Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ

Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực Miền Trung có xét thời gian phục vụ.

Lý do chọnđềtài

Tường chắn đất có cốt là một trong những loại tường chắn được xây dựng để giữ ổn định đất ở sau tường, viết tắt là tường MSE (Mechanically stabilized earth walls) Loại tường này bắt đầu được sử dụng ở Pháp từ thập niên 60, sau đó được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng ở nhiều nước trên thế giới [1, 2] Tường MSE thường đượcsửdụng nhiều để gia cố các mái dốc, đặc biệt là các mái dốc đứng và sử dụng cho nền đường đắp cao Tường chắn đất có cốt có kết cấu hợp lý, tuổi thọ cao, phù hợp với các công trình chịu tải trọng động, giảm độ lún không đều với các công trình xây dựng trên nền đất yếu, giảm diện tích chiếm dụng đất và đặc biệt giảm chi phí xây dựng từ 25% đến 50% so với việc dùng các tường chắn bê tông cốt thép thông thường [2,3].

Hiện nay, khi xây dựng các kết cấu tường MSE, cốt phải nhập từ nước ngoài với chi phí cao do nhà cung cấp yêu cầu được tham gia thiết kế, thi công để lấy phí bản quyền Trong khi đó, miền Trung Việt Nam có nguồn cung cấp vật liệu cốt thép mạ kẽm dồi dào, phong phú về chủng loại và đạt các yêu cầu về chỉ tiêu cơ học đối với cốt cứng dùng cho tường MSE Với vật liệu cốt thép xây dựng sẵn có này sẽ dễ dàng chế tạo lưới cốt, dễ thi công và có thể sử dụng thiết bị, nhân lực sẵn có để thi công kết cấu tường MSE Vì vậy, nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng công trình, góp phần thúc đẩy khả năng tự chủ về công nghệ xây dựng, sự phát triển của các doanh nghiệp trong nước và giảm sự ăn mòn cốt trong tường, nghiên cứu đề xuất sử dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo làm cốt cho tườngM S E

Bên cạnh đó, miền Trung Việt Nam là khu vực có diện tích và trữ lượng đất đồi lớn, có thể sử dụng làm vật liệu đắp có cốt cho các công trình xây dựng Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu đánh giá nào về vật liệu đắp có cốt ở khu vực miềnTrung Nghiên cứu này lựa chọn mô hình thí nghiệm tỉ lệ thực để nghiên cứu sự làm việc của kết cấu tường MSE sử dụng vật liệu địa phương bao gồm đất đồi khu vực miềnTrungvàcốtthépmạkẽmtựchếtạonhằmđịnhhướngứngdụngvàothựctế. Đối với tường MSE sử dụng cốt kim loại thì vật liệu đắp, cốt và điều kiện môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến ăn mòn cốt làm giảm thời gian phục vụ của tường [4, 5] Bài toán ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường MSE là bài toán dữ liệu lớn, các biến có mối quan hệ phức tạp (tính phi tuyến cao) Các nghiên cứu đánh giá trước đây về bài toán này theo lý thuyết ANN (Artificial Neural Network) chưa được áp dụng nhiều, trong khi đó ANN là công cụ để mô hình hóa dữ liệu thống kê phi tuyến với nhiều ưu điểm vượt trội Vì vậy, trong nghiên cứu này dùng lý thuyết ANN để dự báo thời gian phục vụ của tường nhằm giúp chúng ta có những biện pháp cảnh báo hoặc duy tu, sửa chữa nhỏ hay sửa chữa lớn khi tường đã hết thời gian phục vụ để tránh những sự cố công trình đáng tiếc xảyr a

Luận án "Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền Trung có xét thời gian phục vụ" được hình thành từ nhu cầu cấp thiết về giải pháp gia cố tường chắn đất bằng vật liệu địa phương, tiết kiệm chi phí và bền vững trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của miền Trung.

Mục tiêu củađề tài

Mục tiêu chung: Thúc đẩy khả năng tự chủ về công nghệ, tăng khả năng sử dụng vật liệu cốt thép của các doanh nghiệp địa phương để giảm chi phí xây dựng và kiểm soát được ổn định cũng như thời gian phục vụ của tườngMSE.

- Nghiên cứu chế tạo cốt đủ cường độ và chống ănm ò n ;

- Nghiên cứu vật liệu đắp phù hợp với cốt tự chết ạo ;

- Thí nghiệm trên mô hình tỉ lệ thực (full scale model), nghiên cứu sự làm việc của tườngMSEcócốtbịănmòndướitácdụngcủatảitrọngchođếnpháhoạitường;

- Xây dựng mô hình ước lượng chiều dày ăn mòn cốt trongt ư ờ n g ;

- Xây dựng chương trình dự đoán thời gian phục vụ củat ư ờ n g

Đối tượng và phạm vin g h i ê n cứu

Đối tượng nghiên cứu : Tường chắn đất có cốt kim loại liên kết bản mặt bê tông. Phạm vi nghiên cứu:

- Cốt là cốt thép mạ kẽm từ thép xây dựng thôngt h ư ờ n g

- Vật liệu đắp địa phương trong khu vực miềnTrung.

- Tấm tường là bản mặt bê tông cốt thép chế tạos ẵ n

Phương phápnghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết (nghiên cứu tài liệu về cơ sở lý thuyết liên quan đến tính toán, thiết kế, thi công tường MSE; các thành tựu, kết quả lý thuyết đạt được, chủ trương chính sách liên quan đến tường MSE đã côngb ố ) ;

- Phương pháp thực nghiệm khoa học (thực nghiệm trong phòng kết hợp hiện trường áp dụng cho tính chất của vật liệu đất - cốt; thực nghiệm trên mô hình tỉ lệ thực cósửdụng các thiết bị đo ứng suất - biến dạng, chuyển vị cho hệ tường - đất - cốt và kiểm chứng kết quả với mô hìnhsố);

- Phương pháp thu thập dữ liệu từ các nghiên cứu có trước (thu thập dữ liệu các tính chấtlýhóacủavậtliệuđắpvàtínhchấtcủacốttrongtườngMSEbịănmòn);

- Phương pháp xử lý dữ liệu (xử lý dữ liệu bằng phân tích thống kê để loại bỏ các mẫu không đầy đủ hoặc mẫu gây nhiễu, chuẩn hóa dữl i ệ u ) ;

- Phương pháp phân tích, đánh giá và tổng kết kinh nghiệm (phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết; đánh giá mức độ khả quan để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn; phân tích dữ liệu để xây dựngmôhình ước lượng, đánh giá hiệu suất của môhình).

Nội dungnghiêncứu

- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu đắp và cốt kim loại, tương tác đất - cốt trong tường, nguyên lý thuyết kế và trình tự thi công, lý thuyết ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường, sơ lược về đặc điểm vật liệu đắp - cốt - môi trường tự nhiên khu vựcmiềnTrungvàtriểnvọngứngdụngtườngMSEdùngcốtmạkẽmtựchếtạo.

- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và đặc tính của vật liệu đắp khu vực miềnTrung.

- Nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo với tỉ lệ thực và đánh giá sự làm việc của tường thông qua kết quả quan trắc ứng suất - biến dạng - chuyểnvị.

- Xây dựng mô hình ước lượng độ dày ăn mòn cốt thép nhằm đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của tường chắn MSE.- Xây dựng chương trình dự đoán tuổi thọ của tường MSE giúp đơn vị quản lý bảo trì, sửa chữa công trình kịp thời, đảm bảo an toàn giao thông.- Ứng dụng cốt thép mạ kẽm chế tạo tại Việt Nam vào tường chắn nút giao thông cầu vượt công trình thực tế để đánh giá độ ổn định và hiệu quả kinh tế.

Ý nghĩa khoa học vàt h ự c tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Luận án góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học lý thuyết, cung cấp thang đánh giásựphù hợp của cấp phối đất tự nhiên khu vực miền Trung sử dụng làm vật liệu đắp có cốt Luận án cũng bổ sung thêm kết quả nghiên cứu cho khoa học thực nghiệm bao gồm bảng giá trị chỉ tiêu cơ - lý - hóa của 75 mỏ cấp phối đất tự nhiên khu vực miền Trung, công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất giữa đất - cốt khi sử dụng cốtmạkẽmtựchế tạo, sự làm việc của tường MSE có cốt tự chế tạo bị ăn mòn dưới tác dụng của tải trọng cho đến phá hoại tường trong mô hình thí nghiệm tỉ lệt h ự c

- Ý nghĩa thực tiễn: Cốt mạ kẽmtựchế tạocóngạnh liên kết mà luận án đã nghiên cứu có triển vọng ứng dụng vào thực tiễn xây dựng các kết cấu tường MSE ở Việt Nam nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng công trình Bên cạnh đó, mô hình ước lượng chiều dày ăn mòn cốt và chương trình MSE-ANT dự báo thời gian phục vụ của tường là những công cụ giúp các nhà tư vấn thiết kế và các nhà nghiên cứu ứng dụng để tính toán thiết kế các kết cấu tường MSE trong thựct i ễ n

Cấu trúc củaluận án

Ngoài phần mục lục, danh mục các bảng, danh mục các hình vẽ và đồ thị, danh mục các chữ viết tắt, danh mục các kí hiệu, các công trình khoa học đã công bố, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm 127 trang được bố cục nhưsau:

- Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất cócốt

- Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và vật liệu đắp khu vực miềnTrung

- Chương 3: Nghiên cứu sự làm việc của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo trênmôhình thí nghiệm tỉ lệthực

- Chương 4: Xây dựng chương trình dự đoán thời gian phục vụ và đánh giá hiệu quả ứng dụng của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chết ạ o

