KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH LONG AN VÀ HUYỆN TÂN THẠNH
Khái quát về điều kiện tự nhiên và những yếu tố tác động đến sự phát triển kinh tế xã hội tỉnh Long An
xã hội tỉnh Long An
Long An là tỉnh nằm ở miền Nam Việt Nam, có diện tích khoảng 4.500 km² và dân số khoảng 1,9 triệu người, tiếp giáp với Campuchia và tỉnh Tây Ninh ở phía bắc, Tp HCM ở phía đông và đông bắc, tỉnh Tiền Giang ở phía nam và tỉnh Đồng Tháp ở phía tây nam, được giới hạn bởi tọa độ địa lý:
Từ 10°21'00” đến 12°19'00” vĩ độ Bắc
Từ 105°30'00” đến 106°59'00” kinh độ Đông
Long An có vị trí địa lý chiến lược nhờ các đặc điểm sau đây:
Long An, với vị trí cửa ngõ kết nối vùng đồng bằng sông Cửu Long và vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, có khả năng tận dụng lợi thế từ sự phát triển và tăng trưởng của cả hai khu vực này.
Vùng đệm giữa khu vực phát triển nhanh ở Tp HCM và châu thổ nhạy cảm về môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ thành phố kiểm soát sự phát triển đô thị, đồng thời bảo vệ vùng châu thổ có giá trị môi trường cao.
- Các lợi ích từ công cuộc phát triển Long An sẽ lan rộng sang các tỉnh của nước bạn Campuchia - quốc gia có đường biên giới chung với Long An
1.1.1 Vị thế của Long An ở Nam Bộ
Tỉnh Long An, nằm trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và thuộc vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam (KTTĐPN), có đường biên giới dài 133km giáp Campuchia, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các vùng kinh tế Tỉnh này chiếm 1,4% diện tích, 1,7% tổng dân số và 1,5% GDP cả nước; đồng thời chiếm 14,7% diện tích, 9,9% dân số và 3,7% GDP của KTTĐPN, cũng như 11,1% diện tích, 8,1% dân số và 8,7% GDP của ĐBSCL Mặc dù Long An có vị thế kinh tế cao trong ĐBSCL, nhưng vẫn còn khiêm tốn so với KTTĐPN.
Long An giáp ranh với hai tỉnh Prey Veng và Svay
Phom Penh Cả 2 tỉnh này đều là 2 tỉnh thuần nông với 80% dân số tham gia vào sản xuất nông nghiệp
Tỉnh Long An hiện có 1 cửa khẩu quốc tế, 1 cửa khẩu quốc gia và 2 cửa khẩu phụ, đóng vai trò là cửa ngõ của vùng Đồng bằng sông Cửu Long Với vị trí chiến lược giáp ranh với TP HCM và khu vực Đông Nam Bộ, Long An duy trì mối quan hệ thương mại chặt chẽ với nhiều tỉnh thành trên cả nước Từ năm 2010 đến 2015, giá trị thương mại của Long An tăng trưởng 9,18% mỗi năm, chủ yếu tập trung vào nông sản, lương thực thực phẩm, dệt may và vật liệu xây dựng Tỉnh này cũng nhập khẩu nhiều nguyên liệu đầu vào như dầu khí, khí đốt, xi-măng, phân bón và hàng tiêu dùng, với các sản phẩm này được giao dịch tại nhiều chợ và khu vực, bao gồm cả TP HCM.
1.1.2 Điều kiện cơ sở hạ tầng
Hệ thống giao thông bộ được ưu tiên đầu tư, đóng vai trò quan trọng trong phát triển sản xuất và nâng cao đời sống dân cư Tuy nhiên, vẫn còn một số tuyến đường chưa đáp ứng nhu cầu vận chuyển, thiếu sự đồng bộ giữa đường và cầu, và chưa hình thành các tuyến nhánh liên hoàn.
Mạng lưới giao thông khu vực phía Nam chủ yếu tập trung vào cải tạo, nâng cấp và mở rộng, trong khi khu vực phía Bắc phát triển nhanh chóng, góp phần vào khai hoang và phân bổ dân cư Tuy nhiên, khu vực phía Bắc vẫn còn thiếu các tuyến giao thông, với đường tỉnh chỉ có một vài tuyến ô tô đi qua và các tuyến nhánh vào cụm dân cư chưa được hoàn thiện, gây ảnh hưởng đến việc di chuyển và tổ chức cuộc sống của người dân nông thôn.
Hiện nay, hầu hết các tuyến đường từ tỉnh xuống huyện và vào các khu công nghiệp đã được xây dựng đồng bộ về tải trọng Tuy nhiên, vẫn còn một số tuyến đường có cầu tải trọng thấp, gây hạn chế trong việc khai thác và vận chuyển hàng hóa.
