Chương 3: Nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn đất có cốt hợp lý tại các nút giao dự án đường vành đai Cầu giấy - Nhật tân
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất có cốt
2.1.2. Tính toán tường chắn đất có cốt với vỏ là bê tông, cốt là lưới địa kỹ thuật
2.1.2.1. Khái niệm và đặc điểm của vật liệu địa kỹ thuật
*) Khái niệm và phân loại vật liệu địa kỹ thuật
Vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng làm cốt trong công trình tường chắn đất có cốt được chế tạo dưới dạng tấm (vải địa kỹ thuật), dạng lưới hoặc dạng mạng…
Lưới địa kỹ thuật được sản xuất đầu tiên năm 1978 tại Anh, bởi công ty Netlon (và hiện giờ là tập đoàn Tensar International). Sau đó đến Stabilenka của Hà Lan. Lưới địa kỹ thuật giống như tờ bìa dày có lỗ, có thể cuộn tròn lại.
Lưới địa kỹ thuật được làm bằng chất polypropylen (PP), polyester (PE) hay bọc bằng polyetylen-teretalat (PET) với phương pháp ép và dãn dọc. Vật liệu dùng làm lưới địa kỹ thuật có sức chịu kéo đứt rất lớn 40.000 psi (so với sắt là 36.000 psi).
lc
h
Vỏ
Cốt
Lưới địa được chia thành 3 nhóm:
- Lưới một trục;
- Lưới hai trục;
- Lưới ba trục.
Lưới 1 trục (uniaxial geogrid) có sức chịu kéo theo 1 hướng. Lưới địa kỹ thuật 1 trục được sản xuất bằng vật liệu HDPE, có tính bền vững cao và đã được kiểm chứng trong môi trường có độ pH từ 1.6 đến 12.6, do đó phù hợp với hầu hết các loại vật liệu đắp hiện có.
Tính chất chủ yếu của lưới địa kỹ thuật 1 trục là cường độ cao và biến dạng nhỏ, được sử dụng để gia cố tường chắn, mố cầu, và mái taluy dưới tác dụng lâu dài của tải trọng.
Hình 2.6. Hình dạng kỹ thuật của lưới 1 trục Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của lưới 1 trục
Thông số kỹ thuật
Sản Phẩm
Lục kéo (kN/m)
(2)
Cấp tải (kN/m)
Biến dạng ở cấp tải hữu hiệu nhất
Lục kéo từ biến cho 120 năm (kN/m)
(3,4)
Atd Bw Sw Tb Tr Pnom
Kích thước cuộn tiêu
chuẩn (5)
2
% 5 % (%) 100 200 300 E’GRID
170 R 170 52.
5 103 11 75.8 68.3 61.5 16 18 6 7.4 2 255 50 m2
(1m*50m) E’GRID
130 R 141.9 38 75.5 11 63.3 57 51.3 16 18 6 5.6 1.6 255 50 m2
(1m*50m) E’GRID
110 R 112 29.
9 56.5 11 49.9 45 40.5 16 18 6 5 1.3 255 50 m2
(1m*50m) E’GRID
90 R 90 23.
7 45.2 11 40.2 36.2 32.6 16 18 6 4.1 1.1 255 50 m2
(1m*50m) E’GRID
65 R 68.7 16.
1 30.9 11 30.6 27.6 24.8 16 18 6 2.9 0.8 245 50 m2
(1m*50m)
E’GRID 54 12. 24.7 11 24.1 21.7 19.5 16 18 6 2.1 0.6 235 50 m2
50 R 7 (1m*50m)
Ghi chú
(1) Theo tiêu chuẩn BS.2782 Part 4, Method 452B,1993;
(2) Đo theo tiêu chuẩn ISO 10319 ở 20 20C, tính toán ở 95% thấp hơn giới hạn theo tiêu chuẩn ISO 2620 1982 (BS 2846 Part 2 1981);
(3) Tính toán theo tiêu chuẩn ISO 13413: Lực kéo từ biến ngoại biên suy ra cho 120 năm;
(4) Tính toán cho đất ở nhiệt độ như bảng trên;
(5) Kích thước cuộn khác có thể sản xuất theo yêu cầu.
