Tính toán tường chắn đất

Đây là một cuốn sách rất hay viết về phần tính toán tường chắn đất. Đây cũng là cuốn sách giúp các bạn sinh viên nói chung và sinh viên Đại Học Kiến Trúc Hà Nội nói riêng tham khảo trong đồ án môn công trình đô thị.

tường chắn đất có cốt

chương i: Giới thiệu chung

Tường chắn đất nền đường là kết cấu chống đỡ nền đắp hoặc chống đỡ nền

đào Khi do địa vật hoặc điều kiện chiếm đất hạn chế, cần phải thu hẹp chân mái dốc hoặc sử dụng độ dốc mái ta luy tương đối dốc, cũng như khi cần dùng biện pháp tăng sức chống trượt tại các chỗ trượt sườn thì cần xem xét đến giả phát dùng tường chắn

đất

Tường chắn đất có khá nhiều loại hình, đặc biệt từ những năm 70 trở lại đây đã xuất hiện khá nhiều loại kết cấu tường chắn đất kiểu mới có ý tưởng kiến trúc cấu tạo bằng các vật liệu mới Khi bố trí tường chắn đất, trước hết cần phải dựa vào các đặc

điểm và yêu cầu của mỗi trường hợp sử dụng, như : Dùng cho đoạn nền đắp hay nền

đào, chiều dài đoạn tường, chiều cao tường, điều kiện móng, điều kiện vật liệu đắp… Dựa vào đặc điểm các loại tường chắn, người ta chọn loại tường chắn thích hợp có xét đến các yếu tố: Mỹ quan, kinh tế, độ tin cậy và độ bền vững Thiết kế các loại tường chắn đất bao gồm việc lựa chọn cấu tạo tường, tính toán áp lực đất và phân tích điều kiện ổn định bên ngoài và ổn định bên trong tường

Tuỳ theo cấu tạo, cơ chế làm việc … Tường chắn đất được phân thành các loại khá phổ biến

ở Việt Nam việc ứng dụng tường chắn trong xây dựng nền đường là rất phổ biến

và chủ yếu là 4 loại tường chắn sau:

- Tường chắn đất kiểu trọng lực

- Tường chắn đất bằng bê tông cốt thép

- Tường chắn đất kiểu cũi và rọ đá

- Tường chắn đất kiểu neo

ở đây em xin giới thiệu chi tiết vè tường chắn đất có cốt (là chuyên đề chính em

sẽ trình bày trong các chương sau):

- Đó là hệ thống bảo đảm ổn định từ bên trong là hệ thống gia cường bằng cốt bên trong và bên hông khối đất có thể bị trượt, lợi dụng lực kháng trượt bị động (bao gồm lực ma sát và lực dính giữa các cốt với đất) để giữ cho khối đất ổn định Đây là một hệ thống hiện đại và là loại kết cấu chống đỡ theo ý tưởng mới phát triển rất nhanh trong vòng 20 năm nay Loại này chủ yếu khác với loại tường chắn vốn quen dùng ở chỗ: thay vì một kết cấu tường chắn đất thông thường cho cả khối đất bằng một hệ thống tổ hợp bao gồm các phân lớp cốt và đất được ổn định từ bên trong Phía bề mặt của khối đất được bố trí một lớp kết cấu (mặt tường) chủ yếu để phòng tránh các tổn hại bề mặt và bảo đảm mỹ quan chứ không phải nhằm để chống đỡ sự mất ổn định khối đất như tường chắn thông thường

- Để hoàn thiện Hệ thống người ta kết hợp hai hệ thống, tức là có một bộ phận kết cấu chống đỡ bên ngoài kết hợp với bộ phận bảo đảm ổn định từ bên trong Loại hình đặc trưng của hệ thống này là kiểu tường chắn đất kiểu rọ đá xếp chồng kết hợp

Chương II: Cấu tạo tường chắn đất có cốt

I) Khái niệm về đất có cốt

Đất có cốt là một loại hình vật liệu tổ hợp do đất và cốt tạo ra, có khả năng chịu