Các tuyến giao thông vành đai biên giới đã được đầu tư trong nhiều năm, tuy nhiên chủ yếu là các tuyến giao thông nông thôn với quy mô nhỏ và cầu đường chưa đồng bộ Điều này đã ảnh hưởng đến khả năng phòng thủ quốc gia và công tác chống buôn lậu.
Xây dựng giao thông nông thôn đã trở thành phong trào lớn với sự kết hợp giữa nguồn vốn ngân sách và đóng góp của người dân, hiện có 156/188 xã có đường ô tô đến trung tâm, chiếm 83% Tuy nhiên, 32 xã thuộc 7 huyện vẫn chưa có đường ô tô, với 18 tuyến đường dài 126 km và 140 cầu cần đầu tư Mặc dù đầu tư cho giao thông tăng qua các năm, nhưng nguồn vốn cho duy tu bảo dưỡng còn thấp, dẫn đến chất lượng đường nhanh chóng xuống cấp Các chuyên gia khuyến cáo nên ưu tiên vốn cho bảo trì thay vì chỉ đầu tư xây dựng mới để đạt hiệu quả kinh tế - xã hội cao hơn Hệ thống đường bộ được tỉnh chú trọng đầu tư nhưng vẫn chưa đồng bộ và rộng khắp, ảnh hưởng đến thu hút đầu tư và phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh.
Mạng lưới giao thông thủy tại Việt Nam không có sự gia tăng đáng kể từ năm 1995, hiện đạt tổng chiều dài 2.559 km Mật độ đường thủy theo diện tích là 0,59 km/km² và theo dân số là 1,8 km cho mỗi vạn dân, với các tuyến đường thủy chính bao gồm Sông Vàm Cỏ, Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây và sông Rạch Cát.
Tại vùng Đồng Tháp Mười, các tuyến đường thủy nông thôn đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển của người dân Ghe, tàu là phương tiện chính giúp họ đi lại giữa các nhà và khu vực khác nhau Đặc biệt, ở những xã chưa có đường ô tô, giao thông chủ yếu phụ thuộc vào đường thủy, trở thành phương tiện sinh sống và làm ăn của nhiều hộ gia đình.
Mạng lưới đường thủy hiện nay chủ yếu dựa vào lợi thế tự nhiên và chưa phát huy hết tiềm năng, thiếu hệ thống hỗ trợ như phao tiêu và báo hiệu Hiện tượng lấn chiếm dòng chảy và vi phạm hành lang bảo vệ đường thủy, như xây dựng nhà ở và bến bãi chứa vật liệu, vẫn chưa được ngăn chặn hiệu quả Nhiều tuyến đường thủy đang bị khai thác quá mức.
23 thác nhiều năm có độ bồi lắng lớn nhưng chưa được nạo vét làm ảnh hưởng đến khả năng đi lại của phương tiện
Long An có tiềm năng về đường thủy rất lớn nhưng lại là một trở ngại cho xây dựng giao thông đường bộ
Hệ thống cấp nước tự nhiên của Long An qua dòng chảy của sông Vàm Cỏ, Vàm
Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây trong tình trạng nhiễm phèn và nhiễm mặn
Tính đến cuối năm 2004 trên phạm vi toàn tỉnh có 100% xã (188/188) có điện lưới quốc gia về đến trung tâm và có 92,7% hộ dân cư có điện thắp sáng
Điều kiện địa chất khu vực huyện Tân Thạnh
Trên cơ sở các tài liệu địa chất đã thu thập được, địa tầng khu vực từ trên xuống dưới như sau:
- Trầm tích Pleistocene gồm: trầm tích Pleistocene sớm – giữa (QI-II) và trầm tích Pleistocene muộn (QIII)
1.3.2 Địa chất công trình khu vực
Dựa trên tài liệu thu thập và nghiên cứu từ mặt đất tự nhiên xuống độ sâu 20m, các lớp đất khảo sát thuộc hai tầng trầm tích Holocene và Pleistocene Trong đó, trầm tích Holocene là một trong những lớp quan trọng được xem xét.
Tầng đất khảo sát có màu xám đen, chứa nhiều rễ cây và xác thực vật đang phân hủy, với nguồn gốc từ trầm tích sông – đầm lầy Bề dày khoảng 5m, lớp đất này thuộc loại phù sa mới, có tính chất yếu do chưa được nén chặt, chứa nhiều hữu cơ và có độ ngậm nước cao Điều này dẫn đến trạng thái chảy, dẻo chảy, với khả năng chịu tải thấp, dễ xảy ra hiện tượng mất ổn định như co ngót, trương nở, sạt lở, sụt lún và trượt.
Tầng đất này được hình thành từ trầm tích Holocene, bao gồm các nhóm đất sét, sét pha và cát pha với màu sắc đa dạng như xám trắng, nâu vàng và nâu đỏ Trạng thái của đất dao động từ dẻo cứng đến nửa cứng, với hàm lượng hữu cơ rất thấp hoặc không có Đất có khả năng chịu tải tốt, độ rỗng ở mức vừa phải và hệ số nén lún nhỏ.
Kết luận chương
Đầu tư cho ngành giao thông đã tăng trưởng liên tục trong những năm qua, nhưng việc thi công vẫn còn sử dụng các phương pháp truyền thống Cần áp dụng công nghệ mới để tìm ra những giải pháp kinh tế hiệu quả hơn Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng và đảm bảo tính ổn định phù hợp với địa chất công trình tại huyện.
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU
Tổng quan về vật liệu địa kỹ thuật
Vật liệu ĐKT là các vật liệu tổng hợp cao phân tử dùng để ổn định và gia cường nền đất, bao gồm vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, bạt chống thấm, đất sét tổng hợp, lưới thoát nước và ô địa kỹ thuật Những vật liệu này có khả năng chịu lực tốt và độ bền cao, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xây dựng, giao thông, địa chất, môi trường, thủy lợi và nuôi trồng thủy sản Vải địa kỹ thuật, với dạng tấm phẳng và linh hoạt, cho phép nước thấm qua và được phân loại thành ba nhóm chính: dệt, không dệt và vải địa phức hợp.
Vật liệu địa kỹ thuật là lựa chọn linh hoạt cho nhiều công trình xây dựng và có khả năng kết hợp với các vật liệu khác Chúng được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng, địa kỹ thuật, giao thông vận tải, tài nguyên nước, môi trường và kỹ thuật bờ biển Trong bốn thập kỷ qua, vật liệu này đã phát triển nhanh chóng nhờ vào những đặc tính cơ bản nổi bật.
+ Không bị biến chất do tác động của sinh học và hoá học
+ Độ bền cao dưới tải trọng lâu dài của các lớp đất bên trên
+ Dễ dàng lưu trữ và vận chuyển
+ Đơn giản trong lắp đặt
+ Đẩy nhanh quá trình thi công
+ Tạo giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường
+ Tạo thẫm mỹ cho công trình
Vật liệu địa kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong xây dựng dân dụng với nhiều ứng dụng đa dạng Khi tương tác với đất, đá và các vật liệu xây dựng khác, chúng thể hiện các đặc tính cơ bản như gia cường nền, phân cách lớp, lọc, thoát nước, ngăn dòng chảy và bảo vệ nền.
Nhưng trong xây dựng các công trình trên nền đất yếu, chủ yếu dựa trên 4 chức năng cơ bản sau:
- Các loại vật liệu ĐKT: Loại vải có dệt, loại vải không dệt, loại vải đan
Vải địa kỹ thuật được sản xuất bằng cách dệt từ các sợi hoặc bó sợi, tương tự như vải may, với cấu trúc dệt ngang dọc Biến dạng của vải được kiểm tra theo hai hướng chính: dọc máy (MD) và ngang máy (CD), trong đó sức chịu kéo theo hướng dọc máy luôn lớn hơn so với hướng ngang máy.
Hình 2.6: Vải địa kỹ thuật loại có dệt
Vải không dệt là loại vải được tạo thành từ sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào Các sợi này được liên kết với nhau thông qua các phương pháp như hóa học (sử dụng chất dính), nhiệt (sử dụng sức nóng) hoặc cơ (sử dụng kim dùi).
Vải địa kỹ thuật không dệt là loại vải được sản xuất bằng cách đan các sợi hoặc bó sợi lại với nhau thông qua máy đan, thay vì dệt các sợi lại.
Hình 2.8: Vải địa kỹ thuật loại đan
Geogrids, also known as geotechnical grids, are made from materials such as polypropylene (PP), polyester (PE), or coated with polyethylene terephthalate (PET) These geosynthetic materials exhibit an impressive tensile strength of up to 40,000 psi, surpassing that of steel, which has a tensile strength of 36,000 psi.
Lưới địa được chia thành 3 nhóm:
Hình 2.9: Lưới địa kỹ thuật loại một trục
Hình 2.10: Lưới địa kỹ thuật loại hai trục
Geonet là sản phẩm polymer dạng tấm với mạng lưới dày đặc các ô, có chức năng thoát chất lỏng hoặc khí trong mặt phẳng lưới Mặc dù geonet có hình dạng tương tự như geogrids, nhưng sự khác biệt nằm ở chức năng sử dụng của chúng.
Geomembranes (màng địa kỹ thuật) là sản phẩm polymer tổng hợp, có dạng cuộn hoặc tấm với hệ số thấm rất thấp từ K-12 đến 10-16 cm/s Chúng được sử dụng chủ yếu để chống thấm cho các công trình và làm tường vây ngăn cách giữa khu chế xuất, nhà máy lọc dầu, kho chứa chất lỏng và khu dân cư Tại Việt Nam, màng chống thấm HDPE bề mặt nhẵn là loại phổ biến nhất hiện nay.
