điểm trong công trình làm thực nghiệm;

• Nghiên cứu các tiêu chuẩn về đất đắp, sự ăn mòn của cốt kim loại;

• Nghiên cứu các đặc trng cơ lý của đất có cốt bằng thí nghiệm nén 3 trục;

• Nghiên cứu tờng chắn đất có cốt trên mô hình quang đàn hồi để xác định phân bố ứng suất trong tờng chắn đất có cốt dới tác dụng của tải trọng Tới nay sau gần 40 năm nghiên cứu và phát triển, do những tính năng u việt của chúng mà tờng chắn đất có cốt đã đợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều nớc châu Âu, châu Mỹ và châu á

Trên toàn thế giới đã có hơn 30.000 công trình tờng chắn đất có cốt đã đợc xây dựng, bao gồm các loại nh: tờng chắn trên đờng ôtô, đờng sắt, mố cầu, nền đ-ờng đắp cao, đê và kè ven sông, ven biển, hầm mỏ và trong các công trình quan trọng khác

Các công trình tờng chắn đất có cốt đã đợc ứng dụng vào thực tế khá phổ biến, rộng rãi và thành công không chỉ ở các nớc châu Âu, châu Mỹ mà gần đây

là tại các nớc trong khu vực Đông Nam á nh ở Singapor, Malaysia, Hồng Kông,

Đài Loan, Indonesia, Thái Lan, Philippines, Brunây …

 Tại Pháp : đã có khoảng 10 công trình đất có cốt đợc xây dựng trong

 Tại Anh : các công trình ứng dụng đất có cốt đợc áp dụng tại công trình

cải tạo xa lộ M25 tại Epping – Luân Đôn Tại đây với những nghiên cứu

đầy đủ về mặt lý thuyết cũng nh kiểm chứng thực nghiệm đã ban hành tiêu chuẩn Anh quốc về đất gia cố cốt mang số hiệu BS 8006:1995

 Tại Mỹ: đã có nhiều công trình sử dụng đất gia cố lới địa kỹ thuật nh tại

các dự án mở rộng xa lộ xuyên bang I75 tại bang Florida; dự án xây dựng tại đại lộ Tanque Verde, thành phố Tucso, bang arizona; dự án xây dựng tờng chắn và đại lộ có nhiều đờng giao nhau; dự án Lithonia bang Georgia… Qua quá trình sử dụng cho thấy, đến hiện nay các công trình

đều bảo đảm ổn định, chuyển vị , biến dạng áp lực đo đợc đều nằm trong phạm vi an toàn, cho phép

 Tại Nhật Bản : đất có cốt đợc ứng dụng một cách phổ biến, đặc biệt

trong ngành đờng sắt Các tổ chức khoa học đã đi sâu nghiên cứu và đa ra

lý thuyết đầy đủ về tính toán tờng chắn đất có cốt Nhiều tài liệu đã đợc công bố nh :

- Tiêu chuẩn kỹ thuật về công tác đất, tờng chắn, cống và các kết cấu tạm thời của Hiệp hội đờng công cộng Nhật Bản;

- Tiêu chuẩn về thiết kế nền móng công trình của Hiệp hội kiến trúc Nhật Bản;

- Sổ tay thiết kế thi công kết cấu tờng chắn đất có cốt địa kỹ thuật của Viện nghiên cứu các công trình công cộng, Bộ xây dựng;

 Tại khu vực Đông Nam á: cũng có hơn 500 công trình với hơn

550.000m2 diện tích mặt tờng đất có cốt đợc xây dựng

1.3 tình hình nghiên cứu và ứng dụng xây dựng tờng chắn đất có

cốt tại việt nam 1.3.1 Những nghiên cứu ứng dụng đất cố cốt trong xây dựng các công

trình cầu đờng tại Việt Nam

Thực ra nguyên lý đất có cốt đã đợc cán bộ, công nhân ngành giao thông vận tải của nớc ta vận dụng để xây dựng và khôi phục, làm đờng tạm … từ những năm chiến tranh chống Pháp và chống Mỹ Khi đó, do khi phải khôi phục những đoạn đờng bị bom địch phá hoại, các đội quân phục vụ đảm bảo giao thông trên chiến trờng đã đắp lại đờng với mái taluy dốc bằng cách lót thêm các lớp cành tre, nứa … và đặc biệt là các lớp cành cây nhỏ rải thêm vào

giữa các lớp đất đắp (thuật ngữ miền Trung gọi là các lớp bổi), nhờ đó đã

giảm đợc khối lợng đất đắp lại, nhằm nhanh chóng khôi phục đợc đờng cho kịp thông xe ôtô, pháo … ra tiền tuyến

Với thực tế đó, ngay từ những năm 1968, Giáo s, TS Đặng Hữu ngay sau khi nhận đợc các thông tin từ nớc Pháp về “đất có cốt” đã viết bài giới thiệu lần đầu tiên về vấn đề này

Vào những năm 1970, Bộ Giao thông Vận tải đã giao cho Vụ Khoa học Kỹ thuật tổ chức nghiên cứu, kiểm nghiệm lại nguyên lý đất có cốt và áp dụng vào xây dựng công trình giao thông ở nớc ta Nhóm đề tài này đợc thành lập với sự phối hợp của các chuyên gia Trờng Đại học Xây dựng, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, Trờng Đại học Giao thông Vận tải kết hợp với chuyên gia Việt kiều Nguyễn Thành Long (làm ở Phòng thí nghiệm trung ơng về Cầu và

Đờng Pháp) Công việc là ngoài công tác nghiên cứu và tiếp cận lý thuyết,

nhóm đã tiến hành thực nghiệm đo ứng suất và biến dạng phát sinh trên mô hình ở trong phòng, đồng thời tiến hành tính toán, xây dựng thí điểm một tờng chắn đất có cốt cao 3m ngoài thực địa nhằm thử nghiệm công nghệ thi công

và đánh giá về mặt ăn mòn của các thanh cốt khi nằm trong đất

Trong công trình thử nghiệm, Cốt đợc làm bằng sắt của thùng phuy xăng

có chiều dày khoảng 1mm, chiều rộng khoảng 8cm đợc phủ nhựa bitum chống gỉ và rắc thêm cát vàng sạch để tăng độ ma sát Mặt tờng cũng đợc làm bằng vỏ thùng phuy cắt ra dạng hình máng có chiều rộng 30cm bằng khoảng cách các lớp cốt Liên kết giữa cốt và mặt tờng bằng bulông thờng Vật liệu

đắp là cát mịn sông Hồng, đắp và đầm chặt đạt đến K=0,98 Sau 5 năm thử nghiệm, tiến hành khảo sát lại cho thấy tình hình ăn mòn của cốt và nhận thấy : cốt vỏ phuy xăng bị ăn mòn không đáng kể, bẻ ravẫn còn ánh kim loại và chiều dày gần nh nguyên vẹn