được lực kéo Đất có cốt ra đời vào khoảng những năm 60 do một phát minh của kỹ sư cầu đường người Pháp tên là Henri Vidal Vào năm 1968, công trình tường chắn bằng đất có cốt được xây dựng lần đầu tiên tại miền Nam nước Pháp Tiếp đó về sau,

kỹ thuật mới về đất có cốt được phát triển nhanh chóng, không ngừng được cải tiến, tạo ra nhiều loại, nhiều hệ thống đất có cốt khác nhau Đến ngày nay công trình đất

có cốt vẫn là một loại công trình hiện đại với nhiều tính năng ưu việt, được ưa thích sử dụng trên toàn thế giới

Vì những tính năng ưu việt của loại hình đất có cốt, việc nghiên cứu và áp dụng

đã phát triển nhanh chóng ở nhiều nước Châu Âu, Mỹ và Châu á Đến nay sau hơn

30 năm nghiên cứu phát triển trên toàn thế giới đã có hơn 30.000 công trình ứng dụng đất có cốt, bao gồm các loại như: tường chắn trên đường ô tô, đường sắt, mố cầu, nền đường đắp cao, đê và kè ven sông, ven biển và công trình quân sự

Vật liệu cốt cũng rất đa dạng Từ xa xưa, con người đã sử dụng cốt bằng tre, các loại săm lốp cao su trong một số công trình Tiếp sau đó, từ những nghiên cứu và ứng dụng trên những công trình có quy mô lớn hơn, người ta đã sử dụng cốt bằng các thanh kim loại, tiếp đến là vật liệu cốt 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 và bây giờ một trong những loại vật liệu đang được sử dụng làm cốt là lưới thép mạ kẽm bọc Polyme Hình dạng của cốt có thể là dạng sợi, dải mỏng, lưới ô vuông hoặc dạng tấm mỏng

Vật liệu đất đắp thông thường hay dùng hạt để đáp ứng các yêu cầu về truyền ứng suất cắt, về bền vững và về thoát nước

Bề mặt khối đất có cốt là tường bao đươc bố trí và thiết kế không chụi lực, có tác dụng bảo hộ bề mặt vật liệu đắp khỏi bị xâm thực và sụt lở do các tác nhân bên ngoài Được làm bằng gỗ, các tấm bê tông xi măng đúc sẵn, bằng các phiến hoặc tấm kim loại chế sẵn, bằng lưới sợi thép, bằng bê tông phun vữa hoặc bằng rọ đá Gần đây, do công nghệ về vật liệu mới phát triển, vải địa kỹ thuật các loại đã được sử dụng làm tường chắn đất có cốt Do đó, phía bề mặt tường chắn, tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, có khi chỉ là vải địa kỹ thuật cuốn lại và đắp đất rồi trồng cỏ Trong nhiều trường hợp, phía bề mặt tường chắn được cấu tạo bằng rọ đá xếp chồng

II) Những lợi ích của công nghệ đất có cốt

Qua kết quả nghiên cứu ứng dụng đất có cốt trong ổn định nền đường, qua tổng kết từ các công trình xây dựng hiện có, cho thấy kết cấu đất có cốt có những ưu điểm hơn so với kết cấu thông thường như sau:

- Tính biến dạng cao Với đặc thù là một khối vật liệu mềm nên nó cho phép kết cấu chịu được độ lún không đều khá lớn mà không bị đứt gãy Đặc điểm này rất quan trọng khi xây dựng kết cấu trong vùng có địa chất không ổn định hoặc vùng có thể bị xói ngầm

- Tuổi thọ tương đối cao Đối với loại sử dụng vật liệu không gỉ hoặc chống gỉ tốt, công trình được coi là vĩnh cửu

- Tính thấm nước Đây là một dạng kết cấu hở, nước có thể thấm qua một cách

dễ dàng nên giảm được phần lớn áp lực nước thuỷ động

- Nhờ đất có cốt mà công trình đất đắp không cần đắp có mái dốc, tức là có thể

đắp thẳng đứng, làm giảm được phạm vi chiếm dụng

- Giá thành không cao Do phạm vi chiếm dụng của công trình ít nên rất phù hợp với những nơi hạn chế mặt bằng xây dựng, đặc biệt là trong thành phố Mặt khác bản thân kết cấu là những vật liệu không đắt tiền và dễ kiếm

- Công nghệ thi công không phức tạp, đơn giản, nhanh Cốt và tường bao đều

có thể gia công trước tại nhà máy rồi đem ra lắp đặt tiện lợi ngay trong quá trình đắp

đất

Tại “Hội nghị về đường ô tô trong thế kỷ tới” họp từ 24-26 tháng 11 năm 1996 tại Hồng Kông đã khẳng định lợi ích kinh tế kỹ thuật của công nghệ đất có cốt trong xây dựng đường do tính linh hoạt của kết cấu, do giá thành hạ, do tốc độ thi công nhanh

III) phạm vi và điều kiên sử dụng của tường chắn đất có cốt

Trên đường ô tô và các công trình xây dựng khác, tường chắn bằng đất có cốt

có thể được sử dụng trong các trường hợp sau:

Thay thế các tường chắn bằng bê tông hoặc 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 nhiên có độ dốc ngang từ 50% trở lên

Thay thế mái dốc ta luy nền đắp đất thông thường có độ dốc thoải để giảm diện tích chiếm dụng mặt bằng

Làm công trình chống đỡ các khối trượt sườn trên các sườn dốc thiên nhiên vùng có tuyến đi qua

Làm các tường chắn bảo vệ môi trường ( chống ồn, cách li…)

Khi làm công trình tường chắn bằng đất có cốt thì phải cân nhắc xét đến các yêu cầu và điều kiện kĩ thuật - kinh tế dưới đây:

Đảm bảo ổn định toàn khối ( ổn định ngoài) của tường chắn trong điều kiện địa hình và địa chất cụ thể tại chỗ

Đảm bảo ổn định nội bộ ( ổn định trong) của kết cấu đất và cốt : cốt không bị kéo đứt - kéo tuột

Tường chắn đất có cốt chỉ được xây dựng khi phân tích thấy giá thành xây dựng

rẻ hơn so với các loại tường chắn khác ổn định hơn

Không được sử dụng tường chắn đất có cốt trong các trường hợp sau:

Khi có các công trình ngầm đòi hỏi bố trí thông qua khối đất có cốt ( đặt trong các thiết bị ngầm ) trừ các công trình thoát nước cho bản thân khối đất có cốt

Khi không có khả năng phòng chống xói

Khi tường nằm trong vùng nước mặt hoặc nước ngầm bị ô nhiễm ( trong nước có

độ PH thấp, tỉ lệ clorit và sunfat cao)

IV) cấu tạo tường chắn đất có cốt

Mô hình cấu tạo chung:

Đỉnh Tuờng

Lung Tuờng

Đất đắp đầm chặtMặt Tuờng bao

Mũ Tuờng

CốtMặt suờn dốc tự nhiên

Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một công trình tường chắn đất có cốt với tường bao là vỏ cứng (mặt cắt ngang tường)

Chiều rộng tường L (chiều dài cốt)

Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một công trình tường chắn đất có cốt với tường bao là vỏ mềm (mặt cắt ngang tường)

1) Vật liệu cấu tạo và yêu cầu vật liệu sử dụng trong tường chắn

- Chỉ số nhóm GI theo phân loại đất của AASHTO phải bằng 0

Đối với các tường chắn có thời hạn phục vụ lâu dài nhưng sử dụng cốt kim loại dạng đai với bề rộng hẹp (tác dụng tương hỗ giữa cốt với đất chỉ thuần tuý dựa vào

ma sát) thì đất đắp tường chỉ được sử dụng các nhóm A-1 và A-3 tức là:

- Tỉ lệ % lọt qua sàng 0,074 mm không được vượt quá 15%

- Chỉ số dẻo không được vượt quá 6

- Chỉ số nhóm GI theo phân loại đất của AASHTO phải bằng 0

Trong mọi trường hợp, cỡ hạt lớn nhất trong đất đắp đều không được vượt quá 125mm với tỉ lệ tối đa có mặt trong đất là 25% (vì nhiều hạt lớn dễ làm cho cốt bị hư hại) và lượng cỡ hạt qua sàng 0,015mm không được vượt quá 10%

Trong mọi trường hợp, góc nội ma sát của đất đắp khi bão hoà nước không

Khi sử dụng cốt kim loại thì tính chất điện hoá của đất đắp phải phù hợp

Khi sử dụng cốt polime, đất đắp cũng nên có độ PH nằm trong khoảng 6 - 9, còn các đặc trưng điện hoá khác của đất thì nhà thiết kế phải đọc kỹ các chứng chỉ

do hãng sản xuất polime

Trong mọi trường hợp, đất đắp phải được đầm nén đạt độ chặt từ 0,98 trở lên Ngoài ra, để tìm hiểu kỹ thêm cần phải tham khảo thêm tài liệu và các bảng tra 1.2) Về vật liệu cốt

Cho đến thời điểm hiện nay, các loại cốt sử dụng trong các công trình đất có cốt cũng có nhiều thay đổi và đa dạng.Tuy nhiên xét về mặt vật liệu cấu tạo thì cốt có những dạng sau:

Cốt kim loại

Cốt kim loại làm tường chắn đất có cốt có thể được chế tạo dưới dạng đai mỏng (có gờ hoặc không gờ), dạng khung, dạng lưới (mạng), dạng thanh neo…Được đùng phổ biến là cốt dạng đai mỏng (cốt mềm) và cốt dạng khung (cốt cứng) Cốt kim loại

có khả năng chụi kéo dữ khả năng ổn định của tường chắn là rất tốt, nhưng là vật liệu

dễ bị gỉ, chính vì thế mà phải có các biện pháp chống gỉ bằng các loại thép không gỉ, thép mạ hoặc tăng thêm kích thước dự trữ

- Cốt dạng đai mỏng có chiều dày không được nhỏ hơn 3mm và chiều rộng không được nhỏ hơn 30mm(thường dày 5mm, rộng 40- 70mm) Bề mặt cốt có thể có

gờ hoặc không có gờ Chiều dài cốt được tính toán theo phương pháp thiết kế

- Cốt dạng khung gồm các thanh dọc và thanh ngang bằng thép làm tăng sức chống kéo tuột của đất nhờ hiệu ứng neo Các khung cốt thường cũng được bố trí với

Thép dùng làm cốt phải đủ sức chụi kéo theo qui định trong tính toán cho phép

, cường độ chịu kéo theo khổ bề rộng, độ dãn dài, cường độ xé rách, hệ số thấm,

1.3) Yêu cầu về tường bao

Mặt tương bao cần bảo đảm các yêu cầu sau:

- Tạo kết cấu hình dạng mặt ngoài cho tường chắn và đảm bảo được yêu cầu về tính mỹ quan

- Phòng ngừa xói lở đất đắp do mưa, gió…

- Tạo tác dụng chống đỡ cục bộ đối với áp lực đất trong pham vi giữa 2 lớp cốt

- Neo cốt trong khu vực chủ động của khối đất có cốt

- Bảo đảm nước mặt thấm vào khối đất có cốt có thể thoát qua mặt tường ra phia ngoài mà không lôi theo đất đắp sau tường

Tuỳ theo cách sử dụng mà nhà thiết kế sử dụng các loài tường bao khác nhau:

- Tương bao tấm rời bằng BTXM, tấm liền BTXM ( chiều cao tấm bằng chiều cao tường)

- Tường bao bằng bê tông phun với lưới cốt thép hàn

- Tường bao bằng kim loại (dày 3 - 5 mm có tiết diện uốn cong nửa elip với trục lớn theo chiều cao từ 25 - 33,3 cm)

- Tường bao bằng vải địa kỹ thuật bọc cuộn (tường mềm)

- Kiểu lồng đá ( bằng sợi kim loại hoặc bằng lưới polime)

Trong thực tế hiện nay chủ yếu thường sử dụng hai loại tường bao tấm rời BTXM (vỏ cứng) và tường bao bằng vải địa kỹ thuật bọc cuộn (vỏ mềm)

ở phần chuyên đề này em chỉ trình bày chi tiết vỏ tường bao dạng tấm cứng BTXM kiểu lắp ghép:

+Tấm có thể có dạng chữ thập, chữ nhật, vuông, lục lăng nhưng phải dễ lắp ghép bằng các phương tiện cần trục thông thường

+ Ngoài các tấm cơ bản, ở hàng dưới chân tường và hàng trên đỉnh tường phải

có cấu tạo dạng đặc biệt (1/2 chữ thập, 1/2 chữ nhật, 1/2 lục lăng hoặc có một cạnh theo độ dốc dọc tường chắn…) để tạo đúng hình dạng thiết kế

+ Cường độ bê tông đúc tấm phải đảm bảo cẩu lắp chuyên chở an toàn, không

bị sứt vỡ khi thi công (thường yêu cầu mác 200 - 300)

+ Kích thước và bề dày tấm còn phải được kiểm toán để chịu được tác dụng chồng đỡ áp lực đất cục bộ Bề dầy tối thiểu của tấm ở vùng chân tường chôn trong

đất là 140mm và ở vùng phía trên là 90mm, lớp bê tông bảo vệ cốt thép trong tấm phải dầy tối thiểu 38mm

+ Cốt thép trong tấm phải được sơn phủ epoxi ở những nơi công trình nằm trong vùng có khẳ năng bị ăn mòn mạnh

+ Cấu tạo tấm phải có mộng âm dương, có bố trí chốt và có bề rộng vuốt cong mép các gờ tấm từ 6,4 - 19mm để điều tiết dịch chuyển dạng mặt tường ( tường trên

đoạn đường cong và kích thước tấm cànglớn thì bề rộng vuốt cong mép các gờ tấm chọn phải càng lớn) và điều chỉnh độ nghiêng của tường khi thi công (nghiêng vào phía trong) cũng như đề phong lún không đều

Khi lắp đặt xong phải chèn khe nối giữa các tấm

+ Vật liệu chèn khe phải bền, mềm dẻo, cách điện và chịu được các tác dụng xâm thực của không khí và nước

+ Tại khe nối nằm ngang giữa các tấm cần đặt các miếng độn cao su dầy 20mm để tránh tiếp xúc trực tiếp giữa các tấm

+ Các khe thẳng đứng giữa các tấm phải chèn chặt liên tục các thỏi vật liệu xốp polyeste để phòng đất trong tườngchắn chảy theo nước ra ngoài ( các thỏi vật liêu xốp thường có tiết diện 40x40mm, dài 2,0m) Cũng có thể dùng các tấm lọc đặt sau khe nối bằng vải địa kỹ thuật thay thế các thỏi xốp hoặc dùng cả hai với trường hợp tường chắn bị ngập nước

- Tại những vị trí tường bao nối với cốt thì phải bố trí sẵn các kẹp hình khuyên ngay từ khi đúc tấm

2) Bố trí và cấu tạo công trình thoát nước cho tường chắn đất có cốt

2.1) Yêu cầu thoát nước

Trong mọi trường hợp cần phải có biện pháp hạn chế các nguồn nước (nước mưa, nước mặt, nước ngầm) thấm vào trong khối đất có cốt và thoát nhanh nước đã thấm đó ra khỏi khối đất có cốt (thường là thoát về phía ngoài mặt tường bao)

2.2) Thoát nước mặt phía trên đỉnh tường

Mặt đường trong phạm vi phần xe chạy và lề đường nên dùng vật liệu không thấm nước Nếu mặt đường cao hơn tường chắn tạo ra phần ta luy ở phía dưới thì cần phải có rãnh thoát nước ở chân ta luy, và đất đắp ta luy phải là đất dính để hạn chế thấm nước

Bố trí thoát nước đỉnh tường (cao đến vai tường)

2.3) Thoát nước ra khỏi khối đất có cốt

Đất đắp tường có cốt là loại đất rời hoặc đất rời ít dính nên chỉ cần bố trí thoát nước ở dưới chân tường

Trường hợp mặt tường bao bằng tấm bê tông lắp ghép thì nước trong thân tường

có thể thoát qua một đoạn khe nối thẳng đứng phía dưới cùng

Trường hợp mặt tường bao bằng vỉa địa kỹ thuật thì phải đặt các ống ngang xuyên qua mặt tường để nước thoát ra Đầu phía trong của các ống ngang nằm trong thân tường cũng phải bố trí tầng lọc ngược

Vật liệu lọc

mặt đất Chất chèn khe ngăn nứơc (đặt dứơi cao độ

ống có lỗ Khe nối giữa các tấm từơng để hở

Đào tạm thời

Bố trí thoát nước từ trong thân tường ra ngoμi

2.4) Thoát nước trong trường hợp phía sau lưng tường chắn đất có cốt tồn tại mạch nước ngầm

ở các chỗ có vết lộ nước ngầm từ khối đất thiên nhiên sau tường thì phải bố trí các hào thoát nước theo nguyên lí tầng lọc ngược ở đáy tường, bằng cách xếp đá dầy 30cm, rộng 100cm để thoát nước qua tường ra ngoài Khoảng cách giữa các hào trên mặt bằng từ 4 - 5m tuỳ theo lượng nước ngầm và phân bố nước ngầm

Nếu nước ngầm có lưu lượng lớn và phân bố liên tục thì phải làm hào liền nhau, tức là bố trí tầng đệm thoát nước theo nguyên lí lọc ngược liên tục ở đáy tường

Phía ngoài mặt tường có thể bố trí ống thoát nước dọc như ở phần thoat nước từ trong thân tường ra ngoài

Mặt đào tạm thời

Dòng chảy mạnhMặt đất ban đầu

Mặt đào tạm thời

Dòng chảy vùaMặt đất ban đầu

mặt đào tạmTầng đệm thoát nứơc liên tục dọc

lọc đặt dứơi từơng

Tầng đệm thoát nứơc bằng vật liệu chỗ có vết lộ nứơc ngầm

quãng dọc chiều dài từơng hoặc tại

Hào đắp bằng vật liệu lọc đặt cách

Bố trí thoát nước từ các vết lộ nước ngầm sau tường

3) Cấu tạo nền móng của tường chắn đất có cốt

3.1) Yêu cầu đối với nền móng của tường chắn đất có cốt

Cũng giống như các tường chắn thông thường khác, tường chắn đất có cốt cũng phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Sức chịu tải của đất nền móng phải đủ để chịu được áp lực do tải trọng của bản thân khối tường đất có cốt và tải trọng khác phía trên đỉnh tường gây ra trên đáy tường

- Độ lún còn lại của tường do nền móng gây ra sau khi đưa tường vào sử dụng không được vượt quá một trị số cho phép do tư vấn thiết kế qui định

+ Độ lún lệch dọc theo chiều dài tường do nền móng gây ra không được vượt quá 1/100 chiều dài đoạn tường kiểm tra với tường có mặt bao bằng tấm BTXM, và 1/50 đối với tường có mặt tường bao bằng vải địa kĩ thuật bọc cuộn

+ Trong mọi trường hợp không cho phép nền móng bị xói lở để lộ ra chân tường 3.2) Chiều sâu chôn tường tối thiểu

Chiều sâu chôn tường tối thiểu Dm = 0,6 m Chiều sâu này phụ thuộc vào độ

3.3) Chiều rộng tối thiêu của móng tường (chiều rộng L của khối đất có cốt)

Trong bất kỳ trường hợp nào chiều rộng L tối thiểu là 3,0 m

Trong trường hợp các loại tường có bề rộng đáy tường bằng đỉnh thì đồng thời

Trường hợp móng đặt trên nền đá thì có thể thu hẹp chiều rộng L, nhưng vẫn

Trong trường hợp để đảm bảo sức chiu tải ta có thể mở rộng đáy móng

Thu hẹp hoặc mở rộng tiến hành phương pháp bậc thang Với sự tương quan với chiều cao tính toán

V) Tình hình ứng dụng đất có cốt tại việt nam

Ngay từ năm 1968, giáo sư Đặng Hữu đã viết bài giới thiệu về vấn đề này và từ

“Đất có cốt” được giáo sư dịch từ cụm từ tiếng Pháp “Terre armée” Vào những năm

1970, Bộ GTVT đã giao cho Vụ KHKT tổ chức nghiên cứu áp dụng đất có cốt vào xây dựng công trình giao thông ở nước ta Nhóm đề tài đã được thành lập với sự phối hợp của các chuyên gia của trường đại học Xây dựng, Viện KHCN-GTVT, trường đại học Giao thông kết hợp với chuyên gia Việt kiều Nguyễn Thành Long Ngoài việc nghiên cứu và tiếp cận lý thuyết, nhóm đã tiến hành thực nghiệm đo ứng suất và biến dạng phát sinh trên mô hình ở trong phòng và đồng thời tiến hành xây dựng thí điểm một tường chắn cao 3m ngoài thực địa nhằm thử nghiệm công nghệ thi công và đánh giá

về mặt ăn mòn của cốt trong đất Cốt được làm bằng sắt của thùng phuy xăng có chiều dày khoảng 1mm, chiều rộng khoảng 8cm được phủ nhựa Bi tum chống gỉ và rắc cát để làm tăng ma sát Mặt tường cũng làm bằng vỏ thùng phuy cắt ra dạng hình máng có chiều rộng 30cm bằng khoảng cách các lớp cốt Liên kết giữa cốt và mặt tường bằng bu lông thường Vật liệu đắp là cát mịn sông Hồng, đắp và đầm chặt đạt K=0.98 Sau 5 năm, tiến hành khảo sát cho thấy tình hình ăn mòn của cốt và nhận thấy: cốt vỏ phuy xăng bị ăn mòn không đáng kể, bẻ ra vẫn còn ánh kim loại và chiều dầy gần như nguyên xi

Những năm gần đây, do nhu cầu về phát triển công tác xây dựng đường bộ, nhiều hãng nước ngoài đã vào Việt nam tổ chức nhiều cuộc hội thảo về vấn đề đất có cốt trong xây dựng đường ô tô và chào hàng về các loại sản phẩm vật liệu dùng trong công trình đất có cốt, trong đó có vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, rọ đá lưới thép Cũng đã có những tài liệu được chuyển giao về tính toán thiết kế và công nghệ cũng như vật liệu xây dựng Tuy nhiên, hiện tại Việt Nam vẫn chưa có tài liệu chính thức về phương pháp tính toán cho kết cấu sử dụng đất có cốt, chưa ban hành một tiêu chuẩn thiết kế nào cho loại kết cấu này Trong lúc đó thực tế đang đòi hỏi việc ứng dụng kết cấu đất có cốt vì những tính năng ưu việt cuả nó

Trên thực tế, với xu thế hội nhập, ở Việt Nam vừa qua cũng có một số công trình ứng dụng công nghệ thi công tường chắn đất có cốt, điển hình:

Đường hai đầu cầu vượt Lạch Tray - Hải phòng - Dự án cải tạo nâng cấp QL5

- Chủ đầu tư: Ban quản lý dự án 5, Tư vấn : Nippon Koie, Nhà Thầu: Cienco8

- Dạng kết cấu: đoạn đường hai đầu cầu đắp cao sử dụng kết cấu đất có cốt bằng thép không gỉ với những tấm bề mặt bằng BT đúc sẵn

- Dạng kết cấu: Đoạn đường hai đầu cầu sử dụng kết cấu đất có cốt với bề mặt

là các tấm BTCT, cốt bằng lưới địa kỹ thuật

Dự án đường Hồ Chí Minh Chủ đầu tư: Ban quản lý dự án Hồ Chí Minh

- Chủ đầu tư: Ban QL Dự án đường Hồ Chí Minh Tư vấn: Teco2 - Reid Bell Johnstone Nhà thầu: Tổng công ty XD đường Thuỷ

- Dạng kết cấu 1: Nền đường đắp cao với mái dốc 70°, sử dụng lưới địa kỹ thuật.với khoảng cách từ 0.5 - 1m tại vị trí Khe Cần- Km461+118 - Đường Hồ Chí Minh

- Dạng kết cấu 2: Tường chắn sử dụng rọ đá kết hợp với cốt lưới thép có chiều cao 8m đoạn ngã ba Pheo

mỹ quan và môi trường Hai công trình đang được sử dụng trên đường Hồ Chí Minh

có nhiều thành công hơn Cụ thể công trình đã được xây dựng xong đang đưa vào sử dụng và đã có những tổng kết đánh giá của các cơ quan kỹ thuật và quản lý Kết luận của hội nghị chuyên gia ứng dụng công nghệ mới loại tường chắn kết hợp với cốt lưới thép vừa qua đánh giá khả quan công nghệ nêu trên và triển vọng cho phép áp dụng rộng rãi ở một số nơi trên tuyến đường Hồ Chí Minh

Tuy nhiên, cơ sở lý thuyết về đất có cốt và các loại hình kết cấu tổ hợp hiện còn chưa được quan tâm đúng mức, các thông tin còn thiếu sự cập nhật và trên thực tế,đây là công nghệ mới, được tiếp nhận từ các hãng ngoài nước nên còn thiếu những chủ động trong quá trình tính toán thiết kế và xây dựng

Chương III : cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế

tường chắn đất có cốt

I) Nguyên lý làm việc của đất có cốt về mặt cơ học

1) Sự phá hoại của đất khi không có cốt

Đất là một loại vật liệu rời Khi chịu ngoại lực tác dụng thì đất sẽ mất ổn đỉnh (không bị phá hoại cắt trượt) Theo vòng tròn Mohr ta có thể diễn giải các điều kiện khi đất ở vào trạng thái cân bằng giới hạn như sau:

Khi σ3<σ1:

σ3 = σ1.tg2

(45 - 2

Khi σ3 >σ1:

σ3 = σ1.tg2

(45 + 2

Trên hình vẽ các kỹ hiệu có ý nghĩa như sau:

τ,σ : ứng suất cắt và ứng suất pháp tại điểm đang xét theo hướng đang xét;

 : góc nội ma sát của đất;

σ < σ 1 1

O

- Trạng thái ứng suất của một điểm trong đất và đường bao phá hoại Mohr

Theo (1) với một loại đất có c,  đã biết, trị số σ1 do ngoại lực gây ra càng lớn

mà lúc đó σ3 không đủ lớn thì đất sẽ bị phá hoại Trong trường hợp có tường, nếu áp lực hông dần dần giảm đi (tựa như lúc thân tường chống đỡ dịch chuyển ra ngoài,

thái cân bằng giới hạn dẻo và bị phá hoại Do vậy đất là vật liệu chịu nén không thuần thuý (khi σ3 = 0), không thể làm vật liệu xây dựng các công trình chịu nén lớn nếu lực dính c có giới hạn và nếu không có biện pháp điều chỉnh trạng thái ứng suất (làm tăng áp lực hông σ3) Ngược lại, theo (2) nếu σ3 càng lớn so với σ1 thì đất cũng bị

trong, khối đất bị động và bị đẩy trồi) thì khi đạt đến σ3=OD khối đất cũng bị phá

Khi σ1Ka - 2c K a < σ3 < σ1Kp- 2c K p thì đất chưa đặt tới trạng thái cân bằng

dịch chuyển và ở vào trạng thái tĩnh với hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh với hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh K0 ( Ka < K0 < KP)

2) Vai trò của cốt

có bố trí cốt (σ3 không phải do ngoại lực gây ra) Điêu này cũng tương với việc tạo ra lực dính c lớn hơn bên trong khối đất

Xét một khối đất có những lớp cốt nằm ngang bố trí đủ gần nhau Khi khối đất chịu nén theo phương thẳng đứng với áp lực σ1, nếu không có cốt (σ3=0) đất sẽ bị

chuyển vị ngang của cốt.Vì môđuyn biến dạng của cốt cao hơn rất nhiều so với

lực hông σ3:

σ3= K σ1

Trong đó :

K : hệ số áp lực ngang của đất, nếu ở trạng thái tĩnh (εn= 0 thì K = K0 với K0 là hệ

số áp lực đất ở trạng thái tĩnh Theo Jaky, K0 = 1 - sin

áp lực hông σ3 chính là do cốt tác dụng vào đất thông qua lực ma sát giữa đất

và cốt

3 Sự neo bám giữa đất và cốt

Việc truyền lực giữa cốt và đất hay sự tạo ra sức neo bám giữa đất và cốt phụ thuộc vào cấu tạo hình dạng cốt và có hai phương thức cơ bản là phương thức truyền lực thông qua ma sát giữa chúng và phương thức truyền lực thông qua sức cản bị

động của đất Đối với các loại cốt như cốt dạng đai mỏng, cốt dạng tấm, cốt dạng khung, dạng lưới, dạng mạng ( lưới hoặc mạng polime), tất cả đều truyền lực thông qua ma sát Nhưng chỉ những loại cốt dạng khung, dạng lưới, dạng mạng là những loại cốt có các phần tử vuông góc với phương truyền lực kéo thì mới có thêm phương thức truyền lực thông qua sức cản bị động của đất( tức là mới có hiệu ứng neo)

sb

pP

pP

của đất Sức cản bị động

p

Thanh ngang

bs

Cốt dạng khung bằng thép tròn tạo ra sức cản bị động nhờ các thanh ngang bố

Cơ cấu truyền lực thông qua ma sát giữa cốt và đất được miêu tả ở hình dưới

đây: