NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT DÙNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU NÚT GIAO NGỌC HỘI – THÀNH PHỐ NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tuy nhiên tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: Lưới địa được trải thành từng lớp ngang, neo giữa các tấm ốp mái ở hai mái đường dẫn đầu cầu, vừa tăng khả năng chịu t

Chuyên ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Mã số : 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐỖ HỮU ĐẠO

Nha Trang – Năm 2018

Mã số60.58.02.05 Khóa: 33Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt - Hiện nay có rất nhiều loại kết cấu tường chắn đất như: Tường chắn bê tông cốt thép,

tường chắn có cốt kim loại, tường chắn có cốt dùng lưới hoặc vải địa kỹ thuật Tuy nhiên tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: Lưới địa được trải thành từng lớp ngang, neo giữa các tấm ốp mái ở hai mái đường dẫn đầu cầu, vừa tăng khả năng chịu tải đồng thời tiết kiệm không gian hai bên đường, sử dụng vật liệu đắp tại địa phương , quá trình thi công đơn giản, chi phí vật liệu thấp và kết hợp với vật liệu mới lưới địa kỹ thuật, đáp ứng được các điều kiện kinh tế - kỹ thuật và mỹ quan của dự án Việc nghiên cứu lựa chọn tường đất có cốt dùng lưới địa kỹ thuật là một giải pháp phù hợp để giảm giá thành, đẩy nhanh tiến độ, tăng mỹ quan cho dự án trong thành phố là rất cần thiết Trong luận văn sẽ thí nghiệm bốn mỏ đất trên địa bàn Thành Phố Nha trang để chọn ra mỏ đất phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng cho tường chắn có cốt dùng lưới địa kỹ thuật Sau

áp dụng tính toán thiết kế tường chắn cho đường dẫn đầu cầu Nút giao Ngọc Hội, sử dụng phần mềm Plaxis để kiểm toán tường chắn

Từ khóa - kết cấu tường chắn; tường chắn đất có cốt, lưới địa kỹ thuật, vật liệu đắp,

Plaxis

RESEARCH FOR APPLICATION OF MECHANICALLY STABILIZED EARTH WALLS AND REINFORCED SOIL USE GEOGRID MATERIALS TO THE ROAD BEFORE THE

BRIDGE OF NGOC HOI INTERSECTION - NHA TRANG CITY

At present, there are many types of textures retaining wall as: Wall reinforced concrete; reinforced metal wall; retaining wall using geotechnical grids or geotextile However, the retaining wall with geotechnical net has many advantages such as: The grid is spread in horizontal layers, Anchored between the roof panels on two roofs leading the bridge, increased load capacity with saving space along the road,Use of local embankment materials, simple construction process, Low cost material and Combined with new geotextile material, meeting the economic conditions - technical and aesthetic aspects of the project The research of selection of geosynthetic lands is a fit solution for the discount value, push process, boost for an project in city is required In Dissertation will test four land mines in the city of Nha Trang to select a mine that meets the standard used for geotextile retaining walls After applying design calculations to the road before the bridge of ngoc hoi intersection Use Plaxis software to audit the retaining wall

Key words - wall structure; reinforced earth retaining wall, geotechnical net,

embankment materials, Plaxis

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

a M ục tiêu tổng quát 1

b, M ục tiêu cụ thể 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của đề tài: Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, 3 chương và kết luận -kiến nghị, cụ thể như sau: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN CÓ CỐT 4

1.1 Lịch sử phát triển của tường chắn có cốt 4

1.2 Các ứng dụng của tường chắn có cốt mềm 6

1.3 Cơ chế làm việc của tường chắn có cốt mềm 8

1.3.1 S ự làm việc của cốt 8

1.3.2 S ự tương tác giữa đất và cốt - Hệ số ma sát 8

1.4 Cơ sở thiết kế tường chắn đất có cốt dùng lưới địa kỹ thuật 10

1.4.1 Yêu c ầu về vật liệu 10

1.4.2 Yêu c ầu cấu tạo 13

1.4.3 C ơ sở tính toán tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật 15

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ CỐT LƯỢI ĐỊA KỸ THUẬT SỬ DỤNG PHÙ HỢP TẠI THÀNH PHỐ NHA TRANG 35

2.1 Vật liệu đất đắp dùng cho tường chắn 35

2.1.1 Đất đắp tại mỏ Hòn Ngang 37

2.1.2 Đất đắp tại mỏ Hòn Thị 39

2.1.3 Đất đắp tại mỏ Hòn Cậu 40

2.1.4 Đất đắp tại mỏ Vĩnh Phương - Đắc Lộc 42

2.2 Đánh giá cốt dùng các loại lưới địa kỹ thuật 48

2.2.1 L ưới địa kỹ thuật Tencate[9] 48

2.2.2 L ưới địa kỹ thuật Tenax[9] 49

2.2.3 L ưới địa kỹ thuật taian TMP[9] 51

2.2.4 L ưới địa cốt sợi thủy tinh[9] 53

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU NÚT GIAO NGỌC HỘI -

THÀNH PHỐ NHA 56

3.1 Thông số kỹ thuật thiết kế [5] 56

3.1.1 V ị trí công trình Nút Giao Ngọc Hội 56

3.1.2 S ơ đồ mặt bằng Ranh giới xây dựng các tuyến đường vào nút: 57

3.1.3 Thông s ố kỹ thuật tường chắn phần đường dẫn đầu cầu Nút giao Ng ọc Hội tại mố M2 57

3.2 Đặc điểm địa chất [6] 59

3.3 Thiết kế cấu tạo tường chắn nhánh N2 61

3.4 Tính toán kết cấu tường chắn bằng 62

3.5 Phân tích, so sánh về mặt kinh phí và kỹ thuật của phương án 68

3.6 Đánh giá hiệu quả phương án 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

- KẾT LUẬN: 71

- KIẾN NGHỊ: 71

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

CHƯƠNG I

Hình 1 1 Minh họa về nguyên lí đất có cốt 4

Hình 1 2 Các dạng ứng dụng của tường chắn có cốt [12] 7

Hình 1 3 Cơ chế tương tác của cốt dạng dải hay thanh kim loại đối với đất rời 9 Hình 1 4 Cơ chế tương tác của cốt dạng lưới đối với đất [12] 9

Hình 1 5 Mặt tường là các tấm rời đúc sẵn [12] 10

Hình 1 6 Hình dạng mặt tường là các khối (block) đúc sẵn [12] 10

Hình 1 7 Vỏ mặt tường có chiều cao bằng chiều cao tường chắn [12] 11

Hình 1 8 Vỏ tường bằng kim loại 11

Hình 1 9 Vỏ tường bằng vải ĐKT 11

Hình 1 10 Hình dạng lưới địa kỹ thuật [9] 12

Hình 1.11 Các dạng mất ổn định [1] 16

Hình 1 12 Hình ảnh mất ổn định nội bộ [1] 18

Hình 1.13 Sơ đồ tính toán kiểm tra 18

Hình 1.14 Do trọng lượng bản thân và lực phân bố đều q 20

Hình 1.15 Do tác dụng của lực thẳng đứng 20

Hình 1.16 Sơ đồ tính khi chịu tác dụng của lực ngang trên diện hẹp 21

Hình 1.17 Sơ đồ tính toán 23

Hình 1.18 Lực căng T đạt giá trị lớn nhất 23

Hình 1.19 Sơ đồ tính toán 24

Hình 1.20 Phân bố ứng suất theo Meyerhof 24

Hình 1.21 Sơ đồ tính toán 25

Hình 1.22 Thi công, lắp dựng các tấm tường [12] 28

Hình 1.23 Điều chỉnh các tấm tường vào các chốt có sẵn[12] 28

Hình 1.24 Thi công lớp đất đắp trước khi rải lưới địa kỹ thuật[12] 28

Hình 1.25 Thi công lớp đất đắp trước khi rải lưới địa kỹ thuật[12] 29

Hình 1.26 Khởi động chương trình vào của Plaxis 30

Hình 1.27 Thiết lập chung 31

Hình 1.28 Vẽ Mô Hình, Thiết lập điều kiện biên 31

Hình 1.29 Khai báo và gán vật liệu 32

Hình 1.30 Phát sinh lưới phần tử 32

Hình 1.31 Thực hiện tính toán 33

Hình 1.32 Kết quả tính toán - tổng ứng suất 33

CHƯƠNG II Hình 2 1 Hình ảnh mỏ vật liệu 35

Hình 2 2 Dụng cụ thí nghiệm 36

Hình 2.3 Vị trí mỏ Hòn Ngang 37

Hình 2.4 Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất Hòn Ngang 38

Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ W-γk mẫu đất Hòn Ngang 38

Hình 2 6 Biểu đồ giới hạn dẻo, chảy 38

Hình 2.7 Vị trí mỏ Hòn Thị 39

Hình 2.8 Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất Hòn Thị 40

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ W-γk mẫu đất Hòn Thị 40

Hình 2.10 Biểu đồ giới hạn dẻo, chảy 40

Hình 2.11 Vị trí mỏ Hòn Cậu 41

Hình 2.12 Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất Hòn Cậu 41

Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ W-γk mẫu đất Hòn Cậu 42

Hình 2 14 - Biểu đồ giới hạn dẻo, chảy 42

Hình 2.15 Vị trí mỏ Đắc lộc 43

Hình 2.16 Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất Đắc Lộc 43

Hình 2.17 Biểu đồ quan hệ W- γk mẫu đất Đắc Lộc 44

Hình 2.18 Biểu đồ giới hạn dẻo, chảy 44

Hình 2.19 Biểu đồ thành phần hạt hỗn hợp đất + Cát 46

Hình 2.20 Biểu đồ quan hệ W- γk mẫu đất Đắc Lộc 46

Hình 2.21 Biểu đồ giới hạn dẻo, chảy 46

Hình 2.22 Biểu đồ sức kháng cắt 47

Hình 2 23 Lưới địa Tencate 48

Hình 2.24 Công trình Chùa Đạm - Bắc Ninh 49

Hình 2.25 Lưới địa Tenax 49

Hình 2.26 Công trình sàn nhà xưởng của Metro Thành Phố Hải Phòng 51

Hình 2 27 Lưới địa taianTMP 51

Hình 2.28 Công trình đường dẫn cầu Thành Phố Hải Phòng 53

Hình 2.29 Công trình đường dẫn đầu cầu Thành Phố Hải Phòng 53

Hình 2.30 Lưới địa cốt sợi Thủytinh 53

Hình 2.31 Lưới địa cốt sợi Thủy Glasgird trên Quốc lộ 14G 55

CHƯƠNG III Hình 3.1 Vị trí Nút giao thông Ngọc hội 56

Hình 3.2 Sơ đồ các Nhánh vào nút giao thông Ngọc Hội 57

Hình 3.3 Mặt bằng tường chắn nhánh N2 57

Hình 3.4 Trắc dọc hiện trạng nút giao thông Ngọc Hội 57

Hình 3.5 Trắc ngang hiện trạng nút giao thông Ngọc Hội 58

Hình 3.6 Trắc dọc thiết kế nhánh N2 phải 58

Hình 3.7 Trắc dọc thiết kế nhánh N2 trái 58

Hình 3.8 Trắc ngang thiết kế nhánh N2 59

Hình 3.9 Phối cảnh nút hoàn thiện 59

Hình 3.10 Bố trí tấm tường nhánh N2 61

Hình 3.11 Sơ đồ tính toán tường chắn 63

Hình 3.12 Thiết lập mô hình tính toán trongPlaxis 66

Hình 3 13 - Mặt cắt ngang của các phương án tường chắn 68

MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG I

Bảng 1 1 Các tính chất của vật liệu lựa chọn [11] 12

Bảng 1 2 Chỉ số tính chất điện hóa của vật liệu chọn lọc sử dụng trong khối tường chắn đất có cốt lưới địa kỹ thuật [12] 13

Bảng 1 3 Chỉ số tính chất điện hóa của vật liệu chọn lọc sử dụng trong khối tường chắn đất có cốt thép [12] 13

Bảng 1 4 Kích thước sơ bộ của kết cấu tường chắn đất có cốt [11] 14

Bảng 1 5 Khoảng cách giữa các cốt đối với mặt cắt tường hình thang [11] 14

Bảng 1 6 Kích thước tường có dạng hình học khác nhau [11] 14

Bảng 1 7 Độ sâu chôn tường tối thiểu [11] 14

Bảng 1 8 - Hệ số an toàn về cường độ[11] 17

Bảng 1.9 Độ bền của lưới địa kỹ thuật Tensar 22

Bảng 1.10 Hệ số vật liệu của lưới địa kỹ thuật Tensar 22

CHƯƠNG II Bảng 2.1 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ - lí mẫu đất ở các mỏ đất 44

Bảng 2.2 Bảng cấp phối hạt vật liệu 45

Bảng 2.3 Bảng tổng hợp các kết quả thí nghiệm hỗn hợp đất Hòn Ngang và Cát Cam Lâm 47

CHƯƠNG III Bảng 3.1 Bề dày các lớp địa tầng trong hố khoan (M) 60

Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của lớp đất 60

Bảng 3.3 Kích thước sơ bộ của tường chắn 62

Bảng 3.4 Thông số đầu vào dùng để tính toán tường chắn Nhánh N2 62

Bảng 3.5 Bảng tiêu chuẩn kỹ thuật của loại lưới địa GG60PE[9] 63

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay có rất nhiều loại kết cấu tường chắn đất như: Tường chắn bê tông cốt thép, tường chắn có cốt kim loại, tường chắn có cốt dùng lưới hoặc vải địa kỹ thuật Tuy nhiên tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: Lưới địa được trải thành từng lớp ngang, neo giữa các tấm ốp mái ở hai mái đường dẫn đầu cầu, vừa tăng khả năng chịu tải đồng thời tiết kiệm không gian hai bên đường, sử dụng vật liệu địa phương không làm ảnh hưởng đến tác động môi trường, dễ vận chuyển, quá trình thi công đơn giản, chi phí vật liệu thấp và kết hợp với vật liệu mới lưới địa kỹ thuật, đáp ứng được các điều kiện kinh tế - kỹ thuật và mỹ quan của dự án Nút giao Ngọc Hội là điểm nút giao cắt lớn nhất giữa đường sắt và đường bộ nằm trong thành phố, đường bộ là trục đường nối từ cửa ngõ phía Bắc đến trung tâm phía Tây Thành Phố Nha Trang với trục đường 23/10, trục đường chính nối từ huyện Diên Khánh vào trung tâm thành Phố

Công trình nổi bật khi đặt trong tổng thể khu vực xây dựng nhưng vẫn đảm bảo hài hòa với cảnh quan hiện tại Hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giải phóng mặt bằng, kiến trúc xung quanh phạm vi thực hiện dự án Chính vì vậy hình dáng kiến trúc của nút phải hiện đại, có tính thẩm mỹ cao, là điểm nhấn kiến trúc trên 2 trục đường vào thành phố Từ những tiêu chí trên thúc đẩy việc nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp tường chắn cho hai bên các nhánh dẫn vào nút hay còn gọi là đường dẫn đầu cầu Giải pháp thiết kế cơ sở là tường chắn bê tông trọng lực với kết cấu lớn, chi phí cao, thiếu

mỹ quan Do đó việc nghiên cứu ứng dụng tường chắn có cốt bằng lưới địa kỹ thuật vào bước thiết kế bản vẽ thi công của Dự án nút giao Ngọc Hội đường 23/10 Thành phố Nha Trang để giảm giá thành, tăng mỹ quan cho dự án trong thành phố là rất cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Áp dụng cơ sở lý thuyết tính toán dựa trên tiêu chuẩn BS 8006-1995 và FHWA -NHI-10-024, xây dựng trình tự tính toán, thiết kế cấu tạo, yêu cầu vật liệu trên

cơ sở sử dụng vật liệu đất đắp địa phương, đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao cho công trình

- Mô phỏng số bằng Plaxis kiểm toán ứng suất, biến dạng và ổn định cho tường chắn đất có cốt lưới địa kỹ thuật

- Thiết kế cấu tạo cho tường chắn có cốt dùng lưới địa kỹ thuật

- Tính toán ứng dụng tường chắn đất có cốt lưới địa kỹ thuật cho đường đầu cầu

nút giao Ngọc Hội đường 23/10 Thành phố Nha Trang

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tường chắn có cốt - sử dụng bằng lưới địa kỹ thuật

- Ưu tiên sử dụng vật liệu đất đắp địa phương, áp dụng cho đường đầu cầu Nút giao Ngọc Hội Thành Phố Nha Trang

4 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát thực địa, đo đạc hiện trạng, thu thập dữ liệu về khảo sát địa chất, đất đắp, hồ sơ kỹ thuật, kiến trúc của dự án

- Phương pháp tính toán: Theo Tiêu chuẩn Anh BS8006-1995 (Tiêu chuẩn thực hành đất và các vật liệu đắp khác có gia cường - có cốt) và Tiêu chuẩn Mỹ FHWA-NHI-10-024 FHWA GEC 011 – Volume I November 2009(Design and Constructionof Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes – Volume I), đồng thời sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis để kiểm toán cho kết cấu tường chắn có cốt

- Tổng hợp phân tích đánh giá lựa chọn vật liệu đắp địa phương ứng dụng cho

dự án

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Tổng quan về tường chắn đất có cốt và khả năng ứng dụng cho khối đắp đường đầu cầu trong đô thị;

- Áp dụng trình tự tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn Anh BS8006-1995, Tiêu chuẩn Mỹ FHWA-NHI-10-024, Tiêu chuẩn 22TCN 272-05

- Mô phỏng số tính toán ổn định, đối chiếu tính toán nội lực, chuyển vị, để xuất kết cấu phù hợp;

- Áp dụng tính toán thiết kế cho cho đường đầu cầu nút giao Ngọc Hội đường 23/10 Thành phố Nha Trang;

- Phân tích, đề xuất lựa chọn về đất đắp cho tường chắn đất có cốt lưới địa kỹ thuật sử dụng vật liệu địa phương tại thành phố Nha Trang;

- Thiết kế cấu tạo cho phương án kỹ thuật và giải pháp kỹ thuật thi công, đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thật

6 Cấu trúc của đề tài: Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, 3 chương và kết

luận -kiến nghị, cụ thể như sau:

Mở đầu:

Chương 1 Tổng quan về tường chắn có cốt:

1.1 Lịch sử phát triển của tường chắn có cốt

1.2 Các ứng dụng của tường chắn có cốt mềm

1.3 Cơ chế làm việc của tường chắn có cốt mềm

1.4 Cơ sở thiết kế tường chắn đất có cốt dùng lưới kỹ thuật

Chương 2 Đánh giá lựa chọn vật liệu địa phương và cốt lưới địa kỹ thuật phù hợp tại Thành phố Nha Trang

2.1 Vật liệu đất đắp dùng cho tường chắn

2.2 Đánh giá cốt dùng các loại lưới địa kỹ thuật

Chương 3 Áp dụng giải pháp tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật cho đường dẫn đầu cầu Nút giao thông Ngọc hội - Thành phố Nha Trang:

3.1 Thông số kỹ thuật thiết kế

3.2 Đặc điểm địa chất

3.3 Thiết kế cấu tạo tường chắn nhánh N2

3.4 Tính toán kết cấu tường chắn

3.5 Phân tích, so sánh về mặt kinh phí và kỹ thuật của phương án

3.6 Đánh giá hiệu quả phương án

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN CÓ CỐT

1.1 Lịch sử phát triển của tường chắn có cốt

Từ năm 1963, Henri Vidal, một kỹ sư người Pháp đã đề xuất ý tưởng dùng đất

có cốt để xây dựng các công trình Ngày 7-3-1966 Ông đã báo cáo trước hội đồng cơ học đất và Nền móng nước Pháp và sau đó Ông đã được cấp bằng sáng chế về phát minh này Cho đến nay, khái niệm về đất có cốt và những ứng dụng của nó trong các công trình xây dựng đã trở nên quen thuộc với các kỹ sư cầu đường, kỹ sư xây dựng ở khắp nơi trên thế giới [1]

Đất có cốt là một loại vật liệu tổ hợp, thực chất vẫn dùng đất thiên nhiên để xây dựng công trình nhưng trong đất có bố trí các lớp cốt bằng vật liệu chịu được lực kéo theo các hướng nhất định, thông qua sức neo bám (do ma sát, dính và neo bám) giữa đất với vật liệu cốt mà loại vật liệu tổ hợp đất có cốt này có khả năng chịu kéo (giống như vật liệu bê tông cốt thép có khả năng chịu kéo, trong đó bản thân bê tông chịu kéo kém) [1]

Hình 1 1 Minh họa về nguyên lí đất có cốt Loại công trình được xây dựng thử nghiệm đầu tiên bằng đất có cốt chính là tường chắn bằng đất có cốt được xây dựng ở Pyrenees do H.Vidal đề xuất thiết kế vào năm 1965, trong đó đất đắp là loại rời rạc, ít dính, cốt là dải kim loại (rộng 60 mm, dày

5 mm) và vỏ mặt tường bao bằng kim loại dày 1,5 – 4,0 mm cao 25 cm Sau 2 năm xây dựng thử nghiệm, đến năm 1967 một tường chắn đất có cốt được xây dựng tại Pháp đó là tường Incarville trên đường cao tốc A13 ở Pháp Tường này cao 10m, rộng

10 m, và dài 50 m Kết quả quan trắc ứng suất và biến dạng của cốt, của vỏ (thông qua các đầu đo được bố trí sẵn trong quá trình thi công) và kết quả thí nghiệm khá công phu trên các mô hình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm trung ương về Cầu và Đường (LCPC) của Pháp dưới sự lãnh đạo của H Vidal (có sự tham gia đáng kể của kỹ sư Nguyễn Thành Long, một Việt kiều tại Pháp) đã cho phép ngay từ những năm đó thiết

lập được những nguyên tắc về phương pháp thiết kế cấu tạo và tính toán kết cấu tường chắn bằng đất có cốt Tiếp đó, một loạt các công trình tường chắn bằng đất có cốt được xây dựng trên các đường ô tô và bến cảng ở Pháp, Tây Ban Nha, Đức và một số nước khác Đáng kể nhất là những tường chắn bằng đất có cốt (tổng cộng tới 800m dài) trên đường cao tốc A53 qua vùng Menton (Pháp) Tại đây sườn núi dốc, địa chất không ổn định, không thể đào sâu và khó làm cầu vượt nên đã chọn phương án đắp cao với tường chắn tới 20m Với tường chắn cao như vậy, nếu dùng tường chắn bê tông cốt thép sẽ rất khó giải quyết vấn đề về nền móng, do vậy đã chọn kết cấu từơng chắn đất

có cốt là loại tường bằng vật liệu mềm cho phép có những biến dạng lớn mà không bị phá hoại đột ngột trong khi vẫn giữ được ổn định chung của công trình [1]

Cũng ngay từ những năm mới ra đời (1966-1969), ở nhiều đường cao tốc của Pháp đã xây dựng các tường chắn đất có cốt để làm nền đường tách đôi 2 chiều xe chạy với 2 bậc cao thấp khác nhau (đề đảm bảo ổn định nền đường) hoặc làm những đường đắp cao trên đoạn dẫn lên các cầu vượt ở các chỗ giao nhau khác mức trong đô thị ( để hạn chế giải phóng mặt bằng do không phải đắp mái taly) và đặc biệt là để xây dựng cả những tường kè cảng như tường kè bến cảng Montréal (Canada), ụ tầu ở Strasbourg, tường cảng ở Boulogne, La Grand Motte (Pháp) [1]

Năm 1972 hàng loạt các công trình tường chắn có cốt được xây dựng trên thế giới như: ở Pakistan xây dựng công trình tường chắn đất có cốt với vách thẳng đứng cao 40m, trong khi đó ở Pháp người ta cũng đã ứng dụng công nghệ này vào việc thi công các mố cầu chịu nén lệch tâm (mố cầu Thionville cao 12 m, chịu tải trọng từ gối cầu truyền xuống tới 750 tấn và độ lún định trước là 20 cm)[1]

Với thực tế đó, từ năm 1972 GS.Đặng Hữu đã viết tài liệu đầu tiên về nguyên lí đất có cốt (chuyên san thông tin KHKT của Ủy ban KH&KT Nhà nước số 4 tháng 4/1972) và cũng đã tổ chức nghiên cứu kiểm nghiệm lại nguyên lí đất có cốt bằng thiết

bị nén 3 trục Đến tháng 6/1973 một mô hình thí điểm về tường chắn có cốt cao 4,25 m

đã được xây dựng trên đoạn đường dẫn từ Đê La Thành xuống 1 khu tập thể gần Cầu Giấy (Hà Nội), tường chắn thí điểm sử dụng cốt là các dải cao su được cắt ra từ lốp ô

tô phế thải rộng 6cm dày 0,5cm được nối với vỏ bằng bu lông φ50, vỏ tường là vỏ thùng nhựa cũ cao 25 cm (như vỏ kim loại của H Vidal) và công trình này vẫn còn tồn tại đến ngày nay Từ năm 1999 đến nay, cùng với các dự án xây dựng mới và khôi phục cầu đường ở nước ta, các công trình đất có cốt đã tìm được chỗ ứng dụng và ngày càng được sử dụng nhiều hơn Lý do chủ yếu là khi xây dựng các đường dẫn đầu cầu

hoặc các chỗ giao nhau khác mức trong đô thị, xây dựng tường chắn đất có cốt sẽ giảm được mặt bằng chiếm dụng đất hơn nhiều so với nền đắp có mái dốc, giảm được nhiều chi phí xây dựng Một số công trình tường chắn đất có cốt đã được xây dựng ở nước ta như: tường chắn đất có cốt trên quốc lộ 5 đoạn cắt qua nút giao Lạch Tray (Hải Phòng), công trình tường chắn đất có cốt cho đường dẫn lên đầu cầu vượt Ngã Tư Vọng ở Hà Nội, đường dẫn lên đầu cầu vượt Sóng Thần ở thành phố Hồ Chí Minh, đường dẫn lên đầu cầu vượt Hòa Cầm ở thành phố Đà Nẵng, cầu Chợ Dinh trên đường

từ Huế đi Thuận An, đã được xây dựng và đã cho thấy được những ưu điểm của nó Trong những năm sắp đến với các dự án mới về xây dựng công trình giao thông vận tải, đặc biệt hệ thống đường cao tốc, cải tạo đường sắt, loại công trình tường chắn đất

có cốt còn có nhiều cơ hội để ứng dụng và phát triển mạnh [1]

Từ năm 2012, TS Châu Trường Linh (Khoa Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng) đã có nhiều nghiên cứu về tường chắn đất có cốt (MSE), đã có nhiều bài báo đăng trên các tạp chí trong và noài nước về tường chắn đất có cốt và đã bảo vệ thành công đề tài cấp đại học Đà Nẵng “Tận dụng vật liệu tại chỗ xây dựng tường chắn đất có cốt đạt chuẩn quốc tế có xét đến tuổi thọ công trình” năm 2013

1.2 Các ứng dụng của tường chắn có cốt mềm

Xây dựng tường chắn có cốt thay thế các tường bê tông cốt thép và tường bê tông trọng lực :

Xây dựng tường chắn đất có cốt để chắn giữ nền đường khi vào cầu

Ứng dụng trong xây dựng nền đường, đường cao tốc

Ứng dụng trong xây dựng hệ thống chắn sóng ở các bờ biển

Ứng dụng trong xây dựng trong mố cầu

Ứng dụng trong xây dựng tại các nút giao thông khác mức

Tường chắn kè bờ ở Mỹ Đập Taylor Draw Mỹ

Tường chắn có cốt xây dựng Tường chắn có cốt xây dựng đường đầu cầu ở Pháp, chiều dài 315m đường ô tô ở Pháp, chiều dài 1115m,

chiều cao 13,1m chiều cao 12,7m

Hình 1 2 Các dạng ứng dụng của tường chắn có cốt [12]

Tường chắn tại sân bay Quốc tế

Bangalore Ấn Độ Tường chắn xây dựng khu nhà ở

Tường chắn trên đường

Baus-Roux - Saint Isidore

Cầu vượt tại Dindoshi Junction, Mumbai

Ngoài những ứng dụng trên, tường chắn có cốt còn được ứng dụng trong các lĩnh vực xây dựng dân dụng như xây dựng cho khu nhà ở và xây dựng thủy lợi, tùy theo điều các kiện khai thác

1.3 Cơ chế làm việc của tường chắn có cốt mềm

1.3.1 Sự làm việc của cốt

Khi làm việc, cốt được neo sâu vào miền đất ổn định sau mặt trượt, đầu kia của cốt được gắn vào lớp vỏ bảo vệ tường chắn, nhờ khả năng tiếp nhận lực kéo của cốt và khả năng neo của cốt trong vùng ổn định mà giữ được ổn định cho miền đất không ổn định nằm sát bề mặt tường chắn Khối đất trong tường chắn được giữ ổn định [11]

Như vậy, cùng với sự phát triển của lực ma sát, lực dính kết trên bề mặt cốt kháng lại áp lực chủ động của đất thì lực kéo trong cốt phát sinh và phát triển Khi sự phát triển lực kéo trong cốt vượt quá độ bền giới hạn chịu kéo của cốt thì có khả năng thì khả năng gây ra hiện tượng phá hoại do đứt cốt Ngoài ra khi áp lực đất tác dụng lên bề mặt tường lớn làm kéo cốt trượt trong đất và đây được xem là loại hình mất ổn định do trượt hay tuột cốt [11]

1.3.2 Sự tương tác giữa đất và cốt - Hệ số ma sát

Sức kháng cắt trực tiếp giữa cốt và đất liên quan tới hai thành phần chính Một

là, sức kháng cắt giữa đất với diện tích bề mặt phẳng của cốt; Hai là, sức kháng cắt giữa đất với chính đất tại vị trí các mắt của lưới[11]

Sức kháng kéo của cốt dải hay thanh kim loại phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng

ma sát xuất hiện giữa đất và bề mặt ma sát của cốt Với các cốt dạng lưới thì ngoài sức kháng ma sát, một bộ phận khác của sức kháng kéo là sức kháng bị đồng của đất tựa trên các phần tử chịu kéo của lưới Độ lớn của sức kháng ma sát phụ thuộc vào góc ma sát bề mặt và ứng suất pháp hiệu quả giữa đất Nếu cốt đủ cứng và đủ nhám nó sẽ tiếp nhận tải trọng từ đất Những đơn nguyên cốt mềm sẽ không có tác dụng gia cường đất bởi bất kì sự tương tác nào liên quan đến uốn hoặc cắt qua tiết diện ngang của chúng

Có sự tương tác giữa cốt mềm với đất chỉ là nhờ tiếp thu lực kéo dọc trục Để tăng tối

đa khả năng chịu tải kéo và để tiện thi công, các cốt mềm được đặt nằm ngang trong tường, trong mái dốc và dưới nền đắp trùng với trục biến dạng kéo chính trong đất không có cốt [11]

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

bố trí cốt Điều này cũng tương đương với việc tạo ra được lực dính c lớn hơn bên trong khối đất.[11]

Hình 1 3 Cơ chế tương tác của cốt dạng dải hay thanh kim loại đối với đất rời[12]

Hình 1 4 Cơ chế tương tác của cốt dạng lưới đối với đất [12]

Khi khối đất chịu nén theo phương thẳng đứng, nếu không có cốt đất sẽ bị phá hoại vì nở hông tự do Nhưng khi có bố trí cốt và giả thiết giữa đất và cốt có đủ sức neo bám cần thiến thì khi chịu nén, đất và cốt sẽ cùng tham gia chịu lực Do đó, khối

đất bị xem như chịu nén 3 trục có hạn chế nở hông với trị số áp lực hông chính là do

cốt tác dụng vào đất thông qua lực ma sát giữa đất [8]

Theo báo cáo thử nghiệm của TRI/Environmental Inc.in Austin, Texas, USA đã thí nghiệm tương tác giữa đất và lưới địa kỹ thuật tại phòng thí nghiệm; người ta cho lưới địa trượt trực tiếp với 3 loại đất là sỏi thô, cát hạt thô và Sét pha cát kết quả thu

được hệ số trượt trực tiếp theo bảng sau [13]

Từ kết quả thực nghiệm trên họ đưa ra hệ số an toàn trong thiết kế với từng loại đất như sau:

Đối với chi tiết hạt, ma sát: C ds = 0,84 Đối với đất sét kết dính: C ds = 0,62

Và theo tiêu chuẩn quy định về thử nghiệm ASTM D6706 – 01 cho tất cả các loại lưới địa người ta thử nghiệm với 3 loại đất nêu trên rút ra kết luận rằng: Trong thiết kế và sử dụng các hệ số tương tác giữa đất vật liệu cốt và sự lấp đầy xung quanh

chúng là rất quan trọng Nó là cần thiết để đảm bảo rằng tỷ lệ an toàn đầy đủ Để an toàn trong thiết kế họ khuyên chúng ta nên lấy Ci = 0.85[13]

1.4 Cơ sở thiết kế tường chắn đất có cốt dùng lưới địa kỹ thuật

1.4.1 Yêu cầu về vật liệu

a Vỏ tường:

Phải đảm bảo đầy đủ các chức năng như tạo kết cấu hình dạng mặt ngoài cho tường chắn để tạo mỹ quan và hòa nhập với môi trường; Phòng ngừa xói lở đất đắp do mưa, gió ; Chống đỡ cục bộ đối với áp lực đất trong phạm vi giữa hai lớp cốt; Neo cốt trong khu vực chủ động của khối đất có cốt; Bảo đảm nước mặt thấm vào khối đất

có cốt có thể thoát qua mặt tường ra phía ngoài mà không lôi kéo đất đắp sau tường Gồm có hai loại là vỏ tường cứng và vỏ tường mềm Với vỏ tường cứng có các loại chủ yếu là các tấm rời và các tấm liền Các tấm rời (Chiều cao hạn chế)(1.5)(1.6), thường được chế tạo bằng bê tông đúc sẵn, có các khe nối gối lên nhau kết hợp với một mép gờ chịu nén, có thể chế tạo nhiều hình dạng và kết cấu đa dạng để đáp ứng các yêu cầu về mỹ quan công trình và tạo ra sự hòa hợp của công trình trong môi trường [11]

Hình 1 5 Mặt tường là các tấm rời đúc sẵn [12]

Hình 1 6 Hình dạng mặt tường là các khối (block) đúc sẵn [12]

Các tấm liền (Suốt chiều cao tường), thường được làm bằng bê tông đúc sẵn, mặt tường hợp thành bởi các cột trụ chính và các tấm panen cũng thường được xếp vào hệ thống mặt đường tấm liền suốt chiều cao(1.7)

Hình 1 7 Vỏ mặt tường có chiều cao bằng chiều cao tường chắn [12]

Còn với vỏ tường mềm được làm bằng thép(1.8) hoặc vật liệu polime

Hình 1 8 Vỏ tường bằng kim loại Trong giải pháp này, mặt tường được làm bằng chính các cốt vải địa kỹ thuật kéo dài bọc cuộn lấy từng lớp đất đầm nén, đầu vải bọ cuộn cũng được ghìm vào từng lớp đất

và không có liên kết giữa cốt với mặt tường(1.9) Loại vỏ tường này có ưu điểm thoát nước tốt, tuy nhiên do tiếp xúc trực tiếp với tự nhiên, và chịu tác động trực tiếp của môi trường và tia cực tím nên tuổi thọ kém

Hình 1 9 Vỏ tường bằng vải ĐKT

b Lưới địa kỹ thuật:

Được chế tạo từ hợp chất Polyethylene với mắt lưới rộng từ vài mm đến vài cm Lưới địa kỹ thuật được tạo nên bởi những sợi thô to, liên kết với nhau bằng ép nóng hoặc keo dính với nhau (1.10) Lưới địa kỹ thuật có hệ số ma sát cao khi tiếp xúc với đất và

có cường độ chịu kéo lớn[11]

Hình 1 10 Hình dạng lưới địa kỹ thuật [9]

Tính cài chặt với vật liệu chung quanh, tạo nên một lớp móng vững chắc, nhất là chống lại sự trượt của đất đắp dùng làm đê đập, tường chắn đất; Tính đa năng: hầu như thích hợp với mọi loại đất, đá; thi công dễ dàng, không cần máy móc, chỉ 2 người là có thể trải lưới; ít bị hủy họai bởi thời tiết, tia UV, bởi môi trường chung quanh như đất

có axít, kiềm, và các chất độc hại khác[11]

c.Yêu cầu về vật liệu đắp

Đất đắp sử dụng cho công trình tường chắn đất có cốt thường dùng là đất rời và đất rời ít dính(không chứa hữu cơ hoặc các tạp chất khác), Góc nội ma sát ϕ không nhỏ hơn 32 độ, trong trường hợp công trình tường chắn sử dụng đất có tính dính thì góc nội ma sát không nhỏ hơn 28 độ được xác định bằng thí nghiệm cắt trực tiếp theo tiêu chuẩn ASSHTO T-236 trên phần hạt đất mịn hơn cỡ sàng No 10, sử dụng mẫu vật liệu được đầm nén đến 95% theo AASHTO T-99, phương pháp C hoặc D Hiện nay, để tăng hiệu quả kinh tế trong việc xây dựng tường chắn đất có cốt có thể sử dụng các loại đất có tính chất cơ lý kém hơn các yêu cầu nêu trên bằng việc sử dụng vật liệu đắp tại chỗ hoặc đất ở gần nơi thi công Tuy nhiên các loại đất này thường có tính ma sát kém với cốt và tuổi thọ công trình không cao nên cần có những nghiên cứu sâu hơn

để tận dụng vật liệu tại chỗ để xây dựng tường chắn đất có cốt và theo các yêu cầu sau:

Bảng 1 1 Các tính chất của vật liệu lựa chọn [11]

Chiều cao tường <10m Phương pháp thử

% lọt sàng 0.425mm (No.40) 0-60 AASHTO T-27

% lọt sàng 0.075mm (No.200) 0-15 AASHTO T-27

Chiều cao tường >=10m Phương pháp thử

Bảng 1 2 Chỉ số tính chất điện hóa của vật liệu chọn lọc sử dụng trong khối tường chắn đất có cốt lưới địa kỹ thuật [12]

Với lưới địa làm từ Chỉ tiêu Phương pháp thử Polyester (PET) 3 < pH < 9 AASHTO T-289 Polyolefin (PP & HDPE) pH > 3 AASHTO T-289 Bảng 1 3 Chỉ số tính chất điện hóa của vật liệu chọn lọc sử dụng trong khối tường

1.4.2 Yêu cầu cấu tạo

b Mặt cắt ngang:

Mặt cắt hình chữ nhật, mặt cắt hình thang, mặt cắt giật cấp, mặt cắt có lan can phòng hộ, tỷ số cấu tạo hợp lý của tường chắn có cốt

Bảng 1 4 Kích thước sơ bộ của kết cấu tường chắn đất có cốt [11]

Loại cấu tạo Chiều dài cốt tăng cường tối thiểu Tường lưng chừng L≥0.7H (tối thiểu 3.0m)

Tường hình thang Lđáy ≥0,4H; Ltrên ≥0.7H Tường chắn ồn và tường ngàm L≥0.6H (tối thiểu 3.0m)

Ghi chú: với L là chiều dài cốt ở từng độ cao tường; H là chiều cao tường

Bảng 1 5 Khoảng cách giữa các cốt đối với mặt cắt tường hình thang [11]

Tỷ lệ giữa chiều dài cốt và tường Tỷ lệ khoảng cách cốt và chiều cao

Bảng 1 6 Kích thước tường có dạng hình học khác nhau [11]

Các loại mặt cắt tường Kích thước tường

Mặt cắt có lan can phòng hộ Chiều cao H, chiều dài cốt bằng L

Bảng 1 7 Độ sâu chôn tường tối thiểu [11]

Độ dốc mái dốc của đất ở chân

βs=0 Mố H/10 2,7.10-3

βs=180(cotg βs=3/1) Tường H/10 2,7.10-3

βs=270(cotg βs=2/1) Tường H/7 4,0.10-3

βs=340(cotg βs=3/2) Tường H/5 5,9.10-3

- Kết cấu nền đất cho tường chắn có cốt

+ Là loại đất chọn lọc, vật liệu hạt không chứa hữu cơ hoặc các tạp chất khác

+ Đất phải được san rải thành từng lớp với bề dày lu lèn mỗi lớp từ 15-27cm

1.4.3 Cơ sở tính toán tường chắn có cốt lưới địa kỹ thuật

Tiêu chuẩn Mỹ FHWA-NHI-10-024, Tiêu chuẩn Anh BS8006-1995 và tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 272 - 05

1.4.3.1 Ổn định của tường chắn có cốt

a Ổn định bên ngoài

Dưới tác dụng của áp lực đất chủ động và các tải trọng ngoài khác, tường chắn

có thể bị mất ổn định bên ngoài theo các dạng sau:

a1 Ổn định trượt trên nền:

Dưới tác dụng của các lực nói trên, khối tường chắn đất có cốt có khả năng bị trượt trên mặt nền như hình (1.11.a) Hệ số an toàn quy định như sau:

a3 Ổn định về sức chịu tải :

Do tải trọng tác dụng của khối tường chắn có cốt và tải trọng ngoài gây ra ứng suất tiếp xúc trên nền đất tại mặt tiếp xúc giữa nền đất và tường, khi ứng suất này lớn

và vượt quá khả năng chịu tải của nền thì gây ra lún lớn và làm phá hoại nền dưới chân tường chắn như hình (1.11.c) Công thức kiểm tra:

Trong đó: v - Ứng suất thẳng đứng lớn nhất tại mặt phẳng đây tường chắn do tải trọng bản thđn của khối tường chắn vă tải trọng ngoăi gđy ra

qa - Tải trọng cho phĩp của nền

qult - Khả năng chịu tải cực hạn của nền

Fs - Hệ số an toăn về sức chịu tải của nền, thường lấy ≥ 2,0

a4 Ổn định về trượt tổng thể:

Do trọng lượng bản thđn của tường vă tải trọng ngoăi lăm cho tường có khả năng trượt tổng thể trín cung trượt trụ tròn như hình (1.11.d) Để kiểm tra ổn định trong trường hợp năy ta có thể dùng câc phương phâp kiểm toân ổn định trượt theo cung trượt hình trụ tròn Hệ số an toăn trượt trong trường hợp năy lấy tối thiểu bằng 1,5

a) Trượt trín nền b) Lật trín nền

b1 Hiện tượng đứt cốt :

Dưới tâc dụng của âp lực đất, lăm phât sinh lực kĩo trong cốt, biểu đồ phđn bố lực kĩo trong cốt bằng không tại mặt tường, sau đó tăng dần đến giâ trị cực đại vă giảm dần lại về không Như vậy, khi lực căng trong cốt quâ lớn, vượt khả năng chịu

Mặt trượt

kéo của cốt thì sẽ gây ra đứt cốt, các cốt dưới chân tường chịu lực kéo lớn nhất nên có khả năng bị phá hoại đứt cốt trước, sau đó lần lượt các cốt phía trên bị đứt Mặt phẳng phá hoại đứt cốt thể hiện trên hình vẽ (1.12.1), mặt phẳng này chia khối đất gia cường cốt làm hai vùng: vùng chủ động và vùng bị động, chiều dài cốt trong vùng chủ động

là La, chiều dài cốt trong vùng bị động là Le Khi tính toán ổn định nội bộ của bản thân tường chắn đất có cốt cần tính toán đánh giá xem dưới tác dụng của lực kéo trong cốt tương ứng với từng độ cao đặt cốt trong tường có vượt quá cường độ của cốt hay không Việc đánh giá khả năng chống đứt cốt thông qua hệ số an toàn về cường độ Fs

Bảng 1 8 - Hệ số an toàn về cường độ[11]

Tiêu chuẩn thiết kế Phân tích tĩnh Phân tích động

Đối với cốt dùng vật liệu thép

Cốt dải

Cốt lưới

0,55fy0,48fy

0,73fy0,64fyCốt vải địa, lưới địa kỹ thuật, Fs 1,5 1,1

Với: - fy là cường độ chịu kéo tính toán của vật liệu cốt thép

- Fs là hệ số an toàn

b2 Hiện tượng tuột cốt :

Dưới tác dụng của áp lực đất, lực kéo trong cốt phát sinh và khi lực kéo này quá lớn, vượt quá khả năng neo giữ của cốt trong đất thì lúc này cốt có khả năng bị kéo tuột ra khỏi khối đất gia cố cốt (1.12.2) Cần phải tính toán và kiểm tra để đảm bảo không xảy ra sự phá hoại do tuột cốt Hệ số an toàn về kéo tuột cốt Fs lấy bằng 2,0

(I.3)

3

Hình 1 12 Hình ảnh mất ổn định nội bộ [1]

1.4.3.2 Các phương pháp tính toán tường chắn có cốt mềm

a.Phương pháp khối nêm cân bằng sau tường:

a1.Ổn định bên ngoài

2 (

) ( 2

) 2 / (

)

(

q H H

q K H

K

L q HL

b ab

w ab

b ab

w

+

+

= +

+

γ

γ µ γ

γ µ

≥ 2 Trong đó : µ - hệ số ma sát giữa khối đất có cốt và mặt nền

Hình 1.13 Sơ đồ tính toán kiểm tra

* Ổn định lật:

) 2 / ( ) 6 / (K abγb H3 + K ab q H2 (I.4)

3

) 2 / ( ) 2 / ( γw H L2 + q L2 (I.5)

3

≥ 2 (I.6)

(I.7)

3 (I.8)

3

Kiểm tra ổn định lật của khối tường chắn có cốt theo công thức :

Tổng momen gây lật tại chân tường =

Tổng momen chống lật tại chân tường =

Hệ số an toàn chống lật :

* Ổn định về khả năng chịu tải:

Khi ở trạng thái làm việc, khối đất cốt có thể bị nghiêng đi đo nền đất dưới đáy khối đất cốt bị phá hoại, gây biến dạng dẻo và lún lớn Khi tính toán và kiểm tra về khả năng chịu tải của nền người ta lấy ứng suất cho phép bằng một nửa khả năng chịu tải cực hạn của nền, với điều kiện này đảm bảo thì kết quả độ lún có thể đảm bảo cho tường chắn ổn định trong thời gian khai thác

Ưng suất lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên nền xác định theo công thức :

2 ) / )(

3 ( )

max

ult b

ab w

q L H q H K

Với qult - khả năng chịu tải cực hạn của nền

Nếu nền đất yếu, không đủ khả năng chịu tải thì ta có thể dùng cách mở rộng chân của tường chắn có cốt để giảm ứng suất tác dụng lên nền hoặc cho thêm một lớp đệm đất tốt và mở rộng dưới đáy khối đất có cốt

* Ổn định trượt tổng thể:

Việc tính toán ổn định trượt tổng thể của tường chắn đất có cốt được kiểm tra theo phương pháp cung trượt hình trụ tròn thông thường với các dạng mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa đất và cốt, mặt tiếp xúc trên mặt nền, hoặc mặt trượt là cung tròn đi qua trong khối đất Hệ số an toàn trong trường hợp này thường lấy tối thiểu là Fs=1,50

a2 Ổn định nội bộ

Kiểm tra ổn định bên trong thực chất là kiểm tra các khả năng đứt cốt và tuột cốt mà cơ chế phá hoại đã trình bày ở mục trên

* Kiểm tra khả năng đứt cốt Xét các trường hợp sau:

Do trọng lượng bản thân và lực phân bố đều q

Việc nghiên cứu ổn định bên trong do trọng lượng bản thân của khối đất cốt và tải trọng phân bố đều q tác dụng tiến hành theo sơ đồ sau:

2 2

3

2 2

) / )(

3 (

) ( 3 )

2 / ( ) 6 / (

) 2 / ( ) 2 / (

L H q H K

q H H

q K H

K

L q L

H Fs

b ab

w ab

b ab

w

+

+

= +

+

=

γ

γ γ

γ

3.(.h i q K ab b h i q h i L w

Thay thế giá trị này vào công thức (I.9) ta được :

i a i i

i b ab i

w aw

ia K h q K h q h L V f V

T = .[ γ + + ( γ +3 )( / )2]. = .

Hình 1.14 Do trọng lượng bản thân và lực phân bố đều q

Trong trường hợp đất có lực dính thì công thức (I.11) được viết :

i i

i b ab aw w i

w aw

i i i

i vi

D

e S D

S

+

= σ

i vi aw

Khi hi ≤ 2d-b, thì Di =hi + b

Khi hi > 2d-b, thì

2

) (h b d

i

+ +

=

Thay (I.13) vào công thức (I.9) được :

i b i i i

i ab

D

e D

S K

Trường hợp lực tác dụng theo phương ngang

Hình 1.16 Sơ đồ tính khi chịu tác dụng của lực ngang trên diện hẹp

Trường hợp có lực cắt trượt ngang Fi tác dụng trên một vùng tiếp xúc hẹp có bề rộng b, sơ đồ phân phối tải trọng được thể hiện như hình vẽ (1.16)

Chiều sâu vùng ảnh hưởng h được tính bởi công thức :

) 2 / 45

tan(

2

2 0

w

d b h

ic V f V

h

h h

F

T =2 1 − ( ) = (I.16) Khi h >H, ta giả thiết rằng h=H, biểu thức tính Ti lúc này sẽ là :

i c i i i

ic V f V

H

h H

F

T =2 1 − ( ) = (I.17) Cuối cùng, ta có công thức tính lực kéo tổng cộng trong cốt khi công trình đồng thời chịu nhiều dạng tải trọng tác dụng :

i c b a ic ib ia

i T T T f f f V

Để đảm bảo công trình ổn định, lực kéo trong cốt Ti không được vượt quá độ bền thiết kế an toàn của vật liệu làm cốt Tcp và khi này khoảng cách lớn nhất theo phương thẳng đứng giữa các lớp cốt max

i

V được xác định như sau :

c b a

cp cp

i

f f f

T f

T V

+ +

Fs

f T

m

k cp

γ

Ở đây, fk là độ bền của vật liệu làm cốt tương ứng với công trình có tuổi thọ là

120 năm được lấy từ bảng (1.4), γm là hệ số an toàn của vật liệu làm cốt được lấy từ bảng (1.5) (có giá trị trong khoảng 1,05÷1,5 và thường lấy bằng 1,35) Như vậy ta sẽ xác định được giá trị max

i

V ở từng độ cao, từ đó có thể vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ max

i

V và độ cao h của tường chắn

Bảng 1.9 Độ bền của lưới địa kỹ thuật Tensar Nhiệt độ trong đất

1,30 1,20

1,20 1,10

* Kiểm tra khả năng trượt cốt:

Trong trường hợp này, ta nghiên cứu khả năng bị tách ra của khối nêm được giới hạn bởi mặt trước của tường chắn, mặt trên của tường và mặt trượt phá hoại có thể xảy ra

Việc tính toán dựa trên các giả thiết sau : Nêm đất ứng xử như một khối rắn tuyệt đối;Không kể đến ma sát giữa mặt tường và đất đắp

Hình 1.17 Sơ đồ tính toán

* Xác định tổng lực kéo trong các cốt có mặt phẳng trượt đi qua (T)

Tổng lực kéo trong các cốt có mặt phẳng trượt đi qua được tính như sau :

=

) (

2

2 ) 2 (

β ϕ

γ β

w

i w

i

tg

S q h tg

* Xác định lực neo của cốt trong đất (Tai)

Lực neo của cốt thứ i được tính theo công thức :

S

i w ip

ai

F

q h L

T = .2.α.(γ . + ) (I.22) Trong đó : Lip là độ dài neo của cốt thứ i sau mặt trượt, FS là hệ số an toàn thường được lấy bằng 2, α là hệ số tương tác giữa đất và cốt được xác định bằng thí nghiệm kéo tuột cốt (pull out) trong đất, hệ số này thường lấy từ 0,9 ÷ 1,0 trong trường hợp đất là đất rời, và lấy < 0,9 trong trường hợp đất dính

Nếu giá trị Tai lớn hơn Tcp thì Tai được nhận bằng Tcp

Cuối cùng công trình sẽ được ổn định nếu điều kiện : ∑T ai ≥T được thõa mãn

- Trạng thái ứng suất trong khối đất có cốt thay đổi từ trạng thái tĩnh tại đỉnh tường đến áp lực chủ động ở một độ sâu giới hạn nào đó, việc tính toán áp lực đất dựa

trên giả thiết này

b1 Kiểm tra ổn định bên ngoài

Hình 1.20 Phân bố ứng suất theo Meyerhof

Kiểm tra ổn định bên ngoài trong phương pháp trọng lực dính kết tương tự như phương pháp khối nêm cân bằng sau tường, tuy nhiên có khác ở chỗ sự phân bố ứng suất dưới đáy khối tường chắn có cốt Phương pháp trọng lực dính kết mô phỏng sự phân bố ứng suất theo Meyerhof, tức là ứng suất phân bố trên một chiều dài tương đương trong phạm vi L - 2e bên phải của mặt tường như hình (1.20), e là độ lệch tâm của hợp lực thẳng đứng xác định như sau :

) ( 6

) 3 ( 2

q H L

q H H K e

w

b ab

) ( 3

) / ).(

3 ( 1

.

2

q H

L H q H K

q H

b

b ab w

γ

b2.Kiểm tra ổn định bên trong :

Hệ số áp lực đất K tính toán ở độ sâu hi được tính bởi công thức :

i vi wi

] ) ( 3

) / ).(

3 ( 1 /[

) (

q h

L h q h K q

h

i b

i i

b ab i

w vi

+

+

− +

=

γ

γ γ

Và biểu thức tính lực kéo Ti :

] ) ( 3

) / ).(

3 ( 1 /[

] ).

.(

[

2

q h

L h q h K V

q h K

T

i b

i i

b ab i

i w wi ia

+

+

− +

Lực kéo lớn nhất trong lớp cốt ở độ sâu hi như trong sơ đồ tính ở hình vẽ (1.21) xác định theo công thức :

) 2 (

.

e D

V S K T

i

i i wi ib

−

= (I.30)

Trường hợp lực tác dụng theo phương ngang

Trong trường hợp này, việc tính toán lực kéo lớn nhất trong cốt khi tường chắn

có cốt hoàn toàn giống như phương pháp khối nêm cân bằng sau tường và

sử dụng các công thức (I.16) và (I.17) để tính toán Tic

Vậy, ở độ sâu hi dưới đỉnh tường, lực kéo lớn nhất Ti mà lớp cốt thứ i phải chịu bằng tổng lực kéo được tính từ ba trường hợp trên, nghĩa là :

ic ib ia

i T T T

- Kiểm tra khả năng trượt cốt

Việc tính toán chiều dài đoạn cốt neo trong đất (Lip) cần thiết để chống lại lực kéo tuột có thể sử dụng phương pháp khối nêm cân bằng sau tường, tuy nhiên chiều dài đoạn neo Lip tính từ đường nối liền các điểm có lực kéo lớn nhất trong mỗi lớp cốt

1.4.4 Biện pháp thi công tường chắn có cốt:[1]

Thi công theo thứ tự từ dưới lên trên và có thể phân đoạn để thi công

+ Chuẩn bị nguyên vật vật liệu, vật tư thiết bị cần thiết Chế tạo vỏ tường, cốt

và các chi tiết liên kết ở xưởng; Tấm phải thoả mãn các yêu cầu về cấu tạo và kích thước; Phải dùng ván khuôn thép và trước khi đúc cần phải kiểm tra dung sai của ván khuôn; Chuẩn bị đất đắp(mỏ đất và các trang thiết bị khai thác); Phải khảo sát trữ lượng của mỏ đất, khả năng được phép khai thác và cự ly vận chuyển đến vị trí thi công; Phải tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý và điện hóa của đất; Chuẩn

bị các thiết bị đầm nén (mỏ đất và các trang thiết bị khai thác); Tùy vào loại đất đắp,

bề dày đầm nén mà chọn loại thiết bị đầm nén cho phù hợp đảm bảo độ chặt yêu cầu; Chuẩn bị các dụng cụ để lắp đặt các tấm tường và cốt (bộ nêm kê chèn, bộ kẹp gá tạm, thước kiểm tra độ thẳng đứng )

+ Chuẩn bị mặt bằng thi công: Đào và thi công móng, kiểm tra móng và các giải pháp gia cố nếu có; Lắp đặt và thi công hệ thống thoát nước theo yêu cầu thiết kế

và làm hệ thống thoát nước tạm trong quá trình thi công; Rải lớp móng đệm tạo phẳng dưới chân tường bao; Thiết lập hệ thống định vị và mốc kiểm tra cao độ khi lắp đặt tường; Thiết lập hế thống qua trắc lún trong quá trình thi công và sau khi thi công

+ Lắp đặt vỏ tường, hệ thanh chống, lưới địa kỹ thuật trải thành từng lớp ngang, neo giữa các tấm tường Chuyên chở, cẩu lắp vỏ tường; Lắp đặt vỏ tường và hệ thanh chống; Các tấm tường phải được cẩu lắp theo phương thẳng đứng (Hình 1.22); Trong mỗi hàng tấm các tấm lắp sau cần phải điều chỉnh cắm vào các chốt của các tấm lắp trước (Hình 1.23); Sau khi điều chỉnh vị trí cao độ, cần dùng các bộ kéo gỗ để gá tạm các tấm vào với nhau; Lắp đặt hệ chống đỡ để giữ ổn định cho tường khi lắp đặt.; Đổ đất san rải đất lớp dưới cùng, công việc này chỉ được thực hiên sau khi lắp đặt xong và chống đỡ chắc chắn cho hàng panel dưới cùng;

+ Khi thi công lớp đầu tiên chú ý không được đắp ra đến sát lớp vỏ tường, mà phải đắp lùi vào 1 khoảng 30cm (Hình 1.24) Sau khi lu lèn chặt và đảm bảo lớp dưới bằng phẳng ta tiến hành rải cốt; Đất phải được san rải thành từng lớp với bề dày lu lèn mỗi lớp từ 15-27cm (tùy vào bề dày đoạn đầm nén thử); Tất cả các loại xe mấy thi công có trọng lượng lớn hơn 1500 kG phải thi công các xa tường ít nhất 2m, trong phạm vị 2m từ mặt tường chỉ sử dụng các loại máy nhỏ hơn 1500 kG, Lu rung có khối lượng/1m bề rộng nhỏ hơn 1000 kG; Độ chặt yêu cầu phải lớn hơn hoặc bằng K98 dung trọng khô sau khi đầm nén nhỏ nhất là 1800 kG/m3

+ Trước khi trải lưới địa kỹ thuật, thông số từng cuộn, kích thước chiều dài, hướng trải và vị trí trải phải được xác định theo bản vẽ thi công Trong khi trải, kiểm tra các hiện tượng hư hỏng và lỗi kỹ thuật của lưới địa Các hư hỏng trong quá trình bảo quản, vận chuyển, bốc dỡ hay thi công phải được khắc phục theo hướng dẫn của

kỹ sư hiện trường; Lưới địa kỹ thuật phải được trải theo đúng cao độ và hướng được chỉ định trong bản vẽ thi công hoặc theo hướng dẫn của kỹ sư hiện trường Cần đặc biệt lưu ý để trải đúng hướng trong trường hợp lưới địa kỹ thuật sử dụng có cường độ chịu kéo hai chiều khác nhau Lưới địa kỹ thuật được cắt đúng chiều dài thiết kế bằng dao sắc, kéo, v.v.Sau khi trải lưới địa kỹ thuật, dùng tay kéo phẳng lưới địa kỹ thuật,

đảm bảo lưới địa kỹ thuật không bị xếp nếp, căng đều và phẳng Sau đó, phải neo định

vị lưới địa kỹ thuật xuống nền, có thể sử dụng các cọc gỗ, chốt ghim, đổ các đống đất nhỏ để chặn hay neo bằng bao tải đất

Hình 1.22 Thi công, lắp dựng các tấm tường [12]

Hình 1.23 Điều chỉnh các tấm tường vào các chốt có sẵn[12]

Hình 1.24 Thi công lớp đất đắp trước khi rải lưới địa kỹ thuật[12]

Lưới địa kỹ thuật phải trải với chiều dài liên tục theo hướng chịu lực chính Không được phép có chồng mép, khâu hoặc nối cơ học trong hướng chịu lực chính Các tấm lưới địa kỹ thuật liền kề (ngang với hướng chịu lực chính) được trải sao cho đảm bảo sự che phủ 100% của lưới địa kỹ thuật Điều này có thể đạt được bằng cách chồng mép 50mm hoặc 2-3 mắt lưới, trừ phi có sự chỉ định khác trong bản vẽ thi công hoặc hướng dẫn khác của kỹ sư hiện trường Trong trường hợp cần thiết, có thể buộc các mắt của các tấm gần kề bằng sợi HDPE, hay sợi PET; Lưới địa kỹ thuật được trải với số lượng vừa đủ cho việc thi công liên tục, nhằm tránh sự hư hỏng không cần thiết Sau khi trải lưới địa kỹ thuật, các lớp đất tiếp theo được đổ chèn, thi công đầm nén theo đúng yêu cầu kỹ thuật Sau khi đã hoàn thiện lớp đất tiếp theo, lớp lưới địa kỹ thuật mới lại được trải và neo như đã hướng dẫn ở trên Quá trình thi công được tiếp tục theo đúng quy trình này cho các lớp lưới địa kỹ thuật và các lớp đất tiếp theo cho tới khi hoàn thiện

Hình 1.25 Thi công lớp đất đắp trước khi rải lưới địa kỹ thuật[12]

+ Thi công tường đỉnh: Lắp đặt khối đỉnh tường; Lắp đặt hệ thống lan can phòng hộ; Lắp đặt hệ thống thoát nước mặt

1.5 Tính toán tường chắn đất có cốt theo phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis

+ Cấu trúc phần mềm Plaxis gồm 4 modul

Input : Thiết lập và vẽ mô hình, nhập các thông số đầu vào

Calculation: Thực hiện tính toán từ giai đoạn thi công đến khai thác Output: Xuất các kết quả tính toán (Ứng suất, nội lực, chuyển vị )