Tháng 6 năm 1973, một tờng chắn bằng đất có cốt cao 4,25m (với vách thẳng đứng ở cả hai bên) đã đợc xây dựng trên một đoạn đờng dẫn từ đê La Thành xuống một khu tập thể gần Cầu Giấy- Hà Nội Đặc điểm của tờng chắn thí điểm này là tờng bao dùng vỏ thùng nhựa cũ và cốt là các dải cao su đợc cắt ra từ các lốp ôtô phế thải (đây là những vật liệu rất dễ kiếm trong thời đó) Chiều cao của các tấm vỏ tờng cũng cao 25cm (nh vỏ kim loại của H.Vidal), cốt cũng đợc cắt rộng 6,0cm dầy 0,5cm và đợc nối với vỏ bằng các bulông D50 Một phía bên tờng là các nhà cấp 4 Tờng thí điểm này đã tồn tại cho

đến nay, nhng hiện hai bên các nhà dân đã san lấp đến sát và trùm lên vỏ tờng.Qua các nghiên cứu nói trên cho thấy việc dùng các cốt bằng cao su cắt ra

từ các lốp phế liệu là một hớng có thể phát triển tiếp vì đó cũng là một loại cốt bằng vật liệu thuộc loại polime (cao phân tử hữu cơ) nh hiện nay các nớc trên thế giới đã sử dụng phổ biến Dùng loại cốt này đồng thời có thể tận dụng đợc các lốp xe cũ đã qua sử dụng, góp phần giải quyết nạn ứ đọng nguồn phế thải này

Năm 2001, trong khuôn khổ một đề tài nghiên cứu cấp Bộ của Bộ Giao thông Vận tải có tên là “ Nghiên cứu chế tạo cốt thép mạ dùng trong xây dựng công trình đất có cốt ở Việt Nam” do PGS.TS Nguyễn Phúc Trí làm chủ

D14 có mạ chống gỉ, có cấu tạo gồm các “ngạch xơng cá” để tăng cờng sức chống nhổ tuột của của cốt nhờ lợi dụng sức cản bị động của đất (hiệu ứng neo) đối với các ngạch xơng cá Nhóm nghiên cứu này cũng đã tiến hành các thí nghiệm kéo tuột loại cốt nói trên để xác định hệ số sức chống nhổ tuột của cốt chôn trong đất.

Những năm gần đây, do nhu cầu về phát triển công tác xây dựng đờng bộ, nhiều hãng nớc ngoài đã vào Việt Nam tổ chức nhiều cuộc hội thảo về vấn đề

đất có cốt trong xây dựng đờng ôtô và chào hàng về các loại sản phẩm vật liệu dùng trong công trình đất có cốt, trong đó có các loại vải địa kỹ thuật, lới địa

kỹ thuật, rọ đá lới thép Cũng đã có những tài liệu đợc chuyển giao về tính toán thiết kế và công nghệ cũng nh các loại vật liệu xây dựng mới

1.3.2 Sự phát triển các công trình xây dựng bằng đất cố cốt tại Việt Nam

Thực tế ở Việt Nam từ năm 1999 trở lại đây, cùng với các dự án xây dựng mới và khôi phục lại cầu đờng ở nớc ta, các công trình tờng chắn đất có cốt đã tìm đợc chỗ ứng dụng và càng ngày càng đợc sử dụng nhiều hơn Lý do chủ yếu dẫn đến nhu cầu thực tế cần phải sử dụng loại công trình này là do: phải xây dựng các nền đắp cao trên các đoạn đờng dẫn lên cầu, đặc biệt là các cầu vợt bố trí tại các nút giao khác mức trong đô thị, nếu thi công bằng các phơng pháp thông thờng thì luôn đòi hỏi phải có mái dốc nhất định (độ dốc thờng phải là 1:1,5 đến 1:2 làm rất tốn diện tích mặt bằng), trong khi đó tờng chắn

đất có cốt lại có u điểm là hạn chế giải phóng mặt bằng do có thể đắp với mái taluy thẳng đứng, làm giảm đợc mỗi bên một bề rộng bằng từ mép nền đắp

đến chân taluy (ví dụ với nền đắp cao khoảng 10m thì giảm đợc mỗi bên tờng chắn một dải đất rộng từ 15m – 20m) Mà trong thực tế hiện nay, vấn đề giải phóng mặt bằng rất khó khăn, tiền giải phóng mặt bằng để lấy diện tích đất xây dựng công trình trong các khu đô thị, khu dân c lớn hơn nhiều lần tiền để

Ngạch chéo

D14

Ngạch ngang

đầu t cho công tác xây lắp, hoặc khi tại những khu vực sờn núi dốc, địa chất không ổn định, không thể đào sâu và khó làm cầu vợt thì phơng án lựa chọn t-ờng chắn đất có cốt đắp cao là rất hiệu quả Đặc biệt là trong năm 2004, Nhà nớc ta đã cho thành lập Công ty phát triển đờng cao tốc nhằm để xây dựng và phát triển các tuyến đờng cao tốc trên khắp mọi miền đất nớc, thì vấn đề đa loại hình tờng chắn đất có cốt vào ứng dụng là không thể thiếu đợc vì nó đã từng đợc áp dụng để xây dựng các tuyến đờng cao tốc lớn trên thế giới

Một số công trình lớn áp dụng tờng chắn đất có cốt đã đợc xây dựng ở Việt Nam trong một số vừa qua:

tạo nâng cấp quốc lộ 5 :

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án 5, Bộ GTVT (PMU5);

- Dạng kết cấu : Đoạn đờng hai đầu cầu đắp cao sử dụng kết cấu đất

có cốt bằng thép không gỉ với những tấm tạo bề mặt bằng bêtông

đúc sẵn trong nhà máy;

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án Mỹ Thuận, Bộ GTVT ;

- Dạng kết cấu : Tờng chắn đất có cốt đợc sử dụng tại đờng hai đầu

cầu vợt Sóng Thần tại Km 7

Nội đi Lạng Sơn :

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án 1, Bộ GTVT (PMU1)

- Dạng kết cấu : Đoạn đờng hai đầu cầu sử dụng kết cấu đất có cốt với

bề mặt bằng các tấm bêtông cốt thép đúc sẵn trong nhà máy, cốt bằng lới địa kỹ thuật

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án đờng Hồ Chí Minh

- Dạng kết cấu 1: Nền đờng đắp cao với mái dốc 700 Sử dụng lới thép với khoảng cách 0,5 – 1m

- Dạng kết cấu 2: Tờng chắn sử dụng rọ đá kết hợp với cốt lới thép có

chiều cao 8m

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án trọng điểm Hà Nội

- Dạng kết cấu : Sử dụng kết cấu đất có cốt bằng thép với bề mặt là

các tấm BTCT đúc sẵn dùng để thi công đờng dẫn hai đầu cầu Vọng, cầu vợt Ngã T Sở trên thành phố Hà Nội