TỔNG QUAN VỀTƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT

Giớithiệuchung

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển tường chắn đất cócốt Đất có cốt là một loại vật liệu tổ hợp do đất và cốt tạo ra có khả năng chịu được lực kéo [1] Vật liệu cốt rất đa dạng, từ xa xưa loài người đã biết dùng nhiều loại cốt khác nhau để cải thiện tính chất của đất xây dựng như dùng rơm, các thanh tre, nứa trộn với đất làm tấm vách nhà Thế kỷ thứ 17, 18 con người đã dùng các thanh cứng như củi, que, gậy.v.v để cải thiện tính chất của nền đất bùn cho các đê, đập dọc theo vịnh Fundy ở Canada Những năm 1880, người Trung Quốc đã dùng cành cây để gia cường đất (phần phía tây của Vạn Lý Trường Thành và dọc theo sông Mississippi) Ở Anh, người ta đã dùng gỗ, tre hoặc lưới thép để chống xói mòn kè, đê, đập hoặc có thể dùng rễ cây sống để cải thiện tính chất của đất Ngoài ra, còn có nhiều công trình đất có cốt được xây dựng từ lâu như các thánh điện, tháp cổ ở Ai cập Công trình đất có cốt xây dựng sớm nhất có thể kể đến là tường chắn cho kim tự tháp Ziggurat ở Irắc, cốt được dùng là những thảm đan các cây sậy được đặt nằm ngang trong các lớp đất cát và sỏi sạn Tại thời điểm đó, kỹ thuật gia cố đất còn thô sơ, mang tính chất kinh nghiệm dân gian[ 2 ]

Tường chắn đất có cốt thực sự ra đời vào năm 1963 khi kỹ sư Henri Vidal đề xuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng công trình [1] Năm 1965, ông thiết kế và xây dựng tường MSE thử nghiệm đầu tiên tại Pyrenees sử dụng vật liệu đắp là loại đất rời rạc ít dính, cốt là dải kim loại mỏng và vỏ mặt tường bao bằng kim loại. Năm 1976, tường MSE đầu tiên được xây dựng trên đường cao tốc A13 ở Pháp có chiều cao 10 m, rộng 10 m và dài 50 m[4 ]. Ở Việt Nam, tường MSE cũng được các nhà khoa học tiếp cận từ rất sớm.Năm 1968, giáo sư Đặng Hữu đã viết tài liệu đầu tiên về nguyên lý đất có cốt và tổ chức nghiên cứu, kiểm nghiệm lại nguyên lý này bằng thiết bị nén 3 trục [1] Những năm1970,cácchuyêngiacủatrườngĐạihọcxâydựng,Việnkhoahọccôngnghệ giao thông vận tải, trường Đại học giao thông vận tải kết hợp với chuyên gia Nguyễn Thành Long (tại Pháp) nghiên cứu tiếp cận lý thuyết về tường MSE Nhóm đã tiến hành thực nghiệm đo ứng suất, biến dạng phát sinh trên mô hình trong phòng và đồng thời tiến hành xây dựng thí điểm tường cao 3m ngoài thực địa nhằm thử nghiệm công nghệ thi công và đánh giá ăn mòn cốt trong đất[1].

Những năm sau, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ đất có cốt và tường MSE đã được các Viện nghiên cứu, áp dụng và phát triển nhanh chóng ở nhiều nước trên thế giới Các loại cốt được nghiên cứu và sử dụng bao gồm cốt kim loại, cốt kim loại mạ kẽm, thép không gỉ hoặc vật liệu tổng hợp có cường độ cao như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật Hình dạng của cốt có thể là dạng sợi, dải mỏng, lưới ô vuông hoặc dạng tấm mỏng Hiện nay, tường MSE được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới bao gồm tường chắn nền đường ô tô, đường sắt, mố cầu, nền đường đắp cao, đê, kè ven sông, kè venb i ể n v v

1.1.2 Nguyên lý làm việc của tường chắn đất cócốt

Tường chắn đất có cốt là kết cấu tổ hợp vừa chống đỡ bên ngoài vừa giữ ổn định bên trong Mặt bên ngoài của kết cấu có vỏ bao (vỏ tường hay tấm tường) để bảo vệ bề mặt chống những hư hại từ các tác nhân bên ngoài và chống sạt lở đất trong phạm vi giữa các lớp cốt Phía bên trong của kết cấu là đất có cốt, nhờ vào tương tác giữa đất - cốt mà khối đất chịu được tải trọng thẳng đứng tác dụng và hạn chế nở hông [1,4].

Hình 1.1 Cấu tạo tường chắn đất có cốt [4]

Đất trong tường chịu nén theo phương thẳng đứng, nếu không có cốt thì đất sẽ bị phá hoại do nở hông tự do Nhưng nếu bố trí cốt và giả thiết giữa đất và cốt có đủ sức neo bám cần thiết thì khi chịu nén, đất và cốt sẽ cùng tham gia chịu lực Do đó, khối đất xem như chịu nén có hạn chế nở hông với áp lực hông chính là do cốt tác dụng vào đất thông qua tương tác giữa đất - cốt [5,6].

Tương tác giữa đất - cốt hay sức neo bám giữa đất - cốt chính là sức cản do lực ma sát giữa đất với bề mặt cốt, sức kháng bị động của đất tại các phần tử chịu tải của cốt và chuyển vị uốn của cốt Tương tác này phụ thuộc vào loại cốt, cấu tạo, hình dạng cốt và loại vật liệu đắp, thành phần cấp phối, độ ẩm, sức kháng cắt của vật liệu đắp [2, 6, 7] Cơ chế tương tác đất - cốt thể hiện chủ yếu thông qua ma sát giữađất-cốtvàlựckéotrongcốt[1,8]vàđượcmôtảnhưhình1.2.

Hình 1.2 Cơ chế tương tác giữa vật liệu đắp với cốt (dạngd ả i )

Nguyên lý làm việc của tường MSE dựa trên nguyên lý đất có cốt đó là: cốt với vai trò hạn chế khối đất nở ngang, chuyển hóa áp lực thẳng đứng lên khối đất thành lực kéo trong cốt thông qua tương tác giữa đất -c ố t

1.1.3 Các ứng dụng của tường chắn đất có cốt và ưu - nhượcđ i ể m

1.1.3.1 Các ứng dụng của tường chắn đất cócốt

Những năm đầu của thập niên 60, tường MSE mới được nghiên cứu, tính toán và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng như xây dựng công trình giao thông vận tải (mố cầu, đường sắt, nền đường đắp cao trên đất yếu, công trình sân bay),côngtrìnhvenbờ,cảngbiển,đậpđấtchứanước,côngtrìnhdândụng.v.v…

Năm 1965, tường chắn thử nghiệm đầu tiên về đất có cốt được xây dựng ởPháp do kỹ sư Henri Vidal đề xuất thiết kế Năm 1967, xây dựng tường MSE đầu tiên trên đường cao tốc A13 ở Pháp Từ năm 1968 đến 1970, có khoảng 10 công trình đấtcócốt tại Pháp được xây dựng như tường MSE sử dụng cho đường ô tô từ Roquebrune đi Menton, tường MSE xây dựng ở công trình cảng Dunkerque, ụ tàu ở Strasbourg, tường cảng ở Boulogne, La Grand Motte.v.v…[ 4 ] a b. a Tường thử nghiệm đầu tiên ở Pháp; b Tường Incarville trên cao tốc A13

Hình 1.3 Tường chắn đất có cốt đầu tiên được thử nghiệm và ứng dụng

Năm 1971 đánh dấu bước phát triển của tường MSE khi bắt đầu sử dụng bê tông cốt thép làm vỏ tường với các hình dạng khác nhau và tạo mỹ thuật trên bề mặt tường Năm 1972, hàng loạt các tường MSE được xây dựng trên thế giới Ở Pakistan, xây dựng tường MSE với vách thẳng đứng cao 40 m Ở Pháp, ứng dụng công nghệ này vào 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) Ở Anh, tường MSE cũng được ứng dụng cho nhiều công trình như tường chắn đất nền đường cải tạo xa lộ M25 tại Epping-Luân Đôn Ở Mỹ, nhiều tường MSE sử dụng cốt là lưới địa kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong các dự án mở rộng xa lộ xuyên bang I75 tại bang Florida, dự án xây dựng đại lộ Tanque Verde thành phố Tucson bang Arizona, dự án xây dựng tường chắn và đại lộ có nhiều đường giao, dự án Lithonia bang Georgia Ở Nhật, đất có cốt được ứng dụng phổ biến, đặc biệt là trong ngành đường sắt Các nước khác trong khu vực Đông Nam Á cũng ứng dụng loại kết cấu này rất phổ biến như ở Singapore, Malaysia, Hồng Kông, Đài Loan, Indonesia, Thái Lan, Philippines, Brunei.v.v…[1, 2, 4,5 ]

Nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng của xã hội hiện nay đang vô cùng cấp thiết, do đó công nghệ tường MSE đã phát triển rất nhanh và hiện có mặt tại nhiều quốc gia trên thế giới Thống kê của Tập đoàn TECSCO cho thấy, công nghệ tường MSE đã được sử dụng trên khắp thế giới với chiều dài tường lên tới hàng trăm nghìn mét.

Tường chắn trọng lực (MSE) Terre-Armée được ứng dụng rộng rãi với hơn 50.000 công trình được xây dựng trên toàn thế giới tính đến năm 2016 Trong đó, hơn 10.000 công trình được sử dụng tại các mố cầu Tường MSE đã được sử dụng trong nhiều dự án nổi bật, chẳng hạn như xử lý nền đất yếu tại Wathar và Shiroli ở Ấn Độ, cũng như tại đường dẫn đầu cầu tại Dindoshi Junction, Mumbai, Ấn Độ.

Hình 1.4 Tường MSE trong xây dựng công trình giao thông đường bộ a b. a Bờ biển ở Mỹ; b Đập Taylor Draw ở Mỹ

Hình 1.5 Tường MSE trong công trình ven bờ, cảng biển, đập chứa nước a b. a Sân bay Seattle - Tacoma ở Mỹ; b Nhà dân dụng

Hình 1.6 Tường MSE trong xây dựng công trình dân dụng, sânb a y Ở Việt Nam, tháng 6-1973 mô hình thí điểm về tường chắn có cốt cao 4,25 m đã được xây dựng trên đoạn đường dẫntừĐê La Thành xuống 1 khu tập thể gầnCầu Giấy (Hà Nội) Năm 1999, tường MSE được sử dụng cho nền đường đắplên cầu (mố cầu) Mẹt (Lạng Sơn) thuộc dự án nâng cấp các cầu trên quốc lộ 1 (QL1) và năm 2000 kết cấu này được áp dụng đối với cầu Phố Mới (LàoC a i )

Kể từ năm 2000, các công trình đất có cốt như tường MSE đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu đường Các dự án nổi bật như tường MSE tại cầu vượt Lạch Tray (Hải Phòng), tường MSE trên QL1 đoạn qua Khánh Hòa, tường MSE tại cầu vượt Sóng Thần (thuộc dự án đường Xuyên Á) đã minh chứng cho hiệu quả của loại công trình này Các đường cao tốc như Hà Nội - Lào Cai, Pháp Vân - Cầu Giẽ, Đà Nẵng - Quảng Ngãi cũng sử dụng tường MSE cho nhiều đoạn đầu cầu Ngoài ra, tường MSE còn được sử dụng để gia cố nền đường đắp cao dốc lớn như đường Hồ Chí Minh, xử lý sụt trượt mái dốc tại Đồi Ba Đèo - Hạ Long hay đồi Monaco Hill.

- Hạ Long; chùa Dạm - BắcNinh.v.v a b. a Cầu Nguyễn Tri Phương - Đà Nẵng; b Cầu Ngã Tư Sở - Hà Nội

Hình 1.7 Tường MSE trong xây dựng cầu đường bộ ở Việt Nam a b. a Monaco Hill - Hạ Long; b Đồi Ba Đèo

Hình 1.8 Tường MSE chống sụt trượt cho các mái dốc cao

Nguyênlýthiếtkếvàtrìnhtựthicôngtườngchắnđấtcócốt

1.3.1 Nguyên lý thiết kế tường chắn đất cócốt

Thiết kế tường MSE phải tuân theo các nguyên tắc như đối với các công trình chống đỡ đất thông thường, phải xét thêm các tác dụng tương hỗ giữa đất và cốt Thường trong thiết kế phải xét hai vấn đề là ổn định nội bộ, ngoại bộ và ổn định tổng thể Ổn định nội bộ là ổn định của khối đất có cốt (cơ chế làm việc của khối đất có cốt, các ứng suất phát sinh trong khối đất có cốt, tương tác giữa đất - cốt) Ổn địnhngoạibộlàổnđịnhcủatườngchắnđấtvàkhốiđấtcócốtsautường(biếndạng

Mục tiêu thiết kế không để cho kết cấu tường MSE đạt đến trạng thái giới hạn có nghĩa là các trạng thái sau không xảy ra: sụp đổ hoặc hư hỏng nặng, biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, tổn thương dạng khác (hư hỏng nhẹ, đòi hỏi những bảo dưỡng không dự kiến, rút ngắn tuổi thọ thiếtk ế )

Tuổi thọ của tường MSE là khoảng thời gian mà độ ổn định, độ lún, chuyển vị ngang, tình trạng cốt trong giới hạn cho phép đảm bảo công trình làm việc an toàn với công năng thiết kế [2, 7, 40] Phần lớn các ứng dụng, tuổi thọ thiết kế lựa chọnchođơnnguyêncốt,thườngbằngtuổithọlàmviệccủacôngtrình[7].

Bảng 1.1 Qui định về tuổi thọ của công trình sử dụng kết cấu tường MSE

Tường chắn đất cácc ô n g trình dài hạn (nềnđ ư ờ n g )

Tường chắn đất mố cầu

1.3.1.2 Hệ số an toàn Độ lớn của hệ số an toàn ảnh hưởng đến tình trạng kết cấu Hệ số an toàn tổng thể của công trình bao gồm: Hệ số riêng phần phá hỏng (fn) dùng chung cho mọi loại cốt, nó phụ thuộc cấp rủi ro của từng loại kết cấu; Hệ số vật liệu riêng phần cho cốt (fm); Hệ số vật liệu riêng phần cho đất (fms); Hệ số riêng phần về tương tác đất- cốt(hệsốriêngphầnsứckhángkéotuộtfpvàhệsốriêngphầnsứckhángtrượt fs); Hệ số tải trọng riêng phần (hệ số tải trọng riêng phần cho trọng lượng bản thân ffs, hệ số tải trọng riêng phần cho ngoại tải tĩnh ffvà hệ số tải trọng riêng phần cho ngoại hoạt tải fq) Các hệ số an toàn được sử dụng để tính toán thiết kế kết cấu tường MSE trong các nội dung tính tương ứng có liên quan theo các tiêu chuẩn hiện hành qui định [2, 7, 27,40].

1.3.1.3 Kích thướckếtcấu a Tấm tường (vỏ tường):Tấm tường đủ khả năng chịu lực ngang do cốt truyền tới tại mối nối, chịu ứng suất nén xuất hiện gần bề mặt tường trong quá trình lắp ghép Tấm tường bằng bê tông cốt thép (BTCT), chiều dày của các tấm BT mặt tường tại vị trí chôn sẵn móc nối cốt và trong vùng ảnh hưởng ứng suất tối thiểu là 140 mm và 90 mm ở những vị trí khác CT trong vỏ tường chịu lực do tải trọng trung bình truyền cho mỗi tấm, đồng thời bố trí CT chống nứt do co ngót và biến dạng vì thay đổi nhiệt độ Kích thước thông thường của mỗi tấm BTCT làm tường là 1,5 x 1,5 m Chiều cao của tường (H) được qui định như hình 1.10 [2, 7, 27,40]. b Chiều sâu chôn tường:Chiều sâu chôn tường đảm bảo tường không bị lật, tránh phá hoại cục bộ do vùng lân cận mặt tường xuyên thủng, tránh hiện tượng làm trôi đất trên bề mặt kết cấu Chiều sâu chôn tường tối thiểu (Dm) phụ thuộc vào chiều cao cơ học của tường được qui định như bảng1 2

Bảng 1.2 Qui định về chiều sâu chôn tường tối thiểu D m [1, 7] Độ dốc mái dốcở chân tường βs( đ ộ )

Hình 1.10 Qui ước các kích thước trong tường MSE c Bố trí cấu tạocốt

Chiều dài của cốt (L) được qui định chi tiết trong các tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế FHWA-NHI-10-025 [2] , BS 8006-1:2010 [7] và AFNOR EN P94- 270:2020 [40] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11823-11:2017 [27] qui định chiều dài tối thiểu của cốt bằng 0,7H với H là chiều cao của tường.

Khoảng cách giữa các lớp cốt theo phương đứng (Sv) thường không thay đổi theo chiều cao tường, bằng bội số của chiều dày đầm nén, từ 0,25 ÷ 0,75 m [1]. Tiêu chuẩn FHWA-NHI-10-025 [2] qui định khoảng cáchSvhiệu quả là 0,75 m (bố trí

2 hàng cốt/1 tấm tường cao 1,5 m) vàSv≤ 0,8 m Ngoài ra, tiêu chuẩn BS 8006- 1:2010 [7] cũng có qui định như sau: Khi L/H < 0,55 thì Sv/H ≤ 0,125; khi 0,55 ≤ L/

H < 0,65 thì Sv/H ≤ 0,167; khi 0,65 ≤ L/H < 0,75 thì Sv/H ≤0,222.

Khoảng cách giữa các dải cốt theo phương dọc tường (Sh) thường bố trí không đổi hoặc mật độ cốt tăng lên theo độ sâu tường, Shtừ 0,5 ÷ 1 m và không lớn hơn 1,5m.Mỗi lưới cốt thông thường gồm 2 đến 6 thanh cốt dọc với khoảng cách

1.3.1.4 Ổn định ngoại bộ của kếtcấu

Khi làm việc, tường chịu tác dụng của tải trọng và có thể xảy ra hiện tượng mất ổn định lật, trượt, lún hoặc chuyển vị ngang Cần tính toán kiểm tra và đảm bảo các hiện tượng trên nằm trong giới hạn cho phép đểtường làm việc an toàn.

Sức chịu tải của móng và phá hoại nghiêng (lật): Kiểm tra áp lực do tường gây lên móng phải nhỏ hơn áp lực đáymóng. Ổn định trượt trên móng: Kiểm tra ổn định dài hạn và ngắn hạn tại mặt tiếpxúc giữa đáy khối đắp với bề mặt móng và tại mặt tiếp xúc giữa cốt với vật liệu đắp. Lún đều: Độ lún tổng cộng của kết cấu gồm độ lún của bản thân khối đắp có cốt, độ lún của móng và chuyển vị đứng của tường Đối với kết cấu đắp có cốt được đầm nén chặt, độ lún tổng cộng này không lớn lắm Trường hợp tường MSE có vỏ tường làm bằng BTCT thì độ lún tổng cộng cho phép là 50 mm [2, 7, 27, 40].

Lún lệch là kết cấu đất có khả năng chịu đựng lún lệch lớn Việc xác định độ lún lệch được dựa trên sức chịu tải của mặt tường Ở những khu vực được dự đoán có lún lệch lớn, cần sử dụng khe nối trượt đặc biệt để liên kết với mặt tường Độ chênh lệch độ lún theo chiều dọc được cho phép là 1/500 chiều cao của tường.

Chuyển vị ngang: Chuyển vị ngang của tường phụ thuộc vào độ cứng tổng thể của kết cấu, tải trọng đầm nén, loại vật liệu đắp, chiều dài cốt, mối nối gia cường với vỏ tường và dựa trên quan trắc biến dạng của hệ thống mặt tường hoặc nền móng Chuyển vị ngang tổng thể đối với tường MSE không được vượt quá 1/100 chiều cao tường [2,7].