Hình 2.12: Geomembrane (màng địa kỹ thuật)
Geocell là một cấu trúc địa kỹ thuật được tạo thành từ các tấm HDPE liên kết với nhau, tạo thành các ô khi kéo ra Những ô này, khi được đổ đất, đá hoặc sỏi, giúp gia cường nền đất và mái dốc, ngăn chặn xói mòn hiệu quả Việc đổ đất lên lớp màng HDPE của mái taluy ô chôn lấp không chỉ bảo vệ màng chống thấm mà còn giảm thiểu tác động của môi trường và các lực cơ học bên ngoài.
40 khác hệ thống này sẽ tạo điều kiện thuận lợi để một lớp thảm cỏ thực vật mọc nhằm tạo cảnh quan
Hình 2.13: Geocell (ô địa kỹ thuật)
Geocomposite là sản phẩm kết hợp từ các tấm mỏng hoặc thanh làm từ hai hay nhiều chất liệu, trong đó ít nhất một thành phần là vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật hoặc màng địa kỹ thuật Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa các tính năng, mang lại hiệu quả cao hơn so với việc sử dụng từng loại vật liệu riêng lẻ.
Geofoam là một loại vật liệu cao phân tử được sản xuất dưới dạng nửa lỏng với sự kết hợp của các phụ gia tạo bọt, nhờ đó mà geofoam có trọng lượng rất nhẹ Vật liệu này có thể được tạo hình thành các dạng bản hoặc hình khác nhau.
41 khối với hệ số rỗng cao dùng làm vật liệu đắp trọng lượng nhẹ, vật liệu cách nhiệt và kênh dẫn nước
Hình 2.15: Geofoam 2.3.1 Lưới địa kỹ thuật
Lưới địa kỹ thuật hiện nay được sản xuất từ nhiều loại vật liệu như polyethylene, polypropylene, polyester và polyvinyl, cùng với các biến thể sử dụng sợi thủy tinh, lớp lõi HDPE và lớp phủ sợi carbon Những sản phẩm này được thiết kế để gia cường các công trình tường chắn mái dốc, mang lại sức căng lớn và độ bền cao cho các công trình xây dựng.
Tùy thuộc vào công nghệ sản xuất của nhà cung cấp, lưới địa cung cấp cho thị trường xây dựng hạ tầng cơ bản có nhiều loại sản phẩm khác nhau như lưới địa 2 trục, lưới địa 3 trục và lưới địa xoắn kép Hiện nay, tiêu chuẩn của lưới địa được kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM Quốc tế, trong khi Việt Nam cũng có bộ tiêu chuẩn Quốc gia riêng, nhưng chủ yếu vẫn dựa trên tiêu chuẩn quốc tế này Các chức năng của lưới địa kỹ thuật rất đa dạng và quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất xây dựng.
Lưới địa kỹ thuật được sản xuất từ chất liệu polypropylen (PP), polyester (PE) hoặc bọc bằng polyethylene-terephthalate (PET) thông qua phương pháp ép và dãn dọc Chất liệu này có khả năng chịu kéo đứt vượt trội lên tới 40.000 psi, cao hơn so với sắt với chỉ 36.000 psi.
Lưới địa được chia thành 3 nhóm: o Lưới một trục, o Lưới hai trục, o Lưới ba trục,
+ Lưới một trục: có sức kéo theo hướng dọc máy, thường để gia cố mái dốc, tường chắn v.v
Các ứng dụng cụ thể của vật liệu địa kỹ thuật cho thiết kế đường
2.4.1 Ứng dụng trên một mặt đường yếu có mặt bằng hẹp
Lưới địa được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nền móng yếu trên đất mềm, hỗ trợ ổn định đường giao thông và bảo vệ các công trình như khu dân cư, dự án thủy điện Ngoài ra, lưới địa còn được sử dụng để gia cố các mái Taluy, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt đất trên các sườn núi, đảm bảo an toàn cho các đoạn đường cao tốc.
Lưới địa kết hợp với vải địa kỹ thuật không dệt có tác dụng quan trọng trong việc thoát nước, nhờ vào các ống mao dẫn trong vải thoát nước đứng, được biết đến với chức năng thoát nước thẳng đứng hoặc lọc ngược.
Trong các vùng đất yếu với không gian hạn chế, việc gia cố các cọc liên kết không cần thiết, bởi vì địa tầng xung quanh thường cứng và ổn định Sự chuyển dịch của các hạt đất cát và đất mềm mịn là không đáng kể, do đó, có thể chỉ cần kết hợp vải địa để lọc và lưới địa để tạo thanh giằng cho mặt đường, giúp hạn chế tình trạng sụt lún Mô phỏng việc sử dụng kết hợp lưới địa và vải địa không dệt sẽ minh họa rõ ràng hơn cho phương pháp này.
Hình 2.16 Vải địa kỹ thuật dùng cho đường
2.4.2 Ứng dụng lưới địa trong một mặt bằng có không gian rộng
Khi một con đường hoặc tuyến đường sắt phải đi qua vùng trũng với đất mềm yếu, sẽ phát sinh nhiều vấn đề phức tạp Do khu vực này rộng lớn và chứa nhiều đất yếu, các địa tầng không ổn định và ngập nước, việc áp dụng giải pháp liên kết cọc là cần thiết để đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình.
Tùy thuộc vào độ mạnh yếu của nền đất, các phương pháp liên kết cọc sẽ được xem xét Đặc biệt, nếu nền đất yếu có cường độ cắt thấp, cần tính toán kỹ lưỡng các thông số liên quan để đảm bảo sự ổn định và an toàn cho công trình.
Khi áp suất nằm trong khoảng 10-15 kPa, việc sử dụng các giải pháp như ổn định giếng cát hoặc cọc bê tông sẽ không đảm bảo tính ổn định của nền móng Nếu cố gắng thực hiện, chi phí sẽ tăng lên nhiều lần.
Trong trường hợp này, cần ổn định nền móng bằng phương pháp đóng Bấc thấm và gia tải Sau đó, một thảm lưới địa sẽ được sử dụng trên bề mặt để tăng cường sự ổn định cho nền móng.
Khi thông số cu > 10-15 kPa, các phương pháp liên kết cọc trở nên hiệu quả hơn với chi phí giảm và thời gian thi công nhanh chóng Để gia cường trong trường hợp này, mặt đất được giằng bằng dải lưới địa theo khoảng cách nhất định, bao gồm lưới địa 1 trục, 2 trục và 3 trục, với cường độ chịu kéo tương tự như vải địa, được tính bằng kN/m.
Lớp phân cách được tạo thành từ vải địa kỹ thuật không dệt, với vật liệu mịn ở phía trên, được trải dưới lưới địa cốt sợi thủy tinh, như hình minh họa.
Kết luận chương
Có nhiều phương án gia cố đường trên nền đất yếu, và việc lựa chọn phương pháp an toàn, hiệu quả là rất quan trọng Trong số các phương pháp cũ, gia cố bằng cọc xi măng đất vẫn được sử dụng, nhưng gần đây, giải pháp gia cố bằng lưới địa ngày càng phổ biến nhờ tính an toàn, sinh thái và kinh tế So với các giải pháp thông thường bằng bê tông, phương pháp này thường có chi phí thấp hơn và tác động môi trường ít hơn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU
Sơ lược về sự ổn định của nền đường đất đắp
Nền đường ôtô đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định cho kết cấu áo đường Để đạt được điều này, hai yếu tố chính cần chú trọng là ổn định và lún của nền đường Theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, nền đường đắp phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể để đảm bảo an toàn và chất lượng cho hệ thống giao thông.
Nền đường cần đảm bảo sự ổn định về toán khối, tránh hiện tượng sụt trượt mái taluy và trượt, lún sụt ở nền đắp trên đất yếu, cũng như hiện tượng trượt ở phần đắp trên sườn dốc.
Nền đường cần đạt đủ cường độ để tránh tình trạng biến dạng dẻo nguy hiểm, có thể dẫn đến hiện tượng lượn sóng và phá hoại kết cấu mặt đường phía trên.
Phương pháp nghiên cứu ổn định nền đường phổ biến hiện nay là phương pháp cân bằng giới hạn, sử dụng hệ phương trình cơ bản gồm hai phương trình cân bằng và điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb Do đất không được coi là vật liệu đàn hồi, điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb là cần thiết để xác định trạng thái ứng suất trong đất Các điểm trong khối đất thỏa mãn ba phương trình này được xem là ở trạng thái chảy dẻo Sự xuất hiện của một hoặc nhiều điểm chảy dẻo cục bộ không nhất thiết dẫn đến phá hoại khối đất, mà chỉ khi có các lưới đường trượt hình thành, cho phép các phần khối đất trượt tự do tương đối với nhau thì mới xảy ra phá hoại.
Năm 1857, người đầu tiên đã giải hệ phương trình theo ứng suất để xác định phân bố lực ngang và hệ số áp lực ngang trong đất, cùng với áp lực chủ động và bị động tác dụng lên tường chắn Đến năm 1920, Prandtl đã sử dụng ứng suất để tìm cường độ giới hạn của nền đất dưới áp lực từ móng cứng Ngoài ra, chiều cao giới hạn của mái dốc thẳng đứng cũng có thể được xác định thông qua việc phân tích trạng thái ứng suất trong khối đất Tuy nhiên, phương pháp này mang lại rất ít kết quả trong việc nghiên cứu ổn định khối đất.
Phương pháp mặt trượt là một trong những phương pháp nghiên cứu hiệu quả và phổ biến, được Coulomb (1776) áp dụng đầu tiên để nghiên cứu áp lực đất lên tường chắn Tiếp theo, Fellenius (1926) đã sử dụng mặt trượt trụ tròn để đánh giá ổn định mái dốc, thuộc trường phái Thụy Điển Để xác định mặt trượt chính xác, cần thực hiện các biến đổi thích hợp.
Hệ phương trình trong tọa độ cong, mà tiếp tuyến của đường cong trùng với vectơ đường trượt, đã được Koiter (1903) nghiên cứu Prandtl (1920) là người đầu tiên tìm ra hàm giải tích cho đường trượt trong trường hợp móng cứng đặt trên nền đất không trọng lượng, bao gồm các mặt trượt phẳng và mặt trượt xoắn ốc logarit Sokolovski (1965) đã áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình vi phân của đường trượt, cho ra kết quả số cho nhiều trường hợp tính toán khác nhau.
Nghiên cứu của 1943 và Berezansev (1958) đã áp dụng các mặt trượt để phân tích ổn định khối đất Cần lưu ý rằng điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb đối với đất có ma sát có thể làm thay đổi thể tích khối đất khi xảy ra chảy dẻo, dẫn đến vi phạm quy tắc chảy dẻo kết hợp Để khắc phục tình trạng này, cần có những phương pháp điều chỉnh phù hợp.
W F Chen đã dùng mặt trượt xoắn ốc logarit khi tính ổn định mái dốc Mặt trượt giữ vai trò quan trọng trong nghiên cứu ổn định khối đất cho nên W F Chen (1975) đã đưa ra phương pháp xây dựng mặt trượt giữa các khối đất cứng, giữa các khối bê tông và khối đá Từ cách làm đó đã hình thành nên lý thuyết đường trượt (slip-line field theory) hiện nay
Các vấn đề nêu trên là nền tảng lý thuyết cho các phương pháp tính toán và nghiên cứu ổn định khối đất trong chương tổng quan của nghiên cứu Phương pháp cân bằng giới hạn, theo W F Chen, chưa phản ánh đúng ứng dụng của phân tích giới hạn trong lý thuyết đàn-dẻo lý tưởng, do không xem xét sự thay đổi thể tích khối đất khi áp dụng điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb Hơn nữa, hệ phương trình cơ bản không xác định được trạng thái ứng suất tại các điểm chưa chảy dẻo, dẫn đến việc không đánh giá được trạng thái ứng suất toàn khối đất Mặc dù đất là vật liệu phức tạp và các đặc trưng cơ lý của nó chưa được hiểu rõ, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm tấm ép thực địa cho thấy đất có thể được coi là vật liệu đàn dẻo lý tưởng theo điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb, từ đó cho phép áp dụng phương pháp cân bằng giới hạn và các định lý phân tích giới hạn để nghiên cứu ổn định khối đất.
Trong hình, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu đàn dẻo lý tưởng khi chịu ứng suất một chiều được trình bày rõ ràng Khi ứng suất tăng từ 0 đến giới hạn đàn hồi E, vật liệu sẽ trải qua biến dạng đàn hồi Tuy nhiên, khi đạt đến giới hạn này, ứng suất không còn tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục gia tăng.
Biến dạng dẻo là hiện tượng xảy ra khi đường dỡ tải song song với đường đặt tải, dẫn đến biến dạng không hồi phục hoàn toàn Đặc điểm này phụ thuộc vào quá trình đặt tải trước đó Ứng suất E, hay còn gọi là giới hạn dẻo, là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu vật liệu Vật liệu đất được coi là vật liệu đàn dẻo lý tưởng trong các ứng dụng kỹ thuật.
Hình 3.1: Mô hình đàn dẻo lý tưởng
- Hàm giới hạn chảy dẻo
Vấn đề quan trọng cần nghiên cứu là xác định các điều kiện chảy dẻo cho vật liệu trong trạng thái ứng suất phức tạp, và những điều kiện này cần được kiểm tra qua thí nghiệm Đối với vật liệu đàn dẻo lý tưởng, điều kiện chảy dẻo có thể được diễn đạt qua công thức f(ij) - k = 0, trong đó f(ij) thể hiện trạng thái ứng suất tại một điểm trong vật thể và k là thông số của vật liệu.
Hiện nay, trong lĩnh vực tính toán, có nhiều điều kiện chảy dẻo được áp dụng, bao gồm điều kiện chảy dẻo Tresca, Von Mises, Mohr-Coulomb và Drucker-Prager Trong luận án này, điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb sẽ được sử dụng và do đó sẽ được giới thiệu chi tiết.
Khi xác định trạng thái ứng suất tại một điểm, vòng tròn Mohr cho phép chúng ta tìm hiểu trạng thái ứng suất trên các bề mặt khác nhau qua điểm đó Để vẽ vòng tròn Mohr, trước tiên cần thiết lập hệ trục tọa độ vuông góc (σ,O,τ), trong đó trục hoành đại diện cho ứng suất pháp σ và trục tung cho ứng suất tiếp τ Từ trạng thái ứng suất đã biết, chúng ta có thể xác định các thông số liên quan.
Tính toán nền có cốt gia cố bằng vải địa kỹ thuật
Tính toán thiết kế đường ô tô phải tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 4054-2005 hoặc TCVN 5729-2012, cùng với quy trình khảo sát thiết kế nền đường qua vùng đất yếu Khi sử dụng vải gia cường, cần xem xét thêm các yếu tố liên quan để đảm bảo hiệu quả và độ bền của công trình.
3.4.1 Tính toán ổn định công trình
3.4.1.1 Tính toán ổn định trƣợt sâu với hệ số ổn định trƣợt đƣợc quy định: min 1, 2
K theo phương pháp phân mảnh cổ điển e e
N phải được giới hạn bởi các điều kiện sau: ax
Trong đó N m ax là cường độ chịu kéo đứt lớn nhất của vải lúc đem dùng
Hình 3.16: Mặt phá hoại của khối đất đắp k - là hệ số lấy bằng 2,0 nếu dùng vải polyester và lấy bằng 5,0 nếu vải bằng polypropylen hoặc polyetđen
Hai điều kiện này đảm bảo rằng lực kéo hiệu quả của vải nhỏ hơn lực ma sát giữa mặt trên của vải và đất đắp, cả trong vùng hoạt động và vùng bị động.
Trong đó f’ là hệ số ma sát tính toán (đã xét đến hệ số an toàn bằng 1,5) giữa đất đắp và vải:
' 4 f 9 tg Với :là góc nội ma sát của đất đắp
w : dung trọng của đất đắp ( T m / 3 ) h i : chiều cao đất đắp trên vải (thay đổi theo dạng taluy, trong phạm vi bề rộng đỉnh nền đường h i h chiều cao nền đắp)
3.4.1.2 Kiểm toán điều kiện ổn định trƣợt đất đắp trên vải địa kỹ thuật
F a : lực đẩy, tính theo công thức 1 2 a 2 a w
Với w : dung trọng của đất đắp ( T m / 3 ) h : chiều cao nền đắp (m)
K a : hệ số áp lực chủ động Rankine; 1 sin
: góc nội ma sát của đất đắp
F: lực ma sát giữa đất đắp và mặt vải địa kỹ thuật (lực giữ) Bỏ qua lực dính giữa đất đắp và vải thì:
Trong đó: F được xác định như ở công thức ' 4 f 9 tg G: trọng lượng khối đất đắp trong phạm vi mái dốc rộng L
Việc khống chế tốc độ đất đắp nền trên đất yếu có vải địa kỹ thuật tăng cường được thực hiên như sau:
Cần thiết phải bố trí các mốc quan trắc lún và mốc quan trắc biến dạng ngang cho mỗi công trình Tối thiểu, mỗi công trình cần có 3 mốc quan trắc lún và 1 mốc quan trắc biến dạng ngang dài 10m.
Nếu: lún 1 cm/ngày ; chuyển vị ngang 5mm/ ngày thì tiếp tục đắp
Nếu lún hoặc chuyển vị ngang vượt quá tiêu chuẩn, cần tạm ngừng đắp để theo dõi Nếu biến dạng không còn tăng, có thể tiếp tục đắp.
3.4.2 Tính toán lựa chọn vải
3.4.2.1 Chọn loại vải: Số lớp vải theo mục đích gia cường phải dựa trên cơ sở tính toán ở mục 4.1
3.4.2.2 Chiều rộng trải vải địa kỹ thuật khi thiết kế phải lớn hơn chiều rộng của nền đường ít nhất là 1m để cuốn phủ lên lớp thứ nhất của lớp cát thoát nước ngang (thay thế tầng lọc ngược hai bên nền đường)
3.4.3 Tính toán nền có cốt gia cố bằng lưới địa kỹ thuật
Năm 1994, Ochiai và cộng sự đã giới thiệu một phương pháp mới để tính toán sức chịu tải của nền đất được gia cố bằng lớp đệm lưới địa kỹ thuật Phương pháp này tập trung vào cường độ tải trọng phân bố p trên diện chịu tải B, tác động lên lớp lưới địa kỹ thuật, cùng với việc lan truyền tải trọng trong đất nền, dẫn đến sự xuất hiện của ứng suất kháng p m và diện tích B m.
Sức chịu tải cực hạn q u của nền khi không sử dụng lớp lưới địa kỹ thuật được Terzaghi phát biểu như sau:
Trong đó: c: là lực dính của đất
: là dung trọng của đất nền
N c N : hệ số cường độ chịu tải
Sức chịu tải cực hạn q m của nền khi sử dụng lớp lưới địa kỹ thuật được phát biểu như sau:
H : chiều dầy của lớp đệm lưới địa kỹ thuật
N q : hệ số cường độ chịu tải của lớp đệm lưới địa kỹ thuật
Do đó, sự gia tăng của cường độ chịu tải q do sự đặt thêm lớp đệm được mô tả:
Tính toán nền đất bằng phương pháp cọc xi măng đất
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, thị trường xây dựng tại Việt Nam đang trở nên sôi động với nhiều công trình cầu đường Công nghệ Cọc Xi Măng - Đất đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên toàn cầu, cho thấy hiệu quả kinh tế vượt trội so với các công nghệ gia cố nền đường khác nhờ tận dụng nguyên liệu tại chỗ Đây là giải pháp hợp lý cho các nền đất yếu, đặc biệt là ở vùng Đồng Bằng Nam Bộ.
3.5.1 Tính toán và kiểm tra cường độ cho Cọc Xi Măng – Đất
Việc tính toán và kiểm tra sẽ được tiến hành cho 2 điều kiện sau :
- Trình tự tính toán: Chọn trước chiều dài cọc, đường kính cọc và cả số lượng cọc bố trí nx, ny Xác định hệ số tập trung ứng suất :
Kích thước theo phương X,Y của bản đáy quy ước nằm trên đầu cọc được ký hiệu là Lb và Bb Diện tích bản đáy truyền xuống khối cọc được tính bằng Af = L.B Trong khi đó, diện tích của bản đáy quy ước trên đầu cọc được xác định bằng Ab = Lb x Bb.
Là hệ số kể đến sự tăng lên của Môđun Biến dạng theo hướng thẳng đứng được sinh ra bởi sự hạn chế của mặt phẳng bên thân cọc
Chiều dày của lớp đất thứ nhất bao quanh cọc được xác định với H1 Bề rộng theo hướng lân cận ngắn hơn của phần tử cọc mở rộng được ký hiệu là Bp Môdun biến dạng trung bình của lớp đất 1 và lớp đất 2 lần lượt là E1 và E2, trong đó lớp đất 1 bao gồm toàn bộ các lớp đất mà cọc đi qua, còn lớp đất 2 nằm bên dưới mũi cọc Môđun biến dạng của cọc Xi Măng - Đất được xác định thông qua các thí nghiệm.
3.5.2 Tính toán và kiểm tra Cọc Xi Măng – Đất theo điều kiện biến dạng:
- Theo phương pháp của Giáo sư Brom:
Việc phân tích và tính toán độ lún của nền gia cố có thể dựa trên nguyên tắc tính toán lún của cọc gia cố Phương pháp tính lún phổ biến hiện nay là phương pháp do giáo sư Broms đề xuất Độ lún của khối móng cọc được xác định theo công thức S = S1 + S2, trong đó S1 là độ lún do biến dạng của khối cọc gia cố.
Hình 3.17 Sơ đồ tính toán cọc xi măng đất
Tải trọng phân bố của công trình được tính bằng KN/m², trong đó ΔHi là chiều sâu của lớp đất thứ i mà khối cọc đi qua (m) Tỉ số a thể hiện mối quan hệ giữa tổng diện tích cọc gia cố và diện tích khối gia cố, với n là tổng số cọc và Ap là diện tích tiết diện của cọc.
B, L là kích thước khối gia cố
Ep, Es : Môđun biến dạng của vật liệu cọc và của đất nền mà cọc đi qua
Độ lún S2 của khối đất dưới mũi cọc được xác định theo nguyên lý cộng lún từng lớp với độ dốc 2:1, dẫn đến việc diện tích khối móng quy ước tăng lên và giảm tải trọng truyền xuống Tuy nhiên, thực tế cho thấy độ lún của móng bè cọc tính theo phương pháp này thường rất lớn, do chúng ta đã bỏ qua sự tham gia của Bản đáy Khi Bản đáy hoạt động, việc tính lún cho các khối cọc gia cố một cách độc lập sẽ không còn chính xác, vì lực từ chân cột truyền xuống sẽ thay đổi.
76 không chỉ do mình khối cọc ở ngay dưới nó nhận hoàn toàn mà nó đã có sự phân phối lại tải trọng.
Tính toán lựa chọn phương án
Phương pháp thi công bằng vải địa kỹ thuật cho đường có ưu điểm về tính thuận tiện và dễ dàng, giúp rút ngắn thời gian thi công Nghiên cứu này sẽ tiến hành tính toán và so sánh tính khả thi của hai phương pháp: vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất, trong chương tiếp theo.
Phần tính toán vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp như vải địa kỹ thuật và lưới địa kỹ thuật đã được phát triển từ lâu, cung cấp các thông số cần thiết cho kỹ sư thiết kế để đánh giá độ ổn định và độ biến dạng của nền gia cường Việc đánh giá nền được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau nhằm xác định khả năng chịu tải, ổn định tổng thể và độ lún của nền sau khi gia cố bằng vật liệu địa kỹ thuật.