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án - Sở GTVT Bắc Giang

- Dạng kết cấu : Sử dụng kết cấu đất có cốt bằng thép với bề mặt là

các tấm BTCT đúc sẵn dùng để thi công đờng dẫn hai đầu cầu cầu ờng bộ Sông Thơng, bắc qua sông Thơng, T.P Bắc Giang

- Chủ đầu t : Ban quản lý dự án Thăng Long, Bộ GTVT (PMU Thăng

Long); Nhà thầu CEI 18 (Công ty cầu 12, Công ty 136);

- Dạng kết cấu : Sử dụng kết cấu đất có cốt bằng thép mạ, với bề mặt

là các tấm BTCT hình lục lăng đúc sẵn dùng để thi công đờng dẫn hai đầu cầu cầu vợt Mai Dịch tại nút Mai Dịch – TP Hà Nội

- Đại diện Chủ đầu t : Ban quản lý dự án Thăng Long, Bộ GTVT

(PMU Thăng Long); Tổng thầu VINACONEX;

- Dạng kết cấu : Sử dụng kết cấu đất có cốt bằng thép mạ, với bề mặt

là các tấm BTCT hình lục lăng đúc sẵn dùng để thi công đờng dẫn hai đầu cầu cầu vợt Hoàng Xá

1.4 những vấn đề cần nghiên cứu, ứng dụng thực tiễn về xây dựng

các công trình tờng chắn đất có cốt tại việt nam

1.4.1 Vấn đề xử lý móng của tờng chắn

Đối với các công trình tờng chắn đất có cốt chỉ đợc nghiên cứu trên một nền địa chất tơng đối ổn định, hoặc không xét đến, đề cập ít, nhng khi áp dụng vào thực tiễn ở Việt Nam thì cần phải đợc nghiên cứu kỹ lỡng Thực tế là tại các

vị trí đặt công trình tờng chắn đất có cốt thờng lại có địa chất không tốt, thờng phải tiến hành các biện pháp xử lý nền đất yếu trớc khi đặt công trình lên trên

Nh công trình tờng chắn đất có cốt đặt tại nút giao thông Mai Dịch trên dự án ờng Vành đai 3 HN đã phải tiến hành bóc bỏ một lớp đất yếu sâu tới 2m (so với cao độ đặt đáy tờng chắn), sau đó đóng cọc tre gia cờng với chiều dài cọc 2,5m; mật độ cọc là 25 cọc/m2, trải vải địa và đắp trả lại từng lớp hố móng bằng vật liệu cát đen hút tại sông Hồng và đầm nén tới độ chặt yêu cầu K95

đ-1.4.2 Vấn đề lựa chọn vật liệu đắp trong tờng chắn

Đối với các công trình tờng chắn đất có cốt, vấn đề vật liệu đắp rất cần phải nghiên cứu và lựa chọn kỹ lỡng, lý do nó là nó tác động rất lớn đến khả năng làm việc của toàn bộ công trình Cốt và đất kết hợp với nhau để tham gia cùng chịu lực, trong đó cốt sẽ hấp thụ lực kéo và lực cắt do tác động của tải trọng thông qua

đất, đất chỉ chịu lực nén

1.4.3 Vấn đề thoát nớc của tờng chắn

Vấn đề thoát nớc cho công trình tờng chắn đất có cốt rất quan trọng, thực

ra câu nói truyền thống “ n ớc là kẻ thù số 1 của đờng” còn nguyên giá trị Nếu

trong tờng chắn, trên tờng chắn hoặc dới chân tờng chắn có chứa nớc hoặc các nguồn nớc thì trong mọi trờng hợp, cần phải có biện pháp hạn chế các nguồn nớc (nớc ma, nớc mặt, nớc ngầm) thấm vào trong khối đất có cốt và thoát nhanh nớc

đã thấm đó ra khỏi khối đất có cốt (thờng thiết kế thoát về phía ra ngoài mặt tờng bao), thoát nớc mặt phía trên đỉnh tờng;

Mặt đờng trong phạm vi phần xe chạy và lề đờng nên thiết kế dùng loại vật liệu không thấm nớc; tại chân mái dốc taluy tiếp xúc với đỉnh tờng chắn hoặc phía ngay sau các tấm bao bề mặt tờng chắn cần phải thiết kế rãnh dọc, vật liệu rời rạc để thoát và dẫn nhanh nớc ra khỏi khối tờng chắn

1.4.4 Vấn đề công nghệ thi công, lựa chọn sử dụng vật liệu phù hợp, các nội dung, vấn đề khi kiểm tra, nghiệm thu công trình

- Chọn vật liệu: cốt, tấm vỏ, đất đắp trong vùng có cốt, đất đắp trong lõi;

- Công nghệ thi công: lắp đặt cốt, các tấm vỏ tờng, đắp đất …;

- Kiểm tra, nghiệm thu, các biện pháp bảo vệ công trình

1.4.5 Vấn đề bảo dỡng công trình tờng chắn đất có cốt trong quá trình khai thác, sử dụng :

- Việc bảo vệ các tấm vỏ tờng, tạo mỹ quan cho các tấm vỏ tờng cũng nh toàn bộ công trình;

- Thoát nớc tốt cho tờng chắn;

- Theo dõi lún, biến dạng, độ bằng phẳng bên ngoài của vỏ tờng chắn, các

2.1 Những cơ sở lý thuyết về cấu tạo, nguyên tắc cơ bản tính

toán tờng chắn đất có cốt

Từ lâu đời, đất đợc sử dụng nh một loại vật liệu xây dựng thông thờng, rẻ tiền, sẵn có trong tự nhiên Tuy nhiên đất có các đặc trng cơ học kém, đặc biệt là không chịu đợc lực kéo (nhng khả năng chịu nén cao) Vì vậy ngời ta đã nghĩ đến việc phải cải thiện những nhợc điểm này bằng cách bố trí thêm trong nền đất đắp các lớp vật liệu có khả năng chịu đợc lực kéo theo những hớng nhất định (bố trí thêm các lớp cốt), vật liệu đó có thể là các lớp dạng lới, khung… bằng kim loại hay các loại vải địa kỹ thuật Khi đó ta đợc một loại tổ hợp vật liệu mới để xây dựng công trình; thông qua sức neo bám (do masát, dính, neo bám) hoặc do sức cản bị động của đất mà loại tổ hợp vật liệu đất có cốt này có đợc khả năng chịu kéo (giống nh loại vật liệu bêtông cốt thép có khả năng chịu kéo, trong khi đó bản thân bêtông lại chịu kéo rất kém), việc thành phần cốt hấp thụ lực kéo và lực cắt trong đất là nhờ sự tơng tác giữa đất và cốt

Tờng chắn đất có cốt đợc chia thành 4 thành phần chính sau :

- Phần đất có cốt (gọi là đất đợc gia cờng);

- Phần đất ở sau phần đất có cốt (lõi của công trình tờng chắn đất có cốt);

- Nền đất;