Lưới 2 trục (biaxial geogrid) có sức chịu kéo theo cả 2 hướng thường dùng để gia cố nền đường, nền móng công trình…
Hình 2.7. Lưới địa kỹ thuật 2 trục
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật lưới ĐKT 2 trục
Sản phẩm
Trọng lượng (Kg/m2)
Cường độ chịu
kéo (kN/m) Tải trọng kéo đứt (kN/m)
TD MD
TD 2%
biến dạng
MD 2%
biến dạng
TD 5%
biến dạng
MD 5% biến
dạng
E’GRID2020 0.2 20 20 7.5 7.5 15 15
E’GRID2020
L 0.2 20 20 7.5 7.5 15 15
E’GRID3030 0.3 30 30 11 11 21.6 21.6
E’GRID3030
L 0.3 30 30 12.5 12 25 24
E’GRID4040 0.5 40 40 15 14.5 29 28
E’GRID4040
L 0.5 40 40 15 14.5 29 28
Hình 2.8. Mô hình sản xuất lưới ĐKT
Hình 2.9. Thí nghiệm về khả năng chịu kéo của lưới
*Cơ chế hoạt động
Lưới địa kỹ thuật 1 trục: Có chức năng hoạt động chính là ma sát thành lưới và đất nhờ đó giúp giữ các hạt đất tốt hơn.
Lưới địa kỹ thuật 2 trục có hai chức năng hoạt động chính:
- Cơ chế interlock;
- Phân bố tải trọng.
Cơ chế Interlock
Giữ các hạt vật liệu bên trong mắt lưới sẽ tạo ra một kết cấu cứng và loại bỏ hiện tượng sự dịch chuyển của các hạt cốt liệu nên có thể ngăn ngừa hiện tượng lún chênh lệch.
Hình 2.10.Cơ chế “Interlock”
Hình 2.11. Mô hình hóa cơ chế “Interlock”
Các ô lưới có tác dụng như bệ cứng giữ các hạt đất trong các ô lưới. Khi có tải trọng thẳng đứng tác dụng, dưới sự hỗ trợ của ô lưới các hạt đất được sắp xếp thành hình chóp và sự tương hỗ của các ô lưới liền nhau giúp cố định vị trí của chúng không cho chuyển vị ngang xuất hiện.
Hình 2.12. Mô hình hóa cơ chế “Interlock”
* Phân bố tải trọng
Phân bố tải trọng trên diện rộng hơn và do đó giúp giảm bề dày các lớp kết cấu áo đường và chi phí xây dựng.
Hình 2.13. Khả năng phân bố tải trọng khi sử dụng lưới địa kỹ thuật
*Hiệu quả làm việc khi sử dụng lưới
Giảm độ dày lớp vật liệu:
Giảm bề dày lớp vật liệu khoảng 33%, từ một công trình tiêu chuẩn, nhà thầu có thể dễ dàng giải quyết các vấn đề lắp đặt tại hiện trường và tiết kiệm khoảng 25% chi
phí xử lý nền móng. Hình 2.14. Lưới ĐKT giúp
giảm bề dày vật liệu Tăng vòng đời công trình:
Cải tạo nâng cấp công trình đường, đặc biệt là phải thi công toàn bộ móng công trình là hạng mục tốn kém đối với bất kỳ chủ đầu tư nào. Nếu sử dụng một lớp gia cố cơ học, vòng đời mặt đường sẽ tăng gấp ba lần hoặc lâu hơn và nhờ vậy giảm chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm do phải thay
lớp áo nhựa đường. Hình 2.15. Lưới ĐKT giúp
tăng vòng đời công trình Tăng khả năng chịu lực:
Trên các lớp móng yếu, như nền đất bùn, có lúc cần thi công đoạn đường tạm có khả năng chịu lực lớn. Đưa cần cẩu vào lắp đặt công trình là một ví dụ điển hình. Điều này đòi hỏi phải tăng khả năng chịu lực của nền đất và thiết kế sao cho đảm bảo hoạt động an toàn tại công trường.
Hình 2.16. Lưới ĐKT giúp tăng khả năng chịu lực Kiểm soát lún chênh lệch:
Nhiều công trình thi công tại các khu vực có nền móng không ổn định và các lớp mặt đường dễ bị lún cục bộ gây phá vỡ kết cấu công trình. Việc sử dụng lưới địa kỹ thuật sẽ giúp kiểm soát hiện tượng lún lệch đảm bảo an toàn cho công trình sử dụng.
Hình 2.17. Lưới ĐKT giúp kiểm soát lún lệch
* Đặc điểm của vật liệu địa kỹ thuật:
Lưới địa kỹ thuật một trục được sản xuất từ polietilen có tỷ trọng cao, HDPE (high density polyethylen) còn lưới hai trục làm bằng polietilen hoặc polipropilen hoặc cả hai. Các loại lưới địa kỹ thuật đều có những đặc điểm sau:
- Sức chịu kéo lớn không thua kém gì các thanh kim loại;
- 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;
- Giản dị: thi công dễ dàng, không cần máy móc, chỉ 2 người là có thể trải lưới;
- Lâu dài: ít bị hủy hoại bởi thời tiết, tia tử ngoại, bởi môi trường chung quanh như đất có axít, kiềm, và các chất độc hại khác.