1.3.1.5 Ổn định nộibộ Ổn định nội bộ liên quan đến tính toàn vẹn của khối đấtcócốt Kết cấu có thể bị phá hỏng do đứt cốt, tuột cốt hoặc do tác dụng neo bám bị tổn thất Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định là khả năng truyền lực cắt giữa các đơn nguyên cốt; khả năng chịu kéo của các đơn nguyên cốt; khả năng chịu nén của vật liệu đắp, biến dạng nội bộ của khối đắp (cho phép 1% đối với tường chắn)[ 7 ]

Lực căng trong cốt lớn vượt quá khả năng chịu kéo làm cốt bị đứt Các cốt dưới chân tường chịu lực kéo lớn nhất nên khả năng bị đứt trước rồi lần lượt đến cốt phía trên [1, 15] Cần tính toán kiểm tra đối với từng lớp cốt để đánh giá khả năng chống đứt cốt, chống trượt cốt trên mặt phẳng ngang của tường như hình 1.11. a b. a Do đứt cốt; b Do tuột cốt

Hình 1.11 Dạng mặt phá hoại tường

Khi xảy ra phá hoại do mất ổn định nội bộ, mặt phá hoại (mặt trượt) phân khối đất thành 2 vùng Vùng chủ động, đất đắp có xu hướng dịch chuyển ra phía ngoài, vùng bị động (neo bám), đất đắp có xu hướng đứng yên Vùng chủ động là vùng đất sinh ra áp lực hông nằm ngang mà đúng ra vỏ tường chịu, thay vì thế các thanh cốt thu nhận áp lực ngang dưới dạng lực kéo Mặt phá hoại kéo tuột xuất hiện tại vị trí có lực kéo lớn nhất [1,1 5]

Đặc điểm về vật liệu đắp - cốt - môi trường tự nhiên khu vực miền Trung vàtriểnvọngứngdụngtườngchắnđấtcócốtdùngcốtmạkẽmtựchếtạo

1.5.1 Đặc điểm vật liệu đắp trong khu vực miềnTrung

Miền Trung là khu vực có diện tích đất đồi chiếm tỉ lệ lớn trong cả nước.CácmỏđấtnằmrảirácởtấtcảcáctỉnhthànhtrongkhuvựctrảidàitừQuảngBình đến Phú Yên Theo báo cáo quy hoạch các mỏ đất được đưa vào khai thác dùng làm vật liệu san lấp giai đoạn đến cuối năm 2020 và định hướng đến năm 2030 của Sở Tài nguyên Môi trường các tỉnh miền Trung, đất đồi và đất san lấp gồm 579 mỏ với tổng diện tích 10980,58 ha và tổng trữ lượng lên đến 466 959 485 m 3 Với diện tích và trữ lượng vật liệu đắp nêu trên kết hợp với dự kiến qui hoạch xây dựng hạ tầng giao thông của Chính phủ đến năm 2030 thì trong khoảng 10 năm tới, nguồn vật liệu này có thể tạm đủ để đáp ứng về trữ lượng cho sử dụng thi công các công trình san lấp trên địa bàn miềnTrung.

1.5.2 Nguồn cung cấp vật liệu cốt thép trong khu vực miềnTrung

Hiện nay, Việt Nam nói chung và miền Trung nói riêng có rất nhiều công ty, tập đoàn, xí nghiệp lớn sản xuất và kinh doanh thép xây dựng như: Tổng công ty thép Việt Nam, tập đoàn Hòa Phát, công ty cổ phần (CTCP) thép Việt Nhật, CTCP thép VAS Việt Mỹ, CTCP thép Việt Úc, CTCP thép Dana - Ý, CTCP thép Pomina. Nguồncungcấpthéptrênthịtrườngrấtdồidào,vượtnhucầutiêuthụtrongnước.

Ngoài ra, trong khu vực miền Trung hiện nay có một số đơn vị mạ kẽm, trong đó có 4 đơn vị có qui mô lớn bao gồm: Công ty TNHH Heart Japan Asia Trading, công ty cổ phần T.Đ.T, công ty TNHH M&H Industry Viet Nam, công ty cổ phần Cơ điện miền Trung Các sản phẩmmạkẽm được sản xuất, điều hành và quảnlýbởicácchuyêngiatrongnướchoặcNhậtBảnđểđảmbảochấtlượng.

Nhờ vào nguồn cung vật liệu cốt mạ kẽm trong khu vực dồi dào về số lượng và chất lượng, các công trình tường MSE tại khu vực miền Trung Việt Nam được đảm bảo về tính vững chắc và bền vững.

1.5.3 Môi trường tự nhiên trong khu vực miềnTrung

Miền Trung Việt Nam có bờ biển trải dài dọc các tỉnh thành nên điều kiện tự nhiên chịu ảnh hưởng của môi trường biển Các kết cấu công trình xây dựng sử dụng cốt thép bị ảnh hưởng trực tiếp của môi trường xâm thực làm tổn thất bề mặt vật liệu, giảm độ bền và thời gian phục vụ của công trình Theo tính chất xâm thực biển, có thể phân thành 4 vùng: vùng hoàn toàn ngập trong nước biển; vùng nước lênxuống;vùngkhíquyểntrênvàvenbiển;vùngđấtnướcngầmbờbiển[45].Mỗi vùng này có đặc điểm và khả năng xâm thực, ảnh hưởng đến ăn mòn cốt thép khác nhau nên tùy thuộc từng vùng để có biện pháp chống ăn mòn cốt thép phù hợp.

1.5.4 Triển vọng ứng dụng tường MSE dùng cốt mạ kẽm tự chết ạ o Ứng dụng tường MSE dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo vào thực tế là hướng đi mới nhằm mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế trong xây dựng kết cấu công trình.

Về mặt kỹ thuật: đảm bảo cho công trình tường chắn ổn định, an toàn trong thời gian khai thác, giảm ăn mòn, kiểm soát được mức độ ăn mòn của cốt và thời gian phục vụ của tường, tăng mức độ an toàn giao thông trên các tuyến đường khi sử dụng kết cấu tường MSE Về mặt kinh tế: nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng công trình, thúc đẩy khả năng tự chủ trong công nghệ xây dựng và phát triển của các doanh nghiệp sản xuất thép tại địaphương.

Một số vấn đề tồn tại trong nghiên cứu và ứng dụng tường chắn đất có cốt dùng cốtmạkẽm

có cốt dùng cốt mạkẽm

1.6.1 Vềvật liệu đắp, cốt và sự làm việc củatường

Các tính chất của vật liệu đắp và cốt ảnh hưởng đến tương tác đất - cốt, ảnh hưởng đến ổn định của tường Tuy nhiên chưa có nghiên cứu đánh giá về sự phù hợp của vật liệu đắp khu vực miền Trung để dùng với cốt là cốt thép xây dựng thông thường được mạkẽm.

Vật liệu đắp dùng cho tường MSE phải đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành Tuy nhiên, thực tế nhiều nguồn vật liệu không đạt yêu cầu về đặc tính cơ lý hóa, ảnh hưởng tiêu cực đến tương tác đất - cốt, làm giảm khả năng ổn định của tường.

Những ứng dụng dùng cốt thép xây dựng mạ kẽm làm cốt cho tường MSE chưa được thực tiễn hóa tại Việt Nam Bên cạnh đó, những nghiên cứu về loại cốt, hìnhdạngcốtđểphùhợpvớivậtliệuđắpđịaphươngcũngchưađượcthựchiện.

Các nghiên cứu về tường MSE dùng cốt kim loại trên các mô hình vật lý hầu như chưa xét đến hoạt tải xe chạy hoặc tải trọng động đất.

Sử dụng vật liệu mới (cốt tự chế tạo) cần có những nghiên cứu kiểm chứng vềsựlàmviệccủakếtcấutườngtrênmôhìnhtỉlệthực(fullscalemodel).

1.6.2 Vềăn mòn cốt và tuổi thọ củatường Địa hình miền Trung nằm dọc bờ biển nên cốt trong tường MSE của các công trình xây dựng ở đây chịu tác động của các tác nhân trong môi trường biển gây ăn mòn Hiện nay, khi thiết kế và xây dựng các kết cấu tường MSE thì tuổi thọ của kết cấu chỉ được xem xét theo tiêu chuẩn mà chưa xét đến đồng thời các tác nhân ảnh hưởng đến ăn mòn cốt bao gồm vật liệu đắp (độ ẩm, trở kháng, pH, ion clorua, ion sufat…), cốt (bề dày cốt, chiều dày lớp phủ bảo vệ, cường độ cốt…), điều kiện tự nhiên môi trường (môi trường biển, xâm thực mặn, ngập nước,lũ lụt ).

Các chương trình hoặc phần mềm để nghiên cứu dự đoán ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường hầu hết chỉ áp dụng các lý thuyết phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn nên chưa giải quyết được với bài toán có cơ sở dữ liệu lớn, đa biến phức tạp Trong khi đó, dự báo ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường là bài toán đa biến phức tạp với nhiều chiều dữliệu.

Nhiệm vụ đặt ra chol u ậ n án

Qua việc trình bày tổng quan về tường MSE sử dụng cốt kim loại ở chương này cho thấy hướng nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền Trung có xét thời gian phục vụ là cần thiết. Nhiệm vụ đặt ra cho luận án những vấn đề cần giải quyết nhưs a u :

- Nghiên cứu đặc tính và đánh giá sự phù hợp của cấp phối đất thiên nhiên trong khuvựcmiềnTrungsửdụnglàmvậtliệuđắptrongtườngchắnđấtcócốtkimloại.

- Nghiên cứu sự làm việc của tường MSE trên mô hình tỉ lệ thực (full scale model) ngoài hiện trường bao gồm: biến dạng và phân bố lực kéo trong các lớp cốt, tương tác đất cốt, chuyển vị của khối đất có cốt, chuyển vị ngang của tường, mặt phá hoại trong khối đất có cốt, tải trọng gây phá hoạit ư ờ n g

Xây dựng mô hình dự đoán thời gian phục vụ của tường chắn chịu mặn thông qua mạng lưới nơ-ron nhân tạo (ANN), giúp ước lượng chiều dày ăn mòn cốt thép và đưa ra thời điểm cần phải sửa chữa hoặc gia cố tường chắn, nhằm nâng cao độ chính xác và ứng dụng thực tiễn trong việc đánh giá và bảo trì các công trình chịu mặn.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA CỐT MẠ KẼMTỰCHẾTẠOVÀVẬTLIỆUĐẮPKHUVỰCMIỀNTRUNG

Thínghiệmđánhgiácácđặctínhcủacốtmạkẽmtựchếtạo

2.1.1 Giới thiệu về cốt mạ kẽm tự chếtạo

Nghiên cứu này sử dụng cốt mạ kẽm tự chế dạng lưới cốt và ngạnh liên kết Kích thước lưới cốt được thiết kế theo hình 2.1, sử dụng thép xây dựng CT5 của CTCP thép Việt Nhật, loại Ф10 để chế tạo các thanh dọc, thanh ngang và ngạnh liên kết.