- Vỏ tờng (khối mặt tờng bao phía ngoài);

2.1.1 Nguyên lý đất có cốt về mặt cơ học

2.1.1.1 Sự phá hoại của đất khi không có cốt

Nh chúng ta đã biết, đất xem nh một vật liệu rời Khi chịu ngoại lực tác dụng thì đất sẽ ổn định (không bị phá hoại cắt trợt) nếu trạng thái ứng suất ở bất

kỳ điểm nào và theo hớng nào cũng nằm dới đờng bao phá hoại của vòng tròn Mohr

(hình vẽ minh họa đợc thể hiện ở trang sau)

Theo vòng tròn Mohr ta có thể diễn giải các điều kiện khi đất ở vào trạng thái cân bằng giới hạn nh sau:

2 2 45

1 3

ϕ ϕ

τ , - ứng suất cắt và ứng suất pháp tại điểm đang xét theo hớng đang xét;

ϕ- góc nội ma sát của đất;

c – lực dính của đất;

1

σ và σ 3 - ứng sất chính theo phơng thẳng đứng và phơng nằm ngang tại

điểm đang xét;

Ko, Ka, Kp lần lợt 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;

Theo công thức (1) trên, với một loại đất có c, ϕđã biết, trị số σ 1 do

ngoại lực sinh ra càng lớn mà lúc đó σ 3 không đủ lớn thì đất sẽ bị phá hoại

Trong trờng hợp có tờng, nếu áp lực hông dần dần giảm đi (tựa nh lúc thân tờng chống đỡ dịch chuyển ra phía ngoài) thì khi σ 3 giảm đến σ3 =OC, khối đất sẽ

đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn dẻo và bị phá hoại Do vậy đất là vật liệu không chịu đợc nén thuần túy (khi σ3 = 0), không thể làm vật liệu xây dựng các

công trình chịu nén lớn nếu lực dính c có hạn và nếu không có biện pháp điều chỉnh trạng thái ứng suất (làm tăng áp lực hông σ 3)

T=6tgG+c

T

D A

E C 0

=OA =OA =OA

=OE =OC =OD

Tường Tường

Tường

(hình 1)Ngợc lại, theo công thức (2) nếu trị số σ 3 càng lớn so với σ 1 thì đất cũng

sẽ bị phá hoại Trong trờng hợp có tờng , nếu áp lực hông σ 3 dần dần tăng lên

(tựa nh lúc thân tờng chống đỡ dịch chuyển vào trong) thì khi đất đặt đến

OD

=

3

σ khối đất cũng bị phá hoại Chính vì vậy ứng suất chính nhỏ nhất σ 3 ở

công thức (1) gọi là ứng suất (áp lực) chủ động với hệ số Ka là hệ số áp lực đất

chủ động và σ 3 ở công thức (2) gọi là ứng suất (áp lực) bị động với Kp là hệ số áp

lực đất bị động

Khi σ1.K a − 2c K a < σ 3 <σ1.K p − 2c K p thì đất cha đạt đến trạng thái cân

bằng giới hạn và lúc này σ 3 nằm giữa áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động,

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

2.1.1.2 Vai trò của cốt

Vai trò của cốt chính là nhằm tạo ra áp lực hông σ 3 ngay từ bên trong khối

đất có bố trí cốt (σ 3 không phải do ngoại lực gây ra) Điều này cũng tơng đơng

với việc tạo ra đợc lực dính c lớn hơn bên trong khối đất

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

σ

σ

(hình 2)Khi khối đất chịu nén theo phơng thẳng đứng với áp lực σ 1, nếu không bố

trí cốt (σ3 = 0) khối đất sẽ bị phá hoại vì nở hông tự do Nhng khi có bốt trí cốt

(khối đất bị kẹp giữa hai lớp cốt), và giả thiết giữa cốt và đất có đủ sức neo bám cần thiết (tức là đất và cốt bám chặt cùng chuyển vị với nhau) thì khi chịu nén,

đất chỉ có thể chuyển vị ngang trong phạm vi chuyển vị ngang của cốt Vì môđun biến dạng của vật liệu cốt cao hơn rất nhiều lần so với môđun biến dạng của đất nên trị số biến dạng ngang εn của khối đất hầu nh không đáng kể (εn ≈ 0

) và do đó đất xem nh chịu nén 3 trục có hạn chế nở hông với trị số áp lực hông

3

σ :

Trong đó : K – hệ số áp lực ngang của đất; nếu ở trạng thái tĩnh (εn ≈0)

thì K=Ko với Ko là hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh Theo Jaky, Ko = 1 - sinϕ

áp lực hông σ 3 chính là do cốt tác dụng vào đất thông qua lực ma sát giữa

đất và cốt Khối đất sẽ ổn định nếu nh σ 3 không vợt quá sức kéo của cốt làm cốt

đứt hoặc không vợt quá áp lực bị động của đất làm đất bị phá hoại Nh vậy trị số

3

σ do cốt đặt trong đất tạo ra bị hạn chế bởi sức chịu kéo đứt của bản thân cốt,

bởi sức chống kéo tuột cốt (phụ thuộc vào khả năng neo bám giữa đất với cốt) và bởi sức chống cắt trợt của đất

Giả sử cho khối đất ở hình vẽ (hình 2) trên chịu lực ngang thì rõ ràng trong trờng hợp này cốt không có tác dụng hạn chế nở hông nữa và nếu muốn khối đất

đợc ổn định thì lại phải bố trí các lớp cốt theo phơng thẳng đứng Chính vì vậy

mà tổ hợp vật liệu đất có cốt là loại có tính dị hớng

Vai trò nói trên của cốt chính là nguyên lý cơ bản để tạo ra vật liệu đất có cốt và nguyên lý này có thể minh họa bằng một hình ảnh ở dới đây:

Trên (hình 3) trên ta có thể thấy: nhờ bố trí các lớp “cốt” bằng giấy bìa (hoặc vải bố) mà khối đá cuội không có lực dính kết vẫn có thể duy trì đợc vách thẳng đứng khi đá cuội trơn nhẵn đợc xếp chồng lên nhau; đó chính là do các lớp cốt bằng giấy hoặc vải đã tạo ra đợc một áp lực hông thông qua ma sát giữa chúng với đất Hình vẽ trên cũng cho ta thấy rõ rằng: khi đủ ma sát (đủ sức neo bám giữa cốt với đất) và các lớp cốt bố trí đủ gần nhau theo chiều đứng, thì mặt t-ờng bao, nếu đợc đặt để bao bọc khối đất có cốt ở mặt hông, sẽ không chịu bất

kỳ một lực đẩy ngang nào từ khối đất có cốt Nếu các lớp cốt đợc bố trí có

Hình ảnh minh họa nguyên

lý đất có cốt (hình 3)

khoảng cách nhất định theo chiều thẳng đứng thì lúc đó vỏ mặt tờng bao chỉ chịu một áp lực nhỏ, cục bộ, không đáng kể của lớp đất nằm giữa hai lớp cốt và vai trò của vỏ mặt tờng bao chỉ là để bảo vệ bề mặt phía hông chống các tác dụng xâm hại, làm lở hoặc xói cục bộ khối đất có cốt nh trên đã nói; ngoài ra mặt tờng bao còn là bộ phận đợc cấu tạo để tạo hình dạng mỹ quan bên ngoài cho công trình.

