viết đề tài nckh cấ trường

Các phương pháp tính toán ổn định chống sạt trượt mái dốc taluy nền đường...9 1.3.1.. Mục đích nghiên cứuĐề tài: "Nghiên cứu về ứng dụng vật liệu Neoweb trong gia cố taluy dương nền đườn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ SẠT TRƯỢT MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG 3

1.1.Vấn đề sạt trượt mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam 3

1.2 Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường 4

1.2.1 Sửa mặt mái taluy 4

1.2.2 Thoát nước cho taluy 5

1.2.3 Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa 6

1.2.4 Làm chắc đất đá 7

1.2.5 Các công trình chống trượt 7

1.2.6 Các biện pháp đặc biệt 9

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định chống sạt trượt mái dốc taluy nền đường 9

1.3.1 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng 9

1.3.1.1 Mái ta luy có một mặt trượt 9

1.3.1.2 Mái ta luy có hai mặt trượt (mặt trượt gãy khúc) 12

Hình 1-9 Phương pháp phân mảnh đơn giản 12

1.3.1.3 Mái taluy có nhiều mặt trượt 13

1.3.2 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt trụ tròn 14

1.3.2.1 Phương pháp toàn khối 14

1.3.2.2 Phương pháp phân mảnh 16

1.3.2.3 Phương pháp biểu đồ và tra bảng 17

1.3.3 Tính toán ổn định trong bài toán không gian 21

1.3.4 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng 21

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NEOWEB VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG 22

2.1 Bản chất vật liệu và lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb 22

2.1.2 Lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb 24

2.2 Cấu tạo và phân loại vật liệu 24

2.2.1 Cấu tạo Neoweb 24

2.2.2 Phân loại ký hiệu kích thước 25

2.2.2.1 Cách phân loại Neoweb 25

2.2.2.2 Loại ký hiệu và kích thước 26

Bảng 2-1 26

2.2.2.3 Ký hiệu quy ước của vật liệu Neoweb phải phù hợp TCVN 27

2.3 Các ứng dụng của vật liệu Neoweb trong xây dựng 27

2.4 Các dự án ứng dụng của vật liệu Neoweb đã tiến hành ở Việt Nam 28

2.4.1 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng 28

2.4.2 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng 29

2.4.3 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội 30

2.4.4 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ 30

2.4.5 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng 31

2.4.6 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận 33

CHƯƠNG 3:ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NEOWEB TRONG GIA CỐ TA LUY DƯƠNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN QUỐC LỘ 3 TỈNH BẮC KẠN 34

3.1 Phương pháp tính toán thiết kế 34

3.1.1 Thiết kế cấu tạo chung 34

3.1.2 Lựa chọn vật liệu 35

3.1.2.1 Lựa chọn vật liệu Neoweb 35

3.1.2.2 Lựa chọn vật liệu khác 35

3.1.3 Tính toán thiết kế 35

3.1.3.1 Tính toán ổn định công trình 36 3.1.3.2 Tính toán ổn của vật liệu chèn lấp trong ô ngăn Neoweb dưới tác động

3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật và các yêu cầu kỹ thuật thi công 41

3.2.1 Các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vật liệu Neoweb 41

Bàng 3-1: Thuộc tính cơ lý - độ cứng và cường độ 41

Bảng 3-2: Độ ổn định hình dạng kích thước 42

Bảng 3-3: Đặc trưng làm việc ở nhiệt độ cao 42

Bảng 3-4: Độ bền Oxi hoá và quang hoá 42

3.2.2 Vật liệu khác 42

3.2.3 Các thiết kế định hình 42

3.2.4 Thi công, kiểm tra và nghiệm thu công trình 48

3.2.4.1 Yêu cầu đối với vật liệu và thiết bị: 49

Bảng 3-5 Chọn số lượng ghim 49

3.2.4.2 Công nghệ thi công: 49

Bảng 3-6 Khoảng cách giữa các cọc neo 50

3.2.4.3 Kiểm tra và nghiệm thu 53

3.3 Tính toán áp dụng Neoweb xử lý ổn định mái taluy dương trên một đoạn tuyến sạt trượt Quốc Lộ 3 53

3.3.1 Giới thiệu về công trình 53

3.3.3 Kiểm toán ổn định mái ta luy 54

3.3.4 Tính toán thiết kế Neoweb bảo vệ mái taluy 54

3.3.4.1 Giải pháp Neoweb 54

3.3.4.2 Loại ô ngăn Neoweb được lựa chọn 55

Bảng 3-7 Lựa chọn ô ngăn Neoweb 55

3.3.4.3 Đặc trưng vật liệu chèn lấp và mái taluy 56

Bảng 3-8 Bảng thống kê vật liệu chèn lấp và mái taluy 56

3.3.4.4 Đặc trưng hình học mái taluy 56

3.3.4.5 Mô hình tính toán ổn định lớp phủ mái taluy 56

3.3.4.6 Xác định lực gây trượt 57

3.3.4.7 Xác định lực chống trượt và lực neo 58

61

61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ….64

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Error: Reference source not found

Bàng 3-1: Thuộc tính cơ lý - độ cứng và cường độ Error: Reference source not found

Bảng 3-2: Độ ổn định hình dạng kích thước Error: Reference source not found

Bảng 3-3: Đặc trưng làm việc ở nhiệt độ cao Error: Reference source not found

Bảng 3-4: Độ bền Oxi hoá và quang hoá Error: Reference source not found

Bảng 3-5 Chọn số lượng ghim Error: Reference source not found

Bảng 3-6 Khoảng cách giữa các cọc neo Error: Reference source not found

Bảng 3-7 Lựa chọn ô ngăn Neoweb Error: Reference source not found

Bảng 3-8 Bảng thống kê vật liệu chèn lấp và mái taluy Error: Reference source

not found

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Làm thoải taluy – Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy Error: Reference source not found

Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ Error: Reference source not found

Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy Error: Reference source not found

Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài Error: Reference source not found

Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt Error: Reference source not found

Hình 1- 6 Tường chắn xếp rọ đá Error: Reference source not found

Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern Error: Reference source not

found

Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann Error: Reference source not found Hình 1-9 Phương pháp phân mảnh đơn giản Error: Reference source not found Hình 1-10 Phương pháp tải trong thừa Error: Reference source not found

Hình 1-11 Ta luy có nhiều mặt trượt Error: Reference source not found

Hình 1-12 Tính toán ổn định ta luy đất đồng nhất (ϕ = 0) Error: Reference source not found

Hình 1-13 Xác định tâm cung trượt nguy hiểm nhất (ϕ = 0) Error: Reference source not found

Hình 1-14 Xác định tâm trượt nguy hiểm nhất trong ta luy đất đồng nhất có

0

ϕ > Error: Reference source not found

Hình 1-15 Tính toán ổn định bằng phương pháp phân mảnh thông thường.

Error: Reference source not found

Hình 1-16 Error: Reference source not found

a) Mặt trượt qua mặt nghiêng; b) Mặt trượt qua chân; c) Mặt trượt qua điểm giữa Error: Reference source not found

Hình 1-17 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi ϕ = 0 Error: Reference source not found

Hình 1-18 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi ϕ > 0 Error: Reference source not found

Hình 2-1 Vật liệu chèn lấp neoweb Error: Reference source not found

Hình 2-2 Cấu tạo ô ngăn hình mạng Neoweb Error: Reference source not found Hình 2-3 Phân loại Neoweb theo màu sắc Error: Reference source not found

Hình 2-4 Các ứng dụng tiêu biểu của ô ngăn hình mạng Neoweb Error: Reference source not found

Hình 2-5 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng Error: Reference source not found

Hình 2-6 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng Error: Reference source not found

Hình 2-7 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội Error: Reference source not found

Hình 2-8 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ Error: Reference source not

Hình 2-9 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng

Error: Reference source not found

Hình 2-10 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận.

Error: Reference source not found

Hình 3-1 Kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc Error: Reference source not found

Hình 3-2 Mô hình tính toán kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc Error: Reference source not found

Hình 3-3 Tính toán mái dốc gia cố đỉnh Error: Reference source not found

Hình 3-4 bảo vệ mái dốc với hệ thống neo Error: Reference source not found

Hình 3-5 Mô hình kiểm toán ổn định vật liệu chèn lấp Error: Reference source not found

Hình 3-6 Các bước thi công Error: Reference source not found

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện tượng sạt trượt trên mái ta luy của nền đường ô tô xảy ra khá phổbiến trên các tuyến đường ô tô, đặc biệt trong vùng địa hình miền núi, như ởmiền Bắc Việt Nam Sạt trượt mái ta luy nền đường không chỉ làm suy giảmchất lượng khai thác của tuyến đường, gây ách tắc giao thông các tuyến đường,

mà trong nhiều trường hợp là các rủi ro dẫn đến tai nạn giao thông Sạt trượtmái ta luy nền đường là hiện tượng hư hỏng nghiêm trọng, phạm vi ảnh hưởnglớn hơn đối với tuyến đường, thậm chí có thể dẫn đến việc phá hủy một đoạntuyến

Sạt trượt trên mái ta luy nền đường đắp làm cho nền đường kém ổn định,gây nên các vết rạn nứt cho nền đường, làm cho nền đường bị biến dạng lànguyên nhân giảm năng lực thông hành Biến dạng của nền- mặt đường gâycảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông, hư tổn xe cộ, phá hỏng hànghóa Ngoài ra, biến dạng nền- mặt đường làm phát sinh tải trọng xung kích,trùng phục phụ thêm tác dụng lên mặt đường, gây tốn kém về kinh phí cho côngtác duy tu bảo dưỡng và gây mất an toàn giao thông

Quốc lộ 3 đoạn Bờ đậu – Tà Lùng (Km82+100.00 – Km344+436.00) hiệnnay qua mùa mưa lũ có hiện tượng sạt trượt taluy âm và taluy dương làm hưhỏng hệ thống nền, mặt đường và các công trình phụ trợ gây ách tắc giao thông

Vì vậy, để đảm bảo tuyến đường được an toàn tại những vị trí sạt trượt cần thiết

kế các giải pháp bền vững hóa công trình

Đã có nhiều giải pháp truyền thống được sử dụng để gia cố bề mặt giảmxói, sạt trượt ta luy nền đường, từ đơn giản nhất là trồng cỏ đến gia cố bằng lát

đá, xây đá, đổ bê tông,… Hiện nay, giải pháp kết hợp kỹ thuật với biện phápsinh học để đồng thời gia cố cơ học bề mặt ta luy, phối hợp với giữ đất bề mặt

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài: "Nghiên cứu về ứng dụng vật liệu Neoweb trong gia cố taluy

dương nền đường trên Quốc lộ 3 tỉnh Bắc Kạn" đã tập trung nghiên cứu giải

pháp kỹ thuật Neoweb, là hệ thống gia cố vải địa kỹ thuật được thiết kế theodạng ô sợi để gia cố chống xói bề mặt mái ta luy nền đường

3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, thu thập số liệu của nghiên

cứu về ứng dụng của vật liệu Neoweb trong gia cố taluy dương nền đường trên

Quốc lộ 3 tỉnh Bắc Kạn

4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu của đề tài, đề tài nghiên cứu khoa học sửdụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như : điều tra, khảo sát số liệu,phân tích - tổng hợp, phương pháp chuyên gia

5 Kết cấu của đề tài.

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo đề tài nghiên cứu khoa học kết cấu gồm 3 chương:

Chương 1: Vấn đề sạt trượt mái taluy nền đường và tổng quan về các giải pháp xử lý ổn định mái dốc ta luy nền đường

Chương 2: Giới thiệu vật liệu neoweb và các ứng dụng trong xây dựng Chương 3: Ứng dụng vật liệu neoweb trong gia cố ta luy dương nền đường

trên Quốc lộ 3 tỉnh Bắc Kạn

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ SẠT TRƯỢT MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA

LUY NỀN ĐƯỜNG

1.1.Vấn đề sạt trượt mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam.

Các chuyển dịch mái dốc ta luy, ít nhiều ảnh hưởng tới sản xuất, sinh hoạtcủa con người và nhiều khi do các chuyển dịch xảy ra mãnh liệt, gây tác hại lớncho nền kinh tế quốc dân; phá hủy đất trồng, rừng cây, đồi cỏ; tàn phá nhà cửa,xưởng máy, các công trình giao thông công cộng…và nhiều khi còn cướp đimạng sống của nhiều người

Ở nước ta, sạt trượt mái dốc taluy đường giao thông đang là vấn đề thời

sự cấp bách, có sức ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế quốc dân bởi tầm quan trọng

của các tuyến đường giao thông, cũng như chi phí tu sửa hàng năm sau mỗi vụ

sạt trượt…Trên các tuyến Quốc lộ 3, Quốc lộ 6, đường Hồ Chí Minh, Quốc lộ

12, Quốc lộ 4D, Quốc lộ 279…hàng năm xảy ra rất nhiều vụ sạt trượt trên nhiều

đoạn đường Đặc biệt là các tuyến đường đi lên vùng núi phía Bắc thường có độ

dốc lớn, nền địa chất phức tạp, hệ thống thuỷ văn lớn và không ổn định, như

Quốc lộ 6 và Quốc lộ 3 Hai tác nhân chính gây ra các vụ sạt trượt trên các

tuyến đường miền núi chính là do tác động mạnh mẽ của dòng chảy mặt, của

mưa lớn và kết cấu thiếu vững chắc của nền đất đá [12] Vì vậy giải pháp để

giảm thiểu nguy cơ sạt trượt là cần giảm tác động của dòng chảy mặt, giảm

động năng của hạt mưa, đồng thời cải tạo và gắn kết các hạt đất hai bên ta luy

của tuyến đường

Trước thực trạng đó đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu đưa ra những

biện pháp phù hợp, hiệu quả để giảm thiểu thiệt hại do sạt trượt gây ra

1.2 Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường.

Hiện nay để đề phòng và chống trượt mái taluy có thể dùng nhiều biệnpháp khác nhau và người ta thường phân chúng thành từng nhóm như các cáchphân loại của K.Terzaghi (1948), X.K.Abramov (1951), E.P.Iemelianova(1968); I.Taniguchi (1972); T.Mahr (1973)…

Theo nguyên tắc thực hiện và nguyên lý tác dụng thì các phương phápchống trượt mái taluy có thể chia làm 6 nhóm: sửa mặt bờ dốc; thoát nước bờdốc; giữ bờ dốc không bị phong hóa, làm chắc đất đá, làm các công trình chốngtrượt, các biện pháp đặc biệt Trong mỗi nhón lại có nhiều biện pháp cụ thể khácnhau, ở đây chỉ trình bày những biện pháp thường dùng và có hiệu quả nhất [1]

1.2.1 Sửa mặt mái taluy.

Sửa mặt mái taluy tức là làm thay đổi hình dáng bên ngoài của taluy đểmái taluy được ổn định Việc làm này thường làm theo nguyên tắc làm giảm nhẹtrên đỉnh taluy và làm nặng thêm trọng lượng ở phần chân taluy [1] Muốn vậyngười ta có thể dùng một số biện pháp sau:

- Làm thoải taluy (hình 1-1a)

Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ.

Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy

1.2.2 Thoát nước cho taluy.

Nước mặt và nước ngầm ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của mái dốctaluy Để giữ cho taluy ổn định, phải làm sao để cho nước không thấm vào khuvực taluy hoặc phải hướng nước ngầm chảy ra xa taluy [1]

- Thoát nước mặt

Để ngăn chặn nước thấm vào taluy, phải nhanh chóng dẫn nước mưa hay

+ Làm mương, rãnh thoát nước.

+ Lấp chặt các khe nứt, lỗ rỗng để ngăn nước vào

+ Che phủ các khe nứt bằng màng chất dẻo

+ Tạo màng chống thấm phủ lên mái taluy để chống nước thấm vào taluy

- Thoát nước ngầm

Việc thoát nước ngầm chỉ có hiệu quả khi nắm vững được điều kiện địa chấtthủy văn và cấu trúc địa chất khu vực mái taluy

Để thoát nước ngầm có thể dùng một số biện pháp sau:

+ Khoan các giếng khoan tập trung nước, sau dùng bơm hút nước đi.+ Dùng các lỗ khoan nghiêng là biện pháp có hiệu quả và hay được dùngnhất Tuy mới bắt đầu áp dụng từ năm 1939 ở Mỹ, nhưng sau đó đã được nhanhchóng áp dụng tại rất nhiều nước và tỷ lệ sử dụng tới 90% các trường hợp chốngtrượt

+ Kết hợp giữa lỗ khoan nghiêng với giếng thu nước có thể rút ngắn đượcchiều dài các lỗ khoan nghiêng Từ giếng thu nước, nước được hút lên hay lạiđược chảy theo các lỗ khoan nghiêng khác

1.2.3 Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa.

Biện pháp này nhằm giữ cho các đặc trưng cơ học của đất đá trên mặt taluykhông bị giảm đi do đất đá không bị phong hóa dần dần dưới tác động của cáctác nhân phong hóa [1]

Với ta luy đất có thể dùng các lớp phủ thực vật

Với ta luy đá có thể dùng lớp phủ bằng bi tum, xi măng hay đôi khi còndùng cả các lớp lưới thép nhỏ ở bên trong gắn chặt với đá bằng các bu lôngngắn rồi phủ xi măng ở ngoài

Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài.

1.2.5 Các công trình chống trượt.

Trong nhóm này có rất nhiều biện pháp và chúng chiếm 40 – 50% tổng sốcác trường hợp đã dùng để chống trượt mái taluy

Cùng với việc xuất hiện những tiến bộ khoa học mới trong lĩnh vực cơ họcđất đá, nền móng, biện pháp kỹ thuật mới, có hiệu quả cao đã được áp dụng đểchống trượt mái taluy như các loại tường chắn, cọc hay neo…

Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt

Gần đây người ta còn làm tường chắn bằng cách xếp rọ đá, tường chắn kếthợp với cọc khoan nhồi hay vải địa kỹ thuật

Hình 1- 6 Tường chắn xếp rọ đá

1.2.6 Các biện pháp đặc biệt.

Khi chống trượt ở những vùng quá khó khăn, gây nhiêu tốn kém thì đôikhi, để kinh tế hơn, người ta phải dùng các biện pháp đặc biệt như nắn lại tuyếnđường (để tránh xa vùng trượt) làm cầu vượt hay tunel (để vượt hay chui quavùng trượt)

Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp cuối cùng này phải được tính toán kỹlưỡng về mọi phương diện kỹ thuật, kinh tế, mỹ quan…

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định chống sạt trượt mái dốc taluy nền đường

Để đánh giá ổn định mái taluy, phải tính được mức độ ổn định của nó.Mức độ ổn định của một mái ta luy lại được xác định qua hệ số an toàn ổnđịnh hay thường gọi tắt là hệ số ổn định Hệ số này thường được tính toán theotương quan giữa các lực (hay mômen lực) có xu hướng làm mái taluy không bịchuyển dịch – cũng được gọi là các lực bị động như độ bền của đất đá , lực masát tạo thành trên mặt trượt, các lực bổ sung khác có tác dụng giữ taluy khôngdịch chuyển…và các lực (hay mô men lực) gây trượt có xu hướng làm dịchchuyển mái taluy – cũng được gọi là các lực chủ động như trọng lực, áp lựcthủy động, các lực bổ sung khác làm tăng chuyển dịch của mái dốc taluy…

1.3.1 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng.

1.3.1.1 Mái ta luy có một mặt trượt.

- Trường hợp mặt trượt song song với mặt nghiêng của mái taluy

Giả sử có một bờ dốc đá phân lớp, mặt phân lớp song song với mặtnghiêng của mái taluy (hình 1-7) Để tính toán ổn định có thể dùng phươngpháp tính của R.N.Morgenstern (1974) [1]

Xét một mảnh mái dốc taluy có chiều cao h, chiều rộng là b, chiều dài 1đơn vị Các lực tác dụng lên mảnh được thể hiện như hình vẽ

Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern

Hệ số ổn định được tính theo công thức:

ϕ α

ε γ

ϕ α γ

ϕ

cos sin cos

sin

cos 2

h

c tg

tg hl

cl tg lh

T

C Ntg F

F n

T là lực gây trượt của mảnh

γ là trọng lượng thể tích của đất đắ trên mái dốc tyaluy

l là chiều dài mặt trượt trong mảnh

α là góc nghiêng của mặt trượt so với phương nằm ngang

ϕ γ α γ

cos sin

' ' cos 2

h

c tg z h

(1-2)Khi đất no nước, mức nước ngầm trùng với mặt đất , thì khi ấy trong côngthức trên, γ được tính theo γnn (trọng lượng thể tích đất đá ở trạng thái

no nước) và z sẽ được thay bằng hcos2α Do vậy, hệ số ổn định sẽ đượctính theo công thức:

α α γ

α γ

ϕ

γ α

α γ

ϕ α γ

α γ

có h

c tg

tg h

c tg h

h n

nn nn

đn nn

n nn

sin

' '

cos sin

' ' cos

+

= +

−

=

(1-3)Trong đó:

γđn là trọng lượng thể tích ở trạng thái đẩy nổi của đất đá

- Trường hợp mặt trượt không song song với mặt nghiêng của mái dốctaluy

Khi mặt trượt có góc nghiêng nhỏ hơn góc nghiêng của mái dốc taluy thìviệc tính toán ổn định có thể theo phương pháp của C.Culmann (1866), dựa trêngiả thiết là sự dịch chuyển mái dốc ta luy xảy ra ứng suất cắt trên mặt trượt lớnhơn sức chống cắt của đất đá tại đó và mặt trượt sẽ là mặt có tỷ số giữa sứcchống cắt của đất đá và ứng suất cắt gây chuyển dịch bờ dốc là nhỏ nhất [1]Giả sử một mái dốc taluy có chiều cao là h, góc nghiêng của mái taluy là

β, và mặt trượt hợp với phương nằm ngang 1 góc α (hình 1-8)

h

Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann

Hệ số ổn định của mái taluy được tính theo công thức:

(β α) αβγ

α

ϕ

ϕ α

sin

sin sin

2 cos

sin cos

tg G

ch tg

G n

(1-4)

1.3.1.2 Mái ta luy có hai mặt trượt (mặt trượt gãy khúc).

Trong trường hợp này, mặt trượt bao gồm hai mặt phẳng Thực tế, có thểgặp các loại mặt trượt này khi trong đá có hệ thống khe nứt với các góc nghiêngkhác nhau

Để tính ổn định có thể dủng một số phương pháp sau: [1]

- Phương pháp phân mảnh đơn giản

Giả sử mái ta luy có hai mặt trượt thẳng hợp với phương nằm ngang cácgóc là α1 và α2 Chia khối trượt thành hai mảnh bằng mặt phẳng thẳng đứng điqua giao điểm hai mặt trượt, giữa các khối không có sự tương tác với nhau

Cho rằng trọng lượng hai mảnh khối trượt G1 và G2 (hình 1-9)

Hệ số ổn định của mái taluy được xác định:

2 2 1 1

2 2 1 1 2 2 2 1 1 1

sin sin

cos cos

α α

ϕ α ϕ

α

G G

l c l c tg G

tg G

n

+

+ + +

Hình 1-9 Phương pháp phân mảnh đơn giản.

- Phương pháp tải trọng thừa

Người ta quan sát thấy khi mái taluy có hai mặt trượt bị phá hủy ổn địnhthì sự phá hủy sẽ xảy ra ở mặt trượt dốc hơn, khi các lực tác động lên nó gần đạttới trạng thái cân bằng giới hạn Do khối đá không phải là vật rắn tuyệt đối nênkhi phần trên của mái ta luy bị dịch chuyển , chúng sẽ truyền xuống phía dướicác tải trọng thừa để tạo nên một trạng thái cân bằng giới hạn mới Vì vậy, khitính toán nên kể tới hiện tượng này

Giả sử mái ta luy có hai mặt trượt như hình (1-10)

Hình 1-10 Phương pháp tải trong thừa

Hệ số ổn định của mái ta luy được tính:

( 2 2 2) ( 2 1)

2 1 1

1 1 1 1 2 2

2 2

2 1 1

cos cos

sin sin

sin cos

sin cos

α α ϕ

α α

α

ϕ α α ϕ

α α

α

−

− +

+

−

− +

=

tg G

G

l c tg tg

G G

n

(1-6)Trong ba phương pháp trên phương pháp sau cùng là đáng tin cậy hơn

1.3.1.3 Mái taluy có nhiều mặt trượt.

Giả sử có một mái ta luy gồm nhiều mặt trượt hợp với phương nằm ngangcác góc αi Mặt trên cùng có góc α lớn nhất (hình 1-11) [1]

Hình 1-11 Ta luy có nhiều mặt trượt

Áp dụng phương pháp tải trọng thừa, tính từ trên xuống dưới và lưu ý rằngphải bỏ qua những giá trị âm của tải trọng thừa S vì đất đá không có khả năngtiếp nhận lực kéo

Hệ số ổn định có thể tính tại các mặt trượt hay chỉ tính tại mặt trượt cuốicùng theo công thức (1-6).

1.3.2 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt trụ tròn.

Với đất dính đồng nhất, người ta coi rằng mặt trượt có dạng mặt trụ tròn vàtrên mặt cắt là một cung tròn Mặt trượt này có thể đi qua mặt nghiêng, quachân hay hạ thấp xuống dưới chân dốc [1]

1.3.2.1 Phương pháp toàn khối

Trong phương pháp này, người ta coi khối trượt là một khối đồng nhất vàtùy theo trạng thái của đất mà người ta cũng có cách tính khác nhau

- Mái ta luy đất dính đồng nhất có φ = 0 (điều kiện không thoát nước)

Giả sử có một mái dốc ta luy đất dính đồng nhất Sức chống cắt khôngthoát nước của đất là không đổi theo chiều sâu và có thể biểu diễn τ = c Mặttrượt là hình trụ tròn tâm O, bán kính R (hình 1-12)

E

O

c c

c

N θ

Hình 1-12 Tính toán ổn định ta luy đất đồng nhất (ϕ = 0).

Hệ số ổn định của mái ta luy sẽ được tính theo công thức:

2 2 1 1

2

l W l W

cR M

M n

Để nhanh chóng tìm được vị trí của tâm cung trượt nguy hiểm nhất, W.Fellenius

(1927) đã nêu ra cách xác định như sau: Với mái dốc ta luy đất có φ ≈ 0, mặttrượt nguy hiểm nhất sẽ đi qua chân bờ dốc, tâm cung trượt này là giao điểmcủa hai đoạn thẳng hợp với phương mặt nghiêng mái ta luy và phương nằmngang trên đỉnh mái ta luy những góc β1 và β2 (hình 1-13) Giá trị của những gócnày phụ thuộc góc nghiêng của mái ta luy β.

Hình 1-15 Tính toán ổn định bằng phương pháp phân mảnh thông thường.

Hệ số ổn định mái dốc sẽ bằng tỷ số giữa tổng các mô men của lực giữ vàtổng mô men của các lực gây trượt Nhưng chúng cùng cánh tay đòn R, nên hệ

số ổn định có thể viết:

ϕ - là góc ma sát trong của đất tại mảnh thứ n.

cn – là cường độ lực dính của đất trong mảnh thứ n

n

l

∆ - là chiều dài của cung trượt trong mảnh thứ n.

Khi tính ảnh hưởng của nước dưới đất trong mái dốc, do có sức đẩy Ác simét của nước, hệ số ổn định của mái dốc sẽ giảm đi vá được tính theo côngthức:

ϕ là góc ma sát trong và cường độ lực dính của đất khi chịu ảnh

hưởng của nước

1.3.2.3 Phương pháp biểu đồ và tra bảng

Khi tính ổn định bằng phương pháp trên, đòi hỏi một khối lượng tính toánrất lớn Vì vậy người ta cố gắng lập ra các biểu đồ, các bảng để tính toán ổnđịnh được thuận lợi hơn [1]

- Phương pháp biểu đồ của D.W.Taylor

Theo kết quả tính toán ổn định mái dốc bằng phương pháp vòng tròn ma

nghiêng của mái dốc và độ sâu của từng nền đất cứng nằm sâu ở bên dưới mà vịtrí của mặt trụ tròn là khác nhau Khi góc ma sát ϕ rất nhỏ gần bằng 0) thì mặt

trượt có thể là loại qua mặt mái dốc, (hình 16a), qua chân mái dốc (hình 16b) hay qua trước chân mái dốc (cũng được gọi là mặt trượt điểm giữa vì trongtrường hợp này, tâm cung trượt nằm trên đường vuông góc với mặt mái dốc và

1-đi qua 1-điểm giữa của mặt nghiêng mái dốc – hình 1-16c) Khi góc ma sát trong

Hình 1-17 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi ϕ = 0

Khi ϕ f 0 quan hệ giữa số ổn định Nc sẽ có dạng như trên hình (1-18) Trên

đó, các đường liền để chỉ trường hợp mặt trượt qua chân dốc Các đường đứtdùng cho trường hợp mặt trượt đi qua phía trước chân mái dốc

Hình 1-18 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi ϕ > 0.

Phương pháp biểu đồ này chỉ được dùng trong đất đồng nhất, không có ảnhhưởng của nước và cũng chỉ có một mặt trượt Mặt khác việc nội suy giá trị củathông số không có trong biểu đồ cũng sẽ làm kết quả chỉ mang tính gần đúng

- Phương pháp tra bảng của M.N.Goldstein

Theo M.N.Goldstein hệ số ổn định mái dốc có thể được tính theo côngthức:

f là hệ số ma sát trong của đất, f =tgϕ.

A, B là các hệ số phụ thuộc vào kích thước của năng thể trượt, vàodạng mặt trượt (chiều sâu lõm xuống của mặt trượt e so với mặtchân mái dốc) Các hệ số này được tra bảng

1.3.3 Tính toán ổn định trong bài toán không gian.

Tính toán ổn định mái dốc trong bài toán không gian nghĩa là phải xétmái dốc ta luy trong trạng thái cân bằng giới hạn của khối trượt có ba mặt trượt,ngoài mặt trượt dưới đáy như đã xét ở trên, còn có các mặt trượt ở hai bên sườn

Khi tính toán, để đơn giản, người ta cũng phải giả thiết rằng giữa các khốichia không có lực tương tác với nhau

Kết quả tính toán ổn định trong bài toán không gian thường lớn hơn sovới tính toán trong bài toán phẳng từ 5 – 35%, và như vậy, về mặt an toàn thìcác hệ số ổn định tính toán trong bài toán phẳng vẫn an toàn hơn

1.3.4 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng.

Trong phương pháp này, người ta muốn biểu diễn một cách rõ ràng quan

hệ hàm số giữa ứng suất và biến dạng của đất đá nằm trong mái dốc với cácđiều kiện biên của chúng để có thể xác định được trường ứng suất tại mọi điểmcủa mái dốc được nghiên cứu

Khi tính toán ổn định bằng cách phân tích trạng thái ứng suất – biến dạngphải sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

Chia khối trượt bằng mạng lưới tam giác Tại mỗi điểm nút đều xác địnhtọa độ phẳng, tính chất cơ- lý của môi trường, quan hệ hàm số của sự chuyển vị,biến dạng tương đối, sự chuyển từ ứng suất ra lực tại điểm nút của nó…

Lập các ma trận cho mỗi phần tử bằng hệ thống các phương trình tuyếntính thỏa mãn các điều kiện cân bằng, đồng thời lập ra các điều kiện biên để giảichúng trên máy tính

Sau khi đã xác định được sự phân bố ứng suất (nhất là ứng suất trượt)trên mái dốc, đem so sánh với độ bền cắt lớn nhất tại điểm lựa chọn sẽ vẽ đượccác vùng phân bố ứng suất như vùng bị phá hủy, vùng phá hủy mở rộng hayvùng biến dạng của toàn bộ mái dốc

Việc tính toán ổn định bằng phương pháp phân tích trạng thái ứng

suất-CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NEOWEB VÀ CÁC ỨNG DỤNG

là lựa chọn tốt nhất cho việc ổn định nền đất lâu dài, được sử dụng cho rất nhiềucác ứng dụng bao gồm: Kiểm soát xói mòn, ổn định đất trên các sườn dốc, kèvới hệ thống lót bọc khá linh hoạt góp phần ổn định mái taluy, làm việc nhưtường chắn, hỗ trợ khả năng chịu lực của kết cấu nền mặt đường, giữ lại cấutrúc bề mặt tự nhiên của đất và bảo vệ hệ thực vật trên sườn dốc

Thông thường, các tấm (CCS) thường được gọi là "geocells," bao gồmcác dải Polyethylene có tỷ trọng cao (High Density Polyethylene), có trọnglượng nhẹ, liên kết với nhau để tạo thành một ma trận ba chiều dạng tổ ong cóthể được lấp đầy bởi đất, cát, đá, hay bê tông

Hình 2-1 Vật liệu chèn lấp neoweb

Các dải polymer sẽ giữ vật liệu đắp và cung cấp độ bền kéo, tăng hiệuquả sức kháng cắt và sự gắn kết của vật liệu đắp Hợp chất này không bị thoáihoá, chịu được hoá chất, lửa, nước do đó có độ dãn nở vì nhiệt thấp, không mất

đi các đặc tính kỹ thuật dưới chu kỳ biến thiên giữa nhiêt độ rất thấp và nhiệt độcao từ -70oC đến +90oC Độ bền trong môi trường tự nhiên đạt 50 năm trongđiều kiện khắc nghiệt nhất Các thanh neo được gim vào nền nhằm neo giữ hệthống với lớp vải Địa kỹ thuật và nền đất Các tấm (CCS) tương đối nhẹ đượcvận chuyển và xử lý một cách dễ dàng, sau khi được tháo dỡ tại nơi thi côngkích thước các tấm này sẽ mở rộng Các tấm thường đi kèm với nhiều các kích

cỡ khác nhau, và trong đó có dạng đục lỗ và không đục lỗ Sau khi mở rộng các

ô đến kích tối đa và được lấp đầy bằng đất hoặc sỏi, CCS trở nên nguyên khối,góp phần tăng cường khả năng chịu lực đối với vật liệu không được gắn kết vớinhau nằm trong các ô đơn lẻ khác nhau của hệ thống CCS và ngăn ngừa sựchuyển động của các vật liệu đó ngay cả trên các sườn dốc, hoặc cũng từ lựckéo đáng kể như tác dụng bởi dòng chảy và làm giảm tốc độ dòng chảy, vậnchuyển bùn cát bởi ô đất bên trong “geocells”

- Ưu điểm của giải pháp Neoweb:

+ Về mặt kỹ thuật: Đảm bảo được mọi yêu cầu kỹ thuật của các công

trình Sản phẩm đạt các tiêu chuẩn hàng đầu trên thế giới (ISO 9001:2000) Độbền vật liệu Neoweb cao từ 50 – 100 năm do đó làm tăng tuổi thọ công trình + Về mặt kinh tế: Giảm vật liệu xây dựng, tăng tuổi thọ, giảm chi phí đầu

tư ban đầu và chi phí duy tu bảo dưỡng sau này, quan trọng là có thể tận dụngcác loại vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ góp phần làm giảm giá thành xâydựng công trình từ 20-30%

+ Về mặt thi công: Kỹ thuật thi công đơn giản, tốc độ thi công

nhanh.Không đòi hỏi nhiều thiết bị máy móc phức tạp.Có thể thi công đượctrong các điều kiện kiện khó khăn

+ Về mặt môi trường: Đây là một giải pháp “XANH” tạo ra các công

trình có tính thẩm mỹ cao và thân thiện với môi trường.Chịu được tác động củađiều kiện môi trường, xâm thực của nước mặn Độ bền cao là 50 năm trong môi

- Nhược điểm của vật liệu Neoweb.

Bên cạnh những ưu điểm thì vật liệu Neoweb cũng có một số hạn chế đó

là trong trường hợp điều kiện vận tốc của dòng chảy lớn (v≥ 1, 22 1,83 / − m s) đặc

biệt khi sử dụng đất làm vật liệu để lấp đầy trong các ô lưới gia cường thì hêthống CCS được coi là không phù hợp để bảo về bờ dốc của kênh Các ứngdụng vĩnh cữu của CCS trong điều kiện dòng chảy có thể được chấp nhận khiđược thiết kế phù hợp Không được sử dụng trên sườn núi đá rắn, độ dốc tối đa

là 1:1

2.1.2 Lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb.

Ban đầu, mái taluy giả “geocell” được nghiên cứu và phát triển từ thập niên

1970 bởi các kỹ sư thuộc Bộ quốc phòng Hoa Kỳ để tìm giải pháp làm đườngcho xe quân sự đi qua vùng đất yếu và cát biển với yêu cầu thi công nhanh, khảnăng vượt tải lớn và hiệu quả Bộ quốc phòng Hoa Kỳ phát triển các hướng dẫnthử nghiệm vật liệu (CCS) trong báo cáo kỹ thuật GL-86-19 Đến thập niên

1990, Bộ quốc phòng Hoa Kỳ đã chuyển giao công nghệ này cho Tập ĐoànToàn Cầu PRS- Israel để phát triển, sảm xuất và thương mại hóa vào công trìnhdân sự, hạ tầng và giao thông Hiện nay CCS có sẵn thông qua một số nhà phânphối độc quyền và được sản xuất bởi một vài công ty, một trong số trong đó sảnxuất sản phẩm này được cấp giấy phép bằng sáng chế từ hiệp hội USACE

2.2 Cấu tạo và phân loại vật liệu.

2.2.1 Cấu tạo Neoweb

Hệ thống Neoweb là hệ thống ô ngăn hình mạng dạng tổ ong được đục lỗ

và tạo nhám được tạo ra từ một hỗn hợp mới gồm nhiều polyme sắp xếp mộtcách đồng bộ khi chèn lấp vật liệu, một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật bao gồmcác vách ngăn và vật liệu được tạo ra, với các đặc tính cơ – lý địa kỹ thuật đượctăng cường

Hình 2-2 Cấu tạo ô ngăn hình mạng Neoweb

2.2.2 Phân loại ký hiệu kích thước

2.2.2.1 Cách phân loại Neoweb.

Hệ thống Neoweb có rất nhiều các loại kích thước khác nhau , phù hợpvới từng ứng dụng cụ thể khác nhau như:

- Kích thước ô ngăn Neoweb chia thành 5 loại: Loại ô cỡ tiêu chuẩn(21x25cm), loại cỡ nhỏ ( 22.4x26 cm), loại cỡ trung bình ( 29x34cm), loại ô lớn(42x50cm) và loại ô cỡ cực lớn (44.8x52cm)

- Theo chiều cao Neoweb chia làm 5 loại thông thường sẵn có: 5, 7.5, 10,

15 và 20cm

- Theo chiều dầy vách ngăn, Neoweb được chia làm 4 loại A, B, C và Dkhác nhau về cường độ chịu kéo của vách ngăn Tuỳ theo yêu cầu thiết kế khácnhau mà lựa chọn loại Neoweb nào cho phù hợp cả về mặt kỹ thuật và kinh tế

- Theo màu sắc

Hình 2-3 Phân loại Neoweb theo màu sắc

2.2.2.2 Loại ký hiệu và kích thước

Theo điều kiện sử dụng vật liệu Neoweb gia cố mái dốc, loại, kích thướcNeoweb phải tuân thủ theo bảng 2-1

Bảng 2-1ST

2.2.2.3 Ký hiệu quy ước của vật liệu Neoweb phải phù hợp TCVN

Ký hiệu quy ước của vật liệu Neoweb bao gồm các chữ cái viết tắt tên củacông ty (PRS), các chữ viết sau là tên của vật liệu, các chữ số thể hiện các kíchthước cơ bản của vật liệu, các chữ cái tiếp theo thể hiện đặc trưng vật liệu, đục

lỗ hay không đục lỗ, các chữ cái cuối cùng là độ dày của vật liệu đó

Ví dụ: PRS - Neoweb 445-100 - 64 - PS - A : là ký hiệu của một mẫu vậtliệu Neoweb có khoảng cách giữa 2 mối là 445 mm, chiều cao vách ngăn là100mm, bao gồm 64 dải, được đục lỗ, màu cát và có độ dày thuộc loại A

2.3 Các ứng dụng của vật liệu Neoweb trong xây dựng.

Hệ thống Neoweb được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực xây dựng như:

- Xây dựng kết cấu áo đường ô tô, gia cố nền đường sắt, gia cố nền sân bay, nền sân kho hay móng nông trên nền đất yếu v.v

- Gia cố các hệ thống kênh mương, mái đê và bờ kè v.v

- Bảo vệ các mái dốc chống sạt lở và xây dựng tường chắn đất v.v

- Gia cố xây dựng các hồ chứa nước v.v

Hình 2-4 Các ứng dụng tiêu biểu của ô ngăn hình mạng Neoweb.

2.4 Các dự án ứng dụng của vật liệu Neoweb đã tiến hành ở Việt Nam.

2.4.1 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng

- Tên Dự án: Hạ tầng kỹ thuật khu Resort- Spa Terracotta Bốn mùa.

- Thông số chính của Công trình: Tường chắn cao 2- 4m và độ dốc mái4:1 để gia cố mái ta luy âm tuyến đường nội bộ nhằm giảm diện tích chiếmdụng cũng như tạo ra tường chắn xanh

- Địa điểm thực hiện: Khu du lịch Hồ Tuyền Lâm- TP Đà Lạt- LâmĐồng

- Năm thực hiện: 2010