Hình 2.1 Thiết kế lưới cốt tự chế tạo

Cốt thép được thiết kế và sản xuất theo các tiêu chuẩn hiện hành với các thông số cường độ và kích thước quy định Các thông số về cường độ bao gồm: độ bền kéo đứt 490 ÷ 608 N/mm2, giới hạn chảy 265 N/mm2 và độ giãn dài tương đối 16% Cốt thép có chiều dài L = 2,1 m, khoảng cách giữa các lớp cốt theo phương đứng Sv = 0,75 m, khoảng cách giữa các thanh cốt theo phương dọc tường Sh = 0,375 m, khoảng cách các thanh cốt ngang là 0,45 m Ngạnh liên kết bố trí trên lưới cốt cao 3 cm nhằm tăng khả năng tương tác đất - cốt Cốt thép được mạ kẽm nhúng nóng với độ dày lớp mạ từ 70-100µm để tăng khả năng chống ăn mòn và độ bền.

2.1.2 Các yêu cầu về cốt mạ kẽm dùng cho tường chắn đất cócố t

Vật liệu dùng làm cốt kim loại phải có khả năng chịu được lực kéo, khả năng chống lại ảnh hưởng của biến dạng trong khối đất đắp và có khả năng chống ăn mòn nhất định Tiêu chuẩn qui định về vật liệu dùng làm cốt mạ kẽm thỏa mãn các đặc trưng như bảng 2.1 ÷ 2.5, đây chính là cơ sở để đối sánh đánh giá chất lượng của lưới cốt mạ kẽm tự chế tạo trong nghiên cứun à y

Bảng 2.1 Đặc trưng của vật liệu dùng làm cốt kim loại [7]

Loại thép dùng làm cốt Chiều dày tối đachịuứng suất (mm)

Cườngđộ chịu kéo tốithiểu (N/mm 2 )

Cườngđộ kháng cắt tối thiểu (N/mm 2 )

Cườngđộ chịu nén tốithiểu (N/mm 2 )

Bảng 2.2 Chiều dày dự phòng cho phép trên mỗi bề mặt[ 7 ]

Tuổi thọ thiết kế của kết cấu dùngcốtmạlàmcốtgiacường

Chiều dày dự phòng cho phép (mm) Kết cấu tiếp xúc với nước ngọt

Kết cấu đặt trong đất (ngoài vùng nước)

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của kẽm dùng làm lớp phủ [46, 47]

Giá trị lớn nhất của tạp chất tính theo phần trăm khối lượng (%)

Tổng tạp chất cho phép(%)

Thiếc Sn Zn-1 0,003 0,002 0,003 0,001 0,001 0,001 0,005 99,995 Trắng Zn-2 0,003 0,003 0,003 0,002 0,002 0,001 0,01 99,99 Vàng Zn-3 0,03 0,02 0,01 0,01 0,002 0,001 0,05 99,95 Xanh lá

Ghi chú: a Chì tối thiểu đối với Zn-5 là 0,5%; b Cadimi trong Zn-5 có thể tối đa là 0,2%

Bảng 2.4 Hàm lượng kẽm tối thiểu dùng làm lớp phủ

AS 1242 [50] Hàm lượng kẽm tối thiểu (%)

Ghi chú: Đ.B “Yêu cầu đặc biệt“; C “Yêu cầu cao“; T.Kh“kẽm tinh khiết“; T.T“Kẽm thôngthường“; UNS “Unified Numbering System“ (ký hiệu riêng về vật liệu của một số tổ chức ở Mỹ)

Bảng 2.5 Chiều dày của lớp phủ kẽm nhỏ nhất trên mẫu (không quay ly tâm)

Cốt có Ф > 6 mm Trọng lượng và chiều dày nhỏ nhất của lớp phủ cục bộ

Trọng lượng và chiều dày nhỏ nhất của lớp phủ trung bình g/m 2 (àm) g/m 2 (àm)

Ghi chỳ: 1g/m 2 trọng lượng bằng 0,4 àm độ dày lớp mạ, mật độ phủ 7,2 g/cm 3

2.1.3 Thí nghiệm chất lượng kẽm và cốtmạkẽm

Thí nghiệm chất lượng kẽm nhằm xác định độ sạch của kẽm sử dụng làm vật liệu phủ Thí nghiệm cốt mạ kẽm để kiểm tra bề mặt, chiều dày, độ bền ăn mòn, độ xốp và độ bám chắc của kẽm trên bề mặt cốt, đồng thời kiểm tra khả năng chịu kéo và độ giãn dài của thép sử dụng làm cốt Mục đích của việc thí nghiệm chất lượng kẽm và cốtmạkẽm nhằm đạt được sản phẩm cuối cùng là thanh cốt mạ kẽm đạt cường độ yêu cầu và tuổi thọ thiếtkế.

Quá trình thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Kiểm định công trình và thí nghiệm vật liệu xây dựng Đà Nẵng (LAS XD 1437) đối với 11 tổ mẫu (mỗi tổ gồm 5 mẫu) cốt CT5 loại Ф10 được mạ kẽm nhúng nóng Dựa theo các nghiên cứu của Viện nghiên cứu đường ô tô và đường cao tốc Pháp [4], tiêu chuẩn AFNOR EN P94-270:2020 [40] đã nghiên cứu và thực hiện khoan lỗ trên thanh cốt để giảm diện tích tiết diện ngang của cốt nhằm nghiên cứu ăn mòn cốt trong tường Các tổ mẫu trong nghiên cứu này cũng được khoan để chiết giảm diện tích tiết diện ngang tương ứng với các tỉ lệ ăn mòn cục bộ trên cốt lần lượt là 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35,

Trong thực tế, cốt thép thường bị ăn mòn cục bộ phổ biến hơn nhiều so với ăn mòn đều Để đánh giá khả năng chống chịu của cốt thép khi bị ăn mòn, các thí nghiệm đã được tiến hành bao gồm: xác định khả năng chịu kéo và độ giãn dài của cốt thép; xác định chất lượng lớp bảo vệ bê tông trên cốt thép.

Thực hiện thí nghiệm theo TCVN 1651-2:2008 [54] và TCVN 7937-1:2013 [55] đểxácđịnhkhảnăngchịukéocủacốtvàxácđịnhđộgiãn dàisaukhiđứt. a b. a Trước khi thí nghiệm; b Sau khi thínghiệm

Hình 2.2 Mẫu cốt thí nghiệm kéo b Thí nghiệm xác định chất lượng lớp mạkẽm

Xác định độ sạch của kẽm theo TCVN 5408:2007 [51], (tham khảo ASTM A123/ A123M:2017 [53], JSA - JIS H 8641:2007 [49], AS/NZS 4680:2017 [52]).

Yêu cầu tổng lượng tạp chất (khác gang và thiếc) trong kẽm nóng không được vượt quá 1,5 % khối lượng.

Kiểm tra bề mặt lớp mạ kẽm theo TCVN 5408:2007 [51] nhằm phát hiện các khuyết tật trên tổng thể bề mặt lớp mạ Bề mặt sản phẩm mạ được làm sạch hết các hạt nhỏ, các vết rộp phồng, phần nhám, các vị trí sắc cạnh Quan sát bằng mắt hình dạng bên ngoài của lớp mạ ở trong phòng có độ sáng 300 Lx đến 2500 Lx với khoảng cách là 250 mm (tính từ bề mặt chi tiết) Dùng các dụng cụ chuyên dụng để xác định độ nhám, độ bóng và so sánh với mẫuc h u ẩ n

Kiểm tra chiều dày lớp mạ kẽm bằng phương pháp đo trọng lượng theo TCVN 7665:2007 [56] Khối lượng lớp mạ kẽm trên đơn vị diện tích được tính bằng g/m 2 , cú thể biến đổi thành chiều dày cục bộ (àm) bằng cỏch chia cho mật độ lớp phủ danh nghĩa (7,2g/m 3 ).

Kiểm tra độ dính bám: hiện nay chưa có tiêu chuẩn thích hợp để kiểm tra độ dính bám của lớp mạ kẽm đối với các sản phẩm gang, thép Độ dính bám giữa kẽm và kim loại thường không cần kiểm tra vì đặc trưng của quá trình mạ kẽm là sản phẩm mạ phải bền, không bị bongtróc.

Để đánh giá độ bền ăn mòn của lớp mạ kẽm ngoài trời, người ta thường dựa vào tiêu chuẩn TCVN 5408:2007 [51] Các phương pháp như phun muối trung tính, phun nước muối có axit axetic, phun nước muối có muối đồng và axit axetic được sử dụng để tăng tốc quá trình ăn mòn Dựa trên các tiêu chuẩn đánh giá độ bền ăn mòn được đề cập trong [49, 51-53], người ta có thể đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của lớp mạ kẽm.

Kiểm tra độ xốp của lớp mạ kẽm theo TCVN 5408:2007 [51] Đo độ xốp của lớp mạ kẽm trên sản phẩm bằng phương pháp đặt giấy thấm Thí nghiệm bằng cách nhỏ giọt chất thử trên giấy lọc K3Fe(CN) 64%, nếu có lỗ xốp trên nền chi tiết mạ bằng thép thì giấy thấm sẽ xuất hiện màu xanh, nếu kim loại nền là đồng và hợp kim của đồng thì giấy thấm sẽ xuất hiện màunâu. a b. a Trước khi mạ kẽm; b Sau khi mạ kẽm

Hình 2.3 Mẫu cốt trước và sau khi mạ kẽm

Thí nghiệm kéo cốt: Kết quả dưới đây là giá trị trung bình về khả năng chịu kéo và độ giãn dài của cốt khi thí nghiệm đối với 11 tổ mẫu cốt (mỗi tổ gồm 5 mẫu cốt) CT5 loại Ф10 bị ăn mòn cục bộ.

Bảng 2.6 Giá trị trung bình về các chỉ tiêu cơ lý của tổ mẫu cốt thí nghiệm

Khả năng chịu kéo (N) Độgiãndà i (%)

Khả năng chịu kéo (N) Độgiãndà i (%)

Thí nghiệm xác định chất lượng lớp mạ kẽm: Kết quả xác định được thành phần hóa học của kẽm dùng làm lớp phủ và chiều dày của lớp phủ kẽm cho cốt.