Nh vậy, nếu các lớp cốt đợc bố trí đúng hớng, đợc tính toán và bố trí với các khoảng cách theo chiều đứng và chiều ngang thích hợp thì trong khối đất có cốt sẽ không xảy ra biến dạng trợt và toàn khối đất có cốt đó đợc xem nh một khối bền chắc, có đủ sức kết dính để ổn định dới tác dụng của trọng lợng bản thân và ngoại lực

Để thấy rõ thêm vai trò của cốt ta phân tích thêm trờng hợp một khối đất có khả năng bị trợt theo một mặt nào đó nh các hình vẽ dới đây:

Chưa có cốt

S

B A

R 1

F dS

dS

(hình 4: a&b)

ở hình vẽ (hình 4) trên, mặt trợt S chia khối đất thành hai phần A và B Giả sử trên một diện tích dS nào đó của mặt trợt S, mảnh trợt A tác dụng lên mảnh trợt B một lực R1 Nếu R1 làm với pháp tuyến của dS một góc lớn hơn góc nội ma sát ϕcủa đất thì tại đó sẽ xẩy ra chuyển vị trợt Để đảm bảo ổn định của cả khối đất thì phải bố trí cốt sao cho lực kéo của cốt F (do sức neo bám giữa

đất và cốt tạo ra) hợp với R1 thành một hợp lực R2 (hình 4b) có phơng của R2 làm với pháp tuyến qua dS một góc nhỏ hơn ϕ Nếu trên toàn bộ mặt trợt S đều bố trí cốt sao cho đảm bảo điều kiện nói trên thì hai mảnh A và B sẽ gắn liền với nhau và khả năng trợt giữa chúng sẽ không xảy ra

2.1.1.3 Sự neo bám giữa cốt và đất

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

ra áp lực hông σ 3 ngay từ bên trong khối đất có cốt, tức là tạo ra đợc sự truyền

sức chịu kéo của cốt cho đất (giống nh sự truyền sức chịu kéo của cốt thép cho bêtông trong loại vật liệu tổ hợp bêtông cốt thép)

Việc truyền lực giữa đất và cốt hay sự tạo ra sức neo bám giữa cốt với đất phụ thuộc vào cấu tạo hình dạng cốt và có hai phơng thức cơ bản là phơng thức truyền lực thông qua ma sát giữa chúng và phơng thức truyền lực thông qua sức cản bị động của đất Đối với các loại cốt dạng đai mỏng; cốt dạng tấm; cốt dạng khung; dạng lới; dạng mạng, tất cả đều truyền lực thông qua ma sát Nhng chỉ những loại cốt dạng khung; dạng lới; dạng mạng là các loại cốt có các phần tử cốt vuông góc với phơng truyền lực kéo thì mới có thêm phơng thức truyền lực thông qua sức cản bị động của đất (tức là mới có hiệu ứng neo) Ngoài ra trong công nghệ đất chèn cốt này hiện nay cũng đã có những loại cốt chỉ truyền lực nhờ sức cản bị động của đất thông qua cấu tạo bầu neo

nhờ có các thanh cốt bố trí vuông góc với phương truyền lực Pp Cốt dạng khung, dạng lưới bằng thép tròn tạo ra sức cản bị động của đất

Nhìn trên mặt bằng Nhìn theo chiều đứng

PP

Thanh ngang

ngang Thanh

b Sức cản bị động của đất

0 S σ

σ

σ

(Hình 5)

Cơ cấu truyền lực thông qua ma sát giữa đất và cốt đợc miêu tả nh ở hình dới

(Hình 6)Phân tích sự cân bằng của một phân đoạn nhỏ đất có cốt dl với bề rộng b, ta có thể thấy lực đợc truyền qua dl sẽ là:

số σv là bao nhiêu Vì vậy thờng phải sử dụng hệ số ma sát xác định bằng các thí nghiệm kéo trợt :

Trong đó : L – chiều dài cốt;

Pf – lực kéo tuột (sức chống kéo tuột)

Hệ số này còn đợc ký hiệu là f*, đợc gọi là hệ số ma sát quy ớc hay hệ số ma sát hữu hiệu Theo kết quả thí nghiệm cho thấy: trị số à*thay đổi tuỳ theo tính chất

đất (cấp phối hạt, góc cạnh hạt, đặc tính ma sát và độ chặt của đất), tuỳ theo dạng hình học và đặc tính bề mặt của cốt cũng nh tuỳ thuộc vào trị số ứng suất gia tải hữu hiệu; Bề mặt vật liệu cốt càng trơn nhẵn, lực chống trợt của cốt càng nhỏ thì trị số à*càng nhỏ Nếu ứng suất gia tải càng tăng thì do ứng suất tăng lên, sự

xốp nở của đất khi biến dạng trợt càng giảm khiến cho trị số à* cũng càng

giảm nhỏ tơng ứng

Hệ số à* nói chung thờng thay đổi trong phạm vi 0,4 – 1,5 Khi tính toán, đối

với cốt dải mỏng có gờ bằng kim loại thờng xem nh tại vùng đỉnh tờng à*=

1,5; càng xuống sâuà*càng giảm thấp, cho đến tại độ sâu cách đỉnh tờng 6,0m

thì à*=tgδ =tgφ ; sau đó càng tiếp tục xuống sâu trị số à* sẽ giữ nguyên không thay đổi nữa Còn đối với cốt dải trơn nhẵn bằng kim loại hoặc cốt vải địa

kỹ thuật hay cốt lới sợi thép là loại cốt biến dạng nhiều thì thờng giả thiết à*

không thay đổi theo độ sâu và thờng lấy :

Ab : diện tích tiếp xúc của đất với đất của một thanh ngang;

Np : hệ số sức cản cản bị động của đất; hệ số này đợc xác định bằng thí nghiệm kéo tuột cốt chôn trong đất và phụ thuộc vào cờng độ của đất cũng nh khả năng xốp nở của đất khi đất bị biến dạng trợt Theo kết quả nghiên cứu thử nghiệm kéo tuột, thông thờng hiện nay trong tính toán ngời ta đã sử dụng trị số Np = 15 – 30; ở những vùng phía trên của công trình đất có cốt (ví dụ phần trên đỉnh tờng chắn đất có cốt) là vùng đất chịu ứng suất pháp nhỏ, đất dễ bị xốp nở nhiều khi biến dạng trợt thì trị số Np lấy bằng 30 Càng xuống dới khi ứng suất pháp tác dụng lên cốt càng lớn, đất càng khó bị xốp nở thì hệ số này càng nhỏ đi và ở độ sâu cách đỉnh công trình 6,0m thì trị số Np = 15; dới độ sâu đó, trị số hệ số Np giữ nguyên không đổi bằng 15.

