NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐA NEO ÁP DỤNG CHO NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRONG ĐÔ THỊ

LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội trong thời gian học tập chương trình cao học vừa qua đã trang bị cho học viên được nhiều kiến thức cần thiết về các vấn đề kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng công trình giao thông. Học viên xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong trường đã tạo điều kiện giúp đỡ học viên trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của mình. Đặc biệt, học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Hồ Anh Cương – Trưởng bộ môn CTGTCC trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội đã quan tâm và tận tình hướng dẫn giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này. Học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Phạm Hoàng Kiên – Giảng viên bộ môn kết cấu trường Đại học giao thông vận tải Hà Nội đã giúp đỡ tài liệu cho học viên để hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn tới những người thân, bạn bè đã luôn luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Hữu Hiếu MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT QL Quốc lộ GPMB Giải phóng mặt bằng Anchor plate Tấm bản neo Anchor Neo CĐT Chủ đầu tư QLDA Quản lý dự án TVTK Tư vấn thiết kế TVGS Tư vấn giám sát ĐVTC Đơn vị thi công KT-KT Kinh tế - kỹ thuật ĐKT Địa kỹ thuật PHẦN MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội cũng như giao lưu thương mại giữa các vùng, các miền của đất nước đòi hỏi cơ sở hạ tầng về giao thông vận tải như đường sá, cầu cống ngày càng được xây dựng nhiều hơn. Cùng với việc mở thêm nhiều tuyến đường mới kết nối các khu vực với nhau như: Dự án mở rộng QL1A, Đường cao tốc Hà Nội-Lào Cai…thì ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh đã bắt đầu cải tạo hệ thống giao thông đô thị và xây dựng các nút giao cầu vượt nhằm giảm thiểu ùn tắc giao thông, giúp dòng phương tiện giao thông qua lại được dễ dàng biệt biệt là vào các giờ cao điểm. Trong khi thiết kế và thi công các công trình trên đây thường gặp phải vấn đề khó khăn là việc ổn định nền đường, đặc biệt là những khu vực đồi núi có mái dốc gần như thẳng đứng, còn trong thành phố thì do hạn chế về mặt bằng nên phạm vi chiều rộng công trình sẽ phải thu hẹp. Trên thế giới, nhiều nước đã có những biện pháp và công nghệ thi công cải tạo đường đi qua các khu vực có địa hình khó khăn với mái dốc lớn như sử dụng phương pháp vải địa kỹ thuật, tường rọ đá và đặc biệt là phương pháp tường chắn đất có cốt. Ở Việt Nam, tường chắn đất có cốt đã được áp dụng trên tuyến đường Hồ Chí Minh lịch sử, trong các công trình cầu vượt tại các nút giao trong thành phố Hà Nội… Trước vấn đề khó khăn đó, công nghệ thi công đường dùng tường chắn được xem là giải pháp khá hiệu quả. Hiện nay trên thế giới, nhiều nước đã có nhiều biện pháp cải tạo nền đường qua khu vực có mái dốc lớn sử dụng tường chắn. Các loại tường chắn hiện nay hay dùng là: Tường chắn trọng lực, tường bán trọng lực, tường công xôn và tường chắn đất có cốt. Do xu hướng tường chắn đất có cốt sẽ ngày càng được ứng dụng rộng rãi ngay tại Việt Nam trong những năm sắp tới, tác giả mong muốn cung cấp cho các kỹ sư, sinh viên chuyên ngành cầu đường và bạn đọc một số vấn đề trong tính toán thiết kế 1 và thi công tường chắn đất có cốt với khối tường cứng phía ngoài đã được áp dụng rất thành công ở các quốc gia châu Âu và đặc biệt là tại Nhật Bản. Với tường chắn trọng lực và bán trọng lực đòi hỏi kích thước tường lớn, dẫn đến tốn nguyên vật liệu. Hiện nay tường chắn có cốt được kiến nghị khuyên dùng nhiều nhất bởi kích thước tường mỏng, nhẹ mà khả năng chịu lực tương đối lớn do trong đất có cốt làm tăng khả năng chịu lực kéo của đất.Vật liệu cốt có thể bằng tre, bằng kim loại, bằng thép không gỉ. Với sự phát triển của các ngành sản xuất vật liệu tổng hợp, cốt được sản xuất từ loại vật liệu tổng hợp có cường độ cao bao gồm vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật. Việc sử dụng tường chắn đa neo “Multi-Anchor” được coi là biện pháp khá phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam chưa tiêu chuẩn thiết kế nào cho loại kết cấu này. Vì vậy việc nghiên cứu tính toán và thiết kế tường chắn đa neo là hết sức cần thiết để phục vụ cho nghiên cứu và tính toán, thiết kế, thi công các công trình đường. Từ những phân tích như vậy đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tường chắn đa neo áp dụng cho nền đường đắp trong đô thị” là nhằm giải quyết vấn đề khoa học thực tiễn cấp thiết trong xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng giao. 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Phương pháp tính toán thiết kế tường chắn đa neo (Multi-anchor) cho công trình đường đắp trong đô thị. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu, tính toán và thiết kế tường chắn đa neo (Multi-Anchor) và tường chắn có cốt dùng vải địa kỹ thuật cho các công trình đường nói trên. 4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết phương pháp tính toán, thiết kế tường chắn đa neo (multi – anchor) và tường chắn có cốt sử dụng lưới địa kỹ thuật. và đề xuất phương pháp tính toán, thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật và tường chắn đa neo. 2 Đề xuất phương pháp tường chắn đa neo ứng dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam đặc biệt là áp dụng tại các công trình trọng điểm trong thành phố. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu các tiêu chuẩn, quy định về tính toán thiết kế, thi công một số loại tường chắn có neo. Nghiên cứu một số giải pháp tường chắn, đề xuất giải pháp phù hợp cho đường ô tô và đường trong đô thị. 6. KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN Ngoài Phần mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo. Luận văn kết cấu gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất có sử dụng neo. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt và tường chắn đa neo Multi-Anchor. Chương 3: Ứng dụng công nghệ tường chắn Multi-Anchor tại dự án đường dẫn đầu cầu Trần Thị Lý. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ SỬ DỤNG NEO Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về các loại tường chắn đất có sử dụng neo trên thế giới và Việt Nam. Phân tích một số ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các loại tường chắn tại Việt Nam. 1.1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT 1.1.1. Định nghĩa tường chắn đất Tường chắn đất là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi . . . khi làm việc tường chắn đất tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu áp lực đất. 1.1.2. Phân loại tường chắn đất 1.1.2.1. Phân loại theo độ cứng Có 2 loại tường chắn đất: tường cứng và tường mềm. 1.1.2.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc - Tường trọng lực. - Tường nửa trọng lực. - Tường bản góc. - Tường mỏng. 1.2.2.3. Phân loại theo chiều cao - Tường thấp. - Tường trung bình. - Tường cao. 1.2.2.4. Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường - Tường dốc. - Tường thoải. 1.2.2.5. Phân loại theo kết cấu - Tường liền khối. - Tường lắp ghép - Tường rọ đá - Tường đất có cốt. Như vậy tường chắn đất có sử dụng neo thuộc loại theo kết cấu. 1.2. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ SỬ DỤNG NEO 1.2.1. Khái niệm về tường chắn đất có sử dụng neo Tường chắn đất có cốt là loại tường chắn có cốt lắp ghép với đất đắp được gia cường bằng các cốt liệu dạng lưới thép mạ kẽm đặc chủng cường độ cao hoặc các vật liệu tổng hợp có độ dãn dài thấp để chống lại thành phần lực đẩy ngang bên trong khối đất đắp. Tường chắn đất có cốt là sự kết hợp của kĩ thuật xây dựng vật liệu tiên tiến và hiệu quả tin cậy cao, cấu tạo đơn giản lắp đặt nhanh chóng dễ dàng, ưu điểm nổi trội về mặt mỹ quan. 1.2.2. Phân loại tường chắn đất có sử dụng neo 1.2.2.1. Neo trong đất Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá. Định nghĩa của Littlejohn: “Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp địa tầng” . Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn định của tường chắn trong xây dựng đường cao tốc so với các tường ổn định bằng cơ học. Dự đoán này được căn cứ vào các công trình đã sử dụng hệ thống tường neo trong đất có giá thành rẻ hơn so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Cục đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) ước tính hệ thống có sử dụng neo trong đất có giá thành thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Hơn nữa, hệ thống được neo thường có thời gian thi công nhanh hơn và không cần làm đường tạm. Neo trong đất thường được sử dụng để thay thế các kết cấu như thép, bê tông, gỗ. a). Phân loại neo trong đất Neo trong đất có thể phân loại dựa theo cách liên kết với đất nền, cách lắp đặt, phương pháp phun vữa, công dụng, phương pháp căng kéo. Theo mục đích sử dụng, neo được chia thành neo tạm thời và neo cố định. Neo tạm thời là loại neo có thể tháo ra sau khi kết cấu có khả năng chịu lực. Neo cố định sử dụng lâu hơn tuỳ vào thời gian tồn tại của công trình, nó tham gia chịu lực chung với kết cấu công trình. Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực ma sát giữa lớp vữa và đất được thể hiện như hình 1.1 dưới đây.  Neo tạo lực kéo Nhược điểm của neo tạo lực kéo là gây nên vết nứt trong lớp vữa bảo vệ và mất tải trọng do từ biến. Do đó, trong biểu đồ phân bố ma sát, đường phân bố ma sát ban đầu là đường cong (1). Khi tải trọng tác dụng đường cong (1) sẽ bị thay đổi thành đường cong (3), được thể hiện như hình 1.2 dưới đây. Neo phức hợp Neo ma sát Neo chịu áp lực đất Hình 1.1. Phân loại neo trong đất (Nguồn: Sưu tầm) Neo trong đất Phân loại neo dựa vào phương pháp liên kết với đất Phân loại neo dựa vào thời gian sử dụng Neo phức hợp Neo ma sát Neo chịu áp lực đất Neo tạo lực nén Neo tạo lực kéo Neo tạo lực tập trung Neo tạo lực phân bố Neo tạm thời Neo cố định Neo trong đất Neo di chuyển được Hình 1.2: Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền (Nguồn: Sưu tầm) Theo biểu đồ thay đổi tải trọng, đường cong tải trọng mong muốn là đường (1), nhưng thực sự, khi tải trọng tập trung hình quạt vượt quá lực kéo cho phép của đất, đường cong bị mất tải trọng. Nguyên nhân là sự giảm ma sát do tải trọng tập trung.  Neo tạo lực nén tập trung Neo tạo lực nén tập trung sử dụng các tao cáp dự ứng lực được bọc bằng ống PE, tạo lực nén lên vữa bằng cách gắn chặt cáp vào đối trọng ma sát riêng. Tải trọng giảm do từ biến nhỏ hơn so với neo tạo lực kéo, nhưng phải sử dụng vữa có cường độ lớn hơn. Nhược điểm là không tạo được lực neo cần thiết trong đất yếu. Khi lực nén tác dụng lên vữa, tải trọng tập trung được tạo ra ở phần cuối của vữa có thể làm vỡ lớp vữa. [...]... tầm) 1.2.2.3 Tường chắn đa neo Multi – Anchor Tường chắn đa neo là loại tường chắn được phát triển dựa trên tường tường chắn có cốt bằng cách tạo bản neo ở cuối của thanh neo để tạo lực ma sát giữ ổn định cho tường a) Cấu tạo của tường chắn đa neo Multi – Anchor Ứng dụng nguyên lý đất có cốt, công trình tường chắn đa neo Multi-Anchor cũng bao gồm: Thân tường bề rộng L, chiều cao H được đắp bằng đất,... cốt chúng ta sẽ tiếp tục nghiên cứu chương 2 “Một số lý thuyết về tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt và tường chắn đa neo Multi - Anchor“ CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT VÀ TƯỜNG CHẮN ĐA NEO MULTI - ANCHOR Chương 2 giới thiệu về phương pháp tính toán tường chắn có cốt và tường chắn đa neo (Multi – anchor) để làm rõ hơn hai phương pháp trên, tác giả giới thiệu... thể thấy rằng tường chắn sử dụng neo đã mang lại hiệu quả kinh tế - Kỹ thuật trong công tác thiết kế thi công tường chắn nhất là tường chắn đầu cầu, tường chắn taluy âm, dương Ngoài ra tường chắn sử dụng neo còn mang lại hiệu quả về kiến trúc lớn, mang lại những cảnh quan đẹp theo ý muốn của con người và phù hợp với điều kiện nền đường đô thị Để tìm hiểu chi tiết hơn về công nghệ tường chắn đất có cốt... đất đắp phía sau lưng tường Nhờ vậy bề rộng khối đất có thể giảm đến L=0.35H Hình 1.10 Cấu tạo điển hình tường chắn đa neo Multi-Anchor (Nguồn: Sưu tầm) Trong đó: + Base Concrete: Móng tường + Anchor Plate: Tấm bản neo + Connector: Bộ kết nối giữa tường và thanh neo + Tie bar: Thanh thép neo + Spacer: Miếng đệm  Yêu cầu đối với đất đắp cho tường chắn đất có cốt - Vật liệu dùng để đắp sau lưng tường chắn. .. các bước tính toán của tường chắn đất có cốt đã phổ biến ở Việt Nam, sau đó sẽ giới thiệu chi tiết về phương pháp tường chắn đa neo Multi-anchor 2.1 TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT 2.1.1 Phạm vi và các điều kiện sử dụng của tường chắn đất có cốt Thay thế các tường chắn bằng bê tông hay đá xây làm công trình chống đỡ nền từ phía dưới sườn dốc để xây dựng các đoạn nền đường hoặc bãi san nền trên các sườn dốc tự... định mái đào, đắp Đối với các dự án đường đắp cao hoặc phạm vi nền đường nhỏ không thể sử dụng biện pháp đắp thông thường, người ta có thể sử dụng công nghệ tường chắn đất có cốt (được phát triển thành hệ tường neo trong đất), với công nghệ này các tấm panel được đúc sẵn và được neo vào hệ neo trong đất đảm bảo kết cấu an toàn ổn định, các tấm panel có thể được đúc theo nhiều hình dạng đa dạng nên tạo... trên nền đất tương đối yếu + Tính kháng chấn ưu việt + Có kinh nghiệm kỹ thuật phong phú ở Nhật Hình 1.11 Biểu đồ thực tế thi công tường chắn đa neo Multi-Anchor tại Nhật Bản c) Phạm vi ứng dụng của tường chắn đa neo Multi – Anchor tại Việt Nam - Công trình đường đầu cầu: Trước đây khi chưa có công nghệ tường chắn đất có cốt người ta thường sử dụng tường chắn trọng lực ở 2 đầu cầu, tuy vậy phương án tường. .. 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương 1, tác giả đã phân tích một số vấn đề sau: - Trình bày tổng quan về tường chắn đất chủ yếu đi sâu trình bày phân loại các dạng tường chắn đất chủ yếu hiện nay và phân tích các đặc tính của từng loại Tổng quan về tường chắn đất có sử dụng neo: Trong đó trình bày về các vấn đề neo trong đất, tường chắn đất có cốt và tường chắn đa neo Multi – Anchor Qua việc giới thiệu... cầu trong đô thị cầu vượt đường bộ việc áp ứng được mỹ quan là rất cần thiết nên công nghệ thi công tường chắn đất có cốt ra đời nó đã áp ứng được nhu cầu về mỹ quan và kinh tế của các dự án Ngày nay các dự án cầu đường đô thị việc sử dụng tường chắn đất có cốt là rất phổ biến Hình ảnh hình 1.7 dưới đây thể hiện tường chắn đầu cầu: Hình 1.7 Sử dụng tường chắn đất có cốt cho đường (Nguồn: Sưu tầm) -... mái đào, đắp Công trình mỹ quan khu đô thị d) Một số hình ảnh công trình giao thông có sử dụng giải pháp tường chắn đa neo Multi-Anchor Hình 1.12 Cầu bộ hành phía bắc Ibaraki – Nhật Bản (Nguồn: Sưu tầm) Hình 1.13 Công trình đường qua đập Haiduka Hiroshima-Nhật Bản (Nguồn: Sưu tầm) Hình 1.14 Công trình sử dụng chiều cao tường lớn nhất 26.5m (Nguồn: Sưu tầm) Hình 1.15 Công trình sử dụng tường đa tầng, . biểu đồ phân bố ma sát, đường phân bố ma sát ban đầu là đường cong (1). Khi tải trọng tác dụng đường cong (1) sẽ bị thay đổi thành đường cong (3), được thể hiện như hình 1.2 dưới đây. Neo phức hợp Neo. biểu đồ thay đổi tải trọng, đường cong tải trọng mong muốn là đường (1), nhưng thực sự, khi tải trọng tập trung hình quạt vượt quá lực kéo cho phép của đất, đường cong bị mất tải trọng. Nguyên nhân. dụng với các địa hình như ổn định mái đào, các hố đào… 1.2.2.2. Tường chắn đất có cốt a). Vai trò của cốt Vai trò của cốt là nhằm tạo ra áp lực hông σ 3 ngay từ bê trong khối đất có bố trí cốt