BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT

Cho đến nay khái niệm về đất có cốt và những ứng dụng của nó trong các công trình xây dựng đã trở nên quen thuộc với các kĩ sư cầu đường, kĩ sư xây dựng ở kháp nơi trên thế giới Đất có c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

 -BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG CHẮN

ĐẤT CÓ CỐT

HVTH : TRƯƠNG QUANG HẢI

PHÙNG HẾT

ĐÀ NẴNG, THÁNG 09 NĂM 2015

Vidal một kĩ sư cầu đường người Pháp đã đề xuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng các công trình Cho đến nay khái niệm về đất có cốt và những ứng dụng của nó trong các công trình xây dựng đã trở nên quen thuộc với các kĩ sư cầu đường, kĩ sư xây dựng ở kháp nơi trên thế giới

Đất có cốt là vật liệu tổ hợp dùng đất thiên nhiên để xây dựng công trình nhưng trong đất có bố trí các lớp cốt bằng vật liệu chịu được lực kéo theo các hướng nhất định thông qua sức neo bám (do ma sát dính và neo bám) giữa đất với vật liệu cốt mà loại vật liệu tổ hợp đất có cốt này có được khả năng chịu kéo (giống như vật liệu bê tông cốt thép

có khả năng chịu kéo, trong đó bản thân bê tông chịu kéo kém)

Hình 1 Cấu tạo tường chắn đất có cốt

Sự ra đời của vật liệu đất có cốt đã được áp dụng nhiều vì nó góp phần tạo ra những ưu thế trong lĩnh vực xây dựng công trình

- Nhờ đất có cốt mà các công trình đắp bằng đất không cần có mái dốc, tức là đắp với mái dốc thẳng đứng với chiều cao đắp lớn (có thể lên đến 40m)

- Đất có cốt là loại vật liệu mềm, do vậy cho phép vẫn đảm bảo được ổn định công trình dù có biến dạng lớn xảy ra

- Đất có cốt là vật liệu nặng công trình bằng đất có cốt có kích thước lớn đáp ứng được yêu cầu đối với những công trình đòi hỏi phải có trọng lượng lớn để chịu đựng lực ngang lớn chịu lực va chạm lớn hoặc áp lực sóng nổ lớn

- Công trình bằng đất có cốt thi công đơn giản và nhanh cốt và các tấm mặt tường bao đều có thể gia công trước tại nhà máy rồi đưa đến hiện trường lắp đặt tiện lợi ngay trong quá trình lắp đặt

Tuy nhiên loại vật liệu này vẫn còn tồn tại những nhược điểm cần tìm cách khắc phục

- Nếu dùng vật liệu kim loại làm cốt và vỏ mặt tường thì gặp vấn đề về biện pháp chống gỉ phải dùng thép không gỉ hoặc dùng thép mạ còn nếu dùng thép thường thì phải tăng thêm kích thước cốt hoặc vỏ để dự phòng gỉ

- Nếu cốt và vỏ mặt tường bằng vật liệu chất dẻo tổng hợp thì cần phải có biện pháp chống lão hóa cho chúng

1.1 Nguyên tắc cấu tạo và các cơ sở tính toán tường chắn bằng đất có cốt

1.1.1 Cấu tạo tường chắn đất có cốt

Một công trình tường chắn đất có cốt gồm có thân tường rộng L chiều cao H được đắp bằng đất có mái dốc mặt ngoài từ 00 đến 200 so với phương thẳng đứng trong khối đất có bố trí các lớp cốt rải nằm ngang và cốt được liên kết chặt với mặt tường bao Nếu dốc đắp mặt ngoài lớn hơn 200 so với phương thẳng đứng thì không xem là tường chắn bằng đất có cốt

Hình 2: Cấu tạo tường chắn đất có cốt

Phần đỉnh tường có thể sử dụng trực tiếp làm một phần nền đường trên đó có thể xây dựng mặt đường cho xe cộ học xây dựng công trình

Về đất dùng để đắp tường đất có cốt, để tăng ma sát với cốt người ta chủ yếu sử dụng cát vừa và cát khô Ngày nay đã cho phép dùng các loại đất kém dính nhất là khi sử dụng các loại cốt dạng khung, dạng lưới Cần nghiên cứu tính chất điện hóa đối với đất đắp để hạn chế tác dụng xâm thực của đất đối với cốt, đảm bảo tuổi thọ của các loại cốt bằng các vật liệu khác nhau

Về cốt cốt kim loại lúc đầu dùng thép mạ hoặc thép không gỉ nay dùng phổ biến cả các loại thép thường không mạ ngoài cốt bằng kim loại nay đã phổ biến dùng cốt bằng vật liệu polime dưới dạng vải hay lưới địa kĩ thuật do TENAX cung cấp Cấu trúc lưới địa kĩ thuật gồm:

+ Lưới địa 1 trục (Unixual geogrid) : có sức kéo theo hướng dọc máy thường để

dùng cho giải pháp gia cố tường chắn và gia cố mái dốc…

+ Lưới địa 2 trục (Bixual geogrid) có sức kéo cả 2 hướng, thường dùng để gia có

nền đường, nền móng công trình v.v Trái với vải, hướng ngang máy có sức chịu kéo lớn hơn dọc máy

+ Lưới 3 trục (triaxial geogrid) có sức chịu kéo theo cả hai hướng, dùng để gia cố

nền đất yếu

Hình 3: Cấu trúc lưới địa kĩ thuật

Hình 4: Lưới thép

Về mặt tường bao: vật liệu làm mặt tường bao mềm hiện phổ biến có loại mặt bao bằng các tấm bê tông xi măng lắp ghép, hoặc các lưới địa kĩ thuật bọc cuộn hoặc dùng lồng đá

Hình 5: Cấu tạo tấm mặt tương bao BT đúc sẵn

Hình 5: Rọ đá và lưới địa kĩ thuật cho tường ngồi 1.1.2 Vai trị của cốt và sự neo bám giữa đất và cốt

Vai trị của cốt chính là nhằm tạo ra áp lực hơng ngay từ bên trong khối đất cĩ bố trí cốt Điều này cũng tương đương với việc tạo ra được lực dính c lớn hơn bên trong khối đất

1

1

Khối đất

Cốt

Cốt

0

u

Hình 6: Vai trị của cốt là hạn chế nở ngang khi chịu lực thẳng đứng

Khi khối đất chịu nén theo phương thẳng đứng với áp lực 1, nếu khơng cĩ cốt đất

sẽ bị phá hoại vì nở hơng tự do Nhưng khi cĩ bố trí cốt và giả thiết giữa cốt và đất cĩ

đủ sức neo bám cần thiết (tức là đất và cốt bám chặt cùng chuyển vị với nhau) thì khi chịu nén đất chỉ cĩ thể chuyển vị ngang trong phạm vi chuyển vị ngang của cốt Vì mơ đul biến dạng của vật liệu cốt cao hơn rất nhiều so với mơ dul biến dạng của đất nên trị

số biến dạng ngang ucủa khối đất hầu như khơng đáng kể và do đĩ đất bị xem như chịu nén 3 trục cĩ hạn chế nở hơng Với nguyên tắc làm việc của cốt nếu ta bố trí cốt đúng hướng, được tính tốn và bố trí với các khoảng cách theo chiều đứng cũng như chiều ngang thích hợp thì trong khối đất cĩ cốt sẽ khơng xảy ra biến dạng trượt và tồn khối đất cĩ cốt đĩ được xem như một khối bền chắc cĩ đủ sức kết dính để ổn định dưới tác dụng của bản trân và ngoại lực

Để cốt và đất cùng làm việc hiệu quả thì phải cĩ đủ sức neo bám giữa đất và cốt thì mới cĩ thể tạo ra áp lực hơng ngay từ bên trong khối đất cĩ cốt tức là tạo ra được sự

truyền sức chịu kéo của cốt cho đất (giống như sự truyền sức chịu kéo của thép cho bê tơng)

Việc truyền lực giữa cốt và đất hay hay sự tạo ra sức neo bám giữa cốt với đất phụ thuộc vào cấu tạo hình dạng cốt và cĩ hai phương thức cơ bản là phương thức truyền lực thơng qua ma sát giữa chúng và phương thức truyền lực thơng qua sức cản bi động của đất

T2

v

T1

v

b

Pp

Thanh ngang

S0 Sức cản bị động của đất

Hình 7 Sự làm việc của cốt và đất

a) Cơ cấu truyền lực do sức cản bị động của đất; b) Cơ cấu truyền lực thơng qua ma sát

giữa đất và cốt

Như vậy để thực hiện được một cơng trình bằng đất cĩ cốt thì cần phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Cĩ đủ sức neo bám giữa đất và cốt ở mọi điểm trong khối đất cĩ cốt

- Cốt phải chịu được lực kéo lớn nhất cĩ thể phát sinh khi cơng trình ở trạng thái làm việc

- Đất phải đủ cường độ chịu nén và chịu cắt để tiếp nhận lực kéo của cốt truyền cho đất

- Mặt bên của cơng trình phải cĩ vỏ bao để bảo vệ bề mặt chống những hư hại từ các tác nhân bên ngồi và chống lở đất trong phạm vi giữa các lớp cốt

1.1.3 Các trạng thái phá hoại của tường chắn đất cĩ cốt

Để thiết kế được tường chắn đất cĩ cốt ta phải tìm hiểu sự phá hoại của nĩ để tính tốn chống lại sự phá hoại này

- Bản thân khối đất cĩ cốt ( rộng L, cao H) luơn duy trì được tính tồn khối và đảm bảo khơng dị phá vỡ do các hiện tượng đứt cốt, tuột cốt hoặc dãn cốt Yêu cầu này được gọi là yêu cầu bảo đảm ổn định nội bộ của tường đất cĩ cốt

a) b) c)

Hình 8 Các trạng thái phá hoại ổn định nội bộ khối đất có cốt

a) Đứt cốt; b) Tuột cốt; c) Biến dạng cốt

Tường đất có cốt phải chịu được áp lực đẩy của đất sau lưng tường và tác dụng của các ngoại lực khác để không bị lật để không bị phá hoại do nền móng phía đáy tường không đử sức chịu tải dẫn đến tường bị nghiêng đổ, không bị dịch chuyển trượt Tường cùng khối đất sau lưng tường không bị trượt quay dẫn đến mất ổn định toàn khối và tường không bị lún Yêu cầu này được gọi là yêu cầu bảo đảm ổn định tổng thể đối với tường đất có cốt

1.2 Tóm tắc yêu cầu tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt

Tính toán bảo đảm yêu cầu ổn định nội bộ của khối tường đất có cốt

- Tính toán được lực kéo lớn nhất Tj mà mỗi hàng cốt hoặc mỗi lớp cốt phải chịu trên một mét tường

- Với trị số lực kéo lớn nhất Tj tiến hành kiểm toán khả năng kéo đứt cốt trên cơ sở

đã biết cường độ của vật liệu cốt

- Kiểm toán khả năng cốt bị kéo tuột do không đủ sức neo bám và kiểm toán chiều dài cốt cần thiết

- Dự tính mức độ biến dạng của cốt và so sánh nó với trị số biến dạng dãn dài cốt cho phép

- Tính toán chiều dày dự phòng bị ăn mòn của các cốt bằng kim loại hoặc đề xuất các biện pháp chống lão hóa về cường độ của cốt và mặt tường bọc cuộn bằng vật liệu polime hay vải địa kĩ thuật

Tính toán bảo đảm yêu cầu tổng thể của tường chắn đất có cốt

- Xác định được phân bố áp lực đất sau lưng tường theo lí thuyết của Coulomb hoặc Rankin và áp lực đẩy của các ngoại lực tác dụng khác

- Xác định sơ bộ kích thước của tường đất có cốt và kiểm toán ổn định trượt của tường trên đáy móng và trên từng lớp cốt

- Kiểm toán sức chịu tải của đất móng đáy tường và kiểm toán khả năng ổn định nghiêng lật của tường

- Dự tính độ lún của tường chắn đất có cốt và so sánh với độ lún cho phép

- Kiểm toán điều kiện ổn định chung của tường đất có cốt cùng với sườn dốc hoặc nền đất tự nhiên trên đó đặt tường

Trên đây là các yêu cầu tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt, nội dung và cách thức tính toán cụ thể không được trình bày trong tiều luận này

1.3 Các công trình xây dựng tường chắn có cốt

(a) (b)

(c) (d)

Hình 9 a) La Polvora Road – Valparaiso City – Chilê cao 22m

b) Castle Peak Road, Phase – Hồng Kông cao 11m

c) Cầu phố mới Lào Cai cao 11m d) Mun River Bridge – Thái Lan cao 6m

và bảo quản chúng tại thực địa

- Chuẩn bị mỏ đất và các trang thiết bị khai thác, chuyên chở đất đắp tường

- Chuẩn bị các thiết bị đầm nén đất

- Chuẩn bị các dụng cụ để lắp đặt mặt tường và cốt ( bộ nêm kê chèn, bộ kẹp gá tạm thước kiểm tra độ thẳng đứng độ nằm ngang và thước kiểm tra khoảng cách lắp tấm)

2.1.2 Thi công đào móng và xử lý móng

- Cao độ đáy móng và các yêu cầu xử lý móng phải tuân thủ đúng bản vẽ thiết kế nhưng khi lập bản vẽ thi công chi tiết cần đối chiếu kiểm tra các yêu cầu về chiều sâu chôn tường

- Chiều rộng đào móng cũng phải bao gồm cả bề rộng bố trí thoát nước ngầm sau tường và bố trí thoát nước từ trong thân tường ra ngoài

- Tại chỗ chân tường bao phải đào sâu hơn mặt móng để làm lớp móng đệm chân tường

- Đất đào móng nếu không đạc các chỉ tiêu thì phải vận chuyển hết để bỏ đi không được đổ lẫn với vật liệu đắp tường

- Trong trường hợp đặt trực tiếp trên nền đất thiên nhiên thì sau khi đào móng phải kiểm tra độ chặt của đất thiên nhiên nếu độ chặt này không đạt 0,95 độ chặt tiêu chuẩn thì phải cày, xới và lu lèn lại để bảo đảm 30cm trên cùng của đất móng đạt được độ chặt

từ 0,95 độ chặt tiêu chuẩn trở lên

- Trong quá trình đào móng phải có biện pháp thoát nước tạm thoát nước ngang ra phía dưới chân dốc hoặc dẫn dọc ở phía trong hố móng chỗ tiếp giáp với mái dốc đào móng

- Trước khi thi công thân tường phải kiểm tra kích thước cao độ móng và các giải pháp xử lý

+ Về cao độ mặt bằng móng do theo từng mặ cắt ngang cách nhau 20m mỗi mặt cắt đo 3 điểm Sai số cho phép 5cm so với cao độ thiết kế và không được tạo dốc phụ thêm quá 0,5% giữa các điểm đo

+ Nếu tường đặt trực tiếp trên nền đất thiên nhiên thì cứ 20m dọc móng tường phải kiểm tra độ chặt như yêu cầu nói ở trên

+ Kiểm tra đánh dấu định vị chính xác dọc theo tuyến mép ngoài chân tường hoặc tim của lớp đệm tạo phẳng chân tường

+ Nếu áp dụng các giải pháp xử lí móng thì phải đối chiếu với yêu cầu ở bản

vẽ thiết kế để kiểm tra

- Tiến hành đổ bê tông lớp đệm, sau khi đổ bê tông phải thực hiện bảo dưỡng và chờ ít nhất 12 giờ mới được phép bắt đầu lắp đặt tấm mặt tường trên lớp đệm

Hình 10 Thi công đệm móng cho tường 2.1.3 Thiết lập hệ thống mốc định vị và mốc kiểm tra cao độ phục vụ việc lắp đặt chính xác các tấm mặt tường

- Phải lấy dấu bằng vạch liền vị trí lắp đặt từng tấm trong hàng tấm dưới cùng ở trên mặt lớp đệm tạo phẳng

- Đặt các cọc định vị để bất kì lúc nào cũng có thể dùng máy kinh vĩ hoặc dùng cách căng dây để kiểm tra tuyến lắp đặt các tấm mặt tường

Hình 11 Lắp đặt các tấm tường cho lớp đầu tiên

- Hàng tấm dưới cùng phải đảm bảo vị trí đạt tuyệt đối chính xác (theo vạch dấu đã vạch trên lớp đệm tạo phẳng), đỉnh tấm phải đặt thật nằm ngang và đảm bảo đúng cao độ quy định Dùng xà beng từ phía trong tường để bẩy cạnh dưới tấm vào đúng vị trí đã đánh dấu trên lớp tạo phẳng Kiểm tra cạnh dưới tấm vào đúng vị trí đã đánh dấu trên lớp đệm tạo phẳng Kiểm tra độ nằm ngang bằng cách đặt thước dài 1,20m có bọt ống thủy lên cạnh trên của tấm Nếu không bằng thì phải dùng các nêm gỗ đã chuẩn bị trước

để chêm kê cho bằng Sau đó phải chống dỡ tạm từ phía ngoài đối với hàng tấm dưới cùng bằng các thanh chống được chuẩn bị từ trước

Hình 12 Chống đỡ tạm các tấm lắp đặt đầu tiên của hàng dưới cùng

Trong mỗi hàng thường phải lắp đặt tấm cách quãng do vậy thường phải kiểm tra khoảng cách giữa các tấm lắp trước khi lắp đặt các tấm lắp san bằng thước đo khoảng cách có chiều dài đúng bằng bề rộng của tấm

Trong một hàng tấm các chốt của tấm lắp sau phải điều chỉnh để cắm vào lỗ đặt sẵn

ở cạnh trên của tấm lắp trước

Sau khi điều chỉnh vị trí và cao độ có thể dùng các bộ kẹp gỗ được chuẩn bị từ trước để gá tạm giữa các tấm ở hàng dưới cùng

Hình 13 Thi công các tấm tường theo thứ tự

Sau khi hàng dưới cùng được lắp đặt xong phải tiến hành chèn ngay các khe nối thẳng đứng giữa các tấm Việc chèn khe phải được thực hiện từ phía mặt trong của tấm

Hình 14 Chèn khe giữa các tấm tường 2.1.5 Đắp các lớp đất đầu tiên và lắp đặt cốt hàng đầu tiên

Công việc này chỉ được thực hiện sau khi lắp đặt xong và chống đỡ tạm chắc chắn hàng tấm dưới cùng

Các lớp đất đầu tiên này bao gồm các lớp đắp trong phạm vi chiều dày kể từ mặt móng đến cao độ đặt hàng cốt dưới cùng Cách thi công đắp đất nhưng chưa được đắp sát ra tới mặt sau của tấm vỏ tường mà phải để cách với mặt sau tấm vỏ tường khoảng 30cm

Hình 15 Chống đỡ tạm các tấm lắp đặt đầu tiên hàng dưới cùng

Sau khi lu lèn chặt và bảo đảm mặt lớp đất đắp thật phẳng thì tiến hành lắp đặt cốt hàng đầu tiên

Hình 16 Liên kết cốt với tấm tường

2.1.6 Lắp đặt các hàng tấm tiếp theo, đắp đất và lắp cốt các lớp tiếp theo

Các khâu lắp đặt tấm, đắp đất và lắp cốt được tiến hành tuần tự lắp tấm đến đâu đắp đất và đặt cốt đến đó

Cách lắp đặt tấm và nội dung công việc lắp đặt vẫn được thực hiện như đối với các tấm dưới cùng Chú ý rằng lắp đặt tấm ở hàng trên đến đâu thì mới tháo bọ kẹp gá lắp tạm ở hàng dưới đến đó đồng thời phải chèn các khe thẳng đứng trước khi đắp đất

Hình 17 Lắp đặt các tấm tường tiếp theo

Trước khi lắp đặt các tấm ở hàng trên thì trên các khe nằm ngang của các tấm hàng trước phải được đặt các miếng đệm cao su

Khi lắp đặt các tấm mặt tường phải tạo một độ nghiêng nhẹ để mặt tường nghiêng vào phía trong Độ nghiêng này thường trong khoảng 6 7 ‰ với độ nghiêng vào phía trong Với độ nghiêng dự phòng này khi đắp đất dưới tác dụng đầm nén cuối cùng mặt tường sẽ trở về phía thẳng đứng

2.1.7 Đắp và đầm nén đất

- Vật liệu đắp phải đạt các yêu cầu về thành phần hạt và các chỉ tiêu khác

- Việc đổ, rải, san và đầm nén đất đắp phải thực hiện theo hướng song song với mặt tường Trong quá trình thi công không được để cho xe máy chạy trực tiếp đè lên cốt và không làm xê dịch vị trí đặt cốt trên mặt bằng

- Đất phải được san rải thành từng lớp thật nằm ngang với bề dày lu lèn mỗi lớp từ 15cm đến 37,5cm , bề dày lu lèn mỗi lớp tối thiểu phải bằng 1,5 cỡ hạt lớn nhất trong đất Sau các lớp đất đầu tiên các lớp đất tiếp theo ở phía trên được phép rải sát đến mặt sau của tấm mặt tường