Trên thực tế, nhiều loại đất có cốt đều có cả hai phơng thức truyền ứng suất

là ma sát và sức cản bị động của đất Nhng chỉ với loại đất có cốt nào cả hai

ph-ơng thức truyền ứng suất nói trên đều chiếm tỷ lệ tph-ơng đối lớn (nh với cốt dạng khung, dạng lới geogrid hoặc lới sợi thép) thì mới xét đến lực kéo tuột do cả 2 phơng thức đó tạo ra theo quan hệ biểu thị dới đây:

Pkt = Pf + Pp = σv(à*.As + Np.n.Ab)Trong đó : Pkt – tổng sức chống kéo tuột;

Pf – sức chống kéo tuột do ma sát tạo ra;

As – diện tích bề mặt của các đơn nguyên cốt;

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

có cốt Trị số à*và Np phải đợc xác định thông qua thí nghiệm có xét đến tác

dụng tơng hỗ giữa chúng

Nh vậy, ta đã có đợc phơng pháp đơn giản tính toán về điều kiện neo bám giữa đất và cốt với các hệ số à*và Np đợc xác định từ các thử nghiệm kéo tuột

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

Rõ ràng là : sức chống kéo tuột Pf hoặc Pp (hoặc cả hai) tuỳ thuộc vào cờng độ chống cắt trợt của đất, diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa cốt với đất, ứng suất pháp tác dụng lên cốt, các đặc trng hình học và đặc trng bề mặt (có tạo nhám hay

không) của cốt Trong trờng hợp các yếu tố cấu tạo cốt không đổi 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 đợc chiều dài cần thiết để bảo đảm đủ neo bám đối với từng lớp cốt sẽ đợc bố trí trong công trình.

Trên đây ta mới xét đến sự truyền lực giữa cốt và đất tại mặt tiếp xúc trực tiếp giữa chúng Trong thực tế các công trình đất có cốt, các lớp cốt thờng đợc bố trí cách nhau một khoảng cách Sv nhất định (theo chiều đứng) và các thanh có thể

bố trí cách nhau một khoảng cách Sh ( trên mặt bằng ) Nh vậy giữa các khoảng cách đó có một phần đất không tiếp xúc trực tiếp với cốt Vấn đề trạng thái ứng suất trong phần đất này và vấn đề truyền lực của cốt từ mặt đất đến những phần không tiếp xúc trực tiếp là khá phức tạp và cũng đã đợc nghiên cứu với các mô hình trong phòng và quan trắc trên các công trình thực Qua đó, hiện trong tính toán thiết kế ngời ta chấp nhận giả thiết xem là: lực kéo do mỗi thanh cốt truyền cho đất sẽ phân bố đều trong phạm vi Sv x Sh

Giả thiết này có thể chấp nhận nếu Sv và Sh đủ nhỏ và vì vậy khi bố trí cốt trong các công trình đất có cốt nên tham khảo kinh nghiệm từ những công trình thực tế đã đợc xây dựng và tồn tại bền vững (với sự ngầm hiểu rằng đối với các công trình đó các khoảng cách Sv và Sh đợc xem là đủ nhỏ)

Qua phân tích ở các mục nói trên ta thấy muốn thực hiện đợc một công trình bằng đất có cốt (nh công trình tờng chắn bằng đất có cốt chẳng hạn) thì cần phải

đảm bảo các điều kiện sau đây:

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

- Cốt phải chịu đợc lực kéo lớn nhất có thể phát sinh khi công trình ở trạng thái làm việc bình thờng (chịu các tác động của ngoại lực);

- Đất phải đủ cờng độ chịu nén và chịu cắt để tiếp nhận lực kéo của cốt truyền cho đất;

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

từ các tác nhân bên ngoài và chống lở đất, trôi đất trong phạm vi giữa các lớp cốt;

- Nền móng đặt công trình đất có cốt phải đủ cờng độ và đảm bảo đợc bền vững, ổn định;

Các điều kiện nói trên chính là tóm tắt các nguyên lý tạo ra vật liệu đất có cốt

và nguyên lý xây dựng một công trình bằng đất có cốt

2.1.2 Nguyên tắc cấu tạo và cơ sở tính toán tờng chắn bằng đất có cốt

2.1.2.1 Cấu tạo tờng chắn bằng đất có cốt

ứng dụng nguyên lý đất có cốt đã nói ở mục trên, một công trình tờng chắn đất có cốt gồm có thân tờng rộng L, cao H, đợc đắp bằng đất, có góc mái dốc đắp mặt ngoài từ 0o đến 20o so với phơng thẳng đứng, trong khối đắp có bố trí các lớp cốt rải nằm ngang và cốt đợc liên kết chặt với mặt tờng bao nh các hình

vẽ dới đây Nếu độ dốc đắp mặt ngoài lớn hơn 20o so với phơng thẳng đứng thì không xem là tờng chắn bằng đất có cốt; trờng hợp đó phải thiết kế cấu tạo và tính toán theo nguyên tắc mái dốc có cốt (không đề cập đến trong nội dung luận

án này)

Phần đỉnh tờng có thể đợc sử dụng trực tiếp làm một phần nền đờng, trên

đó có thể xây dựng mặt đờng cho xe cộ đi lại hoặc có thể đắp thêm các khối đắp khác

Kể từ khi tờng chắn bằng đất có cốt đợc xây dựng thí điểm cho đến nay, các hãng công nghệ về đất có cốt ở các nớc đã không ngừng cải tiến kết cấu cốt

và mặt tờng bao theo hớng tăng mức độ thuận tiện cho việc lắp đặt trong quá trình thi công; lợi dụng các vật liệu mới và vật liệu phổ biến; tăng sức neo bám giữa đất và cốt; tăng tính bền vững của công trình; tất cả đều nhằm hạ giá thành, tăng độ tin cậy để loại công nghệ này có thể cạnh tranh đợc với các công nghệ xây dựng khác

20 Mặt tường bao

b)

Đáy tường Cốt

Đỉnh tường

Cốt

Đất đắp đầm chặt Lưng tường

đất đắp để hạn chế tác dụng xâm thực của đất đối với cốt, đảm bảo tuổi thọ các loại cốt bằng các vật liệu khác nhau

Về cốt, ngoài cốt bằng kim loại nay đã phổ biến dùng cốt bằng vật liệu polime dới dạng vải, lới địa kỹ thuật Cốt kim loại lúc đầu dùng thép mạ hoặc thép không gỉ, nay đã dùng phổ biến cả các loại thép thờng không mạ (với một chiều dầy dự phòng cho phép cốt có thể bị ăn mòn trong thời hạn tuổi thọ thiết kế của công trình)