Bảng 2.7 Thành phần hóa học của kẽm dùng làm lớp phủ cho cốt

Giá trị lớn nhất của tạp chất theo phần trăm khối lượng (%)

Giá trị của tạp chất tính theo phần trăm khối lượng (%) từ kết quả thí nghiệm

Bảng 2.8 Chiều dày của lớp phủ kẽm trên các mẫut h ử

Kết quả thí nghiệm (đo) trên 5 mẫu thử Ф10 (CT5) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5

Chiều dày lớp phủ cục bộ (àm) 88 92 85 94 87

Chiều dày lớp phủ trung bỡnh (àm) 89,20

2.1.4 Đánh giá chất lượng kẽm và cốt mạkẽm

Kết quả thí nghiệm kéo cốt và xác định chất lượng lớp mạ kẽm cho thấy các mẫu kẽm, cốt và cốt mạ kẽm thí nghiệm đạt yêu cầu về cường độ và chất lượng lớp phủ theo các tiêu chuẩn qui định, cụ thể như sau:

ThínghiệmđánhgiáđặctínhcủavậtliệuđắpkhuvựcmiềnTrung

2.2.1 Các mỏ vật liệu đắp khu vực miềnTrung

Số liệu chi tiết về cácmỏđất ở các tỉnh thành trong khu vực miền Trung đượctrìnhbàytrongphụlụcA(bảngPL2.1đếnbảngPL2.8).Bảng2.9tổnghợp số mỏ, diện tích mỏ và trữ lượng đất của các mỏ ở từng tỉnh thành Luận án thực hiện thí nghiệm các đặc tính của vật liệu đắp có cốt đối với 75 loại đất đồi lấy tại 75 mỏ có trữ lượng đất lớn và các mỏ đất này nằm trong diện qui hoạch giai đoạn

2020, tầm nhìn đến 2025 và 2030 như bảng2 1 0

Bảng 2.9 Các mỏ đất dùng làm vật liệu san lấp tại khu vực miền Trung, giai đoạn 2020, tầm nhìn đến 2025 và 2030

TT Tỉnh/thành Số mỏ Diện tích (ha) Trữ lượng (m 3 )

Bảng 2.10 Tổng hợp số mỏ đất được thí nghiệm

Tổng 75 (mỏ đất thí nghiệm)

2.2.2 Các yêu cầu về vật liệu đắp dùng cho tường chắn đất cócốt

Vật liệu đắp cho tường MSE khi dùng cốt kim loại mạ kẽm được các tiêu chuẩn TCVN 11823-11:2017 [27], FHWA-NHI-10-025 (2001) [2], AFNOR EN P94-270:2020 [40], BS 8006-1:2010 [7] qui định chặt chẽ về đặc điểm và tính chất cơ - lý - hóa như bảng2.11.

- Thành phần hạt: vật liệu đắp là đất rời, ít dính, thuộc các nhóm đất A-1-a, A-1-b, A-

3, A-2-4, A-2-5 theo cách phân loại của AASHTO M 145-91:2017 [57] Cỡ hạt lớnnhấtkhôngvượtquá125mmvớitỉlệtốiđacómặttrongđấtlà25%;lượnglọt sàng 0,015 mm không vượt quá 10% Với nhóm đất A-1-a thì tỉ lệ lọt sàng 0,074 mm không vượt quá 15%; sàng 0,425 mm không vượt quá 30%; sàng 2 mm không vượtquá50%.HệsốđồngđềucấpphốihạtđấtCu≥4,chỉsốnhómGI=0.

Tính chất cơ lý của đất được thể hiện qua một số chỉ số: Chỉ số dẻo IP nhỏ hơn hoặc bằng 6, giới hạn nhão WL nhỏ hơn hoặc bằng 45% và giới hạn dẻo WP nhỏ hơn hoặc bằng 20% Các mẫu đất được đầm chặt theo tiêu chuẩn K98, độ ẩm tối ưu có sai số không quá 2% Đối với góc nội ma sát, đất rời có φ lớn hơn hoặc bằng 32 độ, đất dính có φ lớn hơn hoặc bằng 28 độ và đất bão hòa có φ lớn hơn hoặc bằng 25 độ.

- Tính chất hóa học: Lượng chứa hữu cơ không vượt quá 1% theo trọng lượng Hàm lượng Cl - không vượt quá 100 ppm (0,1 mg/g); hàm lượng ion SO4 2-không vượt quá

200 ppm (0,2 mg/g) Độ pH không nhỏ hơn 5 và không lớn hơn 10 Trở kháng của đất khi bão hòa nước tối thiểu là 1000 Ω.cm (công trình khô ráo), tối thiểu là 3000 Ω.cm (công trình nằm trong nướcngọt).

Bảng 2.11 Đặc tính của vật liệu đắp dùng cho tường MSE

Chỉ tiêu Giá trị yêu cầu

Giới hạn lớn nhất lọt sàng của nhóm đất A-1-a (%) 50 30 15

Hệ số đồng đều cấp phối hạt đất Cu ≥ 4

≤45% Độ chặt K (%) 98 Độ ẩm tốt nhất (W0) sai số dao động W0± 2%

(độ) Đất rời ≥ 32 0 Đất dính ≥ 28 0 Đất bão hòa nước ≥ 25 0

Hàm lượng ion Cl - tối đa 0,1 mg/g ~ 100 ppm

Hàm lượng ion SO4tối đa2- 0,2 mg/g ~ 200 ppm pH Giá trị nhỏ nhất 5

Giá trị nhỏ nhất khi tường khô ráo 1000

Giá trị nhỏ nhất khi tường ngập nước ngọt 3000

2.2.3 Thí nghiệm các đặc tính của vật liệu đắp khu vực miềnT r u n g

Thí nghiệm xác định các đặc tính của 75 mỏ cấp phối đất đồi trong khu vực miền Trung (bảng 2.10) nhằm xem xét đánh giá mức độ phù hợp của các loại cấp phối đất đó khi sử dụng làm vật liệu đắp cho tường MSE Kết quả thí nghiệm là cơ sở để lựa chọn các mỏ đất đủ tiêu chuẩn dùng làm vật liệu đắp có cốt và đề xuất các giảiphápxửlýđốivớicácmỏđấtcònlạimàkhôngđủtiêuchuẩnđểsửdụng.

Thí nghiệm thành phần hạt, thí nghiệm xác định các tính chất cơlýcủa đất được thực hiện tại phòng thí nghiệm Cầu đường - Khoa Xây dựng Cầu đường - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng (LAS XD 123) Thí nghiệm xác định trở kháng và thành phần hóa của đất được thực hiện tại Trung tâm Kiểm định công trình và thí nghiệm vật liệu xây dựng Đà Nẵng (LAS XD 1437) Mỗimỏcấp phối đất đồi tiến hành thí nghiệm với 1 tổ mẫu gồm 5 mẫu đất thiênnhiên. a Lấy mẫu đất tại các mỏ, bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm:Quá trình lấy mẫu đất, bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 2683:2012 [58]. a b. c d. a MỏXuânPhú-HòaNinh(ĐàNẵng);b.MỏNúichùa-

BìnhSơn(QuảngNgãi);c.Lấyđấtvàđónggóimẫutạihiệntrường;d.Mẫuđượcđưavềphòngt hínghiệm

Hình 2.5 Lấy mẫu đất tại các mỏ và vận chuyển về phòng thí nghiệm b Xác định thành phần hạt: Tiêu chuẩn thí nghiệm:TCVN 4198:2014 [59], (tham khảo AASHTO T 88 [60], AASHTO M 145-91:2017[ 5 7 ] ) c Xác định tính chất cơ lý của đất:Xác định độ ẩm của đất theo TCVN 4196:2012

[61], xác định giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất theo TCVN 4197:2012 [62] (tham khảo AASHTO T89 [63] và AASHTO T90 [64]) Xác định tương quan dung trọng và độ ẩm theo tiêu chuẩn AASHTO-T 180 [65] (dùng khuôn chày A6) thí nghiệm theo phương pháp I-A, (tham khảo TCVN 12790:2020 [66]) Xác định sức chống cắt của đất trên máy cắt phẳng theo TCVN 4199:2012 [67] (tham khảo AASHTO T 236:2018 [68]) Các mẫu đất đồi ở dạng rời rạc, chế bị mẫu thành các mẫu hình trụ trước khi thí nghiệm trên máyc ắt d Xác định các tính chất hóa đất:Xác định hàm lượng hữu cơ trong đất theo TCVN

8726:2012 [69] (tham khảo AASHTO T 267:2018 [70]) Xác định các muối hòa tan trong đất theo TCVN 8727:2012 [71] (tham khảo AASHTO T 290 [72], AASHTO T

291 [73]) Xác định pH của đất theo TCVN 5979:2007 [74] (tham khảo AASHTO

T 289 [75]) Xác định trở kháng của đất theo tiêu chuẩn AFNOR A05-250 [76] (tham khảo[4]). a b c. d e f. a.Khaychứamẫucầnthínghiệm;b.Sàngmẫuquacácrây;c.Thínghiệmxácđịnhtươngquandungtrọngvàđộ ẩm;d.Tủsấymẫu;e.Hìnhdạngmẫuđấtbịpháhoạisauthí nghiệm cắt phẳng; f Đo trở kháng của đất trong hộp thí nghiệm

Hình 2.6 Một số hình ảnh thí nghiệm đặc tính của vật liệu đắp có cốt

Kết quả thí nghiệm đối với 75 mỏ cấp phối đất đồi được thể hiện trong phụ lục A (bảng PL 2.9 đến bảng PL 2.16) Dưới đây là một số kết quả thí nghiệm đối với các mỏ đất ở thành phố ĐàNẵng.

Bảng 2.12 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ-lý-hóa các mẫu đất đồi tại Đà Nẵng Địa bàn mỏ SơnPhước

- HòaNinh Đèo ônggấm- Hòa Ninh

Thành phần hạt không đạt đạt đạt đạt đạt đạt đạt

Bảng 2.13 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt các mẫu đất đồi tại Đà Nẵng

Giới hạn lớn nhất (%) lượng lọt qua sàng giới hạn của nhóm đất A-1-a theo AASHTO M 145-91:2017 [57] 50 30 15

Hình 2.6 Biểuđồthành phần hạt của mẫu đất đồi mỏ XuânP h ú

Hình 2.7 Đường cong đầm nén tiêu chuẩn của mẫu đất đồi mỏ Xuân Phú

2.2.4 Đánh giá đặc tính của vật liệu đắp khu vực miềnT r u n g

Từ các yêu cầu về đặc tính của vật liệu đắp dùng cho tường MSE và kết quả thí nghiệm đối với 75 mỏ đất thì thấy rằng không có mỏ đất nào đạt yêu cầu về tất cả các chỉ tiêu (với mỗi mỏ đất thì có chỉ tiêu đạt yêu cầu và cũng có chỉ tiêu không đạt yêu cầu) Tuy nhiên, tất cả 75 mỏ đất đều đạt yêu cầu về các chỉ tiêu: chỉ số nhóm GI = 0, trở kháng Res≥ 3000 Ω.cm, pH = 5 ÷ 10 và hàm lượng hữu cơ < 1% Đa số các mẫu đất thí nghiệm đạt yêu cầu về giới hạn nhão (≤ 45%) nhưng lại không đạt yêu cầu về giới hạn dẻo (≤ 20%), gần như tất cả các mẫu đất không đạt yêu cầu về chỉ số dẻo (≤ 6%) Ngoài ra, có 39 mỏ đất đạt yêu cầu về thành phần hạt và 42 mỏ đạt yêu cầu về hệ số đồng đều cấp phối hạt Góc nội ma sát của các mỏ đất nhìn chung đều cao, có 51 mỏ đất có góc nội ma sát đạt yêu cầu φ ≥ 28 0 Có 36 mỏđấtcóhàmlượngionCl - đạtyêucầu(≤0,1mg/g)và30mỏđấtcóhàmlượng

4 ion SO4 2-đạt yêu cầu (≤ 0,2 mg/g), các mẫu còn lại không đạt yêu cầu nhưng cũng có hàm lượng ion Cl - và ion SO 2- không quálớn.

Từ kết quả thí nghiệm kết hợp các yêu cầu về vật liệu đắp dùng cho tường MSE theo [2, 7, 27, 40] và tham khảo một số kết quả nghiên cứu đánh giá mức độ đạt yêu cầu của vật liệu đắp dùng cho tường MSE của T-L Chau (2016) [5] và Murray (1993) [77], nghiên cứu đề xuất thang điểm đánh giá mức độ đạt yêu cầu đối với đất đồi miền Trung dùng làm vật liệu đắp có cốt nhưs a u :

Bảng 2.14 Đề xuất thang điểm đánh giá mức độ đạt yêu cầu đối với đất đồi miền Trung dùng làm vật liệu đắp có cốt

Chỉ tiêu đánh giá Giá trị Điểm Chỉ tiêu đánh giá Giá trị Điểm

Giới hạn dẻo Wd≤ 20 2 Góc nội ma sát φ ≥ 32 0 3

Wd≥ 25 -2 25 0 ≤ φ < 28 0 -1 φ < 25 0 -2 Giới hạn nhão Wnh≤ 45 2 Trở kháng Res Res≥ 6000 1

(chảy) WL(%) Wnh> 45 -2 (Ω.cm) 3000 ≤ R es 0,85F) nên tường chắn làm việc ổn định theo thời gian (kiểm tra chất lượng trong vòng 5 năm)[4].

Về thời gian phục vụ của tường:theo 6 kịch bản ăn mòn, nhận thấy rằng ở kịchbản1(antoànnhất)côngtrìnhkhôráo,cốtthépbịănmòndotínhchấtcơ-lý

- hóa của vật liệu đắp (ăn mòn đều trên toàn bộ cốt thép) thì thời gian phục vụ của tường là 310,44 năm, ở kịch bản 6 (bất lợi nhất), cốt bị ăn mòn do tác động trực tiếp từ sóng biển thì thời gian phục vụ tường là 36,71 năm Như vậy, sử dụng lưới cốt tự chế tạo trong điều kiện môi trường bất lợi nhất như kịch bản 6 thì không đảm bảo tuổi thọ thiết kế của tường theo các tiêu chuẩn hiện hành Tuy nhiên, trong điều kiện môi trường khô ráo như kịch bản 1 thì thời gian phục vụ quá lớn so với tuổi thọ thiết kế, dẫn đến lãng phí vật liệucốt.

Bảng 4.9 Ước lượng chiều dày ăn mòn cốt và tính lực kéo còn lại trong cốt t (năm) 20 60 75 100 120 Δee (àm) 131,17 140,56 151,7 171,7 198,5

45109,4 (92,05%F) Cảnh báo Kiểm tra chất lượng trong vòng 5 năm

Bảng 4.10 Dự đoán thời gian phục vụ của tường MSE

Kịch bản Thời gian phục vụ t' (năm) tương ứng lực kéo còn lại Fres

4.3.1.2 Chiều dày tối ưu củacốt

Chiều dày tối ưu của cốt chính là chiều dày tối thiểu mà chương trình MSE-ANT tự động tính toán theo các kịch bản ăn mòn Theo kịch bản 1, để đạt tuổi thọ thiết kế là 60 hoặc 75 năm thì chỉ cần sử dụng cốt Ф6, để đạt tuổi thọ thiết kế là 100 hoặc 120 năm thì chỉ cần sử dụng cốt Ф8 Đối với các kịch bản ăn mòn bất lợi hơn thì đường kính cốt thép tăng lên như bảng 4.12, trong những trường hợp này thì nên xem xét tăng cường chiều dày mạ kẽm để bảo vệ ăn mòn cốt trongtường.

Bảng 4.11 Chiều dày tối thiểu của cốt tự chế tạo tương ứng tuổi thọ thiết kế

Tường MSE cho công trình

Tuổi thọ thiết kế T (năm)

Chiều dày tối thiểu của cốt e'0(mm) theo kịch bản

Bảng 4.12 Đường kính tối thiểu của cốt tự chế tạo tương ứng tuổi thọ thiết kế

Tường MSE cho công trình

Tuổi thọ thiết kế T (năm) Đường kính cốt tối thiểu (mm) theo kịch bản

Ghi chú: Bảng 4.11 và bảng 4.12 tương ứng tại thời điểm T (đạt tuổi thọ) lực kéo còn lại trongcốtbằng 65% lực kéo banđầu

4.3.1.3 Đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp khu vực miềnTrung

Chương trình lưu trữ cơ sở dữ liệu thông tin về 75 mỏ đất đồi miền Trung và hỗ trợ nhập dữ liệu của các mỏ đất mới, giúp người dùng dễ dàng xem xét sự phù hợp khi sử dụng các mỏ đất này làm vật liệu đắp có cốt Điều này hỗ trợ các nhà nghiên cứu và tư vấn thiết kế trong việc lựa chọn mỏ đất phù hợp với yêu cầu của dự án Ngoài ra, chương trình còn cung cấp giải pháp sử dụng hợp lý cho từng mỏ đất thuộc các phân nhóm khác nhau, giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên đất đồi.

Ví dụ kết quả tính dưới đây từ chương trình MSE-ANT thì mỏ đất SơnPhước- H ò a N i n h - ĐàN ẵ n g đ ư ợ c đ á n h g i á l à k h ô n g phù h ợ p v à k h ô n g s ử d ụ n g được, mỏ đất Xuân Phú - Hòa Ninh - Đà Nẵng được đánh giá là gần phù hợp, cần cócảithiệnnhỏvềtínhchấtcủavậtliệuđắpkhisửdụngtrongtườngMSE. a b. c. a MỏđấtSơnPhước-ĐàNẵng;b.MỏđấtHòaNinh-ĐàNẵng;c.Tíchhợpcơsởdữliệu của các mỏ đất đồi miềnTrung

Hình 4.10 Đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp và đề xuất giải pháp sử dụng

4.3.2 Ứng dụng cốt mạ kẽmtựchế tạo nghiên cứu ổn định và giá thành xâydựng của tường chắn tại nút giao thông cầu vượt Trần Thị Lý - ĐàNẵng Để thấy được hiệu quả của việc dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo, luận án tiến hànhmôphỏng số, xác định hệ số ổn định, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang của tường MSE tại nút giao thông cầu vượt Trần Thị Lý - Đà Nẵng trong 4 trường hợp sử dụng 4 loại cốt khác nhau Ngoài ra, luận án cũng tính dự toán giá thành xây dựng tường khi sử dụng 4 loại cốt này để có cơ sở so sánh, đánhgiá.

- Trường hợp 4: dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo (nghiên cứu của luậná n )

4.3.2.1 Giới thiệu đoạn tường MSE trong nghiêncứu

Tường chắn MSE tại nút giao cầu vượt Trần Thị Lý - Đà Nẵng đã được nghiên cứu, thiết kế, thi công và chính thức đưa vào sử dụng Theo hồ sơ thiết kế kỹ thuật thi công tường MSE được Sở Giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng phê duyệt, tường MSE được xây dựng tại đoạn đường dẫn đầu cầu mố 1 (KM0+363,03 - KM0+427,84) và mố 2 (KM0+619,25 - KM0+738,62) với chiều cao tường là 10,0 m.

Chiều dài tường ở mỗi mố là 63,81 m, chiều cao H = (2,3 ÷ 5,2) m Cốt sử dụng để xây dựng tường là các dải cốt polymeric.

Trong luận án, đoạn tường đểmôphỏng trong Flac được lấy từ KM0+424,93 đến KM0+426,43 (bên phải mố 1) đi từ Cầu Rồng đến cầu Tiên Sơn, chiều cao tường là H =4 m và mặt đứng bố trí dải cốt cho tường như hình 4.11.

Hình 4.11 Mặt đứng bố trí dải cốt polymeric cho tường cao 4m

4.3.2.2 Tính hệ số ổn định, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang củat ư ờ n g

Luận án sử dụng phần mềm Flac 2D để tính hệ số ổn định, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang của tường trong 4 trường hợp dùng cốt khác nhau đã nêu ở trên. Kích thước hình học của tường, các thông số tính chất của vật liệu đắp, mật độ rải cốt trong 4 trường hợp được khai báo vàmôphỏng giống nhau và như bản vẽ thiết kế kỹ thuật thi công đã xâydựng.

Mô phỏng tường cao H = 4 m (tương đương với chiều cao của 3 tấm tường: 2tấmx1,6m+1tấmx0,8m),bốtrí5lớpcốttrongtường,mỗilớpcáchnhau0,8 m Chiều dài của các lớp cốt thay đổi từ chân tường đến đỉnh tường như hình 4.12. Dưới móng tường chắn là lớp đất dày 5 m Các thông số vật liệu đắp, cốt, tấm tường khai báo trong mô hình số Flac được trình bày trong mục 5 của phụ lục C.

Hình 4.12 Mô phỏng hình học tường MSE cao 4 m

Hình 4.13 Cốt tự chế tạo (bố trí ở hai lớp cốt dưới L = 3,8 m)

Kết quả mô phỏng số tính toán hệ số ổn định Fs, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang của tường MSE trong 4 trường hợp sau: (a) Dải cốt polymeric; (b) Lưới địa kỹ thuật polyester; (c) Dải thép dẹt mạ kẽm; (d) Cốt mạ kẽm tự chế tạo.

Hình 4.14 Hệ số ổn định của tường sau khi xây dựng từ mô phỏng số Flac a b. c d. a Dải cốt polymeric; b Lưới địa kỹ thuật polyester; c Dải thép dẹt mạ kẽm; d Cốt mạ kẽm tự chế tạo

Hình 4.15 Hệ số ổn định của tường khi gia tải 400 kN/m 2 từ mô phỏng số Flac a Dải cốt polymeric; b Lưới địa kỹ thuật polyester; c Dải thép dẹt mạ kẽm; d Cốt mạ kẽm tự chế tạo

Kết luậnchương4

Chương 4 đã xây dựng thành công mô hình ước lượng giá trị COR trong tường MSE bằng lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo.Môhình thiết lập mối quan hệ giữa giá trị COR trong tường MSE và 12 biến đầu vào bao gồm độ ẩm, trở kháng, pH, ion clorua, ion sunfat, chiều rộng cốt, chiều dày cốt, giới hạn cường độ kéo của cốt, lực kéo của cốt, độ giãn dài của cốt, chiều dày mạ kẽm và thời gian Mô hình ước lượng cho phép tính giá trị COR là mô hình tốt và đáng tin cậy với 2 lớp ẩn, lớp ẩn thứ nhất gồm 20 nơ-ron, lớp ẩn thứ 2 gồm 18 nơ-ron, hệ số tương quan cao R = 0,878 và sai số thấp RMSE = 0,06737àm, MSE = 0,00454àm 2 Mụhỡnh cũng cho thấy tầm quan trọng tương đối của các biến đầu vào đối với giá trị COR phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước Do đó, mô hình ước lượng trong nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thựctế.

Chương trình MSE-ANT dựa trên ngôn ngữ lập trình Python cũng được xây dựng trong chương này Chương trình dễ sử dụng, có nhiều tính năng và tiện ích giúp người dùng nhanh chóng tính toán giá trị ăn mòn cốt từ mô hình ANN, tính toán lực kéo còn lại trong cốt và cảnh báo sớm phá hoại kết cấu công trình, tính toán thời gian phục vụ của tường chắn đất có cốt, tính chiều dày tối ưu của cốt và đánh giá mức độ đạt yêu cầu của vật liệuđắp.

Ngoài ra, chương 4 đã ứng dụng chương trình MSE-ANT để ước lượng chiều dày ăn mòn cốt, dự đoán thời gian phục vụ của tường chắn trong mô hình thí nghiệm tỉ lệ thực Từ đó, tính toán được các chiều dày tối thiểu của cốt tương ứng với các kịch bản ăn mòn và các tuổi thọ thiết kế làm cơ sở giúp nhà thiết kế lựa chọn chiều dày tối ưu của cốt Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đã tự động hóa đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp khu vực miền Trung nhằm lựa chọnmỏđất đạt yêu cầu để sử dụng và đề xuất giải pháp khắc phục với những mỏ đất có đặc tính không đạt yêu cầu Và cuối cùng, nghiên cứu ứng dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo để tính toán ổn định và giá thành xây dựng tường chắn tại nút giao thông cầu vượt Trần Thị Lý - Đà Nẵng So sách với trường hợp sử dụngdải cốt polymericđã được lựa chọn để thi công và trường hợp sử dụng lưới địa kỹ thuật polyester, sử dụng dải thép dẹt mạ kẽm thì sử dụng cốtmạkẽmtựchế tạo mang lại hiệu quả caohơncả về mặt kỹ thuật và kinhtế.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

* Những kết quả đạt được của luậnán

Việc nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền Trung có xét thời gian phục vụ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm thúc đẩy khả năng tự chủ về công nghệ, tăng khả năng sử dụng vật liệu cốt thép của các doanh nghiệp địa phương, giảm chi phí xây dựng và kiểm soát được ổn định cũng như thời gian phục vụ của tường MSE Từ kết quả nghiên cứu, luận án rút ra các kết luận nhưsau:

1.Luận án đã thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ -lý- hóa của đất đồi ở 75 mỏ đất trong khu vực miền Trung, từ đó đề xuất thang điểm đánh giá mức độ đạt yêu cầu và tự động hóa đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp có cốt khu vực miền Trung thông qua phần mềm MSE-ANT Do đó, các nhà nghiên cứu hoặc tư vấn thiết kế sẽ dễ dàng lựa chọn mỏ đất đạt yêu cầu để sửd ụ n g

2 Luận án đã nghiên cứu chiều dày, chất lượngmạkẽm tại khu vực miền Trung và chế tạo được cốt mạ kẽm có ngạnh cao 3 cm từ cốt thép CT5 loại Ф10. Cốt đảm bảo các yêu cầu về vật đặc tính của vật liệu cốt trong tường MSE thông qua kết quả thí nghiệm đặc tính của vật liệu cốt trongp h ò n g

3 Thí nghiệm trên ba mô hình tỉ lệ thực với vật liệu đắp là đất đồi ở mỏ Xuân Phú - Hòa Ninh - Đà Nẵng, cốt tự chế tạo liên kết với bản mặt tường BTCT cao 3 m đã cho thấysựlàm việc của tường dưới tác dụng của tải trọng Kết quả thí nghiệm phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đó Đánh giá kết quả thí nghiệm là chính xác, có triển vọng ứng dụng trong thựct i ễ n

- Ở cấp tải trọng thiết kế, kết cấu tường ổn định nội bộ và ổn định ngoại bộ, biến dạng của cốt nhỏ (194,64 àm), chuyển vị của khối đất cú cốt nhỏ (212,77 àm), chuyểnvịcủatườngnhỏ(442àm),khảnăngchịutảitrọngtỏcdụngcủacốtcao.

- Khi tường chắn bị phá hoại do mất ổn định nội bộ (đứt cốt) tại tải trọng tác dụng là 302 kN/m 2 (gấp 15 lần tải trọng thiết kế), chuyển vị lớn nhất trong khối đất có cốt ở gần mộp tường là 4189,88 àm (nhỏ hơn nhiều so với chuyển vị cho phộp của khối đắp là 22,5 mm), chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường là 3899 àm (nhỏ hơn nhiều so với chuyển vị ngang cho phép của tường là 3c m )

- Mặt phá hoại trong khối đất có cốt phát triển rộng vào trong vùng bị động hơn so với các mặt phá hoại theo lý thuyết nhưng có dạng tương đồng với lý thuyết và kết quả từ mô hình sốFlac. zz 00 0 zz

- Hệ sốmasát biểu kiến giữa đất - cốt từ mô hình thí nghiệm lớn hơn so với lý thuyết Ứng với các cấp tải trọng nhỏ, sự tăng trưởng hệ số ma sát so với lý thuyết nhỏ (nhỏ nhất là 5,64%), khi tải trọng tác dụng lớn, sự tăng trưởng hệ số ma sát so với lý thuyết lớn (lớn nhất là 156,65%) Nghiên cứu xây dựng công thức thực nghiệmxácđịnhhệsốmasátbiểukiếnlớnnhấtgiữađất-cốtnhưcôngthức:

- Việc bố trí ngạnh trên cốt mang lại hiệu quả cao, làm tăng lực kéo trong cốt, tăng khả năng chuyển áp lực thẳng đứng tác dụng lên tường thành lực kéo trong cốt Vì thế, kết quả thí nghiệm cho thấy áp lực đất tác dụng lên tường rất nhỏ và chuyển vị ngang của tường rất nhỏ Giá trị trung bình của tỉ lệ tăng trưởng lực kéo trước và sau ngạnh dao động trong khoảng 13,9%÷29,19.

4 Nghiên cứu đã xây dựng mô hình ước lượng chiều dày ăn mòn cốt trong tường bằng lý thuyết ANN Mô hình thiết lập mối quan hệ giữa giá trị COR trong tường MSE và 12 biến đầu vào bao gồm độ ẩm, trở kháng, pH, ion clorua, ion sunfat, chiều rộng cốt, chiều dày cốt, giới hạn cường độ kéo của cốt, lực kéo của cốt, độ giãn dài của cốt, chiều dày mạ kẽm và thời gian Mô hình ước lượng được đánh giá là đáng tin cậy với 2 lớp ẩn, lớp ẩn thứ nhất gồm 20 nơ-ron, lớp ẩn thứ 2 gồm 18 nơ-ron, hệ số tương quan cao R = 0,878 và sai số thấp RMSE = 0,06737àm, MSE = 0,00454àm 2 , vỡ vậy cú thể ứng dụng mụ hỡnh vào thựct ế

5 Chương trình MSE-ANT dựa trên ngôn ngữ lập trình Python cũng được xây dựng thành công nhằm giúp người dùng nhanh chóng tính giá trị ăn mòn cốttừmô hình ANN, tính lực kéo còn lại trong cốt và cảnh báo sớm phá hoại kết cấu công trình, tính thời gian phục vụ của tường MSE, tính chiều dày tối ưu của cốt và đánh giá sự phù hợp của vật liệuđắp.

6 Bằng các nghiên cứu ứng dụng vào công trình thực tế, nghiên cứu xác định được chiều dày tối ưu của cốt mạ kẽm tương ứng với các kịch bản ăn mòn và tuổi thọ thiết kế khác nhau Kết quả này có thể ứng dụng vào thực tiễn để các nhà tư vấn thiết kế và các nhà nghiên cứu lựa chọn chiều dày cốt kim loại dùng cho tườngMSE Ngoài ra, việc sử dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo để xây dựng tường MSE mang lại hiệu quả cao hơn về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế so với việc sử dụngdải cốt polymeric, lưới địa kỹ thuật polyester và dải thép dẹt mạk ẽ m

* Những đóng góp mới của luậnán

1 Đề xuất thang đánh giá sự phù hợp của cấp phối đất tự nhiên khu vực miền Trung sử dụng làm vật liệu đắp cócốt.