Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)

Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)Sử dụng vật liệu có cốt để xây dựng các công trình ven bờ biển (LV thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGUYỄN MINH QUÂN SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CỐT ĐỂ XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ BIỂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGUYỄN MINH QUÂN SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CỐT ĐỂ XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ BIỂN Chuyên ngành: Xây dưng Công trình Biển Mã số: 60-58-45 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 MỤC LỤC MỞ ðẦU 1 Sự cần thiết ñề tài luận văn Mục ñích nghiên cứu luận văn ðối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ðẤT CÓ CỐT 1.1 Lược sử công nghệ ñất có cốt 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ñất có cốt xây dựng Việt Nam 1.3 Ứng dụng kết cấu ñất có cốt ñối với công trình ven biển CHƯƠNG CẤU TẠO KẾT CẤU ðẤT CÓ CỐT 10 2.1 ðặc ñiểm chung kết cấu ñất có cốt 10 2.2 Yêu cầu vật liệu ñất ñắp 12 2.2.1 Tổng quan 12 2.2.2 Vật liệu ñắp tường chắn mố trụ cầu 12 2.2.3 Vật liệu ñắp mái dốc 12 2.3 Vật liệu cốt gia cường 13 2.3.1 Vật liệu cốt vải ñịa kỹ thuật: 13 2.3.2 Vật liệu cốt lưới ñịa kỹ thuật : 14 2.3.3 Cốt dạng dải, khung thép 26 2.4 Kết cấu ñất có cốt áp dụng ñiều kiện ven biển 27 2.4.1 Lựa chọn vật liệu cốt gia cường 27 2.4.2 Lớp mặt tường chắn mái dốc 28 2.4.3 Yêu cầu ñất 34 2.4.4 Các vấn ñề thi công 35 CHƯƠNG KẾT CẤU ðẤT CÓ CỐT – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ 38 3.1 Cơ sở lý thuyết 38 3.2 Cơ chế gia cường ñất tường chắn mái dốc 39 3.3 Tường chắn kết cấu ñất có cốt gia cường 40 3.3.1 ðại cương 40 3.3.2 Các hệ số riêng phần 43 3.3.3 Xác ñịnh kích thước kết cấu 45 3.3.4 Chiều sâu chôn tường 48 3.3.5 Ổn ñịnh tổng thể 49 3.3.6 Các mặt trượt ñể kiểm tra ổn ñịnh bên 53 3.3.7 Ổn ñịnh nội 53 3.3.8 Trạng thái giới hạn sử dụng 65 3.4 Thiết kế mái dốc có cốt: 66 3.4.1 ðại cương 66 3.4.2 Các hệ số riêng phần sử dụng thiết kế mái dốc có cốt 68 3.4.3 Phạm vi áp dụng 69 3.4.4 Cơ sở thiết kế 69 3.4.5 Các trạng thái giới hạn 70 3.4.6 Về ổn ñịnh 71 3.4.7 Về ổn ñịnh nội 72 3.4.8 Các mái dốc thoải 77 3.4.9 Về ổn ñịnh hỗn hợp 78 3.4.10 Các trạng thái giới hạn sử dụng 78 CHƯƠNG THỰC HÀNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 79 4.1 Thiết kế mái dốc ñất có cốt gia cường 79 4.2 Thực hành tính toán tường chắn ñất có cốt gia cường 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 107 TÀI LIỆ U THAM KHẢO 109 - 11 - MỞ ðẦU Sự cần thiết ñề tài luận văn Nước ta có ñường bờ biển dài với nhiều tiềm phát triển, nhu cầu xây dựng sở hạ tầng ven biển tới lớn ña dạng Trong ñiều kiện kinh tế nước ta nghèo, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ nhằm tìm giải pháp kết cấu cho công trình ñiển hình tối ưu kinh tế kỹ thuật cần thiết Công nghệ kết cấu ñất có cốt công nghệ ñáp ứng yêu cầu ñó Kết cấu ñất có cốt giải pháp kết cấu áp dụng hữu hiệu ñối với công trình ven biển Với giải pháp kỹ thuật phù hợp, kết cấu hoàn toàn sử dụng với công trình bảo vệ bờ ñiều kiện tác ñộng mạnh môi trường biển hay ñiều kiện ñịa chất yếu phức tạp Kết cấu cũ ng sử dụng công trình chịu lực lớn mố trụ cầu, bến cảng…Với ưu ñiểm kết cấu ñơn giản, khả tận dụng vật liệu ñắp, thi công nhanh nhờ lắp ghép… Việc sử dụng loại kết cấu ñã cho thấy hiệu kinh tế tốt hẳn giải pháp truyền thống kết cấu bê tông cốt thép, ñá xây… Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc áp dụng công nghệ ñất có cốt vào công trình xây dựng chưa nhiều Phương pháp tính toán thiết kế công nghệ thi công chưa ñược phổ biến ðể áp dụng kết cấu ñất có cốt cho công trình ven biển cách ñại trà cần thiết phải có nghiên cứu ñầy ñủ hệ thống, hoàn thiện phương pháp luận tính toán, tạo ñiều kiện thuận lợi cho công tác tính toán thiết kế công trình Mục ñích nghiên cứu luận văn Mục ñích nghiên cứu luận văn nhằm tìm giải pháp kết cấu hợp lý cho kết cấu ñất có cốt áp dụng cho ñiều kiện ven biển Việt Nam, nghiên cứu sở khoa học phương pháp luận tính toán thiết kế cho dạng kết cấu có liên quan ðối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu ðối tượng nghiên cứu luận văn kết cấu ñất có cốt áp dụng cho công trình ven biển - 22 - Phạm vi nghiên cứu bao gồm nghiên cứu lựa chọn thành phần kết cấu hợp lý, nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu cho loại kết cấu áp dụng, gồm kết cấu tường chắn (tường chắn sóng, mố cầu/cảng ) kết cấu mái dốc (ñê, kè bảo vệ bờ ) Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu vấn ñề liên quan ñến giải pháp cấu tạo kết cấu, phân tích lựa chọn cấu tạo kết cấu ñất có cốt bao gồm: cốt gia cường, ñất ñắp, vỏ mặt bảo vệ; - Nghiên cứu tính toán kết cấu tường chắn mái dốc Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu, phân tích, ñánh giá thành tựu ñã ñạt ñược, ứng dụng ñể giải vấn ñề ñặt luận văn - Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết ứng dụng kết nghiên cứu thực nghiệm ñể giải vấn ñề Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Ý nghĩa khoa học Luận văn ñã ñi sâu vào phân tích ñặc ñiểm kết cấu ñất có cốt ứng dụng cho công trình ven biển, qua việc phân tích ñó ñã hệ thống hóa giải pháp kết cấu, giúp có nhìn khách quan việc lựa chọn giải pháp kết cấu tối ưu Luận văn ñã phân tích sở khoa học ñề xuất phương pháp luận phương pháp thiết kế phù hợp với giải pháp kết cấu ñó Ý nghĩa thực tiễn Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ ñất có cốt ñang dần tới hoàn thiện ñã trở thành lựa chọn thay nhiều công trình giới Tuy nhiên, Việt Nam việc ứng dụng công nghệ ñang hạn chế chưa có tiêu chuẩn tính toán kinh nghiệm thiết kế tổ chức thi công ðề tài ñược thực với mong muốn góp phần phổ biến công nghệ giải pháp kết cấu công trình xây dựng Việt Nam nói chung công trình ven biển nói riêng, nơi mà giải pháp ñem lại nhiều hiệu - 33 - CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ðẤT CÓ CỐT 1.1 Lược sử công nghệ ñất có cốt ðất có cốt loại hình vật liệu tổ hợp ñất cốt tạo ra, có khả chịu ñược lực kéo Vào khoảng năm 1960, kỹ sư người Pháp tên Henri Vidal ñã phát triển hệ thống hóa phương pháp gia cố ñất thành công nghệ ñất có cốt Vào năm 1968, công trình tường chắn ñất có cốt ñầu tiên ñược xây dựng miền Nam nước Pháp (Hình 1.1), ñây ñược coi cột mốc quan trọng phát triển kỹ thuật xây dựng Tiếp ñó sau, kỹ thuật ñất có cốt ñược phát triển nhanh chóng rộng rãi, tạo nhiều loại, nhiều hệ thống ñất có cốt khác Hình 1.1 Công trình tường chắn ñầ u tiên áp dụng công nghệ ñất có cốt Vì tính ưu việt loại hình ñất có cốt, việc nghiên cứu áp dụng ñã phát triển nhanh chóng nhiều nước châu Âu, châu Mỹ châu Á Các ứng dụng kể như: tường chắn ñường ô tô, ñường sắt; mố cầu; ñường ñắp cao; ñê kè ven sông, ven biển công trình quân CHƯƠNG CẤU TẠO KẾT CẤU ðẤT CÓ CỐT 2.1 ðặc ñiểm chung kết cấu ñất có cốt + Về khả chịu lực: kết cấu thiết kế với khả chịu tải ñáng kể (thể qua công trình mố trụ cầu, ñường sắt ) Xét ổn ñịnh cục khối ñất có gia cường cốt, ñộ bền kết cấu phụ thuộc - 44 ốt ịu ất vào cường ñộ c ch lực, cường ñộ ñ ñắp khả bám dính cốt ñất, ñó cường ñộ ñất ñắp sức bám dính cốt – ñất có giới hạn Do khả chịu tải trọng lớn kết cấu bị hạn chế Trong công trình bến cảng, ñối với công trình có yêu cầu chịu tải siêu trọng, muốn áp dụng giải pháp ñất có cốt cần thiết phải có thêm giải pháp kỹ thuật phụ trợ ñể giảm bớt tải trọng trực tiếp lên + Tính thích nghi với ñiều kiện móng yếu: có khả chịu ñược chênh lệch lún ñiều kiện ñất yếu Với chất kết cấu ñất ñược gia cường, kết cấu ñất có cốt cho phép ñộ lún lệch lớn mà không làm phá hoại kết cấu + Khả chịu tải trọng ñộng: Kết cấu có khả phục hồi cao hấp thu hiệu dạng tải trọng ñộng tải trọng ñường sắt, ñộng ñất + Về tuổi thọ: Kết cấu ñược thiết kế với tuổi thọ lâu dài (tới 120 năm) qua việc sử dụng dạng vật liệu có tính bền cao bị lão hóa theo thời gian Tuổi thọ kết cấu ñất có cốt phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu cốt gia cường Việc phân tích ñánh giá tính chất loại vật liệu gia cường ñược tiến hành phần sau + Về giá thành: hiệu giá thành kết cấu ñất có cốt thể việc tiết kiệm thời gian thi công sử dụng nguyên vật liệu làm kết cấu Hiệu giá thành công trình tường chắn ñất có cốt so sánh với tường chắn bê tông cốt thép thông thường Bảng 2.1 + Về mỹ quan: Kết cấu bao che mặt tường chắn mái dốc ñất có cốt chủ yếu mang chức che phủ mà yêu cầu cao chịu lực nên có nhiều lựa chọn - 55 - thẩm mỹ cho lớp vỏ tường chắn mái dốc mà ñảm bảo tiêu kinh tế kỹ thuật Bảng 2.1 Một ví dụ tính toán so sánh giá thành tường bê tông tường ñấ t có cốt (ñơn giá năm 2007) STT Hạng mục ðơn vị I Tường bê tông 1m Bê tông M200 ñá 1x2 m Ván khuôn m Bê tông M150 ñá 2x4 m Cốt thép D16 ðá dăm Cát ñắp II Tường có cốt Lưới ñịa Cát ñắp Lắp ghép gạch block Bê tông M300 ñá 1x2 III Tỷ lệ giảm chi phí ðơn giá (VND) H=2.0 m H=3.0 m Giá thành H=4.0 m H=5.0 m H=6.0 m 1,530,000.00 8,020,400.0 4,207,500.0 10,499,900.0 5,599,800.0 17,545,490.0 9,868,500.0 22,794,448.0 13,005,000.0 27,397,832.0 13,464,000.0 255,000.00 2,655,060.0 3,462,900.0 4,791,450.0 5,910,900.0 6,247,500.0 1,360,000.00 723,520.0 748,000.0 748,000.0 748,000.0 1,224,000.0 kg 20,000.00 0.00 0.00 383,140.0 980,148.0 3,559,132.0 kg 18,000.00 0.00 0.00 200,000.00 94,800.0 110,000.0 124,000.0 m 1m 80,000.00 1,630,400.0 3 m m m Block m % 339,520.0 579,200.0 4,380,000.0 5,962,000.0 120,000.00 1,440,000.0 1,920,000.0 80,000.00 10,000.00 640,000.0 500,000.0 960,000.0 670,000.0 2,000.000.00 1,800,000.0 2,412,000.0 45.39 43.22 0.00 9,818,320.0 5,040,000.0 960,320.0 830,000.0 2,988,000.0 44.04 0.00 0.00 124,000.0 132,000.0 2,026,400.0 2,771,200.0 15,640,640.0 21,642,960.0 10,080,000.0 15,300,000.0 960,640.0 1,000,000.0 960,960.0 1,170,000.0 3,600,000.0 4,212,000.0 31.38 21.00 + Vấn ñề thi công: Yếu tố quan trọng mà ngày công nghệ ñất có cốt ñược sử dụng phổ biến khắp giới ñơn giản nhanh chóng trình thi công Một lợi thi công tường chắn ñất có cốt so với tường chắn bê tông thông thường hoạt ñộ ng thi công gói gọn phía sau lưng tường không cần tới giàn giáo Việc thi công ñoạn tường cong tỏ dễ dàng Về việc thi công kết cấu ñất có cốt công tác ñất với tốc ñộ thi công phụ thuộc vào việc ñổ ñất ñầm nén Cho dù lớp mặt tường bê tông ñúc sẵn, gạch bê tông, thép hay lưới thép việc thi công theo chu trình lặp ñi lặp lại: 1, ðặt hàng lớp phủ mặt 2, Liên kết với cốt gia cường 3, ðổ ñất ñầm nén theo lớp Nhân lực trang thiết bị phục vụ thi công: - 66 - Công tác thi công tường có cốt chủ yếu công tác ñổ ñất ñầm nén, ñó trang thiết bị thi công thường bao gồm máy xúc, san gạt, máy ñầm trường hợp thi công tường chắn với tường bê tông ñúc sẵn cần có thêm cần cẩu loại nhỏ 2.2 Yêu cầu vật liệu ñất ñắp 2.2.1 Tổng quan Yêu cầu chung vật liệu ñất ñắp dùng kết cấu ñất có cốt phải ñồng bộ, có tiêu lý hóa ñáp ứng ñược tiêu yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế hành (BS 8006) ðối với dạng kè dùng ñất có cốt, vật liệu ñắp dùng loại ñất rời, vừa rời vừa dính, sử dụng l oại ñất dính kết hợp với loại lưới ñịa kỹ thuật phù hợp ñể sử dụng ðối với ng tường chắn ñất có cốt có thời hạn phục vụ lâu dài, ñất ñắp không ñược dùng loại ñất dính, mà ñược sử dụng loại ñất rời ñ ất rời dính Góc nội ma sát ñất ñắp bão hòa nước không ñược nhỏ 25o Trong trường hợp, ñất ñắp phải ñược ñầm chặt K=0,98 trở lên (tiêu chuẩn ñầm nén ứng với TCVN 4201-1995) 2.2.2 Vật liệu ñắp tường chắn mố trụ cầu 2.2.2.1 Về tiêu học Vật liệu ñắp có tính dính (loại sét) không ñược sử dụng cho kết cấu tường chắn mà mố trụ cầu có yêu cầu an toàn mức trung bình mức cao (xem thêm [1]) 2.2.2.2 Về tiêu hoá học ñiện hoá Cốt pôlime không bị ảnh hưởng tác dụng ñiện hoá chịu ảnh hưởng số hoá chất ñó Ảnh hưởng hoá chất tới tính chất cốt bằ ng pôlime phải ñược xem xét chứng sản phẩm 2.2.3 Vật liệu ñắp mái dốc ðối với mái dốc dốc, sử dụng vật liệu ñắp có ma sát vừa có ma sát vừa dính thoả mãn khuyến nghị 2.2.2 Vật liệu ñắp có tính dính có 1111 Vấn ñề từ biến lưới ñịa kỹ thuật Polime: Do tính chất ñàn nhớt vật liệu Polime nên sử dụng thí nghiệm kéo ñứt ñể xác ñịnh quan hệ ứng suất-biến dạng cho tải trọng tác dụng dài hạn suốt tuổi thọ công trình, ñó cần thiết phải có thí nghiệm ñể xác ñịnh tính chất vật liệu Thí nghiệm kéo từ biến (Hình 2.4) ñược thực ñể xác ñịnh tính từ biến vật liệu Polime theo quy ñịnh tiêu chuẩn ISO 13431:1999 Do thời gian thí nghiệm ña số mẫu thử chưa ñược dài tuổi thọ công trình yêu cầu (tới 120 năm) nên ñể xác ñịnh cường ñộ kéo ñứt dài hạn phải dùng phép ngoại suy dựa chuỗi số liệu ñã có Trong tính toán cường ñộ vật liệu, hệ số riêng phần sai số ñiều chỉnh số liệu ñược ký hiệu fm Hình 2.4 Thí nghiệm từ biến vật liệu lưới ñịa Polime 1212 - Hình 2.5 Biểu ñồ quan hệ biến dạng-thời gian mẫu thử mức tải trọng Hình 2.6 ðường cong ñẳng thời mối quan hệ tải trọng-biến dạng 2020 Vấn ñề biến dạng cốt Polime từ biến: Biến dạng lưới ñịa Polime tác dụng tải trọng dài hạn ñược ñánh giá cách xây dựng ñường cong ñẳng thời biến dạng cốt liệu tác dụng mức tải trọng khác Các mốc thời gian thường tháng, tháng 120 năm Hình 2.6 ñường cong ñẳng thời biểu thị mối quan hệ tải trọng biến dạng, mốc thời gian tháng 120 năm, ñối với mẫu thử vật liệu lưới ñịa kỹ thuật Tensar 120RE, nhiệt ñộ 20oC Theo trạng thái giới hạn khả phục vụ, tiêu chuẩn BS8006:1996 quy ñịnh, ñường cong ñẳng thời ñược dùng ñể xác ñịnh mức tải trọng ñó, mức biến dạng ñược giới hạn sau: 1% ñối với quãng thời gian từ tháng ñến 120 năm cho tường chắn 0,5% ñối với quãng thời gian từ tháng ñến 120 năm cho gối ñỡ cầu Như thí nghiệm biến dạng từ biến ñưa thông số giá trị cường ñộ dài hạn (Tcs) cốt liệu Polime dựa giới hạn ñộ biến dạng quãng thời gian xác ñịnh Các ảnh hưở ng trình thi công tới ñộ bền cốt Polime: ðánh giá ảnh hưởng việc thi công tới ñộ bền lưới ñịa kỹ thuật Polime ñược thực mô hình thực (Hình 2.7 Hình 2.8), quy trình thử theo tiêu chuẩn BS 8006:1995, ñó sử dụng loại vật liệu thử dạng rời có cạnh sắc nhọn bao gồm ñá hạt thô, hạt vừa hạt mịn (kích thước trung bình tương ứng 125 mm, 37,5 mm mm) Các mẫu thử sau hoàn thành thí nghiệm ñược kiểm tra kéo ñứt Cường ñộ kéo ñứt mẫu xác ñịnh hệ số an toàn riêng phần trình thi công (fd) Ảnh hưởng ñiều kiện môi trường tới ñộ bền lưới ðKT Polime: Trong suốt trình thi công sử dụng, cốt liệu gia cố ñất chịu nhiều tác ñộng môi trường khác (Hình 2.9) Các tác ñộng ñến từ nhiều nguồn, chẳng hạn tia cực tím, nhiệt ñộ loại hóa chất sinh vật có ñất ñắp 2121 - Hình 2.7 Các loại ñá thô, ñá vừa hạt mịn dùng thí nghiệm ảnh hưởng thi công Hình 2.8 Trình tự thí nghiệm: ñổ ñất, ñầm nén thu hồi mẫu Hình 2.9 Tác ñộng môi trường qua trình vận chuyển, thi công sử dụng 2222 Một vài tiêu chuẩn chứng nhà sản xuất vật liệu ñịa kỹ thuật ñề biện pháp bảo vệ cách giới hạn thời gian mà vật liệu tiếp xúc trực tiếp với môi trường có hại, nhiên biện pháp khó kiểm soát suốt trình thi công sử dụng công trình Do ñó biện pháp ñáng tin cậy sử dụng liều lượng tối ưu phụ gia phù hợp cho vật liệu Polime Tia cực tím (UV) gây hư hỏng cho vật liệu Polime cách nhanh chóng bẻ gẫy chuỗi phân tử Polime Thí nghiệm với hàm lượng tối thiểu phụ gia carbon ñen 2% ngăn ngừa cách hiệu tia UV phá hủy cốt liệu Các thí nghiệm hãng Tensar cho thấy, môi trường thời tiết nắng nóng, cốt liệu lưới ðKT Tensar với hàm lượng Carbon ñen 2% trì cường ñộ tới 90% suốt 20 ñến 50 năm tùy thuộc bề dày cốt liệu Các thí nghiệm thực Albury, Australia, nơi có cường ñộ tia cực tím cao cho thấy, sau năm, cường ñộ kéo ñộ cứng vật liệu Tensar 55RE không thay ñổi (Hình 2.10) Như thấy rằng, với cốt liệu Polime sử dụng phụ gia trên, không cần phải giới hạn thời gian bị phơi nắng cốt liệu trình thi công, trước lớp vỏ bảo vệ kết cấu ñược hoàn thiện a) a) Hình 2.10 Hiệu Carbon ñen bảo vệ HDPE chống tia cực tím a) Hàm lượng hiệu Carbon ñen tối thiểu 2% b) Cường ñộ mẫu thử không thay ñổ i sau năm ñể trời CHƯƠNG KẾT CẤU ĐẤT CÓ CỐT – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ 3.1 Cơ sở lý thuyết ðất vốn có khả chịu nén tốt khả chịu kéo cắt Do vậy, việc sử dụng cốt gia cường kết hợp với công trình ñất ñắp, chèn vào ền ất ả n ñ thiên nhiên làm tăng kh chịu 2323kéo cắt cho ñất, ñể tạo mái dốc dốc bình thường ñể cải thiện khả chịu tải hệ kết cấu (bao gồm ñất nền) 1 vr v 3 3 h hr 2 b) a) Hình 3.1 Tác dụng cốt ñối với phần tử ñất a) Không có cốt ; b) Có cốt Hình 3.1 mô tả phần tử ñất tác dụng ứng suất nén suất hạn chế nở ngang ứng , gây biến dạng nén dọc trục biến dạng kéo ngang Khi bổ sung cốt, ñộ cứng chống kéo cốt lớn ñất nên ñất cốt ñã có chuyển vị ngang tương ñối, tạo ứng suất cắt bề mặt tiếp xúc ñất -cốt ứng suất cắt phân phối lại vào ñất dạng nội ứng suất nén ngoại ứng suất nén 3 bổ sung vào Ảnh hưởng tương tác nội làm giảm biến dạng ngang biến dạng dọc so với ñất cốt 2424 Như vậy, mẫu ñất có cốt cốt chịu mức tải trọng nhau, việc bổ sung cốt ñã làm giảm biến dạng so với ñất cốt, ñồng thời cải thiện ñộ bền ñất Với ñất không cốt, tượng trượt cắt xảy ứng suất cắt ½( ñủ 1- 3) ñạt tới ñộ bền kháng cắt ñất Khi ñất có cốt, giá trị ñể gây trượt cắt lớn nhiều gia tăng ứng suất cắt ½[ 1- 3+ 3)] làm gia tăng kéo theo việc tăng tương ñối Giới hạn thực tế ñộ bền ñất có cốt ñược thể lực kéo ñứt cốt phá hỏng trượt bề mặt tiếp xúc ñất-cốt 3.2 Cơ chế gia cường ñất tường chắn mái dốc Nghiên cứu chế làm việc mái ta luy, tường chắn ñất có cốt cho thấy: không gia cố cốt, mái ta luy hay tường chắn bị phá hoại, kết hợp ñất cốt với tạo ñược ổn ñịnh cho kết cấu Khảo sát khối ñất ñược gia cố cho thấy cách rõ ràng khối ñất hình thành hai vùng rõ rệt, vùng ñất hoạt ñộng vùng ñất giữ lại (Hình 3.2) Khi cốt vùng ñất hoạt ñộng không ổn ñịnh có xu hướng trượt khỏi vùng ñất giữ lại Nếu ñặt dải cốt ngang qua vùng ñất hoạt ñộng vùng ñất giữ lại tạo ổn ñịnh cho vùng ñất hoạt ñộng Cốt ñất tạo ổn ñịnh cho khối ñất theo chế truyền lực gây ổn ñịnh từ vùng hoạt ñộng sang vùng giữ Trong trình lực kéo dọc trục bị hấp thụ bị triệt tiêu dải cốt Bố trí số lượng cốt thích hợp, hấp thụ lực kéo phát triển ñất vùng hoạt ñộng Lực kéo ñược truyền từ ñất vào cốt thông qua chế tương tác ñất-cốt Hình 3.2 Cơ chế tương tác cốt-ñất làm việc tường chắn mái dốc 4040 3.3 Tường chắn kết cấu ñất có cốt gia cường Phần ñề cập ñến loại, dạng tường chắn mố cầu kết cấu ñất ñắp có cốt gia cường thể Hình 3.3; Chủ yếu xem xét loại cốt mềm (cốt polime) Phần xem xét kết cấu ñất với cốt gia cường có mặt tường thẳng ñứng mặt tường nghiêng so với phương thẳng ñứng không 20o Các mái dốc có cốt tăng cường ñược ñề cập phần 3.4 3.3.1 ðại cương Thiết kế tường mố ñất có cốt phải tuân theo nguyên tắc ñối với công trình chống ñỡ ñất thông thường; nhiên ñòi hỏi phải xét thêm tác dụng tương hỗ ñất cốt ðể phù hợp, thường phải phân tích, xem xét hai vấn ñề ổn ñịnh ngoại ổn ñịnh nội Phân tích ổn ñịnh ngoại nhằm vào ổn ñịnh toàn khối ñất có cốt (xem ñất cốt khối ); ñó phân tích ổn ñịnh nội lại nhằm vào lĩnh vực liên quan ñến chế làm việc bên khối ñất có cốt, xét ñến ứng suất phát sinh kết cấu, xét ñến bố trí làm việc cốt tăng cường tính chất vật liệu ñắp Về ổn ñị nh bên khối ñất, giống trường hợp loại công trình chắn ñất khác, phải tiến hành kiểm tra ổn ñịnh toàn bộ: lật, trượt, ổn ñịnh phá hoại cung trượt sâu Về ổn ñịnh nội bộ, tiêu chuẩn hành BS 8006 cho phép sử dụng hai phương pháp ñể tham khảo thiết kế phương pháp “khối nêm cân sau tường” phương pháp “trọng lực dính kết” Phương pháp khối nêm cân sau tường tuân theo nguyên lý thường ñược sử dụng ñối với tường chắn cổ ñiển giả thiết phá hoại chủ ñộng Rankine với mặt phá hoại phẳng tạo với mặt tường thẳng ñứng góc 45o- /2 Phương pháp ñược ñúc rút từ việc sử dụng loại cốt ñã ñược thừa nhận Phương pháp “trọ ng lực dính kết” áp dụng cho việc thiết kế ñối với kết cấu ñất sử dụng cốt không dãn, dựa sở quan trắc nhiều năm làm việc kết cấu sử dụng cốt tăng cường không dãn kết hợp với phân tích lý thuyết 4141 - Hình 3.3 Các ñịnh nghĩa loại tường mố cầu 4242 Kết cấu tường chắn ñất có cốt ñược thiết kế tuân theo hai trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn phá hoại (ULS) trạng thái giới hạn mà ñó nhận thấy chế phá hoại tiềm tàng kết cấu xem xét thực với hệ số trạng thái giới hạn Trạng thái giớ i hạn khả phục vụ (SLS) trạng thái mà ñó nhận thấy giớ i hạn ñiều kiện làm việc kết cấu kết cấu ñược kiểm tra ñể bảo ñảm giữ ñược ñặc tính cần thiết ñể thực chức suốt thời kỳ khai thác mà không cần thiết phải có bảo dưỡng (sửa chữa) bất thường Nguyên lý thiết kế theo trạng thái giới hạn bao gồm hệ số an toàn riêng phần Trường hợp kết cấu ñất có cốt gồm hệ số an toàn sau: + Hệ số an toàn tải trọng + Hệ số an toàn suy giảm cường ñộ vật liệu (bao gồm cốt gia cường, ñất ñắp, tương tác cốt ñất) + Hệ số an toàn yếu tố sai số khác, có kể ñến mức ñộ hậu phá hoại công trình Các trạng thái giới hạn ñược xét cho ổn ñịnh tổng thể ổn ñịnh nội công trình Trạng thái giới hạn phá hoại ổn ñịnh tổng thể bao gồm: + Phá hoại lật nghiêng toàn khối + Phá hoại trượt ngang (tại vị trí lớp cốt, qua tường hay qua ñất nền) + Phá hoại trượt sâu Trạng thái giới hạn phá hoại cục bao gồm: + Kéo ñứt hay tuột cốt vị trí mặt trượt nghiêng Trạng thái giới hạn sử dụng bao gồm chuyển vị ñứng chuyển vị ngang tường Việc thiết kế thường dựa giả thiết toán ứng suất phẳng hai chiều Chỉ xét ñến tác ñộng chiều phải xử lí kết cấu vừa cao vừa có mái dốc nghiêng ñối với kết cấu ñược xây dựng mái dốc dốc 4343 3.3.2 Các hệ số riêng phần Lí thuyết thiết kế theo trạng thái giới hạn ñối với tường ñất có cốt ñòi hỏi phải tăng trọng lượng ñất hoạt tải cách nhân thêm hệ số vượt tải thích hợp ñặc trưng cường ñộ ñất cường ñộ cốt hệ số tính toán riêng phần thích hợp Giá trị hệ số riêng phần xem thêm [3] 3.3.2.1 Hệ số tải trọng Hệ số tải trọng quy ñịnh ñược nhân thêm với giá trị ñặc trưng trọng lượng ñất ñơn vị tuỳ thuộc vào thay ñổi trọng lượng riêng, thành phần cấp phối ñộ ñầm nén ðối với ngoại tải, hệ số tải trọng quy ñịnh ñược nhân với giá trị ñặc trưng chúng trạng thái ban ñầu lúc chưa nhân hệ số 3.3.2.2 Các công trình biển sông ðối với kết cấu ñược xây dựng biển sông, việc xét ñến tải trọng tác dụng phải bao gồm tác ñộng mức nước thay ñổi, tác ñộng thuỷ triều, sức ñẩy ñối với ñất, tác ñộng sóng tác ñộng tàu bè Phải xét ñến tác ñộng việc nạo vét ñối với chân tường (xem BS 6349 BS 8002) Phải xét ñến mức ñộ bền vững (tuổi thọ) cốt tăng cường ñơn nguyên mặt tường, ñặc biệt chúng nằm vùng thuỷ triều vùng nước lên theo mùa vào lúc nước xuống 3.3.2.3 Các hệ số ñối với vật liệu Ở trạng thái giới hạn phá hoại, hệ số ñối với vật liệu ñất có liên quan ñến giá trị cực ñại 'p, c’ cu ñều phải có trị số lớn 1,0 Ở trạng thái giới hạn sử dụng, hệ số ñược lấy 1,0 3.3.2.4 Các hệ số ñối với yếu tố tương tác ñất cốt tăng cường Trong công trình tường chắn mố cầu ñất có cốt có hai yếu tố chủ yếu dẫn ñến tác dụng tương hỗ ñất cốt tăng cường: - ðất trượt bề mặt cốt; - Cốt bị kéo (nhổ) tuột khỏi vùng neo (vùng chịu nhổ) Ở trạng thái giới hạn phá hoại, dựa sở giá trị cực ñại tiêu trượt kéo tuột, hệ số riêng phần phải ñược lấy lớn 1,0 4444 3.3.2.5 Các hệ số an toàn riêng phần liên quan ñế n tiêu ñất Có hệ số an toàn riêng phần ñ ược áp dụng ñối với tường chắn ñất có cốt ðó hệ số ñối với sức tải chịu tải móng hệ số ñối với ổn ñịnh trượt chỗ tiếp xúc ñất với ñất (khác với trượt chỗ tiếp xúc cốt với ñấ t) dọc theo ñáy móng kết cấu trạng thái giới hạn phá hoại, hệ số riêng phần mức ñộ an toàn ñều phải lớn 1.0 Xác ñịnh sơ kích thước kết cấu Kiểm tra ổn ñịnh Chọn loại cốt Kiểm tra ổn ñịnh nội ðất neo Phương pháp khối nêm cân sau tường Phương pháp trọng lực dính kết Tính lực kéo lớp neo phải chịu Tính lực kéo lớp cốt phải chịu Tính lực kéo lớp cốt phải chịu Tính khả chịu kéo tuột neo Xét ổn ñịnh cục bộ, kiểm tra kéo ñứt dính bám Tính khả dính bám cốt Kiểm tra phá hoại dài hạn Kiểm tra ổn ñịnh nêm phá hoại Kiểm tra phá hoại dài hạn Kiểm tra yêu cầu sử dụng Kiểm tra trượt nội phía trước Thiết kế mối nối Hình 3.4 Trình tự thiết kế tường đất có cốt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: - 4545 Luận văn ñã tập trung nghiên cứu kết cấu ñất ñắp có cốt gia cường ñể xây dựng công trình ven biển Việt Nam với hai loại kết cấu ñiển hình mái ñất ñắp tường chắn ñất, phân tích ưu ñiểm loại kết cấu khả rộng mở việc áp dụng loại kết cấu vào ñiều kiện nước ta ðể phục vụ cho việc lựa chọn thành phần kết cấu hợp lý, luận văn ñã ñi sâu phân tích thành phần cấu tạo kết cấu ñất ñắp, cốt gia cường vỏ ngoài, ñặc biệt trọng ñến cốt gia cường lưới ñịa kỹ thuật với ưu ñiểm việc áp dụng vào xây dựng công trình ven biển Luận văn ñã làm rõ trình tự bước thiết kế tường chắn, mái dốc bằ ng kết cấu ñất có cốt gia cường theo tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8006-1995, tập trung vào việc thiết kế kết cấu ñất gia cường cốt liệu ñịa kỹ thuật Việc áp dụ ng lý thuyết tính toán vào thực hành thiết kế cụ thể ñã ñược làm rõ qua ví dụ phần cuối luận văn Kiến nghị: Về việc cần thiết áp dụng vào thực tế xây dựng công trình ven biển Việt Nam Kết cấu ñất có cốt giải pháp kết cấu áp dụng hữu hiệu ñối với công trình ven biển Với ưu ñiểm trình bày luận văn này, kết cấu ñất có cốt hoàn toàn trở thành giải pháp thay cho giải pháp kết cấu truyền thống tường chắn BTCT, tường chắn ñá xây… ñáp ứng yêu cầu thực tiễn Nước ta có ñường bờ biển dài, khối lượng xây dựng tuyến ñê biển tường chắn sóng lớn Do ñó việc áp dụng kết cấu ñất có cốt với ưu ñiểm giá thành hạ, thi công nhanh mang lại hiệu kinh tế ñáng kể Các khuyến nghị giải pháp thiết kế kết cấu ñất có cốt ñiều kiện ven biển Việt Nam - Về lựa chọn vật liệu, cốt gia cường làm từ vật liệu Polime cường ñộ cao giải pháp tốt ñối với môi trường biển Mặc dù ñã sản xuất ñược loại vật 4646 liệu ñịa kỹ thuật Polime cường ñộ cao trơ với hầu hết hóa chất thường gặp môi trường biển, nhiên việc xây dựng cần lưu ý lường trước trường hợp xảy việc ñể loại hóa chất tác ñộng xấu ñến ñộ bền tuổi thọ cốt liệu ñể có biện pháp ngăn ngừa hóa chất ñó tiếp xúc với cốt liệu ñất Việc thí nghiệm tác ñộng loại hóa chất ñó ñến khả làm việc cốt liệu cần thiết Ngoài ra, việc áp dụng kết cấu ñất có cốt polime giới chưa lâu nên ñể khẳng ñịnh tuổi thọ kết cấu (chẳng hạn tới 100 năm) cần ý theo dõi thêm công trình sử dụng loại cốt liệu Các chứng ño lường chất lượng cho cốt gia cường bắt buộc cần kiểm soát nghiêm ngặt trước sử dụng - ðối với ñất yếu liền kề với mái dốc ñịa hình, kết cấu ñất có cốt cần xem xét kết hợp với giải pháp gia cố hợp lý ñể ñảm bảo kết cấu ổn ñịnh móng ổn ñịnh trượt sâu - Về yêu cầu cấu tạo bảo vệ kết cấu trước tác ñộng môi trường sóng biển thủy triều, cần ý tới xói mòn vật liệu qua tường mặt ổn ñịnh kết cấu mặt tường qua việc thiết kế hệ thống lọc ngược tốt, lựa chọn vật liệu phủ mặt ñủ trọng lượng (ñối với vỏ tường gạch Block) Cần có giải pháp bảo vệ chống xói chân kết cấu cấu tạo chân khay mái kè thông thường Trường hợp kết cấu tường chắn sóng chịu tác ñộng sóng lớn việc sử dụng khối phức hình giảm sóng mái dốc có tác dụng chống xói, giảm chiều cao sóng leo ñồng thời giảm lực sóng tác ñộng lên tường chắn cách hữu hiệu 4747 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giao thông vận tải (2001), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN-271.01, Nhà xuất GTVT, Hà Nộ i Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (2002), Hướng dẫn thiết kế ñê biển – 14TCN 130-2002, NXB TT Thông tin NN& PTNT, Hà Nội Dương Học Hải, Vũ Công Ngữ, Nguyễn Chính Bái (dịch) (2003), Tiêu chuẩn thực hành ñất vật liệu ñắp khác có gia cường – BS 8006:1995, NXB Xây dựng, Hà Nội Dương Học Hải (2004), Thiết kế thi công tường chắn ñất có cốt, NXB Xây dựng, Hà Nội Bùi ðức Hợp (2000), Ứng dụng vải lưới ñịa kỹ thuật xây dựng công trình, NXB GTVT, Hà Nội Hoàng Việt Hùng, Trịnh Minh Thụ (2008), “Vật liệu ñất có cốt vấn ñề ứng dụng cho xây dựng ñê biển ñất yếu”, Tạp chí ðỊA KỸ THUẬT số – 2008 FHWA-NHI-00-43(2001), Mechanically Stabilized Earth Walls And Reinforced Soil Slopes Design & Construction Guidelines, US T.S Ingold, K.S Miller (1998), GeoTextile Handbook, Thomas Telford, London VSL International Ltd Company(2006), Product catalog 10.Tensar International Ltd Company(2007), The properties and performance of Tensar Uniaxial Geogrids- The Essential Guide, UK 11 Tensar International Ltd Company(2007), The properties and performance of Tensar Biaxial Geogrids-The Essential Guide, UK 12.Các trang web có nội dung liên quan ñến vấn ñề nghiên cứu luận văn: 12.1 http://www.vsl.com 12.2 http://www.tensar.co.uk 12.3 http://www.cauduongcang.com/ 12.4 http://www.bk-ecc.com.vn 12.5 http://www.reinforcedearth.com 12.6 http://www.recocanada.com ... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG NGUYỄN MINH QUÂN SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CỐT ĐỂ XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ BIỂN Chuyên ngành: Xây dưng Công trình Biển Mã số: 60-58-45 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ... áp dụng công nghệ ñất có cốt vào công trình xây dựng chưa nhiều Phương pháp tính toán thiết kế công nghệ thi công chưa ñược phổ biến ðể áp dụng kết cấu ñất có cốt cho công trình ven biển cách... lại 2.3 Vật liệu cốt gia cường Vật liệu cốt ña dạng Từ xa xưa, người ñã sử dụng cốt tre số công trình Tiếp sau ñó, từ nghiên cứu ứng dụng công trình có quy mô lớn hơn, người ta ñã sử dụng cốt kim