Để tăng khả năng neo bám giữa cốt và đất, đến nay đã đa dạng hoá các dạng cấu tạo cốt, trong đó có những loại cốt cấu tạo để lợi dụng sức cản bị động của đất

Cấu tạo cốt dạng lưới hoặc khung

Cấu tạo cốt dạng tấmCấu tạo cốt dạng dải hoặc đai

Về mặt tờng bao, ngoài loại mặt tờng bao mềm không tham gia chị áp lực

đất sau lng tờng chắn nh những tờng chắn đất có cốt truyền thống, mấy năm cuối thế kỷ 20, Viện nghiên cứu Công nghệ đờng sắt Nhật Bản đã sáng tạo ra loại tờng

đất có cốt với mặt tờng bao cứng (bằng bêtông cốt thép đổ tại chỗ có độ cứng cao) để cùng với khối đất có cốt tham gia chịu áp lực đất sau lng tờng Nhờ vậy

bề rộng khối đất có cốt có thể giảm đến L = 0,35 H ( H là chiều cao tờng) nhng L

Xếp rọ đá

L L

H

Xếp rọ đá, hoặc lớp đá dăm

Khoảng 30cm

Cốt bằng chất dẻo tổng hợp hoặc bằng thanh, dải, khung kim loại

 Bản thân khối đất có cốt (chiều rộng L, chiều cao H) luôn duy trì đợc tính toàn khối và bảo đảm không bị phá vỡ do các hiện tợng đứt cốt, tuột cốt hoặc dãn cốt nh miêu tả ở 03 hình dới đây Yêu cầu này đợc gọi là yêu cầu bảo đảm

ổn định nội bộ của tờng chắn đất có cốt.

dãn cốt tuột cốt

đứt cốt

(Hình 11)

 Cũng nh đối với các loại công trình chống đỡ khác (bằng rọ đá, bằng đá xây, bằng bêtông), tờng chắn đất có cốt (với bề rộng L, chiều cao H) phải chịu

đợc áp lực đẩy của đất sau lng tờng và tác dụng của các ngoại lực khác (nếu có)

để không bị lật, không bị phá hoại do nền móng phía đáy tờng không đủ sức chịu tải dẫn đến tờng bị nghiêng đổ, không bị dịch chuyển trợt, tờng cùng với khối đất sau tờng không bị trợt quay dẫn đến mất ổn định toàn khối và tờng

không bị lún Yêu cầu này đợc gọi là yêu cầu bảo đảm ổn định tổng thể (loại

ổn định ngoài) đối với tờng đất có cốt

phá hoại truợt

lún

truợt về phía truớc

sức chịu tải và nghiêng lật phá hoại do không đủ

(Hình 12)

 Để bảo đảm yêu cầu ổn định nội bộ của khối tờng bằng đất có cốt cần phải dựa vào nguyên lý làm việc của đất có cốt và của tờng chắn bằng đất có cốt để :

- Tính toán đợc lực kéo lớn nhất Tj mà mỗi hàng cốt hoặc mỗi lớp cốt phải chịu trên một mét dài tờng;

- Với trị số lực kéo lớn nhất Tj tiến hành kiểm toán khả năng kéo đứt cốt trên cơ sở đã biết cờng độ của vật liệu cốt;

- Kiểm toán khả năng cốt bị kéo tuột do không đủ sức neo bám và kiểm toán chiều dài cốt cần thiết;

- Dự tính mức độ biến dạng của cốt và so sánh nó với trị số biến dạng dãn dài cốt cho phép;

- Tính toán liên kết giữa mặt tờng bao với cốt trên cơ sở lực kéo lớn nhất Tj

đã xác định đợc và tính toán tấm bao mặt tờng chắn;

- Tính toán chiều dầy dự phòng bị ăn mòn của các cốt bằng kim loại hoặc đề xuất các biện pháp chống lão hoá về cờng độ của cốt và mặt tờng bọc cuộn bằng vật liệu polime hay vải địa kỹ thuật

Tất cả các nội dung tính toán thiết kế nhằm bảo đảm yêu cầu ổn định nôi bộ nói trên sẽ đợc trình bày chi tiết ở các phần sau của luận văn này

 Để bảo đảm yêu cầu ổn định tổng thể (ổn định ngoài) của tờng bằng đất

có cốt cần phải xem tờng đất có cốt nh những tờng chắn làm bằng đá xây, bằng bêtông khác và phải :

- Xác định đợc phân bố áp lực đất sau lng tờng theo lý thuyết của Coulomb hoặc Rankin và áp lực đẩy của các ngoại lực tác dụng khác (nếu có);

- Xác định sơ bộ kích thớc của tờng đất có cốt và kiểm toán ổn định trợt của tờng trên đáy móng và trên từng lớp cốt;

- Kiểm toán sức chịu tải của đất móng đáy tờng và kiểm toán khả năng ổn

định nghiêng lật của tờng;

- Dự tính độ lún của tờng chắn đất có cốt và so sánh với độ lún cho phép;

- Kiểm toán điều kiện ổn định chung của tờng đất có cốt cùng với sờn dốc hoặc nền đất tự nhiên trên đó đặt tờng.

Các nội dung tính toán ổn định tổng thể của tờng đất có cốt nói trên không có gì khác biệt so với tính toán đối với một công trình tờng chắn thông thờng và cũng

sẽ đợc trình bày chi tiết ở các phần sau

2.1.2.3 Mặt phá hoại nội bộ và cơ sở của việc tính toán thiết kế bảo đảm ổn

định nội bộ trong một tờng chắn bằng đất có cốt.

Nh đã nói ở trên, ngay từ những năm đầu tiên khi đất có cốt vừa ra đời,

ng-ời ta đã quan tâm đến việc đo ứng suất kéo dọc theo cốt trên các tờng chắn đất có cốt thực nghiệm, đo hệ số áp lực ngang trong phạm vi khối đất có cốt và quan tâm đến việc thử nghiệm phá hoại khối tờng đất có cốt trên các mô hình thu nhỏ

Tại phòng thí nghiệm cầu đờng trung ơng của nớc Pháp ngay từ những năm 1968, 1969 đã tiến hành thử nghiệm phá hoại trên mô hình thu nhỏ Trong mô hình thu nhỏ này, đất đợc thay bằng những que thép hình trụ dài 30cm với ba loại đờng kính 0,5; 1 và 2 mm Loại vật liệu thay thế này có dung trọng 6,2g/cm3,

có góc nội ma sát ϕ= 27o Cốt là các băng bằng vật liệu nhôm dày 9à , rộng

3mm có sức chịu kéo 160g đợc bố trí 2 băng song song nhau và thẳng góc với các que thép (trong phạm vi bề dầy 30mm bố trí 2 băng cốt) Khoảng cách giữa các lớp cốt theo chiều đứng là 25mm, vỏ bằng vật liệu rodoit cao 25mm Tỉ lệ thu nhỏ của mô hình là 1 : 50; tỉ lệ dung trong là 6,2 : 1,6 = 3,9 (xem nh dung trọng của đất đắp là 1,6g/cm3) Vật liệu giả thiết nh là hoàn toàn đàn hồi Mô hình đợc thử nghiệm trong điều kiện gia tốc trọng trờng bình thờng, do vậy tỉ lệ ứng suất của mô hình sẽ là 1/50 *3,9 = 0,08

Khi lắp đặt vỏ và cốt để tạo tờng chắn, ngời ta lắp đến đâu thì xếp đầy que thép bên phần ngăn chống đỡ để giữ vách vỏ mặt tờng thẳng đứng Đến khi lắp

đặt xong và lúc thử nghiệm phá hoại thì mới tháo dỡ các que thép đó ra để tạo khoảng trống phía trớc tờng hc Mỗi lần thử nghiệm tờng đợc xếp đến một độ cao nhất định Cứ tăng chiều cao dần cho đến lúc bị phá hoại

Kết quả thí nghiệm cho thấy có hai dạng phá hoại ổn định nội bộ đặc trng của ờng đất có cốt :

t Dạng phá hoại thứ nhất : thể hiện khối đất bị xệ xuống do cốt bị tuột (sức neo bám không đủ) Theo kết qủa thử nghiệm đã rút ra đợc kết luận nh sau : Để tránh xẩy ra phá hoại do tuột cốt thì chiều dài cốt tối thiểu L phải bằng 0,8H (với

H là chiều cao tờng) Do vậy, khi đó trong thời kỳ đầu thờng ngời ta thiết kế tờng

đất có cốt L = (0,8 -:-1,0)H.

Ngày nay với những kết quả nghiên cứu bổ sung, tiêu chuẩn thiết kế tờng

đất có cốt có mặt tờng bao mềm (không tham gia chịu lực) ở nhiều nớc đều quy

định chiều dài cốt (tức là bề rộng tờng) tối thiểu L = 0,7 H.

Kèm theo những tính toán đã đề cập ở trên, thì chiều dài cốt thiết kế có thể lớn hơn trị số quy định tối thiểu nói trên Điều này cũng chứng tỏ, kinh nghiệm tích luỹ đợc trong mấy chục năm nay về cơ bản vẫn thống nhất với những kết luận nghiên cứu ban đầu về bề rộng tờng đất có cốt

- Dạng phá hoại thứ hai : là đứt cốt do cốt không đủ sức chịu kéo Thực nghiệm cho hay, nếu mật độ bố trí cốt đều nhau thì khi phá hoại, cốt dới cùng bị

đứt trớc và chỗ đứt sát mép tờng bao Sau đó do sự phân bố lại lực, dẫy cốt liền kề

nó sẽ bị lần lợt đứt tiếp; các chỗ đứt lùi dần vào trong từ thấp lên cao hình thành một mặt phá hoại dạng parabôn

Kết hợp với các kết quả đo ứng suất kéo của các lớp cốt trong tờng thực nghiệm Incarville (ở Pháp) và ở các tờng khác cũng cho thấy ứng suất kéo phát sinh trong cốt tại chỗ tiếp cận với mặt tờng bao là tơng đối nhỏ, nhng càng về phía lng tờng lại tăng lên đến trị số lớn nhất rồi sau đó lại dần dần giảm nhỏ nh thể hiện ở hình vẽ dới đây

phân bố ứng suất kéo dọc theo cốt

Vùng bị động

Mặt phá hoại dạng parabol ( đối với cốt ít dãn )

( đối với cốt dãn nhiều )

Mặt phá hoại dạng phẳng Tmax

Vùng chủ động

(Hình 13)

Kết quả thực đo này rất phù hợp với kết quả phân tích lí thuyết bằng phơng pháp phần tử hữu hạn Nối liền các điểm có ứng suất kéo lớn nhất của các cốt chịu kéo sẽ tìm đợc đờng ứng suất kéo lớn nhất thay đổi theo độ sâu Đờng này trùng với mặt phá hỏng khi kết cấu đất có cốt đợc gia tải đến lúc phá hoại, do vậy

đợc gọi là mặt phá hoại nội bộ trong khối tờng chắn đất có cốt Mặt này chia đất

có cốt thành hai phần : khu vực chủ động và khu vực bị động (tạo ra sức chống phá hoại) Bề mặt cốt chịu kéo trong khu vực chủ động chịu ứng suất cắt trợt h-ớng ra phía mặt tờng; một mặt cốt chịu kéo hạn chế sự dịch chuyển ra bên ngoài của mặt tờng và vật liệu đắp, mặt khác đòi hỏi cốt chịu kéo phải có khả năng chịu

đợc ứng suất kéo Các cốt chịu kéo truyền ứng suất đến khu vực bị động nhờ ma sát giữa cốt với vật liệu đắp hoặc / và nhờ sức cản trở cốt bị nhổ ra của đất ở khu vực bị động khiến cho bề mặt cốt trong khu vực này phải chịu ứng suất cắt trợt h-ớng về phía sau tờng Cốt chịu kéo liên kết hai khu vực này làm một để tạo ra một khối hoàn chỉnh So với mặt phá hoại tạo ra áp lực chủ động của đất theo lí thuyết Coulomb hoặc Rankin thì mặt phá hoại trong nội bộ khối đất có cốt có sự khác biệt đáng kể

Những kết quả thực nghiệm nói trên là đối với trờng hợp tờng bố trí loại cốt ít dãn (cốt dạng dải, dạng khung bằng thép) Đối với trờng hợp tòng đất có cốt với cốt là loại có khả năng dãn nhiều (cốt bằng polime hay cốt dạng lới sợi thép) thì

những kết quả quan trắc thực tế cho thấy mặt phá hoại là mặt phẳng làm với mặt nằm ngang một góc 45o+ϕ2

;giống nh mặt phá hoại của khối đất sau tờng theo lí thuyết của Rankin

Mặt phá hoại nội bộ đợc xác định nh hình vẽ (hình 13) ở trên chính là một cơ sở quan trọng để kiểm toán ổn định nội bộ của khối tờng chắn bằng đất có cốt Mặt này đợc xác định cụ thể nh sau :

• Đối với cácloại cốt ít dãn (cứng, ít biến dạng) : dạng parabôn đợc gần đúng

nh một gãy khúc gồm 2 mặt phẳng: 1 mặt phẳng nghiêng so với phơng nằm ngang một góc 45o+ϕ2

đẩy của khối đất trong khu vực này) Theo nguyên lý đất có cốt đã nói ở các

điểm trên thì chính cốt với sức chịu kéo của mình đã thu nhận áp lực đẩy này

Do vậy, để xác định lực kéo cốt phải chịu thì phải xác định đợc áp lực đẩy ngang do khối đất khu vực chủ động gây ra ở mỗi độ sâu z kể từ đỉnh tờng áp lực đẩy ngang này có thể đợc xác định theo quan hệ sau: