NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NEOWEB TRONG GIA CỐ TALUY NỀN ĐƯỜNG Luận văn tốt nghiệp cao học, đã sửa

Những biện pháp này tuy đơn giản nhưng đem lại hiệu quả rõ ràng.V.Mencl đã tính chỉ cần giảm một thể tích khối lượng đi 4% ở phần trên taluylàm hệ số ổn định bờ dốc tăng thêm 10%: Việc t

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NEOWEB

TRONG GIA CỐ TALUY NỀN ĐƯỜNG Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và thành phố Mã số: 62.58.30 Học viên: Đồng Minh Khánh Giáo viên hướng dẫn Lời cảm ơn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô giáo hướng dẫn, PGS TS Trần Thị Kim Đăng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm luận văn vừa qua Tôi xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Đường bộ và Công ty Cổ phần JIVC đã cung cấp cho tôi những tài liệu chuyên sâu để hoàn thiện luận văn Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong khóa học này MỤC LỤC Mục lục……… 1

ĐẶT VẤN ĐỀ……… 6

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ SẠT LỞ MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG………

… 6 1.1 Vấn đề sạt lở mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam……… 6

1.2 Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường……… 7

1.2.1 Sửa mặt mái taluy……… 7

1.2.2 Thoát nước cho taluy……… 8

1.2.3 Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa……… 9

1.2.4 Làm chắc đất đá……… 10

1.2.5 Các công trình chống trượt……… 10

1.2.6 Các biện pháp đặc biệt……… 12

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định chống sụt trượt mái dốc taluy nền đường.………

12 1.3.1 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng………… 13

1.3.1.1 Mái ta luy có một mặt trượt……… 13

1.3.1.2 Mái ta luy có hai mặt trượt……… 18

1.3.1.3 Mái taluy có nhiều mặt trượt……… 20

1.3.2 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt trụ tròn………… 21

1.3.2.1 Phương pháp toàn khối……… 21

1.3.2.2 Phương pháp phân mảnh ……… 26

1.3.2.3 Phương pháp biểu đồ và tra bảng……… 27

1.3.3 Tính toán ổn định trong bài toán không gian……… 32

1.3.4 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng……… 33

1.4 Kết luận chương 1……… 34

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NEOWEB VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG……… 35

2.1 Bản chất vật liệu và lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb………… 35

2.1.1 Bản chất của vật liệu……… 35

2.1.2 Lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb……… 37

2.2 Cấu tạo và phân loại vật liệu……… 37

2.2.1 Cấu tạo Neoweb……… 37

2.2.2 Phân loại ký hiệu kích thước……… 38

2.2.2.1 Cách phân loại Neoweb……… 39

2.2.2.2 Loại ký hiệu và kích thước……… 39

2.2.2.3 Ký hiệu quy ước của vật liệu Neoweb phải phù hợp TCVN……… 39

2.3 Các ứng dụng của vật liệu Neoweb trong xây dựng……… 39

2.4 Các dự án ứng dụng của vật liệu Neoweb đã tiến hành ở Việt Nam……… 40

2.4.1 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng……… 40

2.4.2 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng……… 41

2.4.3 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội……… 43

2.4.4 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ……… 44

2.4.5 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng………

46 2.4.6 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận………

47 2.5 Kết luận chương 2……… 49

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NEOWEB TRONG GIA CỐ TA LUY NỀN ĐƯỜNG……… 51

3.1 Phương pháp tính toán thiết kế……… 51

3.1.1 Thiết kế cấu tạo chung.……… 51

3.1.2 Lựa chọn vật liệu……… 51

3.1.2.1 Lựa chọn vật liệu Neoweb……… 51

3.1.2.2 Lựa chọn vật liệu khác……… 51

3.1.3 Tính toán thiết kế……… 52

3.1.3.1 Tính toán ổn định công trình……… 52

3.1.3.2 Tính toán ổn của vật liệu chèn lấp trong ô ngăn Neoweb dưới tác động của dòng chảy……… 55

3.1.3.3 Tính toán lựa chọn loại Neoweb……… 56

3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật và các yêu cầu kỹ thuật thi công……… 56

3.2.1 Các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vật liệu Neoweb……… 56

3.2.2 Vật liệu khác……… 57

3.2.3 Các thiết kế định hình……… 57

3.2.4 Thi công, kiểm tra và nghiệm thu công trình……… 63

3.2.4.1 Yêu cầu đối với vật liệu và thiết bị……… 63

3.2.4.2 Công nghệ thi công……… 63

3.2.4.3 Kiểm tra và nghiệm thu……… 65

3.3 Tính toán áp dụng Neoweb xử lý ổn định mái taluy trên một đoạn tuyến cụ thể……… 66

3.3.1 Giới thiệu về công trình……… 66

3.3.2 Chọn địa điểm xử lý……… 67

3.3.3 Kiểm toán ổn định của mái dốc……… 67

3.3.4 Tính toán thiết kế Neoweb bảo vệ mái taluy……… 68

3.3.4.1 Giải pháp Neoweb……… 68

3.3.4.2 Loại ô ngăn Neoweb được lựa chọn……… 68

3.3.4.3 Đặc trưng vật liệu chèn lấp và mái taluy……… 68

3.3.4.4 Đặc trưng hình học mái taluy……… 68

3.3.4.5 Mô hình tính toán ổn định lớp phủ mái taluy……… 69

3.3.4.6 Xác định lực gây trượt……… 69

3.3.4.7 Xác định lực chống trượt và lực neo……… 70

3.4 Kết luận chương 3……… 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………

1) Các kết quả nghiên cứu chính………

72 72 2)Kết luận và kiến nghị……… 73

Tài liệu tham khảo……… 75

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Làm thoải taluy – Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy……… 7

Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ……… 8

Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy……… 8

Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài………… 10

Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt……… 11

Hình 1-6 Tường chắn xếp rọ đá……… 11

Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern……… 13

Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann……… 15

Hình 1- 9 Tính toán ổn định theo Z.Sobotka……… 15

Hình 1-10 Phương pháp phân mảnh đơn giản……… 18

Hình 1-11 Phương pháp đa giác lực của G.M.Sakhunhjanxh……… 19

Hình 1-12 Phương pháp tải trong thừa……… 20

Hình 1-13 Ta luy có nhiều mặt trượt……… 21

Hình 1-14 Tính toán ổn định ta luy đất đồng nhất (  0)……… 22

Hình 1-15 Xác định tâm cung trượt nguy hiểm nhất (  0)……… 23

Hình 1-16 Tính toán ổn định kể đến ảnh hưởng của khe nứt……… 24

Hình 1-17 Tính toán ổn định cho ta luy đất đồng nhất (điều kiện   0) có kể đến động đất……… 24

Hình 1-18 Xác định tâm trượt nguy hiểm nhất trong ta luy đất đồng nhất có   0……… 25

Hình 1-19 Xác định vùng tâm cung trượt nguy hiểm nhất……… 26

Hình 1-20 Tính toán ổn định bằng phương pháp phân mảnh thông thường 26

Hình 1-21 a) Mặt trượt qua mặt nghiêng; b) Mặt trượt qua chân; c) Mặt trượt qua điểm giữa……… 28

Hình 1-22 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0……… 29

Hình 1-23 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0……… 30

Hình 2-1 Vật liệu chèn lấp neoweb ……… 35

Hình 2-2 Cấu tạo ô ngăn hình mạng Neoweb……… 39

Hình 2-3 Phân loại Neoweb theo màu sắc……… 39

Hình 2-4 Các ứng dụng tiêu biểu của ô ngăn hình mạng Neoweb 40 Hình 2-5 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồn……… 41

Hình 2-6 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng……… 42

Hình 2-7 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội……… 44

Hình 2-8 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ……… 45

Hình 2-9 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng……… 47

Hình 2-10 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận……… 48

Hình 2-11 Một số tồn tại trong sạt lở bề mặt ta luy……… 49

Hình 2-12 Gia cố mái dốc “XANH”……… 50

Hình 3-1 Kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc……… 51

Hình 3-2 Mô hình tính toán kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc……… 52

Hình 3-3 Tính toán mái dốc gia cố đỉnh……… 53

Hình 3-4 bảo vệ mái dốc với hệ thống neo……… 54

Hình 3-5 Mô hình kiểm toán ổn định vật liệu chèn lấp……… 55

Hình 3-6 Các bước thi công……… 65

Hình 3-7 Sơ đồ tính hệ số ổn định theo W.Fellenius……… 67

MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Loại ký hiệu và kích thước……… 38

Bàng 3-1: Thuộc tính cơ lý - độ cứng và cường độ……… 56

Bảng 3-2: Độ ổn định hình dạng kích thước……… 56

Bảng 3-3: Đặc trưng làm việc ở nhiệt độ cao……… 56

Bảng 3-4: Độ bền Oxi hoá và quang hoá……… 57

Bảng 3-5 Chọn số lượng ghim……… 63

Bảng 3-6 Khoảng cách giữa các cọc neo……… … 63

Bảng 3-7 Bảng tính hệ số ổn định của mái taluy……… 67

Bảng 3-8 Lựa chọn ô ngăn Neoweb……… 68

Bảng 3-9 Bảng thống kê vật liệu chèn lấp và mái taluy……… 68

Phụ lục 01: Thiết kế điển hình ứng dụng Neoweb gia cố mái dốc………… 57

BV-1 Thiết kế điển hình gia cố mái dốc chèn đất trồng……… 58

BV-2 Thiết kế điển hình gia cố mái dốc chèn lấp đá dăm……… 59 Phụ lục 02: Hướng dẫn lựa chọn sơ bộ loại Neoweb trong gia cố mái dốc 60

Sạt trượt trên mái ta luy nền đường đắp làm cho nền đường kém ổn định,gây nên các vết rạn nứt cho nền đường, làm cho nền đường bị biến dạng lànguyên nhân giảm năng lực thông hành Biến dạng của nền- mặt đường gâycảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông, hư tổn xe cộ, phá hỏng hànghóa Ngoài ra, biến dạng nền- mặt đường làm phát sinh tải trọng xung kích,trùng phục phụ thêm tác dụng lên mặt đường, gây tốn kém về kinh phí cho côngtác duy tu bảo dưỡng và gây mất an toàn giao thông.

Đã có nhiều giải pháp truyền thống được sử dụng để gia cố bề mặt giảmxói, sạt nở ta luy nền đường, từ đơn giản nhất là trồng cỏ đến gia cố bằng lát đá,xây đá, đổ bê tông,… Hiện nay, giải pháp kết hợp kỹ thuật với biện pháp sinhhọc để đồng thời gia cố cơ học bề mặt ta luy, phối hợp với giữ đất bề mặt bằngtrồng cỏ, cây bụi

Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp kỹ thuật Neoweb, là hệ thống gia cốvải địa kỹ thuật được thiết kế theo dạng ô sợi để gia cố chống xói bề mặt mái taluy nền đường

CHƯƠNG 1:

VẤN ĐỀ SẠT LỞ MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG 1.1 Vấn đề sạt lở mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam.

Các chuyển dịch bờ dốc, ít nhiều ảnh hưởng tới sản xuất, sinh hoạt của conngười và nhiều khi do các chuyển dịch xảy ra mãnh liệt, gây tác hại lớn cho nềnkinh tế quốc dân; phá hủy đất trồng, rừng cây, đồi cỏ; tàn phá nhà cửa, xưởngmáy, các công trình giao thông công cộng…và nhiều khi còn cướp đi mạngsống của nhiều người

Ở nước ta, sạt lở taluy đường giao thông đang là vấn đề thời sự cấp bách,

có

sức ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế quốc dân bởi tầm quan trọng của các tuyến đường giao thông, cũng như chi phí tu sửa hàng năm sau mỗi vụ sạt lở…Trên các tuyến Quốc lộ 3, Quốc lộ 6, đường Hồ Chí Minh, Quốc lộ 12, Quốc lộ 4D, Quốc lộ 279…hàng năm xảy ra rất nhiều vụ sạt lở trên nhiều đoạn đường Đặc biệt là các tuyến đường đi lên vùng núi phía Bắc thường có độ dốc lớn, nền địa chất phức tạp, hệ thống thuỷ văn lớn và không ổn định, như Quốc lộ 6

và Quốc lộ 3 Hai tác nhân chính gây ra các vụ sạt lở trên các tuyến đường miềnnúi chính là do tác động mạnh mẽ của dòng chảy mặt, của mưa lớn và kếtcấu thiếu vững chắc của nền đất đá [12] Vì vậy giải pháp để giảm thiểu nguy

cơ sạt lở là cần giảm tác động của dòng chảy mặt, giảm động năng của hạt mưa,đồng thời cải tạo và gắn kết các hạt đất hai bên ta luy của tuyến đường Trước thực trạng đó đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu đưa ra những biện pháp phù hợp, hiệu quả để giảm thiểu thiệt hại do sạt lở gây ra

1.2 Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường.

Hiện nay để đề phòng và chống trượt mái taluy có thể dùng nhiều biện phápkhác nhau và người ta thường phân chúng thành từng nhóm như các cách phânloại của K.Terzaghi (1948), X.K.Abramov (1951), E.P.Iemelianova (1968);I.Taniguchi (1972); T.Mahr (1973)…

Theo nguyên tắc thực hiện và nguyên lý tác dụng thì các phương phápchống trượt mái taluy có thể chia làm 6 nhóm: sửa mặt bờ dốc; thoát nước bờdốc; giữ bờ dốc không bị phong hóa, làm chắc đất đá, làm các công trình chốngtrượt, các biện pháp đặc biệt Trong mỗi nhón lại có nhiều biện pháp cụ thể khácnhau, ở đây chỉ trình bày những biện pháp thường dùng và có hiệu quả nhất [1]

1.2.1 Sửa mặt mái taluy.

Sửa mặt mái taluy tức là làm thay đổi hình dáng bên ngoài của taluy để máitaluy được ổn định Việc làm này thường làm theo nguyên tắc làm giảm nhẹtrên đỉnh taluy và làm nặng thêm trọng lượng ở phần chân taluy [1] Muốn vậyngười ta có thể dùng một số biện pháp sau:

- Làm thoải taluy (hình 1-1a)

- Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy (hình 1-1b)

- Làm taluy có nhiều bậc nhỏ (hình 1-2)

- Đắp bệ phản áp phía chân taluy (hình 1-3)

(a) b)

Hình 1-1 Làm thoải taluy – Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy

Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ.

Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy.

Những biện pháp này tuy đơn giản nhưng đem lại hiệu quả rõ ràng.V.Mencl đã tính chỉ cần giảm một thể tích khối lượng đi 4% ở phần trên taluylàm hệ số ổn định bờ dốc tăng thêm 10%: Việc thực hiện các biện pháp này cóthể tiến hành bằng các phương tiện thủ công hay cơ giới Với taluy đá có thể

dùng phương pháp nổ mìn tạo biên như người ta đã làm ở nhà máy sửa chữa tàubiển Phà Rừng hay nhà máy thủy điện Hòa Bình…

1.2.2 Thoát nước cho taluy.

Nước mặt và nước ngầm ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của mái dốctaluy Để giữ cho taluy ổn định, phải làm sao để cho nước không thấm vào khuvực taluy hoặc phải hướng nước ngầm chảy ra xa taluy [1]

- Thoát nước mặt

Để ngăn chặn nước thấm vào taluy, phải nhanh chóng dẫn nước mưa hay nướcmặt từ vùng cao hơn chảy xuống ra khỏi taluy Muốn vậy có thể thực hiện một

số biện pháp sau:

+ Làm mương, rãnh thoát nước

+ Lấp chặt các khe nứt, lỗ rỗng để ngăn nước vào

+ Che phủ các khe nứt bằng màng chất dẻo

+ Tạo màng chống thấm phủ lên mái taluy để chống nước thấm vào taluy

- Thoát nước ngầm

Việc thoát nước ngầm chỉ có hiệu quả khi nắm vững được điều kiện địa chấtthủy văn và cấu trúc địa chất khu vực mái taluy

Để thoát nước ngầm có thể dùng một số biện pháp sau:

+ Khoan các giếng khoan tập trung nước, sau dùng bơm hút nước đi.+ Dùng các lỗ khoan nghiêng là biện pháp có hiệu quả và hay được dùngnhất Tuy mới bắt đầu áp dụng từ năm 1939 ở Mỹ, nhưng sau đó đã được nhanhchóng áp dụng tại rất nhiều nước và tỷ lệ sử dụng tới 90% các trường hợp chốngtrượt

Khoan lỗ khoan nghiêng với độ nghiêng khoảng 3 – 20% so với phươngnằm ngang, đặt trong đó các ống lọc đường kính từ 50 – 170mm, sẽ làm giảmđược mực nước ngầm rất nhiều Tuy nhiên hiệu quả của phương pháp này cũngphụ thuộc vào nhiều hệ số thấm của đất đá Khi hệ số thấm k > 1m/ngày đêm,hiệu quả thoát nước mới thể hiện rõ ràng

+ Kết hợp giữa lỗ khoan nghiêng với giếng thu nước có thể rút ngắn đượcchiều dài các lỗ khoan nghiêng Từ giếng thu nước, nước được hút lên hay lạiđược chảy theo các lỗ khoan nghiêng khác

1.2.3 Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa.

Biện pháp này nhằm giữ cho các đặc trưng cơ học của đất đá trên mặt taluykhông bị giảm đi do đất đá không bị phong hóa dần dần dưới tác động của cáctác nhân phong hóa [1]

Với ta luy đất có thể dùng các lớp phủ thực vật

Với ta luy đá có thể dùng lớp phủ bằng bi tum, xi măng hay đôi khi còn dùng cả các lớp lưới thép nhỏ ở bên trong gắn chặt với đá bằng các bu lông ngắn rồi phủ xi măng ở ngoài.

Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài.

Biện pháp này đơn giản, dễ làm nhưng cần phải chú ý tới nước khe nứt bêntrong đất đá Với lưu lượng lớn, chúng có thể làm cho mái taluy bị trượt cùngvới cả lớp phủ

Tùy theo tính chất đất đá , mức độ lỗ rỗng và nứt nẻ, khối lượng đất đá cầnphải làm chắc mà người ta có thể dùng các hỗn hợp bi tum, silicat hay các hỗn

hợp xi măng, cát, sét để bơm vào lỗ khoan Các hỗn hợp này được chọn với tỷ

lệ thích hợp, áp lực bơm thích hợp nhằm làm chắc đất đá, tạo màng chống thấm.[1]

Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt.

Các loại tường chống và tường chắn được dùng để chống trượt nhờ trọnglượng bản thân của chúng Tường chống có thể là dạng cột hay dạng khối vàthường bằng bê tông cốt thép Tường chắn có thể làm bằng gạch, đá, bê tôngthường, bê tông cốt thép hay bê tông đúc sẵn và phải được tính toán sao cho đểbản thân tường chắn cũng phải được ổn định, không bị lật, đất dưới tườngkhông bị lún, không bị phá hủy do tác dụng của ngoại lực… [1]

Gần đây người ta còn làm tường chắn bằng cách xếp rọ đá, tường chắn kếthợp với cọc khoan nhồi hay vải địa kỹ thuật

Hình 1- 6 Tường chắn xếp rọ đá.

- Các loại cọc đường kính lớn bằng gỗ hay bê tông cốt thép được đóng sátnhau tạo thành một lớp hàng rào bảo vệ, ngăn không cho đất đá bị trượt cũngđược sử dụng ở một số nơi, trên một quãng hẹp

Các loại cọc ván bằng gỗ, bê tông cốt thép hay các loại ván bằng thép đãđịnh hình (kiểu Larsen ) cũng được đóng trong đất giữ cho đất đá được ổn định

- Các loại neo ngày nay cũng rất hay được dùng để chống trượt tùy theo kếtcấu mà có thể có loại neo thường hay neo ứng suuaats trước, neo tác dụng tạmthời hay neo vĩnh cửu lực căng neo sẽ làm taluy thêm ổn định Dùng neo đemlại hiệu quả kinh tế rất lớn do giảm được từ 30 – 90% công tác làm đất so vớibiện pháp khác, khối lượng vật liệu công trình cũng giảm từ 40 – 85% Việc thicông neo cũng không đòi hỏi mặt bằng lớn

1.2.6 Các biện pháp đặc biệt.

Khi chống trượt ở những vùng quá khó khăn, gây nhiêu tốn kém thì đôikhi, để kinh tế hơn, người ta phải dùng các biện pháp đặc biệt như nắn lại tuyếnđường (để tránh xa vùng trượt) làm cầu vượt hay tunel (để vượt hay chui quavùng trượt)

Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp cuối cùng này phải được tính toán kỹlưỡng về mọi phương diện kỹ thuật, kinh tế, mỹ quan…

Đối với tất cả các biện pháp đề phòng và chống trượt bờ dốc đã nêu trên,tùy theo phạm vi sử dụng của từng biện pháp mà khi áp dụng, có thể đem lạihiệu quả nhiều hay ít Nhưng nguyên nhân gây ra trượt taluy thường không phảichỉ do một yếu tố mà nhiều yếu tố đồng thời tác dụng Vì vậy, hợp lý hơn, khichống trượt taluy phải đồng thời kết hợp nhiều biện pháp với nhau như dùngneo kết hợp với tường chắn, neo kết hợp với các cọc bê tông , sửa mặt taluy kết

hợp với thoát nước bằng các lỗ khoan nghiêng và giếng thu nước và cọc théphay neo kết hợp với thát nước bằng các lỗ khoan nghiêng, làm chắc đất đá [1]

Việc kết hợp các biện pháp chống trượt một cách hợp lý sẽ tăng hiệu quảchống trượt taluy lên rất nhiều

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định chống sụt trượt mái dốc taluy nền đường

Để đánh giá ổn định mái taluy, phải tính được mức độ ổn định của nó.Mức độ ổn định của một mái ta luy lại được xác định qua hệ số an toàn ổnđịnh hay thường gọi tắt là hệ số ổn định Hệ số này thường được tính toán theotương quan giữa các lực (hay mômen lực) có xu hướng làm mái taluy không bịchuyển dịch – cũng được gọi là các lực bị động như độ bền của đất đá , lực masát tạo thành trên mặt trượt, các lực bổ sung khác có tác dụng giữ taluy khôngdịch chuyển…và các lực (hay mô men lực) gây trượt có xu hướng làm dịchchuyển mái taluy – cũng được gọi là các lực chủ động như trọng lực, áp lựcthủy động, các lực bổ sung khác làm tăng chuyển dịch của mái dốc taluy…

Để tính toán ổn định mái dốc taluy, từ hàng trăm năm nay, người ta có thểdùng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng có thể phân làm hai nhóm chính:nhóm thứ nhất đánh giá sự ổn định dựa trên sự phân tích ở trạng thái cân bằnggiới hạn các lực tác dụng lên mái dốc taluy theo một mặt trượt nào đó Nhómthứ hai dựa trên sự phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng của khối trượt.Thực tế hiện nay thường sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn để tínhtoán ổn định mái dốc taluy Trong phương pháp này, bài toán phẳng để tínhtoán lại thường được sử dụng hơn cả Tùy theop dạng của mặt trượt là thẳng, trụtròn hay các dạng bất kỳ khác mà người ta lại có các phương pháp tính khácnhau [1]

1.3.1 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng.

1.3.1.1 Mái ta luy có một mặt trượt.

- Trường hợp mặt trượt song song với mặt nghiêng của mái taluy

Giả sử có một bờ dốc đá phân lớp, mặt phân lớp song song với mặtnghiêng của mái taluy (hình 1-7) Để tính toán ổn định có thể dùng phươngpháp tính của R.N.Morgenstern (1974) [1]

Xét một mảnh mái dốc taluy có chiều cao h, chiều rộng là b, chiều dài 1đơn vị Các lực tác dụng lên mảnh được thể hiện như hình vẽ

Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern.

Khi đất đá bị chuyển dịch trên mặt trượt, vì là chuyển động tịnh tiến nên sẽkhông xảy ra những biến dạng bên trong Do vậy, có thể bỏ qua những lựctương tác theo phương thẳng đứng và nằm ngang, nghĩa là: dX = dE = 0

+ Khi không kể đến lực tác dụng của dòng thấm theo hướng chuyển dịchcủa taluy (từ phải sang trái), thì hệ số ổn định được tính theo công thức:

sin

cos 2

h

c tg

tg hl

cl tg lh

T

C Ntg F

F n

N là thành phần vuông góc với mặt trượt

C là lực dính của một mảnh C = cl

T là lực gây trượt của mảnh

 là trọng lượng thể tích của đất đắ trên mái dốc tyaluy

l là chiều dài mặt trượt trong mảnh

 là góc nghiêng của mặt trượt so với phương nằm ngang

Với U là lực đẩy của nước :

Trong đó: u là áp lực nước lỗ rỗng, được tính theo chiều cao z của cộtnước áp

lực:

Với n là trọng lượng thể tích của nước

Hệ số oone định được tính theo công thức:

' ' cos 2

h

c tg z h



(1-6)Khi đất no nước, mức nước ngầm trùng với mặt đất , thì khi ấy trong côngthức trên, được tính theo nn(trọng lượng thể tích đất đá ở trạng thái

no nước) và z sẽ được thay bằng hcos2Do vậy, hệ số ổn định sẽ đượctính theo công thức:

c tg

tg h

c tg h

h n

nn nn

đn nn

n nn

sin

' '

cos sin

' ' cos

đn là trọng lượng thể tích ở trạng thái đẩy nổi của đất đá

- Trường hợp mặt trượt không song song với mặ nghiêng của mái dốctaluy

Khi mặt trượt có góc nghiêng nhỏ hơn góc nghiêng của mái dốc taluy thìviệc tính toán ổn định có thể theo phương pháp của C.Culmann (1866), dựa trêngiả thiết là sự dịch chuyển mái dốc ta luy xảy ra ứng suất cắt trên mặt trượt lớnhơn sức chống cắt của đất đá tại đó và mặt trượt sẽ là mặt có tỷ số giữa sứcchống cắt của đất đá và ứng suất cắt gây chuyển dịch bờ dốc là nhỏ nhất [1]

Giả sử một mái dốc taluy có chiều cao là h, góc nghiêng của mái taluy là

và mặt trượt hợp với phương nằm ngang 1 góc (hình 1-8)

Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann.

Hệ số ổn định của mái taluy được tính theo công thức:

2 cos

sin cos

tg G

ch tg

G

n

(1-8)Chiều cao giới hạn của mái taluy ở trạng thái cân bằng giới hạn:

   

cos 1

cos sin

4c

h C

(1-9)

Năm 1956, Z.Sobotka đã sử dụng chiều cao giới hạn của mái dốc trongtrường hợp mặt trượt trùng với mặt nghiêng mái dốc công thức (1-2) để tính ổnđịnh cho mái dốc có đá phân lớp.

Giả sử mái dốc đá phân lớp như trên hình (1-9): bờ dốc có mặt nghiêng ABhợp với phương nằm ngang một góc β ; mặt hợp với phương nằm ngang mộtgóc α

G





h h*

B D

F

d

H E

A

C

Hình 1- 9 Tính toán ổn định theo Z.Sobotka.

Trong các đường thẳng song song với mặt trượt ở trong mái dốc, sẽ tìmđược một đoạn thẳng cách chân mái dốc một khoảng h* được tính từ công thức( 1-2) Đường thẳng EC này sẽ chia khối trượt thành hai phần: Phần phía trên làthiếu ổn định ( phần tam giác BEC), phầnphía dưới ( phần tam giác AEG) sẽthừa ổn định Nếu cho rằng phần thừa và thiếu ổn định là bằng nhau, bù đắp chonhau thì khối đá trên mái dốc sẽ ổn định

Mặt khác, về mặt diện tích thì ΔAEG = ΔAEF cho nên, về mặt hình học,AEG = ΔAEG = ΔAEF cho nên, về mặt hình học,AEF cho nên, về mặt hình học,mái dốc sẽ ổn định khi: ΔAEG = ΔAEF cho nên, về mặt hình học,DCF = ΔAEG = ΔAEF cho nên, về mặt hình học,DAB

Thay các giá trị của diện tích tam giác DCE và DAB sẽ được :

h h g h cotg

2

cot 2

g g g

h

h c

cot cot

cot cot cot

vẽ có thể tính:

dhDCcotgDBcotg hh*h*cotcotgghcotg

(1-12)

Thay giá trị của h từ công thức (1-11) vào công thức (1-12), sẽ được:

arccot * 2cot

(1-15)

Tuy nhiên, cách tính của Z.Sobotka cũng chỉ là gần đúng vì các thông sốtrên được tính trên cơ sở hình học chứ không phải dựa trên sự phân tích lực tácdụng trên khối trượt Mặc dù vậy, những kết quả này lại mang gái trị rất thực tế,giúp cho người thiết kế có những số liệu sơ bộ về sự ổn định, sự an toàn của máidốc

Thực ra, với các mái dốc đá phân lớp hay có một hệ thống khe nứt thì do

bề mặt phân lớp, mặt khe nứt không bằng phẳng, nên để tính sức chống trượt,một số tác giả đã đề nghị nên làm chính xác hơn bằng cách kể đến bề mặt củakhe nứt, áp lực nén lên thành khe nứt

F.D Patton (1968) cho rằng trên mặt khe nứt, có những gờ xù xì làm tănggóc nghiêng khi trượt

Trong đó:

i – là góc nâng của khối đá khi trượt theo mặt khe nứt Giá trị của iphụ thuộc vào góc nâng ban đầu i0 Khi ứng suất pháp càng tăng, các gờ bị sanbằng nên góc nâng i se giảm dần và có thể biểu diễn:

m

n i

m là chỉ số đặc trưng cho tính giòn của đá Với đá cứng m = 10

Góc nâng i thường được tính là góc hợp giữa hướng dịch chuyển phần trêncủa khối đá theo khe nứt và hướng đường phương của khe nứt Khi trong khenứt không có chất lấp đầy, coi như c=0, nên công thức (1-16) sẽ có dạng:

Và như vậy, quan hệ giữa  f  sẽ không phải biểu diễn bằng một đườngthẳng như theo lý thuyết Coulomb – Mohr nữa, mà nó có dạng một đường cong.Nhưng theo D.Krsmannovic thì đoạn cong cũng chỉ thể hiện ở phần đầu,còn khí σ đạt khoảng 30 - 40% σn thì đường biểu diễn lại gần như thẳng.

P.D.Evdokimov và D.D.Xapegin đã dùng công thức trên để biểu thị cho độbền của đá ddiabass trên công trường nhà máy thủy điện Bratxkaja:



(1-19)Hay đá granit ở nhà máy thủy điện Kraxnojarxkaja (ở Liên Xô cũ):



(1-21)

N.Barton và S.C.Bandis (1990) đã đưa ra một công thức khác để xác định

độ bền cắt của đá trong khe nứt, có dạng:

(1-22)Trong đó:

JRC là hệ số nhám của khe nứt, được xác định bằng cách so sánh

gồ ghề thực tế của mặt khe nứt với các kiểu gồ ghề mẫu đã cho sẵn, từ đó sẽđược các giá trị tương ứng của JRC

JCS là độ bền nén của thành khe nứt, được xác định bằng các thiết

bị hiện trường cầm tay đơn giản như búa Schmidt, máy thí nghiệm độ bền tảitrọng tập trung…

1.3.1.2 Mái ta luy có hai mặt trượt (mặt trượt gãy khúc).

Trong trường hợp này, mặt trượt bao gồm hai mặt phẳng Thực tế, có thểgặp các loại mặt trượt này khi trong đá có hệ thống khe nứt với các góc nghiêngkhác nhau

Để tính ổn định có thể dủng một số phương pháp sau: [1]

- Phương pháp phân mảnh đơn giản

Giả sử mái ta luy có hai mặt trượt thẳng hợp với phương nằm ngang cácgóc là α1 và α2 chia khối trượt thành hai mảnh bằng mặt phẳng thẳng đứng điqua giao điểm hai mặt trượt, giữa các khối không có sự tương tác với nhau.

Cho rằng trọng lượng hai mảnh khối trượt G1 và G2 (hình 1-10)

Phân tích trọng lượng G1 và G2 thành các lực có phương vuông góc vàsong song với mặt trượt Hệ số ổn định của mái taluy được xác định:

2 2 1 1

2 2 1 1 2 2 2 1 1 1

sin sin

cos cos

l c l c tg G

tg G

Hình 1-10 Phương pháp phân mảnh đơn giản.

- Phương pháp đa giác lực của G.M.Sakhunhjanxh

Chia khối trượt thành hai khối ở trạng thái cân bằng giới hạn bằng một mặtphẳng ở bên trong khối trượt và đi qua giao điểm hai mặt trượt Giữa hai khốiđược chia ra có tương tác với nhau (các phản lực R3 và lực dính c3l3 trên mặtphẳng chia ở hình 1-11)

E D B

K H

Hình 1-11 Phương pháp đa giác lực của G.M.Sakhunhjanxh.

Trọng lượng hai khối được chia ra là G1 và G2 Do tương tác, nên trên cácmặt trượt có các phản lực R1, R2, R3 hợp với phương pháp tuyến của các mặttrượt tương ứng những góc φ1, φ2, φ3 Lực dính trên các mặt trượt lần lượt là

c1l1, c2l2 và c3l3

Để giải bài toán, nếu lập các phương trình hình chiếu hay mô men thì sẽ rấtphức tạp Để đơn giản và nhanh chóng, G.M.Sakhunhjanxh đã dùng phươngpháp đa giác lực: Khi vẽ đa giác lực thể hiện tất cả các lực tác dụng vào vật, nếuvật ở trạng thái cân bằng thì đa giác lực sẽ khép kín.

Trên hình (1-11), giả sử khối 2 ở trạng thái cân bằng, vẽ được đa giác lựcABDEF, với các lực c2l2 = BD; c3l3 = DE

Khi xét khối 1, để tận dụng các lực c3l3 và R3, người ta bắt đầu vẽ từ D, lựctác dụng G1, rồi c1l1 = HK Nếu khối 1 ở trạng thái cân bằng thì từ K, vẽ hướngsong song với R1, hướng này sẽ đi qua F và đa giacsluwcj tự khép kín

Nhưng vì khối 1 không ổn định, nên đường thẳng song song với hướng R1

lại không đi qua F Khoảng cách từ F tới đoạn thẳng theo hướng của R1 là giá trịnhỏ nhất của phần lực bị thiếu (đoạn FM) Đây cũng chính là lực giữ cần thiếtphải bổ sung để giữ bờ dốc ở trạng thái cân bằng giới hạn

Phương pháp này đơn giản nhưng kếm chính xác Mặt khác, do các phầntrượt có độ nghiêng không như nhau nên chúng không thể coi giống nhau trongquá trình phá hủy sự ổn định của mái ta luy và không thể có một trạng thái cânbằng giới hạn đồng thời xảy ra tại hai khối đá được chia ra từ 3 mặt phẳng khácnhau

- Phương pháp tải trọng thừa

Người ta quan sát thấy khi mái taluy có hai mặt trượt bị phá hủy ổn địnhthì sự phá hủy sẽ xảy ra ở mặt trượt dốc hơn, khi các lực tác động lên nó gần đạttới trạng thái cân bằng giới hạn Do khối đá không phải là vật rắn tuyệt đối nênkhi phần trên của mái ta luy bị dịch chuyển , chúng sẽ truyền xuống phía dướicác tải trọng thừa để tạo nên một trạng thái cân bằng giới hạn mới Vì vậy, khitính toán, nên kể tới hiện tượng này

Giả sử mái ta luy có hai mặt trượt như hình (1-12)

Hình 1-12 Phương pháp tải trong thừa.

Chia khối trượt thành hai khối bằng mặt phẳng thẳng đứng đi qua giaođiểm của hai mặt trượt Phân tích các lực tác dụng lên khối 2 như phân tíchtrong một bài toán có một mặt trượt

Lực gây trượt của khối đất 2 truyền xuống cho khối đất 1 một lực S, đượctính:

S G2sin 2  cos 2tg2 c2l2 (1-24)

Vì khối 2 đã mất ổn định nên c2l2 có thể bỏ qua Do vậy:

S G2sin 2 cos 2tg2 (1-25)Cuối cùng hệ số ổn định của mái ta luy được tính:

2 1 1

1 1 1 2 2

2 2

2 1 1

coscos

sinsin

sincos

sincos

G

l c tg tg

G G

Trong ba phương pháp trên phương pháp sau cùng là đáng tin cậy hơn

1.3.1.3 Mái taluy có nhiều mặt trượt.

Giả sử có một mái ta luy gồm nhiều mặt trượt hợp với phương nằm ngangcác góc αi Mặt trên cùng có góc α lớn nhất (hình 1-13) [1]

Hình 1-13 Ta luy có nhiều mặt trượt.

Áp dụng phương pháp tải trọng thừa, tính từ trên xuống dưới và lưu ý rằngphải bỏ qua những giá trị âm của tải trọng thừa S vì đất đá không có khả năngtiếp nhận lực kéo

Hệ số ổn định có thể tính tại các mặt trượt hay chỉ tính tại mặt trượt cuốicùng theo công thức (1-26)

Nếu kể đến ảnh hưởng của nước thì cách tính sẽ phức tạp hơn một chút vìphải cộng thêm các thành phần áp lực nước được chiếu lên các mặt trượt tươngứng

1.3.2 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt trụ tròn.

Với đất dính đồng nhất, người ta coi rằng mặt trượt có dạng mặt trụ tròn vàtrên mặt cắt là một cung tròn Mặt trượt này có thể đi qua mặt nghiêng, quachân hay hạ thấp xuống dưới chân dốc

Để tính ổn định bờ dốc này, người ta có thể sử dụng phương pháp toànkhối, phương pháp phân mảnh hay phương pháp dùng các biểu đồ, tra bảng [1]

1.3.2.1 Phương pháp toàn khối

Trong phương pháp này, người ta coi khối trượt là một khối đồng nhất vàtùy theo trạng thái của đất mà người ta cũng có cách tính khác nhau

- Mái ta luy đất dính đồng nhất có φ = 0 (điều kiện không thoát nước).

Giả sử có một mái dốc ta luy đất dính đồng nhất Sức chống cắt khôngthoát nước của đất là không đổi theo chiều sâu và có thể biểu diễn τ = c Mặttrượt là hình trụ tròn tâm O, bán kính R (hình 1-14)

E

O

c c

2

l W l W

cR M

Cách làm như trên mất rất nhiều thời gian Để nhanh chóng tìm được vị trícủa tâm cung trượt nguy hiểm nhất, W.Fellenius (1927) đã nêu ra cách xác địnhnhư sau: Với mái dốc ta luy đất có φ ≈ 0, mặt trượt nguy hiểm nhất sẽ đi quachân bờ dốc, tâm cung trượt này là giao điểm của hai đoạn thẳng hợp vớiphương mặt nghiêng mái ta luy và phương nằm ngang trên đỉnh mái ta luynhững góc β1 và β2 (hình 1-15) Giá trị của những góc này phụ thuộc gócnghiêng của mái ta luy β

 

 



Hình 1-15 Xác định tâm cung trượt nguy hiểm nhất (  0).

Trong đất dính, khi mái dốc ta luy đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn, trênmặt đỉnh mái ta luy thường xuất hiện khe nứt thẳng đứng với chiều sâu có thểxác định bằng công thức:

h90 2c

(1-29)Khe nứt phát triển càng sâu, khi gặp cung trượt, làm sức chống cắt trên mặttrượt giảm đi, đồng thời trong khe nứt chứa đầy nước thì trong thành phần mômen gây trượt phải kể đến mô men do lực thủy tĩnh Pw có giá trị bằng 2

0 2

1

Z w

l là cánh tay đòn của lực W

y là cánh tay đòn của lực Pw khi tính mô men với tâm O

l R

O

c c

c

P w

 R

C

Z 0 = 2c/

y

 w Z 0

Hình 1-16 Tính toán ổn định kể đến ảnh hưởng của khe nứt.

Năm 1984, S.D Koppula đã tính toán ổn định mái dốc ta luy đất sét nonước (điều kiện φ ≈ 0) với tác dụng của lực động đất Trên hình (1-17) mô tảmái dốc có mặt trượt tâm O, bán kính R Trọng lượng khối trượt W, lực độngđất gây ra có hướng nằm ngang và giá trị của nó được tính theo công thức:

W

g

a W

k s 

(1-31)Trong đó:

c

l 2

h Dh

c R AED

n

s

.

2



(1-32)Trong đó: M là yếu tố ổn định

Các giá trị của M đã được Koppula phân tích và lập thành bảng tra theogóc nghiêng của mái ta luy β, tỷ số D (tỷ số giữa khoảng cách thẳng đứng từtâm O tới chỗ sâu nhất của mặt trượt và tới chân mái ta luy) và hệ số động đất ks

hay theo góc nghiêng của mái ta luy β, (với góc nghiêng  55 0) và hệ số độngđất ks

- Mái ta luy đất dính đồng nhất, có φ > 0

Cũng như mái ta luy đồng nhất có φ = 0, trong trường hợp xác định hệ số

ổn định trên, khi thay đổi vị trí tâm của cung trượt thì giá trị của hệ số ổn địnhmái dốc ta luy cũng bị thay đổi theo Để tìm một cách nhanh chóng vị trí củatâm cung trượt nguy hiểm nhất, ứng với hệ số ổn định thấp nhất, W Felleniuscho rằng với các mái ta luy đồng nhất có φ > 0, tâm cung trượt nguy hiểm nhất

sẽ nằm trên đường kéo dài của đoạn 2-3 (hình1-18): điểm 2 nằm bên trong mái

ta luy; điểm 3 xác định giống như khi tìm tâm cung trượt nguy hiểm nhất củamái dốc ta luy đồng nhất có φ = 0 Trên đoạn đường kéo dài này, phải lấy thửvài tâm (O1, O2, …O5) để vẽ các cung trượt Tính ổn định mái dốc ta luy theocác cung này sẽ được các hệ số ổn định tương ứng n1, n2,…, n5 Để tìm được trị

số bé nhất của n, người ta đặt về một phía của đường 2-3 kéo dài những đoạnthẳng vuông góc tương ứng với các giá trị của n theo một tỷ lệ nào đó tại cáctâm Oi Nối các đầu nút của các đoạn thẳng vuông góc sẽ được một đường cong

mà trên đó sẽ tìm được chỗ lõm nhất, ứng với giá trị bé nhất của hệ số ổn định.Chân của đoạn thẳng ngắn nhất này sẽ ứng với tâm cung trượt nguy hiểm nhất

mặt ngang mái dốc tại điểm giữa của mặt nghiêng và chân mái dốc, đoạn thẳnghợp với phương nằm ngang tại đỉnh bờ dốc một góc 360 và đoạn thẳng nằmngang trên mặt mái ta luy (vùng MNPQ trên hình 1-19) Tất nhiên muốn tìmđược tâm cung trượt nguy hiểm nhất, sẽ phải mò thử vài vị trí khu vực này.

I

0

Hình 1-19 Xác định vùng tâm cung trượt nguy hiểm nhất.

0 20 40 60 80 100

1st Qtr

2nd Qtr

3rd Qtr

4th Qtr

East West North

1.3.2.2 Phương pháp phân mảnh

Phươnh pháp này vẫn giả thiết mặt trượt là mặt trụ tròn, trên mặt cắt là mộtcung tròn tâm O, bán kính R Dùng các mặt phẳng thẳng đứng để chia khốitrượt thành nhiều mảnh có chiều rộng b bằng nhau (thường lấy 1 1

10 20

b  R

Sau đó xét sự cân bằng lực tại mỗi mảnh được chia ra, rồi làm tổng của chúng,

áp dụng công thức tính hệ số ổn định n, sẽ đánh giá được độ ổn định của bờ dốc

- Petterson (1916) và sau đó W.Fellenius (1927) là những kỹ sư Thụy Điển

đã dùng phương pháp phân mảnh sớm nhất để tính ổn định của mái dốc ta luy

Để đơn giản, các ông cho rằng giữa các mảnh đất chia ra, không hề có các lựctương hỗ lẫn nhau [1]

- Giả sử có mái dốc đất, cung trượt AC tâm O, bán kính R (hình 1-20).Chia khối trượt thành nhiều mảnh bằng những mặt phẳng thẳng đứng cóchiều rộng là b Các cung trượt của từng mảnh vì nhỏ, nên có thể coi như thẳng.Xét cân bằng của mảnh thứ n.

 n

W n

b n

 n

Hình 1-20 Tính toán ổn định bằng phương pháp phân mảnh thông thường.

Hệ số ổn định mái dốc dẽ bằng tỷ số giữa tổng các mô men của lực giữ vàtổng mô men của các lực gây trượt Nhưng chúng cùng cánh tay đòn R, nên hệ

 - là góc ma sát trong của đất tại mảnh thứ n

cn – là cường độ lực dính của đất trong mảnh thứ n

n l

 - là chiều dài của cung trượt trong mảnh thứ n

Trường hợp đất đồng nhất (,ckhông đổi) và tổng chiều dài l nchínhbằng chiều dài cung trượt L, nên hệ số ổn định có thể viết gọn hơn:

', 'c

 là góc ma sát trong và cường độ lực dính của đất khi chịu ảnhhưởng của nước

1.3.2.3 Phương pháp biểu đồ và tra bảng

Khi tính ổn định bằng phương pháp trên, đòi hỏi một khối lượng tính toánrất lớn Vì vậy người ta cố gắng lập ra các biểu đồ, các bảng để tính toán ổnđịnh được thuận lợi hơn [1]

Phương pháp biểu đồ của D.W.Taylor

Theo kết quả tính toán ổn định mái dốc bằng phương pháp vòng tròn masát do chính mình đưa ra, D.W.Taylor đã thấy là tùy theo từng loại đất, gócnghiêng của mái dốc và độ sâu của từng nền đất cứng nằm sâu ở bên dưới mà vịtrí của mặt trụ tròn là khác nhau Khi góc ma sát  rất nhỏ gần bằng 0) thì mặttrượt có thể là loại qua mặt mái dốc, (hình 1-21a), qua chân mái dốc (hình 1-21b) hay qua trước chân mái dốc (cũng được gọi là mặt trượt điểm giữa vì trongtrường hợp này, tâm cung trượt nằm trên đường vuông góc với mặt mái dốc và

đi qua điểm giữa của mặt nghiêng mái dốc – hình 1-21c) Khi góc ma sát trong0

Hình 1-21 a) Mặt trượt qua mặt nghiêng; b) Mặt trượt qua chân; c) Mặt trượt qua điểm giữa.

Trong phương pháp vòng tròn ma sát của D.Taylor, cường độ lực dính vàchiều cao giới hạn H có mối quan hệ:

Hình 1-22 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0

Khi   0 quan hệ giữa số ổn định Nc sẽ có dạng như trên hình (1-23) Trên

đó, các đường liền để chỉ trường hợp mặt trượt qua chân dốc Các đường đứtdùng cho trường hợp mặt trượt đi qua phía trước chân mái dốc

Hình 1-23 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0.

Phương pháp biểu đồ này chỉ được dùng trong đất đồng nhất, không có ảnhhưởng của nước và cũng chỉ có một mặt trượt Mặt khác việc nội suy giá trị củathông số không có trong biểu đồ cũng sẽ làm kết quả chỉ mang tính gần đúng

- Phương pháp tra bảng của M.N.Goldstein

Theo M.N.Goldstein hệ số ổn định mái dốc có thể được tính theo côngthức:

f là hệ số ma sát trong của đất, f tg

A, B là các hệ số phụ thuộc vào kích thước của năng thể trượt, vàodạng mặt trượt (chiều sâu lõm xuống của mặt trượt e so với mặtchân mái dốc) Các hệ số này được tra bảng

Khi áp dụng phương pháp này cần chú ý một số trường hợp sau:

+ Nếu đất có ma sát trong rất nhỏ (khoảng 5 – 70) và dưới nền đấttại một chiều sâun e nào đó có một lớp đất cứng thì khi tính toán cần giả thiếtmặt trượt thuộc mặt điểm giữa cách tính toán vẫn như trên, nhưng có thể bỏqua phần f.A trong công thức (1- 38)

+ Các trường hợp còn lại mặt trượt coi như qua chân bờ dốc vị trímặt trượt nguy hiểm nhất sẽ phải tìm bằng cách vẽ thử nhiều cung trượt Các hệ

số A, B được tra bảng

+ Khi mái dốc không đồng nhất, gồm nhiều lớp khác nhau thì khitính toán sẽ quy về bờ dốc đồng nhất với các đặc trưng c, f lấy theo giá trị trungbình như sau:

m i i

i

c h c

h' q





(1- 41)Sau đó, vẫn tiếp tục tính bờ dốc bình thường với chiều cao là h+h’

Với phương pháp tra bảng của Goldstein, hệ số ổn định an toàn phải lấybằng 1,5 2 

- Phương pháp ta bảng của A.W.Bishop và N.R.Morgentern (1960)

Bishop và Morgentern đã tính cho trọng lượng mảnh thứ n trong phươngpháp phân mảnh theo công thức:

ru là đại lượng không thứ nguyên

Thay (1-42) và (1-43) vào công thức tính ổn định của Bishop sẽ được:

n u

n n

+ Góc ma sát trong  '.+ Hệ số không thứ nguyên c h'

 + Hệ số áp lực nước lỗ rỗng ru.Bishop và Morgentern đã lập bảng để tính hệ số ổn định trong phạm vi

h

   và sau đó R.Whitlow còn tính cho trường hợp c' 0,15

h

1.3.3 Tính toán ổn định trong bài toán không gian.

Tính toán ổn định mái dốc trong bài toán không gian nghĩa là phải xétmái dốc ta luy trong trạng thái cân bằng giới hạn của khối trượt có ba mặt trượt,ngoài mặt trượt dưới đáy như đã xét ở trên, còn có các mặt trượt ở hai bên sườn.[1]

Khi tính toán trong bài toán không gian phải biết được dạng và kíchthước của các mặt trượt Năm 1977, H.V.Hovland đã tính ổn định mái dốc đấttrong bài toán không gian bằng cách chọn một hệ tọa độ vuông góc nằm trongkhối trượt, trục thứ ba chọn theo hướng chuyển dịch của mái dốc Chia khốitrượt thành những khối mỏng bằng những mặt phẳng vuông góc với trục thứ ba

Do đã biết dạng mặt trượt, tiết diện của mỗi mảnh cũng có thể xác định được

Hệ số ổn định của mái dốc cũng được xác định bằng phép tính lặp tương tự nhưtrong phương phương pháp của Bishop

Khi tính toán, để đơn giản, người ta cũng phải giả thiết rằng giữa các khốichia không có lực tương tác với nhau

Kết quả tính toán ổn định trong bài toán không gian thường lớn hơn sovới tính toán trong bài toán phẳng từ 5 – 35%, và như vậy, về mặt an toàn thìcác hệ số ổn định tính toán trong bài toán phẳng vẫn an toàn hơn

Trong các mái dốc đá, do tồn tại nhiều hệ thống khe nứt nên việc tínhtoán trong bài toán không gian sẽ có ý nghĩa thực tế hơn, nhưng để thực hiệnđược thì rất phức tạp người ta phải xác định được rất chi tiết, cụ thể vị trí củacác khe nứt, sau đó dùng phép chiếu hình cầu lên mặt phẳng hay mạng lướiLambert để thể hiện chúng trên đồ thị, rồi đánh giá sự ổn định của chúng Việclàm này đòi hỏi rất nhiều công sức để đo vẽ tại thực địa cũng như chỉnh lý, tínhtoán trong phòng

Nói chung, việc đánh giá ổn định mái dốc ta luy trong ài toán không gian

là một việc làm khố khăn, phức tạp và trong nhiều trường hợp, không thể thuđược một số liệu cụ thể, chính xác về mức độ ổn định của mái dốc

1.3.4 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng.

Trong phương pháp này, người ta muốn biểu diễn một cách rõ ràng quan

hệ hàm số giữa ứng suất và biến dạng của đất đá nằm trong mái dốc với cácđiều kiện biên của chúng để có thể xác định được trường ứng suất tại mọi điểmcủa mái dốc được nghiên cứu [1]

Khi tính toán ổn định bằng cách phân tích trạng thái ứng suất – biến dạngphải sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

Chia khối trượt bằng mạng lưới tam giác Tại mỗi điểm nút đều xác địnhtọa độ phẳng, tính chất cơ- lý của môi trường, quan hệ hàm số của sự chuyển vị,biến dạng tương đối, sự chuyển từ ứng suất ra lực tại điểm nút của nó…

Lập các ma trận cho mỗi phần tử bằng hệ thống các phương trình tuyếntính thỏa mãn các điều kiện cân bằng, đồng thời lập ra các điều kiện biên để giảichúng trên máy tính

Sau khi đã xác định được sự phân bố ứng suất (nhất là ứng suất trượt)trên mái dốc, đem so sánh với độ bền cắt lớn nhất tại điểm lựa chọn sẽ vẽ đượccác vùng phân bố ứng suất như vùng bị phá hủy, vùng phá hủy mở rộng hayvùng biến dạng của toàn bộ mái dốc

Để có thể áp dụng được phương pháp này, phải có đầy đủ những số liệu

về tính chất biến dạng và độ bền của đất đá như mô đun biến dạng theo trục x và

y, Ex, Ey; hệ số Poisson  ; các đặc trưng của sức chống cắt ,c; hệ số áp lựcngang k, trong lượng thể tích của đất đá…Đây cũng là một khó khăn vì các sốliệu trên không phải lúc nào cũng xác định được một cách chính xác Mặt khác,một vấn đề khó khăn nữa là phải xác định được trạng thái ứng suất ban đầu củađất đá, mà điều này lại phụ thuộc vào cấu trúc địa chất, địa hình và lịch sử pháptriển của nó cũng như cacs hoạt động của nước ngầm …Nói chung, khi áp dụngphương pháp này đòi hỏi việc khảo sát địa chất công trình phải được thực hiện ởmức đọ rất cao và trong thực tế hiện nay, không phải lúc nào cũng đáp ứngđược

Vì vậy, việc tính toán ổn định bằng phương pháp phân tích trạng thái ứngsuất- biến dạng chỉ được trong những mái dốc nhân tạo lớn và cao với các đặctrưng địa kỹ thuật đã biết một cách rõ ràng

Triển vọng của phương pháp này là sẽ khá hơn nếu kết hợp tốt nó với cácphương pháp khảo sát trong phòng và ngoài trời và cả mô hình toán- lý nữa

Gần đây, để tính toán ổn định mái dốc, người ta còn dùng phương phápphân tích giới hạn mà cơ sở của nó là những quy luật về sự cân bằng, sự pháhủy của vật liệu đàn hồi – dẻo hoàn toàn

1.4 Kết luận chương 1.

Việc xây dựng công trình giao thông trên địa hình sườn dốc luôn tồn tạinhững nguy cơ gây sụt trượt Sụt trượt xảy ra do sự phá vỡ trạng thái tự nhiênvốn có của mái dốc khi đào hoặc đắp taluy Nếu đối với quá trình thi công, sụttrượt chủ yếu chỉ ảnh hưởng đến an toàn lao động, chi phí thi công thì tronggiai đoạn khai thác, mức độ sụt trượt của tuyến đường có ảnh hưởng rất lớn đếnkhả năng lưu thông và hiệu quả khai thác của nó Do điều kiện tự nhiên phứctạp, khả năng chọn tuyến để tránh tất cả các vị trí có địa hình khó khăn hầu như

không thể Vấn đề sụt trượt taluy là một vấn đề rất cần giải quyết để đảm bảo sựkhai thác bình thường và lâu dài của các tuyến đường Trên các công trình này,hàng năm nhà nước phải chi ra hàng ngàn tỉ đồng cho các công tác “bền vữnghóa”, “kiên cố hóa” trên cơ sở các giải pháp xử lý bề mặt ta luy nhưng hiệu quả

là không cao, sụt trượt vẫn thường xuyên xảy ra, đặc biệt là vào mùa mưa lũ

Để nâng cao khả năng ổn định của mái dốc ta luy đối với công trình nềnđường đòi hỏi phải có những giải pháp công nghệ nhằm giữ ổn định bề mặt máidốc ta luy đồng thời chống trượt là vấn đề cần thiết trong ổn định ta luy nềnđường

CHƯƠNG 2:

GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NEOWEB VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG

XÂY DỰNG 2.1 Bản chất vật liệu và lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb.

2.1.1 Bản chất của vật liệu

NEOWEB là một hệ thống gia cố nền đất có cấu tạo mạng lưới ô ngănhình mạng dạng tổ ong (Cellular Confinement Systems (CCS)) được đục lỗ vàtạo nhám, được công nhận rộng rãi trong ngành công nghiệp xây dựng, xem như

là lựa chọn tốt nhất cho việc ổn định nền đất lâu dài, được sử dụng cho rất nhiềucác ứng dụng bao gồm: Kiểm soát xói mòn, ổn định đất trên các sườn dốc, kèvới hệ thống lót bọc khá linh hoạt góp phần ổn định mái taluy, làm việc nhưtường chắn, hỗ trợ khả năng chịu lực của kết cấu nền mặt đường, giữ lại cấutrúc bề mặt tự nhiên của đất và bảo vệ hệ thực vật trên sườn dốc [13]

Thông thường, các tấm (CCS) thường được gọi là "geocells," bao gồmcác dải Polyethylene có tỷ trọng cao (High Density Polyethylene), có trọnglượng nhẹ, liên kết với nhau để tạo thành một ma trận ba chiều dạng tổ ong cóthể được lấp đầy bởi đất, cát, đá, hay bê tông [13]

Hình 2-1 Vật liệu chèn lấp neoweb [7]

Các dải polymer sẽ giữ vật liệu đắp và cung cấp độ bền kéo, tăng hiệuquả sức kháng cắt và sự gắn kết của vật liệu đắp Hợp chất này không bị thoáihoá, chịu được hoá chất, lửa, nước do đó có độ dãn nở vì nhiệt thấp, không mất

đi các đặc tính kỹ thuật dưới chu kỳ biến thiên giữa nhiêt độ rất thấp và nhiệt độcao từ -70oC đến +90oC Độ bền trong môi trường tự nhiên đạt 50 năm trongđiều kiện khắc nghiệt nhất Các thanh neo được gim vào nền nhằm neo giữ hệthống với lớp vải Địa kỹ thuật và nền đất Các tấm (CCS) tương đối nhẹ đượcvận chuyển và xử lý một cách dễ dàng, sau khi được tháo dỡ tại nơi thi côngkích thước các tấm này sẽ mở rộng Các tấm thường đi kèm với nhiều các kích

cỡ khác nhau, và trong đó có dạng đục lỗ và không đục lỗ Sau khi mở rộng các

ô đến kích tối đa và được lấp đầy bằng đất hoặc sỏi, CCS trở nên nguyên khối,góp phần tăng cường khả năng chịu lực đối với vật liệu không được gắn kết vớinhau nằm trong các ô đơn lẻ khác nhau của hệ thống CCS và ngăn ngừa sựchuyển động của các vật liệu đó ngay cả trên các sườn dốc, hoặc cũng từ lựckéo đáng kể như tác dụng bởi dòng chảy và làm giảm tốc độ dòng chảy, vậnchuyển bùn cát bởi ô đất bên trong “geocells”

Các ô gia cường được liên kết chặt chẽ với nhau và (CCS) đạt độ thẩmthấu tốt, tạo điều kiện cho sự hấp thu nước mưa, làm giảm dòng chảy bề mặt doxói mòn Nhờ các hệ thống này mà có thể cải thiện được cấu trúc đất và tăngcường khả năng hổ trợ tải trọng Chiều dày của lớp sỏi, đá có thể khác nhau tùythuộc vào điều kiện của của bề mặt đất tự nhiên tại vị trí gia cố “Geocell” đượcthiết kế để giữ lại đất tại những nơi mà có độ dốc lớn hơn góc ma sát trong củađất Đặt hệ thống trên các sườn dốc, dải polymer cung cấp một lực kéo tănghiệu quả sự liên kết của các vật liệu và hoạt động như đập tràn nhỏ để giảmthiểu chảy sạt trượt và mất đất “Geocell” được xem là vật liệu thân thiện vớimôi trường, do có độ thẩm thấu cao cho phép nước mưa thoát qua nên ta có thểtạo một lớp thảm thực vật trên các ô lưới gia cố đóng vai trò là màng lớp lótmỏng để bảo vệ hệ thống dưới những tác động cơ học Sử dụng “Geocell” cóthể làm giảm đáng kể số lượng hoặc chất lượng của cốt liệu cần thiết để ổn địnhđất có khả năng chịu tải kém và làm giảm sự hình thành của các rãnh xói nhỏ,rãnh hoặc các con kênh [13] Nếu xây dựng tuyến đường tạm phục vụ cho thicông giống như một con đường lâu dài, việc sử dụng CCS rất có lợi cho thiết kếphần đường sau này Việc sử dụng (CCS) cho các ứng dụng tạm thời hay vĩnhviễn ở cùng một vị trí đòi hỏi phải được thiết kế phù hợp thể hiện trên bản vẽxây dựng của dự án và các bản vẽ kiểm soát sự ô nhiễm nước

- Ưu điểm của giải pháp Neoweb:

+ Về mặt kỹ thuật: Đảm bảo được mọi yêu cầu kỹ thuật của các công

trình Sản phẩm đạt các tiêu chuẩn hàng đầu trên thế giới (ISO 9001:2000) Cácgiải pháp được thiết kế bởi: các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực gia cố nềnđất Độ bền vật liệu Neoweb cao từ 50 – 100 năm do đó làm tăng tuổi thọ côngtrình

+ Về mặt kinh tế: Giảm vật liệu xây dựng, tăng tuổi thọ, giảm chi phí

đầu tư ban đầu và chi phí duy tu bảo dưỡng sau này, quan trọng là có thể tậndụng các loại vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ góp phần làm giảm giá thànhxây dựng công trình từ 20-30%

+ Về mặt thi công: Kỹ thuật thi công đơn giản, tốc độ thi công

nhanh.Không đòi hỏi nhiều thiết bị máy móc phức tạp.Có thể thi công đượctrong các điều kiện kiện khó khăn

+ Về mặt môi trường: Đây là một giải pháp “XANH” tạo ra các công

trình có tính thẩm mỹ cao và thân thiện với môi trường.Chịu được tác động củađiều kiện môi trường, xâm thực của nước mặn Độ bền cao là 50 năm trong môitrường khắc nhiệt nhất

- Nhược điểm của vật liệu Neoweb.

Bên cạnh những ưu điểm thì vật liệu Neoweb cũng có một số hạn chế đó

là trong trường hợp điều kiện vận tốc của dòng chảy lớn (v 1, 22 1,83 /  m s) đặcbiệt khi sử dụng đất làm vật liệu để lấp đầy trong các ô lưới gia cường thì hêthống CCS được coi là không phù hợp để bảo về bờ dốc của kênh Các ứng

dụng vĩnh cữu của CCS trong điều kiện dòng chảy có thể được chấp nhận khiđược thiết kế phù hợp Không được sử dụng trên sườn núi đá rắn, độ dốc tối đa

là 1:1 Đối với các vật liệu đắp trong các ô lưới gia cố có thể bị rửa trôi trongtrường hợp công trình có độ dốc lớn dưới tác dụng của dòng chảy hay nướcmưa Hiệu quả kiểm soát xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào việc lắp đặt, đòi hỏiphải có chân và neo thích hợp để đảm bảo hệ thống được giữ nguyên tại vị trí,vật liệu này không có khả năng tái sử dụng

2.1.2 Lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb.

Ban đầu, mái taluy giả “geocell” được nghiên cứu và phát triển từ thập niên

1970 bởi các kỹ sư thuộc Bộ quốc phòng Hoa Kỳ để tìm giải pháp làm đườngcho xe quân sự đi qua vùng đất yếu và cát biển với yêu cầu thi công nhanh, khảnăng vượt tải lớn và hiệu quả Bộ quốc phòng Hoa Kỳ phát triển các hướng dẫnthử nghiệm vật liệu (CCS) trong báo cáo kỹ thuật GL-86-19 Đến thập niên

1990, Bộ quốc phòng Hoa Kỳ đã chuyển giao công nghệ này cho Tập ĐoànToàn Cầu PRS- Israel để phát triển, sảm xuất và thương mại hóa vào công trìnhdân sự, hạ tầng và giao thông Hiện nay CCS có sẵn thông qua một số nhà phânphối độc quyền và được sản xuất bởi một vài công ty, một trong số trong đó sảnxuất sản phẩm này được cấp giấy phép bằng sáng chế từ hiệp hội USACE

2.2 Cấu tạo và phân loại vật liệu.

2.2.1 Cấu tạo Neoweb

Hệ thống Neoweb là hệ thống ô ngăn hình mạng dạng tổ ong được đục lỗ

và tạo nhám được tạo ra từ một hỗn hợp mới gồm nhiều polyme sắp xếp mộtcách đồng bộ khi chèn lấp vật liệu, một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật bao gồmcác vách ngăn và vật liệu được tạo ra, với các đặc tính cơ – lý địa kỹ thuật đượctăng cường [7]